A világegyetem kialakulása

Az előadások a következő témára: "A világegyetem kialakulása"— Előadás másolata:

1 A világegyetem kialakulása
2009 március 12.

2 A világ megismerésének módja
Kozmológia, univerzum fogalma és az istenek ténykedése Fizikai törvényekre alapuló, személytelen univerzum: ókori görögök Pontosabb megfigyelések, mozgás és gravitáció elmélete: részletesebb leírás Einstein ált. relativitáselmélete (1915) és kvantummechanika (~1925): univerzum eredete és fejlődése megismerhető

3 Teremtéselméletek Egy tojásból születik az univerzum
Finn Kalevala, kínai mítoszok Létrejön a semmiből Tibeti buddhizmus, görög mitológia, Egyiptom Valamilyen anyagból csapódik ki Babilóniai, norvég mitológia Isteni parancsra Biblia

4 Az univerzumról alkotott kép
Babilónia: a világ egy lapos korong az óceánban Arisztotelész: a Föld gömb alakú Ptolemaiosz: Földközéppontú világkép, szférák Kopernikusz, Galilei: heliocentrikus világkép, Kepler: ellipszispályák Newton: gravitációelmélet Szférák helyett: messzi, Naphoz hasonló csillagok

5 A világegyetem kezdete
Olbers : végtelen, statikus univerzum nem létezhet Kérdés: mióta világítanak a csillagok? Mítoszok, vallások: véges élettartam Szent Ágoston: az idő is a világegyetem sajátossága Hubble, 1929: táguló univerzum ~10-20 milliárd évvel ezelőtt kezdődött

6 Dinamikus, táguló univerzum
Tejút alakja → galaxisok létezése (nem egyenletes anyageloszlás) 1924, Hubble: Tejúton kívül más galaxisok

7 Csillagtípusok Színkép ~ prizmával felbontott fény, szivárvány
Hőmérséklettől függ a színképtípus Vonalak az egyes kémiai elemekre jellemzőek kék – piros: 4·10-5 cm – 7·10-5 cm

8 Vöröseltolódás Doppler-effektus Színképvonalak eltolódása
1929, Hubble: vöröseltolódás a távolsággal arányosan nő!

9 Az univerzum közepén vagyunk?
Minden galaxis távolodik tőlünk Középpont nélküli tágulás Távolabbi csillag → időben korábbi állapot!

10 Az univerzum homogenitása
1922, Friedmann: nagy skálán az univerzum homogén és izotróp 1965, Penzias, Wilson: mikrohullámú zaj, galaxison kívüli eredetű, homogén Dicke, Peebles, Gamow: a korai univerzum sugárzott, nagy vöröseltolódás → mikrohullámú háttérsugárzás 1978: Nobel-díj Penzias, Wilson

11 Mikrohullámú háttérsugárzás
COBE szatellit felvétele

12 Az univerzum jövője Friedmann, Robertson, Walker egyenletei
(általános relativitáselmélet) Melyik modell teljesül? Meg kell mérni: Tágulás sebességét Átlagos sűrűséget Sötét anyag? Kezdőpont: ősrobbanás! Általános relativitáselmélet itt nem működik!

13 Az ősrobbanás „Szingularitás” az elméletben
1951, katolikus egyház: az ősrobbanás és a Biblia összefér 1965, Penrose: fekete lyukak vizsgálata, összeomló csillagok szingularitása ~1970, Penrose, Hawking: általános relativitáselmélet → szingularitás t=0-ban Kis távolságok → kvantummechanika Kvantummechanika + ált.relativitás = ?

14 Az anyag felépítése Arisztotelész: 4 elem, 2 erő:
Föld, víz, levegő, tűz; ill. gravitáció, levitáció Folytonos anyag Démokritosz: „atom” létezése 1803, Dalton: vegyületek összetétele → atomos szerkezet 1905, Einstein: Brown-mozgás magyarázata 1900, Thomson: elektron felfedezése

15 Elemi részecskék 1911, Rutherford: az atom nem oszthatatlan
Atommag, elektronok Atommag miből áll? Proton (p+) Neutron (Chadwick, 1932) ~1960: p+-p+, p+-e- ütközés Proton belső szerkezete Kvarkok létezése (Gell-Mann)

16 Elemi részecskék Kvarkok: 6 féle „íz” Elektronok: 3 féle „íz” anyag
Feynman: erő (kölcsönhatás): közvetítő részecskék révén anyag

17 Erők (kölcsönhatások)
Erő típusa Közvetítő részecske Hatótávolság Elektromágneses foton ~1m Gravitáció graviton? Végtelen nagy Kvarkok közötti erős kölcsönhatás gluon 10-15 m Radioaktivitás, gyenge kölcsönhatás W±, Z0 10-18 m

18 Nagyenergiás ütközés Részecskék azonosítása

19 A kvarkok Erős kölcsönhatás: színek között (töltés fogalmával analóg)
Gluon mint közvetítőrészecske ~ rugó Piros, kék, zöld → fehér proton Bezárás jelensége Magas hőmérséklet, nyomás Kvark-gluon plazma állapot Kvarkanyag fázisai

20 Az univerzum fejlődése
Csökkenő átlagos energia (hőmérséklet) és a kölcsönhatás erőssége Átmenet a két fázis között: plazma bezárt állapot t~10-5s T~1000 milliárd °C

21 Az univerzum fejlődése
t~100s, T~1 millió °C Atommagok összeállnak, He, Li t~ év, T~1000 °C Atommag-elektron vonzás: atomok H-He csomók kialakulása Gravitáció ellensúlyozni tudja a tágulást Csillagfejlődés első fázisa t~200 millió év Csillagok belsejében magfúzió Nehezebb elemek létrejötte (pl. Fe)

22 Nap, Föld kialakulása Csillagtömegtől függően
Fekete lyuk jön létre Szupernóva-robbanás Ennek darabjaiból alakulnak ki a bolygók t~8-9 milliárd év: Nap létrejötte t~9 milliárd év: Föld kialakulása t~10,7 milliárd év: biológiai evolúció t~13,698 milliárd év: ember evolúciója t~13,7 milliárd év: ma