Começa Com Um Estrondo

Cosmologia no século XXI

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

Transmissão ao vivo do Perimeter Institute e comentários exclusivos em tempo real!

Cada geração de físicos resolve alguns quebra-cabeças antigos e encontra alguns novos. – Dr. Kendrick Smith

Eu quero que você pense em - ok, Imagine desde que você não estava lá - no início do século 20. À medida que os anos 1800 deram lugar aos anos 1900, falava-se do fim da ciência. Do Universo sendo quase completamente compreendido. Afinal, nós tínhamos as leis da gravidade e do eletromagnetismo, o Sol, as estrelas e a Via Láctea, as partículas fundamentais até os constituintes dos átomos, e toda uma série de nebulosas, aglomerados e restos estelares espalhados pelos céus. acima de.

Crédito da imagem: NASA/GSFC, via http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/universemashup/archive/pages/expanding_universe.html .

Mal sabíamos que o século 20 nos veria descobrir uma teoria da gravidade inteiramente nova, mais duas forças fundamentais e dezenas de novas partículas fundamentais, bilhões de galáxias além da nossa e a origem do Universo a partir de uma expansão quente e densa. Estado.

Crédito da imagem: Instituto Perimeter.

Além do mais, somos nós Além disso descobrimos algumas coisas que nunca poderíamos ter previsto: matéria escura, energia escura, mais matéria do que antimatéria no Universo e uma origem inflacionária do nosso cosmos que precedeu o Big Bang. Além disso, temos toda uma série de perguntas abertas e sem resposta que nos acompanharam até o presente século: o século 21.

Então, onde isso nos traz hoje? Para um evento espetacular, que acontecerá no dia 4 de fevereiro às 19h do leste / 16h, horário do Pacífico.

Crédito das imagens: Perimeter Institute.

Instituto Perimeter Kendrick Smith está definido para entregar uma palestra pública sobre Cosmologia no Século 21, e há dois deleites especiais junto com ele:

) A palestra será transmitida viver , e você pode visualizá-lo bem aqui , abaixo, não importa em que lugar do mundo você esteja! E talvez ainda mais emocionante…
) Abaixo do vídeo, estarei blogar ao vivo comentários e explicadores de astrofísica originais e de nível especializado sobre tudo o que ele fala!

Como você faz os dois? Como você assiste/ouve a palestra e seguir o comentário do blog ao vivo simultaneamente?

( Atualizar: A palestra agora está permanentemente arquivada e pode ser visualizada no link abaixo; você pode acompanhar meu comentário ao vivo no blog; 0:00 no vídeo corresponde ao início da palestra por volta das 3:59 PST.)

http://youtu.be/q_SRV1DgLiE

Clique em reproduzir no vídeo acima e abra uma duplicata desta página em outra guia/janela, que você deve atualizar a cada poucos minutos. Eu estarei fazendo atualizações continuamente, e você faz não quero perder esse evento! Você pode até deixar comentários em tempo real (na barra lateral) e tentarei acessá-los assim que os vir.

Venha fazer parte desta experiência interativa, que começa em menos de 24 horas!

Blog ao vivo

03:49 PST - As imagens pré-gravadas do Perimeter Institute começaram, mostrando imagens pré-gravadas do palestrante de hoje, Kendrick Smith. O vídeo que eles estão mostrando agora, no fundo cósmico de microondas, está permanentemente ao vivo aqui:

3:53 PST — Uma mensagem pré-gravada tem Kendrick nos dizendo que a matéria escura é um nome terrível. Ele está certo, aliás. A matéria escura implica que você tem algum tipo de matéria que absorve ou restringe a luz, enquanto a matéria escura é na verdade completamente transparente à luz. Eu teria chamado de algo como matéria invisível se pudesse escolher, mas acho que é melhor do que o nome que existia antes, onde eles simplesmente chamavam de problema de massa ausente.

3:58 PST - Ei! Overlords no Medium! Adivinha quem lhe deu um Perimeter Institute agradece aos nossos parceiros?

Captura de tela do webcast ao vivo deste evento.

4:01 PST - Viva para um início pontual!

4:03 PST — Eles anunciam que o Dr. Smith tem formação em cosmologia computacional e teórica, com experiência em análise de dados de várias missões. Observe que esse foi um dos aspectos mais atraentes da cosmologia teórica para mim, meu orientador e muitos outros: para ser bom nisso, você precisar para aprender sobre uma enorme variedade de diferentes campos da física, desde física nuclear/de partículas até gravitação, técnicas de análise de dados e a interação da teoria com os fenômenos.

4:05 PST — E agora a falta de slides está começando a se tornar um problema. Vamos lá, vocês podem fazê-lo funcionar! Ah, ótimo! Seguido de aplausos.

Ele começa com astronomia ~1000 anos atrás; isso é bastante preciso para o que pensávamos. É irônico como nossa imagem do Universo em ~170 EC (tempo de Ptolomeu) era idêntica à nossa imagem em ~1500 EC.

4:07 PST - Meio incrível, ele afirma (corretamente), que as maiores questões que dizem respeito à nossa existência para toda a história humana:

Como nosso Universo começou?
Do que isso é feito?
Como isso vai acabar?

Todos são agora conhecidos. Esta palestra promete entrar nisso.

4:09 PST — O início da nossa imagem moderna do Universo? Hubble. (O homem, não o telescópio.)

Por que isso? Porque você pode dizer a rapidez com que uma galáxia está se movendo ao longo da linha de visão para nós simplesmente medindo como sua luz é deslocada: para o vermelho ou para o azul. O fato de que o redshift aumentou com a distância é o que levou à imagem do Universo em expansão, confirmando a previsão inaceitável (pelo menos, segundo Einstein) da Relatividade Geral.

4:12 PST — Um ponto enorme: distâncias entre duas galáxias em um Universo em expansão não são fixos ! Você pensa em distâncias como algo que você mede com uma régua, que é sempre a mesma. Mas em um Universo em expansão, o que basicamente significa qualquer coisa que não esteja ligada pela força gravitacional, eletromagnética ou forças nucleares, as distâncias entre quaisquer dois objetos crescem ao longo do tempo.

4:15 PST — Um ponto importante: não todo galáxias se expandem uniformemente. Considere o que realmente vemos quando olhamos para o Universo, em galáxias reais.

Algumas galáxias estão agrupadas em pares, grupos ou aglomerados ainda maiores, e sua gravitação influencia umas às outras. Esse movimento extra no topo da expansão do Hubble é conhecido como velocidade peculiar , e pode ser tão grande quanto alguns milhares de km/s. É por isso que é tão importante medir a taxa de expansão para obter um grande número de galáxias a grandes distâncias.

4:18 PST — Vivemos em um lugar especial Tempo no Universo: tarde o suficiente para que as coisas não sejam muito quentes e densas, mas cedo o suficiente para que nosso Universo ainda esteja cheio de estrelas e galáxias. Observe que isso não é aquele especial: as coisas eram muito quentes e densas nos primeiros milhões de anos, quando não havia elementos pesados suficientes para ter uma química interessante, e as coisas só serão esparsas e vazias depois de centenas de bilhões de anos, ou dezenas de vezes o atual idade do Universo.

4:20 PST — Ele está ilustrando como uma nuvem de gás colapsa em uma galáxia. Aqui está uma ótima simulação que é realmente mais ilustrativo do que aquele que ele escolheu pelo mesmo grupo (da Universidade de Washington):

4:22 PST — Para aqueles que estão olhando para a escala de sua simulação em grande escala, as coisas são dadas em termos de kpc ou Mpc, que significam kiloparsecs ou Megaparsecs. Um parsec tem cerca de 3,26 anos-luz, e a Via Láctea tem cerca de 30 kpc de diâmetro, para escala.

4:25 PST — Se você rodar o relógio do Universo para trás, você ganha um plasma em vez de átomos neutros.

Eventualmente, voltando para temperaturas mais quentes, densidades maiores e tempos anteriores, você espera que seja tão quente que os átomos neutros não poderiam ter se formado. A matéria normalmente existe em três estados: sólido, líquido e gasoso, mas há um quarto estado que ocorre quando os elétrons se desvinculam de seus núcleos: plasma.

Quando o Universo finalmente esfriar de um estado quente e denso o suficiente para que os átomos neutros posso forma, você finalmente se torna transparente à radiação/luz, o que significa que você pode Vejo o brilho restante que emana daquela superfície-de-última-dispersão. que é o que é o Fundo de Microondas Cósmica — descoberto em 1965 por Penzias e Wilson —.

4:29 PST — Uma imagem interessante do Universo: quando olhamos para o espaço, também olhamos de volta no tempo , o que significa que temos um ponto de vista interessante onde estamos.

Temos galáxias aglomeradas perto de nós, mas no início não havia estrelas para iluminar os céus. Mesmo antes disso, há a região de transição entre plasma e gás, e podemos ver a radiação restante daquele momento como (hoje) o fundo cósmico de micro-ondas. Observe (como ele descreve) que todo observadores veriam esta imagem; não somos o centro, em vez disso, vemos o que todos os observadores veem.

4:31 PST — Ponto importante: ele diz que o Universo parece finito. Um ponto que ele perde e que acho muito importante é que parece finito para nós apenas porque tem estado por aí uma quantidade finita de tempo , e por isso só podemos ver uma quantidade finita dela. (Você sabe, essa coisa de espaço e tempo.)

4:33 PST — Ele mostra um vídeo legal de como funciona o satélite Planck. Aqui está o link permanente para ele:

4:36 PST — Ponto interessante aqui: ele mostra o flutuações no fundo de microondas cósmica como fotografado por WMAP:

Crédito da imagem: equipe científica da NASA / WMAP.

E então fala sobre como os pontos frios que são as superdensidades crescem, gravitacionalmente, em aglomerados que formam estrelas, e depois se aglomeram em galáxias em escalas maiores ao longo do tempo.

Mas quero ser claro: as flutuações que vemos no fundo do micro-ondas hoje está não as mesmas flutuações que causam a estrutura que vemos hoje! As flutuações são de apenas algumas dezenas a centenas de milhares de anos de profundidade, de modo que, se olharmos para o CMB novamente em 50.000 anos, ele pareceria totalmente diferente em termos de onde o calor e -pontos frios são.

A estrutura que vemos no Universo hoje é representativa de onde estavam as flutuações há bilhões de anos; o que vemos hoje não é de forma alguma responsável pela estrutura do nosso Universo observável.

4:39 PST — Ele nos diz que o CMB nos fala sobre a existência de matéria escura e energia escura, o que é verdade. Mas não é o só coisa nos dizendo sobre a existência dessas coisas. Mesmo sem o CMB, observações como:

o agrupamento de galáxias nas maiores escalas,
dados de supernovas distantes,
a abundância dos elementos leves,
e lentes gravitacionais e dados de raios-X de aglomerados ativos,

todo apontam para a existência de matéria escura e energia escura quando tomadas em conjunto. Se nunca tivéssemos observado as flutuações no CMB, ainda conheceríamos essas coisas (e suas abundâncias relativas) incrivelmente bem.

4:42 PST - Por exemplo:

Crédito da imagem: Suzuki et al., Ap.J. (2011).

4:43 PST — Em meio a isso, ele mencionou que há três coisas (mistérios) que praticamente todos os cosmólogos estão estudando. Aqui está o que são:

Para ser justo, essas três coisas foram a maior parte do que estudei e pesquisei, mas essa também é uma visão muito estreita da cosmologia. Estamos preocupados com todo de como o Universo veio a ser e veio a ser do jeito que é hoje. A matéria escura e a energia escura desempenham um papel importante, mas não são as únicas coisas importantes, ainda que eles representam cerca de 95%+ da densidade de energia do Universo.

4:47 PST — Algumas possibilidades interessantes em torno da energia escura. Pode não seja o que pensamos que é; afinal, é apenas um termo para descrever a expansão acelerada que vemos em galáxias distantes nos últimos tempos.

Ele também diz que o destino do Universo, dominado pela energia escura de ser um lugar frio e solitário, é um pouco deprimente. Mas não se preocupe; contanto que você esteja gravitacionalmente ligado a algo – como todo o nosso grupo local está – ele ficará conosco. Nós seremos um pequeno solitário, mas ainda teremos trilhões de estrelas e remanescentes estelares para nos fazer companhia.

4:52 PST — Ele está apresentando uma formulação interessante do problema do horizonte, que é como dizemos que regiões distantes do Universo devo estiveram em contato uns com os outros — trocando informações — em algum momento do passado.

Se vemos uma prevalência de pontos quentes em uma região do céu, sabemos que o resto do céu tem um excesso de pontos frios. Isso é observado como verdade (ilustrado por sua curva de sino à direita), e ainda há de jeito nenhum que esta informação poderia existir no Universo, a menos que algo aconteceu antes do Big Bang para causar esse contato. Esta é uma motivação interessante (bem após o fato) para a teoria da inflação.

Digo após o fato porque Guth teve a ideia da inflação em 1979:

Mas não medimos o espectro de flutuações no CMB com precisão razoável ou grau de precisão até o COBE na década de 1990.

4:55 PST — Ele continua falando de 1982 como o ano da inflação. Bem, é o ano em que a nova inflação surgiu, mas a ideia de inflação já existia antes disso. Nova inflação é apenas a primeira completamente, 100% viável modelo de inflação que veio junto. Alan Guth propôs e publicou a inflação antiga em 1980/1981, Andrei Linde e a equipe de Andy Albrecht e Paul Steinhardt (independentemente) propuseram uma nova inflação em 1982/3, e Linde apresentou outra solução - inflação caótica - em 1986. Desde então, muitas outras variantes foram encontradas, mas todas compartilham os mesmos recursos genéricos, com apenas pequenas diferenças encontradas em seus detalhes.

4:58 PST — Um momento de leveza: um mapa realista do Canadá!

5:00 PST — Por que mapear a idade das trevas? Porque há um muito mais volume de espaço e muito mais informações contidas nessa região do Universo do que apenas na superfície da última dispersão.

Portanto, podemos aprender muito – alguns dos quais podem ser inesperados e podem nos surpreender – sobre o Universo estudando-o. Mais dados = mais conhecimento para todos!

5:03 PST — Impressionantemente, apesar das dificuldades técnicas no início, ele terminou no prazo! Estamos agora na fase de perguntas e respostas.

5:04 PST — Quando ele diz, Uma transição de um universo de mecânica quântica para um universo de plasma, ele está nem implicando que nosso Universo agora não tem mecânica quântica (ele tem) nem que a cosmologia de plasma tem qualquer validade (não tem), mas ele quer dizer que o conteúdo de energia do Universo era dominado por energia inerente ao próprio espaço (durante a inflação) e, em seguida, fez a transição para um estado dominado por matéria, radiação, antimatéria, neutrinos e outras coisas , que é a transição ocorrida no momento do Hot Big Bang.

5:07 PST — Pergunta: assim como temos os WIMPs, há especulações sobre a natureza da energia escura?

A resposta que ele não vai dar: sim , e isso é todo temos, especulações. Temos uma equação de estado medida (fenomenológica) para a energia escura e restrições sobre possíveis desvios da explicação da constante cosmológica, mas nada convincente.

5:09 PST — Pergunta final: como o Universo vai acabar?

Ele dá a resposta da energia escura e fala sobre o escurecimento da CMB e assume o decaimento da matéria. Você pode ter mais alguns detalhes aqui .

5:11 PST — Porra ! Pergunta bônus: filosoficamente, quando podemos dizer que chegamos ao Universo? Na verdade, gosto da resposta dele: nunca podemos dizer, apenas temos que continuar explorando.

E esse é o fim do blog ao vivo e do webcast!

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