Je kosmologie mytologiiacute aneb

teorie a hypoteacutezy o vzniku vesmiacuteru z pohledu experimentaacutelniacuteho

fyzika ldquoNe otaacutezkou neniacute zda jeden či druhyacute naacutepad nebo co je na daneacutem naacutepadu přitažliveacuteho Otaacutezkou je dostat co nejviacutece různyacutech naacutepadů a doveacutest je tam kde rozhodne experimentrdquo

R Feynman

1 Uacutevod

2 Člověk poznaacutevaacute vesmiacuter

21 Kosmologickeacute hypoteacutezy modely a teorie 22 Rozdiacutel a jednota v popisu mikro makro i mega světa 23 Pozorovaacuteniacute v kosmologii 24 Teorie popisujiacuteciacute hmotu

3 Velkyacute třesk

31 Rozpiacutenaacuteniacute vesmiacuteru 32 Reliktniacute zaacuteřeniacute

33 Prvotniacute tvorba prvků 34 Evoluce galaxiiacute 35 Průběh Velkeacuteho třesku

4 Inflačniacute model

41 Proč inflačniacute model 42 Vlastnosti inflačniacuteho modelu 43 Neinflačniacute možnosti 44 Jakaacute experimentaacutelniacute data rozhodnou

5 Zaacutevěr ndash otevřenyacute aneb co bylo před Velkyacutem třeskem a jineacute

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

MegasvětNutnost použiacutet obecnou teorii relativityVlastnosti prostoročasu jsou daacuteny rozloženiacutem hmoty a energie

1) Každeacute těleso zakřivuje prostor a čas kolem sebe (prostor i čas)2) Tělesa se pohybujiacute po geodetikaacutech (nejrovnějšiacutech možnyacutech drahaacutech) v zakřiveneacutem časoprostoru

Rozdiacutel mezi Newtonovou teorii gravitace a Einsteinovou obecnou teoriiacute relativity velmi intenzivniacute gravitačniacute pole

Vesmiacuter - objekty s velmi vysokou hmotnostiacute někdy i velmi kompaktniacute velmi intenzivniacute gravitačniacute pole silneacute zakřiveniacute prostoročasu

Vysokeacute rychlosti velkeacute přeměny energie - nutnost použitiacute speciaacutelniacute teorie relativity

Extreacutemniacute energie extreacutemniacute hodnoty dalšiacutech fyzikaacutelniacutech veličin - nutnost použitiacute kvantoveacute fyziky (Kvantovaacute teorie gravitace dosud neexistuje)

Propojeniacute fyziky popisujiacuteciacute mikrosvět a megasvěta

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

MegasvětNutnost použiacutet obecnou teorii relativityVlastnosti prostoročasu jsou daacuteny rozloženiacutem hmoty a energie

1) Každeacute těleso zakřivuje prostor a čas kolem sebe (prostor i čas)2) Tělesa se pohybujiacute po geodetikaacutech (nejrovnějšiacutech možnyacutech drahaacutech) v zakřiveneacutem časoprostoru

Rozdiacutel mezi Newtonovou teorii gravitace a Einsteinovou obecnou teoriiacute relativity velmi intenzivniacute gravitačniacute pole

Vesmiacuter - objekty s velmi vysokou hmotnostiacute někdy i velmi kompaktniacute velmi intenzivniacute gravitačniacute pole silneacute zakřiveniacute prostoročasu

Vysokeacute rychlosti velkeacute přeměny energie - nutnost použitiacute speciaacutelniacute teorie relativity

Extreacutemniacute energie extreacutemniacute hodnoty dalšiacutech fyzikaacutelniacutech veličin - nutnost použitiacute kvantoveacute fyziky (Kvantovaacute teorie gravitace dosud neexistuje)

Propojeniacute fyziky popisujiacuteciacute mikrosvět a megasvěta

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

MegasvětNutnost použiacutet obecnou teorii relativityVlastnosti prostoročasu jsou daacuteny rozloženiacutem hmoty a energie

1) Každeacute těleso zakřivuje prostor a čas kolem sebe (prostor i čas)2) Tělesa se pohybujiacute po geodetikaacutech (nejrovnějšiacutech možnyacutech drahaacutech) v zakřiveneacutem časoprostoru

Rozdiacutel mezi Newtonovou teorii gravitace a Einsteinovou obecnou teoriiacute relativity velmi intenzivniacute gravitačniacute pole

Vesmiacuter - objekty s velmi vysokou hmotnostiacute někdy i velmi kompaktniacute velmi intenzivniacute gravitačniacute pole silneacute zakřiveniacute prostoročasu

Vysokeacute rychlosti velkeacute přeměny energie - nutnost použitiacute speciaacutelniacute teorie relativity

Extreacutemniacute energie extreacutemniacute hodnoty dalšiacutech fyzikaacutelniacutech veličin - nutnost použitiacute kvantoveacute fyziky (Kvantovaacute teorie gravitace dosud neexistuje)

Propojeniacute fyziky popisujiacuteciacute mikrosvět a megasvěta

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

MegasvětNutnost použiacutet obecnou teorii relativityVlastnosti prostoročasu jsou daacuteny rozloženiacutem hmoty a energie

1) Každeacute těleso zakřivuje prostor a čas kolem sebe (prostor i čas)2) Tělesa se pohybujiacute po geodetikaacutech (nejrovnějšiacutech možnyacutech drahaacutech) v zakřiveneacutem časoprostoru

Rozdiacutel mezi Newtonovou teorii gravitace a Einsteinovou obecnou teoriiacute relativity velmi intenzivniacute gravitačniacute pole

Vesmiacuter - objekty s velmi vysokou hmotnostiacute někdy i velmi kompaktniacute velmi intenzivniacute gravitačniacute pole silneacute zakřiveniacute prostoročasu

Vysokeacute rychlosti velkeacute přeměny energie - nutnost použitiacute speciaacutelniacute teorie relativity

Extreacutemniacute energie extreacutemniacute hodnoty dalšiacutech fyzikaacutelniacutech veličin - nutnost použitiacute kvantoveacute fyziky (Kvantovaacute teorie gravitace dosud neexistuje)

Propojeniacute fyziky popisujiacuteciacute mikrosvět a megasvěta

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

MegasvětNutnost použiacutet obecnou teorii relativityVlastnosti prostoročasu jsou daacuteny rozloženiacutem hmoty a energie

1) Každeacute těleso zakřivuje prostor a čas kolem sebe (prostor i čas)2) Tělesa se pohybujiacute po geodetikaacutech (nejrovnějšiacutech možnyacutech drahaacutech) v zakřiveneacutem časoprostoru

Rozdiacutel mezi Newtonovou teorii gravitace a Einsteinovou obecnou teoriiacute relativity velmi intenzivniacute gravitačniacute pole

Vesmiacuter - objekty s velmi vysokou hmotnostiacute někdy i velmi kompaktniacute velmi intenzivniacute gravitačniacute pole silneacute zakřiveniacute prostoročasu

Vysokeacute rychlosti velkeacute přeměny energie - nutnost použitiacute speciaacutelniacute teorie relativity

Extreacutemniacute energie extreacutemniacute hodnoty dalšiacutech fyzikaacutelniacutech veličin - nutnost použitiacute kvantoveacute fyziky (Kvantovaacute teorie gravitace dosud neexistuje)

Propojeniacute fyziky popisujiacuteciacute mikrosvět a megasvěta

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Standardniacute model

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

Tři druhy interakciacute 1) Silnaacute - kvantovaacute chromodynamika nejsilnějšiacute2) Elektromagnetickaacute - kvantovaacute elektrodynamika slabšiacute3) Slabaacute - elektroslabaacute teorie ještě slabšiacute

+ antičaacutestice

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Od velkeacuteho sjednoceniacute k supersymetrii

Varovaacuteniacute vše o struktuře hmoty daacutele zatiacutem jen hypoteacutezy

1) Symetrie mezi rodinami kvarků a leptonu sjednoceniacute kvarků a leptonů do jedneacute rodiny

2) Vyrovnaacuteniacute siacutely elektroslabeacute a a silneacute interakce při 1015 GeV sjednoceniacute těchto interakciacute

Velkeacute sjednoceniacute

Důsledky a předpovědi 1) Existence bdquoleptokvarkůldquo X a Y - přeměňujiacute kvarky na leptony MXY ~ 1015 GeVc2 QX = -43e a QY = -13e

2) Rozpad protonu - experiment τp gt 51032 let

3) Baryonovaacute asymetrie vesmiacuteru - převaha hmoty nad antihmotou

Rozpad protonu hledal i detektor KamiokandePřiacuteklad rozpadu protonu

udYde

uuXde

p = uud e+ +

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Struny -2

Všech šest znaacutemyacutech superstrunovyacutech teoriiacute jsou limitniacutemi přiacutepady jedneacute mateřskeacute teorie M-teorie

Brian Green

Momentaacutelniacute zaacutevěr hledaacuteniacute vhodneacute varianty strunoveacute teorie

Strunovaacute teorie musiacute

1) Jako limitniacute přiacutepad obsahovat standardniacute model a obecnou teorii relativity stejně dobře popsat znaacutemaacute data2) Musiacute vysvětlit pozorovaacuteniacute kteraacute předchoziacute teorie vysvětlit nedokaacuteže3) Předpovědět noveacute jevy a nabiacutednout je k experimentaacutelniacutemu testovaacuteniacute

Obrovskyacutem probleacutemem je přiacuteslušnyacute matematickyacute aparaacutet a kvantitativniacute testovatelneacute předpovědi

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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 rozpiacute- naacuteniacute z pozorovaacuteniacute supernov podiacutel temneacute energie - velikost kosmologickeacute konstanty

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Polarizace reliktniacuteho zaacuteřeniacute

1) Citlivaacute ke gravitačniacutem vlnaacutem (odlišeniacute fluktuaciacute da- nyacutech 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

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Temnaacute hmota

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

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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 modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Vlastnosti inflačniacuteho modelu

Hypoteacuteza 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

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Novaacute sonda Planck připravovanaacute pro studium reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Zaacutekladniacute kosmologickeacute parametry - WMAP 11 2 2003 Hubbleova konstanta (714) km s-1 Mpc-1

staacuteřiacute vesmiacuteru (13702) miliard let

doba odděleniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute od hmoty (379 0008 000) let

vznik prvniacutech hvězd 200 000 000 let

křivost vesmiacuteru plochyacute (102002)

kosmologickaacute konstanta (073004)

Složeniacute vesmiacuteru - WMAP 11 2 2003 vakuovaacute energie (skrytaacute temnaacute energie) (734)

skrytaacute hmota (nebaryonovaacute temnaacute hmota) (232)

baryonovaacute hmota (atomaacuterniacute sviacutetiacuteciacute hmota) (4002)

3) Vlastnosti vesmiacuteru určeneacute z pozorovaacuteniacute reliktniacuteho zaacuteřeniacute

Jsou ve velmi dobreacute shodě s dalšiacutemi pozorovaacuteniacutemi (věku hvězd datovaacuteniacute pomociacute radioizotopů studium světla prvotniacutech hvězd průběhu rozpiacutenaacuteniacute množstviacute primordiaacutelniacutech prvků poměr fotonů ku hmotě hellip)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

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

Studium velmi horkyacutech a hustyacutech stavů hmoty pomociacute sraacutežek jader urychlenyacutech na velmi vysokeacute energie

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)

Zkoumaacuteniacute reliktniacuteho mikrovlneacuteho zaacuteřeniacute sondou WMAPZdroje NASA

1) Vzhled sondy

2) Ještě jeden průlet

3) Průlety kolem Země a

4) Využitiacute Měsiacutece pro dopravu do libračniacuteho bodu

5) Umiacutestěniacute v libračniacutem bodě

6) Očištěniacute od zaacuteřeniacute diskreacutetniacutech zdrojů a našiacute Galaxie

7) Kam až WMAP dohleacutedne

8) Až k prvotniacutem fluktuaciacutem hustoty ndash podstatě vzniku galaxiiacute hvězd

9) Vyacutesledek pozorovaacuteniacute ndash mapa reliktniacuteho zaacuteřeniacute

10) a studium fluktuaciacute

(Upozorněniacute nespouštiacute se jestliže prohliacutežiacuteme přes internetovyacute prohliacutežeč pouze přiacutemo v PowerPointu)