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)
Relativita’ speciale
spazio
10%
87%
99%
99.9%
tempo
Einstein 1879-1955.
1916: Relativita’ Generale
Lo spazio e’ curvo
Lo spazio e’
influenzato dalla
materia
Posizione vera
Posizione apparente
Cosmologia
1918 Shapley
misura la
nostra
Galassia,
la Via Lattea.
Noi abitiamo
in periferia
…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.
La lunghezza d’onda del
fotone si allunga in modo
proporzionale
all’espansione:
REDSHIFT=spostamento
verso il rosso
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)
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
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
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
La prova decisiva
1965: Penzias e Wilson provano una
nuova antenna, nella banda radio.
Scoprono un “rumore di fondo” indipendente dalla radiazione di osservazione. Era il fondo cosmico di
radiazione a 3 gradi Kelvin.
E’ quello che
rimane della
fase calda del
primo universo
Eta’ dell’Universo
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?
v = H0 d
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
Eta’ dell’Universo ~ 14 miliardi di anni
E se avessimo
preso due galassie
piu’ distanti?
“Aperto” o “Chiuso”?
1o metodo
0.04rc
r=0.3rc
o
2
metodo: candele standard
L=100 W
Brillante!
vicino
Debole!
lontano
Se esistessero delle sorgenti tutte della stessa
luminosita’ (nota) potrei stimare la loro
distanza dal flusso che ricevo.
Ma mentre la luce viaggia (a
300000 km/s) lo spazio si
espande!
Potremmo sapere di quanto
l’universo si e’ espanso:
Flussi bassi
distanze grandi
Flussi grandi
distanze piccole
grande espansione
piccola espansione
poca gravita’
grande gravita’
Supernova 1987a
Supernova 1987a
Supernovae
Nebulosa del
Granchio, resto
di Supernova
1000 anni dopo
lo scoppio
Resto della
supernova di
Keplero,
9 Ottobre 1604
Intensita’
Intensita’
Supernovae Ia !
tempo
Distanze grandi… troppo grandi
Saul Perlmutter
Sempre piu’ lontano:
i Gamma Ray Burst
“Via Lattea”
Terra
Luna
AFTERGLOW !
Si puo` misurare la distanza!
Record: GRB 050904 Redshift z=6.29 !
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….
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….
Rosso ....... Blu
Energia totale emessa
Giancarlo Ghirlanda
GG
Osservatorio di Brera
Davide Lazzati
- Boulder USA
redshift
Luminosity distance
Lum
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???
Grazie dell’attenzione!
www.merate.mi.astro.it/~gabriele/gabriele.html
Difficolta’
Libri divulgativi:
* I misteri del tempo
* Questo bizzarro Universo
* E=mc2
* In search of the big bang
* The extravagant Universe
* The accelerating Universe
* The inflationary Universe
** Nelle pieghe del tempo
** Il mistero della massa mancante nell’universo
** Le origini dell’Universo
** I signori del tempo
** Cosmologia moderna
** The stuff of the Universe
*** L’Universo elegante
*** The structure of the Universe
Paul Davies
Dennis Sciama
David Bodanis
John Gribbin
Robert Kirshner
Mario Livio
Alan Guth
George Smoot
Lawrence Krauss
John Barrow
John Boslough
Dennis Sciama
J.Gribbin & M.Rees
Brian Greene
Jayant Narlikar
Cenni storici
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Pitagora
580-500 a.C. Terra sferica orbitante
attorno ad un fuoco centrale (non il Sole).
Platone
427-327 a.C. Terra al centro. Pianeti
in orbite circolari.
Aristarco ~280 a.C. Sistema eliocentrico.
Tolomeo ~140 a.C. Sistema geocentrico. Epicicli.
Copernico 1473-1543 Sistema eliocentrico.
Keplero
1571-1630 Leggi del moto planetario.
Galileo
1564-1642 Macchie solari, satelliti di
Giove, fasi di Venere.
Newton
1643-1726 Leggi della gravitazione
universale. Leggi del moto. Calcolo differenziale.
Spazio e tempo assoluti.
Big Bang
[email protected] - 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?
Einstein 1879-1955.
1905: Relativita’ Speciale
c=300.000 km/s max velocita’
il tempo non e’ assoluto
lo spazio non e’ assoluto
E=mc2
Problema:
Alan Guth
Principio antropico
 Noi esistiamo perche’ le costanti fisiche hanno
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
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 = 300.000 km/s?
af = 1/137 ?
Secondo Dennis Sciama
esistono solo 3 possibilita’:
Caso
Dio
Multi Universi