Kosmologi efter elektrosvagt symmetribrott

Transkript

1 Kosmologi efter elektrosvagt symmetribrott

2 Den teoretiska grunden för modern kosmologi Einsteins allmänna relativitetsteori 1907 inser Einstein att man kan lokalt göra sig kvitt med gravitation genom att falla fritt, och att man kan `artificiellt skapa gravitation genom acceleration = ekvivalensprincipen gravitationsfält kan beskrivas som krökt rumtidsgeometri som lokalt beskrivs med Minkowskigeometri = kinematiskt ramverk för geometrisk beskrivning av gravitation istället för med krafter: Rumtidens krökning beskriver hur föremål påverkas av gravitation. 1915: Dynamisk lag för hur materia/energi skapar gravitation, d.v.s. rumtidsgeometrins krökning, G = T. = Allmän relativitetsteori.

3 Grunden för all strukturbildning i universum universums expansion Hubble 1929: Universums rumtidsstrukturär plastisk; universum expanderar! v = H₀ d, H₀ = Hubbles konstant.

4 Den kosmologiska Kopernikanska principen: På tillräckligt stora skalor antas (det observerbara) universum vara rumshomogent och isotropt (lika överallt och i alla riktningar).

5 Hubbles upptäckt av galaxers rödskift skall inte tolkas som ett Dopplershift utan som en konsekvens av rummets expansion. Rummet expanderar i huvudsak i tomrummet mellan galaxhoparna detta är en konsekvens av den totala materien inverkan på universums globala geometri. Lokalt bestäms längdskalor av t.ex lokala massansamlingar och icke-gravitationella krafter. Detta tillåter en jämförelse med den globala längdskalan, som för närvarande ökar.

6

7 Gå bak i tiden universum kontraherar universums temperatur ökar.

8 Strukturbildning via lokal fysik i det tidiga universum Under universums första minuter tillät och möjliggjorde universums temperatur nukleosyntes (kärnsyntes) av atomkärnorna till de lätta grundämnen: helium + spår av litium och beryllium.

9

10 Universum vid ca års ålder: Temperaturen blir tillräckligt låg för att tillåta att elektronerna binds till väte och heliumkärnorna vilket resulterar i de första atomerna.

11 Detektion av den kosmiska (mikrovågs-) bakgrundssrålningen (det nu rödskiftade ljus som blev kvar då de första atomerna blev till då universum var år gammalt) 1964 av Arno Penzias och Robert Wilson: Nobelpris 1978.

12

13 Den blåa regionen representerar kallare (mindre energirika) rödskiftade fotoner och den varmare röda regionen representerar mer energirika varma blåskiftade fotoner.

14 Storskalig (gravitationell) strukturbildning

15 Små variationer i temperatur svarar mot variationer i materietäthet vid bortkopplingen (antas oftast idag vara en följd av att kvantfluktuationer blivit makroskopiskt stora p.g.a. en tidig s.k. inflationsepok). Dessa täthetsfluktuationer ger senare upphov till filament, hopar av galaxer, galaxer. WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) uppskickad 2001.

16 Omega_0=rho_0/rho_c rho_c = 3H_0^2/8πG

17

18 Planck (och Herschel) sändes upp den 14:e maj Detaljstudie av den kosmiska bakgrundsstrålningen.

19

20 Mörk materia och mörk energi Mörk materia och mörk energi borde heta osynlig materia och energi eftersom dessa materie/energiformer varken absorberar eller sänder ut ljus. Däremot ger de upphov till och påverkas av gravitation (den enda kraften de påverkar och påverkas av?

21

22

23 På tillräckligt stora skalor tycks universum vara rumshomogent och isotropt. Komposit infraröd bild över hela stjärnhimlen med en kartläggning av 1,6 miljoner galaxer (Vintergatan skapar det blåa bandet).

24 62559 galaxer

25

26 Observationellt stöd för Bottom-Up galaxformation (tätaste gasen bildar stjärnor; regioner av stjärnformation strömmar efter filament som möts och bildar galaxer, sedan hopar av galaxer och därefter superhopar av galaxer).

27 En galaxbyggsten vid z=10.

28 Dussintals små galaxer slås ihop till en stor drygt tre miljarder år efter Big Bang.

29 Arp 274 = NGC 5679: Kolliderande galaxer.

30 NGC2623: Kolliderande galaxer.

31

32 Typ I a supernovor: Standardljus(?) som tillåter avståndsmätningar på enorma avstånd en huvudkälla för påståendet att universum expanderar allt snabbare universum accelererar. Detta leder i sin tur till en dynamisk förklaring i termer av mörk energi materia med negativt tryck som antas finnas i samma mängd överallt. Mörk energi materia med negativt tryck! Om man blåste upp en uppblåst ballong ytterligare med mörk energi så skulle ballongen kollapsa ihop allt mer trots att dess materie/energi innehåll ökar!

33

34