Oppsummering: Kosmologi (AST3220)

3stjerner

Kort fortalt: Spennende – men uoversiktlig –
om universets begynnelse og utvikling.


Hva det handler om

Kosmologi handler om å studere og lage teorier om universet som helhet: Fra hvordan universet ble til og hvordan det har utviklet seg siden. Kosmologi er altså studiet av universet som helhet. Dvs. man bryr seg ikke om planeter og annet smårusk, men fokuserer på de virkelig store tingene, som å studere størrelsen til universet, formen, alderen, hvordan universet begynte, hvordan universet kan tenke seg å slutte i fremtiden, fordeling av materie i universet, hva slags materie som finnes, osv. Dette er jo kjempespennende ting!

Det man gjør er å sammenligne teorier med observasjoner for å utelukke teorier som ikke stemmer med det vi ser, slik at vi stadig kommer nærmere en komplett beskrivelse av universet. Fra det kosmologene har funnet ut av per i dag, er universets historie som følger:

bigbangtheory-diagram
Illustrasjon: CTC

Hva som skjedde helt i begynnelsen, klarer vi ikke å forklare og det er fortsatt mange deler av historien som vi ikke kan forklare fullt ut, slik som inflasjon.

Et av de viktigste matematiske verktøyene i dette emnet, er Friedmannligningene:

friedmaneq

Disse ligningene er selve kjernen av kosmologien og relaterer universets geometri til energiinnholdet i universet. Disse to størrelsene er altså avhengig av hverandre. Men mye av universets energiinnhold aner vi ikke hva er for noe (men vi har visse ideer om noen egenskaper de bør ha) og dette går derfor under navnene mørk materie og mørk energi, «mørk» fordi det er ting vi ikke kan observere som elektromagnetisk stråling.

Emnet var delt i fire deler:

  • Universmodeller: Vi så på ulike måter universet kunne være skrudd sammen på: Flate og krumme universer, tomme universer, universer fylt bare med materie eller bare stråling, universer som blir drevet av en kosmologisk konstant, osv. ved å bruke blant annet Friedmannligningene.
  • Første del av universets historie: Da universet var veldig ungt, var det også veldig varmt og hadde en veldig høy tetthet. På denne tiden foregikk rekombinasjon (den første dannelsen av elektrisk nøytrale hydrogenatomer fra elektroner og protoner), som førte til den kosmiske bakgrunnsstrålingen, og Big Bang-nukleosyntese (produksjonen av elementer tyngre enn hydrogen som skjedde et par minutter etter Big Bang).
  • Inflasjon: Under inflasjonsepoken utvidet universet seg enormt over ekstremt kort tid, noe som løser flere observasjonelle «problemer» med dagens universmodell.
  • Strukturdannelse: Når man gjør utregninger i kosmologien antar man gjerne at materien i universet er homogent og isotropisk fordelt. Men for at vi skal få dannet strukturer som galakser, kan ikke materien være homogent fordelt, for da er det ingen grunn til at materien skal begynne å klumpe seg sammen for å bli til større ting. For at strukturer i det hele tatt skulle bli dannet, kunne ikke tettheten i universet være den samme overalt. For at objektene skal utøve tyngdekrefter på hverandre og få ting til å klumpe seg sammen, må tettheten være større noen steder enn andre. Vi så på små perturbasjoner (ujevnheter) i universets massetetthet helt i begynnelsen av universets historie og regnet på hvordan disse vil utvikle seg i ulike universmodeller.

I tillegg holdt professor et foredrag utenom pensum om symmetrier, som var kult å høre om (skrev litt om det her)!

Gjennomføringen

Dette emnet ble gjennomført på en litt annen måte enn andre emner jeg har tatt. Studieuken bestod av 5 timer hvor 2 av dem ble brukt av professor til å holde en populærvitenskapelig forelesning om ukens tema og senere i uken var det 3 timer med gruppetime hvor vi regnet på det som hadde blitt snakket om og diskuterte ulike teoretiske spørsmål. Det var egentlig en fin måte å gjøre det på (det populærvitenskapelige aspektet er noe som ofte mangler i andre emner, hvor man kaster seg i gang med matematikken med en gang). Det dumme var at forelesningene hoppet litt frem og tilbake i pensum, og universets historie ble ikke behandlet kronologisk – så det ble vanskelig å få oversikt!

Vi hadde to forelesere hvor én stod for de 3 første kapitlene og den andre stod for det siste kapittelet. Begge satt på mye kunnskap og engasjement i fagfeltet sitt. Og vi hadde en gruppelærer som var helt fantastisk, og utømmelig når det gjaldt kosmologisk informasjon!

cosmology_particle_physics_plush
Vi lærte om partikkelfysikk med disse søte kosedyrene 🙂

Pensum (som ikke stod beskrevet på emnesiden noe sted, men man kunne jo gjette seg til det …) bestod av et kompendie skrevet for emnet, pluss PowerPoint-presentasjonene fra forelesningene. Det var ganske frustrerende at ting som bare stod nevnt i presentasjonene og ikke i kompendiet dukket opp på eksamen, og jeg syns kompendiet burde bli oppdatert til å ta for seg alt man ønsker at skal være pensum i emnet.

Jeg har ikke vært så glad i kompendiet, av flere grunner. 1) Det er utdatert – ifølge kompendiet er CERN fortsatt under oppbygging og vi venter fortsatt i spenning på om Higgsbosonet vil bli funnet der. Det virker som om ingen tør å gjøre ordentlig endringer i kompendiet ettersom det er skrevet av en tidligere professor. 2) Det er alt for få figurer! Så jeg har gått på nettet og funnet figurer selv og printet dem ut. Det er ikke så lett å få oversikt over universets historie ved bare å lese i kompendiet, spesielt siden alt ikke er behandlet kronologisk. Jeg trenger i alle fall en figur, slik som den øverst på denne siden. 3) Konsepter er ikke alltid så bra forklart, eller de er forklart andre steder enn der man hadde forventet å finne dem. Eller de drukner et sted midt i et hav av matematiske utledninger. 4) Som nevnt ovenfor er ikke alt som tydeligvis er pensum inkludert i kompendiet …

Vi var ca. 10 stykker som tok emnet, hvor omtrent halvparten kjente hverandre fra før. Det betød at det var mange nok ukjente der til at det ble temmelig stille i forelesningene og i gruppetimene …

Når det gjelder eksamen, hadde vi en midtveiseksamen på tre timer og en avsluttende eksamen på fire timer hvor vi fikk ta med alle tenkelige, ikke-kommunikative hjelpemidler. Det betyr at man risikerer å få oppgaver om ting man ikke har hørt om før, men som kan løses ved å bruke det man har lært. Det er jo rimelig nok, men det er fort gjort å bli stresset på eksamen når man ser noe man ikke har sett før.

Råd til deg som tenker å ta dette emnet

Skriv sammendrag av hele pensum med de viktigste formlene og definisjonene og ta med dette på eksamen. Kompendiet kan være ganske håpløst å finne frem i. Anbefaler også litt seriøs highlighting i kompedendiet slik at det er lettere å finne frem til det som er viktig:

cosmology-highlighters
Trefarget markeringssystem for kompendiet: Rosa for nye begreper, grønt for de viktigste formlene og gult for generelt viktige og fine ting.

Har du tatt dette emnet? Hva syntes du?

Hovedbilde: NASA

Relaterte innlegg

Legg inn en kommentar

Dette nettstedet bruker Akismet for å redusere spam. Lær om hvordan dine kommentar-data prosesseres.