De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

De presentatie wordt gedownload. Even geduld aub

Het Multiversum een heelal gevuld met andere werelden HOVO2016, Utrecht 12 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht Deel I: ons eigen.

Verwante presentaties


Presentatie over: "Het Multiversum een heelal gevuld met andere werelden HOVO2016, Utrecht 12 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht Deel I: ons eigen."— Transcript van de presentatie:

1 het Multiversum een heelal gevuld met andere werelden HOVO2016, Utrecht 12 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht Deel I: ons eigen heelal dijt steeds sneller uit

2 het waarneembare stuk v/h heelal is een minieme bubbel in de totale kosmos met logaritmisch schaalfactor voor de afstand xxwij melkweg melkwegstelsels kosmische web kosmische achtergrond- straling straling Oerknal (te zien in alle richtingen) horizon

3 de oerknal in alle richtingen verderweg lijkt er meer ruimte, maar dat is niet zo verderweg lijkt er meer ruimte, maar dat is niet zo vergelijk Mercator-projectie van de Aarde: noordpool (punt) wordt een lijn, poolgebieden zijn veel te groot xx "vlakke" ruimte, verder weg zoals intuitief verwacht "bolvormige" ruimte: verder weg "minder"; in een uitdijend heelal zien wij de wereld zo Escher: "hyperbolische" ruimte: verder weg "meer" drie soorten isotrope werelden bij homogene verdeling Vertekening: kartografie

4 er is veel meer dan we zien en dat kan totaal anders zijn xx inflatie gangbare opvatting: Oerknal is ontstaan door inflatie essentie van het Multiversum: zo'n begin kan ook vroeger of later elders in het heelal toeslaan : chaotische inflatie en eeuwige inflatie? Multiversum: het heelal is maximaal inhomogeen, Wij leven niet in het centrum van ons universum, maar zelfs ons universum is niet het centrum van een multiversum we leven in een stukje dat gelijkmatig geworden is door de exponentiele expansie van de inflatie beter nog: het stoppen van inflatie is een toevalsproces: er blijven ook plekken weer doorgroeien en opnieuw beginnen

5 Ontwikkelingen in de 21 e eeuw(1) xx ● ~1998 uitdijing heelal blijkt versneld: exponentieel toenemende uitdijingsnelheid donkere energie, ● er is een nieuw effect werkzaam: donkere energie, maar niemand weet wat dat is vacuum-energie ● verklaring: de lege ruimte heeft energie: vacuum-energie en dat levert de voortstuwing tegen de zwaartekracht in scalaire velden, ● Nieuwe component in het heelal: scalaire velden, zoals het Higgs-veld, recent bevestigd

6 Ontwikkelingen in de 21 e eeuw(2) xx ● scalaire velden dragen ook bij aan de vacuum-energie energie v/h vacuum  waarde van het veld  Iedere waarde van de vacuum-energie, levert een ander heelal-mode op die is onbekend maar kan varieren bij elkaar heten die universa Het Kosmisch Landschap

7 multiversum xx Pessimist: Ieder deel van het multiversum is zo groot dat je de andere delen nooit zal kunnen zien. Het is dus onmogelijk te bewijzen dat we in een multiversum leven Ieder deel van het multiversum is zo groot dat je de andere delen nooit zal kunnen zien. Optimist (o.a. Allen Guth, André Linde): Het is dus onmogelijk te weerleggen dat we in een multiversum leven

8 multiversum xx ná de inflatie ontstaat de Hete Orknal ná de inflatie ontstaat de Hete Orknal, het is denkbaar dat die anders uitpakken in andere bubbels waarin pas later ná afkoeling door verdere uitdijing de elementaire deeltjes en hun interacties ontstaan, die bepaald worden door schijnbaar "toevallige" natuurconstanten, zoals Newton's zwaartekracht-constante Antropisch princiepe: wij leven in een heelal met voldoende complexiteit en lange tijdschalen om leven te genereren, de meeste bubbels zijn levensloos

9 Inhoud dit HOVO-programma xx I 'gewone' kosmologie III, Euwige inflatie, het Multiversum II Inflatie/ de lege ruimte Aan de orde komen, o.m.: "de Sitter ruimte" Antropisch principe -vacuum-energie, scalaire velden

10 I. Samenvatting van de 'gewone' kosmologie xx

11 Waarneming & theorie xx Nodig: 1. waarnemingen (bv heelal gevuld met materie) Nodig: 2. theorie: -op grote schaal overheerst zwaartekracht -zwaartekracht is altijd aantrekkend  -heelal zou moeten instorten (Newton 17 e eeuw) -meer in het algemeen: (Friedman 20 e eeuw) ● zou moeten bewegen (uitdijen of instorten) ● het heelal dijt uit omdat t zo begon  statisch heelal is onmogelijk  er is een begin geweest

12 wat nemen we waar ? xx ● in alle richtingen gemiddeld hetzelde : isotroop ● als wij niet middelpunt  heelal is gemiddeld homogeen ● het heelal dijt uit, Hubble-expansie, v= H r ● expansie-geschiedenis : nu versnelde uitdijing het waarneembare heelal:

13 Hubble expansie: de ruimte zelf dijt uit en koelt af : hoe verder weg des te sneller nog verder weg en we zien de hete oerknal zelf temperatuur neemt af door uitdijing, dus: hoe verder weg (waar we het vroege heelal zien) des te heter het is waarneembaar: hoe verder weg des ● groter de roodverschuiving, ● langzamer de tijd voortschrijdt, ● meer sterrenstelsels per (lichtjaar) 3 v = H r Wet van Hubble snelheid v op afstand r HOVO

14 Hete oerknal: voorspellingen die uitkomen : ● ooit zo heet als in ster-inwendige: dat zien we (Big Bang Nucleosynthesis), helium-vorming helium-vorming (He,Be, Li, in 1 e 3 minuten) ● we zien nu de tot 500 miljoen lichtjaar opgeblazen korrel waaruit wij ontstaan zijn ● korreligheid in achtergrondstraling: begin van struktuur  instorting tot sterren en sterrenstelsels ● later (na jaar) koel genoeg voor overgang ondoorzichtig naar transparant. achtergrondstraling grens te zien als achtergrondstraling: zeer homogeen heelal (1 op ) ● alle bewijzen van evolutie v.h. heelal (bv verrijking van materie met meer metalen) Op 500 miljoen lichtjaar "Baryon Acoustic Oscillation" microgolven (magnetron- golflengte ~ 1 cm) HOVO

15 expansie (1) Δx = 10 cm echte afstand r = a.Δx = x 10 cm = 10 km schaal a = stel aarde expandeert zelfde kaart te gebruiken; alleen verandert de schaal a de groei in a noemen we alle afstanden r worden groter; we zien Zeist en Utrecht met een zekere snelheid v uit elkaar gaan (v is de verandering in r)

16 schaalfactor a ΔxΔx stel schaalfactor a(t) hangt van de tijd t af (aarde zwelt op) verandering (groei) in a noemen we verandering in de afstand (=de snelheid v) v = Δx afstand r = a Δx v = H r Wet van Hubble

17 grafiek voor de expansie (voor één vlak) 1 ste ruimtelijke richting 2 de ruimtelijke richting Neem een 2-dimensionale ruimte (bijv. een vlak door het heelal op zeker tijdstip) 1 ste ruimtelijke richting 2 de ruimtelijke richting HOVO kartografie

18 Voorbeeld 1: de tijd-ruimte van eenstatisch heelal H=0, geen expansie (1 ste ruimtelijke dimensie) (2 de ruimtelijke dimensie) HOVO met Hubble-constante H = (geen groei van a dus = 0) = 0 Plaatje van de tijdruimte (1 richting voor de tijd, hier 2 richtingen voor de ruimte) kartografie

19 Een statich heelal (geen uitdijing) (waarin ook de tijd "relatief" is) HOVO tijd kartografie

20 Voorbeeld 2; de tijdruimte van een expanderend/contraherend heelal (in 2 dimensies) (1 ste ruimtelijke dimensie) (2 de ruimtelijke dimensie) Expansie Contractie HOVO met Hubble-constante H = > 0 voor expansie, < 0 voor contractie ) ≠ 0 kartografie

21 HOVO tijd ruimte Heelal met alleen materie (opvatting 20e eeuw) Friedman-Lemaitre Robertson-Walker heelalmodellen kartografie let op: afname van de groei

22 hierna opmerkingen over de Hubble-constante HOVO Hubble-tijd: relatie H tot de leeftijd van het heelal 2. Hubble straal: waar expansie de lichtsnelheid krijgt 3. Wat als de Hubble-constante echt constant in de tijd is

23 Hubble’s wet en de leeftijd van het Heelal snelheid Hubble’s`constante’ afstand HOVO V = H x D

24 Hubble’s wet en uitdijing sneller dan het licht snelheid Hubble’s`constante’ afstand HOVO V = H x D op welke afstand d wordt de uitdijingsnelheid gelijk aan de lichtsnelheid c dus waar is v = c ? als c = H x d dus voor d = c / H de "Hubble-straal" v.h. heelal

25 HOVO Sneller dan het licht en soms toch te zien statisch heelal uitdijend heelal versneld uitdijend gebeurtenis is niet te zien, buiten de horizon al is een lichtstraal nog zo snel, de uitdijing achterhaalt haar wel fiets = foton vertrekpunt buiten de Hubble-straal, maar door afnemende uitdijing foton toch te zien uitdijing sneller dan licht

26 H constant in de tijd, constante groei dan kun je a(t) oplossen zoals spaargeld bij constante rente (constante groei) tijd HOVO

27 De Sitter heelal tijd HOVO een leeg heelal met constante H die je krijgt als er overal positieve vacuum-energie zou zijn schaal a exponentieel snelheid v exponentieel versnelling exponentieel (naar buiten gerichtte kracht)

28 De Sitter heelal: een Zwart Gat binnenste buiten HOVO xx horizon bij de Hubble-straal

29 Horizon De Sitter heelal HOVO

30 versnelde punt W krijgt snelheid tot dichtbij de lichtsnelheid gaat steeds sneller: helling steeds groter nadert steeds dichter tot de helling van lichtdeeltjes (bijna de lichtsnelheid)

31 HOVO Gebeurtenishorizon Vanaf zeker moment (bij ) worden de lichtflitsen niet meer waargenomen; ook omgekeerd communicatie onmogelijk

32 HOVO Horizon in een De Sitter ruimte W buiten de horizon (groene lijn, stippellijn) horizon bij de Hubble-straal

33 uitdijing bepaalt door zwaartekracht HOVO eerst m.b.v. Newtonse zwaartekracht

34 expansie versus zwaartekrac ht met Newtonse zwaartekracht 1. materiedichtheid te groot: uitdijing draait tenslotte om (gesloten, eindig heelal: eindige duur) 3. dichtheid te klein: uitdijing voor altijd, open heelal: oneindig groot en oneindige duur 2. dichtheid kritisch uitdijingsnelheid naar nul (vlak heelal) bij gemiddelde dichtheid van ~ 6 atomen per kubieke meter HOVO v = H r bol met straal r, massa M=volume x dichtheid=4/3 π r 3 x ρ = 8/3 π G ρ H 2 ~ ρ, expansie vs. inhoud ontsnappingsnelheid

35 Heelal opties lijken op snelheid versus zwaartekracht op Aarde voorbeeld: ontsnappingssnelheid uit zwaartekracht van de aarde dus drie mogenlijkheden: snelheid klein snelheid kritisch snelheid groot plus 4e mogelijkheid: motor blijft aan! HOVO

36 type uitdijingsnelheden van het heelal ● ● twee paralelle lijnen naar elkaar toe twee paralelle lijnen blijven parallel Twee paralelle lijnen gaan uit elkaar Versnelde expansie ons heelal sinds 1998 HOVO

37 maar er is meer! ook druk p oefent zwaartekracht uit NB: ook energie heeft zwaartekracht E= m c 2, dus bij materiedichtheid ρ energiedichtheid E = ρ c 2 schijnbare paradox: hoe groter de druk in het heelal, hoe sterker de remmende werking negatieve druk: extra uitdijing (werkt tegen de zwaartekracht) donkere energie p = -ρ c 2 (extra uitdijing als p < -1/3 ρ c 2 ) Voor een gas met dichtheid ρ en druk p HOVO

38 H met relativiteitstheorie HOVO door de zwaartekrachtswet plus begin-voorwaarden 1916 de gravitatie-veldvergelijking van Einstein gravitatie-veld = G x materie-energie inhoud met G Newton's constante (de koppeling) 1924 herschreven door Friedman tot energie-vergelijkingen voor een homogeen heelal (de Friemann-vergl.) de beweging (uitdijing/contractie) van het heelal wordt dus bepaald door de inhoud van het heelal geeft formule H voor gegeven inhoud, materiedichtheid ρ

39 Friedmann's energie-vergelijking voor een homogeen heelal HOVO e Friedmann vgl.. H 2 ~ ρ materie (met ρ dichtheid) meten de groei in schaalfactor a 2 e Friedmann vgl. voor de afremming bepaald door materie-dichtheid ρ plus 3x de druk p Materie-en energiedichtheid (inhoud) bepalen expansie H

40 HOVO tijd Ω Λ “Donkere energie” laat het heelal versneld uitdijen ! Het heelal is nu ouder dan het eerst leek ! ruimte Heelal waarin de lege ruimte energie heeft (donkere energie, 21e eeuw) let op: toename van de groei

41 Het beste heelal-model (Λ-CDM concordantie-model) HOVO ● Welke inhoud past het beste bij onze expansiegeschiedenis? ● alle parameters van het model uitgedrukt als percentages (t.o.v. de kritische dichtheid ρ crit ) Ω m voor materie Ω Λ voor donkere energie Λ (energie v.h. vacuum) ● Het beste model wordt het Λ-CDM concordantie-model (het Lambda-Cold Dark Matter model) genoemd ● Het past opmerkelijk goed bij alle waarnemingen

42 Heelal HOVO kosmologische constante Ω Λ materie-dichtheid Ω m grijs: geen Oerknal versneld heelal vertraagd heelal eeuwige uitdijing Instorting gesloten open

43 gewicht van het universum waar moet het universum uit bestaan om de expansie-geschiedenis te begrijpen 69% donkere energie 26% donkere materie 5% gewone materie 100% van kritische energiedichtheid die een vlak heelal geeft HOVO Λ-CDM


Download ppt "Het Multiversum een heelal gevuld met andere werelden HOVO2016, Utrecht 12 feb 2016 John Heise, SRON-Ruimteonderzoek Nederland in Utrecht Deel I: ons eigen."

Verwante presentaties


Ads door Google