Je kosmologie mytologií? aneb teorie a hypotézy o vzniku vesmíru z pohledu experimentálního...

Je kosmologie mytologiiacute aneb

teorie a hypoteacutezy o vzniku vesmiacuteru z pohledu experimentaacutelniacuteho

fyzika ldquoNobelova cena za fyziku pro rok 2006 je udělena John C Matherovi a George F Smootovi za studium zaacutekladniacute struktury kosmickeacuteho mikrovlnneacuteho zaacuteřeniacute i jeho jemnyacutech fluktuaciacute v různyacutech směrech hraacutelo hlavniacute roli při přeměně moderniacute kosmologie v precizniacute věduldquo

Zdůvodněniacute uděleniacute Nobelovy ceny za fyziku za rok 2006

1 Uacutevod

2 Člověk poznaacutevaacute vesmiacuter

21 Kosmologickeacute hypoteacutezy modely a teorie 23 Pozorovaacuteniacute v kosmologii 24 Teorie popisujiacuteciacute hmotu

3 Velkyacute třesk

31 Ozvuky velkeacuteho třesku 32 Reliktniacute zaacuteřeniacute

33 Temnaacute hmota 34 Reliktniacute neutrina 35 Průběh Velkeacuteho třesku

4 Inflačniacute model

41 Inflačniacute model 43 Neinflačniacute možnosti 44 Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou

5 Zaacutevěr

Vladimiacuter Wagner

Uacutestav jaderneacute fyziky AVČR 250 68 Řež E_mail WAGNERUJFCASCZ WWW hpujfcascz~wagner

Kosmologickeacute hypoteacutezy modely a teorie Jednotliveacute stupně lidskeacuteho poznaacuteniacuteHypoteacuteza - naacutevrh hlavniacutech předpokladů popisu zatiacutem neověřeno experimentaacutelně - přiacuteklad Koperniacutekova hypoteacuteza heliocentrickeacute soustavy

Model - soubor pravidel umožňujiacuteciacutech zjednodušenyacute popis - přiacuteklad Keplerův model Slunečniacute soustavy vypracovanyacute na zaacutekladě pozorovaacuteniacute Tychona de Brahe

Ptolemaios a geocentrickaacute hypoteacuteza - heliocentrickaacute hypoteacuteza a Koperniacutek

Tycho de Brahe Johanes Kepler a Keplerův model Slunečniacute soustavy

Teorie - soubor pravidel kteryacute umožňuje kvantitativně popsat přesně a komplexně experimentaacutelniacute data - přiacuteklad Newtonův popis Slunečniacute soustavy na zaacutekladě Newtonovy teorie gravitace

Sir Isaac Newton

Sonda Gravity probe B testujici obecnou teorii relativity

Draacutehy všech současnyacute meziplanetaacuterniacutech sondse počiacutetajiacute pomociacute Newtonovy teorie gravitace

Obecnějšiacute teorie gravitace ndash Einsteinova obecnaacute teorie relativity ndash je nutnaacute až v bdquoextreacutemnějšiacutechldquo podmiacutenkaacutech

Rozdiacutely i jednota v popisu mikro makro i mega světa 17 stoletiacute - Galileo Newton - pohyb a vlastnosti nebeskyacutech těles popisujiacute stejneacute zaacutekonitosti jako těles pozemskyacutech

Jednota popisu makrosvěta i megasvěta rarr možnost extrapolace

19 a 20 stoletiacute - noveacute naacutestroje pro popis (uplatňujiacute se v oblasti extreacutemniacutech hodnot fyzikaacutelniacutech veličin)

Mikrosvěta - speciaacutelniacute teorie relativity - vysokeacute rychlosti přenosy energii - kvantovaacute fyzika - velmi maleacute hodnoty hmotnostiacute vzdaacutelenosti těles přeneseneacuteho uacutečinku

Megasvěta - speciaacutelniacute teorie relativity - vysokeacute rychlosti přenosy energii - obecnaacute teorie relativity - velmi intenzivniacute gravitačniacute pole

Pozorovaacuteniacute v kosmologii Minuleacute stoletiacute a začaacutetek současneacuteho rarr obrovskyacute přiacutesun staacutele přesnějšiacutech dat rarr možnost ověřovaacuteniacute kosmologickyacutech hypoteacutez

Studium složeniacute a vlastnostiacute objektů v galaxiiacutech - studium evoluce složeniacute a vyacuteskytu v současnosti i minulosti Využitiacute pro určeniacute vzdaacutelenostiacute (cefeidy supernovy)

Mapovaacuteniacute vesmiacuteru - co nejpřesnějšiacute pozorovaacuteniacute co největšiacuteho počtu galaxiiacute - studium struktury složeniacute rozpiacutenaacuteniacute a evoluce vesmiacuteru - např projekt Sloan Digital Sky Survey

Studium chemickeacuteho složeniacute vesmiacuteru - prvky prvotniacute a vznikleacute ve hvězdaacutech - využitiacute spektroskopie

Pulsar v Krabiacute mlhovině bliacutezkaacute galaxie NGC 6070 a nejvzdaacutelenějšiacutech kvazarů z=50

Studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute - staacutele přesnějšiacute znalost fluktuaciacute jeho teploty polarizace hellip v současnosti neperspektivnějšiacute zdroj informaciacute o počaacutetciacutech vesmiacuteru

Studium neutrin a gravitačniacutech vln i reliktniacutech Jineacute exotickeacute čaacutestice

Spousta experimentaacutelniacutech dat z fyziky - jaderneacute čaacutesticoveacute plazmy pevneacute faacuteze hellip cesta ke sjednoceniacute interakciacute a k popisu hmoty v extreacutemniacutech podmiacutenkaacutech popis rannyacutech stavů vesmiacuteru

Mapa teploty reliktniacuteho zaacuteřeniacute ze sondy Wilkinson MAP

Hledaacuteniacute hypotetickeacuteHiggsovi čaacutestice

Složeniacute hmotyHmota je složena z čaacutestic - mezi nimi působiacute interakce

Důležiteacute naacutestroje pro popis mikrosvěta

1) Speciaacutelniacute teorie relativity - rychlosti bliacutezkeacute rychlosti světla kinetickaacute energie srovnatelnaacute s klidovou2) Kvantovaacute fyzika - velmi maleacute hodnoty veličin kvantovyacute a pravděpodobnostniacute charakter Heisenbergův princip neurčitosti

Atomovaacute fyzika fyzikaacutelniacute chemie

Jadernaacute fyzika

Fyzika elementaacuterniacutech čaacutestic

Superstrunoveacute teorie (rozměr 10-35 m)

Standardniacute modelHmota je tvořena čaacutesticemi (fermiony s=12) mezi kteryacutemi působiacute interakce ktereacute jsou zprostředkovaacuteny vyacuteměnou čaacutestic (bosony s=celeacute čiacuteslo)

Tři druhy interakciacute1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie4) Gravitace ndash obecnaacute teorie relativity - nekvantovaacute

+ antičaacutestice

Ciacutel - co nejjednoduššiacutemi pravidly a s co nejmenšiacutem počtem počaacutetečniacutech parametrů popsat hmotu a jejiacute chovaacuteniacute rarr cesta daacutel za standardniacute model

neutrina

graviton

Proč jiacutet daacutele - experimentaacutelniacute a teoretickeacute důvody

Teoretickeacute důvody

1) Přiacuteliš mnoho volnyacutech parametrů ve standardniacutem modelu

2) Nutnost zahrnout i gravitaci - kvantovaacute teorie gravitace

3) Pozorovaneacute podobnosti symetrie (např mezi rodinami kvarků a leptonů)

4) Hierarchie hmotnostiacute u čaacutestic

5) Nutnost odstraněniacute divergenciacute (nekonečnyacutech hodnot fyzikaacutelniacutech veličin)

Experimentaacutelniacute důvody

1) Pozorovaacuteniacute asymetrie v existenci hmoty a antihmoty

2) Velmi přesnaacute měřeniacute magnetickeacuteho momentu mionu

3) Pozorovaacuteniacute oscilaciacute neutrin

4) Existence nebaryonoveacute temneacute hmoty ve vesmiacuteru

5) Sbližovaacuteniacute siacutely různyacutech interakciacute s rostouciacute energiiacute

6) Naacuteznaky rozdiacutelů oproti Standardniacutemu modelu u některyacutech vysokoenergetickyacutech experimentů ( nezachovaacuteniacute CP invariance produkce b čaacutestic hellip)

Detektor Superkamiokande

vyrovnaacuteniacute intenzity interakciacute při vysokyacutech energiiacutech

Supersymetrie

Hledaacuteniacute supersymetrickyacutech čaacutestic - jeden z hlavniacutech programů největšiacutech existujiacuteciacutech i plaacutenovanyacutech urychlovačů

Hledaacuteniacute symetriiacute ktereacute umožňujiacute transformaci bosonů na fermiony supersymetrie

Důsledky a předpovědi

Supersymetrickeacute čaacutestice budou hledat i experimenty na budovaneacutem urychlovači LHC v CERNu

Hlavniacutem je existence supersymetrickyacutech partnerů znaacutemyacutech čaacutestic

Boson maacute partnera fermion fermion pak boson foton fotino kvark s - kvarkgluon gluino lepton s - lepton Z Zinograviton gravitino

Supersymetrickeacute čaacutestice jsou vhodnyacutemi kandidaacutetyna vysvětleniacute temneacute hmoty ve vesmiacuteru - neutralino(směs fotina gluina ) - nejmenšiacute hmotnost

Jejich vlastnosti by umožnily vybrat spraacutevnou supersymetrickou teorii

Varovaacuteniacute vše daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

Strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie - čaacutestice nejsou bodoveacute ale tvořiacute je struny o rozměru 10-35 m

Nutnost zavedeniacute šesti dalšiacutech rozměrů

1) Dalšiacute rozměry jsou velmi maleacute - svinuteacute2) Některeacute možnaacute velkeacute až nekonečneacute naacuteš svět - čtyřrozměrnaacute braacutena ve viacutecerozměrneacutem prostoru

Jednotliveacute čaacutestice jsou různeacute moacutedy kmitů strunyčiacutem vyššiacute kmitočet tiacutem vyššiacute hmotnost

Otevřenaacute struna Uzavřenaacute struna

Dalšiacute rozměry jsou svinuteacute Strunovyacute Feynmanův diagram

Do dalšiacutech rozměrů by pronikalapouze gravitace

Povoleneacute kmitočty daacuteny deacutelkou struny

Určovaacuteniacute průběhu rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteruUrčeniacute rychlosti - měřeniacute změny vlnoveacute deacutelky vlivem Dopplerova jevu rudyacute posuv

Určovaacuteniacute vzdaacutelenosti1) Měřeniacute paralaxy - triangulačniacute metoda modelově nezaacutevislaacute družice Hiparchos (dosah 500 svl)

2) Určovaacuteniacute vzdaacutelenosti pomociacute cefeid (do vzdaacutelenosti až 60 milionů sv let)

3) Určovaacuteniacute vzdaacutelenosti pomociacute supernov typu II - absolutniacute jasnosti se dost různiacute dosah je třetina pozorovaneacuteho vesmiacuteru

4) Určovaacuteniacute vzdaacutelenosti pomociacute supernov typu Ia - stejnaacute absolutniacute jasnost vysokaacute přesnost je jich meacuteně dosah celyacute pozorovanyacute vesmiacuter

5) Určovaacuteniacute vzdaacutelenosti pomociacute galaxiiacute gravitačniacutech čoček hellip

Pozorovaacuteniacute vzdaacutelenyacutech mladyacutech čaacutestiacute vesmiacuteru ndash změny rozpiacutenaacuteniacute v čase (pozorovaacuteniacute supernov Ia rarr zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute ndash temnaacute energie vakua )

Zaacutevislost rychlosti vzdalovaacuteniacute na vzdaacutelenosti (Particle Data Booklet 2000)

Reliktniacute mikrovlnneacute zaacuteřeniacutemikrovlnneacute zaacuteřeniacute s teplotou 27 Kizotropniacute ndash maleacute odchylky teploty odpoviacutedajiacute prvotniacutem nehomogenitaacutem Vznik při T 4000 K (03 eV ndash energie ionizace atomu H) t asymp 400 000 let Pokles teploty T ~ R-1 (Energie fotonů klesaacute s rozpiacutenaacuteniacutem hν ~ R-1)

Spektrum reliktniacuteho zaacuteřeniacute ziacuteskaneacute pomociacute sondy COBE Převzato ze zdrojů NASAOdpoviacutedaacute Planckově vyzařovaciacutemu zaacutekonu černeacuteho tělesa s teplotou T

Podobnyacutem procesem vymrznutiacute prošly již dřiacuteve neutrina Bylo to při teplotě okolo 1010 K (1 MeV) nyniacute by měly miacutet reliktniacute neutrina teplotu 195 K Jak registrovat tato neutrina zatiacutem neviacuteme

Ještě hůře půjdou měřit přiacutepadneacute reliktniacute gravitony

Určovaacuteniacute kosmologickyacutech parametrů z fluktuaciacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Určeniacute zakřiveniacute vesmiacuteru - poměr rozměru zvukoveacuteho horizontu (znaacuteme z vlastnostiacute materiaacutelů) a vzdaacutelenosti kterou mikrovlnneacute zaacuteřeniacute urazilo (daacuteno rozdiacutelem jeho teplot v době vzniku a nyniacute) je ve vztahu k uacutehloveacutemu rozměru zvukoveacuteho horizontu (danyacute polohou maxima a minim prvniacuteho akustickeacuteho piacuteku) buď euklidovskeacutem nebo neeuklidovskeacutem

2) Určeniacute podiacutelu baryonoveacute hmoty - baryony majiacute velkou hmotnost ovlivňujiacute akustickeacute vlny poměr mezi maximy a minimy akustickyacutech vln určujiacute poměr baryonů

3) Určeniacute doby reionizace (světlem prvniacutech hvězd) - světlo hvězd ionizovalo okolniacute plyn vznikleacute horkeacute oblasti vyhlazovaly rozdiacutely v teplotě reliktniacuteho zaacuteřeniacute Velikost uacutehlu do ktereacuteho jsou akustickeacute piacuteky potlačeny určuje dobu kdy začaly sviacutetit hvězdy (galaxie kvasary)

4) Určeniacute podiacutelu temneacute energie - plochost vesmiacuteru z reliktniacuteho zaacuteřeniacute + zrychlovaacuteniacute rozpiacutenaacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute danyacutech gravitačniacutem smršťovaacuteniacutem a gravitačniacutemi vlnami)

2) Nezaacutevislyacute uacutedaj o reionizaci době vzniku prvniacutech hvězd

3) Upřesněniacute dalšiacutech kosmologickyacutech parametrů

Zaacutevislost fluktuaciacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute na vlnoveacute deacutelce

Mohlo by rozlišit inflačniacute a ekpyrotickyacute vesmiacuter

Vysvětleniacute polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Polarizace a zaacutevislost fluktuaciacute na vlnoveacute deacutelce

Zaacutevislost velikosti fluktuace na uacutehloveacute vzdaacutelenosti ndash čiacutem většiacute uacutehel tiacutem dřiacuteve přestala byacutet ovlivňovaacutena velikost fluktuaciacute

Vyacuteslednaacute mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacutepo třech letech činnosti sondy WMAP

Inflace

Prvniacute hvězdy

Kvantovaacute fluktuace

Eacutera temnaZrychlovaacuteniacute expanze vlivem temneacute energie

Vznik galaxiiacute hvězd planet

Vznik reliktniacuteho zaacuteřeniacute

WMAP

137 miliard let

Naacutesledky čeho sonda WMAP prostřednictviacutem reliktniacuteho zaacuteřeniacute studuje

Prvotniacute tvorba prvků

Premordiaacutelniacute nukleosynteacuteza - vysvětliacute pozorovaneacute množstviacute heacutelia deuteria a lithia ndash 23 baryonoveacute hmoty tvořiacute 4He ndash může vznikat v reakciacutech přes mezistupeň D T a 3He

zastoupeniacute 4He nelze nijak objasnit z nekosmologickyacutech zdrojů

Je to informace s zatiacutem nejzaššiacuteho obdobiacute alespoň nepřiacutemo dostupneacuteho

Zastoupeniacute lehkyacutech prvků (převzato ze straacutenek NASA) Sniacutemek ve směru středu Galaxie

Většina nukleosynteacutezy T 109 K t 200 s

Zastoupeniacute ještě těžšiacutech jader 6Li 7Li 9Be a 11B může byacutet ovlivněno i průběhem hadrosynteacutezy

Naacutevrat sondy Genesis

Evoluce galaxiiacutePozorovaacuteniacute vzdaacutelenyacutech - mladyacutech čaacutestiacute vesmiacuteru

Vzdalovaacuteniacute rarr putovaacuteniacute v čase

Prvniacute tvorba hvězd - reionizace - ~ 200 milionů let

Mladeacute oblasti1) pouze vodiacutek a primordiaacutelniacute helium2) viacutece hmotnějšiacutech a zaacuteřivějšiacutech hvězd

Galaxie ve vzdaacutelenyacutech (mladyacutech) oblastech jsou jineacute než ty bliacutezkeacute1) Zaacuteřivějšiacute viacutece aktivniacute živějšiacute tvorba hvězd viacutece hmotnějšiacutech hvězd hellip2) Lišiacute se hustota kvasarů aktivniacutech jader galaxiiacute

Studium pomociacute Hubblova teleskopu v programu Sloan Digital Sky Survey a dalšiacutech přehliacutedek vzdaacutelenyacutech galaxiiacute

galaxie NGC1087 Kvasar se z=64 galaxie UGC03214

Nesrovnalost mezi odhadem množstviacute hmoty ve vesmiacuteru na zaacutekladě studia sviacutetiacuteciacute hmoty a studia gravitačniacuteho vlivu hmoty (veškereacute) temnaacute hmota ndash nevyzařuje ani neabsorbuje světlo interaguje pouze gravitačně

Možnost zkoumaacuteniacute

1) Studium oběžnyacutech pohybů hvězd haloacute v galaxiiacutech galaxiiacute haloacute v galaktickyacutech kupaacutech kup galaxiiacute velkorozměrovaacute hustota hmoty

2) Rentgenovskeacute zaacuteřeniacute horkeacuteho plynu v galaktickeacutem halo ndash teplota daacutena rychlostiacute atomů ndash menšiacute než uacutenikovaacute rychlost ndash rychlost je většiacute než by odpoviacutedalo pozorovaneacute hmotě

3) Gravitačniacute čočky ndash určeniacute hmotnosti a jejiacuteho rozloženiacute pro kupu tvořiacuteciacute gravitačniacute čočku

Čiacutem většiacute škaacutela ndash tiacutem většiacute podiacutel temneacute (skryteacute) hmoty V kupaacutech galaxiiacute nejmeacuteně 90 skrytaacute hmota

Temnaacute hmota

Konečnyacute důkaz existence temneacute hmoty

Nalevo je zobrazeniacute galaktickeacute dvojkupy 1E0657-558 ve viditelneacute oblasti spektra Jsou vidět dvě koncentrace sviacutetiacuteciacutech bodů - většiacute nalevo a menšiacute napravo Modryacutemi křiacutežky jsou vyznačena miacutesta maximaacutelniacute koncentrace dvou plynnyacutech oblaků spojenyacutech s kupami ktereacute jsou pak dobře vidět na sniacutemku v rentgenoveacute oblasti nalevo Na obou obraacutezciacutech je pak vyznačen zelenyacutemi čarami průběh intenzity gravitace Biacutelaacute uacutesečka na obraacutezciacutech vpravo dole vyznačuje měřiacutetko vzdaacutelenostiacute v kupě (reprezentuje 200 kpc = 652 000 světelnyacutech let)

Temnaacute hmota nebo modifikace gravitačniacute teorie

Sraacutežka dvou kup galaxiiacute

Kupa galaxiiacute 1 temnaacute hmota (pokud existuje) nejviacutece2 mezigalaktickyacute plyn (několikanaacutesobně meacuteně než temneacute hmoty)3 galaxie (několikanaacutesobně meacuteně než plynu)

1 Plyn zpomalen třeniacutem (elmg siacutela)2 Galaxie jsou kompaktniacute (aerodynamickeacute) ndash třeniacute neniacute3 Temnaacute hmota ndash pouze gravitace

Reliktniacute neutrina

Vznik 1 s po velkeacutem třesku Teplota 195 K

Středniacute kvadratickaacute rychlost 5000 kms

Uacutenikovaacute rychlost z galaxiiacute 600 kmsUacutenikovaacute rychlost z kup galaxiiacute až 6000 kms

Jejich podiacutel na temneacute hmotě zaacutevisiacute na jejich hmotnosti

Dnešniacute limita pro hmotnost 2 eV

Určovaacuteniacute hmotnosti neutrina v rozpadu tritia ndash experiment KATRIN

Velkyacute třesk ndash standardniacute model

10-5s 21012K Vznik elementaacuterniacutech čaacutestic z kvarků - hadronizace

200 s 109K Vznik prvotniacutech jader H He a některyacutech dalšiacutech lehkyacutech prvků

~ 1 s 1010K Odděleniacute reliktniacutech neutrin

Čas Teplota Udaacutelost_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

400 000 let 4000 K Vznik atomů ndash odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

200 milionů let Vznik prvniacutech galaxiiacute a hvězd

Průběh popisuje obecnaacute teorie relativity a standardniacute model hmoty a interakciacute

Je daacuten počaacutetečniacutem složeniacutem a dalšiacutemi počaacutetečniacutemi podmiacutenkami

Vzdaacuteleneacute galaxie fotografovaneacute pomociacute Hubblova teleskopu (archiacutev NASA)

Proč inflačniacute modelStandardniacute model popisuje vesmiacuter až od jisteacuteho okamžiku nastaveniacute jeho počaacutetečniacutech podmiacutenek musiacute vysvětlit jinyacute model

1) Vysokou stejnorodost a izotropnost vesmiacuteru Je třeba vysvětlit proč jsou hustota laacutetky ve vesmiacuteru i teplota reliktniacuteho zaacuteřeniacute velmi stejnorodeacute na velkeacute uacutehly a vzdaacutelenosti

2) Současně vznik jisteacute nehomogenity ktereacute umožniacute formovaacuteniacute velkoškaacuteloveacute struktury vesmiacuteru galaxiiacute i hvězd

4) Poměr mezi jednotlivyacutemi složkami hmoty

5) Vznik přebytku hmoty nad antihmotou (baryonovou asymetrii) Zjistit jak se vlastně stalo že vůbec existujeme

6) Absence pozorovatelnyacutech topologickyacutech singularit (např magnetickyacutech monopoacutelů)

7) Řešeniacute probleacutemu počaacutetečniacute singularity - zaacuteroveň vysvětlit jak došlo tomu horkeacutem a husteacutemu počaacutetku

Vlastnosti inflačniacuteho modeluHypoteacuteza inflace Čas 10-35s - existence faacuteze velmi rychleacuteho rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteruZvětšeniacute objemu dnes viditelneacuteho vesmiacuteru faktorem nejmeacuteně 1025 z 10-27m na 1 cm

Inflace (jedna nebo několik) skončila(y) v čase 10-32s

Spojenaacute s faacutezovyacutemi přechody při vydělovaacuteniacute jednotlivyacutech interakciacute při ochlazovaacuteniacute předpoviacutedaneacuteho v popisu sjednocovaacuteniacute interakciacute (odděleniacute silneacute a elektroslabeacute interakce)Vysvětliacute A) Automaticky 1) Homogenitu a izotropii

2) Plochost - ve spojeniacute s antropickyacutem principem 3) Neexistenci topologickyacutech defektů

B) V zaacutevislosti na modelu a sjednoceneacute teorii interakciacute

1) Charakter fluktuaciacute a strukturu vesmiacuteru2) Poměr mezi různyacutemi formami hmoty3) Počaacutetečniacute singularitu4) Poměr hmoty a antihmoty

Detailniacute pozorovaacuteniacute mikrovlnneacuteho pozadiacute cesta od hypoteacutezy inflace k inflačniacutemu modelu vyacuteběr spraacutevneacuteho inflačniacuteho modelu

Např zaacutevislost fluktuaciacute na vlnoveacute deacutelce zaacuteřeniacute charakter polarizace

Neinflačniacute možnostiHypoteacuteza ekpyrotickeacuteho vesmiacuteru vychaacuteziacute ze strunoveacute teorie

Sraacutežka dvou třiacuterozměrnyacutech bran (čtvrtyacute rozměr je čas) pohybujiacuteciacutech se v paacuteteacutem rozměru (ostatniacutech šest rozměrů je svinuto)

Braacuteny musiacute byacutet plocheacute homogenniacute a vzaacutejemně paralelniacute

Vlastnosti vyacutehodneacute pro nahrazeniacute hypoteacutezy inflace

1) Při sraacutežce vznikaacute dostatečnaacute teplota pro start Velkeacuteho třesku

2) Teplota je dostatečně niacutezkaacute aby nevznikaly topologickeacute defekty

3) Nehomogenity daacuteny kvantovyacutemi fluktuacemi

4) Neexistuje prvotniacute singularita (nekonečneacute hustoty a teploty)

5) Vysvětluje homogennost a isotropii vesmiacuteru

Představa vzaacutejemneacute oscilace bran a periodickeacute sraacutežky

Naacuteš vesmiacuter je čaacutestiacute jedneacute z bran vznikne ve sraacutežce postupně se nehomogenity vyhladiacute energie vyrovnaacute (na nulovou hodnotu) až do přiacuteštiacute sraacutežky

Možnost odlišeniacute hypoteacutezy inflace a ekpyrotickeacuteho vesmiacuteru

Gravitačniacute vlny

Ekpyrotickyacute vesmiacuter amplituda klesaacute rychle s vlnovou deacutelkou gravitačniacutech vln (fialovyacute posun)

Inflace amplituda miacuterně roste s vlnovou deacutelkou gravitačniacutech vln (miacuternyacute rudyacute posuv)

Vliv gravitačniacutech vln na reliktniacute mikrovlnneacute zaacuteřeniacute pozorovaacuteniacute fluktuaciacute (otisk gravitačniacutech vln zaacutevisiacute na frekvenci) a polarizace mikrovlnneacuteho zaacuteřeniacute

Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou

K poznaacuteniacute může přispět řada experimentaacutelniacutech pozorovaacuteniacute

A) Experimenty poznaacutevajiacuteciacute sjednocenou teorii interakciacute

1) Pozorovaacuteniacute supersymetrickyacutech partnerů standardniacutech čaacutestic 2) Oscilace neutrin 3) Rozpad protonů dalšiacute rozpady nezachovaacutevajiacuteciacute baryonoveacute nebo leptonoveacute čiacuteslo 4) Vznik mikročernyacutech děr 5) Gravitačniacute experimenty na kraacutetkeacute vzdaacutelenosti

Poničenyacute detektor Superkamiokande

B) Experimenty zkoumajiacuteciacute zaacuteřeniacute z vesmiacuteru

I) Reliktniacute mikrovlnneacute zaacuteřeniacute

1) Data o polarizaci 2) Data o frekvenčniacute zaacutevislosti fluktuaciacute

II) Vyacutevoj poměru jednotlivyacutech složek hmoty v průběhu evoluce vesmiacuteru

III) Reliktniacute neutrina

IV) Reliktniacute gravitačniacute vlny 1) Zaacutevislost jejich fluktuaciacute na vlnoveacute deacutelce

V) Pozorovaacuteniacute čaacutestic temneacute hmoty

VI) Silnaacute gravitačniacute pole na bliacutezkeacute vzdaacutelenosti ndash vlastnosti černyacutech děr

VII) Vliv gravitace z jinyacutech vesmiacuterů (bran) uacutenik gravitačniacute energie

Experimenty na zachyceniacute gravitačniacutech vln LIGO a VIRGO

Uacutečinky gravitace velmi hmotnyacutech objektů ze sousedniacutech bran

Uacutenik gravitačniacute energie

Zaacutevěr 1) Standardniacute model Velkeacuteho třesku je velice dobře podložen experimentaacutelniacutemi daty rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru reliktniacute zaacuteřeniacute primordiaacutelniacute nukleosynteacuteza evoluce galaxiiacute

2) Inflačniacute model indikovaacuten experimentaacutelniacutem faktem plochosti vesmiacuteru Mohl by vysvětlit řadu vlastnostiacute vesmiacuteru danyacutech jeho vyacutevojem v nejrannějšiacutech faacuteziacutech

3) Velmi přesneacute hodnoty vlastnostiacute vesmiacuteru byly určeny z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi

4) Inflačniacute model ekpyrotickyacute model hellip jsou zatiacutem hypoteacutezy

5) I nejexotičtějšiacute kosmologickeacute hypoteacutezy nabiacutezejiacute předpovědi k rozhodnutiacute pozorovaacuteniacutem

6) Rozhodne pozorovaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute V budoucnu snad reliktniacutech neutrin snad i gravitačniacutech vln čaacutestic temneacute hmoty vliv jinyacutech dimenziacute či snad i jinyacutech vesmiacuterů

7) Sepětiacute s fyzikou mikrosvěta a hledaacuteniacutem jednotneacute teorie čaacutestic a interakciacute

Plaacutenovanaacute sonda Planck

Slide 1
Slide 2
Slide 3
Slide 4
Slide 5
Slide 6
Slide 7
Slide 8
Slide 9
Slide 10
Slide 11
Slide 12
Slide 13
Slide 14
Slide 15
Slide 16
Slide 17
Slide 18
Slide 19
Slide 20
Slide 21
Slide 22
Slide 23
Slide 24
Slide 25
Slide 26
Slide 27
Slide 28

Page 2: Je kosmologie mytologií? aneb teorie a hypotézy o vzniku vesmíru z pohledu experimentálního fyzika

Kosmologickeacute hypoteacutezy modely a teorie Jednotliveacute stupně lidskeacuteho poznaacuteniacuteHypoteacuteza - naacutevrh hlavniacutech předpokladů popisu zatiacutem neověřeno experimentaacutelně - přiacuteklad Koperniacutekova hypoteacuteza heliocentrickeacute soustavy

Model - soubor pravidel umožňujiacuteciacutech zjednodušenyacute popis - přiacuteklad Keplerův model Slunečniacute soustavy vypracovanyacute na zaacutekladě pozorovaacuteniacute Tychona de Brahe

Ptolemaios a geocentrickaacute hypoteacuteza - heliocentrickaacute hypoteacuteza a Koperniacutek

Tycho de Brahe Johanes Kepler a Keplerův model Slunečniacute soustavy

Sir Isaac Newton