Κοσµολογία

Το παρελθόν , το παρόν , και τοµέλλον του Σύµπαντος.

Τι είναι όµως η Κοσµολογία;

• Η κοσµολογία είναι ο κλάδος της φυσικήςπου µελετά την δηµιουργία και την εξέλιξητου Σύµπαντος.

• Με τον όρο Σύµπαν εννοούµε τον κόσµοπου µας περιβάλλει , δηλαδή τα πάνταγύρω µας (σε µεγάλη κλίµακα:γαλαξίες , σµήνη γαλαξιών κτλ)

∆ιάφορες ερωτήσεις για το θέµα

• Το σύµπαν υπήρχε από πάντα ;• Αν όχι πότε δηµιουργήθηκε ;• Πόσο µεγάλο είναι ;• Πώς ήταν παλαιότερα ;• Πώς είναι τώρα όσον αφορά στηνσύσταση ;

• Πώς θα είναι στο µέλλον ;

Παράδοξο του Olber

• Κοιτάζοντας το βράδυ τον έναστρο ουρανόβλέπουµε διάφορα άστρα , πλανήτες , γαλαξίες κ.α. στο σκοτεινό φόντο τουουρανού . Αυτό είναι παράδοξο απ’ τηνεξής άποψη: αν το Σύµπαν ήταν ανέκαθενέτσι (δεν είχε αρχή στο χρόνο) τότε η ύληανάµεσα στα άστρα θα είχε θερµανθείτόσο απ’ την ακτινοβολία των αστέρωνώστε θα ακτινοβολούσε σαν αυτά.

• Αυτό θα σήµαινε ότι οουρανός την νύχτα θαήταν τόσο φωτεινόςόσο το πρωί!

• Αυτό όµως δενσυµβαίνει γιατί τοΣύµπαν δεν υπήρχεαπό πάντα αλλάδηµιουργήθηκεκάποια στιγµή στοπαρελθόν.

• Έτσι λύνεται το πρόβληµα του παραδόξουγιατί η ύλη ανάµεσα στα άστρα δεν έχειπρολάβει να θερµανθεί αρκετά.

• Πότε όµως δηµιουργήθηκε το Σύµπαν;

• Η απάντηση µπόρεσε να έρθει µετά απότο 1929 µε την εργασία του Hubble.

Η εργασία του Hubble.

• Το 1929 ο Hubble µε το τηλεσκόπιο τουαστεροσκοπείου του όρους Ουίλσονµέτρησε την απόσταση και την ταχύτητα18 γειτονικών γαλαξιών µε βάση τοφαινόµενο Doppler.

Το φαινόµενο Doppler

• Όταν µια φωτεινή πηγή αποµακρύνεται ήπλησιάζει έναν παρατηρητή τότε αυτός µετρά τοµήκος κύµατός της µεγαλύτερο ή µικρότερο απόαυτό που εκπέµπει η πηγή αντίστοιχα, ανάλογαµε την ταχύτητα της πηγής.

• Όταν ο Hubbleτελείωσε τις µετρήσειςτου τότε διαπίστωσεότι όλοι οι γαλαξίεςαποµακρύνονται απότον δικό µας και ότιόσο ποιο µακριάβρίσκεται έναςγαλαξίας τόσο πιογρήγορααποµακρύνεται!!!

• Αυτό απαιτεί λίγο παραπάνω ανάλυση. Στην πραγµατικότητα αυτό πουδιαστέλλεται είναι ο χώρος!!! Οι γαλαξίεςαπλά ακολουθούν την κίνηση του χώρουστον οποίο βρίσκονται, δεν κινούνταιανεξάρτητα απ’ αυτόν παρά µόνο σετοπικές κλίµακες.

• Αναλύονταςπαραπάνω τααποτελέσµατα τουδιαπίστωσε ότι ησχέση που συνδέειτην ταχύτητα µε τηναπόσταση είναιγραµµική.

Ο νόµος του Hubble

• Ο Hubble κατέληξεστον εξής νόµο:

υ = Η d

Όπου Η µια σταθεράπου έχει τιµή περίπου22 km/sec/Mlyr

Μερικά από τα φασµατοσκοπικάδεδοµένα του Hubble

• Ο νόµος του Hubble δεν σηµαίνει ότικατέχουµε µια ξεχωριστή θέση στοΣύµπαν. Ακριβώς το ίδιο ισχύει γιαοποιοδήποτε µέρος του Σύµπαντος.

• Σηµαίνει όµως ότι όσο πιο πίσωανατρέχουµε στο παρελθόν τόσο πιοκοντά ήταν οι γαλαξίες µεταξύ τους.

Η ηλικία του Σύµπαντος

• Σκεπτόµενοι µε απλούς συλλογισµούςµπορούµε να διαπιστώσουµε ότι αναντιστρέψουµε τη σταθερά του Hubble(αρκεί να δεχτούµε ότι οι γαλαξίεςαποµακρύνονταν µεταξύ τους µε σταθερόρυθµό ανέκαθεν) τότε αυτό δηλώνει τηνηλικία του Σύµπαντος. Αυτή είναι περίπου13,7 δισεκατοµµύρια χρόνια!

• Πριν από 13,7 δισεκατοµµύρια χρόνια τοΣύµπαν ήταν συγκεντρωµένο σε ένασηµείο µηδενικών διαστάσεων, άπειρηςπυκνότητας και θερµοκρασίας. Τηνχρονική στιγµή t=0 έγινε µια µεγάληέκρηξη(Big Bang) που δηµιούργησε τονχώρο και τον χρόνο! Από εκείνη τη στιγµήκαι µέχρι σήµερα το Σύµπαν διαστέλλεται.

Οι φάσεις της εξέλιξης τουΣύµπαντος

1. Η εποχή της κυριαρχίας τηςακτινοβολίας.

2. Η εποχή της κυριαρχίας της ύλης.

3. Η εποχή της σκοτεινής ενέργειας.

Η κοσµική ακτινοβολία υπόβαθρου

• Η κοσµικήακτινοβολίαυπόβαθρου είναι ότιαπέµεινε από τηναποσύζευξη ύλης-ακτινοβολίας. Φυσικάη θερµοκρασία τηςέχει πέσει από τους3000Κ στους 3Κ πουέχουµε σήµερα.

Η σηµερινή σύσταση τουΣύµπαντος.

~4% συνήθης βαριονική ύλη.

~23% σκοτεινή ύλη.

~73% σκοτεινή ενέργεια.

Λιγότερο από ~0.1% ακτινοβολία.

• Το Σύµπαν υπό την επίδραση τηςσκοτεινής ενέργειας έχει ήδη αρχίσει ναδιαστέλλεται µε συνεχώς επιταχυνόµενορυθµό! Σαν αποτέλεσµα αυτού τουγεγονότος θα αρχίσουµε να βλέπουµε όλοκαι λιγότερους γαλαξίες στα όρια τουορατού µας Σύµπαντος.

Προτεινόµενη βιβλιογραφία

• Steven Hawking, Το χρονικό του χρόνουεκδόσεις κάτοπτρο.

• Steven Weinberg, The First Three Minutes