View
33
Download
7
Category
Preview:
Citation preview
Desvelando el Universo
Del microcosmos
almacrocosmos
Antonio López MarotoDepartamento de Física Teórica I
Tema 4: Gravitación y Cosmología
(30 de mayo de 2013)
Desvelando el Universo (del microcosmos al macrocosmos)
UNIVERSIDAD PARA LOS MAYORES
Tema 0: IntroducciónTema 1: La visión del mundo previa al siglo XXTema 2: Relatividad EspecialTema 3: Física CuánticaTema 4: Gravitación y CosmologíaTema 5: Física atómica y nuclearTema 6: Física de partículasActividad Complementaria: “El mundo de las partículas y los aceleradores”Tema 7: Historia de la Astronomía y Astronomía básicaTema 8: Los instrumentos del astrónomoTema 9: El trabajo del astrónomo profesionalTema 10: El Sistema SolarActividad Complementaria: “Visita al Observatorio UCMTema 11: Las estrellasTema 12: El medio interestelar y la Vía LácteaTema 13: Las galaxiasTema 14: Cosmología observacional
PROGRAMACurso 2013
FÍSICA CLÁSICA
Las limitaciones de la Física Clásica
Velocidades pequeñas v << c
Tamaños grandes
Campos gravitatorios débiles
Relatividad Especial
Física Cuántica
Relatividad General
La caída de los cuerpos
Todos los cuerpos caen con la mismaaceleración independientemente de su
masa y composición
2r
GMmF
La gravitación como geometría del espacio-tiempo
Teoría de Relatividad General (1915)
G mn = 8pG Tmn
Geometría Materia-Energía
RELATIVIDAD GENERAL (1915)
La gravitación como geometría del espacio-tiempo
Los cuerpos seguirían las trayectoriasque minimizan la distancia (geodésicas)
Ejemplo:Madrid-Tokyo
La gravitación como geometría del espacio-tiempo
Eclipse de sol (1919): se observó la deflexión de la luz por el sol de acuerdo con la RG
A. Eddington
La gravitación como geometría del espacio-tiempo
Avance del perihelio de Mercurio: 43’’ de arco: de acuerdo con RG
Velocidad de escape y agujeros negros
Velocidad de escape y agujeros negros
Si R < RS entonces Vescape > c
La luz no podría escapar del campo gravitatorioAgujero negro
K. Schwarzschild
Agujeros negros
El agujero negro del centro de la galaxia
Radiación de Hawking
Los agujeros negros se evaporan por efectos cuánticos.
Tiempo de evaporación: 1063 años (MS)
S. Hawking
Ondas gravitatorias
El universo hasta 1.5 Mpc: el Grupo Local
El universo hasta 30 Mpc: el supercúmulo de Virgo
Supercúmulos, filamentos y vacíos hasta 150 Mpc
El universo hasta 4300 Mpc: el alcance de las supernovas
EL UNIVERSO SE EXPANDE... Cefeidas variables (1915-1929)
Vesto Slipher
Edwin Hubble
H0-1 = 1.4 · 1010 años
...ACELERADAMENTE (1998) Supernovas tipo Ia
AceleradoDecelerado-aceleradoDecelerado
¿CUÁNTOS ÁTOMOS HAY EN EL UNIVERSO?
D, 3He, 4He, 7Li Edad del Universo = 1
min Temperatura = 1010 K
nB / n g = 10-10 h10
Densidad de bariones
1/4 nucleón/m3rB= 4·10-31 g·cm-3
LA RADIACIÓN DEL FONDO CÓSMICO DE MICROONDAS ES...
T= 2.725 K
...ANISÓTROPA 1/105
A. Penzias, R. Wilson
Premio Nobel de Física
1978
J. Mather, G. Smoot
Premio Nobel de Física
2006
??
Premio Nobel de Física
20??
El Universo a gran escala:el modelo
teórico
G mn = 8pG Tmn
Geometría Materia-Energía
RELATIVIDAD GENERAL (1915)
Densidad crítica
r > r0 r < r0 r = r0
Curvatura espacial: Positiva Negativa
Plano
LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO
rB << r0 (rB =0.044 r0)
r0 = 10-29 g·cm-3
rB= 4·10-31 g·cm-3
r >> rB
LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO
Plano
Curvaturanegativa
Tamaño delhorizonte
» r r0
WMAP 2003
La mayor parte del
Universo no es materia
ordinaria
LA DINÁMICA DEL UNIVERSO
Ritmo de expansión µ r1/2
… pero para la materia y la radiación r > 0p > 0
Aceleración µ - (r + 3p)
LA DINÁMICA DEL UNIVERSO
Aceleración µ - (r + 3p)
> 0
p < 0
Energía oscura
La mayor parte del
Universo no es materia
ordinaria
… es energía oscura
LA COMPOSICIÓN DEL UNIVERSO
Elementos pesados
0.03 %Neutrinos
<1.5 %
Estrellas 0.6 %
H y He gaseoso4 %
Energía oscura 73 %
Materia oscura 23 %
LA EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO
Problemas abiertos de la Física Fundamental Problemas abiertos de la Física Fundamental a) Durante el siglo XX la Física Fundamental sufrió una profunda
revolución debida a la aparición de la Teoría de la Relatividad y la Mecánica Cuántica
b) Dicha revolución ha permitido unos avances extraordinarios en nuestra comprensión de la estructura de la materia y de la evolución del Universo en su conjunto.
c) Sin embargo no disponemos de una teoría Cuántica de la Gravitación. Desconocemos la naturaleza de la materia y la energía oscuras.
d) Quedan por tanto muchos problemas por resolver en el ámbito de la Mecánica Cuántica y la Cosmología, así como nuevos ámbitos de aplicación como la Nanotecnología, etc
a) Durante el siglo XX la Física Fundamental sufrió una profunda revolución debida a la aparición de la Teoría de la Relatividad
y la Mecánica Cuántica
b) Dicha revolución ha permitido unos avances extraordinarios en nuestra comprensión de la estructura de la materia y de la evolución del Universo en su conjunto.
c) Sin embargo no disponemos de una teoría Cuántica de la Gravitación. Desconocemos la naturaleza de la materia y la energía oscuras.
d) Quedan por tanto muchos problemas por resolver en el ámbito de la Mecánica Cuántica y la Cosmología, así como nuevos ámbitos de aplicación como la Nanotecnología, etc
Recommended