De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Het Multiversum III een eindeloos heelal HOVO2016, Utrecht 26 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht eeuwige inflatie en het multiversum.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Het Multiversum III een eindeloos heelal HOVO2016, Utrecht 26 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht eeuwige inflatie en het multiversum."— Transcript van de presentatie:

1 het Multiversum III een eindeloos heelal HOVO2016, Utrecht 26 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht eeuwige inflatie en het multiversum

2 Vorige keer: energie van het vacuum Verwacht in vacuum virtuele deeltjes met gemiddeld energie nul Dat is niet zo, blijkt uit Donkere Energie in de waarnemingen (we leven in een versneld expanderend heelal) Dat is een groot onopgelost probleem beschreven met een (onbekend) scalair veld vacuum streeft naar toestand van minimum energie, MAAR BOVENDIEN: ● energie-sprongen omhoog door fluctuaties op kleine schaal ● kwantum-tunneling uit minimum (vals vacuum) naar lager minimum (echt vacuum)

3 de inflatie-gedachte leidt automatisch tot een multiversum Hete Oerknal-model heeft problemen (vooral in het begin) op te lossen met inflatie (exponentiele expansie; oorzaak) er ontstaat een zich uitbreidende bubbel in een snel uitdijende achtergrond waarin het proces zich kan herhalen: nieuwe bubbels met een onderlinge afstand die sneller toeneemt dan de groei van iedere bubbel in een achtergrond-wereld met wisselende vacuum-energie verspringt in een punt de energie (door fluctuaties) naar een hoge waarde (vals vacuum; snelle uitdijing)

4 multiversum eeuwig uitdijend vals vacuum andere universa "eiland heelallen") multiversum ons universum waarneembare heelal

5 multiverse in fast-forward HOVO de expansie van de achtergrond is in dit plaatje a.h.w. stilgezet

6 Stap voor stap

7 Oerknal model: belangrijke (bijna metafysische) vragen blijven ● Wat was er vóór de Oerknal? (vroeger verboden vraag) ● waarom overal hetzelfde ? (zo homogeen, constante dichtheid) ● waarom in alle richtingen hetzelfde? (isotroop) ● waarom begint het overal op hetzelfde moment? (horizon-probleem) ● waarom is het heelal vlak? (bij willekeurig begin, kans daarop miniem) ● waarom is het heelal zo groot? (en bevat het zoveel deeltjes?) HOVO ● Hoe is dit symmetrische heelal toch structuur ontstaan ("zaailingen")

8 vóór de oerknal geen tijdperk voor de Oerknal kwantum-emergentie multiversum+ inflatie cyclisch universum sec Planck-tijdperk vóór de oerknal  kwantum-gravitatie

9 Inflatie-theorie ● Inflatie-theorie lost veel problemen van de Oerknal-theorie op HOVO ● Inflatie-theorie: vlak voor de Oerknal onderging het heelal een extreem korte periode van extreme expansie Planck-lengte cm Massa~10 -5 gram

10 schaalfactor universum met inflatie HOVO ● schaalfactor a op logaritmische schaal ● tijd ook op logaritmische schaal ● singulier (oneindige dichtheid en temperatuur) ● eindig! Standaard oerknal schaal universum NU inflatie-periode schaal in m

11 gelijkmatig met kleine fluctuaties fluctuatie-versterker (Graphics from Gary Hinshaw/WMAP team) Heet Dicht “Glad” Koud verdund Klonterig Korte geschiedenis van het heelal fractie van een seconde kosmische achtergrond straling eerste sterren jaar 200 miljoen jaar 13.7 miljard jaar NU HOVO

12 Oerknal-probeem 1: begin-voorwaarden zeer speciaal ● een afwijking in de gemiddelde dichtheid in het begin in de 24 e decimaal na de komma, levert een radicaal ander heelal op na 14 miljard jaar (NU) HOVO ● wat maakte dat begin precies goed? ● begin met Ω = ρ/ρ critical ~1

13 begin-voorwaarden vanzelf speciaal door inflatie HOVO ● Ω = ρ/ρ critical = 1 betekent vlakke ruimte

14 Oerknal probleem 2: het horizon-probleem Fysische invloed kan niet sneller dan het licht 1 seconde na het begin reikt die niet verder dan 1 lichtseconde Hoe kan het heelal overal hetzelfde zijn als er geen geen onderlinge invloed geweest kan zijn? HOVO Kosmische achtergrondstraling overal Kelvin nauwkeurigheid 1: Een bijna perfect heelal

15 illustratie horizon-probleem Hoe kan dat? Dat kan alleen als iedereen oorspronkelijk bij elkaar zat. Dat model heet INFLATIE-MODEL ● Zet iedereen in deze zaal plotseling op 1000 lichtjaar afstand in allemaal verschillende richtingen ● onderlinge communicatie is dan traag 1000 lichtjaar ● een latere onderzoeker ontdekt dat iedereen volgens dezelfde mode van 2016 gekleed is, zonder onderlinge communicatie HOVO

16 tijdruimte bij horizonprobleem (probleem steeds groter op vroege tijden) tijd ruimte lichtsnelheid A horizon A B (wij) horizon B HOVO Melkweg- stelsels

17 Na inflatie binnen horizon tijd ruimte A horizon A B horizon B HOVO

18 Probleem 3: symmetrisch gaaf heelal, hoe toch structuur ontstaan? door kleine afwijking van de symmetrie en een zwaartekracht-instabiliteit ● iets hogere materie-dichtheid ("zaailing")  dan iets sterkere zwaartekracht  trekt meer materie naar die locatie  vergoot de materiedichtheid ● Inflatie verklaart zaailingen als door extreme expansie opgerekte kwantum-fluctuaties HOVO

19 antwoorden over het begin van de oerknal door inflatie: ● de singulariteit is opgeheven: nu eindig begin ● waar zijn de fossielen uit het allerheetste? (extreem verdund!) ● waarom begon het universum homogeen en isotroop? (oorspronkelijke samenstelling is onbelangrijk geworden) ● horizonprobleem van de oerknal opgelost ● vlakheidsprobleem opgelost

20 Wat maakt dat het heelal zich opblaast in de inflatieperiode? Onbekend! vele suggesties: -Higgs-veld -vals vacuum -chaotic inflation -slow role inflation -meer dan 1 inflatieveld dus: iets nieuws (zgn. scalair veld) in de Einstein- veldvergelijking (energie-inhoud bepaalt de expansie) HOVO

21 inflatie vereist: Scalaire Velden ● eenvoudiger dan vector-veld zoals Elektriciteit ● in ieder punt van de ruimte één waarde ● bv het heelal is doordrongen van een Higgs-veld ● "Lorentz-invariant": voor iedereen hetzelfde (soort ideale ether) HOVO

22 energiebehoud van het inflatie-veld ● met uitdijing: sterke demping door H (schommel in stroop) ● zonder uitdijing: heen en weer schommeling HOVO  Scalaire veld gaat traag naar minimum energie

23 inflatie-veld voorbeeld ● ● HOVO hoge energie bij Planck-dichtheid: "tijdruimte schuim", te heet voor deeltjes ontstaan deeltjes; Oerknal met langzame uitdijing

24 scalair veld geeft ook Hubble-expansie H ● scalaire velden Φ HOVO schaalfactor a, groei in a is, dan geeft de Einstein veldvergelijking met m hier een of andere constante (massa inflaton)  scalaire velden geven exponentiele expansie

25 logica van inflatie ● hoog Inflatieveld Φ  grote Hubble-constante H  grote "frictie"  daardoor trage verandering in Φ HOVO ● potentiele energie blijft lang bijna constant

26 Multiverse, hoe waar te nemen? HOVO y x

27 Multiverse ontwikkeling in de tijd HOVO tijd x

28 Penrose diagram van een bubbel-botsing HOVO Speciale kaart met lichtkegels overal onder een hoek van 45 graden; CMB = Cosmic Background Radiation moeder vals vacuum moeder vals vacuum onze bubbel botsende bubbel Aarde foton CMB foton CMB inflatie xx bubbelranden

29 Penrose diagram van een bubbel-botsing HOVO Speciale kaart met lichtkegels overal onder een hoek van 45 graden; CMB = Cosmic Background Radiation moeder vals vacuum moeder vals vacuum onze bubbel botsende bubbel Aarde foton CMB foton CMB inflatie xx bubbelranden

30 simulatie bubbel-botsing HOVO aantal verdubbelingen in de schaalfactor

31 Temperatuur microgolf-achtergrondstraling iedere 'korrel' is een horizon op t= jaar Correlatie tussen de korrels? dan komt dat uit de inflatie-periode HOVO

32 Hoe zie je een bubbelbotsing in de kosmische achtergrondstraling Als een plek met een struktuur groter dan de 'korrels' (groter dan ong 1 graad) in deze simulatie zoals linksboven, rechtsboven samen met de echte achtergrondstraling HOVO linksonder, rechtsonder zijn analyse-technieken om ze op te sporen

33 Anomalieën extreem grote koude plek in de achtergrond Van 10 volle manen manen (ong. 1 o ) in sterrenbeeld Eridanus. NB alles wat buiten 2 volle manen (ong. 1 o ) ligt, kan niet één geheel vormen (ligt buiten horizon van het heelal op de leeftijd van jaar) Misschien een "supervoid" (superholte) op afstand 6 miljard lichtjaar, z = 1? Zou dan de grootste structuur in het heelal zijn, groter dan kan bestaan de koudste plek som van 50 voids 4o4o HOVO misschien een botsend universum?

34 relatie mens-kosmos

35 Relatie tussen sterren en de mens (1) Waarom is het heelal zo groot? HOVO ● omdat het heelal al zo oud is en expandeert en het zo lang duurt voordat wij er zijn: ontstaan van het leven duurt: ~4.5 miljard jaar Het heelal heeft precies de juiste grootte ● Niet te klein (onvoldoende tijd voor sterren) ● Niet te groot (koud, leeg en uitgebluste sterren )

36 Relatie tussen sterren en de mens (2) Noodzaak van sterren HOVO ● De aanmaak van de elementen produktietijd van elementen in de sterren ~5 miljard jaar ● De zon ontstond 5 miljard jaar geleden De zon ontstond precies op het juiste moment ● niet te vroeg (te weinig Silicium voor rotsen, te weinig koolstof, stikstof, zuurstof) ● niet te laat (sterren uitgebrand)

37 Relatie tussen sterren en de mens (3) Noodzaak van sterrenstelsels zoals de melkweg HOVO ● hergebruik van die elementen binnen sterrenstelsel te kleine melkweg en alles verdwijnt in de ruimte te zware en compacte melkweg: sterbotsingen verstoren planeetbanen (onvoldoende tijd voor biologische evolutie) ● Melkwegstelsels dus "precies goed"

38 Relatie tussen sterren en de mens (3) Oerknal: niet te heet en niet te koud HOVO ● te heet: alle waterstof zou al opgebrand zijn tot zware elementen geen energie meer in sterren (onvoldoende tijd voor biologische evolutie) ● Oerknal dus "precies goed" ● te koud: heelal zou te vroeg doorzichtig worden en zich opsplitsen in te kleine cellen met te kleine sterrenstelsels waaruit later alle zware elementen zouden ontsnappen en geen planeten konden vormen

39 In de bewoonbare zone HOVO de bewoonbare zone ● We leven in de bewoonbare zone rond de Zon Niet te heet en niet te koud (vloeibaar water) is precies goed ● Massa van de Aarde is precies goed Niet te zwaar, zodat de lichtste elementen Waterstof en Helium kunnen ontsnappen en een hard oppervlak achterblijft Niet te licht, zodat een atmosfeer (zuurstof, koolzuur) behouden kan worden

40 sprookje van Goudlokje en de drie beren HOVO ● de pap precies op temperatuur, niet te heet en niet te koud ● één stoel precies pas, niet te groot en niet te klein In het huis van de drie beren (grote -, middel - en kleine beer) is ● één bed precies lekker, niet te hard en niet te zacht

41 De Aarde zit in de Goudlokje-positie HOVO vier reacties mogelijk: ● latere definitieve theorie verklaart toevalligheden ● niet toevallig, maar zo is het nu eenmaal want als het anders was, waren we er niet geweest (afhankelijke waarschijnlijkheden) ● welwillende goddelijke voorzienigheid zo is het ontworpen (evolutie met een bedoeling, bijv. de mens of minder antropocentrisch: complexe vormen)) ● Martin Rees en anderen: wij zitten in een speciaal universum, onderdeel van een Multiversum

42 Zwaartekracht precies goed voor ontstaan leven op aarde HOVO G G G G G G G G G Constante van Newton G is niet dimensieloos (dimensie Newton. (m/kg) 2 meestal gebruikt men N, de verhouding tussen de elektrische kracht en de zwaartekracht van proton, N = N is groot, kleine zwaartekracht, daarom is het heelal zo groot

43 sterke kernkracht bindt deeltjes en atoomkernen HOVO neutronproton

44 De sterke kernkracht moet opbotsen tegen afstotende elektrische ladingen HOVO fusie gebeurt daarom alleen bij hoge temperatuur

45 De sterke kernkracht kernfusie: energiebron van sterren HOVO waterstof-atomen ● vormen uiteindelijk 4 Helium efficiëntie ε =0.007 natuurconstante die de sterke kernkracht kenmerkt massa Helium=99.3% van 4 waterstof-atomen, via Deuterium

46 Te kleine kernkracht: ε =0.006 geen vorming van p+n  Deuterium HOVO en dus ook niet de volgende stappen: geen Helium, geen Koolstof, geen Stikstof, geen Zuurstof geen elementen en geen chemie in het heelal kernkracht met ε =0.006 is te klein! wij zouden er dan niet zijn wel vorming van (steriele) sterren, maar geen explosies als Supernova en dus geen rotsplaneten

47 Te grote kernkracht: ε =0.008 extra binding van p+p  di-proton HOVO Alle waterstof zou 3 minuten na de oerknal al gebonden zijn tot Helium, daarna C,N,O en meteen door naar meest stabiele atoomkern IJzer kernkracht met ε =0.008 is te groot! Wel vorming van ijzeren sterren, maar snel opgebrand geen energie meer over voor "zonnewarmte"

48 sterke kernkracht: ε =0.007 precies goed HOVO Zelfs: afwijking van ε =0.007 groter dan 4% dan geen vorming van Koolstof uit 3x Helium (via Beryllium) en dus geen mens (Hoyle) ε ε ε ε ε ε ε ε ε ε

49 Marin Rees: "Just Six Numbers" HOVO N = verhouding elektrostatische - en zwaarte-kracht ε = efficiency van productie kern-energie Ω = 1 afstemming uitdijingssnelheid en de zwaartekracht Λ = 0.75 fractie donkere energie: versnelde uitdijing Q = verhouding bindings- tot rustmassa-energie in eerste structuren (Kosmische Achtergrond Straling) te klein: geen binding, te grote Q: alleen maar Zwarte Gaten D = 3 een drie-dimensionale ruimte (D=4 zou geen leven toelaten)

50 Kosmologische Principes HOVO ● Copernicaans principe: wij hebben geen bijzondere positie in het universum: alle plaatsen zijn gemiddeld hetzelfde ● Perfecte Copernicaans principe (in Steady State Theorie) en tijden alle plaatsen en tijden zijn gemiddeld hetzelfde  We leven in een geprivilegieerde tijd, een gouden eeuw, waarin leeftijd heelal ≈ leeftijd hoofdreeks-sterren (het zgn. sterhoudende tijdperk)

51 Antropisch Principe: nauw verband tussen ons mens-zijn en de eigenschappen van het heelal HOVO Zwak antropisch principe: ● Zwak antropisch principe: iedere waarneming impliceert dat er intelligent leven moet zijn. Het is niet vreemd dat wij in zo'n heelal leven, in een ander heelal zouden we niet bestaan. (open deur/ nietszeggende tautologie/ andere heelallen zijn theoretisch onbewijsbaar;

52 Antropisch Principe: HOVO Sterk antropisch principe: ● Sterk antropisch principe: Het universum moet noodzakelijkerwijs zo zijn dat het leven mogelijk maakt, andere universa bestaan niet. te metafysisch, 't neemt aan dat het universum een doel heeft; doet geen voorspellingen niet falsificeerbaar ontmoedigt wetenschappelijk onderzoek

53 het Multiversum-idee HOVO Iedere wereld heeft zijn eigen natuurconstanten de meesten leven kort en laten geen complexe biologie toe wij hebben daardoor automatisch de Goldilockpositie

54 Einde Toch aardig als u de volgende keer naar de sterrenhemel kijkt: die weidsheid, die sterren die sterrenstelsels, het bestaat allemaal omdat u bestaat omdat een multiversum alle mogelijkheden toelaat


Download ppt "Het Multiversum III een eindeloos heelal HOVO2016, Utrecht 26 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht eeuwige inflatie en het multiversum."

Verwante presentaties


Ads door Google