II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

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25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

L’Universo: cosa c’è dietro? dentro? Crescenzo Tortora ITP Zurich 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Hawking si propone di discutere fenomeni (seppur complicati) evitando di usare formule ed equazioni, seguendo il suggerimento di chi gli diceva che ogni formula avrebbe avuto un impatto negativo sulle vendite E= m c2 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Fisica …tante parole e tanti concetti… …equazioni e formule… 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Glossario (I) Sistemi di coordinate Metrica distanza euclidea Separazione tra eventi 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Glossario (II) Anno luce e parsec Anno luce = distanza che percorre la luce in un anno cioè 9500 miliardi di km Parsec = 3.26 anni luce 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

DOMANDA PER VOI Quanto tempo impiega la luce a viaggiare dalla luna/sole alla terra? Come si può misurare la distanza della luna e quindi il suo diametro? 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Glossario (III) KiloX = 103 X = mille X MegaX = 106 X = 1 milione X GigaX = 109 X = 1 miliardo X Mpc = 1 milione di parsec Gyr = 1 miliardo di anni G è la costante di Gravitazione Universale c è la velocità della luce 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

kósmos = ordine + lógos = discorso ordine Universo La Cosmologica spiega l’origine e l’evoluzione dell’Universo! E’ una scienza “composita”: Astrofisica Astronomia Relatività ristretta Relatività generale Fisica delle particelle ……. 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Cosmogonia = nascita del cosmo Mito delle origini, Mito della creazione, Mitologia, Leggende, ……. 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

2 visioni contrapposte Visione “astro-filosofica” Greci Sistema tolemaio (geocentrico) Universo immutabile ed eterno Visione “teo-filosofica” Dottrina ebraica e cristiana Sant’Agostino L’universo ha avuto un inizio 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Le prime fondamentali tappe 1915 – A. Einstein pubblicò il primo articolo sulla Relatività generale 1929 – E. Hubble scoprì che le galassie recedono da noi 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Fisica Newtoniana (II principio della dinamica) Legge di gravitazione universale 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Cosa funzionava? Caduta di gravi sulla terra Moto di pianeti e comete (3 leggi di Keplero) Cosa non funzionava? il perielio dell’orbita di Mercurio la deviazione della luce per effetto della gravità azione a distanza della gravità Newtoniana concetto di tempo e spazio assoluti 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Relatività Generale Concetto di forza a distanza Concetto di tempo e spazio assoluto Un corpo (attraverso la sua massa) perturba lo spazio-tempo (curvatura dello spazio-tempo), che a sua volta esercita “un’interazione” sugli altri corpi 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Equazioni di campo di Einstein Geometria dello spazio-tempo (generatore dell’interazione) Distribuzione di massa (sorgente del campo) Analogia con altre teorie fisiche 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Geodetiche Particelle di piccola massa si muovono lungo geodetiche, che sono le traiettorie nello spazio-tempo curvo Senza curvatura (senza gravità) le geodetiche sono rette 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Sempronio Tizio Caio 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Le equazioni di Einstein sono molto complicate da risolvere in casi generali. Attraverso l’assunzione di simmetrie dello spazio-tempo se ne facilita la risoluzione Principio Cosmologico Scelta opportuna del sistema di riferimento 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

“Principio” cosmologico Assunzione L'universo è omogeneo e isotropo, su di una scala opportunamente grande. pochi metri centinaia di metri Ci sono verifiche osservative dell’isotropia!!! Le vedremo dopo! Per l’omogeneità ci aiuta il Principio Copernicano 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Sistema di riferimento 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Metrica dell’Universo 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Fattore di curvatura Geometria sferica Geometria iperbolica Geometria piatta Fattore di scala 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Equazioni di campo di Einstein Per avere un Universo statico… 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

E. Hubble velocità distanza Costante di Hubble 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

DOMANDA PER VOI Come si misurano le distanze di stelle e galassie? 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

1-2 Gyr 14 Gyr 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Equazioni di campo di Einstein Per avere un Universo statico… “il mio più grande errore” COSTANTE COSMOLOGICA Ma diciamo che fu “solo” un mezzo errore! 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Metrica spazio-temporale Fluido!! Evoluzione temporale del fattore di scala 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Equazioni di Friedmann-Lemaître (1922) (1927) Fattore di scala Velocità Curvatura Densità del fluido GEOMETRIA FLUIDO Fattore di scala Velocità Accelerazione Curvatura Pressione del fluido FLUIDO GEOMETRIA Equazione di stato 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Fluido?? Equazione del fluido perfetto (analogia con la termodinamica e i gas perfetti) Polvere fredda (particelle non relativistiche) 2) Radiazione (particelle relativistiche) 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Separazione tra le galassie Tempo cosmologico 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Le osservazioni moderne La radiazione di fondo cosmico 1964 – A. Penzias e R. Wilson scoprono che l’Universo è riempito da una radiazione che ha il suo picco nelle microonde Relitto della formazione dell’Universo Temperatura media di kelvin (-270 gradi centigradi) Su grandi scale è uniforme (principio cosmologico) Anisotropie che sono un mezzo osservativo potentissimo L’universo ha una geometria piatta 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Le osservazioni moderne Supernovae Ia – The High-z Supernova Search Team and the Supernova Cosmology Project scoprono che l’universo ACCELERA! 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Accelerazione Decelerazione Separazione tra le galassie Tempo cosmologico 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

ENERGIA OSCURA Forma “strana” di energia con equazione di stato che esercita un’azione di antigravità 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Parametri fondamentali Curvatura k Fattore di scala Velocità di espansione (costante di Hubble) Accelerazione Densità 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Tipicamente si considerano 3 fluidi 1) Materia non relativistica 2) Materia relativistica (radiazione) 3) Energia oscura 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Universo piatto 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

materia visibile (stelle e gas interstellare) MATERIA OSCURA 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

? Materia ed energia oscura non ancora osservate direttamente
Teorie alternative della gravità ? 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

DARK ENERGY 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

DARK MATTER DC comics Futurama 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Grazie per l’attenzione Ma vi chiedo altri 2 minuti……… 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Lensing gravitazionale 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

Deformazione Archi Immagini multiple Telescopi naturali 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

“Bello” e potente mezzo per Masse di galassie e ammassi di galassie Materia oscura Stima dei parametri cosmologici Studio di oggetti lontanissimi, magnificati dall’effetto della lente Evoluzione galattica Pianeti extrasolari 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

“Testi” da consultare Introduzione alla cosmologia, F. B. Lucchin Principles of Physical Cosmology, P.J.E. Peebles (inglese) Libri divulgativi (ad es. Hawking) Internet (Google, Wikipedia,….) 25/05/2012 II Corso di Astronomia (Sothis) - Cosmologia

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