Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Anotace:
Přednáška "Astrofyzika" je volným pokračováním přednášek základních kurzů fyziky. Na relativně poutavé oblasti fyziky si studenti zopakují a prohloubí podstatnou část fyziky (mechaniku, optiku, teorii relativity, kvantovou teorii, záření, atd.).
Obsah:
Základní pojmy a fyzikální souvislosti: astronomická jednotka, světelný rok, parsek, paralaxa, vyzařování absolutně černého tělesa, relativní a absolutní magnituda, Hertzsprungův-Russelův diagram. Pohyb těles v centrálním gravitačním poli – Keplerova úloha, kuželosečky v polárních souřadnicích, kosmické rychlosti, meziplanetární lety. Standardní model mikrosvěta: elementární částice a interakce. Základy fyziky hvězd: hydrostatická rovnováha hvězdy, termojaderné reakce, přenos energie ve hvězdách. Vznik a vývoj hvězd, Jeansovo kritérium, bílí trpaslíci, neutronové hvězdy, těsné dvojhvězdy. Speciální teorie relativity: relativistický Dopplerův jev, prostoročasový interval, Minkowského metrika a její aplikace, mezihvězdný let. Základní myšlenky obecné teorie relativity, lokální inerciální vztažná soustava. Schwarzschildova metrika, gravitační Dopplerův jev, zakřivení prostoročasu v gravitačním poli, hodiny na družici GPS. Černé díry, pád do černé díry. Pohyb částic a fotonů v okolí černé díry. Úvod do kosmologie: Olbersův paradox, Hubblův zákon, kosmologický princip, Fridmanova rovnice, Fridmanovy modely vesmíru, kosmologická konstanta. Metrika na povrchu koule, prostoročas v homogenním a izotropním vesmíru – Robertsonova-Walkerova metrika. Kosmologický posuv, objem vesmíru, horizont částice, inflace.
Osnovy přednášek:
| 1. | | Vyjadřování vzdáleností ve vesmíru: astronomická jednotka, Titius-Bodeho vzorec, světelný rok, parsek, paralaxa. |
| 2. | | Vyzařování absolutně černého tělesa (Planckův zákon, Stefanův-Boltzmannův zákon, Wienův zákon), vyzařování hvězd; relativní a absolutní magnituda, Hertzsprungův-Russelův diagram. |
| 3. | | Pohyb v centrálním gravitačním poli – Keplerova úloha. |
| 4. | | Elementární částice a interakce (úvod). |
| 5. | | Základy fyziky hvězd: hydrostatická rovnováha hvězdy, termojaderné reakce, přenos energie ve hvězdách, Vogtův-Russelův teorém. |
| 6. | | Vznik hvězd – Jeansovo kritérium, gravitační kolaps, pohyb po Hertzsprungově-Russelově diagramu. |
| 7. | | Závěrečná vývojová stádia hvězd: bílí trpaslíci, neutronové hvězdy (pulsary), černé díry. |
| 8. | | Speciální teorie relativity: události, Lorentzova transformace, prostoročasový interval, světočára, vlastní čas. |
| 9. | | Základní myšlenky obecné teorie relativity, princip ekvivalence, lokální inerciální soustava, světlo v gravitačním poli, geodetika, Schwarzschildova metrika. |
| 10. | | Aplikace Schwarzschildovy metriky: deformace prostoru v gravitačním poli, chod času v gravitačním poli. |
| 11. | | Pohyb v gravitačním poli z pohledu obecné teorie relativity: Eulerova rovnice, kruhová orbita. |
| 12. | | Úvod do kosmologie: Olbersův paradox, kosmologický princip, Hubbleův-Lemaiterův zákon, kosmologický posuv, Fridmanova rovnice. |
| 13. | | Geometrie vesmíru, FRW metrika. |
| 14. | | Šíření světla v rozpínajícím se vesmíru, kosmologický posuv, objem vesmíru, horizont částice, inflace. |
Osnovy cvičení:
| 1. | | Orientace na obloze: obzorníkové a rovníkové souřadnice, hvězdný čas. |
| 2. | | Gravitace uvnitř koule, aplikace: tunel skrz Zeměkouli; viriálový teorém. |
| 3. | | Pohyb v centrálním gravitačním poli (příklady), kosmické rychlosti, cestování v rámci sluneční soustavy. |
| 4. | | Částice a interakce – skládání složených částic z kvarků, Feynmanovy diagramy. |
| 5. | | Srážky částic – příklady. |
| 6. | | Základy fyziky hvězd: příklady. |
| 7. | | Základní myšlenky speciální teorie relativity: příklad – fotonové hodiny, dilatace času, kontrakce délek. |
| 8. | | Minkowského metrika, aplikace speciální teorie relativity: Dopplerův jev pro světlo. |
| 9. | | Aplikace speciální teorie relativity: cesta do středu Galaxie (mezihvězdný let). |
| 10. | | Aplikace obecné teorie relativity: Gravitační Dopplerův jev, hodiny na telekomunikační družici (systém GPS). |
| 11. | | Pohyb v gravitačním poli z pohledu obecné teorie relativity: příklady – pád do černé díry, poslední stabilní orbita kolem černé díry, kruhová orbita světla kolem černé díry. |
| 12. | | Modely rozpínání vesmíru – příklady řešení Fridmanovy rovnice. |
| 13. | | Kosmologie – příklady. |
| 14. | | Zápočtový test. |
Literatura:
| 1. | | Sylaby k k jednotlivým přednáškám a cvičením (dostupné na Moodle předmětu). |
| 2. | | Bradley W. Carroll, Dale A. Ostlie , An Introduction to Modern Astrophysics, Cambridge University Press; 2nd edition, 2017 |
| 3. | | Andrew Liddle, An Introduction to Modern Cosmology, Wiley; 3rd edition, 2015 |
| 4. | | James Hartle, Gravity: An Introduction to Einstein's General Relativity, Pearson Education Limited, 2013 |
| 5. | | Edwin F. Taylor, John Archibald Wheeler, Exploring Black Holes: Introduction to General Relativity 1st Edition, Addison Wesley Longman; 1st edition, 2000 |
| 6. | | David Griffiths, Introduction to Elementary Particles, Wiley-VCH; 2nd edition, 2008, (kapitoly 1 a 2). |
Požadavky:
Docházka na cvičení a dosažení minimálně 50% úspěšnosti v zápočtovém testu.
Poznámka:
| Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14+6 |
Klíčová slova:
astrofyzika, kosmologie, relativita, kvantová teorie
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Plán |
Obor |
Role |
Dop. semestr |
| Stránka vytvořena 20.3.2025 17:50:56, semestry: Z,L/2025-6, Z,L/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |