L'Univers Observable: Cosmologia, Teories i Evolució

L'Univers Observable

L'Univers observable és el conjunt de tota la matèria i energia existent i l'espai en què es troben. És finit, acaba en l'última partícula. SnceR: univers observable + espai, és infinit.

Cosmologia

La cosmologia és la ciència que estudia l'univers. El naixement de la cosmologia moderna: 1700 amb la proposta que la Via Làctia és un sistema d'estrelles, una de les quals és el sol, i que hi ha altres sistemes similars.

Energia Fosca

(23%): Similar a l'energia gravitatòria, però de sentit contrari, provoca la repulsió entre partícules. Es va deduir que existia el 1998 quan van descobrir que l'univers es trobava en expansió, en lloc de frenar-se per acció gravitatòria.

Matèria Fosca

No es pot observar ja que no emet ni reflecteix prou radiació electromagnètica, no se sap quina composició té. Existència deduïda després de saber que la massa de les galàxies era molt més gran que la suma de la massa de totes les seves estrelles.

Àtoms

Hidrogen (75%), heli (25%), resta (ferro, oxigen... 0,2%). Aquests últims s'originen en petites quantitats quan les estrelles de gran massa exploten i s'escampen per l'espai. Es calcula que hi ha un àtom per metre cúbic d'espai buit.

Teoria de la Relativitat

Va ser formulada per Albert Einstein (1879-1955) i va plantejar esbrinar per què l'Univers es manté en equilibri, malgrat el temps recorregut, en comptes d'haver-se produït la compactació dels astres a causa de la força de gravetat. No és possible distingir si un cos està en repòs absolut o si, però, a velocitat constant. No és possible distingir entre un cos en moviment accelerat i un altre en un camp gravitatori.

Conseqüències

• El temps absolut no existeix, la durada d'un succés depèn de la velocitat del sistema en què es realitza.
• Espai temps mateixa realitat -> espai-temps. D'això es dedueix un univers de 4 dimensions, la 4a és el temps.
• La massa i l'energia són 2 aspectes d'una mateixa realitat física, una pot convertir-se en l'altra: E=m·c².
• La llum està constituïda per quanta d'energia lluminosa o fotons que amb prou feines tenen massa quan estan en repòs i es propaguen seguint un moviment ondulatori. Com que augmenta de massa quan es desplacen, els camps gravitatoris fan que la llum no segueixi una trajectòria rectilínia, sinó que es desviï.

Teories Cosmogòniques

Big Bang

Elaborada per Einstein el 1917. Diu que al principi va explotar tota la matèria i energia que existeix, que estava concentrada en un punt decimal infinit que després va originar els àtoms que després van construir les galàxies que ara formen l'univers, i que es continuen separant.

• Es va partir de la hipòtesi que a l'univers la distribució de la matèria era uniforme (univers homogeni i isòtrop) i que no canviava de forma amb el temps (univers en equilibri). Per compensar l'efecte de la gravetat, Einstein va introduir en el seu model una força igual, però de sentit contrari -> constant cosmològica.
• 1924: El matemàtic A. Friedmann va demostrar que aquest model d'univers no era possible, ja que amb el temps s'havia de fer + o -.
• 1927: L'astrònom G.E. Lamaître va formular la teoria que les galàxies provenen de l'explosió d'un nucli inicial dit ou còsmic o àtom primitiu.
• 1929: L'astrònom E. Hubble va descobrir l'univers en expansió, analitzant la llum -> deduir que totes s'allunyen del nostre planeta.
• 1948-52: El físic G. Gamow coincideix amb Lamaître sobre l'origen de l'Univers, però no que els 1rs àtoms fossin pesants. Segons Gamow l'ou còsmic fet per neutrons, que en descompondre's feien protons i electrons; aquests aglutinats formen àtoms d'hidrogen i heli, a partir dels quals es forma la resta d'elements.

Teoria de l'Estat Estacionari o de la Creació Contínua

Entre 1948-1950 pels astrònoms H. Bondi, T. Gold i F. Hoyle: Segons aquesta hipòtesi, l'Univers era uniforme en tot l'espai i no varia en el temps. Encara que s'expandeix, la densitat de l'Univers es manté constant gràcies al fet que repetidament hi ha creació de matèria nova.

Proves a Favor de la Teoria del Big Bang

Radiofonts Celestes

Galàxies o nebuloses que emeten ones de ràdio. Descobriment quan s'estudiaven problemes de radiocomunicació. Per detectar-les -> radiotelescopis (antenes de ràdio). El 1955, l'astrònom M. Ryle publica el 1r catàleg de radiofonts, s'observen galàxies més pròximes. Això significa que al principi, i durant un període de temps, no hi havia radiofonts.

Quàsars

1960 descobriment de radiofonts que corresponien a punts molt petits. El 1963 l'astrònom M. Schmidt va comprovar que eren galàxies llunyanes entre 2000-4000 milions d'anys llum que s'allunyaven a molta velocitat. Segons el Big Bang són galàxies molt petites i brillants que es van formar durant el període anteriorment indicat, per tant, un fenomen transitori.

Proporció d'Àtoms d'Hidrogen i Heli

La teoria del Big Bang afirma que quan la gran explosió d'energia comença a transformar-se en matèria -> 3 minuts després àtoms senzills (hidrogen, heli). La coincidència d'aquestes proporcions i la seva presència en totes les galàxies indiquen un origen comú (Teoria BIG).

Radiació de Fons

Segons el BIG al moment de l'explosió ºC molt alta (3000 milions de GRAUS), seguidament refredament (inferior a 6º Kelvin). A aquesta ºC, la radiació que emeten els cossos no lluminosos és indetectable. El 1965, els radioastrònoms A. Penzias i R. Wilson van captar una radiació feble, de 7,35 cm d'ona, que era idèntica en qualsevol direcció de l'Univers i que van denominar radiació de fons.

Cronologia de la Gran Expansió

Segons la teoria BIG, l'inici de l'univers se situa en l'instant en el qual la denominada singularitat inicial sofreix la gran explosió. Avui dia només sabem què va passar a partir de 10^-43 s després de l'explosió. Per saber què va passar abans, caldria saber de quina manera les 4 forces naturals estaven unides en 1 sola. Les 4 forces són: gravetat, interacció nuclear forta (força que uneix les partícules del nucli atòmic), força electromagnètica i la interacció nuclear feble (responsable de la radioactivitat natural). Investigador principal: S. Hawking.

Evolució Futura de l'Univers

Continuarà expandint-se? O es contraurà? 2 models possibles:

Univers Obert

A partir de la gran explosió, l'Univers continuaria expandint-se indefinidament (univers en expansió).

Univers Tancat

La força de la gravetat frenaria l'expansió actual de l'Univers i en provocaria la contracció fins a arribar a formar un altre ou còsmic que, un cop més, tornaria a esclatar i donaria lloc a un univers expansiu nou. Les explosions successives (BIG BANG) i contraccions (big crunch), anomenades pulsacions, es repetirien eternament (univers polsant).

El valor de la densitat de l'Univers i el descobriment de l'expansió de les galàxies a una velocitat superior a la prevista han estat les 2 dades decisives.

Densitat crítica: la matèria que no aconsegueix la densitat mínima d'àtoms. S'ha descobert que NO hi ha prou matèria perquè la gravetat superi la força d'expansió.

L'univers mai es contraurà per l'acció de l'energia fosca, per tant, la teoria d'univers polsant serà incorrecte.