Si fuit aliquod tempus antequam faceres caelum et terram

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1 Si fuit aliquod tempus antequam faceres caelum et terram Alessandro De Angelis Dipartimento di Fisica dell Universita di Udine e INFN Trieste Giornate Scientifiche di Udine e Pordenone, Marzo 2002

2 Time Millennium (top of the pops) La piu bella canzone Il miglior libro Miglior attore/attrice ( ) La piu importante idea scientifica 2

3 1920: Edwin Hubble e l espansione dell Universo Hubble osservo che le galassie si allontanano da noi con una semplice relazione tra distanza e velocita di allontanamento 3

4 Effetto Doppler 4

5 Redshift 5

6 Legge di Hubble Pendenza = Ho (costante di Hubble) 6

7 Parentesi: misure astronomiche 1 parsec (pc) ~ 3.26 anni luce (ly) La stella piu vicina dopo il sole: ~ 4.3 ly Raggio della Via Lattea: ~ 0.1 M ly Diametro del gruppo locale di galassie: ~3 M ly Distanza del prossimo gruppo locale: ~50 M ly Raggio dell Universo: ~ M ly 7

8 Aspetti della legge di Hubble Ogni punto recede da ogni altro punto (ogni punto sembra essere al centro di un Universo in espansione) A differenza di cio che avviene in un esplosione, piu lontano e un punto e piu velocemente si allontana La relazione e lineare: doppia distanza, doppia velocita L oggetto sembra piu rosso (effetto Doppler) 8

9 Universo in espansione: NOI QUI OGGI 9

10 Viaggio nel tempo passato... L Universo una volta era piu piccolo Singolarita primordiale!!! => BIG BANG 10

11 E prima ancora? Interrelazione spazio-tempomovimento: Aristotele, Fisica NON CITO: il concetto di tempo è legato a quello di movimento, spazio, cambiamento. Il tempo determina il movimento, essendo la misura di esso, ma il movimento determina a sua volta il tempo, poiché il tempo è dovuto alla percezione di una relazione d'ordine relativa al movimento. 11

12 Quanto indietro nel tempo? Estrapolando la velocita attuale di espansione indietro al Big Bang T = 1/H 0 ~ 15 miliardi di anni Consistente con l eta delle stelle piu vecchie 12

13 Tempo e temperatura L Universo una volta era piu caldo L espansione richiede lavoro contro la gravita La temperatura e proporzionale all energia cinetica media Si pensi all espansione del gas contenuto in un accendino T 15 ~ 10 t 9 K 13

14 Disaccoppiamento Fotoni γ Particelle + Antiparticelle (finche l energia dei fotoni e sufficiente) γ protone-antiprotone γ elettrone-antielettrone ( ) dopodiche la materia diviene stabile Tempo 14

15 Due epoche 15

16 L unificazione delle forze 16

17 Storia della unificazione Tempo Tempo La fisica degli acceleratori e qui 17

18 Riprodurre l unificazione in laboratorio... 18

19 Raggi cosmici...e studiarla nel cosmo 19

20 Per formare galassie e pianeti, molto piu tempo 20

21 Dove siamo: la radiazione di fondo La radiazione di fondo dell Universo e isotropa Corrisponde oggi a una temperatura di 2.7 K Identificata come la radiazione fossile del Big Bang 21

22 Viaggio nel tempo futuro Dipende dalla densita di materia dell Universo Definizione: Ω = (densita )/(densita critica) Ω < 1 l Universo si espande per sempre Ω = 1 si espande per sempre (giusto giusto...) Ω > 1 l Universo raggiunge un raggio massimo, poi ricollassa sotto l azione della gravita 22

23 Ritorno al futuro? Densita < Densita crítica Raggio dell Universo Densita = Densita crítica? Densita > Densita crítica Big Crunch Tempo 23

24 La densita di materia dell Universo La densita richiesta all Universo per ricollassare gravitazionalmente e kg/m 3 (3 protoni per metro cubo) La densita del materiale luminoso (stelle etc.) osservato e ~10 volte piu piccola E tuttavia il moto delle galassie indica la presenza di materia oscura Potrebbe essere abbastanza per raggiungere la densita critica 24

25 Vediamo solo in parte cio che ci circonda C e tutto un mondo di colori, ma i nostri occhi vedono solo una stretta banda Dal rosso al violetto nell arcobaleno Ogni colore corrisponde a una diversa energia della luce Anche i colori che non vediamo hanno nomi a noi familiari: ascoltiamo la radio, scaldiamo il cibo nel microonde, fotografiamo le nostre ossa mediante i raggi X... 25

26 E il resto? avete mai pensato che cosa accadrebbe se vedessimo solo il verde? 26

27 L universo che non vediamo Quando si fa una foto si cattura la luce (anche l immagine del telescopio, ingrandita, viene dalla luce visibile) Analogamente si puo mappare in falsi colori l immagine di un telescopio a raggi X L elaborazione dell informazione e cruciale 27

28 Il resto dello spettro: osservazioni spaziali Per limitare gli effetti di diffusione dell atmosfera, i nuovi telescopi vengono lanciati nello spazio 28

29 GLAST verra spedito in orbita nel 2006 da un vettore della NASA. Lo strumento e ispirato alle tecniche della fisica delle particelle. Utilizzando un know-how costruito in una pluriennale collaborazione con il CERN di Ginevra e una preziosa sinergia con Informatica, noi Fisici Computazionali di Udine abbiamo la responsabilita del software di simulazione e dell event display e studiamo come interpretare i segnali. Come ci aspettiamo una mappa del cielo nello spettro dei raggi gamma dopo un anno di lavoro di GLAST. Al centro la Via Lattea, la nostra galassia. 29

30 La materia oscura: candidati 30

31 Il futuro se l Universo torna indietro R t? 31

32 Se l espansione continua R t 32

33 Fra i molti problemi aperti (a cui stiamo lavorando) Non sappiamo spiegare l universo nei primi istanti di vita, quando la meccanica quantistica era importante C e bisogno di una teoria quantistica della gravita Non sappiamo spiegare la formazione delle galassie, delle stelle etc. Perche mai dovrebbero essersi formate? L omogeneita e una delle assunzioni fondamentali Non sappiamo quale sara l evoluzione futura dell Universo (e quanta sia la materia oscura, e di quale natura) 33

34 Ma il problema piu grande e quello a cui non stiamo lavorando... Nulla sappiamo su perche ci sia stato il big bang e da dove venga l Universo et si fuit aliquod tempus antequam faceres caelum et terram 34