Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Samankaltaiset tiedostot
Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

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

Kosmos = maailmankaikkeus

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

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

Vuorovaikutuksien mittamallit

Kosmologia ja alkuaineiden synty. Tapio Hansson

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

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

Fysiikkaa runoilijoille Osa 6: kosmologia

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin

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

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

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

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

Pimeä energia. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se?

CERN-matka

Planck ja kosminen mikroaaltotausta

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

Moderni fysiikka kevät 2011

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

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

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Euclid. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Suhteellisuusteorian perusteet, harjoitus 6

Lataa Kosmoksen hahmo - Kari Enqvist. Lataa

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

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

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

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

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

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

Hiukkasfysiikan luento Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Maan ja avaruuden välillä ei ole selkeää rajaa

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

(Hiukkas)fysiikan standardimalli

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Gravitaatioaallot - uusi ikkuna maailmankaikkeuteen

Aikamatkustus. Emma Beckingham ja Enni Pakarinen

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Lataa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa - Stephen Hawking. Lataa

Fysiikan nykytila ja saavutukset

Tähtitieteen historiaa

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Valtteri Lindholm (Helsingin Yliopisto) Horisonttiongelma / 9

YHTENÄISYYDEN KUORIMISTA

MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS

KVANTTITELEPORTAATIO. Janne Tapiovaara. Rauman Lyseon lukio

Lataa Ensimmäinen sekunti - Silminnäkijän kertomus - Kari Enqvist. Lataa

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

Suhteellisuusteorian vajavuudesta

Supernova. Joona ja Camilla


Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

Hiukkasfysiikkaa ja kosmologiaa teoreetikon näkökulmasta

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto

PARADIGMOJEN VERTAILUPERUSTEET. Avril Styrman Luonnonfilosofian seura

Atomimallit. Tapio Hansson

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY

Mikko Tuuliranta. Kannen kuva

Planck-satelliitti ja kaiken alku

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria

KATSAUKSIA. Miksi maailmankaikkeus on olemassa? Kari Enqvist

Mustien aukkojen astrofysiikka

Planck satelliitti. Mika Juvela, Helsingin yliopiston Observatorio

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Atomimallit. Tapio Hansson

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

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Fysiikka 8. Aine ja säteily

MUSTA = KYLMÄ VALKEA = KUUMA

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

Neutriinofysiikka. Tvärminne Jukka Maalampi Fysiikan laitos, Jyväskylän yliopisto

Kosmologia. Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena:

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

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

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

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

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista

Lataa Kosminen cocktail - Katherine Freese. Lataa

LUENTO Kyösti Ryynänen

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Komeetan pyrstö Kirkkonummen Komeetta ry:n jäsenlehti No 1/2009

Lataa Maailmanlopun hiukkanen - Sean Carroll. Lataa

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

Transkriptio:

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Kvanttimeri - Kvanttimaailma väreilee (= kvanttifluktuaatiot eli kvanttiheilahtelut) sattumalta suuri energia (tyhjiöenergia) << 10-15 m Inflaatio o Kosminen inflaatio: laajeneminen valoa nopeammin (eksponentiaalinen laajeneminen) Kuuma alkeishiukkaskaasu = kuuma alkuräjähdys Inflaatio loppuu 13,8 mrd v. sitten meidän universumimme laajenee normaalisti. laajeneminen kiihtyy o jäähtyminen o syntyy rakenteita ################################################################################### - tyhjä avaruus laajenee: välimatkat näyttävät venyvän - atomit ja galaksit eivät laajene (sidottu toisiinsa) - maailmankaikkeuden historia on laajenemisen ja jäähtymisen historiaa

Kosminen mikroaaltotausta = kuva maailmankaikkeudesta 380 000 vuotta sitten - inflaatio synnytti tiheysvaihteluita, jotka näkyvät mikroaaltotaustassa rakenteiden synty ( galaksien siemenet ) kuumia alueita (sin) kylmiä alueita (pun) Planck-satelliitin havaintojen pohjalta luotu kartta kosmisen taustasäteilyn jakautumisesta (2013). (K. Enqvist 2015) Kosminen taustasäteily eli kolmen kelvinin säteily (2,73 K -270 C) on kaikkialle maailmankaikkeuteen suhteellisen tasaisesti jakautunutta mikroaaltosäteilyä. Kosminen mikroaaltotausta on jäänne maailmankaikkeuden varhaisvaiheilta, jolloin universumi oli paljon tiheämpi ja lämpimämpi. Maailmankaikkeus koostui tuolloin vain säteilystä ja hiukkasista. Maailmankaikkeuden laajentuessa ja viilentyessä noin 380 000 vuoden ikäisenä alkoi muodostua kevyitä alkuaineita: vetyä ja heliumia (rekombinaatio). Kosminen taustasäteily syntyi maailmankaikkeuden ollessa noin 380 000 vuoden ikäinen, jolloin ensimmäiset atomit muodostuivat elektronien liittyessä atomoytimiin noin 3000 kelvinin lämpötilassa. Maailmankaikkeus muuttui tällöin läpinäkyväksi ja säteily pääsi vapaasti kulkemaan. Avaruuden laajentuessa ja jäähtyessä alkuperäinen infrapunasäteily ja valo on tällöin punasiirtymän takia (Dopplerin ilmiö) muuttunut lyhytaaltoiseksi radiosäteilyksi (λ 1 mm). Maailmankaikkeuden kehitys

http://map.gsfc.nasa.gov/media/060915/index.html KOSMOLOGIAN AIKAKAUDET (S. Räsänen 2015) IKÄ LÄMPÖTILA TAPAHTUMA 14 10 9 a 3 K tänään 8 10 9 a 5 K laajeneminen kiihtyy 40 10 6 a 200 K ensimmäiset rakenteet 380000 a 3000 K valo ja aine eroavat 3-30 min 10 9 K Big Bang Nucleosynthesis 10-5 s 10 12 K QCD - Faasitransitio (?) 10-11 s 10 15 K sähköheikko faasitransitio (?) 10-13 s 10-36 s 10 16 K 10 29 K baryogeneesi (?) 10-13 s 10-36 s 10 16 K 10 29 K inflaatio (?) 10-13 s 10-42 s 10 16 K 10 32 K kvanttigravitaatio (?) http://blogs.helsinki.fi/kosmokoulu/files/2015/05/koulu.pdf

NYKYHETKESTÄ --> UNIVERSUMIN ALKUUN: KOSMOLOGIAN AIKAKAUDET tänään: 14 10 9 a alusta laajenemien kiihtyy: 8 10 9 a ensimmäiset rakenteet syntyvät: 40 10 6 a rekombinaatio: 380 000 a: atomit muodostuvat --> universumi läpinäkyvä kosminen taustasäteily syntyy Big Bang Nucleosynthesis: 3-30 min: kevyiden alkuaineiden synty - (H, He, Li) QCD - faasitransitio: 10-5 s: protonit ja neutronit syntyivät kvarkeista sähköheikko faasitransitio: 10-11 s: alkeishiukkaset saavat massan baryogeneesi:10-13 s 10-36 s: aineen ja antiaineen epäsymmetrian synty (~10-10 ) alkuräjähdys alkaa: kuuma alkeishiukkaskaasu laajenee ("Big Bang") inflaatio: 10-13 s 10-36 s: avaruuden valoa nopeampi laajeneminen - hiukkaset alkoivat syntyä energiasta kvanttigravitaatio: 10-13 s 10-42 s: kvanttimekaniikan ja painovoiman yhdistävä teoria Planckin epookki: 0 s 10-43 s Alkuräjähdyksen ydinsynteesi eli alkuräjähdyksen nukleosynteesi (Big Bang nucleosynthesis eli BBN) tarkoittaa kosmologiassa mailmankaikkeuden varhaisen vaiheen aikana pian alkuräjähdyksen jälkeen tapahtunutta ydinsynteesiä eli atomiytimien muodostumista fuusioitumalla. Syntyneitä ytimiä olivat tavallisen vety-ytimen 1 H lisäksi deuterium eli 2 H, helium-isotoopit 3 He ja 4 He, 1 H ja litium-isotooppi 7 Li. Kosminen inflaatio on kosmologian teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus koki alkuräjähdystä seuraavien sekunnin murto-osien aikana tyhjiöenergian aiheuttaman eksponentiaalisen laajenemisen vaiheen. Laajenemisen nopeus ylitti valonnopeuden. Baryonigeneesi on kosmologiassa hypoteettinen tapahtuma, joka synnytti epäsymmetrian baryonien ja antibaryonien määrien välille pian alkuräjähdyksen jälkeen. Tämän seurauksena olisi sitten nykyisin havaittavassa aineen suurempi runsaus maailmankaikkeudessa antiaineeseen verrattuna. Kvanttigravitaatio eli kvanttipainovoima on teoria, jossa painovoima ja kvanttimekaniikka yhdistetään. Planckin epookki on saksalaisen fyysikon Max Planckin mukaan nimetty ajanjakso maailmankaikkeuden historiassa, kun kaikkeus oli 10 43 s vanha. Planckin epookki on varhaisin hetki koko maailmankaikkeuden historiassa. Epookkia ei voida kuvailla nykytietämyksen mukaan yleisellä suhteellisuusteorialla, vaan sen kuvaamiseen tarvittaisiin kvanttigravitaatiomallia, jota ei olla vielä onnistuttu kehittämään (Wikipedia). Kysymys: Mitä oli ennen alkuräjähdystä? - ei tarkoita mitään, kysymys ei ole mielekäs suhteellisuusteorian kannalta, koska myös aika alkaa alkurähdyksestä - alkuräjähdyksellä ei ole syytä, se on maailmankaikkeuden ominaisuus, kuten esim. pallonmuotoisuus - vrt. Mitä on pohjoisnavasta pohjoiseen? - vrt. Mitä on sisään pallon keskipisteestä? Toisaalta nykyisin on esittey myös teoriaspekulaatioita, että ennen alkuräjähdystä on ollut tapahtumia ja ehkäpä toinen universumia tai universumeja? On eepäilty, että onko suhteellisuusteorian ennustamaa alkusignulariteettia ollut edes olemassa?

Yleinen suhteellisuusteoria ei päde hyvin varhaisina hetkinä, ei tiedetä, mitä silloin on tapahtunut - ensin maailmankaikkeutta dominoi säteily, sitten aine ja lopulta tyhjiö - havaintojen mukaan aineesta nykyään noin 10-4 on säteilyä, 30 % ainetta ja 70 % tyhjiön energiaa - ainetta on energiatiheydestä noin 30 %, josta 4 % on tavallista ainetta ja loput 26 % pimeää ainetta - pimeä aine on näkymätöntä, se ei vuorovaikuta valon kanssa - pimeä aine on havaittu gravitation kautta - pimeä aine koostuu luultavasti tuntemattomista hiukkasista, joilla ei ole sähkövarausta - energiatiheydestä on noin 70 % pimeää energiaa, joka saa aikaan kiihtyvän laajenemisen (negatiivinen paine) - pimeä energia on havaittu vain kiihtyvän laajenemisen kautta Lähteet: Kari Enqvist: Ihminen kosmoksessa (Youtube 2015) Kari Enqvist: Ensimmäinen sekunti, WSOY, 2014 Syksy Räsänen: Maailmankaikeuden alusta maapallon alkuun 1-2/2 (Youtube 2014) Syksy Räsänen: Maailmankaikkeus ja kuvamme siitä (Youtube 2014) Wikipedia