KOSMOLOGIA WPROWADZENIE.pdf

Wstęp do

kosmologii

Wykład III

T.Lesiak

Co to jest kosmologia

Nauka o narodzinach, życiu i śmierci Wszechświata

Grecki ‘kosmos’ to ład, porządek a zarazem świat

Termin ‘kosmos’ wprowadził w XIXw. Humboldt jako synonim Wszechświata,

pojmowanego jako całość przyrody; w fizyce przyjął się raczej ‘Wszechświat’

Definicja Wszechświata: zbiór wszystkich istniejących obiektów materialnych

(podległych prawom fizyki), niosących pewien rodzaj energii i mogących

oddziaływać między sobą

Dzisiejsza kosmologia jest zbudowana na prawach fizyki, ale jeszcze 50-100

lat temu tak nie było

Ograniczenia kosmologii: ‘eksperymentalnie’ można sięgać tylko wstecz

w czasie; Wszechświat jest (z definicji) jeden, nie ma zbioru Wszechświatów

Lemaitre:

T.Lesiak Wstęp do kosmologii

Meandry kosmologii

‘Od zawsze’ aż do początku XXw, uważano, że Wszechświat jest statyczny

Czy fizyka na Ziemi jest taka sama w całym Wszechświecie? Arystoteles

uważał za oczywiste, że fizyka nieba różni się od fizyki zjawisk ziemskich ;

dopiero Galileusz odrzucił to rozróżnienie

Newton: oddziaływaniem kształtującym postać Wszechświata jest grawitacja

Model Wszechświata Newtona

¾ Gwiazdy są rozmieszczone z grubsza równomiernie (jak w węzłach sieci krystalicznej)

w nieskończonej przestrzeni

¾Æ można udowodnić, ze z prawa powszechnego ciążenia wynika wówczas iż siły

przyciągania działające na dowolną gwiazdę ze strony wszystkich pozostałych znoszą

się wzajemnie i taki układ pozostaje statyczny

Model Newtona fałszywy z dwóch powodów:

¾ Taki układ gwiazd jest niestabilny; każde dowolnie małe zaburzenie niszczy jego

równowagę chwiejną; wystarczy minimalnie naruszyć symetrie np. ‘podnieść’ trochę masę

niektórych gwiazd i cała struktura się załamie (wokół cięższych gwiazd powstaną zgęstki

materii, które będą rosnąć)

¾ Dziś wiemy że opis w ramach prawa grawitacji Newtona nie jest poprawny Æ OTW

T.Lesiak Wstęp do kosmologii

Meandry kosmologii – paradoks Olbersa

Heinrich Olbers 1823r.: Dlaczego nocne

niebo jest czarne? (poza ‘paroma’ bliskimi

źródłami); problem od czasów Keplera (1610r.)

W statycznym nieskończonym powinno być

u nas nocą nieskończenie jasno:

¾ Zał.: gwiazdy rozmieszczone równomiernie

w przestrzeni; ich gęstość n ; każda

gwiazda świeci z jednakową mocą L

¾ Podzielmy Wszechświat na koncentryczne warstwy kuliste o grubości ∆ r i rosnącym

promieniu wewnętrznym r

¾ Dla r À ∆ r warstwy są cienkie tzn. wszystkie zawarte w pojedynczej warstwie gwiazdy

znajdują się w jednakowej od nas odległości r

¾ Pojedyncza gwiazda, odległa od nas o r wypromieniowuje

na jednostkę powierzchni Ziemi (np. na lustro teleskopu) moc:

¾ Objętość warstwy i jest w niej gwiazd

¾Î obserwator na Ziemi (teleskop widzący całą sferę niebieską) zarejestruje od

naszej warstwy promieniowanie o mocy

¾Î brak zależności od odległości

Î każda warstwa daje taką samą moc, a jest ich nieskończenie wiele!!!

T.Lesiak Wstęp do kosmologii

Paradoks Olbersa: próby jego rozwiązania

Jean Philippe Cheseaux 1774r.: niebo jest ciemne bo chmury pyłu

międzygwiazdowego zasłaniają dalekie gwiazdy i odbijają ich światło

¾ ALE: obłok pyłu nigdy nie może odbijać całości padającego na niego promieniowania.

Jego część musi być pochłaniana

Æ chmura w końcu nagrzewa się i osiąga stan równowagi termodynamicznej

Æ emituje tyle samo energii ile pochłania Æ oświetla nas zamiast gwiazd

Lord Kelvin 1901r. (także Edgar Allan Poe): niebo jest ciemne bo Wszechświat

wprawdzie jest statyczny ale NIE JEST nieskończenie stary;

może zaistniał on nagle np. Y mld lat świetlnych temu. Wówczas dociera do nas światło

jedynie od gwiazd odległych o mniej niż Y mld lat świetlnych i niebo będzie ciemne;

w miarę upływu czasu będziemy widzieć coraz to nowe gwiazdy i niebo będzie jasnieć

Î usuwa paradoks Olbersa za cenę jeszcze trudniejszego pytania: dlaczego

Wszechświat powstał Y mld lat temu

Nieskończonego Wszechświata nie da się opisać

za pomocą grawitacji w ujęciu Newtona

Î W XIX wieku zaczęto uważać, że Wszechświata nie da się opisać metodami fizyki

(mechaniki klasycznej, która wtedy dominowała)

Î Ogólna Teoria Względności oraz fizyka kwantowa rozwiązują paradoks Olbersa

T.Lesiak Wstęp do kosmologii

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: