COSMOLOGIA [PDF]

Zitiervorschau

COSMOLOGIA Definiție Ramură a astronomiei care studiază structura, dimensiunile și evoluția Universului și legile generale care îl conduc. Universul reprezintă lumea în totalitatea ei, probabil că nemărginită în timp și spațiu, infinit de variată în ceea ce privește formele pe care le iau materia, energia și informația în procesul dezvoltării lor perpetue.

Formare Teoria Big Bang-ului (engl. „marea explozie”) explică în mare parte formarea Universului, pe care o aseamănă cu o explozie de proporții. Din momentul formării Universului a avut loc o expansiune a acestuia care are loc și astăzi. Ceea ce a existat a fost doar un punct de o natură cu totul specială, o așa-numită singularitate, ceva fără dimensiuni dar cu o energie infinită. La momentul "zero" acest punct a ieșit din starea lui de singularitate (încă nu se știe din ce cauză) și și-a manifestat uriașa energie printr-o inimaginabilă explozie, Big Bang-ul, care mai continuă și în ziua de azi.

1

Există fizicieni și matematicieni care, pe baza calculelor matematice, caută să găsească explicații asupra momentului zero al exploziei inițiale - Big Bang. Astfel: Teoria / fizica cuantică a permis unor cercetători fizicieni să emită o serie de teorii referitoare la cauza care a determinat Big Bangul. Demonstrațiile făcute în cadrul și pe baza teoriei fizicii cuantice, conform cărora o particulă elementară poate fi detectată în două locuri în același timp (de unde și concluzia că particula este într-o permanentă vibrație), au generat ideea că spațiul și timpul sunt abstracțiuni, iluzii ale gândirii omului. Există și teoria "supragravitației", bazată pe faptul că forța gravitațională este mult prea slabă în raport cu forța electromagnetică sau cu alte forțe (deși în Univers ea se manifestă ca o forță deosebit de mare și atotcuprinzătoare). Aceasta a postulat că gravitația se scurge într-un "univers paralel" și că forța gravitațională ce rămâne în universul nostru este mult diminuată. Ambele teorii au condus la dezvoltarea „teoriei membranelor” sau Teoria M și au permis concluzia că în lumea reală trebuie să fie mult mai multe dimensiuni decât cele trei din universul nostru, și că deci există mai multe universuri.

Totul pornește de la observația că forța fundamentală care guvernează întreg universul și dinamica lui este gravitația. În fizica modernă gravitația este descrisă de teoria relativității generalizate (propusă de Albert Einstein în 1915), care descrie gravitația nu ca o forță, ci ca o consecință a curburii spațiu-timpului cauzată de distribuția inegală a masei / energiei. • F este magnitudinea forței gravitaționale dintre cele două corpuri punctiforme, • G este un coeficient de proporționalitate numit constanta atracției universale, • m1 este masa primului corp, 2

• m2 este masa celui de al II-lea corp, • r este distanța dintre cele două corpuri.

Relativitatea generală sau teoria relativității generale este teoria geometrică a gravitației publicată de Albert Einstein in 1915-1916. Relativitatea generală precizează că efectul de curbare al spațiu-timpului este produs de conținutul in masa-energie și impuls al materiei din spațiu-timp. În universul lui Einstein, spațiul si timpul nu mai sunt plane (cum a presupus Newton), ci pot fi împinse si trase, alungite si deformate de către materie. Aceasta afirmație este nucleul teoriei relativității generale a lui Einstein, care este, de obicei, sumarizată în următoarele cuvinte: „materia dictează spațiu-timpului cum sa se curbeze, iar spațiultimpul curbat dictează materiei cum sa se miște”. • Relația aceasta intre curbura spațiu-timpului și energie impuls este dată de ecuațiile lui Einstein:

oRµν - tensorul Ricci oR - curbura scalara oGµν - tensorul metric oTµν -tensorul energie-impuls o G - constanta gravitațională 3

o c - viteza luminii in vid (300.000 km/s) Ecuațiile lui Einstein sunt ecuații cu derivate parțiale neliniare și, ca atare, sunt dificil de rezolvat. Cu toate acestea, se cunosc mai multe soluții exacte, însă numai câteva dintre acestea sunt interpretabile din punct de vedre fizic. Cele mai bine cunoscute soluții exacte, și în același timp cele mai interesante din punct de vedere fizic, sunt soluția Schwarzschild, soluția Reissner-Nordström și metrica Kerr, fiecare corespunzând unui anume tip de gaură neagră aflată într-un univers altfel gol, și universurile Friedmann-LemaîtreRobertson-Walker și de Sitter, fiecare descriind un univers aflat în proces de expansiune. Printre soluțiile exacte de interes teoretic se numără universul Gödel (care deschide posibilitatea călătoriei în timp printr-un continuum spațiu-timp curbat), soluția Taub-NUT (un model de univers care este omogen, dar anizotrop), și spațiul Anti-de Sitter (care a devenit cunoscut în contextul a ceea ce se numește conjectura Maldacena). Teoria lui Einstein are implicații astrofizice importante. Din ea decurge posibilitatea existenței găurilor negre — regiuni ale Universului în care spațiul și timpul sunt distorsionate într-o măsură atât de pronunțată, încât nimic, nici măcar lumina, nu mai pot emerge de acolo — ca stare finală a evoluției stelelor masive. Există indicii că astfel de găuri negre stelare, precum și alte tipuri mai masive de găuri negre, sunt răspunzătoare pentru radiațiile intense emise de unele tipuri de obiecte astronomice, cum ar fi nucleele galactice active sau microquasarii. Curbura traiectoriei luminii sub efectul gravitației conduce la apariția efectului de lentilă gravitațională, prin care imaginile obiectelor cosmice aflate în spatele lentilei sunt distorsionate sau uneori chiar multiplicate. Relativitatea generală prezice existența undelor gravitaționale, care au fost măsurate indirect. O măsurare directă a acestora este scopul mai multor proiecte, între care și LIGO. În plus, relativitatea generală stă la baza modelelor cosmologice actuale ale unui univers în expansiune.

Structura Universul are în compunerea sa materia vizibilă galaxii, stele, planete, asteroizi, praf care reprezintă cca 10 % din masa totală a sa precum și materia întunecată și energia întunecată care ar reprezenta cca 90% din masa Universului.

Mai puțin de o sutime din masa universului o reprezintă masa tuturor stelelor pe care le putem vedea în galaxia noastră și alte galaxii și care formează Universul vizibil. Materia din univers se prezintă sub doua forme esențiale: - organizată, in corpuri cosmice(stelele, planetele) - neorganizată, ca praf cosmic si gaze interstelare Corpurile cosmice nu sunt răspândite haotic în Univers , cum s-ar putea crede, ci sunt grupate în sisteme de mărimi si complexități diferite. Astfel, corpurile cosmice reci, fiind mai mici, gravitează în jurul unor stele, alcătuind sistemele planetare. Materia interplanetara este formata din pulberi, molecule, atomi și particule subatomice. 4

Materia din Univers pe care o putem observa consista din stele, gaz fierbinte si alte lucruri care emit lumina, dar în ultimii ani s-a identificat și o materie invizibila în Univers. De exemplu, nu este suficientă materia vizibilă sub forma de stele si gaz interstelar să țină toate galaxiile în câmpul gravitațional.   În cadrul Universului, materia nu este repartizată uniform. Există, pe de o parte, spații care se caracterizează printr-o concentrare a materiei în diverse structuri cosmice, iar, pe de alta parte, imense zone în care aceasta este extrem de rarefiată. Universul este alcătuit din: Galaxii;  Stele, planete;  Nebuloase, gazoase;  Alte corpuri cerești. Galaxiile sunt cele mai cunoscute aglomerări de materie din Univers. Ca structuri cosmice bine definite, sunt formate dintr-un număr foarte mare de stele din materie interstelară foarte rarefiată, reprezentată de gaze, pulberi si particule subatomice. Între numeroasele galaxii din Univers se afla si Calea Lactee( Calea Laptelui), din care face parte si planeta noastră. A fost numită astfel întrucât se conturează pe cer ca un brâu luminos. Calea Lactee conține peste 150 de miliarde de stele, aflate la distanțe enorme unele față de celelalte. 

Materia întunecată pe care n-o putem vedea direct dar despre care știm că trebuie să fie acolo datorită influenței atracției gravitaționale asupra stelelor care orbitează în oricare galaxie reprezintă cam o zecime din cantitatea de materie din Univers. Nu există o definiție universal acceptată a termenului „materie”. Cel mai des se înțelege prin asta însă partea masivă a universului. În modelul standard al fizicii de particule, materia este alcătuită din particule elementare, obiecte punctiforme având diverse proprietăți. Din aceste proprietăți face parte și masa particulei, o măsură a inerției, dar și a 5

influenței forței gravitaționale asupra particulei respective. Orice obiect care are masă și ocupă spațiu poate fi considerat deci material.

Astronomia Astronomia este știița observării aștrilor, căutând să explice originea, evoluția, mișcarea precum și proprietățile lor fizice și chimice. În Grecia Antică, ca și în alte civilizații antice, astronomia conținea în mare parte astrometrie, calculând pozițiile stelelor și ale planetelor pe cer. Mai târziu, Kepler și Newton au publicat lucrări despre mecanica cerească, descriind matematic mișcarea corpurilor din sistemul solar și interacțiunea lor sub acțiunea gravitației. Astfel cosmologia reprezintă o ramură a acestei științe. Observatorii, studiind cerul ca hobby, au jucat un rol deosebit în descoperirea unor fenomene astronomice, astronomia fiind una din puținele științe în care amatorii încă mai joacă un rol important, în special la descoperirea și monitorizarea fenomenelor tranzitorii, doar că aceștia au acces limitat la uneltele performante ale astronomilor profesioniști. Prin telescoape se pot observa nebuloase(nori de gaz din galaxia noastră), roiuri stelare(aglomerări de stele ) și galaxii. Se mai pot vedea ploi de meteori, petele solare, grupuri deplanete (conjuncții), luna. 

Rossette nebula sau NGC 2244   Au fost înregistrate câte trei imagini de 200 secunde, cu filtre RGB pentru culoare și 10 imagini cu filtru Halfa, tot de 200 secunde expunere pentru luminanță. Un total de aproximativ o oră de expunere. Această nebuloasă a fost surprinsă la observatorul Colegiului Național “Vasile Lucaciu”.

6

Bibliografie •

https://ro.wikipedia.org/wiki/Univers

•

https://dexonline.ro/definitie/cosmologie

•

https://ro.wikipedia.org/wiki/Structura_ %C8%99i_arhitectura_universului#Componenentele_masei_universului

•

https://ro.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

•

https://ro.wikipedia.org/wiki/Astronomie

•

https://ro.wikipedia.org/wiki/Legea_atrac%C8%9Biei_universale

•

https://ro.wikipedia.org/wiki/Gravita%C8%9Bie

•

http://www.mixdecultura.ro/2016/08/spatiul-si-timpul-lui-einstein /

•

https://physics.uvt.ro/~vulcan/PAGINA_LHC/06_Vulcanov.pdf

•

https://ru.scribd.com/doc/236710954/Fizica-Si-Astronomia

•

https://www.facebook.com/lucaciu/photos/a.213071662057978/2295554040476386/? type=3&theater

•

https://ro.wikipedia.org/wiki/Teoria_relativit%C4%83%C8%9Bii_generale

Elevi: Cosmuța Laura-Alexandra Urban Elena-Delia Profesor coordonator: Izet Filis Clasa a XI-a A Colegiul Național Militar “Alexandru Ioan Cuza” Constanța 7

8