1905: Annus mirabilis di Einstein

Presentazione sul tema: "1905: Annus mirabilis di Einstein"— Transcript della presentazione:

1 1905: Annus mirabilis di Einstein
17 Mar. Effetto fotoelettrico (Nobel nel 1921) 30 Apr. Dimensioni molecole (tesi di dottorato) 11 Mag. Moto Browniano (1) 30 Giu. Relativita’ speciale 27 Set. E=mc2 19 Dic. Moto Browniano (2)

2 Relativita’ speciale c= km/s

3 spazio

4 10% 87% 99% 99.9%

5 tempo

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7 The happiest thought of my life….
Einstein 1916: Relativita’ Generale Lo spazio e’ curvo Lo spazio e’ influenzato dalla materia The happiest thought of my life….

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9 Posizione vera Posizione apparente

10 Cosmologia

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

12 …1920 Si crede ancora che le “nebulose” a spirale facciano parte della nostra galassia
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 d’onda del fotone si allunga in modo proporzionale all’espansione: 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 = H0 d Dove la costante Ho vale circa H0 = 70 km/s/Megaparsec 1Megaparsec = 1Mpc = 3 milioni di anni luce = 30 miliardi di miliardi di km = 3x1019 km (Andromeda dista 0.8 Mpc da noi)

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

17 Big Bang?? Gamow (1948): prima versione del Big Bang
Se nel passato l’Universo 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, dell’Universo: la radiazione cosmica di fondo

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

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20 E’ quello che rimane della fase calda del primo universo
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’ dell’Universo ~ 14 miliardi di anni
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 l’Universo 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? Alla distanza di 100 Mpc, la velocita’ relativa delle due galassie e’ 7000 km/s. La distanza in km e’ 3x1021, quindi t=3x1021/7000/(sec in un anno) ~14 miliardi di anni v = H0 d Eta’ dell’Universo ~ 14 miliardi di anni

22 E se avessimo preso due galassie piu’ distanti?

23 “Aperto” o “Chiuso”?

24 1o metodo 0.04rc r=0.3rc

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

26 Ma mentre la luce viaggia (a 300000 km/s) lo spazio si espande!
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 Potremmo sapere di quanto l’universo si e’ espanso:
Flussi bassi Flussi grandi distanze grandi distanze piccole grande espansione piccola espansione poca gravita’ grande gravita’

28 Supernova 1987a

29 Supernova 1987a

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’Universo sta accelerando!!!
Distanze grandi… troppo grandi Saul Perlmutter L’Universo sta accelerando!!!

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 La loro energia e` quindi enorme: 1053 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? All’apparenza NO! Bursts diversi hanno luminosita’ molto diverse! 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….

41 Rosso Blu Energia totale emessa

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

43 redshift Luminosity distance
E=1051 erg

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

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46 Grazie dell’attenzione!
Libri divulgativi: * I misteri del tempo Paul Davies * Questo bizzarro Universo Dennis Sciama * E=mc 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 nell’universo Lawrence Krauss ** Le origini dell’Universo John Barrow ** I signori del tempo John Boslough ** Cosmologia moderna Dennis Sciama ** The stuff of the Universe J.Gribbin & M.Rees *** L’Universo elegante Brian Greene *** The structure of the Universe Jayant Narlikar Difficolta’

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

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55 gabriele@merate.mi.astro.it - Osserv. Astron. di Brera
Big Bang - Osserv. Astron. di Brera Cenni storici Le galassie si allontanano L’eta’ dell’Universo Teorie a confronto La radiazione di fondo Universo “aperto” o “chiuso”? L’Universo accelera! Tanti Universi?

56 il tempo non e’ assoluto lo spazio non e’ assoluto E=mc2
Einstein 1905: Relativita’ Speciale c= km/s max velocita’ il tempo non e’ assoluto lo spazio non e’ assoluto E=mc2

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/R2) 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 Perche’ G = 6.7x10-11 N m2/kg2? c = km/s? af = 1/137 ?

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