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Desvelando el Universo Del microcosmos al macrocosmos.

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Presentación del tema: "Desvelando el Universo Del microcosmos al macrocosmos."— Transcripción de la presentación:

1 Desvelando el Universo Del microcosmos al macrocosmos

2 Antonio López Maroto Departamento 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

3 Tema 0: Introducción Tema 1: La visión del mundo previa al siglo XX Tema 2: Relatividad Especial Tema 3: Física Cuántica Tema 4: Gravitación y Cosmología Tema 5: Física atómica y nuclear Tema 6: Física de partículas Actividad Complementaria: El mundo de las partículas y los aceleradores Tema 7: Historia de la Astronomía y Astronomía básica Tema 8: Los instrumentos del astrónomo Tema 9: El trabajo del astrónomo profesional Tema 10: El Sistema Solar Actividad Complementaria: Visita al Observatorio UCM Tema 11: Las estrellas Tema 12: El medio interestelar y la Vía Láctea Tema 13: Las galaxias Tema 14: Cosmología observacional PROGRAMA Curso 2013

4 FÍSICA CLÁSICA Las limitaciones de la Física Clásica Velocidades pequeñas v << c Tamaños grandes Campos gravitatorios débiles Relatividad Especial Física Cuántica Relatividad General

5 La caída de los cuerpos Todos los cuerpos caen con la misma aceleración independientemente de su masa y composición

6 La gravitación como geometría del espacio-tiempo Teoría de Relatividad General (1915)

7 G 8 G T Geometría Materia-Energía RELATIVIDAD GENERAL (1915)

8 La gravitación como geometría del espacio-tiempo Los cuerpos seguirían las trayectorias que minimizan la distancia (geodésicas) Ejemplo: Madrid-Tokyo

9 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

10 La gravitación como geometría del espacio-tiempo Avance del perihelio de Mercurio: 43 de arco: de acuerdo con RG

11 Velocidad de escape y agujeros negros

12 Si R c La luz no podría escapar del campo gravitatorio Agujero negro K. Schwarzschild

13 Agujeros negros

14 El agujero negro del centro de la galaxia

15 Radiación de Hawking Los agujeros negros se evaporan por efectos cuánticos. Tiempo de evaporación: años (M S ) S. Hawking

16 Ondas gravitatorias

17 El universo hasta 1.5 Mpc: el Grupo Local

18 El universo hasta 30 Mpc: el supercúmulo de Virgo

19 Supercúmulos, filamentos y vacíos hasta 150 Mpc

20 El universo hasta 4300 Mpc: el alcance de las supernovas

21 EL UNIV ERSO SE E X P A N D E... Cefeidas variables ( ) Vesto Slipher Edwin Hubble H 0 -1 = 1.4 · años

22 ...ACELERADAMENTE (1998) Supernovas tipo Ia Acelerado Decelerado-acelerado Decelerado

23 ¿CUÁNTOS ÁTOMOS HAY EN EL UNIVERSO? D, 3 He, 4 He, 7 Li Edad del Universo = 1 min Temperatura = K n B / n = Densidad de bariones 1/4 nucleón/m 3 B = 4· g·cm -3

24 LA RADIACIÓN DEL FONDO CÓSMICO DE MICROONDAS ES... T= K

25 ...ANISÓTROPA 1/10 5 A. Penzias, R. Wilson Premio Nobel de Física 1978 J. Mather, G. Smoot Premio Nobel de Física 2006 ?? Premio Nobel de Física 20??

26 El Universo a gran escala: el modelo teórico

27 G 8 G T Geometría Materia-Energía RELATIVIDAD GENERAL (1915)

28 Densidad crítica Curvatura espacial: Positiva Negativa Plano LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO B << B =0.044 = g·cm -3 B = 4· g·cm -3

29 >> B LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO Plano Curvatura negativa Tamaño del horizonte 0 WMAP 2003 La mayor parte del Universo no es materia ordinaria

30 LA DINÁMICA DEL UNIVERSO Ritmo de expansión µ r 1/2 … pero para la materia y la radiación r > 0 p > 0 Aceleración µ - ( r + 3p)

31 LA DINÁMICA DEL UNIVERSO Aceleración µ - ( r + 3 p ) > 0 p < 0 Energía oscura La mayor parte del Universo no es materia ordinaria … es energía oscura

32 LA COMPOSICIÓN DEL UNIVERSO Elementos pesados 0.03 % Neutrinos < 1.5 % Estrellas 0.6 % H y He gaseoso 4 % Energía oscura 73 % Materia oscura 23 %

33 LA EVOLUCIÓN DEL UNIVERSO

34 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


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