Desvelando el Universo

Presentación del tema: "Desvelando el Universo"— Transcripción de la presentación:

1 Desvelando el Universo
Del microcosmos al macrocosmos

2 Tema 4: Gravitación y Cosmología
UNIVERSIDAD PARA LOS MAYORES Desvelando el Universo (del microcosmos al macrocosmos) Tema 4: Gravitación y Cosmología Antonio López Maroto Departamento de Física Teórica I (30 de mayo de 2013)

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

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

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

7 RELATIVIDAD GENERAL (1915)
Gmn = 8pG Tmn 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 Velocidad de escape y agujeros negros
K. Schwarzschild Si R < RS entonces Vescape > c La luz no podría escapar del campo gravitatorio Agujero negro

13 Agujeros negros

14 El agujero negro del centro de la galaxia

15 Radiación de Hawking Los agujeros negros se evaporan
S. Hawking Los agujeros negros se evaporan por efectos cuánticos. Tiempo de evaporación: 1063 años (MS)

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 H0-1 = 1.4 · 1010 años Vesto Slipher Edwin Hubble
EL UNIVERSO SE EXPANDE Cefeidas variables ( ) Vesto Slipher H0-1 = 1.4 · 1010 años Edwin Hubble

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

23 ¿CUÁNTOS ÁTOMOS HAY EN EL UNIVERSO?
D, 3He, 4He, 7Li Edad del Universo = 1 min Temperatura = 1010 K nB / ng = h10 Densidad de bariones 1/4 nucleón/m3 rB= 4·10-31 g·cm-3

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

25 ...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??

26 El Universo a gran escala:
el modelo teórico

27 RELATIVIDAD GENERAL (1915)
Gmn = 8pG Tmn Geometría Materia-Energía RELATIVIDAD GENERAL (1915)

28 LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO
Densidad crítica r > r r < r r = r0 Curvatura espacial: Positiva Negativa Plano r0 = g·cm-3 rB << r0 (rB =0.044 r0) rB= 4·10-31 g·cm-3

29 LA GEOMETRÍA DEL UNIVERSO
La mayor parte del Universo no es materia ordinaria Tamaño del horizonte Plano r » r0 Curvatura negativa r >> rB WMAP 2003

30 LA DINÁMICA DEL UNIVERSO
Ritmo de expansión µ r1/2 Aceleración µ - (r + 3p) … pero para la materia y la radiación r > 0 p > 0

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

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

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 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. Sin embargo no disponemos de una teoría Cuántica de la Gravitación. Desconocemos la naturaleza de la materia y la energía oscuras. 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