Popis předmětu - BV002ASF

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
BV002ASF Astrofyzika
Role:  Rozsah výuky:2P+2C
Katedra:13102 Jazyk výuky:CS
Garanti:Červenka M. Zakončení:KZ
Přednášející:Červenka M., Kulhánek P. Kreditů:4
Cvičící:Červenka M., Kulhánek P. Semestr:L

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 29.3.2024 12:50:51, semestry: Z/2024-5, Z,L/2023-4, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)