Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Samankaltaiset tiedostot
Kosmologia ja alkuaineiden synty. Tapio Hansson

Kosmos = maailmankaikkeus

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Supernova. Joona ja Camilla

PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Maan ja avaruuden välillä ei ole selkeää rajaa

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE ÄLÄ KÄÄNNÄ SIVUA ENNEN KUIN VALVOJA ANTAA LUVAN!

Mustien aukkojen astrofysiikka

CERN-matka

Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin

Tähtitaivaan alkeet Juha Ojanperä Harjavalta

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

Pimeä energia. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

PARADIGMOJEN VERTAILUPERUSTEET. Avril Styrman Luonnonfilosofian seura

Euclid. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Fotometria Eskelinen Atte. Korpiluoma Outi. Liukkonen Jussi. Pöyry Rami

Lataa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa - Stephen Hawking. Lataa

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä

Vuorovaikutuksien mittamallit

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Fysiikan menetelmät ja kvalitatiiviset mallit Rakenneyksiköt

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

SATURNUS. Jättiläismäinen kaasuplaneetta Saturnus on aurinkokuntamme toiseksi suurin planeetta heti Jupiterin jälkeen

EKSOPLANEETAT. Kyösti Ryynänen Kyösti Ryynänen

Kosmologian yleiskatsaus. Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Tähtitieteen historiaa

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

INSINÖÖRIN NÄKÖKULMA FYSIIKAN TEHTÄVÄÄN. Heikki Sipilä LF-Seura


Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s ja

Planeetan määritelmä

Friedmannin yhtälöt. Einsteinin yhtälöt isotrooppisessa, homogeenisessa FRW-universumissa 8 G 3. yleisin mahdollinen metriikka. Friedmannin yhtälö

Tähtitieteen peruskurssi Lounais-Hämeen Uranus ry 2013 Aurinkokunta. Kuva NASA

Atomimallit. Tapio Hansson

Suhteellisuusteorian perusteet, harjoitus 6

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

Gravitaatioaallot - uusi ikkuna maailmankaikkeuteen

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

Liekkien loimu vai ikijää loppukuvan hahmottelua Tapio Markkanen

Fysiikkaa runoilijoille Osa 6: kosmologia

Atomimallit. Tapio Hansson

spiraaligalaksi on yksi tähtitaivaan kauneimmista galakseista. Sen löysi Charles Messier 1773 ja siksi sitä kutsutaan Messierin kohteeksi numero

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

Alkuräjähdysteoria. Kutistetaan vähän...tuodaan maailmankaikkeus torille. September 30, fy1203.notebook. syys 27 16:46.

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén

Planck ja kosminen mikroaaltotausta

Fysiikan nykytila ja saavutukset

Kurssin opettaja Timo Suvanto päivystää joka tiistai klo koululla. Muina aikoina sopimuksen mukaan.

SUHTEELLISUUSTEORIAN TEOREETTISIA KUMMAJAISIA

Lataa Kosmoksen hahmo - Kari Enqvist. Lataa

Lataa. Tähtitiede - Maailmankaikkeus - Aurinkokunta - Avaruuslennot. Kuinka paljon tähtiä on? Mikä on musta aukko? Miten pitkä on Jupiterin vuosi?

Tampere Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto

Kyösti Ryynänen Luento

Ikiliikkujat. Onko mikään mahdotonta? Näitä on yritetty tai ainakin tutkittu

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Atomien rakenteesta. Tapio Hansson

Mikko Tuuliranta. Kannen kuva

Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä.

KVANTTIKOSMOLOGIAA VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN. Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö,

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Jupiter-järjestelmä ja Galileo-luotain II

Planetaariset sumut Ransun kuvaus- ja oppimisprojekti

LUENTO Kyösti Ryynänen

AURINKOKUNNAN RAKENNE

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se?

Lataa Matkalla Aurinkokuntaan. Lataa

Syntyikö maa luomalla vai räjähtämällä?

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2019

2r s b VALON TAIPUMINEN. 1 r. osittaisdifferentiaaliyhtälö. = 2 suppea suht.teoria. valo putoaa tähteen + avaruus kaareutunut.

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

aurinkokunnan kohteet (planeetat, kääpiöplaneetat, kuut, asteroidit, komeetat, meteoroidit)

UrSalo. Laajaa paikallista yhteistyötä

Tähtitieteessä SI-yksiköissä ilmaistut luvut ovat usein hyvin isoja ja epähavainnollisia. Esimerkiksi

FYSN300: YDINASTROFYSIIKKAA. K.S. Krane: Luku 19 J. Lilley: Luvut

c λ n m hf n m E m = h = E n 1. Teoria 1.1. Atomin energiatilat ja säteily

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

13.3 Supernovat. Maailmankaikkeuden suurienergisimpiä ilmiöitä: L max 10 9 L. Raskaiden alkuaineiden synteesi (useimmat > Fe )

Lataa Ensimmäinen sekunti - Silminnäkijän kertomus - Kari Enqvist. Lataa

Johdanto: tähtitaivas

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

yyyyyyyyyyyyyyyyy Tehtävä 1. PAINOSI AVARUUDESSA Testaa, paljonko painat eri taivaankappaleilla! Kuu kg Maa kg Planeetta yyy yyyyyyy yyyyyy kg Tiesitk

Suhteellisuusteoria. Jouko Nieminen Tampereen Teknillinen Yliopisto Fysiikan laitos

Muunnokset ja mittayksiköt

n=5 n=4 M-sarja n=3 L-sarja n=2 Lisäys: K-sarjan hienorakenne K-sarja n=1

Transkriptio:

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Kosmologia Kosmologiaa tutkii maailmankaikkeuden rakennetta ja historiaa Yhdistää havaitsevaa tähtitiedettä ja fysiikkaa Tämän hetken tärkeät teoriat: Alkuräjähdysteoria, yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka Kirjoja: Stephen Hawking, Brian Greene, Kari Enqvist Kuva: Kosmologi

Alkuräjähdys n. 13,7 mrd vuotta sitten Alussa maailma oli pistemäinen Räjähdyksen omainen laajeneminen Alkuolosuhteet ovat hankalia selittää Inflaatioteorian mukaan maailmankaikkeus laajeni ylivalonnopeudella ensimmäisten sekunnin murto-osien aikana (luokkaa 10 36 s). Inflaatioteoria on malli, jonka avulla todellisuutta voidaan kuvata tarkasti.

Alkuräjähdyksen jälkeen Steven Weinberg: Kolme ensimmäistä minuuttia Ensimmäisen sekunnin aikana lämpötila oli niin korkea, että kaikki energia oli säteilyä. Rajun laajenemisen johdosta lämpötila laski nopeasti säteilystä syntyi hiukkasia. Noin sekunnin ikäinen maailmankaikkeus sisälsi jo kaikki alkeishiukkasensa.

Alkuräjähdyksen jälkeen Steven Weinberg: Kolme ensimmäistä minuuttia Ensimmäisen sekunnin aikana lämpötila oli niin korkea, että kaikki energia oli säteilyä. Rajun laajenemisen johdosta lämpötila laski nopeasti säteilystä syntyi hiukkasia. Noin sekunnin ikäinen maailmankaikkeus sisälsi jo kaikki alkeishiukkasensa. Seuraa kaoottiset 380 000 vuotta, jonka aikana lämpötila on niin korkea, että atomeja ei synny. Lämpötilan laskettua n. 2700 asteeseen vety- ja heliumatomeja voi syntyä.

Kaikkeuden laajeneminen Universumin laajeneminen on hankala käsittää, ja siihen liittyy hyvin paljon virheellisiä käsityksiä niin amatöörien kuin ammattifyysikoiden keskuudessa. Gravitaatio vetää ainetta puoleensa, mutta silti maailmankaikkeuden havaitaan laajenevan. Selityksenä pidetään pimeää energiaa. Laajenemisen seurauksena aineen tiheys pienenee. Pimeän energian tiheys pysyy kuitenkin vakiona. Huom! Pimeä aine pimeä energia (Gravitaatio vaikuttaa aineeseen, mutta pimeällä energialla on gravitaatioa kumoava ominaisuus.)

Kaikkeuden laajeneminen Maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi kaukaiset galaksit näyttävät etääntyvän. Tämä havaitaan niiden lähettämän valon punasiirtymänä. Punasiirtymä on Dopplerin ilmiöstä johtuva valon aallonpituuden venyminen lähettävän kappaleen etääntyessä. Laajenemisen oletetaan nykyisin olevan kiihtyvää. Jossain vaiheessa saavutetaan tilanne, jolloin maailmankaikkeus voi laajeta ylivalonnopeudella, mikä tarkoittaa sitä, että kaukaisesta galaksista lähtevä valo ei koskaan saavuta meidän galaksiamme, koska väliin tulee liian nopeasti lisää avaruutta.

Rusinapullamalli (Vain havainnollistus, ei kunnollinen malli) Rusinat vastaavat gravitaation kasassa pitämiä alueita (galakseja), joiden väliset etäisyydet kasvavat.

Tähtien elinkaari Ensimmäiset tähdet syntyivät n. 200 miljoonan vuoden ikäiseen avaruuteen. Tähti muodostuu alkuun hiljalleen vedyn kerääntyessä gravitaation vaikutuksesta tiiviimmiksi keskuksiksi. Kun vety tiivistyy riittävän tiheäksi käynnistyy fuusioreaktio, jossa vetyatomit muodostavat heliumia. Tähden koko riippuu kerääntyvän vedyn määrästä. Pienimassaiset tähdet palavat hitaammin. Suurimassaisia tähtiä (useita kertoja Aurinkoa suurempia) kutsutaan sinisiksi jättiläisiksi.

Tähden keski-ikä Sytyttyään tähti tuottaa säteilyenergiaa fuusioreaktion ansiosta Tähden keskiosassa muodostuva säteily aiheuttaa painovoimalle vastakkaisen voiman, säteilypaineen. Säteilypaine jarruttaa tiivistymistä ja jossain kohdassa tähti vakautuu. Vakaa jakso voi kestää sadoista miljoonista vuosista kymmeniin miljardeihin vuosiin. Kun vety loppuu, jatkuu heliumin fuusio raskaammiksi alkuaineiksi. Tällöin säteilypaine kasvaa ja tähti laajenee punaiseksi jättiläiseksi.

Polttoaineen loppuminen Kun fuusioreaktiot loppuvat, säteilypaine lakkaa, ja gravitaatio vetää tähden kasaan. Pieni tähti kutistuu valkoiseksi kääpiöksi, jonka ulko-osiot leviävät avaruuteen. Suuremmat tähdet (yli 1,5 Aurinkoa) räjähtävät supernovana, joka kestää muutamasta päivästä viikkoihin. Gravitaatio on loppuvaiheessa niin voimakas, että aineen elektronit reagoivat protonien kanssa ja muodostavat neutroneita neutronitähti. Kaikkein suurimpien tähtien supernovasta jää jäljelle musta aukko.

Maailmankaikkeuden rakenne Tähdet muodostavat galakseja ja galaksit galaksijoukkoja. Galaksijoukkojen arvellaan muodostavan vielä suurempia joukkoja. Villin arvion mukaan galakseja on n. 125 miljardia. Me kuulumme galaksiin nimeltä Linnunrata, johon kuuluu noin 300 miljardia tähteä. Keskustassa lienee suuri musta aukko, jonka massa on n. 300 miljoonaa Aurinkoa.

Aurinkokunta Aurinkomme sijaitsee hieman syrjäisessä haarassa Linnunratanimisessä sauvaspiraaligalaksissa. 99% Aurinkokunnan massasta on keskustähti Auringossa. Lopusta massasta suurin osa on suurimmissa planeetoissa Jupiterissa ja Saturnuksessa. Planeettoja on kahdeksan, kuita paljon ja lisäksi on hieman pölyä, asteroideja ja komeettoja. Planeetoista neljä on terrestrisiä, eli kiviplaneettoja, loput suuria kaasuplaneettoja. Kolmas kivi Auringosta laskien on oma kotiplaneettamme Maa.

Aurinkokunta Aurinkokunnan kokoluokat vaihtelevat valtavasti.