Kozmologija

2022/2023
Program:
Magistrski študijski program 2. stopnje Fizika
Smer:
Meteorologija
Letnik:
1. in 2. letnik
Semester:
drugi
Vrsta:
izbirni
ECTS:
5
Jezik:
slovenski
Nosilec predmeta:
Ure na teden – 2. semester:
Predavanja
2
Seminar
0
Vaje
1
Laboratorij
0
Pogoji za vključitev v delo oz. za opravljanje študijskih obveznosti

Vpis v letnik študija. Koristno je poznavanje osnov teorije gravitacije in jedra in osnovnih delcev.

Vsebina

Homogen kozmološki model: Hubblov diagram, koordinatni sistemi, Newtonova kozmologija. Splošna relativnost, Friedman-Robertson-Walker metrika, Friedman-Lemaitrejeve enačbe. Kozmični inventar: fotoni, barioni, temna snov, nevtrini (ultrarelativistična snov), temna energija. Boltzmanova enačba, nukleosinteza, rekombinacija in nastanek prasevanja. Meritve Hubblove konstante in širitvene zgodovine vesolja. Barionične akustične oscilacije.
Perturbacije v vesolju v linearni teoriji: Skalarne, vektorske in tenzorske perturbacije. Perturbacije v temni snovi: razvoj pred in po dobi energijske enakosti materije in radiacije, vstop v horizont, prenosne funkcije in spektri moči. Meritve porazdelitve galaksij, šibkega lečenja in Lyman-alpha gozda. Kozmološke omejitve nevtrinske mase. Perturbacije v plazmi pred razklopitvijo; spekter moči anizotropij v prasevanju: velike kotne skale, akustična nihanja, majhne kotne skale; meritve anizotropij v prasevanju.
Zgodnje vesolje in inflacija: Problem robnih pogojev. Saharovi pogoji. Motivacija za inflacijo, implementacija inflacije z skalarnim poljem, nastanek tenzorskih in skalarnih perturbacij. Približek enakomernega razvoja (slow roll), spektralni indeksi, opazovalne metode za omejevanje parametrov inflacije.

Temeljni literatura in viri

• Scott Dodelson: Modern Cosmology, Academic Press 2003,
• Andrew Liddle: An Introduction to Modern Cosmology, John Wiley 2003,
• Viatcheslav Mukhanov: Physical Foundations of Cosmology, Cambridge University Press, 2005,
• Thanu Padmanabhan: Cosmology and Astrophysics through problems, Cambridge University Press 1996,
• Lars Bergström, Ariel Goobar: Cosmology and Particle Astrophysics, Springer 2006,
• Houjun Mo, Frank van den Bosch, Simon White: Galaxy Formation and Evolution, Cambridge University Press, 2010.

Cilji in kompetence

Cilji:

Cilj predmeta je osnovno razumevanje standardnega kozmološkega modela. Poseben poudarek je na osnovnih predpostavkah (homogenost, izotropija, tipičnost opazovalca) in njihovih eksperimentalnih utemeljitvah.
Kompetence:
Slušatelji spoznajo statistiko kot fundamentalno orodje za omejevanje tako kozmološke fizike kot tudi fundamentalne fizike.

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje
Osnovno razumevanje standardne teorije nastanka in razvoja vesolja in meritev, ki to teorijo podpirajo. Kozmologija kot orodje za omejevanje fundamentalnih teorij.

Uporaba
Pridobljeno znanje je osnova za študij teoretične ali opazovalne kozmologije na podiplomski ravni.
Refleksija
Primer uporabe simetrijskih in statističnih načel. Razumevanje predpostavk v interpretaciji kozmoloških podatkov.
Prenosljive spretnosti - niso vezane le na en predmet
Poglobljeno razumevanje statistike naključnih normalno porazdeljenih polj, konkreten primer perturbacijske teorije v splošni relativnosti.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja, računske vaje, domače naloge in konzultacije; pregled literature.

Načini ocenjevanja

Pisni izpit ali opravljen kolokvij iz vaj
Ustni izpit
(ocene: 5 (negativno), 6-10 (pozitivno), ob upoštevanju Statuta UL)

Reference nosilca

doc. dr. A. Slosar:
1. Slosar, A., et al. 2013, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 04, article
id. 026, Measurement of baryon acoustic oscillations in the Lyman-alpha forest fluctuations
in BOSS data release 9
2. Lombriser, L., Slosar, A., Seljak, U., Hu Wayne, 2012, Physical Review D, vol. 85, Issue
12, id. 124038, Constraints on f(R) gravity from probing the large-scale structure
3. Slosar, A., et al. 2011, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 09, id. 001,
The Lyman-alpha forest in three dimensions: measurements of large scale flux correlations
from BOSS 1st-year data
4. Slosar, A. 2009, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 03, id. 004,
Optimal weighting in fNL constraints from large scale structure in an idealised case
5. Slosar, A., et al. 2008, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Issue 08, id. 031,
Constraints on local primordial non-Gaussianity from large scale structure