De Kosmos ( Kosmos = orde ) Zon : 99,6% van materie zonnestelsel

Presentatie over: "De Kosmos ( Kosmos = orde ) Zon : 99,6% van materie zonnestelsel"— Transcript van de presentatie:

1 De Kosmos ( Kosmos = orde ) Zon : 99,6% van materie zonnestelsel
+/- 300 miljard sterren? Zon : 99,6% van materie zonnestelsel Foto Hubble satelliet: met a.r. vorm ruimte, gedrag ruimte ,… bestuderen -De kosmos overstijgt ons voorstellingsvermogen. Dus wiskundig model geworden - Wij zullen nooit een ster in een labo kunnen onderzoeken Tot +/ : visie Aristoteles - onvolmaakte : tot aan de Maan - daarboven : het volmaakte (kwintessentie) "Kosmogonie", "kosmogenese" zijn relatief nieuwe begrippen. Voor Newton, en zelfs Einstein in het begin, was het universum statisch, eeuwig. Wie had gedacht dat Newton ooit zou worden betwist? - Melkweg : lj./ 250 miljard sterren/ Herakles, Hera - Centrum melkweg (zwart gat) ligt in de richting van Sagittarius Wij zijn er sinds … +/ jaar Wablief?

2 ALGEMENE RELATIVITEITSTHEORIE IMPACT OP DE Kosmologie
( ”Kosmos” = “orde” ; “geen chaos”) Twee karakteristieken van Einstein: Hij was een “wetenschappelijke eenzaat” (geen labo’s, telescopen, univ.) - Hij gaf voor het eerst een wetenschappelijk antwoord voor een eeuwenoud probleem : “Imagination is more important than knowledge” Voor de moderne kosmologie (20ste eeuw) is de rol van Albert Einstein ( ) niet weg te denken Als eerste loste hij, na 25 eeuwen, het probleem van de (on)-eindigheid op: T. Milete, Eudoxos, Plato, Aristoteles (Potentialiteit), Galilei, copernicus, zaten vast. (Oneindig =taboe! Ook in de wiskunde) A.R.bepalend voor de invloed op kennis van oorsprong Heelal, evolutie, toekomst Heelal. (kosmogenese/ kosmogonie bestonden niet bij Newton) A. R. enkel op grote schaal waar te nemen -was een gewone ambtenaar en dit alles.. Ver van de labos, van de universiteiten, wel vanuit een in Zürich moeizaam verkregen kleine job (ambtenaar 3de kl. Patentenbureau) De geschiedenis van het heelal is geschreven in de taal van de wiskunde, zeker de AR -Wiskundig model, gedachtenexperimenten en … verbeelding Een theorie is waar totdat ze … vervangen wordt. -M=mc2 : Energie in Joule - massa in Kg - c in m/seconde Joule = 1 Nm = 1 Ws ( ) “Oneindigheid” 25 nov. 1915

3 De algemene relativiteitstheorie vs Speciale relativiteitstheorie
( 1915) Speciale relativiteitstheorie ( 1905) geen versnellingen “eenparige” bewegingen er treden versnellingen op sleutelwoord : zwaartekracht Relativiteitstheorie : alles relatief Referentiestelsel : waarnaar men zich refereert Tijd, ruimte, energie, zwaartekracht, … krijgen een andere betekenis

4 De Algemene relativiteitstheorie
De A.R. : een “radicaal” nieuwe visie op de ruimte en tijd. Zijn niet star maar worden plaatselijk vervormd door de aanwezige massa. Wereld van microben in “Platland” -UITLEGGEN : Verbeelding . - Niet voor te stellen. Te benaderen door vergelijkingen te maken. Men kan zich de visie van Einstein voorstellen door één dimensie “te dalen”. Maar dit is niet de realiteit! Volgens Einstein is de geometrie van de ruimte-tijd afhankelijk van de aanwezige massa. Voor Newton was ruimte “absoluut en oneindig”. Klassieke fysica is niet afgeschreven in ons “dagelijks” leven. Banen planeten, Aarde draait,…. (niet Mercurius) Vervorming van de ruimte door de Aarde en Zon is moeilijk waar te nemen; wel de vervorming door melkwegstelsels in interstellaire ruimte De gravitatie is de “uitdrukking van de kromming van de ruimte”. Materie en licht volgen een vrije baan in de gekromde ruimte tijd. De klassieke aantrekkingskracht is dus een illusie Elke vorm van materie, energie of straling veroorzaakt een kromming van de ruimte, die uitgedrukt wordt in de nieuwe geometrie. Dus ook het luchtledige (dat niet leeg is maar een kwantumveld inhoudt) draagt bij aan die kromming. Dit luchtledige is een "reservoir van quanta“, dus ook van kromming. Zie badkuip boven “zonder” gespannen doek Zwaartekracht in de Algemene relativiteitstheorie - de zwaartekracht is te beschrijven als een “vrije” baan in de vervormde ruimte - is een manifestatie van de “rimpeling” in de ruimte-tijd

5 De twee conclusies van Einstein
- Het equivalentie principe : de zwaartekracht en de versnelling zijn niet van elkaar te onderscheiden - De zwaartekracht is niet langer een kracht, maar gewoon een uiting van de vervorming van de ruimte-tijd, veroorzaakt door aanwezigheid van een massa. - Vóór de relativiteitstheorie : krachten zijn de oorzaak van de beweging van voorwerpen in een absolute ruimte. - Voortaan : “ruimtetijd” wordt bepaald door de aanwezigheid van een massa. In de omgeving van die massa volgen voorwerpen in de vervormde ruimtetijd vrije banen. We leven in een vervormde “ruimtetijd” Geen massa in de omgeving aanwezig = Geen vervorming ruimtetijd.

6 De zwarte gaten : een extreme vervorming
Elke massa vervormt de ruimtetijd Zeer grote massa betekent… … onherroepelijke aantrekking een zwart gat Zwart gat in centrum (elke?)melkweg

7 Vervorming van de ruimtetijd
Voor Einstein : - is er een “ruimtetijd” - en deze ruimtetijd wordt vervormd door de aanwezigheid van een massa Voor Newton : - ruimte absoluut karakter - tijd staat los van de ruimte Geen massa in de omgeving betekent dus geen vervorming van de ruimtetijd.

8 Ruimte ( en tijd ) volgens Newton en volgens Einstein
“vaste, eeuwige” ruimte Einstein : “vervormbare” ruimte In een “kleine” ruimte “ervaren” wij de ruimte (verkeerdelijk) als vlak Newton : “God is een architect die het “wereld-uurwerk” geregeld heeft. Wij kunnen Newton gebruiken in dagelijkse toepassingen - Sommige voorwerpen gaan door; andere draaien er rond - Opletten met 2 dimensies voorstelling; dit is niet de realiteit (=3 dimensies en tijd) … net als een microbe de oppervlakte van een ballon als vlak ervaart

9 Oorsprong van de algemene relativiteitstheorie :
Een “gedachtenexperiment” van Einstein - Stap I : wat gebeurt er in een lift die in vrije val is? Alles en iedereen is bevrijd van de zwaartekracht Zelfde effect als een lift in de “verre” ruimte. - Stap II : elke versnelling in de ruimte aan een “zwaartekrachtloze” lift veroorzaakt in die lift een zwaartekracht. Einstein geen labo man. Op bezoek bij Hubble: Elsa: “Geef hem maar een blad papier en een potlood” Conclusie van Einstein “Zwaartekracht “en “Versnelling” : zijn equivalente tussen begrippen Zwaartekracht is het volgen een “rimpeling” in een vervormde ruimte

10 Eerste (schuchter?) bewijs van de juistheid van de Alg. Rel. theorie
+/-1916 : Eerste (schuchter?) bewijs van de juistheid van de Alg. Rel. theorie Periheliumprecessie Mercurius Men stelt een kleine onverklaarbare afwijking vast in de baan van Mercurius ( +/- 43 bgsec/eeuw) Le Verrier : “tussen Mercurius en de Zon bevindt zich nog een niet ontdekte planeet” Volcanus? Onverklaarbare storing in baan Mercurius (dicht bij de Zon) : Periheliumverschuiving : 575 bgsec./eeuw. Klassieke theorie kan 532 bgsec/eeuw verklaren : saldo van 43 bgsec/eeuw verklaren met alg. relativiteitstheorie - Foutieve metingen of Volcanus? Le Verrier ontdekte ook Neptunus door onregelmatigheden in baan van Uranus Einstein verklaart deze afwijking met zijn algemene relativiteitstheorie (Mercurius staat dicht bij de Zon) Wetten van Kepler (Newton)

11 1919 : Eddington neemt de kromming van de ruimte waar
Gedurende een eclips neemt Eddington sterren waar achter de Zon Gemeten afwijking : +/- 1,72 bg.sec Meting van Hyaden sterren 1919 : Berekende afwijking 1,75 bgsec/eeuw; waargenomen afwijking 1,72 bgsec/eeuw - Politieke recuperatie na de oorlog in de USA ( hoewel pacifist met Chaplin) Einstein is op slag beroemd 1921 : Eerste bezoek aan US

12 De “Gravitatielens” : vervorming van de ruimte
Door de vervorming van de ruimte bekomt een waarnemer verschillende beelden van eenzelfde melkweg Quasars: zeer veraf gelegen maar super-helder melkwegstelsel dat dankzij zijn grote helderheid toch nog wordt waargenomen (als een klein lichtpuntje) op afstanden waar een gewone galaxie niet meer zichtbaar kan zijn. (tot 10 miljard lj.) Grote roodverschuiving (Maarten Schmidt). Kan klassieke interpretatie nog? Waarom altijd zó ver gelegen? Kruis van Einstein :een quasar( 8 miljard lj ver) ligt toevallig achter een melkwegstelsel (400 miljoen lj). Het gravitatieveld van het meer nabije melkwegstelsel (midden) doet het licht van de quasar (die ongeveer 20 maal verder weg is) afbuigen. De vorm van het gravitatieveld van dit melkwegstelsel bepaalt hoeveel beelden we zien van de quasar en welke vorm ze hebben. Er zijn +/- 20 dergelijke gevallen gekend Kruis van Einstein ( Pegassus) Centraal melkwegstelsel : 400 miljoen lj. Quasar : 8 miljard lj. ver

13 1917 : Einstein gaat door op zijn elan
“Model” voor een homogeen Heelal op kosmische schaal Probleem voor Einstein : Iedereen was toen overtuigd dat het Heelal statisch en onveranderlijk was Maar door de “overheersende” zwaartekracht in de ruimte zou het Heelal moeten instorten Einsteins kosmologisch principe maakt EEN vergelijking mogelijk : kosmos macroscopisch overal gelijk In die tijd kon Einstein was iedereen overtuigd van het statisch Heelal-model (Pas in +/ ontdekt Hubble dat Andromeda een afzonderlijke melkweg is) Volgens de AR (= theorie zwaartekracht) moet het Heelal vroeg of laat instorten. En dit gebeurt niet een het statisch heelal. Daarom gebruikt hij een kosmologische constante Λ , die hij beschouwt als een soort “anti-zwaartekracht”. Méér zegt hij er niet over - In vergelijking van Einstein is resp. : gμν de metrische tensor; Rμν de krommingstensor van Riemann of Ricci; R een scalaire grootheid; Tμν de energie-impulstensor; c de lichtsnelheid en G de gravitatieconstante Oplossing van Einstein : De kosmologische constante Einstein heeft alle redenen om een gelukkig man te zijn … maar niet voor lang

14 “Statische” interpretatie van Einstein wordt vlug in vraag gesteld
- Friedmann (1922) : de vergelijkingen van Einstein laten “wiskundig”ook andere oplossingen toe Lemaître ( ) : Koppelt “wiskunde” aan “kosmologie” - Vermoedt dat melkwegstelsels zich van ons verwijderen (roodverschuiving vastgesteld door Slipher) - Publiceert in de “Annales de la Société Scientifique de Bruxelles” “Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques“ Lemaître had in 1929 vóór Hubble gesproken over verwijdering van stelsels De jaren ‘20: - Einstein : de Λ om een statisch universum op grote schaal te bekomen - Friedmann 1922 : vgl van Einstein zonder Ʌ voor een isotroop universum geven enkel niet statische oplossingen - Lemaître 1927 : statisch universum Einstein verliest bij de kleinste anisotropie haar stationair karakter (Lemaître kent de eerste waarnemingen van Slipher in het noordelijk halfrond). Hubble 1929 : bevestiging van Slipher - Wij zijn niet het centrum van het heelal : ballon opblazen -De microbe “leeft” in een 2 dimensionale ruimte. Beseft niets meer - “Mathematisch curiosum, Mr. Lemaître” “Vader van de moderne kosmologie” (Eddington ) : Bevestiging van dit vermoeden Wet van Hubble : Sterrenstelsels verwijderen zich van ons : Einstein “ Λ : mijn grootste blunder ”

15 Basisidee Lemaitre: “évolution dynamique”
- Een uitdijend Heelal moet het ooit klein geweest zijn - Het heelal was “in het begin” een enorm kleine hete concentratie van energie “Singulariteit” van de ruimte-tijd “Oeratoom” Lemaître vermoedt dat de nodige “afstotende” energie om de expansie van het Heelal te verklaren kan worden weergegeven door Λ ? (1934) Engelse (Mounthly Review of Royal Astronomical Society) vertaling in 1930 via Eddington - En een conferentie in 1931 op een studiedag in Engeland waar hij zijn visie kan toelichten - Lemaître extrapoleert naar het verleden toe Helaas ! Eerste metingen Lemaître geven H0 = 500 km/s/Mpc. Dan zou universum maar 2 miljard jaar oud kunnen zijn (dus jonger dan de Aarde????). Verfijningen zullen volgen Einstein in 1931 : de grootste blunder van mijn leven . Maar Lemaître kan zeer goed de constante gebruiken -Lemaître : 1933 : interpreteert de Λ als een negatieve energie ( P) van het luchtledige om heelal te laten uitzetten gelijk aan de materiedichtheid ( ρ) maar tegengesteld teken. Deze is even geheimzinnig als alle energie Negatieve energie luchtledige is mogelijk in kader van kwantummechanica . Het kwantummechanica luchtledige is geen luchtledig maar gedraagt zich als een Λ. Dus de ɅE van Einstein splitsen in Ʌmes gemeten en ɅQ afkomstig van vacuumenergie - Helaas : eerste berekeningen van de expansie wijzen op een heelal dat jonger zou zijn dan de Aarde  Ouderdom heelal = +/- 2 miljard jaar ). - F. Hoyle in 1949 ironisch over het oeratoom van Lemaître : een“BIG BANG”

16 De controverse rond het “uitdijend” Heelal zal tot 1965 duren
: Penzias en Wilson : “Toevallige” ontdekking van de overblijvende radiostraling van het jonge Heelal ( j oud ) - Bevestiging : : Cobe satelliet : Δ (temperatuur) : 0,001°K : WMAP satelliet : Δ (temperatuur) : 0,0001°K Penzias en Wilson (1965) : “toevallige” ontdekking in alle richtingen van een achtergrondstraling van j. oud Heelal : toen energetische gamma stralen; nu afgekoelde radiostralen (witte punten op de. Deze zet de wereld op zijn kop. - Ontdekken van die straling is geen evidentie omdat de temperatuur van het heelal amper 3° k. bedraagt. Vóór die jaar was het heelal ondoorzichtig COBE (1992) geeft een correcte foto van het oorspronkelijk heet en dicht Heelal. Grote homogeniteit maar toch kleine temperatuurveschillen van +/- 0,001 °K. In de regios met hogere temperatuur ontsnappen de fotonen minder gemakkelijk (grote g. Daar ontstaan sterren). In Koudere, donkere regionen ontsnappen fotonen gemakkelijker. WMAP (2001): Δ (temperatuur) 40 maal nauwkeuriger. Hoeken tussen donkere en heldere vlekken zijn, na j, 1° en wijzen (A.R.) op een vlak Heelal. (˂1°: gesloten Heelal / >1°: open Heelal). In vlak Heelal kennen wij maar 29% van de materie: dus donkere energie nodig. Vlak Heelal kan oneindig (vlak tapijt) of eindig (opgerold tapijt) zijn. Geen vervorming! Heelal is vlak : Maar waar is de ontbrekende materie (79%)? : Planck satelliet

17 Belangrijk misverstand over de oerknal : “Uitzetten HOE?”
De Oerknal : - NIET een explosie IN een ruimte - WEL een explosie VAN de ruimte UITLEGGEN : Ballon : 2 dimensies. Ruimte is vlak voor de microbe De ruimte zelf (= ballon) zet uit (afstanden raster vermeerderen). Stelsels zelf zijn co-mobiel In de algemene relativiteitstheorie kunnen melkwegstelsels ich door het uitzetten van het Heelal sneller dan de lichtsnelheid van ons verwijderen. Sommige sterrenstelsels zullen dus nooit zichtbaar worden voor ons (zoals schip achter de horizon) -De fysica zegt niets over het overstappen van “het ontbreken van iets” naar het “bestaan van iets” : “cur est aliquid potius nihil ( Leibniz) Niet de sterrenstelsels verwijderen zich (Hubble). De ruimte ZELF zet zich uit. Op elke plaats in het Heelal ziet men sterrenstelsels die zich verwijderen Wij zijn (helaas?) NIET het centrum van het Heelal !

18 Sterrenstelsels zelf blijven co-mobiel
De ruimte zet uit Sterrenstelsels zelf blijven co-mobiel

19 OPGEPAST : dit is maar een manier van voorstellen (niet op schaal)
De geschiedenis van het universum na de algemene relativiteitstheorie 13,7 miljard jaar Heelal wordt doorzichtig j. Planck tijd OPGEPAST : dit is maar een manier van voorstellen (niet op schaal) Begin? Let in tijdschaal op het begin: alles zeer vlug gebeurd Elke voorstelling is mank. Enkel wiskundig model telt Uitleggen / GEEN SCHAAL voor tekening ( onmogelijk : er is teveel gebeurd in begin). Enkel een log schaal gaat - Geen schaal : Veel speelde zich af in de 0, … ste seconde - Enkel in 2 dimensies getekend -Grote fasen : Inflatie – rust - versnelling / Heelal is een geschiedenis van afkoeling Fotonen vrij na jaar Quid vóór Planckmuur sec? Een eeuwigheid? 10-40 : g splitst zich af van de andere drie 10-36 : sterke kernkr splitst zich af 10-10 : er zijn 4 krachten zeer sterke zwaartekracht en kwantumtheorie gaan niet samen Inflatieperiode van tot s. Rustperiode Versnelde uitzetting ?

20 Verfijningen aan het Big-Bangmodel
Twee vragen 2. Hoe gedraagt het Heelal zich nu? - 1. Hoe is het Heelal ontstaan? Zonder Higgs boson kan men niet uitleggen waarom deeltjes massa hebben. - Zwaartekracht met alg. relativiteitstheorie . Maar in het begin (klein) spelen nog 3 andere krachten met kwantummechanica : IS HET PROBLEEM VANDAAG!!! Brengt de snaartSnaartheorie als oplossing ????? Zal de expansie : - blijven duren? - zal ze toenemen? - Zal ze afnemen? “Big Bang” : een misleidend woord? “Was er iets vóór het begin?” Hoe kregen energie- deeltjes een massa?

21 Het “begin”? Een misleidende benaming in de fysica?
Leibniz ( ) : “ Waarom is er “iets” en niet “niets ”? Fysica kan niet spreken over “niets” Metafysisch probleem Fysica spreekt - niet over de overgang van het “absolute niets” naar “iets” - wel over de overgang van “iets” naar een “ander iets” Volgens de kwantumfysica : - “Absolute leegte” bestaat niet - Kwantumvacuum (≠ vacuum) - Elke kosmogenese begint met “Er was eens” Noorse mythologie was er in het begin een oneindige afgrond / ontstaan uit Griekse Chaos / Hindou: een gouden baarmoeder dreef op de leegte Cur est aliquid potius nihil. “Niet” IS niet! Oppassen Leibinz was ook filosoof! “begin” : misleidende benaming Fysica verklaart niet de “overgang” van het “absoluut niets” naar “het bestaan van iets”. Spreekt wel van een fase overgang van “iets” naar een ander “iets” - Kwantumvacuum - Horror vacuum -Het begin in de fysica = hoe evolueerde uit wat er bestond het heelal zoals het nu is Pre bigbang : een inkrimpend Heelal? Een universum in een multiversum (emmer water met zeepsop): Volgens snaartheorie en kwantumtheorie kan temperatuur onmogelijk oneindig zijn. Ik kan er mij van af maken vóór de Plancktijd weten wij niets … zeker niet totdat Kwantumtheorie en alg. relativiteitstheorie kunnen samengaan in de superkleine wereld De temperatuur kan volgens de snaartheorie niet oneindig zijn “Big-Bang” is enkel een fase- overgang van “iets” naar “iets anders” Een “krimpend heelal” dat terug uitzet ??? - Een nieuw universum in een multiversum ??? Er was dus een “pre-big-bang”!

22 De fundamentele vraag is : Hoe ontstond “materie” uit
de bestaande oorspronkelijke “energie? Bestaan van massa is niet evident ! m.a.w. het heelal had evengoed kunnen bestaan uit “energie” Ondoorzichtige massa Vaststelling : j. Na +/ seconde is er reeds “massa” onder de vorm van zeer veel (anti-)deeltjes Zonder Higgsdeeltje kan men niet verklaren waarom deeltjes massa hebben (met uitzondering van foton). In dit kader werk van Englert, Brout en Higgs situeren. Englert en Brout waren de eersten om het bestaan van een veld te suggereren dat massa zou verlenen aan de energie. Maar om het bestaan van dergelijk veld te bewijzen moest het bijhorend deeltje gevonden worden (sic foton voor het e.m veld). Serieuze aanwijzingen voor het bestaan van dit deeltje waren er reeds in 2012; pas in maart 2013 werd het bestaan ervan "officieel" statistisch erkend (5σ interval) door het CERN. - Massa is geen fundamentele eigenschap van de materie. Zonder Higgs : geen deeltjes met massa ( dus De Sitter universum) - Die deeltjes … en dus ons Heelal … en dus wij “hebben” nu eenmaal massa -Vandaar de naam … het "godsdeeltje". Goddamn deeltje? - Wetten van kwantumtheorie en sterke zwaartekracht: incompatibel. Unificatie door de snaartheorie? Hoe verkregen energie-deeltjes massa?

23 Hoe kon massa ontstaan uit “energie”?
1964 : Englert en Brout veronderstellen (als eersten) het bestaan van een “veld”, aanwezig bij de oerknal H.E.B. - veld François Englert Door interactie met dit veld kunnen energie-deeltjes massa verkrijgen (symmetrie overwegingen) : Bevestiging in de LHC collider van het bestaan van het deeltje dat bij het HEB-veld hoort Robert Brout ( + ) Massa is geen fundamentele eigenschap van de materie. Zonder Higgs : geen deeltjes met massa ( De Sitter universum) Het standaardmodel verklaart niet waarom deeltjes massa hebben - Emmy Noether : 1915v : verbreken van symmetrie om fysische wetten te bestuderen Massa ontstaat door verbreken van symmetrieën (geld,…x 10; treintabel wijzigen) Enkele namen : Yang-Mills, Nambu, Goldstone, … François Englert en Robert Brout “veronderstellen” als eersten een veld,… HEB veld. Sinds de kwantummechanica weet men dat velden overal en altijd aanwezig zijn. Sms-veld : standard model scalar Elk Higgs deeltje beschouwen als een excitatie van het Higgsveld (was er sec na de Big Bang) LCH – protonen botsen met elkaar Ledermann “goddamn” – “god particle” Higgs-deeltje Het massa-makend “godsdeeltje” is gevonden! Peter Higgs (Nobelprijs 2013)

24 Ontstaan van de materie in 3 beelden
(vergelijking met een zaal vol pratende fysici) Higgsveld: Is de zaal vol pratende fysici ( geen weerstand = geen massa): foton Einstein komt “virtueel” binnen. Iedereen wil hem zien. Weerstand om te bewegen groeit. Verschillende weerstanden = verschillende energie = verschillende soorten “reële” deeltjes die ontstaan Het 2de onzekerheidsprincipe geeft tijdelijke massa: vorming van virtuele deeltjes Licht overschot aan materie boven antimaterie. Het Heelal kan massa krijgen Ik kom binnen :er gebeurt niets. Ik ga “massaloos” door de zaal gevuld met Higgsdeeltjes - Ontstaan van reële deeltjes uit “virtuele” deeltjes; verschillende deeltjes door verschillende weerstand. Foton geen massa en lichtsnelheid Higgsdeeltjes zijn virtuele deeltjes, zonder massa. Afkoelende confituurbrei biedt meer en meer weerstand tegen verplaatsing, méér energie nodig dus méér massa Door “roddelpraat” kunnen ook tijdelijk groepjes ontstaan. Het zijn “virtuele” higgsdeeltjes die de ruimte vullen

25 HEB-veld en Higgsdeeltjes (higgsboson)
Massa = Weerstand tegen beweging in het Higgsveld De verschillende deeltjes (massa) van het standaardmodel ontstaan door een verschillende interactie van “massaloze” deeltjes met het HEB-veld Foton : geen weerstand in het Higgsveld dus geen massa en snelheid = c Zonder Higgsveld verwerven deeltjes geen massa . Higgsboson : het sluitstuk van de gekende elementaire deeltjes. Dit alles in de eerste fractie van de eerste seconde Studie door spontane verbreking ( is verstoring ) van symmetrieën Bij oerknal zeer hoge temperatuur d.i. weinig weerstand om massa aan virtuele deeltjes te geven. Later wordt de brij kouder, dus meer weerstand, dus meer massa Kwantummechanika : onbepaaldheid tijd en energie

26 MAAR …. vanwaar komt het Higgsveld?
Heeft extrapoleren naar tijdstip “nul” zin in de fysica Geen enkele gekende fysische wet is geldig voorbij de Plancktijd ( = sec. ) Zal het “begin” geen mysterie blijven voor de fysica? Bijkomende moeilijkheid : Extrapoleren naar het begin van het Heelal enkel met de algemene relativiteitstheorie gaat niet. ( = zwaartekracht; grote Heelal) In het Heelal nog drie andere krachten ( Beginfase beschrijven met Kwantumtheorie) - de elektromagnetische kracht - de sterke kernkracht - de zwakke kernkracht - Kernkrachten ( woord zegt het) spelen in de atomen de belangrijkste rol Zeker nog grens verschuiven in de toekomst - Compatibiliteit via snaartheorie en multiversum Zwaartekracht Snaartheorie? Leven wij in een multiversum?

27 Dankzij de Algemene relativiteitstheorie
Verfijningen aan het Big-Bangmodel Twee vragen 2. Hoe gedraagt het Heelal zich nu? - 1. Hoe is het Heelal ontstaan? Zonder Higgs boson kan men niet uitleggen waarom deeltjes massa hebben. - Zwaartekracht met alg. relativiteitstheorie . Maar in het begin (klein) spelen nog 3 andere krachten met kwantummechanica : IS HET PROBLEEM VANDAAG!!! Brengt de snaartSnaartheorie als oplossing ????? Zal de expansie : - blijven duren? - zal ze toenemen? - Zal ze afnemen? ( Big Crunch) “Big Bang” een misleidend woord? “Was er iets vóór het begin?” Hoe kregen energie-deeltjes een massa?

28 Welke toekomst voor het Heelal ? NU
Volgens Einsteins Alg. Relativiteitstheorie : - ρk > 5 at. H/m3 : Positieve kromming Gesloten / Eindig / Big Crunch - ρk < 5 at. H/m3 : Negatieve kromming Open / Oneindig / Big Rip - ρk = 5 at. H/m3 : Nulkromming Vlak / (On-)eindig / ??? NU WMAP- (2001) en Planck (2009) satelliet wijzen op een “vlak” heelal ! Let op : Vlak Heelal wil niet zeggen “vlak” zoals wij denken ( plat vlak versus cilinder vergelijken) 5 atomen H/m3 is ook = aan kg/m3 Dit zijn 2 voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie WMAP en Planck : bestuderen van vlekken van 1° :groter (open Heelal) , kleinder (gesloten Heelal) Hoe materie vinden? Het heelal kan drie kanten uit : open /vlak / gesloten. Heeft het heelal heeft een “kritische” massa-energiedichtheid van ρk = 5 atomen H / m3 ? DUS : Is er voldoende / teveel materie in het Heelal ? Een Inventaris van de massa-energie is nodig

29

30 Inventaris van de massa-energie (homogeniteitsprincipe)
- Massa-energie sterren en melkwegstelsels 0,5% . ρk Open Heelal? 5% . ρk - Massa-energie intergallactisch stof 4,5% . ρk 29% . ρk Donkere materie (Zwicky / Coma cluster) 24% . ρk 71% . ρk Is er iets dat ons ontsnapt? Zijn bevindingen WMAP en Planck correct? Is het heelal open? ( ρk = 5 at. H/m3 )

31 Coma cluster – Zwicky de man met een rot karakter
Coma cluster : méér dan 1000 stelsels Naarmate men zich van het centrum verwijdert Vera Rubin in 1970 metingen met andromeda nevel ( of M33???) 1933 : Rotatiesnelheid van afzonderlijke stelsels is te groot. - Men kan rotatie niet verklaren met de gewone materie

32 Inventaris van de massa-energie (homogeniteitsprincipe)
- Massa-energie sterren en melkwegstelsels 0,5% . ρk Open Heelal? 5% . ρk - Massa-energie intergallactisch stof 4,5% . ρk 29% . ρk Donkere materie (Zwicky / Coma cluster) 24% . ρk 71% . ρk Is er iets dat ons ontsnapt? Zijn bevindingen WMAP en Planck correct? Is het heelal open? ( ρk = 5 at. H/m3 )

33 Perlmutter, Riess en Schmidt
1998 : Systematisch onderzoek naar de : - Expansie van Heelal. - Rol van de zwaartekracht Bedoeling : over een brede gamma van afstanden - Afstand meten tot sterren ( sinds wanneer werd licht uitgezonden?) - Verwijderingssnelheid meten (expansiesnelheid van het Heelal meten) Probleem : Hoe afstanden meten tot zeer veraf gelegen sterren ? Expansie vergelijken over grote range Supernovae sterren Type Ia High z supernovae search project - Supernova cosmology project ( Nobelprijs 2011 )

34 SNIa sterren ontstaan steeds volgens hetzelfde mechanisme
Elke SNIa ster heeft steeds eenzelfde maximum helderheid Types supernovae in functie van samenstelling Type I : geen H - Type Ia : silicone - Type Ib : geen silicone / geen Helium - Type Ic : geen silicone / wel Helium Type II : wel H Een SNIa ontploft steeds wanneer de massa van een witte dwergster een bepaalde limiet heeft bereikt

35 Twee eigenschappen van Supernovae sterren Type Ia
1. Afstand : SNIa hebben steeds dezelfde helderheid bij de ontploffing 2. Expansiesnelheid : Roodverschuiving meten in het spectrum van de ster Verschil “absolute helderheid” en “waargenomen helderheid” is te wijten aan de afstand tot de ster SUPERNOVAE Ia geschikt : om afstand over een grote “range” te bepalen tot verre sterrenstelsels om tijdsverloop te meten hoelang het licht reeds onderweg is SnIa ontploffen steeds volgens eenzelfde mechanisme Kunnen dus dienen als een “standaard” om afstand te bepalen SN Ia zijn “standaardkaarsen”

36 Twee eigenschappen van Supernovae sterren Type Ia
2. Expansiesnelheid : Roodverschuiving meten in het spectrum van de ster Ontbinding van licht in kleuren Spectrum van het licht Roodverschuiving meet de snelheid van een zich verwijderend object Meten van verwijderingsnelheid van ster/melkweg = Meten van de “expansiesnelheid” van het Heelal Doppler effect Op ballon blijven sterrenstelsels co-mobiel. Het is de ruimte die uitzet

37 Systematisch onderzoek roodverschuiving van SNIa
Onthutsende vaststelling : Verwijderde sterrenstelsels staan +/- 25% te ver - Het heelal ondergaat sinds +/- 7 miljard jaar een “versnelde” expansie Ze waren oorspronkelijk de vertraging van de expansie aan het zoeken. De zwaartekracht zou ooit bovenhand halen. Uit metingen van WMAP, Planck satelliet en alg. relativiteitstheorie blijkt Heelal plat te zijn. Vlak heelal wordt bevestigd door anisotropie metingen van de WMAP : De breedte van “vlekken” mogen maar, na j. (lichtjaar dus), 1° breed zijn. Dan heeft men een vlak heelal. Mocht men kleiner dan 1° waarnemen dan zou heelal hyperbolisch of open (oneindig) zijn. Voor groter dan 1° waarnemen zou heelal gesloten, eindig, positieve kromming hebben. Maar men neemt 1° waar. Dus vlak, dus een energie-massa dichtheid van 5 atomen H /m3 Inventaris maken : - normale materie ( incl. intergallactisch stof) : 5% van de kritische massa-energie dichtheid - zwarte materie Zwicky ( 1933 / gemeten met Coma cluster) : 24% kritische massa-energie dichtheid - de rest vindt men terug als zwarte energie , de Ʌ van Einstein Hoe meten? Roodverschuiving geeft expansiesnelheid (bepaald door de relativiteitstheorie . Voor korte afstanden kan gewoon Doppler effect gebruikt worden) SNIa geven afstand en tijdsspanne Zo er een vlak heelal is moet er wel een negatieve energie spelen. De krit. dichtheid kan versnelde uitzetting niet verklaren - Er is onvoldoende “klassieke” materie/energie in het Heelal om deze versnelde uitzetting te verklaren

38 Even terug naar de Inventaris van de massa-energie
- Massa-energie sterren en melkwegstelsels 0,5% . ρk Open Heelal? 5% . ρk - Massa-energie intergallactisch stof 4,5% . ρk 29% . ρk Donkere materie (Zwicky / Coma cluster) 24% . ρk 71% . ρk 71% . ρk - Donkere (afstotende) energie Is er iets dat ons ontsnapt? Zijn bevindingen WMAP en Planck correct? Is het heelal open? De kosmologische constante terug van nooit weggeweest

39 Inventaris van de massa-energie (homogeniteitsprincipe)
- Massa-energie sterren en melkwegstelsels 0,5% . ρk Open Heelal? 5% . ρk - Massa-energie intergallactisch stof 4,5% . ρk 29% . ρk Donkere materie (Zwicky / Coma cluster) 24% . ρk 71% . ρk Is er iets dat ons ontsnapt? Zijn bevindingen WMAP en Planck correct? Is het heelal open? ( ρk = 5 at. H/m3 )

40 Perlmutter, Riess en Schmidt
1998 : Systematisch onderzoek naar de : - Expansie van Heelal. - Rol van de zwaartekracht Bedoeling : over een brede gamma van afstanden - Afstand meten tot sterren ( sinds wanneer werd licht uitgezonden?) - Verwijderingssnelheid meten (expansiesnelheid van het Heelal meten) Probleem : Hoe afstanden meten tot zeer veraf gelegen sterren ? Expansie vergelijken over grote range Supernovae sterren Type Ia High z supernovae search project - Supernova cosmology project ( Nobelprijs 2011 )

41 SNIa sterren ontstaan steeds volgens hetzelfde mechanisme
Elke SNIa ster heeft steeds eenzelfde maximum helderheid Types supernovae in functie van samenstelling Type I : geen H - Type Ia : silicone - Type Ib : geen silicone / geen Helium - Type Ic : geen silicone / wel Helium Type II : wel H Een SNIa ontploft steeds wanneer de massa van een witte dwergster een bepaalde limiet heeft bereikt

42 Twee eigenschappen van Supernovae sterren Type Ia
1. Afstand : SNIa hebben steeds dezelfde helderheid bij de ontploffing Verschil “absolute helderheid” en “waargenomen helderheid” is dus te wijten aan de afstand tot de ster 2. Expansiesnelheid : Roodverschuiving meten in het spectrum van de ster SUPERNOVAE Ia geschikt : om afstand over een grote “range” te bepalen tot verre sterrenstelsels om tijdsverloop te meten hoelang het licht reeds onderweg is SnIa ontploffen steeds volgens eenzelfde mechanisme Kunnen dus dienen als een “standaard” om afstand te bepalen SN Ia zijn “standaardkaarsen”

43 Twee eigenschappen van Supernovae sterren Type Ia
2. Expansiesnelheid : Roodverschuiving meten in het spectrum van de ster Ontbinding van licht in kleuren Spectrum van het licht Roodverschuiving meet de snelheid van een zich verwijderend object Meten van verwijderingsnelheid van ster/melkweg = Meten van de “expansiesnelheid” van het Heelal Doppler effect Op ballon blijven sterrenstelsels co-mobiel. Het is de ruimte die uitzet

44 Systematisch onderzoek roodverschuiving van SNIa
Onthutsende vaststelling : Verwijderde sterrenstelsels staan +/- 25% te ver - Het heelal ondergaat sinds +/- 7 miljard jaar een “versnelde” expansie Ze waren oorspronkelijk de vertraging van de expansie aan het zoeken. De zwaartekracht zou ooit bovenhand halen. Uit metingen van WMAP, Planck satelliet en alg. relativiteitstheorie blijkt Heelal plat te zijn. Vlak heelal wordt bevestigd door anisotropie metingen van de WMAP : De breedte van “vlekken” mogen maar, na j. (lichtjaar dus), 1° breed zijn. Dan heeft men een vlak heelal. Mocht men kleiner dan 1° waarnemen dan zou heelal hyperbolisch of open (oneindig) zijn. Voor groter dan 1° waarnemen zou heelal gesloten, eindig, positieve kromming hebben. Maar men neemt 1° waar. Dus vlak, dus een energie-massa dichtheid van 5 atomen H /m3 Inventaris maken : - normale materie ( incl. intergallactisch stof) : 5% van de kritische massa-energie dichtheid - zwarte materie Zwicky ( 1933 / gemeten met Coma cluster) : 24% kritische massa-energie dichtheid - de rest vindt men terug als zwarte energie , de Ʌ van Einstein Hoe meten? Roodverschuiving geeft expansiesnelheid (bepaald door de relativiteitstheorie . Voor korte afstanden kan gewoon Doppler effect gebruikt worden) SNIa geven afstand en tijdsspanne Zo er een vlak heelal is moet er wel een negatieve energie spelen. De krit. dichtheid kan versnelde uitzetting niet verklaren - Er is onvoldoende “klassieke” materie/energie in het Heelal om deze versnelde uitzetting te verklaren

45 Even terug naar de Inventaris van de massa-energie
- Massa-energie sterren en melkwegstelsels 0,5% . ρk Open Heelal? 5% . ρk - Massa-energie intergallactisch stof 4,5% . ρk 29% . ρk Donkere materie (Zwicky / Coma cluster) 24% . ρk 71% . ρk 71% . ρk - Donkere (afstotende) energie Is er iets dat ons ontsnapt? Zijn bevindingen WMAP en Planck correct? Is het heelal open? De kosmologische constante terug van nooit weggeweest

46 Einde

47 Het bewijs van de algemene relativiteitstheorie komt in 1919
Eddington neemt sterren waar achter de Zon Zonsverduistering van 29/05/ ( Eiland Principe ) - Berekende afwijking : 1,72 bg.sec - Waargenomen afwijking : 1.75 bg.sec.