Title: L
1Lorigen i el finalde la Història
- Albert Gras i Martí
- agm_at_ua.es
- http//www.agm.cat
- Departament de Física Aplicada, Universitat
dAlacant
2La història de lUnivers en poques paraules
http//members.bellatlantic.net/vze3fs8i/hist/his
t.html
- Fluctuació quàntica, inflació, expansió...
producció de deuteri i heli... radiació del cos
negre... formació de galàxies... combustió de
deuteri, fusió dheli-carboni-oxigen-
silici-ferro, implosió, explosió de la supernova,
condensació, acumulació cap la formació de
planetes, solidificació de la crosta, expulsió
dels gasos volàtils, condensació daigua,
dissociació daigua, producció dozó, absorció
ultraviolada, organismes unicellulars
fotosintètics, oxidació, mutació, selecció
natural, diferenciació cellular, reproducció
sexual...
- ... fossilització, extinció dels dinosaures i
dels mamífers, glaciació, manifestació de lhomo
sapiens, domesticació dels animals, producció de
menjar en excés, civilització, religió, nacions
en guerra, creació i destrucció dimperis,
exploració, colonització, revolució, constitució,
eleccions, industrialització, proclamació de
lemancipació, producció en massa, urbanització,
migració, guerres mundials, extensió del sufragi,
depressió, guerra mundial, explosions de fissió,
Nacions Unides, exploració espacial Lluna...,
computerització, Organització Mundial de Comerç,
terrorisme, expansió dInternet...
3Idees sobre lUnivers
- La Creació ... no eren teories científiques ...
no intentaven explicar lestructura del món
Aristòtil
- Aristòtil (340 aC)
- Terra
- una esfera
- observant la forma de lombra de la Terra durant
un eclipsi lunar - diàmetre
- 4000 stadia (aproximadament el doble del valor
correcte) - Centre de lUnivers
- Sol, Lluna, planetes i estels es movien al seu
voltant en òrbites circulars - Ptolomeu (100 dC)
- proposa el primer model de lUnivers centrat en
la Terra
4Idees sobre lUnivers
- Copèrnic, rector polonès, 1473-1543
- Sol estacionari
- Planetes orbiten el Sol
- Ignorat durant un segle!
- Fins que els astrònoms van donar suport a la
idea - Johannes Kepler (alemany) i Galileo Galilei
(italià) - Galileu (Pisa, 1564 - 1642 )
- Fa servir una eina nova, el telescopi
- Descobreix llunes que orbiten Júpiter
- (la 1a observació dalguna cosa que no orbita la
Terra) - Estableix que la Terra no és el centre al voltant
del qual tot es mou
5Idees sobre lUniversNewton i la Ciència moderna
- Isaac Newton (1687)
- Gravitació i el moviment dels planetes
- Sol reconegut com un estel més, de lUnivers
- Ciència moderna capaç de
- dir del que hi posem fer prediccions
- proporcionar coherència i unitat
- en fets inconnexos
- Construïm models descripcions matemàtiques
simplificades - Hipòtesi Lleis que governen la Terra valen en
tot lUnivers
6LUnivers en 1900
- Consistia en 1 galàxia, la Via Làctia
- Era infinitament vell
- Era estàtic i immutable
- 1r Com és la Via Làctia?
7La Via Làctia
- És una galàxia enorme 200 i 400 milers de
milions destels disposats en forma de disc amb
un bombament central duns 12,000 anys-llum de
diàmetre que té major concentració destels en la
direcció de Sagitari. - Del nucli central ixen 6 braços en espiral.
- El Sol està situat en un dels braços petits, el
braç Local o dOrió, a 2/3 del centre del disc,
uns 28,000 anys-llum. - El diàmetre del disc és duns 100,000 anys-llum,
té un gruix mitjà de 10,000 anys-llum que
augmenta a 30,000 anys-llum en el nucli.
www.encyclopedia.com/html/section/MilkyWay_Sizeand
ShapeoftheMilkyWay.asp
8A quina distància està lestel més proper?
- Si fem una escala en què 1 Unitat Astronòmica és
1 metre, - 1 AU 1 m
- 1 AU 150,000,000 km
- El diàmetre...
- del Sol és 10 mm (una boleta)
- de la Terra lt 0.1 mm (un gra de sorra)
- Distància a...
- Plutó 40 m
- núvol dOort (cometes) 50 km
- Pròxima Centauri 268 km
- LUnivers és un espai enorme!
9LUnivers sobserva...
- amb satèllits
- naus espacials
- telescopis
- microscopis
- acceleradors
- computadores
- el pensament humà...
10LUnivers Quan? Com? Per què?
- Origen? Forma? Composició? Grandària? Fi?
- fàcil explicar que...
- seqüenciació DNA
- neurofisiologia
- electrònica quàntica
- matemàtica pura
- ...
11Edwin Hubble (astrònom, EEUU)
-
- 1920-30... fa descobriments revolucionaris
- Hi ha altres galàxies fora la Via Làctia
- Totes les altres galàxies sallunyen de nosaltres
- Corriment sistemàtic cap al roig de la llum de
les galàxies - Les glàxies més allunyades sallunyen més
ràpidament - LUnivers sexpandeix!
12Llei de Hubble
Velocitat de recessió (km/s)
- Com més lluny, més ràpidament sallunen de
nosaltres
Comparació Via Làctia 12,000 light-years
Ø Vel. rotació Terra s/ Sol 30 km/s
Distància (milions danys llum)
13Invertim la fletxa del temps...
- LU sestà expandint...
- invertim direcció història (passat)
- les dades evidencien...
- va emergir dun estat menut dens...?
- en algun moment grandària 0
- Big Bang començament aparent
14Tot va començar amb una Singularitat
La gran mascletà!
151940-48, Alpher i Herman (deixebles de Gamow)
prediuen (en aplicar lleis de la física a lU) la
radiació romanent del Big Bang)1965,
PenziasWilson la descobreixen
Eco del Big Bang
- (Radioenginyers de Bell Labs)
- descobreixen accidentalment el camp de radiació
còsmica - camp de microones
- ve en totes direccions del cel amb la mateixa
intensitat - T ? 2.7 K
- radiació còsmica de fons, de microones
- El descobriment inicia lestudi seriós del model
del BigBang
16COBE (1989)
- Cosmic Bakground Explorer (NASA)
- Radiació còsmica
- intensitat en totes direccions
- espectre de radiació pura tèrmica (radiació del
cos negre) - Mesura lespectre del cos negre més perfecte mai
vist - confirmació sorprenent
- lU va estar en algun moment
- a centenars de milers de graus
17LUnivers
- Illes de llum galàxies
- Mar fred de microones (eco del big bang)
- Big bang
- fa 15.000.000.000 anys
- 15103106 anys 1.51010anys
- temps espai matèria shi van organitzar
- Actualment
- expansió i refredament lent, rarificació contínua
Galàxia en espiral
18La matèria de lU
19Què sexpandeix?
- Ni la Terra ni la Via Làctea
- Ni els agregats de milers de galàxies
(conglomerats/clusters) - lligats forces químiques i gravitatòries
fortes que força expansió -
- Només si anem enllà...
- dels enormes conglomerats de milers de galàxies
- lexpansió venç latracció local gravitatòria
20Expansió? La veïnaAndròmeda...
- sens acosta
- latracció gravitatòria de la Via Làctea gt que
lefecte de lexpansió universal
21Expansió de lU
Com més lluny, més ràpidament sallunyen...
- Analogia...
- expansió de
- lespai
- que hi ha entre conglomerats de galàxies
- (Però les panses no es modifiquen)
No sestà expandint cap a una altra cosa El
pastís és tot el que hi ha!
22Expansió indefinida? Velocitat descapament, vesc
- Una pedra llançada
- torna
- llançada a
- vesc 11 km/s
- no torna
23Expansió indefinida?
- lU en expansió a vel. crítica de llançament
v? - v gt v, expansió sempre creixent
- v lt v, expansió satura i reverteix
- ... acabarà en contracció grandària 0
- (lestat en què aparentment tot va començar)
- v v
- ... expansió continua per sempre
24Visions de lUnivers
25Big Crush? El gran esclafament?
- Un dels grans misteris de lU
- actualment sexpandeix a vel. ? v!
- No sabem si
- v gt v o v lt v
- ? no podem predir res a llarg termini
26v v i vida
- vinicial gtgt v la gravetat mai no origina
estels ni els elements que formen éssers vius,
PCs... - vinicial ltlt v expansió revertirà en contracció,
abans que es formen i esclaten els estels
- Qualsevol U que continga éssers humans ha de
tenir v ? v - als milers de milions danys dexpansió
- Problema la densitat de lU primitiu ha de tenir
un valor EXTREMADAMENT precís, fins la xifra
decimal 60!, per tal de tenir lequilibri que
observem ara
27Mort dun estel i inici de vida
- Al final de la vida dun estel
- (Sol a meitat de vida)
- Crisi energètica nuclear període explosiu, canvi
ràpid - He ? C ? Ni o Si, P... (elements són vitals en
bioquímica) - Alguns estels esclaten en supernoves
- els elements es dispersen per lespai
- acaben en planetes i en persones
28Estelsfont de tots els elements...
- Base de complexitat, vida...
- Tot àtom C cos originat en un estel
- Som pols destels!
- (O brossa estellar ?)
29LU al primer s, minut, any...?
- temperatura, densitat, composició química...?
- t 0
- infern de radiació (massa calent àtoms no
sobreviuen) - Minuts
- refredament i formació de nuclis (elements
lleugers) - Milions danys
- fred, formació dàtoms, molècules simples
- Milers de milions danys
- condensació de matèria en estels i galàxies
30Model actual de lU
- A grans trets Big bang!
- Expansió i refredament
- 0.01 s T cent mil milions ºC (1011)
- gtgt que estel calent
- no mantenen units molècules, àtoms, nuclis
- matèria partícules elementals i llum
- partícules e-, e (positró), ? (neutrino)
- llum m 0, qe 0
- 1 s T 10 mil milions ºC (1010)
313
- T mil milions ºC (109)
- suficient per a crear nuclis complexos
- a partir de p i n (nucli de D H-pesat)
- principalment llum, ?, ? (antineutrino)
- petites quantitats de materials nuclears i
delectrons - (73 nuclis H, 27 nuclis He)
- Continua l
expansió i refredament i la rarificació
32gt centenars de milers danys
- T freda
- electrons suneixen a nuclis per fer àtoms (H,
He) - Gravitació
- gas dH i He comença a agrupar-se
- finalment condensaran en galàxies i estels
- Ingredients amb què van iniciar vida els estels
- exactament els preparats en els primers 3 !!!
Expansió i refredament
33Línia del temps des del Big Bang
Som ací!
34Com comprovem la teoria del Big Bang?
- Necessitem informació de les primeres èpoques
- Leina més important en astronomia és que
- La velocitat de la llum és finita.
- Conforme mirem més enllà en lespai,
- estem mirant cap enrerre en el temps
35Grans qüestions sobre lUnivers
- Com de gran és lUnivers? Inimaginablement
gran - 2. Quina edat té lUnivers?
Insondablement vell - 3. De què està fet lUniverse? 90
hidrogen, 10 heli - 4. Com va començar lUniverse? Amb el Big
Bang
- Com hem arribat on som avui? Expansió i
contracció - Quina forma té lUniverse? Bona pregunta!
- Quin destí té lUnivers? Expansió
eterna - 6. Com sabem tot açò? gt 100
anys dobservacions i de càlculs!
36Com de vell és lU?
Si comprimim lhistòria de lU en un any, de
manera que el Big Bang és a mitja nit de l1 de
gener, i avui en dia és el 31 de desembre...
- Gener 1, 1211am
- Gener 19
- Març
- Agost
- Setembre
- Novembre
- Desembre 17
- Desembre 18
- Primers àtoms estables
- Primers estels, quàsars
- Via Làctia
- Sistema solar
- Formació de vida en la Terra
- Formes de vida multicellulars
- Formes de vida vertebrada
- Sescampen les plantes
37Com de vell és lU?
- 9. Primers dinossaures
- 10. Darrers dinossaures
- 11. Primers homínids
- 12. Primer homo sapiens
- 13. Sinventa lagricultura
- 14. Piràmids egípcies
- 15. Es troba Amèrica
- Des. 24
- Des. 29
- Des. 31, 133 pm
- 1154 pm
- 115920 pm
- 115950 pm
- 115959 pm
Les nostres vides són un parpelleig el gran
esquema de les coses
381a part lorigen2a part el fi
De les dades a les especulacions...
39El final de lUnivers els darrers 3
- The end...
- De la Terra
- Del Sol
- De lUnivers
Conjectures sobre el destí final de lUnivers
40El final de la Terra
41Collisió contra la Terra
- Abans o després algun cometa xocarà contra la
Terra - la Lluna nés prova
- Uns 10.000 objectes dun 0.5 km de diàmetre,
originats en les vores del sistema solar, es
mouen en òrbites que tallen la Terra. - Molts daquestos objectes poden fer més mal que
totes les bombes nuclears del món juntes. - Només és qüestió de temps i xocarà
- seran males notícies per a les persones,
sinterromprà abruptament lespècie - però per a la Terra és un fet rutinari.
42Impactes
- Observem impactes de cometes o asteriods sobre la
Terra cada pocs milions danys. - Van acabar amb els dinosauris fa lt 65 milions
danys. - La propera vegada podríem ser nosaltres.
- Tanmateix, la Terra ha sigut un lloc hospitalari
a la vida al menys 3500 milions danys. - El secret del nostre èxit sobre el planeta Terra
hi ha molt despai a lUnivers
43Collisions còsmiques rares!
- Amb tot aquest espai, les collisions còsmiques
són rares amb - asteroids i cometes
- també podrien creuar-se núvols gegantins de gas,
o altres planetes, estels de neutrons, nanes
marrons, forats negres... - Una altra possibilitat
- alguns astrònoms creuen que el Sol pot ser part
dun sistema destels binaris (o dobles), com
tants altres estels de la galàxia. - Lestel company, Nemesis o Estel de la mort, és
massa feble i llunyà per veurel. Encara no sha
descobert. - Però per la seua influència gravitacional pot
enviar-nos cometes devastadors. - Els geòlegs han trobat que hi ha destrucció
ecològica periòdicament, cada 30 milions danys.
44El final del Sol
45Combustible dun estel
- La calor dun estel és per reaccions nuclears
- En alguns milers de milions danys el combustible
nuclear dun estel sesgota, i la pressió perd
contra la gravetat - El nostre Sol està a meitat de la seua vida, ja
du 5 mil milions danys
46Esclats destels
- Des dels 1950 sabem que els estels poden esclatar
- Estels boles de gas mantingudes juntes per la
gravetat - No collapsen
- latracció es compensa per la pressió del gas
comprimit a linterior
47Sols grans
- El destí dun estel més gran que el Sol
- per exemple 10 masses solars
- cremen lH més ràpidament (perquè són més
brillants i irradien més llum) - i el pes extra comprimeix més encara el gas
interior i augmenta el ritme de reaccions
nuclears - En cremar H es forma He, que fon per donar C, O,
Ne...Fe
48Ferro i explosió
- Fe marca la cadena de combustible nuclear
- té un nucli molt estable i costa més energia
cremar-lo que la que dóna - Quan el centre de Fe de lestel ja no pot donar
calor - no pot suportar el propi pes i es contrau
sesclafen els àtoms!
Ona de xoc per lU
Centre de lestel (uns 200 km de diàmetre)
compressió brusca les capes externes esclaten
violentament envien una ona de xoc per lU, i un
doll de neutrinos En pocs dies lestel brilla
com 1010 Sols i en unes setmanes sapaga En
la V. Làctia 2-3 supernoves / segle Xinesos i
àrabs nobservaren (1054, constellació Càncer)
49Núvol de gas
- Supernova de 1987
- (Ara aquell estel és un núvol de gas
expandint-se) - /cm2 de la Terra (a 170 mil anys llum) el
travessaren 100 mil milions de neutrinos - Es detectaren 19 desintegracions de protons
Formació de planetes i destels
Les deixalles daquesta explosió permeten la
formació de planetes i estels nous Els materials
del nostre cos són cendres destels morts molt
abans que el Sol nasquès
50Final del Sol
- El Sol no pot esclatar con una supernova
- és massa petit
- El Sol crema H i fa He
- que queda a linterior del Sol i és inert, en
termes de reaccions nuclears - totes ocorren en la superfície
La V Làctia podria contenir milers de milions de
cadàvers estelars!
51Sens engolirà
- El Sol esdevindrà un estel gegantí roig, unes 500
vegades major que és ara - Tindrà una lluminositat major per ser més gran, i
en 4 mil milions danys el major flux de calor
atacarà els planetes - la Terra perdrà els oceans per evaporació i
latmosfera - En augmentar la grandària del Sol, sengolirà
Mercuri, Venus i finalment la Terra
Lestat final destels com el Sol un petit
planeta nana blanca I a poc a poc es
refredarà i es perdrà en la foscor de
lespai. Són tan petits que malgrat que les
temperatures són superiors a la del Sol, no són
visibles des de la Terra sense telescopi
52La nit i la Via Làctia
- En deu mil milions danys la majoria dels 100 mil
milions destels de la Via Làctia shauran
apagat... - ...quan el final dun estel és un forat negre, o
estel de neutrons ja no dóna lloc a més estels - ...però encara brillarà perquè haurien nascut
nous estels
53La fi dels humans?
545 milions danys...
- Els humans portem uns 5 milions danys
- (depèn de la definicio dhumà)
- i la civilització alguns milers
- La Terra podria ser habitable
- durant 2-3 mil milions danys.
- (si resolem el problema energètic i poblacional,
i limitem lefecte ecològic dun impacte
dasteroid) - Hi ha temps de sobra per abandonar la Terra abans
que el Sol collapse - La lluita per la supervivencia del s.XXI no serà
en va!
55Lexistència humana té sentit?
- Però per a algunes persones, la idea que abans o
després - (no importa en quants milers de milions danys)
- lUnivers serà inhabitable
- els fa pensar qe lexistència humana no té sentit
- LUnivers en el futur llunyà acabarà sent un
ambient hostil - sopa diluída delectrons i positrons
- Qüestió important no és si la nostra espècie
serà immortal com a tal - sinó si els nostres descendents podran sobreviure
- I els nostres descendents és improbable que
siguen éssers humans! - Lespècie Homo Sapiens ha emergit sobre la Terra
com a producte de levolució biològica
56Societat tecnològica
- Podem actualment interferir en el procés de
selecció natural - sabem fer mutacions per engenyeria genètica
- És el resultat dunes poques dècades de societat
tecnològica - Amb milions danys, és inimaginable què es pot
aconseguir - dissenyar éssers humans per manipulació genètica
- amb atributs determinats...
- Si els futurs colons de lespai aconsegueixen
viatjar a la velocitat c - podran viatjar en pocs anys
- i poblar planetes de la Via Làctia a anys llum de
distància
57Anatomia/sicologia a la carta
- Tampoc calen colons daparença humana...
- ni de mentalitat humana
- Cada expedició podria preparar-se genèticament
- amb entitats fabricades a propòsit
- amb lanatomia i sicologia adequades per a la
tasca - Els colons no necessiten ser ni organismes
vius... - segons la definició usual...
- Podrien mesclar-se parts orgàniques i parts
electròniques - per a determinades funcions sicològiques o
cerebrals
58La fi de lUnivers
59La fi de lUnivers i la gravetat
- La fi de lUnivers no serà quan sapaguen els
llums còsmics - perquè hi ha fonts denergia més poderoses que
les reaccions nuclears - la gravetat
- (que és la més feble de les forces a nivell
atòmic) - esdevé la força dominant a escala astronòmica
60Hem de pesar lUnivers!
- El resultat daquesta atracció universal depèn
delicadament de - la quantitat total de matèria que hi haja per a
fer latracció
- Velocitat descapament de la
- Terra 11 km/s
- Sistema Solar 618 km/s
- Via Lactia 100 km/s
- Estel de neutrons 10 000 km/s
- Forat negre c 300 000 km/s
- De lUnivers ??
61Expansió indefinida?
Velocitat descapament, v
- v gt v, expansió indefinida
- v lt v, expansió satura i reverteix
- acabarà en contracció grandària 0
- (lestat en què aparentment tot va començar)
- v v
- expansió continua per sempre
62Big crush?El gran esclafament?
- Un dels grans misteris de lUnivers
- actualment sexpandeix a vel. ? v!
- No sabem si
- v gt v o v lt v
- ? no podem predir res a llarg termini
- LUnivers sexpandeix per sempre? o bé
saturarà lexpansio i latracció el contraurà? - Depèn de 2 factors
- ritme dexpansió
- atraccio gravitatoria total de lUnivers el seu
pes
63Més matèria en lUnivers
- Pero hi ha materia fosca, planetes, pols...
- I, a banda, hi ha una altra possibilitat
- el Big Bang va ser lorigen de tota la materia
que veiem - pero també de la que no veiem
- com ara neutrinos (apareixen també en una
supernova) - Cada segon ens travessen 100 mil milions de ?!
- Sospita Via Làctia i totes les altres galaxies
- molta matèria fosca les manté unides
64Molta matèria fosca 1 , 10 més???
- Si el pes de lUnivers fóra un 1 major de la
densitat critica (densitat mínima de matèria per
tal de detenir-ne lexpansió) - lUnivers començaria a contraures en un bilió
danys - Si fora un 10 més, en 100 mil milions danys
- També pot ocórrer que la densitat de lUnivers
siga molt aproximadament igual a la crítica - Aleshores si lUnivers es contrau, no passarà
fins dací MOLT de temps - i els humans MAI no sabrem el desti de lUnivers
que habitem - No sabem en què consisteix la major part de
lUnivers!
65Mort i renaixement
- Fins ara la fi de lU tenim 2 opcions
- cruixit (crunch)
- ultracongelat
- tot i que en un futur llunyà, pot ser fins i tot
que infinit - Hi ha altres possibilitats
- mort repentina i renaixement!
- En mirar lU no el veiem en lestat actual, sinó
com era quan es va emetre la llum!
66Ignorem algun fet?
- Tota influència física que ens vinga a v c
- ve sense avisar
- si sacosta una catàstrofe, no ho sabrem fins que
estiga al damunt - Tot i que lUnivers sembla tranquil en aquest
moment - no podem estar segurs que haja ocorregut ja
alguna cosa horrible! - És totalment possible que un estel veí ja haja
esclatat com a supernova - i banye la Terra de radiacions letals
- però ho ignorarem alguns anys fins que ens
arribe!
67Universos fills?
- El nostre U pot haver-se generat com el
descendent dun altre Univers - Sha estudiat també si seria possible crear un
nou Univers en el laboratori - La creació duna bombolla de fals buit rodejada
de veritable buit no amenaça lexistència de
lUnivers - Tot i que lexperiment puga desencadenar un
BigBang, lexplossió estaria totalment confinada
dins dun petit forat negre, que ràpidament
sevaporaria - El nou Univers crearia el seu propi espai, i no
es menjaria espai del nostre.
68Existència global
- Cada Univers individual tindrà un naixement,
evolució i mort - però globalment el conjunt existiria sempre
- Aleshores, la creació dels nostres U
- és un procés natural (com un bebé ordinari)
- o una manipulació deliberada (bebé proveta), fet
per alguna civilització dun U mare?
69Hindús, budistes...
- Els agrada la idea
- la seua mitologia parla de cicles
- naixement i mort
- creació i destrucció
70Una mica dhumilitat
- Ni ocupem un lloc privilegiat de lUnivers
- Ni ocupem un univers privilegiat en el Multivers!
Nosaltres
712 escenaris
- Acabar en Big Crunch (Gran Cruixit)
- Alarmant!
- per lluny que siga el final
- Durada infinita
- En estat de buidor ombrívola, després duna
durada finita dactivitat gloriosa - Depriment!
72Finalment, per a què?
- Steven Weinberg conclou els primers 3
- Com més comprensible sembla lUnivers, més sense
sentit sembla també - Si lUnivers té un propòsit, i si labasta,
aleshores lUnivers ha dacabar - la seua existència continuada no tindria sentit
- I a la inversa
- si lUnivers dura per sempre
- és difícil imaginar que tinga un propòsit final
73Mort còsmica
- La mort còsmica pot ser el preu
- que sha de pagar per a lèxit còsmic!
- Pot ser que el més que cap esperar
- és que els nostres descendents
- arriben a saber el propòsit de lU
- abans del final dels darrers 3!!!
74Què no sabem encara?
- Què és la matèria fosca?
- (que constituerix la major part de lUnivers?)
- Què va provocar el Big Bang?
- Què ha ocorregut a tota lantimatèria?
- Hi ha una Teoria de tot plegat?
- És finit o infinit lUnivers?
75The end...(de lesmorçaret ?)
Per a mantenir el contacte agm_at_ua.es