Tijd en ruimte in de astrofysica 29-31 maart 2005 Wetenschapskamp Faculteit Wetenschappen VUB 29-31 maart 2005 Walter van Rensbergen Astrofysisch Instituut Vrije Universiteit Brussel

Aristarchos van Samos (-310;-230) Erastosthenes van Cyrene (-276;-196)

Ptolemaios (± 100-178) …….. Copernicus (1473-1543)

Simon Stevin van Brugge 1548-1620

Galileo Galilei (1564-1642)

in zijn sterrenwacht “Uraniborg” Tycho Brahe (1546-1601) in zijn sterrenwacht “Uraniborg” (Denemarken)

Johannes Kepler (1571-1630)

De wetten van Kepler … P2 = a3

Newton wetten (1642-1727) F = G M1 M2 r2

George Berkeley (1685-1753) 1721: Zonder massa bestaat de ruimte niet

Euclides van Alexandrië: - 325 tot -265 In welke ruimte ? VLAKKE MEETKUNDE ? Euclides van Alexandrië: - 325 tot -265

Carl Friedrich Gauss: 1777 - 1860 De som van de hoeken van de driehoek “Inselberg, Brocken, Hoher Hagen” is nochtans 180°

Georg Friedrich Bernhard Riemann: 1826 - 1866 Positief gekromde ruimtes

Nikolai Ivanovich Lobachewski 1792 - 1856 Negatief gekromde ruimtes Janos Bolyai 1802 - 1860 Nikolai Ivanovich Lobachewski 1792 - 1856 Negatief gekromde ruimtes

Samenvatting Bolle ruimte Vlakke ruimte Holle ruimte

1823: Waarom is de nachthemel donker ? De melkweg van William Herschel (1738-1822) Heinrich Olbers (1758-1840) 1823: Waarom is de nachthemel donker ?

Overal melwegstelsels: ≈ honderd miljard in het waarneembare heelal

Gustav Kirchhoff (1824-1887) (1861) De zon en de aarde bevatten dezelfde chemische elementen (1863) William Huggins (1824-1910) vindt hetzelfde voor de sterren

1846: “De aarde is 100 miljoen jaar oud” 1848: De Kelvin-schaal Lord Kelvin (1824-1907) William Thomson 1846: “De aarde is 100 miljoen jaar oud” 1848: De Kelvin-schaal 1851: Het nulpunt van de Kelvin schaal

Ole Rmer Albert Michelson (1852-1931) Nobelprijs 1907 1879 c = 299.792 km/s (1644-1710) c = 225.000 km/s

Proef van Albert Michelson (1852 - 1931) en Edward Morley (1838 - 1929): “De snelheid van het licht is constant en gelijk aan 300.000 km/s. Zowel in een assenstelsel in rust als in een assenstelsel in beweging” (dit is nooit waar in onze 3 dimensionale ruimtelijke ruimte) Een mens is een 3 dimensionaal wezen Dat leeft in een 4 dimensionale ruimte 3 ruimte dimensies en 1 tijd dimensie Speciale relativiteit van Hendrik Lorentz (1853 - 1928)

ALGEMENE RELATIVITEIT De rand van een 3 dimensionale bol is een 2 dimensionaal boloppervlak dat gekromd is Zo ook is onze 3 dimensionale ruimte waarin wij leven de rand van de 4 dimensionale realiteit Die rand is gekromd: geodeten lopen krom Massa is de oorzaak van deze kromming ALGEMENE RELATIVITEIT Van Albert Einstein (1879-1955)

De Lorentz-transformaties Nobelprijs 1902 Hendrik Lorentz (1853-1928) De Lorentz-transformaties Pieter Zeeman (1865-1943) Het Zeeman-effect

“Het golfkarakter van deeltjes” Louis de Broglie (1892-1987) Nobelprijs 1929 “Het golfkarakter van deeltjes”

E = M c2 Albert Einstein (1879-1955) Nobelprijs 1921

1908: Meetkundige eenmaking Schwarzschild-metriek beschrijft Hermann Minkowski (1864-1909) 1908: Meetkundige eenmaking van “ruimte en tijd” Karl Schwarzchild (1873-1916) 1916: Schwarzschild-metriek beschrijft kromming van de ruimte

De zoneclips van 1919 in Sobral Arthur Eddington (1882-1944) De zoneclips van 1919 in Sobral (Brazilië)

De afbuiging van het licht over 1”,75 bij een zoneclips

Een melkwegstelsel buigt het licht van een quasar af De HST ziet een quasar als een Einsteinkruis

Urbain Jean Le Verrier: 1859 “Abnormale” periheliumbeweging van Mercurius

1917: Model voor statisch heelal 1923: Model voor heelal met Willem de Sitter (1872-1934) 1917: Model voor statisch heelal 1923: Model voor heelal met “Hubble wet” 1933: “Vlak” expanderend heelal Alexander Friedmann (1888-1925) 1922 Model voor expanderend/ oscillerend heelal

De wet van Edwin Hubble (1889 - 1953) 1923-1929 Vesto Slipher (1875-1969) 1925: Meet rood verschuiving van galaxieën H0 = 75 km/s.Mpc

Expanderend universum Georges Lemaître 1894-1966 1927: Model voor Expanderend universum

Toekomst van het universum Vesc hangt alleen af van de massa M Ontsnappingssnelheid Mercurius: 4,3 km/s Venus: 10,4 km/s Aarde: 11,2 km/s (Maan: 2,4 km/s) Mars: 5,0 km/s Jupiter: 59,5 km/s Saturnus: 35,5 km/s Uranus: 21,3 km/s Neptunus: 23,5 km/s Pluto: 1,3 km/s M De huidige kritische dichtheid van het heelal bedraagt 2 x 10-29 g/cm3

v > vesc v < vesc Het vlakke universum is 13,3 miljard jaar oud. Het gesloten universum is jonger: minder waarschijnlijk Het open universum is ouder: meer waarschijnlijk v < vesc

1924: Het uitsluitingsbeginsel Quantum mechanica Wolfgang Pauli (1900-1955) 1924: Het uitsluitingsbeginsel 1926: De faseruimte 1931: Het neutrino Satyendra Bose (1894-1974) 1924: Fotonen zijn bosonen

1925: Elektronen zijn fermionen 1926: Het onzekerheidsbeginsel Enrico Fermi (1901-1954) 1925: Elektronen zijn fermionen Werner Heisenberg (1901-1976) 1926: Het onzekerheidsbeginsel

1932: Identificatie van het neutron Lev Landau (1908-1968) Nobelprijs 1962 1932: Neutron-sterren moeten bestaan James Chadwick (1891-1974) Nobelprijs 1935 1932: Identificatie van het neutron

1967: Pulsars Antony Hewish (1924) Nobelprijs 1974 Jocelyn Bell (1943)

Russell Hulse (1950) en Joseph Taylor (1941) Nobelprijs 1993 PSR 1913+16 43”/eeuw (Mercurius)  4°.22626/jaar

Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995) Nobelprijs 1991 1935: Massa-limiet voor de witte dwerg

Julius Robert Oppenheimer (1904-1967) 1931 (met Paul Dirac en Herman Weyl): Anti-materie 1938: Bovenmassa voor een neutron-ster 1939: Een instortende neutron-ster wordt een zwart gat

“het horizon probleem” (1953) Cosmologische achtergrondstraling Ralph Alpher ontdekte samen met Robert Herman “het horizon probleem” (1953) en de 3K Cosmologische achtergrondstraling

Penzias Wilson

Henk van de Hulst (1918-2000) En Jan Oort (1900-1992)

De differentiële galactische rotatie M1 - M1,obs = ontbrekende massa Keplerwet v > vKepler M1 > M1,obs M1 - M1,obs = ontbrekende massa

De dichtheid van de neutron-ster is groter dan de dichtheid van het neutron 1974 1 NEUTRON = 3 QUARKS Up = 2/3 Down = 1/3 Burton Richter (1931) Samuel Ting (1936) Nobelprijs 1976

1969 (met Roger Penrose): Singulariteit in de Big Bang 1942 1969 (met Roger Penrose): Singulariteit in de Big Bang 1970: Zwarte gaten stralen