TEORIA DELLA RELATIVITA

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1 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 : Galassie ellitiche Galassie irregolari Galassie a spirale S (spirale) Sb (spirale barrata) In base all attività del nucleo: 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 galassie E spirale SB spirale S galassia S con 2 ellittiche E

2 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.

3 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.

4 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

5 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 continuerà a espandersi per sempre: UNIVERSO APERTO: la velocità di espansione è maggiore delle velocità di fuga 2-la velocità di espansione diminuisce (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 BIG CRUNCH 3-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 3