Het Uitdijend Heelal

Prof.dr. Paul GrootAfdeling Sterrenkunde, IMAPPRadboud Universiteit Nijmegen

Het Uitdijend Heelal

1. Tijd2. De lichtsnelheid3. Afstand en Leegte4. Het Versneld Uitdijend Heelal

Eindigt het Heelal in de diepvries?

I:Tijd

Tijd wordt afgemeten aan veranderingen

Menselijke Tijd

Zonnetijd

Jaarlijkse beweging Dagelijkse beweging

Zonnetijd Mechanische tijd

Christiaan HuygensSlingeruurwerk1656

John HarrisonH41759

Een slechte klok

De seconde

• Al bij de Babyloniers een bekende eenheid • maar pas in de Middeleeuwen door astronomen gedefinieerd:

1 seconde = 1/60 van 1/60 van het uur = 1/3600 uur

Met entree van het slingeruurwerk:

1 seconde is slingertijd van klok met slingerlengte van 0.994m

De Moderne Seconde

Na de uitvinding van de atoomklok:

1 seconde is de duur van 9 192 631 770 golf perioden van de hyperfijn overgang in het Cesium-133 atoom

II: De lichtsnelheid

c = 299 792 458 meter per seconde

Historisch: Øle Roemer

Io en Jupiter

II: De lichtsnelheidc = c Maxwell, Lorentz, Einstein:

De lichtsnelheid is altijd constant, ongeacht de snelheid van het uitzendende voorwerp.

RelativiteitstheorieMaxwell, Lorentz, Einstein:

Combineer c=c met 'elke waarnemer moet hetzelfde zien': speciale relativiteitstheorie.

o.a.

Bewegende klokken lopentrager!

De duur van een secondehangt af van de waarnemer

Tijdskegels

x

c*t

Beweging van licht xc = c*t

Informatie kan maximaal met de lichtsnelheid reizen: vinf ≤ c

v*t ≤ c*t ; xv = v*t ≤ c*t = xc → xv ≤ xc

Niettoegestaan

Niettoegestaan

xv = v*twereldlijnlichtkegel

Causaliteit

x

c*tA

B

Pas hier weet B wat er bij A is gebeurd

Pas hier weet A wat er bij B is gebeurd

Pas hier weet A' wat er bij B is gebeurd

A'

Snelle klokken lopen traag, en hoe sneller hoe trager!

3. Afstand en LeegteAfstanden uitgedrukt in lichteenheden: x = c* t

bv: 1 lichtseconde = c * 1 seconde ≃ 300 000 km

Aarde Maan1,2 lichtseconde

1 lichtminuut = c * 60 seconden ≃ 18 miljoen km

Zon

Aarde

= 8.3 lichtminuten

3. Afstand en LeegteAfstanden uitgedrukt in lichteenheden: x = c* tbv: 1 lichtjaar = c * π * 107 seconden ≃ 9.4 1012 km

Afstand Zon- Proxima Centauri:

4.22 lichtjaar.

Ver weg = Lang geleden

Andromeda nevel: 2 miljoen lichtjaar, i.e. licht is 2 miljoen jaar 'oud'

Heel ver weg = Heel lang geleden

Het Hubble UltraDeep Field: sterrenstelsels op 12 miljard lichtjaar

Het Uitdijend Heelal

Edwin Hubble (1889-1953)

100 inch Hooker Telescope

Island Universes

De Wet van Hubble

V = H0 * D

H0 = 72 km/s/Mpc

Een uitdijend heelal

De hete Oerknal

Als het Heelal nu groot en koud is, en uitdijt: vroeger kleiner en heter

Tijd

Grootte, Temperatuur Nu

Straling en materie ontkoppelen

De achtergrond straling

De achtergrond stralingPenzias & Wilson, 1964

Dicke

De achtergrond straling

Verschil tussen heet (rood) en koud (blauw) < 10-4 K

De toekomst van het Heelal

Heelal is vlak: precies genoeg massa-energie om uitdijing in het oneindige te stoppen

De toekomst van het Heelal

Maar het heelal dijt op dit moment wel versneld uit

Waar bestaat het Heelal uit?

Wij, en alles datwe kennen

96% van het Heelal bestaat uit onbekende materie-energie

Conclusies

• Er is genoeg te doen: we missen 96% van het Heelal

• Gewone materie is slechts klein deel van alles

• Het heelal dijt op dit moment versneld uit, maar lijkt wel vlak te zijn.

• Het heelal eindigt uiteindelijk als zeer leeg en heel koud: de diepvries

Gelukkig is de Aarde en de mensheid allang daarvoor verschroeid door een opzwellende Zon.