Transcript Les ZES dd. 25 januari 2012 het HEELAL

Les 7
dd. 4 Maart 2013
Rietveld-Lyceum
Doetinchem
De OERKNAL / BIG BANG
v.s.w. Corona Corona Borealis Zevenaar
Een antiek instrument
“ALMA”
een van de 64 antennes
via interferometrie scherpe
beelden van kleine delen van
het heelal op grote afstand.
H-R- diagram
(Herzsprung-Russell-diagram)
Laatste les zijn beandeld : de Sterrenstelsels
Beknopte lessen gehad over de Zon,
Planeten het Zonnestelsel en als
laatste: instrumenten en
Sterrenstelsels
DIT STERRENSTELSEL, EEN VAN DE
MINIMAAL 200. MILJARD, REEDS
GEZIEN IN EEN VORIGE LES.
MET 200 MILJARD STERREN,
GASWOLKEN, MET ZWART GAT IN
HET HART.
Messier 83
AFSTAND: 15 MILJ. L.J
SNELHEID: 1000KM/SEC.
GRAFISCHE weergave van de ONTWIKKELING van het HEELAL.
Van OERKNAL tot HEDEN in 13,7 miljard jaar. =HET ZICHTBARE HEELAL.
Werkelijkheid: BOLVORMIG.
HEDEN een DOOSNEDE van 45-50 miljard Licht-Jaren.
In deze les: van oerknal (links) tot het groene vlak (de gemeten
achtergrondstraling) 2e uur: van 380.000 jaar(groene vlak) tot heden.
•
•
Historie 1 (blz.214 - 228 - 229)
WAT MEN DACHT EN WIST.
• Voor 1923 geen overtuigend idee dat naast melkwegstelsel er meer
sterrenstelsels waren.
• Eind 19e eeuw discussies en vermoedens. In 1923 bevestiging door
Hubble.
• Lemaitre(Belg+priester 1894-1966): heelal vroeger compacter.
Ontstaan door explosie van oeratoom.
• 1929: Hubble(U.S.A.1889-1953) ontdekte uitdijing van het heelal.
• George Gamov(1904-1968): werkte idee(1945-”50) van Lemaitre uit.:
het jonge heelal heet >> spontane kernfusie.
• Vervolgens de theorie: ”Hot Big Bang” >> alle elementen gevormd.
• Fred.Hoyle(G.B.1914-2001); introduceerde de naam “Big Bang”.
Toonde aan: Alle zware elementen gevormd bij kernfusiereacties in
inwendige van sterren.
• Oerknaltheorie: interressant maar onbewijsbaar. TOT :
•
HISTORIE 2
• In jaren 60: kentering; WEL aanwijzingen !!
• Metingen hoeveelheden in heelal van helium,deuterium,lithium,
komen nauwkeurig overeen met voorspellingen van oerknaltheorie,
met extreem hete, compacte beginfase.
• Waarnemingen Radiostelsels: Heelal zag er vroeger anders uit.
• (Hoyle’s idee: onveranderlijk heelal >> niet meer juist)
• 1965: Ontdekking achtergrondstraling door Penzias en Wilson
•
(Bell Lab. USA)
Janskie antenne
Bell Lab
MODERNE OERKNAL THEORIE
• Berekeningen op basis van de huidig bekend zijnde fysische wetten. Deze zijn pas
mogelijk vanaf circa 5x10 -44 seconde na de oerknal. Daarvoor niets bekend.
• In het begin: Quantumfluctuatie. Daarna extreem supercompacte samenstelling
van energie en evoluerende velden
• Er zijn theoriën over, maar die zjjn hier te moeilijk!! (temp: >>1028 Kelvin) (begon
in Singulariteit).
• Energie wordt materie, De materie vriest als het ware uit tijdens het uitzetten van
de ruimte. De materie geeft zwaartekracht die het uitzetten afremt
• Inflatie periode: (Guth 1981) korte periode van exponentiele versnelling.
Oorzaak: Het inflatonveld, dat een negatieve druk geeft.
Eerste elementaire deeltjes ontstaan dan (waaronder quarks en electronen).
Samenvoegen van quarks: geeft protonen, zijnde waterstofkernen en ook
neutronen.
• Na 3 minuten: ook kernen van: helium, deuterium en lithium.
• Na 380.000 jaar : heelal voldoende afgekoeld, Daardoor binden electronen zich aan
de protonen. Eerste neutrale atomen. Licht kan vrij passeren
• Ontstaan Kosmische Achtergrondstraling. daarin dichtheids fluctuaties: in
afkoelende oermaterie, daarvoor een ondoorzichtig plasma.
• Veel later: Vorming van de eerste sterren-(stelsels)
OERKNAL: temperaturen van
miljarden graden
en zeer hoge druk.
Na 380.000 jaar
temperatuur en druk enorm
verlaagd.
Ontstaan van atomen.
Heelal wordt doorzchtig.
BEGRIP:
ER WAS GEEN LEEG HEELAL,
NA DE OERKNAL ONTSTONDEN:
RUIMTE en TIJD +
ENERGIE en MATERIE.
ONTSTAAT HET HEELAL.
IN HET BEGIN: ZESTAL PHASEN
1) Plancktijd-Perk: 0 sec. tot 10. /--10 tot 43e sec Zwaartekracht==andere fundamentale
krachten (een totaal kracht ?), Miljardengraden en druk, instabiel. Vorm van energie. Einde
Plancktijdperk: t.g.v. Symmetriebreking; Zwaartekracht “vrij”.
2)Grote Unificatie Tijdperk(G.U.T.) : 10./--10 tot 43e sec. tot 10./--10 tot 36e sec. Afgekoeld tot
10 tot.27 K.
Sterke kracht scheidt zich af van de andere twee fundamentele krachten.
Vorming van X enY bosonen.
3) Electrozwakke tijdperk: 10./--10 tot 36e sec. tot 10./10 --tot12e sec. Begin van
Inflatieperiode. Begon met scheiding sterke kracht van electrozwakke kracht. Fusie Electromagnetisme – Zwakkewisselwerking tot een Electrozwakke interactie. Heelal vulde met dicht
heet Quark-Gluon plasma. Creaties van W en Z bosonen(aangetoond) en Higgs-bosonen.
4) Quark tijdperk: 10./--10 tot12e sec. tot 10./--10 tot 6e sec. periode van definitieve , huidige,
vorm van fundamentele interactie tussen: zwaartekracht, electromagnetisme, de sterke en
zwakke wisselwerking. Vorming van quarks.
5) Hadron tijdperk: 10/--10 tot 6e sec.tot 1 sec. Eerst vorming van Hadron en Anti-Hadronparen.
Als temperatuur voldoende is gedaald (< 10 tot 13 K.) om quarks aan elkaar te verbinden.
Eliminatie van Anti-Hadronen voltooid. Klein restje hadronen (4 %) over.(Baryonen en Mesonen)
6) Inflatie tijdperk: fase van expotentiele uitbreiding. T.g.v. “vacuumenergie met negatieve druk”.
Expansie met een factor 10 tot 30e tot wel 10 tot 100e. In een tijd van 10 tot –36e sec. tot 10 tot
–32e sec.Veel nog onbekend. Vele modellen ontwikkeld.
7 Baryogenese. Van 10 tot –10 tot 35e. Tot 380.000 jaar na oerknal. Hypothetische
fysieke processen veroorzaken tussen baryonen en anti-baryonen. Resulterend in
zichtbare materie: Baryonen waaruit wij ,aarde, sterren, etc uit bestaan. Gemaakt van
een aantel quarks. Toch is het maar 4 %. 96% is donkere materie en enenrgie.
Verdere afkoeling tot 3.000 gr.K. Ontstaan van eerste eenvoudige moleculen:
voornamelijk Waterstof en kleine hoeveelheden Helium en Lithium
Heelal wordt doorzichtig.
Bewijs van de Oerknal ?
Bal met enorme dichtheden en temperaturen (miljarden gr.)
zwaartekracht de enige kracht. Toch dijt de bal uit. !
1979 Adam Guth : op basis van Einsteins’s ideen (o.a. de
kosmologischte constante) de de negatieve druk van de zwaartekracht
ontwikkeld.
ACHTERGROND STRALING
OPNAME VAN HET OUDSTE ZICHTBARE DEEL VAN HET HEELAL.
380.000 JAAR NA DE OERKNAL.
Heden een temperatuur van 2,7 graden Kelvin= min 270 gr.Celsius
Links: De hele aarde
Onder: Het hele heelal
VERDELING VAN MATERIE
BOVEN : HEDEN
13,7 miljard jaar na de Oerknal
ONDER: 380.000 JAAR
na de Oerknal
Hierna de volgende les
Deel van het heelal
Op basis van
gemeten afstanden
/verdeling
IN DE BEGIN FASE DE ONTWIKKELING van GROTE / ZWARE STERREN
VELE MALEN DE ZON. Tot zeker een 1.000 maal.
DAARNA VORMING VAN STERRENSTELSELS.
Een “moderne” radiotelescoop (Drenthe)
Computer simulatie
De structuur van het huidige Heelal = een “spons”.
De “lijnen” zijn in feite miljoenen sterrenstelsels met plaatselijke
verdichtingen(geel)
Animatie
in rood grootste verzameling.
Donkerblauw: leeg en donkere
materie en donkere energie
Een prachtopname van drie sterrenstelsels.
De twee grootste beinvloeden elkaar. Mogelijk in de
toekomst eenbotsing door elkaar vliegen
CENTRUM VAN HET MELKWEGSTELSEL.
OP EEN 22.000LICHT JAREN AFSTAND VAN DE AARDE
SOMBRERO—sterrenstelsel(Messier 104)
Afstand: 50.miljoen Licht Jaren
een van de 177 miljard sterrenstelsels