Introducción a la Cosmología
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- Felipe Vera Vidal
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1 a la 1 1 CLUBE VEGA 24 de Septiembre de 2011
2 La dificultad de la divulgación de la cosmología La divulgación de la cosmología es difícil porque: Es una ciencia poco intuitiva. Se requieren unos conceptos matemáticos muy avanzados. Tiene connotaciones trascendentes que la mistifican. Muy dada a falacias e interpretaciones superficiales. Los ejemplos y explicaciones populares suelen sacarse de contexto.
3 Mitos Modelos del universo Sostenido por una tortuga... El cráneo de un gigante... Las diferentes culturas tenían sus cosmogonías Universo sale del mar... Es imaginado por un dios...
4 Mitos Modelos del universo Sostenido por una tortuga... El cráneo de un gigante... Documentarse algo más... Las diferentes culturas tenían sus cosmogonías Universo sale del mar... Es imaginado por un dios... Documentarse algo más...
5 Hitos I Albert Einstein: Teoría General de la Relatividad Willem de Sitter: Universo vacío Existencia de Galaxias Alexander Friedmann: Solución de las ecuaciones de Einstein Edwin Hubble: Relación entre distancia y corrimiento al rojo Milton Humason: Corrimiento al rojo provocado por efecto Doppler Fritz Zwicky: Materia oscura...
6 Hitos II George Gamow y Ralph A. Alpher: Nucleosíntesis Ralph A. Alpher y Robert Herman: Predicción de la radiación de fondo Arno Penzias y Bob Wilson: Constatación de la radiación de fondo: Aceptación del modelo de Big Bang Jöel Scherk y John Schwuarz: Teoría de cuerdas Teoría de Supercuerdas (Súper Simetría) Teoría-M
7 El corrimiento al rojo Efecto Doppler: f = γ c+v c f Milton L. Humason mide corrimientos al rojo de Galaxias. Henrietta Swan Leavitt mide distancias de Galaxias (Cefeidas). Edwin Hubble ve la relación entre estas dos cosas: la constante de Hubble. El fenómeno es consistente para la solución de las ecuaciones de Einstein si asumimos un universo homogéneo e isótropo.
8 Abundancia de elementos y nucleosíntesis Cómo se formaron los elementos químicos? Varias etapas: Nucleosíntesis del Big Bang. Espalación de rayos cósmicos (He 3, Li, Be y B). Nucleosíntesis estelar (elementos menos pesados que el hierro). Nucleosíntesis de supernovas (elementos más pesados que el hierro).
9 Fondo de microondas Radiación de cuerpo negro: El universo tiene una temperatura determinada. Para cualquier temperatura, hay una emisión electromagnética asociada. En el caso del universo: T = 2, 725K f = 160, 2GHz El principio cosmológico: El universo es homogéneo e isótropo a escalas grandes. A pequeña escala: Hay inhomogeneidades: Se manifiestan (entre otras cosas) en pequeñas difrencias en la frecuencia de la radiación de fondo según la dirección.
10 Inhomogeneidades en fondo de microondas: COBE
11 El Cosmos como concepto geométrico Qué matemáticas deben usarse para describir el universo? Tensores: Relacionado con vectores, campos,... Muy usados en físicas de fluidos. Viene siendo una geometría analítica, pero más complicada... Ejemplo: T a = dω a + θ a b ωb
12 Einstein Relatividad General: 1915 y Teoría del campo gravitatorio (y de más cosas). Principio de equivalencia (aceleración = gravedad). Principio de covariancia. Curvatura del espacio-tiempo (gravedad como manifestación de la deformación del espacio-tiempo). Ecuación del universo de Einstein: R αβ 1 2 gαβ R = 8πG T αβ c 4
13 La parábola de la sábana de caucho
14 Soluciones a la ecuación de Einstein y la constante cosmológica La solución de la ecuación de Einstein depende del valor concreto que toman ciertos parámetros... Las posibles soluciones llevan en general a un universo dinámico. Einstein, como casi todos en su época, creía en un universo estático. Einstein introdujo la Constante cosmológica para forzar una solución estática. La constante cosmológica R αβ 1 2 gαβ R + Λg αβ = 8πG T αβ c 4
15 Soluciones a la ecuación de Einstein: casos sencillos Qué se saca de las soluciones: Forma del universo. Edad. Constante de Hubble.... Soluciones para supuestos sencillos: Universo dominado por materia fría (Einstein-de Sitter). Universo dominado por radiación. Simplificaciones tomando valores sencillos para diversos parámetros...
16 Formas del universo
17 Materia y energía oscuras El universo real tiene tanto materia como energía, luego la solución real es una mezcla de ambas... Las estimaciones de energía y materia del universo dan una solución que no cuadra con el factor de expansión, edad y demás observables del universo. Varias posibilidades: Existe materia que no vemos (materia oscura). Existe energía que no vemos (energía oscura). Hay un factor de freno en las ecuaciones: de nuevo la Constante cosmológica...
18 Universos abiertos, cerrados, finitos e infinitos
19 El universo en fotogramas 0.01s s Materia y radiación, en estado de casi perfecto equilibrio térmico. 0.11s s Densidad de la energía disminuye a la cuarta potencia de la temperatura. La expansión disminuye con su cuadrado. 1.09s - 13,82s Positrones y electrones comienzan a aniquilarse más rápido de lo que se crean a partir de radiación s - 3m 2s Formación de He 4. 3m 2s - 3m 46s Formación de H 2, He, He 3. 3m 46s - 34 m 40s Nucleosíntesis. 34 m 40s - 700,000 años Átomos. Primeras estrella y Galaxias...
20 Teoría de cuerdas y láminas I Tradicionalmente: Antagonismo entre partículas y ondas... La tradicional usaría una aproximación de partícula... Y si usamos una aproximación de onda?
21 Teoría de cuerdas y láminas II Teoría de cuerdas (y derivaciones): Teoría de cuerdas bosónica: Años Sólo considera partículas tipo bosón. Teoría de supercuerdas: (Primera revolución). Años Introduce diversos aspectos de física cuántica. Describe todas las partículas. Diversas variedades, cada una postula un número diferente de dimensiones. Teoría M: (Segunda revolución). Años Intenta conciliar todas las teorías tipo cuerda. P-branas, D-branas, teoría cuántica de la gravedad...
22 Teoría de cuerdas y láminas II Teoría de cuerdas (y derivaciones): Teoría de cuerdas bosónica: Años Sólo considera partículas tipo bosón. Teoría de supercuerdas: (Primera revolución). Años Introduce diversos aspectos de física cuántica. Describe todas las partículas. Diversas variedades, cada una postula un número diferente de dimensiones. Teoría M: (Segunda revolución). Años Intenta conciliar todas las teorías tipo cuerda. P-branas, D-branas, teoría cuántica de la gravedad... ATENCIÓN: Esto es serio o una falacia??
23 Referencias I Cosmogonías y mitos: Mito de la creación (wikipedia) 5 Interesantes Mitos Sobre La Creación Del Mundo Mitos cosmogónicos Mitos de la creación del Universo : El Cosmos Ayer y Hoy a la cosmología Deducción de los primeros modelos cosmológicos Universe 101
24 Referencias II Los tres primeros minutos: Los tres primeros minutos del universo La física del plasma primordial del universo en los tres primeros minutos cuántica y teoría de cuerdas Blog sobre cosmología cuántica Teoría de supercuerdas
25 EOT Gracias por su atención Preguntas?
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