El Big Bang i l'Evolució de la Cosmologia

El Big Bang

El concepte del Big Bang té menys d'un segle; abans es creia que l’univers era estàtic i etern, que havia existit sempre.

El 1929, Edwin Hubble va estudiar la llum de les galàxies. Va observar que la llum de les galàxies llunyanes es desplaçava cap al vermell (redshift), indicant que s'allunyaven de nosaltres.

Les galàxies s’estan allunyant. La velocitat depèn de la distància.

Els elements primordials (hidrogen, heli) que formen les estrelles es van crear poc després del Big Bang.

Un temps de Planck és la unitat de temps més petita amb la qual es mesuren les primeres fases del Big Bang, i equival a 5.39124 x 10^-44 s.

Les quatre forces fonamentals de la natura són:

• La gravetat
• L’electromagnetisme
• La força nuclear dèbil
• La força nuclear forta

La llum del Sol tarda uns 8 minuts a arribar a la Terra.

Un any llum és la distància que recorre la llum en un any al buit (velocitat de la llum, c ≈ 300.000 km/s).

Penzias i Wilson van descobrir accidentalment el fons còsmic de microones (CMB), una radiació romanent del Big Bang.

El CMB (Fons Còsmic de Microones) és una radiació electromagnètica que omple tot l'univers, considerada una mena d'"ecografia" de l'univers primerenc.

La inflació còsmica és l'expansió extremadament ràpida de l'univers en les seves primeres fraccions de segon.

Es creu que els planetes es van formar perquè la matèria es va compactar gràcies a la gravetat.

El satèl·lit WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) va estudiar amb precisió les petites variacions de temperatura del CMB.

L'energia es va convertir en matèria (segons E=mc²) a mesura que l'univers s'expandia i es refredava.

Un quark és una partícula elemental fonamental que forma partícules compostes com els neutrons i els protons.

La funció del camp de Higgs és donar massa a les partícules elementals a través de la seva interacció amb aquest camp.

Concepcions de l'Univers

Aristòtil (384 aC – 322 aC)

Creia que l'univers era esfèric, geocèntric, finit i etern.

Per explicar l'estructura de l’univers, el dividia en el món sublunar (compost per terra, aire, aigua i foc, subjecte al canvi) i el món supralunar (perfecte i immutable).

Al nostre planeta (món sublunar) no hi ha quietud; les coses neixen, moren, es modifiquen…

L'èter era la cinquena essència, un material transparent, perfecte, etern i incorruptible, del qual es formaven les esferes celestes que movien els planetes i les estrelles.

L'esfera més externa era la de les estrelles fixes.

La Terra estava immòbil al centre de l’univers.

Ptolemeu (segle II dC)

Va perfeccionar el model geocèntric utilitzant epicicles (òrbites circulars petites el centre de les quals es mou sobre una òrbita circular més gran, el deferent) per explicar el moviment retrògrad aparent dels planetes.

Copèrnic (1473 – 1543)

Va recuperar i defensar la teoria heliocèntrica d'Aristarc de Samos, que proposava que el Sol era el centre del sistema planetari, i no la Terra.

Aristòtil pensava que la Terra estava al centre de l’univers perquè era l'element més pesat.

Copèrnic va presentar el seu model heliocèntric gairebé 2000 anys després d'Aristarc.

La teoria de Copèrnic situa el Sol al centre de l'univers conegut aleshores, amb els planetes orbitant al seu voltant.

Kepler (1571 – 1630)

Utilitzant les precises observacions astronòmiques de Tycho Brahe, especialment sobre Mart, Kepler va formular les seves lleis del moviment planetari.

Va descobrir que Mart seguia una òrbita el·líptica, no circular.

La segona llei de Kepler (llei de les àrees) estableix que la línia que uneix un planeta amb el Sol escombra àrees iguals en temps iguals. Això implica que els planetes es mouen més ràpid quan estan més a prop del Sol (periheli) i més lentament quan estan més lluny (afeli).

Eratòstenes (276 aC – 194 aC)

Va néixer a Cirene i va morir a Alexandria. Va estudiar a Alexandria i Atenes. Era conegut pels sobrenoms de 'Beta', 'Pentatleta' i 'Philologos' (Amant del saber).

Una de les seves principals contribucions va ser la deducció que la Terra era esfèrica i el càlcul de la seva circumferència.

Eratòstenes, estudiant els papirs de la biblioteca d'Alexandria, va llegir que a la ciutat de Siene (l'actual Assuan), els raigs solars al migdia del solstici d'estiu (21 de juny) hi queien verticalment, il·luminant el fons dels pous i sense que els objectes projectessin ombra. Va suposar correctament que, si el Sol és a gran distància, els seus raigs arriben a la Terra paral·lelament. Si la Terra fos plana, no hi hauria diferències en les ombres projectades a la mateixa hora arreu. Però a Alexandria, a la mateixa hora, els objectes sí que feien ombra.

Mesurant l'angle d'aquesta ombra (aproximadament 1/50 part d'un cercle) i coneixent la distància entre Alexandria i Siene (estimada en 5.000 estadis), va poder calcular la circumferència total de la Terra. Va concloure que era de 50 x 5.000 = 250.000 estadis. (Considerant 1 estadi ≈ 157 m, això dóna un resultat sorprenentment proper al valor real).