Cenni sulle teorie cosmologiche
TEORIA DELLA RELATIVITA’
Nasce dalla constatazione che il movimento è relativo, e dipende dal sistema di
riferimento. La teoria è formulata da Einstein che coniuga la precedente teoria della relatività del moto di
Galileo con la costanza della velocità della luce in qualsiasi sistema di riferimento e per primo prevede
l’esistenza dei buchi neri.
•
La velocità massima che esiste nell’universo è la velocità della luce
•
Quando un oggetto si muove con velocità che è prossima a quella della luce:
il tempo si dilata ( v.paradosso dei gemelli)
la massa tende a infinito
MECCANICA QUANTISTICA
•
Poco tempo dopo nasce la teoria della MECCANICA QUANTISTICA, che si basa sul principio di
indeterminazione( Heisenberg), secondo il quale non è possibile stabilire con esattezza la posizione e la
velocità dell’elettrone , ma si può soltanto attribuirgli la probabilità di trovarsi in un determinato momento in
una zona intorno al nucleo detta zona orbitale. In questo modo viene introdotto un principio di probabilità
che si oppone alle certezze di Einstein.
Lo scontro riguarda proprio i buchi neri.
•
Dal buco nero non esce nulla (Einstein)
•
E’ probabile che dal buco nero non esca nulla ma non è escluso (Heisenberg)
Le galassie
Sono insiemi di stelle e vengono classificate in base alla forma e all’attività del nucleo.
In base alla forma :
In base all’attività del nucleo:
Galassie ellitiche
Galassie irregolari
Galassie a spirale S (spirale)
Sb (spirale barrata)
NORMALI la luminosità totale è dovuta alla luce
emanata dalla stelle
SEYFERT oltre alla luminosità delle stelle si vede
anche la luminosità del nucleo.
QUASAR sorgente radio di dimensioni quasi stellari
(quasi-stellar radio source ) si vede solo la
luminosità del nucleo. Manifestano strani
comportamenti di red-shift
spirale SB
galassie E
spirale S
© laura Condorelli 2009
galassia S con 2 ellittiche E
galassia I
Analisi spettrale
Studiando gli spettri che provengono dalle stelle possiamo avere varie notizie
STELLE VICINE
STELLE LONTANE
Se si analizza lo spettro che arriva da una stella
Analizzando lo spettro elettromagnetico che arriva
vicina si possono vedere le righe degli elementi.
da una stella più lontana si vede chele righe di
Hanno una determinata lunghezza d’onda di
assorbimento non corrispondono ad alcun elemento
assorbimento.
che noi conosciamo.
Si possono allora formulare due ipotesi:
1. O sulla stella ci sono elementi diversi da quelli
che conosciamo
2. Oppure le righe degli elementi sono spostati verso
il rosso
La seconda ipotesi, la più probabile, viene chiamata
“RED SHIFT”. Consiste nello spostamento verso
le lunghezza d’ onda maggiori in seguito a velocità
di recessione.
© laura Condorelli 2009
Quasar
Le Quasar sono galassie che sembrano stelle: sono
gli oggetti più lontani che conosciamo.
Analizzando lo spettro che arriva dalle Quasar,si
nota che il fenomeno “Red Shift” è molto
pronunciato e viene interpretato come “Effetto
Doppler”. Se una galassia si allontana da noi con
velocità maggiore, le sue righe spettrali saranno più
spostate verso il rosso.
Effetto Doppler
L’ Effetto Doppler è quindi un cambiamento apparente della frequenza o della lunghezza d’onda percepita da
un osservatore.
Si verifica in acustica (onde
sonore) e consiste in uno
stiramento o accorciamento
dell’onda acustica in seguito al
moto relativo dell’oggetto
Esempio:
• Un ambulanza ferma con
sirene spiegate emette
onde sonore.
• Quando un ambulanza
con sirene spiegate si
avvicina ad uno
osservatore, le onde
sonore vengono
schiacciate e il suono
risulterà più acuto, poiché
diminuisce la lunghezza
d’onda.
• Quando un ambulanza si
allontana da un
osservatore il suono si
sentirà più tenue,poiché
la lunghezza d‘onda
aumenta.
© laura Condorelli 2009
Teoria del Big Bang
Osservando lo spettro delle quasar Hubble
deduce la legge nota come v=Hd (legge di
Hubble), dove
• d= distanza (variabile indipendente)
• v= velocità di allontanamento (red shift)
(variabile dipendente)
• H= costante di Hubble (coefficiente
angolare)
Mettendo in relazione v e d si osserva che sono
rappresentati da una retta che passa per l’origine
degli assi, quindi l’Universo ha avuto
un’origine, un tempo 0 e una velocità 0.
All’inizio doveva esserci una singolarità (il
famoso uovo cosmico), con tutta la materia e
l’energia concentrati in un volume piccolissimo.
Poi l’Universo è nato e c’era solo energia. La
materia si è disaccoppiata dall’energia solo
dopo (ma c’è un problema, nel nostro Universo
c’è solo materia e non anche l’antimateria,
altrimenti si noterebbe).
Prova dell’espansione dell’universo
Se l’universo si è espanso la sua temperatura è sicuramente diminuita ma non può essere uguale a zero
(valore basso ma non zero).
La temperatura deve essere isotropa, quindi deve arrivare da tutti i punti dell’universo con la stessa intensità.
Questa temperatura è stata trovata, si chiama radiazione fossile di fondo, è pari a 3 kelvin ed è una proprietà
dell’universo (è isotropa).
Modello dell’espansione
Legge di Hubble: tutte le galassie si allontanano da noi con velocità tanto maggiore quanto maggiore è la
loro distanza. In realtà tutte le galassie si allontanano da tutte le altre seguendo la legge di Hubble. Il modello
è quello ipotetico del palloncino, che si gonfia, mentre le galassie sono rappresentate da puntini disegnati
solo sulla superficie del palloncino. In effetti il problema è che ci sono almeno 4 dimensioni nell’Universo,
di cui 3 spaziali e una temporale, legata a c, per cui se un ragazzo oggi ruba un motorino tutto ciò non sarà
successo per un ipotetico osservatore posto su un pianeta ad un AL di distanza, ma succederà tra un anno.
Comunque un bel modello per rappresentare la recessione con calcoli matematici è questo:
All’inizio la legge di Hubble può far pensare che
la Terra sia al centro dell’Universo
© laura Condorelli 2009
La rappresentazione seguente, al contrario, dimostra che anche per un ipotetico osservatore posto su una
galassia al margine dell’Universo la legge di Hubble vale
Il futuro dell’universo
1-l’universo
l’universo continuerà a espandersi per
sempre: UNIVERSO APERTO: la velocità
di espansione è maggiore delle velocità di
fuga
la velocità di espansione diminuisce
2-la
(diventa zero) fino ad arrivare a una
singolarità(buco nero):
UNIVERSO CHIUSO la velocità di
espansione è minore della velocità di fuga
Viene anche chiamato
to BIG CRUNCH
3-la
la velocità tende a zero e si mantiene non
si espande più e non diminuisce:
UNIVERSO PIATTO la velocità di
espansione è identica alla velocità di fuga
© laura Condorelli 2009
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