2005 anno della fisica : introduzione alla cosmologia Associazione Astrofili Cesenati (relatore Arrigo Amadori)

Introduzione Cosmologia = studio dell’universo nel suo insieme La cosmologia come scienza nasce con Newton (1642-1727) La cosmologia newtoniana è stata “corretta” da Einstein a partire dal 1905

Cosmologia newtoniana Spazio euclideo infinito Un punto corrisponde ad una tripla (x,y,z)

Cosmologia newtoniana Tempo assoluto infinito

Cosmologia newtoniana Velocità infinita delle interazioni

Cosmologia newtoniana Sistemi di riferimento inerziali Principio di relatività galileiana

Cosmologia newtoniana Trasformazioni di Galileo Composizione delle velocità : v = v' + V 

Cosmologia newtoniana I tre principi della dinamica 1) principio d’inerzia 2) F = m·a 3) principio di azione e reazione

Cosmologia newtoniana La legge di gravitazione universale

Cosmologia newtoniana Distribuzione delle stelle omogenea, isotropa e infinita nello spazio e nel tempo

Cosmologia newtoniana Paradosso del buio notturno

Cosmologia newtoniana Mancanza del tempo nella formula della legge di gravitazione universale

Relatività ristretta Velocità della luce finita e costante (c ~ 300.000 km/s nel vuoto )

Relatività ristretta Trasformazioni di Lorentz Composizione delle velocità :

Relatività ristretta Spazio-tempo P(x, y, z, t) P'(x', y', z', t')

Relatività ristretta Contrazione spaziale : Dilatazione temporale :

Relatività ristretta Principio di relatività ristretta

Relatività generale Principio di equivalenza

Relatività generale Spazio-tempo curvo

Relatività generale Principio di relatività generale

Relatività generale Equazione gravitazionale di Einstein : curvatura dello spazio-tempo = distribuzione della massa e dell'energia

Relatività generale Possibilità di vari tipi di soluzioni Modelli stazionari Modelli evolutivi

Modelli cosmologici relativistici Equazione gravitazionale di Einstein Omogeneità ed isotropia di spazio e tempo Modelli stazionari Modelli non stazionari curvatura dello spazio-tempo = distribuzione della massa e dell'energia

Modelli stazionari non espansivi Spazio omogeneo ed isotropo Tempo omogeneo ed isotropo Curvatura costante positiva Instabilità del modello

Modelli stazionari non espansivi Costante cosmologica curvatura dello spazio-tempo = distribuzione della massa e dell'energia  +    

Modelli stazionari espansivi Modello stazionario con creazione spontanea di un atomo di idrogeno in 10000000000 m³ ogni anno

Modelli non stazionari Omogeneità ed isotropia dello spazio Disomogeneità ed anisotropia del tempo Ipotesi del big bang Red shift cosmologico Legge di Hubble Radiazione fossile

Modelli non stazionari Modello chiuso Curvatura costante positiva Superficie sferica in 2 dimensioni Densità maggiore della massa critica Espansione + contrazione (big crunch)

Modelli non stazionari Modello aperto Curvatura costante negativa Superficie a sella in 2 dimensioni Densità minore della massa critica Velocità di espansione decrescente tendente ad un valore > 0

Modelli non stazionari Modello piatto Curvatura costante nulla Superficie piana in 2 dimensioni Densità uguale alla massa critica Velocità di espansione decrescente tendente a 0 Geometria euclidea

Modelli non stazionari Materia oscura Energia oscura Espansione accelerata (big rip) Costante cosmologica ZPE (zero point energy)