AMICS DE LA CIÈNCIA 
Xerrades d'Astronomia
Observacións nocturnes
per telescopis pels voltants dels
primers dies de Febrer del
2000 a Sta. Coloma de Gramanet,
promocionat per Amics de la Ciència.
Activitats : Observació de l’Eclipsi Solar Anul·lar
el proper 3-10-05
Passegem per la Lluna Proper 22-10-05
Un treball fet per mi sería el següent:
COSMOLOGIA
INTRODUCCIÓ HISTÒRICA
La cosmologia
és la ciència que estudia
el cosmos, això és,
l’univers com a un conjunt
de cossos inmersos en un espai-temps.
S’ha de saber que la cosmologia, com a branca de l’Astronomia, no és pas una ciència experimental, (no
es pot experimentar amb els estels sinó
que es tracta d’una ciència
observacional).
Val a dir que aquesta ciència es remunta des de els nostres avantpassats, especialment els grecs com a una part de la filosofia que en aquells temps volien
saber: d’on venim, que fem,
i on anem.
Més endavant, a l’època medieval, va aparèixer l’església orientant tot tipus de pensament
en una direcció única: la religió
i la política que governava en aquell
temps .
La cosa estava clara, el centre de l’Univers era la Terra; això duia
a conseqüències com poden
ser, la intolerància i persecució
a altres pensaments, que no
obeeixin les directrius de
l’esglesia.
La cosmologia,
ha tingut rellevància en el
món científic amb el suport de científics com per exemple: Galileo, treballs dels quals
Newton va aprofitar per les
seves famoses lleis. Leibnitz també va treballar sobre l’espai-temps, i fins
no fa gaire temps que, gràcies a científics de gran prestigi, Loretnz, Minkowsky, Albert Einstein, Friedmann, George Gamow, Stephen
Hawking, han donat uns models pels
quals explicarien l’evolució
del nostre univers.
Cal remarcar a l’astrònom americà Hubble (com el nom del telescopi que es troba fora de l’atmosfera terrestre) que se’n va adonar observant les galàxies, la relació que havia
entre la velocitat en que s’allunyaven i la distància que havia entre elles, era igual a un nombre constant, aquest nombre s’anomena
la constant de Hubble.
- TEORIA DEL BIG-BANG
Big-Bang significa
Gran Esclatament, segons els models actuals
d’en Friedmann i George Gamow, donen una idea del que podria
haver passat en l’inici de
la formació d’aquest univers
Einstein amb la seva teoria va donar la relació massa-energia
segons l’equació E = MC2. Aquesta equació diu que la massa es pot convertir en energia i que
l’energia es pot convertir en massa,
això és el fonament de la creació de matèria en el Big-Bang.
Aquests models estan descrits amb el reforç dels
experiments de la naturalesa
de les partícules atòmiques
i subatòmiques que es practiquen en diversos acceleradors de partícules que es
troben als països avançats al món de la ciència.
El model
del Big-Bang diu que l’inici de l’univers es basa en que era un punt sense dimensions
d’espai ni de temps que esclatà
donant lloc a la formació de l’espai i lligat amb aquest el temps,
i després les primeres partícules
subatòmiques, les quals
serien les primeres passes per
la formació de les galàxies,
estels, matèria intergalàctica, quasars, etc.…
Un cop format tots aquest
cossos dins l’espai-temps,
de la mateixa forma que tots
els trossos d’una esclatament es dispersen allunyant-se
entre sí, també ho van fer
les galàxies (fet que va
observar en Hubble).
Aquest model també es podria comparar amb un globus desinflat inicialment: si es pinten dos punts
en la part posterior de la goma que forma el globus i el bufem, es veu que a mesura que s’infla el globus
es fa més gros, llavors els punts
pintats se separen entre sí.
Aquest experiment tant senzill no sols dona una imatge aproximada
de l’evolució de l’Univers, sinó que també dona una imatge aproximada de la seva constitució. Com bé es pot veure,
els punts pintats al globus, estan en una superfície corba, aquesta superfície corba també apareix en el Cosmos, sembla que
no vulgui dir cap cosa interessant, però no obstant és causa de les conseqüències de
la curvatura de l’Univers.
2) CONSEQUÈNCIES
DE LA CURVATURA DE L’UNIVERS
Einstein, ja va donar els primers conceptes
de l’espai-temps com a cosa única.
L’espai i el temps
no són en cap moment dos conceptes independents, i els va relacionar
mitjançant una constant
universal representada amb la lletra
C que s’anomena velocitat de la llum,
que aproximadament abasteix
uns 300.000 Km/s, és a dir, arribaria
en un segon i quelcom dècima de segon més per anar
de la terra a la Lluna.
Einstein va dir que
l’univers està format per 4 dimensions: l’amplada, la llargaria, el gruix i la quarta és el temps.
Amb aquestes quatre dimensions es pot
localitzar exactament un esdeveniment a l’espai.
Amb aquestes afirmacions
i afegint la seva teoria de la relativitat on diu que la velocitat de la llum val el mateix tan si ens movem prop
de C com si estem en repòs, duu lloc
a conseqüències de paradoxes com
la de l’eixamplament del
temps (on el temps en l’espai evoluciona
més lentament que en un planeta)
Sobre l’eixamplament del temps s’han fet pel·lícules amb exageració però que remarquen aquest fet. El típic bessó que es queda a la terra i el seu germà s’en va per l’espai amb una nau i quan
torna, veu al germà bessó de la terra més vell que ell
mateix.
Altre conseqüència,
seria la contracció de l’espai, això
expressat en la pel·lícula
seria que el el bessó que
es trova a la terra veuria
la nau més petita que el germà de la nau.
Tots aquest fets
són perquè en sí l’espai és corb. Hi
ha altres fenòmens que
serien, per exemple, la distància entre dos punts en un espai de 2 dimensions podrien estar lluny, en canvi, en
un espai de 3 dimensions podria ser el mateix.
3) EVOLUCIÓ DEL COSMOS
Una
idea sobre la evolució del cosmos ens
la donaria el concepte
d’Entropia.
Aquest concepte ens dona el grau de desordre d’un sistema. És a dir, quant més
desordre hi hagi en un
sistema més entropia hi ha.
És clar que aquest concepte sembla que digui poc, no obstant és fonamental per
comprendre l’evolució de l’Univers.
Si
considerem que l’Univers és
un sistema aillat, l’entropia sempre
augmenta
Això fa pensar que si el procés
de les coses "aillades" d’un exterior pren una direcció a un augment d’entropia, el recinte
"aillat" que abasteix
tots aquests processos pren el mateix sentit, aquest recinte és el Cosmos, a més gràcies a la constant de Hubble, ens diu
que el Cosmos s’expandeix.
Aquest raonament de
l’entropia ajuda a entendre
la direcció del temps. Aquest va acompanyat en el sentit dels processos.
4) LA
FI DEL COSMOS
S’ha dit anteriorment que el Cosmos va néixer
d’una gran Esclatament inicial; bé,
amb aquest esdeveniment cal tenir en compte, les condicions inicials de l’Esclatament.
Quines són
aquestes condicions inicials?
La més important de totes per saber la direcció de la evolució de
l’Univers, és, saber la quantitat
de matèria que hi ha. Perquè?
Sabem que el causant de
la força de la gravetat (el
pes) d’un sistema, és la massa que aquest conté. Així per exemple,
la terra té una massa de
3,6·1024 Kg que ocasiona una acceleració de gravetat g= 9,8 m/s2.Llavors,
l’Univers al contenir matèria,
també se li associa una força de gravetat que tendeix a retenir l’esclatament. Això, fa pensar en un balanç de forces: 1) La força d’esclatament
(d’expansió), i 2) La força de la gravetat
(de contracció). Segons el balanç pot donar 3 tipus de fi de l’univers.
1a) Suposem
que la força d’esclatament fora
superior a la força de la gravetat:
això donaria lloc a que l’expansió fos
superior a la contracció, doncs,
al predominar la d’expansió, l’Univers s’expandiria accelerant-se
indefinidament i la constant
de l’astrònom Hubble perduraria
indefinidament, ja que les galàxies s’allunyarien entre sí, la fletxa
del temps sempre seria cap al futur (positiu)
ja que l’entropia sempre augmentaria.
2ª) Si la força
d’esclatament hagués arribat
a un equilibri amb la força de la gravetat, llavors l’expansió aniria desaccelerant-se fins un temps infinit on
l’espai de l’Univers seria constant, les galàxies romandrien en repòs, tot l’Univers seria estàtic. La constant de Hubble ja no funcionaria perquè les galàxies ja no s’allunyarien entre elles, és
a dir, el Cosmos en repòs.
3ª) Si la força
d’esclatament és inferior a la força
de la gravetat, un cop aturada l’expansió, l’Univers tendiria
a contraure’s de tal forma que la constant
de Hubble funcionaria amb
signe oposat; és a dir, en lloc de definir-la com a la relació de la velocitat d’allunyament amb la distància que les separa, seria la velocitat
d’apropament, ja que les galàxies
s’aproparien entre sí, l’entropia tot i que augmentaria per tractarse d’un sistema aillat, duria lloc a un augment de temperatura, i l’Univers estaria
en fase de contracció.
Aquest procés, arribaria a una colapsació de tot l’Univers en un sol punt (Big Crunch). La fi seria l’origen de l’Univers.
5) LES
4 FORCES DE L’UNIVERS
Darrerament s’ha esmentat la Força de la Gravetat que és ocasionada per la massa d’un sistema, això vol dir que per
a cada cos se li associa
una massa i amb aquesta una força de llarg abast anomenada
Força Gravitatoria.
Pel cas de l’Univers
la força gravitatoria no tan sols
la composa tots els components de l’Univers coneguts com a Galàxies, Quassars, Estels, Forats Negres, Planetes, Nebuloses, etc... sinó que també una substància coneguda com a matèria negra que malgrat no la podem mesurar, està involucrada directament amb la força gravitatòria,
la seva mesura ens donaria una idea de la fí de
l’Univers. Cal remarcar altres forces
que també intervenen en el decurs
de la evolució de l’Univers.
La força Electromagnètica: Ja, en el segle passat estava
encara separada la electrostàtica de la magnètica, fins que grans científics com Faraday, Maxwell, etc.… van unificarla
amb el suport posterior de
la teoria de la Relativitat
d’Einstein.
Aquesta força actua a distàncies molt més petites
que la gravitatoria i dona lloc als
corrents electromagnètics,
i es present no tan sols a
l’abast de les nostres companyies
d’electricitat, sinó que també a l’univers apareix als estels,
planetes, o altres cossos del Cosmos.
La força
Nuclear Forta: aquesta força, actua a curtes distàncies, i és l’encarregada de
la estabilitat nuclear de l’àtom, el trencament d’un nucli atòmic, significa superar la força
Nuclear Forta i genera una energia
equivalent a la Bomba Atòmica
llençada a Hiroshyma o la llençada a Nagasaky. Aquesta força també és present al nostre
Univers dins dels estels, generant
l’energia que desprès rebem
nosaltres.
I per fi està la Força
Nuclear Dèbil també a curtes distàncies
que donen lloc a la estabilitat
de les partícules subatòmiques,
i els efectes són la desintegració de les mateixes.
En un inici,
al moment 0 de l’Univers, les quatre
forces estaven unificades en una sola força. Avui dia, s’han donat models on
s’unifiquen 3 de les 4 forces; aquesta
unificació és la força electronuclear deixant a part la força gravitatoria ja que encara
no s’ha trobat cap model que unifiqui les 4 forces.
Aquest és el repte de tots els científics,
però es necessita més informació sobre l’origen de
l’univers per arriba al model
buscat i aquesta informació ens la poden facilitar
els grans acceleradors de partícules d’avui
dia.
Actualment se sap que l’Univers té aproximadament uns 15.000 milions d’anys, una temperatura inicial extremadament molt alta; actualment és de –270 ºC, i hi ha aproximadament uns 100.000 milions de galàxies, i altres dades més.
