Presentacin de PowerPoint

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19 investigadores Dirección de
tesis de licenciatura Posgrado en Astronomía
www.astrosmo.unam.mx
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El Universo después de Einstein
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Porqué es el 2005 el Año Mundial de la Física?

• Para conmemorar los cien años de la publicación
  en 1905 de tres trabajos muy importantes de
  Albert Einstein.

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Porqué es el 2005 el Año Mundial de la Física?

• Para conmemorar los cien años de la publicación
  en 1905 de tres trabajos muy importantes de
  Albert Einstein.
• Nosotros nos concentraremos en las contribuciones
  de Einstein que resultaron importantes para la
  Astronomía, tanto en 1905 como en toda su vida.

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La Misteriosa Luz

• Dos de los tres trabajos de Einstein de 1905
  tenían que ver con la misteriosa naturaleza de la
  luz
• 1. Es la luz onda o partícula?
• 2. Es la luz energía o materia?
• 3. Depende la velocidad de la luz del
  movimiento del observador?

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ONDA
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PARTICULA
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En unas circunstancias, la luz se comporta como
partícula
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A veces como onda
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La Relatividad Especial

• El último de los tres artículos de 1905 de
  Einstein presenta la Relatividad Especial.
• Toda la teoría se basa en aceptar que la
  velocidad de la luz es constante para cualquier
  observador, aún para uno que se mueve respecto a
  otro.

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Experimento de Michelson-Morley

• El interferómetro mide corrimientos de fase entre
  los dos brazos
• Si el movimientos de la Tierra afecta el valor de
  c, se espera corrimientos dependientes del tiempo
  
• no se encontraron corrimientos significativos

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Qué tan rápido se mueve la bola?
5 km/s
v 5 km/s
15 km/s
V 10 km/s
Esto es simplemente vV 15 km/s
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Qué tan rápido se mueve la luz?
299792 km/s
Laser
299792 km/s
V 10 km/s
No 299802 km/s!
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Conceptos de relatividad especial
Reloj estacionario A

• Suponga que la velocidad de la luz es constante
  para todos los marcos inerciales
• reloj en el cual la luz se refleja entre
  espejos paralelos
• tiempo de ida y vuelta tA 2d/c
• tiempo de ida y vuelta tB 2dB/c
• pero dB v(d2 ¼v2tB2)
• o sea tA2 tB2(1 ß2) donde ß v/c
• El reloj en movimiento marcha más despacio, por
  un factor g (1 ß2)-1/2
• nota si vamos montados en el reloj B, vemos al
  reloj A ir más despacio

d
Reloj en movimiento B
vt
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La velocidad de la luz

• Es de 300,000 kilómetros por segundo,
  extremadamente grande.

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La luz le podría dar siete vueltas y media a la
Tierra en un segundo
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La luz y las ondas de radio (que son como la luz
y se mueven a su velocidad), tardan
aproximadamente un segundo en ir de la Luna a la
Tierra
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La luz y las ondas de radio (que son como la luz
y se mueven a su velocidad), tardan
aproximadamente un segundo en ir de la Luna a la
Tierra
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V n u
c c
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La velocidad de la luz es constante
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La relatividad especial forza a considerar al
tiempo y al espacio juntos

• Newton pensaba que el tiempo fluía
  independientemente de otros factores. Esto es
  intuitivamente correcto, pero está mal en
  detalle.
• En la relatividad es mejor pensar en el
  espacio-tiempo.

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El Señor Rojo
El Señor Azul
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Equivalencia energía-masa

• Así como la relatividad vincula a dos conceptos
  aparentemente separados, el espacio y el tiempo,
  tambien implica que la energía y la materia son
  equivalentes.

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E mc2
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E mc2
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Muchos físicos creen que entienden que es la luz.
Yo he pasado toda mi vida tratando de entenderla
y aún no lo logro
Albert Einstein
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Más rápido que la luz?
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Más rápido que la luz?
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GRANAT-SIGMA
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Very Large Array Nuevo Mexico, EUA
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La componente a la izquierda se mueve en el
cielo más rápido que la luz!
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Se trata de una ilusión relativista
Desplazamiento aparente vt sin ? Tiempo
aparente t 1 (v/c)cos ? Velocidad aparente
v sin ? /1 (v/c)cos ? puede exceder c!
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La componente que se acerca a nosotros no solo
parece moverse más rápido sino que parece ser más
brillante (en realidad las dos componentes son
iguales.
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La componente a la izquierda se mueve en el cielo
más rápido y es más brillante.
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La prensa recogió la noticia Los reporteros
especializados explicaron correctamente de que se
trataba Ahora se conocen muchas de estas fuentes.
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El nuevo paradigma
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Por qué es el 2005 el Año Mundial de la Física?

• Para conmemorar los cien años de la publicación
  en 1905 de tres trabajos muy importantes de
  Albert Einstein.
• Para interesar a jóvenes como ustedes en la
  Física creánmelo, ser científico es un trabajo
  apasionante!

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La Relatividad General

• En 1914, Einstein publica esta teoría que
  generaliza a marcos de referencia que pueden
  estar acelerados.
• Esta teoría es muy importante en la astronomía,
  puesto que nos permite entender objetos como los
  lentes gravitacionales, los hoyos negros, y la
  evolución misma del Universo

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La gravedad es la más familiar de las fuerzas de
la Naturaleza
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Isaac Newton fué el primero en dar una
descripción exitosa de la gravedad
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Sin embargo, esta fórmula tiene que estar
equivocada, porque los fotones tienen m0, pero
si son desviados por la presencia de una masa M,
o sea F no es igual a 0.
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La materia le dice al espacio como curvarse, el
espacio le dice a la materia como moverse
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Deflexión de la Luz Estelar Durante un Eclipse
Si deflexión 1.74 segundos Predicción
de la Relatividad General Si deflexión 0.87
segundos Predicción Newtoniana
Vista a una distancia de 4 km, una moneda de
cinco pesos subtiende como un segundo (de arco)
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La luz se deflecta de acuerdo a la predicción de
la Relatividad General
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La Cruz de Einstein, un remoto cuasar visto a
través de una galaxia en la línea de visión.
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El Anillo de Einstein, dos objetos alineados
casi perfectamente. Qué sucede si el fondo es
complejo, digamos un cúmulo de galaxias?
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Utilidad de los lentes gravitacionales

• Los lentes gravitacionales se pueden usar para
  determinar distancias y para mapear la
  distribución de masa del objeto que actúa como
  lente.
• Pasemos ahora a ver los hoyos negros

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Radio de Schwarszchild
Define región del espacio de la cual nada, ni
siquiera la luz, puede salir
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Si quisiéramos transformar a la Tierra en un hoyo
negro...
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...habría que comprimirla al tamaño de una canica.
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En la actualidad es imposible crear un hoyo negro
en el laboratorio...
Sin embargo, la naturaleza tenía ya un mecanismo
para transformar estrellas en hoyos negros
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Las estrellas mantienen su tamaño gracias a un
equilibrio de fuerzas...
Qué ocurrirá cuando la estrella muera y ya no
tenga presión que contenga a la gravedad?
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La muerte de una estrella generalmente consiste
de la contracción de una parte interna y de la
expulsión al medio circundante de una parte
externa.
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Los hoyos negros

• Además de los hoyos negros de masa estelar,
  existen en los centros de las galaxias hoyos
  negros con masas de millones a miles de millones
  de veces la masa del Sol.
• No sabemos como se forman.
• El más cercanos de estos hoyos negros
  supermasivos está en el centro de nuestra
  galaxia, la Vía Láctea

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De los movimientos de las estrellas cercanas, se
infiere una masa de alrededor de tres millones de
veces la masa del Sol.
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La expansión del Universo

• Finalmente, la expansión misma del Universo se
  describe y se entiende en términos de la
  Relatividad General.

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Modelos Relativistas

• La relatividad general nos permite calcular el
  comportamiento del espacio-tiempo en la presencia
  de masa-energía
• Para entender el comportamiento básico
• use la aproximación Newtonian cuando sea posible
• adopte algunos resultados de la Relatividad
  General

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La ecuación de Friedmann

• Esfera de masa M, radio RS, expandiéndose o
  contrayéndose
• donde RS a(t) rS y rS es el radio de la
  esfera ahora

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El lado oscuro del Universo

• Por desgracia, este esquema sencillo se ha visto
  sacudido por el descubrimiento reciente de dos
  componentes en el Universo la materia oscura y
  la energía oscura.

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Rotation curve of Milky Way
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La materia oscura no absorbe o emite radiación,
pero si tiene atracción gravitacional. Se cree
que está formada por algún tipo de partículas.
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• Pero aún más desconocida es la energía oscura

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No sabemos de que es el 96 del contenido de
masa-energía del Universo!
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El Universo después de Einstein

• La comprensión actual del Universo está basada
  significativamente en las aportaciones de
  Einstein, pero tambien de otros muchos
  científicos a través del tiempo.

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