L’Origen de L’Origen de l’Universl’Univers

… en pocs minuts… en pocs minuts

Prof Dr Emili ElizaldeProf Dr Emili Elizalde

Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICE/CSIC)Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICE/CSIC)Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC)

Campus Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)Campus Universitat Autònoma de Barcelona (UAB)

Conferència Agrupació Astronòmica de Sabadell,Conferència Agrupació Astronòmica de Sabadell, 1/2/20121/2/2012

De que anirà això …De que anirà això …

•Observacions astronòmiques Observacions astronòmiques – No n’hi ha prouNo n’hi ha prou

•Teories científiquesTeories científiques– No n’hi ha prouNo n’hi ha prou

Observacions + Teoria Observacions + Teoria Comprensió de Comprensió de

l’Universl’Univers

Hacia la comprensión del Hacia la comprensión del UniversoUniverso• Número:Número: Lebombo b Lebombo b 29;37m, 29;37m, WolfWolf 11x5+2;30m, 11x5+2;30m, Ishango Ishango

22m22m

• Presocráticos:Presocráticos: sustancia, número, potencia, infinito, sustancia, número, potencia, infinito, movimiento, ser, átomo, espacio, tiempo movimiento, ser, átomo, espacio, tiempo Mathesis Mathesis

• Platón:Platón: Ta mathemata Ta mathemata (pilares del conocimiento) (pilares del conocimiento) ”Ma”Maββ, , Zahl und Gewicht” Zahl und Gewicht” M Folkerts, E Knobloch, K ReichM Folkerts, E Knobloch, K Reich

• Escuela Pitagórica:Escuela Pitagórica: ”todas las cosas son números””todas las cosas son números”

• Galileo Galilei:Galileo Galilei: ”el libro de la naturaleza está escrito ”el libro de la naturaleza está escrito en lenguaje matemático” en lenguaje matemático”

• Emmanuel Kant:Emmanuel Kant: ”el problema es hacer inteligible ”el problema es hacer inteligible la propia idea de un Universo inteligible” la propia idea de un Universo inteligible”

• Albert Einstein:Albert Einstein: ”el misterio eterno del Universo es ”el misterio eterno del Universo es su comprensibilidad; el hecho de que el Universo su comprensibilidad; el hecho de que el Universo sea comprensible es un milagro” sea comprensible es un milagro”

• Eugene Wigner:Eugene Wigner: ”la irrazonable efectividad de la ”la irrazonable efectividad de la matemática en todas las ciencias de la naturaleza”matemática en todas las ciencias de la naturaleza”

EratóstenesEratóstenes ( (Ἐρατοσθένης) Ἐρατοσθένης) Cirene, 276 aC - Alexandria, 194 aCCirene, 276 aC - Alexandria, 194 aC

360º/7,2º= 50 x800 Km = 40.000 Km

El Proyecto EratóstenesEl Proyecto Eratóstenes

Galileo Galilei

(Pisa, 15 febraio 1564- Firenze, 8 genaio 1642)

Astrónomo, filósofo, matemático i físico: Il libro della natura è scritto in lingua matematica o oscuro labirinto? ... Il Saggiatore

*Albert Einstein: “Galileo es el padre de la ciencia moderna”

*Stephen Hawking: “Galileo es pro-bablemente, más que ningún otro, el máximo responsable del nacimiento de la ciencia moderna”

LEYES:1. Primera ley del movimiento (de la inercia)2. Ley de isocronía de los péndulos3. Ley del movimiento uniformemente acelerado

2mcE

kmrtot

TcGgRgR

42

1 8

2r

MmGF

• But... But... the Universe was static !! (…and very small)the Universe was static !! (…and very small)

• What is What is λλ ? ? Non-physicalNon-physical

• At that time: At that time: UNIVERSE = MILKY WAY (+ nebulae)UNIVERSE = MILKY WAY (+ nebulae)

• PtolemyPtolemy 150 DC, 150 DC, Almagest:Almagest: mentions mentions 55 nebulae nebulae

• Persian, Arabic, Chinese Persian, Arabic, Chinese astronomers: astronomers: moremore nebulae nebulae

• Edmund Halley Edmund Halley 66 in 1715, in 1715, Charles Messier Charles Messier 103103 in in 17811781

WilliamWilliam and and Caroline Herschel Caroline Herschel 3 catalogs, 1786-3 catalogs, 1786-1802, a total of 1802, a total of 2510 2510 nebulaenebulae

• And then, And then, Edwin Hubble, Edwin Hubble, in 1922-1924, saw in 1922-1924, saw Andromeda nebulae (.8 Mly) was Andromeda nebulae (.8 Mly) was far beyond our far beyond our Milky Way: Milky Way: nebulae were nebulae were other galaxies!other galaxies!

• Henrietta S Leavitt Henrietta S Leavitt (Ed Pickering’s Harvard Harem), (Ed Pickering’s Harvard Harem), period-luminosity relationshipperiod-luminosity relationship of Cepheid variable of Cepheid variable stars stars Hertzsprung-RussellHertzsprung-Russell Diagramm Diagramm

Henrietta Leavitt

Ed Pickering’s Harvard Harem

… or Harvard Computers

1913

• Karl Schwarzschild: Karl Schwarzschild: Black Hole solution (22 Dec 1915)Black Hole solution (22 Dec 1915)

• Willem de Sitter: Willem de Sitter: massless univer static sol (just cc,’17)massless univer static sol (just cc,’17)

• Alexander Friedmann: Alexander Friedmann: expanding universe sol (1922)expanding universe sol (1922)

• Georges Lemaître: Georges Lemaître: expanding universe (MIT 1925, AF expanding universe (MIT 1925, AF solution); visited solution); visited Vesto Slipher Vesto Slipher (Lowell Obs, Arizona, (Lowell Obs, Arizona, 1912 redshifts) and 1912 redshifts) and Edwin Edwin Hubble Hubble (Mount Wilson, (Mount Wilson, Pasadena); Pasadena); Keeler-Slipher-Campbell,Keeler-Slipher-Campbell, 1918 1918

• Led to Led to Big Bang theory Big Bang theory (Fred Hoyle,(Fred Hoyle, BBC radio 3 BBC radio 3rdrd Programme, 18:30 GMT, 28 March 1949)Programme, 18:30 GMT, 28 March 1949)

• Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi:Fred Hoyle, Thomas Gold, Hermann Bondi: SteadyState SteadyState ’48, “C-field” with a negative pressure, to be ’48, “C-field” with a negative pressure, to be consistent with energy conservation consistent with energy conservation (anticipated (anticipated inflation)inflation)

• Friedmann-Lemaître-Robertson-WalkerFriedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW 1931- (FLRW 1931-37)37)

• Dark matter: Dark matter: Fritz Zwicky Fritz Zwicky (1934) evidence of (1934) evidence of ‘missing ‘missing mass’mass’ in the orbital velocities of galaxies in clusters in the orbital velocities of galaxies in clusters

• Now lots of evidence: galactic rotation Now lots of evidence: galactic rotation curves (curves (Vera Vera Rubin, Kent FordRubin, Kent Ford, 1975), gravitational lensing, etc, 1975), gravitational lensing, etc

• Arno Penzias, Robert Wilson Arno Penzias, Robert Wilson (1964 Bell Labs, New (1964 Bell Labs, New Jersey); at Princeton (< 40 miles away) Jersey); at Princeton (< 40 miles away) Dicke, Dicke, Peebles, WilkinsonPeebles, Wilkinson writing paper on how CMB writing paper on how CMB should be Burke (MIT) told Penzias of Peebles’ should be Burke (MIT) told Penzias of Peebles’ work: work: and the Big Bang was there !and the Big Bang was there !

• Alan Guth Alan Guth (1980), (1980), Andrei LindeAndrei Linde: inflation. Also: : inflation. Also: Alexei Starobinsky, Andreas Albrecht, Paul Alexei Starobinsky, Andreas Albrecht, Paul SteinhardtSteinhardt. And . And Zel’dovich, Coleman Zel’dovich, Coleman (decay of false (decay of false vacuum), …vacuum), …

• Quantum fluctuations + inflation −> Quantum fluctuations + inflation −> multiversemultiverse

• Hawking+TurokHawking+Turok instantoninstanton ’98, NoBoundary (HH) vs ’98, NoBoundary (HH) vs chaotic inflationchaotic inflation

• A Riess B SchmidtA Riess B Schmidt ’98, ’98, SS PerlmutterPerlmutter ’99: ’99: acceler acceler expan! expan! Dark Energy Dark Energy

Física de la creació de Física de la creació de ’Univers ’Univers • Grans Revolucions Científiques: Grans Revolucions Científiques:

** MQ, RG, principi incompletitut Gödel MQ, RG, principi incompletitut Gödel

** Física Clàssica vs Física Quàntica Física Clàssica vs Física Quàntica

* * RG: RG: massamassa pessantpessant (gravetat) = (gravetat) = massamassa inertinert

* * Cordes/Branes/Teoria M Cordes/Branes/Teoria M TOETOE

• La inflació:La inflació:

Inici univers inflació: 10Inici univers inflació: 10-24 -24 cm (10cm (10^-11 ^-11 dim protó)dim protó)

Expansió en 26 ord mag (10Expansió en 26 ord mag (107878 volum) volum) pèsol pèsol

Expansió durà uns 10Expansió durà uns 10-34 -34 s s pèsol → Via Làctiapèsol → Via Làctia

• Inflació és paradigme, no teoria: Inflació és paradigme, no teoria: molts modelsmolts models

• 1973 Ed Tryon 1973 Ed Tryon “is the U a vacuum fluctuation?” “is the U a vacuum fluctuation?”

Com s’ha pogut originar Com s’ha pogut originar l’Univers ?l’Univers ?• Miracle de la fisica n.1: Miracle de la fisica n.1: la gravetat pot ser la gravetat pot ser

repulsiva repulsiva energia pot camp escalar → energia pot camp escalar →

pressio negativa → grav repulsivapressio negativa → grav repulsiva

• Miracle de la fisica n.2:Miracle de la fisica n.2: el camp gravitatori té el camp gravitatori té energia energia negativanegativa

** Energia de la matèria positiva: Energia de la matèria positiva: Energia total 0Energia total 0

• ” ” A free lunch!”A free lunch!”

• Instantó de Hawking-Turok: Instantó de Hawking-Turok: ”una espècie ”una espècie d'espurna que dispara la inflació en una sopa d'espurna que dispara la inflació en una sopa primigènia de gravetat, espai, temps i matèria”primigènia de gravetat, espai, temps i matèria”

• Reproducció dels universos: Reproducció dels universos: Multiversos …Multiversos …

Two groups looked for the ‘deceleration’ of the universe expansion, using type Ia

supernovae as standardizable candles

SN 1994d

Result: supernovae are

dimmer than expected

The universe is not decelerating

It is accelerating

Cannot be explained by

matter+radiation (see before)Riess, Schmidt et al.

‘98 Perlmutter et al. ’99 (P R Lapuente)

F(R) Modified Gravity RfRgxd

GSg

4

16

1

Cosmic Expansion Cosmic Structure Solar-System Test

Cosmological Tests Local Tests

as demanded by obs cosmology, needs to pass

Goals

as a theory of modified gravity, needs to pass

Explain cosmic acceleration

Model (parametrize) deviations from GR

Je-An Gu 顧哲安arXiv:1009.3488

Moltes gràciesMoltes gràcies

Muchas graciasMuchas gracias

Thank YouThank You

J SotoE Gaztañaga P Fosalba

Algunos Doctorandos y PostDocs:Joan Soto (CU,UB): Quarks PesadosEnrique Gaztañaga (PI,CSIC): Cosmología Observacional (Sloan,DES)Sergi Gómez (TU,URV): Ingeniería Informática (NN)Pablo Fosalba (IT,CSIC): Cosmología Observacional (PLANCK)August Romeo (UB): Neurociencia Cognigtiva, Efecto Casimir Sergio Leseduarte (Jena, Munich): Dinámica del mov corporal, µcircuitosSergi R Hildebrandt (SLAC): Cosmología Teórica (PLANCK)Klaus Kirsten (Prof, Math D, Baylor Texas): Funciones ZetaSergei D Odintsov (ICREA, ICE): Gravedad Cuántica, Forbes 5º Rusia

K Kirsten

S D Odintsov

S Gómez