Ctedra Manuel Ancizar Albert Einstein creador de universos

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Cátedra Mutis Astronomía para todos Retos
modernos de una ciencia milenaria Cosmología
Juan Manuel Tejeiro Sarmiento Profesor Titular
Observatorio Astronómico Nacional Facultad de
Ciencias Universidad Nacional de Colombia
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COSMOLOGIA MODERNA
Rafael 1510
Platón Y Aristóteles
Galileo La naturaleza está escrita en lenguaje
matemático
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GALILEO
LA LEY DE LA INERCIA
En el vacío dos cuerpos, independiente de su
naturaleza, que parten del mismo punto, con
velocidad cero caen al mismo tiempo, llegando al
piso con la misma velocidad y pasan al mismo
tiempo por todas las velocidades intermedias.
Aceleración constante
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1609 Invención del telescopio Carta de Jacques
Badovere desde Holanda
El 7 de enero de 1610 descubre 4 lunas de
Júpiter Calixto, Europa, Ganímedes, Io y las
fases de Venus Publica en Florencia el Sidereus
Nuncius
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Sir Isaac Newton 4 de enero 1643-31 de marzo 1727
Ley de caida de los cuerpos de Galileo y leyes de
Kepler
Estrellas fijas Universo
estacionario Cómo es posible?
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La óptica
Empédocles y Euclides escribieron tratados sobre
la luz. Propagación rectilínea, reflexión y
refracción
René Descartes Luz ondas de presión, en el
eter Newton Anillos de luz. Teoría de partículas
que siguen las leyes de la mecánica. Huygens,
Young, Fresnell (1818) La luz como fenómeno
ondulatorio
Medio de propagación ETER LUMÍNICO
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Maxwell La luz son ondas electromagnéticas Se
propagan en el vacío a velocidad C300.000km/s

• Luz
• Ondas transversales
• Éter
• Medio de propagación
• Eter espacio absoluto
• C 300.000 km/s respecto al eter
• Experimentos para medir la velocidad de la tierra
  respecto al eter

1905 Einstein el ETER desaparece
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1905Sobre la electrodinámica de los cuerpos en
movimiento

• Postulados
• Principio de relatividad
• La velocidad de la luz en el vacío es
  independiente de la fuente y el observador

Relatividad del espacio y el tiempo Equivalencia
Masa-Energía
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Einstein 1911

• Emc2
• Equivalencia entre masa inercial y masa
  gravitacional
• Un campo gravitacional desvía la luz
• a2Gm/roc2

Ley de gravitación universal Incompatible con los
postulados de la teoría especial de la relatividad
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Einstein 1915 Teoría General de la Relatividad

• Principio de equivalencia
• Los cuerpos en caída libre siguen líneas rectas
  Geodésicas
• La materia determina la geometría del
  espacio-tiempo

• Corrimiento del perihelio
• Mercurio
• Df43.03/siglo
• Desviación de la luz por el sol
• Da1.75
• Eddington 1919 eclipse total de sol

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Einstein 1916 Cosmología
Einstein busca resolver el problema planteado por
Newton Porqué el universo es estático
(estrellas fijas)?
Principio cosmológico El universo es isotrópico
y homogéneo GT(materia-energía) No encuentra
solución estática
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Einstein GConstanteT(materia) Constante
Cosmológica Permitía una solución estática
Robertson y Walker La solución estática de
Einstein no es matemáticamente aceptable Las
soluciones estables de las ecuaciones de
Einstein, con o sin constante cosmológica son
dinámicas
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El gran debate Herschel universos isla de Kant
vs. Shapley Una sola galaxia
En 1924 Hubble le escribe a Shapley sobre una
variable Cefeida en Andrómeda El universo está
conformado por galaxias
Vesto Slipher en el observatorio de Percival
Lowell estudia las nebulosas espirales y
encuentra un persistente corrimiento al rojo de
sus espectros, pero no encuentra explicación
Georges Lamaitre en 1927 relación de corrimiento
al rojo en un universo en expasión. Se hablaba
del átomo primordial y el gran ruido. Fred Hoyle
contradictor de esta teoría la llama Big Bang
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1929 Efecto Doppler Ley de Hubble V Ho D
Universo dinámico, como lo establecían las
ecuaciones de Einstein Constante cosmológica el
mayor error
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El modelo estándar de la cosmología
Gamow 1948 Necleosíntesis, predice la
radiación cósmica de fondo
Penzias y Willson 1964 RCF Cómo surgió la
estructura en gran escala del universo?
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La expandíón del universo la determina la
densidad de materia ? ! Densidad crítica?c ???
?c ??? ?c ??? ?c
Problema La edad del universo 13,6 My Formación
de estructura Radiación de fondo Inflación Implica
n Densidad del universo1 Pero densidad
observadalt0.1
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Modelo estándar de de la cosmología antes de
1980 Problemas Porqué el universo es
homogéneo? Porqué el universo es plano?
(densidad de materia densidad crítica) Porqué
no se observan monopolos magnéticos?
Allan Guth 1980 Universo inflacionario Densidad
del universo densidad crítica La inflación
explica la generación de estructura en un
universo homogéneo La inflación predice las
fluctuaciones de la radiación cósmica de fondo
Densidad del universo observada 0.05 veces la
densidad crítica ???????????
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Necesidad de la materia OSCURA
Materia oscura Materia fría? Agujeros
negros? Materia exótica?
Imagen en infrarojo
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Historia de la materia oscura
Jeans Jeans y Jacobus Kapteyn 1922 Reportaron
masa (estrellas negras) en el disco de la Vía
Láctea Fritz Zwicky 1933 postula DUNKLE MATERIE
para mantener la estabilidad de los Cúmulos
galacticos (COMA velocidad radial de dispersión
de 1000km/s)
En la década de los 70 Materia oscura Densidad de
materia 0.23 Lentes gravitacionales Dinámica
galáctica
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ENERGÍA OSCURA
Historia Einstein 1915 introduce la constante
cosmológica ? para obtener un universo
estático Einstein en carta a Besso le comenta
Puesto que el universo es único, no hay
diferencia esencial entre considerar ??como una
constante la cual es peculiar a una ley de la
naturaleza, o considerarla como una constante de
integración Einstein 1930 desaparece la
constante cosmológica el universo se expande

Tolman considera modelos con???gt0 y
??lt0 Zeldovich en 1966 interpreta ??como la
densidad de energía del vacío ??adquiere
significado físico en el mundo cuántico pero su
medida es gravitacional ?? densidad de energía
(oscura)
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En 1992 las lentes gravitacionales determinan un
valor no nulo para ?
Entra ??en la cosmología, pero su importancia se
manifiesta con los trabajos de Riess et. al. 1998
y Perlmutter et. al. 1999 La IAU en Kyoto
1997 Densidad de materia ordinaria 4 -
5 Densidad de materia oscura 23 -
25 Densidad de energía oscura (??? el resto
70 - 73 Bases observacionales Estructura en
gran escala Formación de galaxias, Edades del
universo y galaxias Nucleosíntesis
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Sin embargo la astronomía observacional asumía
????hasta 1998 Riess et. Al. 1998 y Perlmutter
et. al. analizando las supernovas del tipo Ia
para altos corrimientos al rojo, determinaron que
la expansión del universo se ha estado acelerando
en los últimos 5.000 millones de años
??entra definitivamente en la astronomía
observacional como la clave para explicar la
expansión acelerada del universo.
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Modelo estándar de la cosmología después de
1980 En t0 Big Bang En t10 -35 Segundos
Inflación t3 minutos nucleosíntesis
Universo en expansión desacelerada
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Energía y materia oscura ? Quintaesencia
Constante cosmológica variable en el
tiempo Universos membrana, Cuerdas, materia
exótica
Galileo
Hubble
Chandra R-X
Herschel
Planck
James-Webb 2013
Magic de R-Gama
Telescópio lunar
Spitzer