L’origen de l’Univers

Activitats Vídeo:

U03.The Birth of the Universe

Sèrie Naked Science (la Sexta)

Has de saber i aprendre que:

.1) Actualment creiem que l’Univers va nèixer en una gran explosió

que anomenem Big Bang

.2) Actualment creiem que aquesta explosió va ocòrrer fa 13 700 milions d’anys

O sigui que l’edat de l’Univers és de 13 700 milions d’anys

.3) a) Has de saber quines proves tenim de que la teoria del Big Bang és certa.

(Mira la taula 1.4 de la pàgina 18 del teu llibre de text)

Les proves del Big Bang

1) Radiació de fons de l’Univers

La sonda WMAP ha enviat darrerament dades que confirmen que hi ha una radiación de fons.

2) Expansió de l’Univers

Gràcies a Edwin Hubble i els seus descobriments, a partir de l’efecte Doppler sabem que está en expansió, per tant, si tirem marxa enrera es pot suposar que en un temps passat era molt mes petit.

3) Relativitat general

Segons la teoría d’Einstein, ITínivers ha d'estar en expansió o en contracció.

4) Foscor al cel nocturn

Si l’Univers fos infinit en mida i edat no tindríem mai nit, perqué sempre ens arribana llum.

Així dones, el Big Bang ho resol en donar-li una edat de 13 700 Ma (paradoxa d'Olbers)

5) Presencia d'elements lleugers.

A l’Univers, hi ha la proporció d'hidrogen, heli i liti que va predir la teoría

b) Especialment has de saber l’important descobriment que va fer Edwin Hubble al 1927

Va descobrir l'expansió de l'univers mesurant el desplaçament al roig de galàxies distants a partir de l’efecte Doppler de la llum

c) Especialment has de conèixer l’important descobriment que van fer Arno Penzias i Robert Wilson.

Has de saber què és la radiació de fons i quina importància té que s’hagi descobert que aquesta radiació és irregular. Descobriment que va fer la sonda COBE i desprès la sonda WMAP al 2001 Mira: http://es.wikipedia.org/wiki/WMAP

La radiació còsmica de fons és una mena d’eco del Big Bang. Es la radiación que ens arribaria a vull dia com a residu de l’etapa en que la llum va esclatar en el Univers en formación quan l'Univers era molt jove tenia només 400.000 anys.

La seva existència va ser predita pels cosmòlegs George Gamow, Ralph Alpher i Robert Hermann el 1948, com una conseqüència del Big Bang. Gamow, Alpher i Hermann van calcular que tenia una temperatura d'uns 5 kelvin, però llavors la tecnologia de detecció de microones no estava gaire avançada i no hi va haver gaire interès per part dels astrònoms per intentar detectar-la.

No va ser fins al 1965 quan Arno Penzias i Robert Wilson van observar per casualitat una radiación que va resultar ser la radiació de fons que havia predit Gamow. Aquest descobriment que els va valer el Premi Nobel de Física el 1978.

Actualment, la majoria de cosmòlegs consideren la radiació còsmica de fons la millor evidència del Big Bang.

A principis dels anys 90, el satèl·lit COBE de la NASA va aportar noves dades sobre la radiació còsmica de fons creant un mapa de microones de l'univers primitiu.

Va trobar irregularitats en la distribución de la radiación de les microones.

Això va alegrar a la comunitat científica ja que la radiación de fons descoberta per Penzias i Wilson era perfectamente regular i era difícil imaginar com es podia haver format un Univers com el nostre que es básicamente irregular, amb zones de concentración de materia i altres buides.

Actualment, el satèl·lit WMAP, també de la NASA, continua la tasca del seu predecessor amb mesures molt més precises.

.4) Has de conèixer alguna cosa sobre la lluita entre matèria i antimatèria.

En el Big Bang pura energia va formar partículas de matèria, però també es va formar el seu oposat la antimatèria. Quan entren en contacte totes dues s’anulen. Per sort per cada 100 M de partículas d’antimateria es formaven 100 M + 1 partícules de matèria i això fa que avui existeixi un Univers de matèria. Dels qual nosaltres en formem part i donar lloc a tot el que veiem a l’Univers. Som el rebuig que sobra de l’aniquilació entre matèria i antimatèria.

.5) a) Has de tenir nocions elementals de què es, com funciona i que s’investiga als acceleradors de partícules (col·lisionadors de partícules)

Els acceleradors de partícules són aparells que utilitzen camps electromagnètics per accelerar partícules subatòmiques amb càrrega elèctrica fins a velocitats molt properes a la de la llum.

Les seves aplicacions també són molt diverses.

Els més grans, també dits d'alta energia, s'utilitzen per a la recerca científica en física de partícules. En aquest cas, les partícules accelerades es fan col·lidir contra un blanc immòbil o contra altres partícules accelerades. Uns detectors col·locats al voltant de la zona de col·lisió permeten als científics estudiar les propietats de les partícules subatòmiques conegudes i, en alguns casos, descobrir-ne de noves.

Exemples d'acceleradors col·lisionadors utilitzats per a la investigació en física de partícules són:

* LHC del CERN

* LEP també del CERN (que ja no existeix)

* Tevatró del Fermilab

* RHIC de Brookhaven

* HERA de DESY.

* SLAC a la Universitat de Stanford

b) Has de saber és el CERN i què és l’LHC. (Llegeix la pàgina 28 del teu llibre de text)

El Consell Europeu per a la Recerca Nuclear (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) és una institució de recerca internacional en física de partícules, especialment dedicada al treball amb acceleradors de partícules.

Fundat el 1954 per 12 països europeus, el CERN és avui en dia un model de col·laboració científica internacional i un dels centres d'investigació més importants del món. Actualment compta amb 20 estats membres, els quals comparteixen el finançament i la presa de decisions en l'organització

El Gran Col·lisionador d'Hadrons (GCH) (en anglès: Large Hadron Collider, LHC) és un accelerador de partícules, actualment en fase de proves al CERN, que farà col·lidir feixos d'hadrons. Es va posar en funcionament el 10 de setembre del 2008.

El GCH és en un túnel de 27 km de circumferència (en el lloc on estava l'accelerador LEP), soterrat 50-175 m sota terra. Està situat entre les fronteres de França i Suïssa, al nord-oest de la ciutat de Ginebra.

Han sorgit polèmiques sobre la seguretat del GCH, relacionades amb la possibilitat que aquest accelerador de partícules puga generar fenòmens perillosos per a la Terra, com per exemple, la creació de forats negres microscòpics, strangelets, estats del buit inestables o monopols magnètics.

En 2008, el Grup d'Avaluació sobre Seguretat del GCH (LSAG, sigles en anglès), un grup de físics de partícules que no participen als experiments del GCH, ha publicat un informe en el qual afirmen que el GCH no comporta cap risc, ja que "no farà res que la natura no haja ja fet abans milions de vegades"

.6) Has de saber com es van formar els primers elements: hidrogen i heli.

En els primers minuts després del Big Bang l’Univers inicial s’anava refredant i es formen els primers Protons i neutrons. Hi havia també electrons però la temperatura era tant alta que no es podien unir amb els protons per donar un àtom.

380.000 anys desprès del Big Bang, l’Univers era tan gran com la Via Làctia. Es va refredar des d’uns milions de graus fins a uns milers.

En refredar-se els electrons s’anaven alentint i es van poder unir als protons per donar els primers àtoms d’hidrogen i Heli. Alguns d’aquells àtoms d’H els beven avui en l’aigua.

.7) Has de saber que l’Hidrogen i l’Heli són els elements més abundants a l’Univers

.8) a) Has de saber què és una estrella i com es forma

Una estrella, estrela o estel és un cos que genera energia mitjançant un procés de fusió nuclear. El nostre Sol és una estrella. Una gran bola que emet energia gràcies a la fusió de l’hidrogen en Heli

La formació d'estrelles és el procés pel qual les parts denses del núvols moleculars gegants. Aquests núvols contenen, bàsicament, hidrogen molecular H₂. col·lapsen per acció de la força de la gravetat per a formar una estrella

En un primer moment, el núvol col·lapsa i la radiació escapa lliure. En la segona etapa es forma un nucli més dens i opac a la radiació la qual cosa fa que s'escalfi. Finalment, la caiguda de material sobre aquest nucli escalfa la seva superfície pel que la protoestrella comença a emetre radiació, emetre llum que diriem en llenguatge col.loquial.

b) Has de saber com es formen els elements de la taula periòdica fins el ferro

(time: minut 33)

Passa principalment a l'interior de les estrelles per fusió o fissió nuclear.

L’ hidrogen, i heli se fusionen en l'interior de les estreles i això explica la formació d'elements com carboni, silici i oxigen.

Tres nuclis d’heli fusionats formen el carboni. Dos nuclis de carboni formen el magnesi. El Mg forma Neó. Així durant milins d’anys fins que el silici forma ferro.

El ferro és molt especial. Els protons i neutrons estan tan fortament units al seu nucli que malgrat l’enorem pressió i temperatura a l’interior de l’estrella els nuclis no es poden fusionar en element més pesats. Per tant no poden formar metalls com el Cr o el Zn i també l’or o el platí

.9) a) Has de saber què és una supernova

Una supernova és una explosió d’una estrella gegant.

Fonamentalment s'originen a partir d'estrelles massives que ja no poden fusionar més el seu nucli, esgotat i incapaç de sostenir- les porta a contraure's sobtadament (implosió) i generar, en el procés una explosió immensa amb una gran emissió d'energia.

b) Has de saber com és formen els elements més pesants que el ferro

L’energia generada en l’explosió d’una supernova és tan gran que pot fer fusionar nuclis i formar elements més pesats que el ferro. Sense això no existiria la vida tal com la coneixem.

c) Has de saber com és que hi ha a la Terra quasi un centenar d’elements de la Taula periódica. Ferro, carboni, or, calci, etc…

Les supernoves provoquen l'expulsió de les capes superficials de l'estrella en forma d'enormes ones de xoc, omplint l'espai que les envolta amb elements pesants.L’explisió de supernoves durant milions d’anys va anar omplint la Terra dels elements que avui trobem al nostre plantea

.10) Has de poder explicar què vol dir la frase “Som matèria d’estrelles”

Tot el que existeix a la Terra. El calci dels nostres ossos, el ferro dels nostres cotxes ha vingut de l’espai, Es va formar a l’interior de les estrelles i en l’explosió de les supernoves

.11) a) Has de saber alguna teoria sobre l’evolució de l’Univers en el futur

Segons el vídeo l’Univers s’expansiona cad cop més ràpidament fins que l’iteralmente es trenqui, desapareixeran les galàxies, el àtoms, tot es desintergrarà. Fns i tot àtoms i protons deixaran d’existir.

El destí final de l'Univers té diversos models que expliquen el que succeirà en funció de diversos paràmetres i observacions. A continuació s'expliquen els models fonamentals més acceptats:

Big Crunch o la Gran Implosió

La força gravitatòria de la matèria podria cessar i invertir-se l'expansió de l’Univers, així les galàxies començarien a retrocedir i amb el temps xocarien unes contra altres, la temperatura s'elevaria, i l'univers es precipitaria cap a un destí catastròfic en el qual quedaria reduït novament a un punt.

Big Rip o l'Eterna Expansió

Primer, les galàxies se separarien entre si, després la gravetat seria massa dèbil per mantenir integrada cada galàxia. Els sistemes planetaris perdrien la seva cohesió gravitatòria. En els últims minuts, es desbaratarien les estrelles i els planetes, i els àtoms serien destruïts.

Una modificació d'aquesta teoria, encara que poc acceptada, assegura que l'univers continuaria la seva expansió sense provocar un Big Rip

b) Quina importància tenen les supernoves tipus 1A?

Les supernoves tipus 1ª son supernoves que exploten sempre amb el mateix nivell d’intensitat.

Comparant les posicions d’aquestes supernoves s’ha descobert que l’Univers no s’està aturant en la seva expansió. Un cop fet l’anàlisi es va descobrir que l’Univer està en en una expansió accelerada.

Veure en Youtube:“Origen del Universo” http://www.youtube.com/watch?v=mH1vMB32AcY

L’origen de la vida

Dels orígens de la vida a la Terra

al primer èsser que va sortir de l’aigua

Activitats Vídeo:

Seas of life

Sèrie: Journey of life (la 2)

Activitats del documental

.1) Explica perquè l’aigua és una substància essencial per a la vida a la Terra?

L’aigua és un mitja adequat per a que les molècules es puguin moure apropar-se les unes a les altre per donar reaccions quimiques i forma molècules més complexes precursores de la vida. A la terra o a l’aire això seria molt més difícil, impossible de donar una química de la vida tal com la coneixem avui dia

.2) L’èsser humà té en alguns moment de la seva vida alguna cosa semblanta a agalles i cua?

Sí, als 24 díes de la concepció. Es converteixen després en part de la cara, orelles i mandibula

.3) Fa quants milions d’anys van apareixer el que podríem considerar les primeres formes de vida?

Fa 3800 M anys

Com eren les primeres formes de vida sobre la Terra?

Cèl.lules amb una organització molt primitiva. Diferents a les cel. Actuals.

.4) Què son els estromatòlits? En quina part del Món els podem trobar avui? Dibuixa un.

S'han trobat vestigis fòssils de cianobacteris en roques de 3.800 milions d'anys d'antiguitat, en estructures similars a les dels actuals estromatòlits.

Actualment es poden veure a la costa occidental de Austràlia

.5) Quin gas produit per cèl.lules va causar una extinció massiva dels éssers de la Terra?

L’Oxigen

.6) Les cèl.lules es van unir per donar èssers mes complexos. Quina va ser una de les primeres criatures marines que va sorgir?

La Medusa

.7) Quina és la importància del cuc pla en l’evolució que va portar a l’home.Dibuixa un cuc pla.

A diferència de la meduas el cuc pla (Platihelmint) tenia uns ulls primitus, básicamente unes cèl.lules detectores de llum. També un primitiu sistema nerviós per analitzar la informació d’aquest ulls. Per tant va ser el primer animal en dirigir el seu moviment.

En ell trobem l’origen primitiu dels nostres ulls i Cervell.

.8) Com van poder desplaçar-se d’una forma lleugera per l’aigua el cargols tot i portar una pesada closca. Com s’anomenen aquests primers cargols que podien “nadar”?

Dins de la closca te un sistema de cambres d’aire unides per un conducte anomenat sifó. Ës un primitiu sistema de flotabilitat que li va perpetre desplaçar-se per l’aigua.

Nautilus

.9) Quan el Nautilus enrrotlla la seva closca a quin animal dona lloc? Quants milions d’anys van durar els ammonites sobre la Terra?

Amonites. 300 M anys

.10) Dibuixa un trilobites. Quins van ser les seves caraterístiques més destacades per triomfar en l’evolució?

Potes, armadura flexible, ULLs

.11) L’ascidi és un parent llunyà de l’home. Quina part de la nostra anatomia descubrim en aquest èsser?

La colummna vertebral

.12) Els peixos sense mandibules van donar pas als peixos amb fortes mandíbules. Va nèixer un animal marí molt ben adaptat que encara avui vull a la Terra, Quin?

El tauró

.13) Què es un cefalòpode. Dona alguns exemples. Quina era el seu avantatge respecte als altres animals.

Els cefalòpodes són la classe de mol·luscs que tenen un cap gran rodejat de tentacles, la boca, quitinosa que es troba entre tots aquests té forma de bec.

Pops, calamars, sepies y nautils

El seu avantatge era la inteligencia. Són animals que adopten estratègies per eludir els seus enemics. Es camuflen, canvien de color.

.14) Els peixos amb esquelet són un èxit de l’evolució. D’on venen les dues cames i els dos braços que té l’home?

D’un Peix que tenia quatre aletes, dues al davant i dues posteriors

.15) Qui va ser el primer animal del qual descendeix l’ésser humà que va sortir de l’aigua. Com ho va aconseguir?

Un Peix que va adaptar-se a viure parcialmente fora del aigua. Com els anfibis. En el vídeo se l’anomena “saltarín del fango” (Nombre científico: Periophtalmus koelreuteri)

ACTIVITATS VÍDEOS: “EL PLANETA” i “TIERRA

DADES IMPORTANTS. Cal saber-les

.1) Actualment som quasi 6700 milions d’habitants al Planeta Terra.

Amb les dades de la taula de l’esquerra fes un gráfic de l’evolució d’habitants del planeta. Utilitza paper mil·limetrat.

.1)Si agafem totes les hectàrees (Ha) de sòl fertil que hi ha a la Terra i les dividim pel nombre d’habitants en toquen a 1,2 Ha per habitant de mitjana

Un habitante de Suïssa en gasta 5 Ha

Un nordamericà en gasta 9,5 Ha

2) Si tots els habitants de la Terra arribessin a tenir el sistema de vida occidental necessitaríem 5 Terres per treure tot el que necessitarien

3) Un Europeu com tu o jo gasta 50 tones (50.000 kg) en recursos de la Terra cada any

4) El 70% de les reserves de peix estan sobreexplotades i en perill d’exhaurir-se

5) La cinquena part de la població mundial viu amb menys d’un euro al dia

6) Les selves tropicals són només el 3% de la superfície del planeta i en elles viuen la meitat de la fauna i la flora del planeta

7) El desert ocupa el 33% de la superfície del planeta i cada any augmenta més.

8) D’aquí a 30 anys es possible que hagin desaparegut la cinquena part dels boscos mundials

9) Cada any es perd una superfície de bosc igual a la quarta part de Francia

Les següents frases poden ser polèmiques però algunes d’elles les diu la gent pel carrer o els alumnes a classe. Estàs d’acord amb elles o no?. Les entens? Què n’opines? Són justes?. Escriu un comentari de cada una.

.A) “El creixement econòmic és un perill i és una necessitat”

.B) “La culpa dels problemes de la Terra la tenen països de l’Àsia i Àfrica que creixen molt ràpid”

.C) “No serveix de res reciclar perquè ningú ho fa”

.D) “Si tens molts diners és normal tenir 2 o tres cotxes potents i grans. Si no de què serviria el diner?”

.E) “Si pots viatjar a Londres per 5 euros per comprar roba no hi ha cap problem en fer-lo”

.F) “Si hem de viure 4 dies, vivim bé i els que vinguin darrera ja se les arreglaran”

.G) “El creixement económic és bo”

.H) “La gent del tercer món s’hauria de quedar en els seus països i no contaminar tant”

.I) “Com que els cotxes contaminen hem de deixar d’anar en cotxe. Com que s’esgoten les reserves de peix hem de deixar de menjar peix”

.J) “ Si destruïm el medi ambient de la Terra no hi ha cap problema, ens marxarem a viure a un altre planeta”

CONCEPTES QUE CAL SABER

Desenvolupament sostenible

El terme desenvolupament sostenible vol dir:

“Satisfer les necessitats de les generacions presents sense comprometre les possibilitats de les generacions del futur?” (Principi 3.º de la Declaració de Rio)(1992)

Han de satisfer-se les necessitats de la societat com alimentació, roba, habitatge i treball, doncs si la pobresa és habitual, el món estarà encaminat a catàstrofes de diversos tipus, incloses les ecològiques.

Davant aquesta situació, es planteja la possibilitat de millorar la tecnologia i l'organització social de manera que el medi ambient pugui recuperar-se al mateix ritme que és afectat per l'activitat humana.

Biodiversitat

La biodiversitat és la contracció de diversitat biològica (biologicaldiversity en anglès). La biodiversitat reflecteix el nombre, la varietat i la variabilitat dels éssers vius. Inclou la diversitat dintre d'una espècie (la diversitat genètica), dintre de les espècies (la diversitat específica) i dintre dels ecosistemes. Les activitats humanes pertorben els ecosistemes i provoquen la desaparició de nombroses espècies que ja no troben, dintre del seu mitjà, amb què respondre a les seves necessitats vitals. Cereals 01:20:28: Els cereals com l'ordi, la civada, el mill, el sègol? estan entre les primeres plantes que van ser conreades, principalment per les seves llavors, per a ser utilitzades tant en l'alimentació de l'home com dels animals domèstics. Al llarg del temps, s'han anat seleccionant les varietats més productives. Avui, les tres principals (l'arròs, el blat i el blat de moro), aporten elles soles la base nutricional necessària per a més de quatre mil milions d'habitants. Per a resistir a les malalties o les sequeres necessiten la reserva genètica dels seus parents salvatges, útils per al seu protegir-los, i d'aquesta forma assegurar la nostra continuïtat d'aliments, no obstant això el 75% de la diversitat genètica de les plantes utilitzades en agricultura s'ha perdut.

Canvi climàtic

El canvi climàtic ha estat definit per la Convenció Marc de les Nacions Unides sobre el Canvi Climàtic (CMNUCC), en el seu Article 1 com “els canvis del clima que s'atribuïxen directa o indirectament a l'activitat humana, que altera la composició de l'atmosfera mundial i que s'uneix a la variabilitat natural del clima observada al llarg de períodes comparables”.

L'única forma de frenar la part de l'escalfament global produït per les activitats humanes és reduir la quantitat de gasos d'efecte hivernacle d'origen industrial emesos a l'atmosfera.

Cent seixanta països s'han compromès a portar-lo a terme en el marc del Protocol de Kyoto, signat al desembre de 1997. De mitjana, aquests països haurien de reduir les seves emissions en un 5,2% respecte al nivell de l'any 1990 . Compliment: entre 2008 i 2012 .

Efecte hivernacle

Procés natural que permet a l'atmosfera terrestre conservar una part de la radiació solar, de la mateixa forma que els vidres en un hivernacle.

Gràcies a l'efecte hivernacle el nostre planeta és suficientment calid per a abrigar la vida.

Certs gasos són especialment eficaços per a retenir la calor del sol: el vapor d'aigua, el metà, el diòxid de carboni.

Ara, les activitats humanes han fet augmentar considerablement la quantitat de metà i de diòxid de carboni i és pel que avui es discuteix el seu impacte a causa del augment de la intensitat de l'efecte hivernacle.