Galileo Galileo i la i la

Cosmologia Cosmologia Moderna Moderna

Emili ElizaldeEmili Elizalde

Institut de Ciències de l’Espai (ICE/CSIC)Institut de Ciències de l’Espai (ICE/CSIC)Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)

Residència CSIC, Barcelona, 29 d’Octubre de 2009Residència CSIC, Barcelona, 29 d’Octubre de 2009

Context: volem Context: volem comprendre … comprendre …

• La TerraLa Terra

4 elements, àtom4 elements, àtom

• El Sistema Solar, La Via Làctia El Sistema Solar, La Via Làctia

Copèrnic, Copèrnic, GalileoGalileo, Newton, Newton

• L’origen de la Vida, la seva EvolucióL’origen de la Vida, la seva Evolució

DarwinDarwin

• L’origen de la InteligènciaL’origen de la Inteligència

Lucy, Olduvai gorge, LeakeyLucy, Olduvai gorge, Leakey

• L’origen de l’Univers, … el seu final L’origen de l’Univers, … el seu final

EratòstenesEratòstenes ( (Ἐρατοσθένης) Ἐρατοσθένης) Cirene, , 276 aC - - Alexandria, , 194 aC

360º/7,2º= 50 x800 Km = 40.000 Km

El Projecte EratòstenesEl Projecte Eratòstenes

Galileo Galilei

(Pisa, 15 febraio 1564- Firenze, 8 genaio 1642)

Astrònom, filòsof, matemàtic i físic,estretament relacionat amb la revolució científica

*Albert Einstein: “Galileo és el pare de la ciència moderna”

*Stephen Hawking: “Galileo és pro-bablement, més que ningú altre, el màxim responsable del naixement de la ciència moderna”*Pius XII (1939, discurs a la Acadèmia Pontif. de les

Ciències):“Galileo fou l’heroi més agosarat de la recerca científica, sense por a lo preestablert, ni al risc del seu camí, sense cap temor a destruir monuments…”

History of Science Collections, University of

Oklahoma

Zeno d’Elea: paradoxa d’Aquiles i la tortuga

1/2 + 1/4 + 1/8 + 1/16 + . . .= 1

?

1/2 +1/4 + 1/8 + 1/16 + … = x

1+ 1/2 +1/4 + 1/8 + 1/16 + … = 2x1 + x = 2x X = 1

1 – 1 +1 – 1 + 1 – 1 + … = y

1 – (1 – 1 + 1 – 1 + 1 – 1 + … ) = y

1 - y = y 1 = 2yy = 1/2

Com és de gran Com és de gran l’Univers ?l’Univers ?

• Maqueta, model a escalaMaqueta, model a escala

** 1mm = mil anys 1mm = mil anys

** Bíblia: Bíblia: Ussher -4004 Ussher -4004 (6013 anys) 6mm(6013 anys) 6mm

** UniversUnivers = dist UAB-entrada BCN = dist UAB-entrada BCN 13.7 13.7 Km Km

** 100 anys 100 anys = gruix d'un cabell= gruix d'un cabell

** inici vida pluricel.lular artròpods <Càmbric inici vida pluricel.lular artròpods <Càmbric 450: Edicara 570Manys: 570m450: Edicara 570Manys: 570m

• Escala realEscala real

Terra-Lluna = 1 sec !!Terra-Lluna = 1 sec !!

Quína forma té l’Univers Quína forma té l’Univers ??

• Model senzill (2D)Model senzill (2D)

** Homogeni, isotrop, Homogeni, isotrop, radi=temps (4a dim!)radi=temps (4a dim!)

** cucs plans, cucs plans, superfície globus superfície globus →→

** tensió = atracció gravetat, tensió = atracció gravetat, va disminuïntva disminuïnt

llei gravitació universal d’I Newtonllei gravitació universal d’I Newton

• TopologiaTopologia

** Passar a Passar a 3+1 dim: 3+1 dim: superf esfer 3D superf esfer 3D SS33

** Univers esfèric? finit o infinit? Univers esfèric? finit o infinit?

** Mapes observacions: fins fa poc bidimensio Mapes observacions: fins fa poc bidimensio

** 1986 primer 1986 primer 3D 3D llesca: llesca: “A slice of the “A slice of the Universe”Universe”

L’Univers

Model: • Superfície (2 dimensions, ‘globus goma’)• Res a dins, res per fora; no hi ha un ‘centre’• El ‘globus’ s’expandeix …acceleradament!• El radi del globus és el temps ←• Tot objecte al voltant nostre s’allunya (redshift)

r

La FísicaLa FísicaIsaac NewtonIsaac Newton Albert EinsteinAlbert Einstein

2mcE

kmrtot

TcGgRgR

42

1 8

2r

MmGF

L’Univers Físic L’Univers Físic Einstein: estacionariEinstein: estacionari

** gravetat un problema!! gravetat un problema!! cc cc λλ

** Einst’s eqs: Einst’s eqs: podia haver predit l’expan!podia haver predit l’expan! Expansió: Expansió: Hubble et al 1923-29 Hubble et al 1923-29

(Keeler, Slipher, Campbell, 1918)(Keeler, Slipher, Campbell, 1918)

** efecte Doppler llum efecte Doppler llum

** enrera Big Bang: enrera Big Bang: Penzias-Wilson ’65 Penzias-Wilson ’65

CMB, COBE, WMAP, PLANCKCMB, COBE, WMAP, PLANCK Problemes Big Bang: Problemes Big Bang: inflacióinflació Guth 1982 Guth 1982 1997 expansió accelerada: 1997 expansió accelerada: neces força!neces força!

** Què accelera l'Univ? Què accelera l'Univ? Energia foscaEnergia fosca

Física de la creació de Física de la creació de ’Univers ’Univers • Grans Revolucions Científiques Grans Revolucions Científiques

** MQ, RG, principi incompletitut Gödel MQ, RG, principi incompletitut Gödel

** Física Clàssica vs Física Quàntica Cordes Física Clàssica vs Física Quàntica Cordes TOETOE

** Newton, poma, lleis, terra Newton, poma, lleis, terra llei universalllei universal

** RG: RG: massamassa pessantpessant (gravetat) = (gravetat) = massamassa inertinert

• Equacions matemàtiques Equacions matemàtiques sinfonies sinfonies

Inici univers inflació: 10Inici univers inflació: 10-24 -24 cm (10cm (10^-11 ^-11 dim protó)dim protó)

Expansió en 25 ord mag (10Expansió en 25 ord mag (107575 volum) volum) pèsol pèsol

Expansió durà 10Expansió durà 10-34 -34 s s pèsol → Via Làctiapèsol → Via Làctia

• Inflació paradigme, no teoria: Inflació paradigme, no teoria: molts modelsmolts models

• 1973 Ed Tryon 1973 Ed Tryon “is the U a vacuum fluctuation?” “is the U a vacuum fluctuation?”

Com s’ha pogut originar Com s’ha pogut originar l’Univers ?l’Univers ?• Miracle de la fisica n.1: Miracle de la fisica n.1: la gravetat pot ser la gravetat pot ser

repulsiva repulsiva energia pot camp escalar → energia pot camp escalar →

pressio negativa → grav repulsivapressio negativa → grav repulsiva

• Miracle de la fisica n.2:Miracle de la fisica n.2: el camp gravitatori té el camp gravitatori té energia energia negativanegativa

** Energia de la matèria positiva: Energia de la matèria positiva: Energia total 0Energia total 0

• ” ” A free lunch!”A free lunch!”

• Hawking-Turok instantó: Hawking-Turok instantó: ”una espècie ”una espècie d'espurna que dispara la inflació en una sopa d'espurna que dispara la inflació en una sopa primigènia de gravetat, espai, temps i matèria”primigènia de gravetat, espai, temps i matèria”

• Reproducció dels universos: Reproducció dels universos: Multiversos …Multiversos …

Treballs recentsTreballs recents•Moltes variants d’Inflació (A. Guth, A. Moltes variants d’Inflació (A. Guth, A.

Linde, P. Steinhard, …)Linde, P. Steinhard, …)

•Les Teories de Cordes i Branes, M, TOELes Teories de Cordes i Branes, M, TOE

amb 10amb 10500500 o 10 o 1010001000 possibilitats pel buit! possibilitats pel buit!

•L’Energia del Buit Quàntic (H. Casimir)L’Energia del Buit Quàntic (H. Casimir)

Treball meu a Invest y Ciencia (Abril Treball meu a Invest y Ciencia (Abril 09)09)

•Models de gravetat modificada: Models de gravetat modificada:

teories f(R), Gauss-Bonnet, … teories f(R), Gauss-Bonnet, … (grup)(grup)

•Dades d’observacions cosmològiques !Dades d’observacions cosmològiques !

La comprensió de La comprensió de l’Universl’Univers• Presocràtics:Presocràtics: substància, nombre, potència, substància, nombre, potència,

infinit, moviment, ésser, àtom, espai, temps, ...infinit, moviment, ésser, àtom, espai, temps, ...

• Escola Pitagòrica:Escola Pitagòrica: “totes les coses són “totes les coses són nombres”nombres”

• Galileo:Galileo: “ “Il libro della natura è scritto in lingua Il libro della natura è scritto in lingua matematicamatematica” (” (Il Saggiatore,1623)Il Saggiatore,1623)

• Emmanuel Kant:Emmanuel Kant: “el problema és fer intel·ligible “el problema és fer intel·ligible la idea mateixa d’un Univers intel·ligible”la idea mateixa d’un Univers intel·ligible”

• Albert Einstein:Albert Einstein: “el misteri etern de l’Univers és “el misteri etern de l’Univers és la seva comprensibilitat; el fet que l’Univers la seva comprensibilitat; el fet que l’Univers sigui comprensible és un miracle”sigui comprensible és un miracle”

• Eugene Wigner:Eugene Wigner: “la irraonable efectivitat de la “la irraonable efectivitat de la matemàtica en totes les ciències de la natura”matemàtica en totes les ciències de la natura”

Moltes gràciesMoltes gràcies

per la vostra atencióper la vostra atenció