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1905: Annus mirabilis di Einstein 17 Mar. Effetto fotoelettrico (Nobel nel 1921) 17 Mar. Effetto fotoelettrico (Nobel nel 1921) 30 Apr. Dimensioni molecole.

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1 1905: Annus mirabilis di Einstein 17 Mar. Effetto fotoelettrico (Nobel nel 1921) 17 Mar. Effetto fotoelettrico (Nobel nel 1921) 30 Apr. Dimensioni molecole (tesi di dottorato) 30 Apr. Dimensioni molecole (tesi di dottorato) 11 Mag. Moto Browniano (1) 11 Mag. Moto Browniano (1) 30 Giu. Relativita speciale 30 Giu. Relativita speciale 27 Set. E=mc 2 27 Set. E=mc 2 19 Dic. Moto Browniano (2) 19 Dic. Moto Browniano (2)

2 Relativita speciale c = k m / s

3 spazio

4 10% 87% 99% 99.9%

5 tempo

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7 Einstein : Relativita Generale 1916: Relativita Generale Lo spazio e curvo Lo spazio e influenzato dalla materia T h e h a p p i e s t t h o u g h t o f m y l i f e ….

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9 Posizione vera Posizione apparente

10 Cosmologia

11 1918 Shapley misura la nostra Galassia, la Via Lattea. Noi abitiamo in periferia Noi abitiamo in periferia

12 …1920 Si crede ancora che le nebulose a spirale facciano parte della nostra galassia Dibattito Shapley-Curtis Dibattito Shapley-Curtis 1923 Hubble misura la distanza della nebulosa di Andromeda: 2 milioni di anni luce e dimostra che esistono altre galassie oltre la nostra 1929 Hubble continua a misurare distanze di altre galassie, usando il piu grande telescopio di quei tempi. Fa una scoperta al tempo stesso semplice e rivoluzionaria.

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14 La lunghezza donda del fotone si allunga in modo proporzionale allespansione: REDSHIFT=spostamento verso il rosso

15 1929: Hubble scopre che piu le galassie sono distanti da noi e piu si allontanano velocemente da noi Legge di Hubble: v = H 0 d v = H 0 d Dove la costante Ho vale circa H 0 = 70 km/s/Megaparsec 1Megaparsec = 1Mpc = 3 milioni di anni luce = 30 miliardi di miliardi di km = 3x10 19 km (Andromeda dista 0.8 Mpc da noi)

16 LUniverso ha avuto un inizio? La comunita scientifica non era pronta, negli anni 20, ad accettare lespansione. La comunita scientifica non era pronta, negli anni 20, ad accettare lespansione. Le equazioni di Einstein (1915) la richiedono, ma lui le forza in modo che lUniverso possa essere stazionario. Einsteins bigger blunder…. Le equazioni di Einstein (1915) la richiedono, ma lui le forza in modo che lUniverso possa essere stazionario. Einsteins bigger blunder…. Einstein stesso ritarda la pubblicazione di un lavoro di A. Friedman (1922) che la prevede. Nessuno, allinizio, prende sul serio le conseguenze della legge di Hubble. Einstein stesso ritarda la pubblicazione di un lavoro di A. Friedman (1922) che la prevede. Nessuno, allinizio, prende sul serio le conseguenze della legge di Hubble. … … 1948 … 1948

17 Big Bang?? Gamow (1948): prima versione del Big Bang Se nel passato lUniverso era piu piccolo, doveva essere anche piu denso e caldo… condizioni favorevoli alla fusione termonucleare (non si sapeva che gli elementi pesanti si fanno nelle stelle). Gamow prevede che oggi ci sia un residuo di quella fase calda, iniziale, dellUniverso: la radiazione cosmica di fondo

18 1948: : Teoria dello stato stazionario, in non si prevede nessun inizio (nonostante lespansione)… Principio Cosmologico: tutti gli osservatori, in qualsiasi posto dellUniverso, vedono le stesse proprieta medie Principio Cosmologico Perfetto: tutti gli osservatori, in qualsiasi luogo dellUniverso e ad ogni tempo, vedono le stesse proprieta medie La teoria dello stato stazionario non prevede: Alcuna fase calda e densa Alcuna fase calda e densa Alcuna nucleosintesi degli elementi Alcuna nucleosintesi degli elementi Alcuna radiazione di fondo Alcuna radiazione di fondo Hoyle Gold Bondi

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20 La prova decisiva 1965: Penzias e Wilson provano una nuova antenna, nella banda radio. Scoprono un rumore di fondo indi- pendente dalla radiazione di osser- vazione. Era il fondo cosmico di radiazione a 3 gradi Kelvin. E quello che rimane della fase calda del primo universo

21 Eta dellUniverso Se due macchine sono separate da 100 km, e stanno viaggiando ognuna a 50 km/h in direzioni opposte, quanto tempo fa erano a contatto? Per lUniverso e lo stesso. Prendiamo due galassie distanti 100 Mpc. Esse si stanno allontanando con una velocita di 70 km/s/Mpc. Quanto tempo fa erano a contatto? v = H 0 d Alla distanza di 100 Mpc, la velocita relativa delle due galassie e 7000 km/s. La distanza in km e 3x10 21, quindi t=3x10 21 /7000/(sec in un anno) ~14 miliardi di anni Eta dellUniverso ~ 14 miliardi di anni

22 E se avessimo preso due galassie piu distanti?

23 Aperto o Chiuso?

24 0.04 c 1 o metodo =0.3 c =0.3 c

25 2 o metodo: candele standard L=100 W Brillante!Debole! vicinolontano

26 Se esistessero delle sorgenti tutte della stessa luminosita (nota) potrei stimare la loro distanza dal flusso che ricevo. Ma mentre la luce viaggia (a km/s) lo spazio si espande!

27 poca gravita poca gravita grande gravita Potremmo sapere di quanto luniverso si e espanso: Flussi bassi distanze grandi grande espansione Flussi grandi distanze piccole piccola espansione

28 Supernova 1987a

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30 Supernovae Nebulosa del Granchio, resto di Supernova 1000 anni dopo lo scoppio

31 Resto della supernova di Keplero, 9 Ottobre 1604

32 Supernovae Ia ! Intensita Intensita tempo

33 L U n i v e r s o s t a a c c e l e r a n d o ! ! ! Saul Perlmutter Distanze grandi… troppo grandi

34 Sempre piu lontano: i Gamma Ray Burst

35 Via Lattea

36 Terra Luna

37 AFTERGLOW !

38 Si puo` misurare la distanza! Record: GRB Redshift z=6.29 !

39 Miliardi di anni luce… I GRB sono tra le sorgenti piu` distanti che conosciamo I GRB sono tra le sorgenti piu` distanti che conosciamo La loro energia e` quindi enorme: erg: La loro energia e` quindi enorme: erg: Come 100 Supernovae Come il Sole per 3000 miliardi di anni Come tutta la nostra Galassia per 100 anni E tutto cio` in pochi secondi….

40 GRB: candele standard? Allapparenza NO! Bursts diversi hanno luminosita molto diverse! Allapparenza NO! Bursts diversi hanno luminosita molto diverse! Pero i meno luminosi appaiono piu rossi, mentre i piu luminosi appaiono piu blu…. Pero i meno luminosi appaiono piu rossi, mentre i piu luminosi appaiono piu blu…. Dal colore quindi si puo risalire alla loro luminosita… E come se dal colore di una lampadina sapessimo quanti watt emette…. Dal colore quindi si puo risalire alla loro luminosita… E come se dal colore di una lampadina sapessimo quanti watt emette….

41 Rosso Blu Energia totale emessa

42 Giancarlo Ghirlanda GG Davide Lazzati Osservatorio di Brera - Boulder USA

43 redshift Luminosity distance E=10 51 erg

44 Energia Oscura…. I gamma ray Bursts confermano i risultati delle supernovae: luniverso sta accelerando I gamma ray Bursts confermano i risultati delle supernovae: luniverso sta accelerando Perche? Si pensa che esista un tipo nuovo di energia, che chiamiamo energia oscura… Veramente bizzarra: mentre lUniverso si espande, questa energia mantiene costante la sua densita: il totale quindi aumenta come il volume. Prova respiro. Perche? Si pensa che esista un tipo nuovo di energia, che chiamiamo energia oscura… Veramente bizzarra: mentre lUniverso si espande, questa energia mantiene costante la sua densita: il totale quindi aumenta come il volume. Prova respiro. Quanta ce ne adesso??? Quanta ce ne adesso???

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46 Grazie dellattenzione! * I misteri del tempo Paul Davies * Questo bizzarro Universo Dennis Sciama * E=mc 2 David Bodanis * In search of the big bang John Gribbin * The extravagant Universe Robert Kirshner * The accelerating Universe Mario Livio * The inflationary Universe Alan Guth ** Nelle pieghe del tempo George Smoot ** Il mistero della massa mancante nelluniverso Lawrence Krauss ** Le origini dellUniverso John Barrow ** I signori del tempo John Boslough ** Cosmologia moderna Dennis Sciama ** The stuff of the Universe J.Gribbin & M.Rees *** LUniverso elegante Brian Greene *** The structure of the Universe Jayant Narlikar Difficolta Difficolta Libri divulgativi:

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53 Cenni storici Pitagora a.C. Terra sferica orbitante attorno ad un fuoco centrale (non il Sole). Pitagora a.C. Terra sferica orbitante attorno ad un fuoco centrale (non il Sole). Platone a.C. Terra al centro. Pianeti in orbite circolari. Platone a.C. Terra al centro. Pianeti in orbite circolari. Aristarco ~280 a.C. Sistema eliocentrico. Aristarco ~280 a.C. Sistema eliocentrico. Tolomeo ~140 a.C. Sistema geocentrico. Epicicli. Tolomeo ~140 a.C. Sistema geocentrico. Epicicli. Copernico Sistema eliocentrico. Copernico Sistema eliocentrico. Keplero Leggi del moto planetario. Keplero Leggi del moto planetario. Galileo Macchie solari, satelliti di Giove, fasi di Venere. Galileo Macchie solari, satelliti di Giove, fasi di Venere. Newton Leggi della gravitazione universale. Leggi del moto. Calcolo differenziale. Spazio e tempo assoluti. Newton Leggi della gravitazione universale. Leggi del moto. Calcolo differenziale. Spazio e tempo assoluti.

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55 Big Bang - Osserv. Astron. di Brera Cenni storici Cenni storici Le galassie si allontanano Le galassie si allontanano Leta dellUniverso Leta dellUniverso Teorie a confronto Teorie a confronto La radiazione di fondo La radiazione di fondo Universo aperto o chiuso? Universo aperto o chiuso? LUniverso accelera! LUniverso accelera! Tanti Universi? Tanti Universi?

56 Einstein : Relativita Speciale c= km/s max velocita c= km/s max velocita il tempo non e assoluto il tempo non e assoluto lo spazio non e assoluto lo spazio non e assoluto E=mc 2 E=mc 2

57 Problema:

58 Alan Guth

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60 Principio antropico Noi esistiamo perche le costanti fisiche hanno determinati valori, e non altri. Esempio: costante di gravitazione G (F=G Mm/R 2 ) Noi esistiamo perche le costanti fisiche hanno determinati valori, e non altri. Esempio: costante di gravitazione G (F=G Mm/R 2 ) Se G fosse piu grande: Espansione Universo frenata, difficolta a formare stelle Se G fosse piu grande: Espansione Universo frenata, difficolta a formare stelle Se G fosse piu piccola: Espansione piu veloce. Difficolta ad aggregare materia per formare stelle e galassie Se G fosse piu piccola: Espansione piu veloce. Difficolta ad aggregare materia per formare stelle e galassie Perche G = 6.7x10-11 N m2/kg2? Perche G = 6.7x10-11 N m2/kg2? c = km/s? c = km/s? f = 1/137 ? f = 1/137 ?

61 Secondo Dennis Sciama esistono solo 3 possibilita: Secondo Dennis Sciama esistono solo 3 possibilita: Caso Caso Dio Dio Multi Universi Multi Universi


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