El Primer Segundo del Universo
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El Primer Segundo del Universo (y los siguiente 13.700.000.000 de años!)
Daniel G. FigueroaCERN, Theory Division
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Cosmología = ‘Tratado/Estudio‘ del ‘Cosmos/Orden’ (Wikipedia)
Cosmología = Estudio del Universo como un TODO
Método científico: Observar + Medir Deducir Leyes Leyes Predecir nuevos fenómenos
(Evolución, Contenido, "Nacimiento", "Muerte",…)
( OJO!: No podemos manipular el Universo, sólo observarlo! )
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El UNiVERSO
Un ‘espacio' CONTENEDOR …
… de MATERIA (átomos, galaxias, …
+ ‘objetos' más exóticos)
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El UNiVERSO
Un ‘espacio' CONTENEDOR …
… de MATERIA (átomos, galaxias, …
+ ‘objetos' más exóticos)
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El UNiVERSO
Un ‘espacio' CONTENEDOR …
… de MATERIA (átomos, galaxias, …
+ ‘objetos' más exóticos)
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UNiVERSO = Espacio Contenedor de Materia
'Geometría' 'Energía'???
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UNiVERSO = Espacio Contenedor de Materia
'Geometría' 'Energía'???
Geometría 'Espacio-Tiempo' dicta Movimiento de la Materia
Presencia de Materia (Energía) dicta Geometría del Espacio-Tiempo
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UNiVERSO = Espacio Contenedor de Materia
'Geometría' 'Energía'???
Geometría 'Espacio-Tiempo' dicta Movimiento de la Materia
Presencia de Materia dicta Geometría del Espacio-Tiempo
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UNiVERSO = Espacio Contenedor de Materia
'Geometría' 'Energía'???
Geometría 'Espacio-Tiempo' dicta Movimiento de la Materia
Presencia de Materia dicta Geometría del Espacio-Tiempo
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UNiVERSO = Espacio Contenedor de Materia
'Geometría' 'Energía'???
Geometría 'Espacio-Tiempo' dicta Movimiento de la Materia
Presencia de Materia dicta Geometría del Espacio-Tiempo
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Espacio-Tiempo Materia Teoría de la RELATIVIDAD GENERAL (Einstein,1916)
RELATIVIDAD GENERAL = TEORÍA de la GRAVEDAD
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Espacio-Tiempo Materia Teoría de la RELATIVIDAD GENERAL (Einstein,1916)
RELATIVIDAD GENERAL = TEORÍA de la GRAVEDAD
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Espacio-Tiempo Materia Teoría de la RELATIVIDAD GENERAL (Einstein,1916)
RELATIVIDAD GENERAL = TEORÍA de la GRAVEDAD
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UNiVERSO = Contiene TODA la MATERIA
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UNiVERSO = Contiene TODA la MATERIA
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UNiVERSO = Contiene TODA la MATERIA
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UNiVERSO = Contiene TODA la MATERIA
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¿ UNiVERSO a GRAN ESCALA ?
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¿ UNiVERSO a GRAN ESCALA ?
Principio Cosmológico: HOMOGÉNEO e ISÓTROPO
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¿ UNiVERSO a GRAN ESCALA ?
Principio Cosmológico: HOMOGÉNEO e ISÓTROPO
IGUAL EN TODAS PARTES !!!
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¿ UNiVERSO a GRAN ESCALA ?
Principio Cosmológico: HOMOGÉNEO e ISÓTROPO
IGUAL EN TODAS PARTES !!! IGUAL EN TODAS DIRECCIONES !!!
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
(Millenium Simulation)
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
RELATIVIDAD GENERAL
GEOMETRÍA ESPACIO-TIEMPOENERGÍA-MATERIA
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
RELATIVIDAD GENERAL
GEOMETRÍA ESPACIO-TIEMPOENERGÍA-MATERIA
HOMOGÉNEO & ISÓTROPO
Principio Cosmológico
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
RELATIVIDAD GENERAL
GEOMETRÍA ESPACIO-TIEMPOENERGÍA-MATERIA
HOMOGÉNEO & ISÓTROPO
1) Geometría: Plana/Cerrada/Abierta
2) Dinámica: Universo en EXPANSIÓN
Principio Cosmológico
RELATIVIDAD GENERAL
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
RELATIVIDAD GENERAL
GEOMETRÍA ESPACIO-TIEMPOENERGÍA-MATERIA
HOMOGÉNEO & ISÓTROPO
Principio Cosmológico
RELATIVIDAD GENERAL 1) Geometría: Plana/Cerrada/Abierta
2) Dinámica: Universo en EXPANSIÓN
Base de la Teoría
del BIG BANG !!!
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
Geometría: Cerrada/Negativa/Plana
Dinámica: Universo en EXPANSIÓNTEORÍA DEL BIG BANG: {
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
Geometría: Cerrada/Negativa/Plana
Dinámica: Universo en EXPANSIÓNTEORÍA DEL BIG BANG: {
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
Geometría: Cerrada/Negativa/Plana
Dinámica: Universo en EXPANSIÓNTEORÍA DEL BIG BANG: {
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UNiVERSO HOMOGÉNEO e iSÓTROPO
Geometría: Cerrada/Negativa/Plana
Dinámica: Universo en EXPANSIÓNTEORÍA DEL BIG BANG: {
BIG BANG ?
¿ t = 0 ?
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HISTORIA CÓSMICA DEL UNiVERSO
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HISTORIA CÓSMICA DEL UNiVERSO
HOY [Galaxias, Cúmulos, …] (13.700 Millones de Años)
FORMACIÓN ÁTOMOS (300.000-400.000 Años)
PRIMERAS GALAXIAS (500 Millones de Años)
FORMACIÓN NÚCLEOS ATÓMICOS (3 minutos !!!)
PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO!!!
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RESUMENUniverso
Homogéneo & Isótropo
Universo en Expansión (Geom: Plana,
Cerrada, Abierta)
Etapas Cósmicas: Formación Galaxias, Formación de
Átomos, Formación de Núcleos atómicos, Creación de todas las
partículas elementales
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Etapas Cósmicas: Formación Galaxias (500 Millones años)
GAS DE PARTÍCULAS(homogéneo & isótropo)
Atracción
Gravitatoria'GRUMOS‘
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Etapas Cósmicas: Formación Galaxias (500 Millones años)
GAS DE PARTÍCULAS(homogéneo & isótropo)
Atracción
Gravitatoria'GRUMOS‘
GALAXIAS !!!
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Etapas Cósmicas: Formación Galaxias (500 Millones años)
GAS DE PARTÍCULAS(homogéneo & isótropo)
Atracción
Gravitatoria'GRUMOS‘
GALAXIAS !!![no completamente !!]
⇢ = ⇢̄(1± �⇢)
�⇢ ⇠ O(10�5)
![Page 37: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/37.jpg)
Etapas Cósmicas: Formación Galaxias (500 Millones años)
GAS DE PARTÍCULAS(homogéneo & isótropo)
Atracción
Gravitatoria'GRUMOS‘
GALAXIAS !!![no completamente !!]
⇢ = ⇢̄(1± �⇢)
�⇢ ⇠ O(10�5) Atracción Gravitatoria(�⇢ � 1)
![Page 38: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/38.jpg)
MILLENNIUM Simulations
AREPO Simulations
ESTRUCTURA a GRAN ESCALA del UNIVERSO (Videos)
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HISTORIA CÓSMICA DEL UNiVERSO
HOY [Galaxias, Cúmulos, …] (13.700 Millones de Años)
FORMACIÓN ÁTOMOS (300.000-400.000 Años)
PRIMERAS GALAXIAS (500 Millones de Años)
FORMACIÓN NÚCLEOS ATÓMICOS (3 minutos !!!)
PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO!!!
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HISTORIA CÓSMICA DEL UNiVERSO
HOY [Galaxias, Cúmulos, …] (13.700 Millones de Años)
FORMACIÓN ÁTOMOS (300.000-400.000 Años)
PRIMERAS GALAXIAS (500 Millones de Años)
FORMACIÓN NÚCLEOS ATÓMICOS (3 minutos !!!)
PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO!!!
Tamaño MAYOR,Temperatura MENOR
Tamaño MENOR,Temperatura MAYOR
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Etapas Cósmicas: Formación átomos (300.000-400.000 años)
Protones, Electrones,
Fotones
Interaccionan electro-
magnéticamente
Pasado, más caliente
Después, más frío
El Universo se va enfriando…
… Fotones no tienen suficiente energía para romper átomos,
Entonces electrones se unen a núcleos atómicos: Átomos!!!
Átomos creados !!!
Luz (radiación electromagnética)
libre !!!
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Etapas Cósmicas: Formación átomos (300.000-400.000 años)
Cosmic Microwave Background
t� t0 ⇠ 3 · 105 yr stable atoms start to form.
Initial time: hot soup of baryons, electrons & photons
The Universe becomes transparent!
Photons red-shifted and dispersed by gravity wells!
gravity related to matter content
Formación átomos: Propagación libre de la luz !!(Recombinación)
![Page 43: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/43.jpg)
Etapas Cósmicas: Formación átomos (300.000-400.000 años)
¿ Dónde está esa luz? En Todas partes!
HOY [Galaxias, Cúmulos, …] (13.700 Millones de Años)
FORMACIÓN ÁTOMOS (300.000-400.000 Años)
PRIMERAS GALAXIAS (500 Millones de Años)
FORMACIÓN NÚCLEOS ATÓMICOS (3 minutos !!!)
PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO!!!
Emisión Radiación
de Fondo Cósmico !!
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¿ Dónde está esa luz? En Todas partes!
c�t
T�(1)
T�(2)
Fondo Cósmico de Microondas
Etapas Cósmicas: Formación átomos (300.000-400.000 años)
Cosmic Microwave Background (CMB)
![Page 45: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/45.jpg)
Etapas Cósmicas: Formación átomos (300.000-400.000 años)
¿ Dónde está esa luz? En Todas partes!
Fondo Cósmico de Microondas
(casi-)ISÓTROPO
Pero ….
Hay Pequeñas ‘Inhomogeneidades' !!! (variaciones de 1/100.000)
Prueba definitiva de
la teoría del Big Bang !
Satélite PLANCK
![Page 46: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/46.jpg)
Etapas Cósmicas: Formación átomos (300.000-400.000 años)
Propiedades del Fondo Cósmico de Microondas
Propiedades de las Anisotropías entonces …. Geometría del Universo !!!
El UNIVERSO TIENE GEOMETRÍA ‘PLANA' !!!
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HISTORIA CÓSMICA DEL UNiVERSO
HOY [Galaxias, Cúmulos, …] (13.700 Millones de Años)
FORMACIÓN ÁTOMOS (300.000-400.000 Años)
PRIMERAS GALAXIAS (500 Millones de Años)
FORMACIÓN NÚCLEOS ATÓMICOS (3 minutos !!!)
PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO!!!
Tamaño MAYOR,Temperatura MENOR
Tamaño MENOR,Temperatura MAYOR
(Y emisión del CMB !!!)
![Page 48: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/48.jpg)
Etapas Cósmicas: Formación núcleos atómicos (3 mins)
Protones, Neutrones
Interaccionan fuertemente
Pasado, más caliente Después, más frío
El Universo se va enfriando…
… protones y neutrones no tienen suficiente energía
Entonces se unen formando nucleos atómicos: Física Nuclear !
Núcleos Atómicos creados !!!
(1 segundo) (3 minutos)
![Page 49: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/49.jpg)
Etapas Cósmicas: Formación núcleos atómicos (3 mins)
FÍSICA NUCLEAR (medida en el laboratorio)
Permite predecir la cantidad de
H, 4He, D, 3He, 7Li, ...
Otra prueba definitiva
de la teoría del Big Bang !!
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HISTORIA CÓSMICA DEL UNiVERSO
HOY [Galaxias, Cúmulos, …] (13.700 Millones de Años)
FORMACIÓN ÁTOMOS (300.000-400.000 Años)
PRIMERAS GALAXIAS (500 Millones de Años)
FORMACIÓN NÚCLEOS ATÓMICOS (3 minutos !!!)
PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO!!!
Tamaño MAYOR,Temperatura MENOR
Tamaño MENOR,Temperatura MAYOR
(Y emisión del CMB !!!)
![Page 51: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/51.jpg)
Etapas Cósmicas: El Primer Segundo del Universo !!!
THE$EXPANDING$UNIVERSE$
??$Exponen6al$Expansion$$
of$the$Universe$
REHEATING$
($$$$$$$$$$$$$$$$$$)$INFLATION$
All$forces$unified$into$a$single$one$?$
($$$$$$$$$$$$$$$$$)$
CopyleL:$Daniel$G.$Figueroa,$June$2014$
GRAND$UNIFICATION$?$
($$$$$$$$$$$$$$$$$)$All$maVer$in$the$$
Universe$is$created$
EW$UNIFICATION$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$ElectroMagne6sm$&$weak$interac6ons$unify$
BARYOGENESIS$?$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$MaVer$remains,$$$An6^MaVer$disappears$
RECOMBINATION$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Protons$and$electrons$combine$to$form$Atoms$
NUCLEOSYNTHESIS$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Light$Nucleii$form,$aLer$
electron^positron$annihila6on$and$neutrino$decoupling$$
CMB$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$$Photons$(light)$decouple$
and$propagate$freely$$
QUARK$CONFINEMENT$
($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Quarks$bind$into$Hadrons$(protons$&$neutrons)$
+$REIONIZATION$
$DARK$AGES$
GALAXY$FORMATION$$$
GALAXY$$EVOLUTION$
+$CLUSTER$FORMATION!
DARK$ENERGY$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$)$$$The$expansion$of$the$Universe$accelerates$
10^43$–$10
^36 $sec$
>$10^36$sec$
10^35 $sec
$?$
10^10 $sec
$
1$sec$–$3$min$
>$10^35$sec$?
$
10^4$sec$
~$300.000$yr
$
>$400.000$yr
$
109$–$10
10$yr$
Today$!!!$
~$400.000$yr
$
109$$yr$
$>$$8$x$109$$yr$
10�n seg = 0.00....001 segNotación :
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Etapas Cósmicas: El Primer Segundo del Universo !!!
THE$EXPANDING$UNIVERSE$
??$Exponen6al$Expansion$$
of$the$Universe$
REHEATING$
($$$$$$$$$$$$$$$$$$)$INFLATION$
All$forces$unified$into$a$single$one$?$
($$$$$$$$$$$$$$$$$)$
CopyleL:$Daniel$G.$Figueroa,$June$2014$
GRAND$UNIFICATION$?$
($$$$$$$$$$$$$$$$$)$All$maVer$in$the$$
Universe$is$created$
EW$UNIFICATION$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$ElectroMagne6sm$&$weak$interac6ons$unify$
BARYOGENESIS$?$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$MaVer$remains,$$$An6^MaVer$disappears$
RECOMBINATION$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Protons$and$electrons$combine$to$form$Atoms$
NUCLEOSYNTHESIS$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Light$Nucleii$form,$aLer$
electron^positron$annihila6on$and$neutrino$decoupling$$
CMB$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$$Photons$(light)$decouple$
and$propagate$freely$$
QUARK$CONFINEMENT$
($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Quarks$bind$into$Hadrons$(protons$&$neutrons)$
+$REIONIZATION$
$DARK$AGES$
GALAXY$FORMATION$$$
GALAXY$$EVOLUTION$
+$CLUSTER$FORMATION!
DARK$ENERGY$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$)$$$The$expansion$of$the$Universe$accelerates$
10^43$–$10
^36 $sec$
>$10^36$sec$
10^35 $sec
$?$
10^10 $sec
$
1$sec$–$3$min$
>$10^35$sec$?
$
10^4$sec$
~$300.000$yr
$
>$400.000$yr
$
109$–$10
10$yr$
Today$!!!$
~$400.000$yr
$
109$$yr$
$>$$8$x$109$$yr$
Aceleradores de Partículas (LHC): Llegan hasta seg10�10
![Page 53: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/53.jpg)
Etapas Cósmicas: El Primer Segundo del Universo !!!
THE$EXPANDING$UNIVERSE$
??$Exponen6al$Expansion$$
of$the$Universe$
REHEATING$
($$$$$$$$$$$$$$$$$$)$INFLATION$
All$forces$unified$into$a$single$one$?$
($$$$$$$$$$$$$$$$$)$
CopyleL:$Daniel$G.$Figueroa,$June$2014$
GRAND$UNIFICATION$?$
($$$$$$$$$$$$$$$$$)$All$maVer$in$the$$
Universe$is$created$
EW$UNIFICATION$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$ElectroMagne6sm$&$weak$interac6ons$unify$
BARYOGENESIS$?$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$MaVer$remains,$$$An6^MaVer$disappears$
RECOMBINATION$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Protons$and$electrons$combine$to$form$Atoms$
NUCLEOSYNTHESIS$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Light$Nucleii$form,$aLer$
electron^positron$annihila6on$and$neutrino$decoupling$$
CMB$($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$$Photons$(light)$decouple$
and$propagate$freely$$
QUARK$CONFINEMENT$
($$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$)$Quarks$bind$into$Hadrons$(protons$&$neutrons)$
+$REIONIZATION$
$DARK$AGES$
GALAXY$FORMATION$$$
GALAXY$$EVOLUTION$
+$CLUSTER$FORMATION!
DARK$ENERGY$
$($$$$$$$$$$$$$$$$$$)$$$The$expansion$of$the$Universe$accelerates$
10^43$–$10
^36 $sec$
>$10^36$sec$
10^35 $sec
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10^10 $sec
$
1$sec$–$3$min$
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~$300.000$yr
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Today$!!!$
~$400.000$yr
$
109$$yr$
$>$$8$x$109$$yr$
Aceleradores de Partículas (LHC @ CERN): Llegan hasta 10�10
* Física de Partículas (Laboratorio): Extrapolamos al Universo Primitivo
* Al principio del Universo hubo (posiblemente) un período de INFLACIÓN: EXPANSIÓN ACELERADA
[después se creó toda la materia!!!]
* ¿ Pueden pensar en otra radiación emitida en el primer segundo ? ONDAS GRAVITACIONALES (luz gravitatoria)
* El Primer segundo del Universo determina su evolución posterior!
s
![Page 54: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/54.jpg)
RESUMEN
El Universo se ha expandido durante 13.700 millones de años ! (Sabemos eso porque hemos ¨medido¨ la materia del Universo)
Varias Etapas han sido cruciales en la evolución del Universo
El primer segundo es crucial para entender la posterior evolución
Pero todavía NO ENTENDEMOS ese Primer Segundo !!
![Page 55: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/55.jpg)
¿ QUÉ NO HE CONTADO ?
MUCHAS COSAS !!!
![Page 56: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/56.jpg)
¿ QUÉ NO HE CONTADO ?
MATERIA OSCURA !
ENERGÍA OSCURA !(Expansión Acelerada)
![Page 57: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/57.jpg)
¿ QUÉ NO HE CONTADO ?
Proporción de componentes en el Universo
![Page 58: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/58.jpg)
¿ QUÉ NO HE CONTADO ?
INFLACIÓN CÓSMICA !!!
1 cm
10 cm28
Necesaria para la Consistencia de la teoría del Big Bang !!!
![Page 59: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/59.jpg)
Misterios por resolver
¿Qué compone la materia oscura?
¿Qué es la energía oscura?
¿Tiene sentido hablar del 'antes' del Big Bang?
¿Es infinito el Universo?
...
¿Cómo desapareció la anti-materia?
¿Cómo nació el Universo?
¿Ocurrió realmente la Inflación?
![Page 60: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/60.jpg)
Para saber más (libros)
• Los tres primeros minutos (S. Weinberg)
• Agujeros negros y tiempo curvo (K. Thorne)
• El encanto de la Fisica (S. L. Glashow)
• El Universo Elegante (B. Green)
• El Universo Inflacionario (A. Guth)
Teoría del Big Bang
Gravedad
Física de Partículas
Teoría de Cuerdas
Paradigma Inflacionario
![Page 61: El Primer Segundo del Universo](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062504/586695371a28abf2408b844a/html5/thumbnails/61.jpg)
¿ Qué NO es la Cosmología?Astrología o Religión:
Psicología, Biología, Química, Astrofísica...:
No son ciencias. Se basan en premisas no verificables, e incluso falsas.
Son ciencias. Sin embargo su objectivo es otro:
El ser humanoSistemas vivos
Propiedades de la materia
Astros individuales
La ciencia se organiza en ramas. La cosmología es un tronco central.