Структура та еволюція Всесвіту (104 – Фізика та астрономія)

Тип: На вибір студента

Кафедра: астрофізики

Навчальний план

СеместрКредитиЗвітність
115Залік

Лекції

СеместрК-сть годинЛекторГрупа(и)
1116професор Новосядлий Б. С.ФзФм-21, ФзФм-22

Лабораторні

СеместрК-сть годинГрупаВикладач(і)
1132ФзФм-21Кошмак І. О.
ФзФм-22

Опис навчальної дисципліни

Курс покликаний викласти студентам основи сучасної космології, знання про будову та еволюцію Всесвіту як цілого, формування його великомасштабної структури. Ці знання є основою сучасної фізичної картини світу, яка ґрунтується на сукупності усіх спостережуваних даних щодо складу та структури матерії від найменших масштабів до астрофізичних та космологічних, а також на фізичних теоріях фундаментальних взаємодій та загальній теорії відносності.

У програмі курсу передбачено вивчення спостережних та теоретичних основ сучасної космології. Вона включає вивчення космологічних моделей однорідного ізотропного Всесвіту, який розширюється і заповнений звичайною матерією, темною матерією, темною енергією, реліктовим випромінюванням і реліктовими нейтрино, генерацію флюктуацій метрики простору-часу у ранньому Всесвіті, які приводять до формування його структури (галактик, скупчень галактик, великих порожнин у просторовому розподілі галактик, стінок, волокон). Студенти знайомляться зі спостережуваними доказами існування темної матерії і темної енергії, пошуками шляхів встановлення їхньої фізичної природи. Магістри, які вивчали даний курс, після отримання диплому магістра можуть працювати у астрономічних установах та університетських кафедрах в Україні та в світі. Тому вивчення цього курсу є надзвичайно корисним для працевлаштування магістрів спеціальності 104 Фізика та астрономія, які хочуть продовжити свою роботу в астрономічних обсерваторіях та інших установах, діяльність яких пов’язана з передовими дослідженнями Всесвіту, природи та походження його складових.

Головна мета курсу :

    • Дати студентам огляд основних знань про спостережні та теоретичні основи сучасної космології.
    • Застосувати рівняння загальної теорії відносності до опису еволюції однорідного ізотропного Всесвіту. Ознайомити з космологічними моделями Айнштайна, де Сіттера, Фрідмана, Леметра та стандартною ΛCDM моделлю.
    • Ознайомити студентів з просторово-часовими співвідношеннями нестаціонарного однорідного ізотропного Всесвіту з нульовою, додатною та від’ємною кривиною 3-простору.
    • Вивести рівняння поширення сигналів у нестаціонарному Всесвіті, вираз для космологічного червоного зміщення та співвідношення супутня відстань — червоне зміщення, відстань за світністю — червоне зміщення, відстань за кутовими розмірами — червоне зміщення.
    • Ознайомити студентів з теорією гарячого Всесвіту, передбаченням існування і відкриття реліктового випромінювання, проблемами стандартної теорії Великого Вибуху, інфляційними сценаріями раннього Всесвіту.
    • Ознайомити студентів із спостережуваними підставами існування темної матерії, її властивостями та гіпотезами щодо її фізичної природи.
    • Ознайомити студентів із спостережуваними підставами існування темної енергії, її властивостями та моделями, а також сценаріями майбутнього розширення Всесвіту у різних моделях темної енергії.
    • Ознайомити студентів з теорією гравітаційної нестійкості, типами, генерацією та еволюцією космологічних збурень, основами теорії формування структури Всесвіту та її елементів — галактик, скупчень галактик, великих порожнин і т.д.
    • Дати студентам якісний і кількісний опис усіх етапів еволюції Всесвіту від квантової флюктуації до сучасної епохи та прогнозів його далекого майбутнього.

Основні завдання курсу:

    • Навчити студентів застосовувати рівняння загальної теорії відносності (рівняння Айнштайна) та їх розв’язки для опису однорідного ізотропного Всесвіту.
    • Навчити студентів розуміти вплив різних фізичних складових і характеристик Всесвіту (матерії, випромінювання, темної енергії, кривини 3-простору) на динаміку його розширення.
    • Навчити студентів виводити просторово-часові співвідношення у нестаціонарному Всесвіті та пов’язувати їх із космологічним червоним зміщенням.
    • Дати студентам основи знань про гравітаційну нестійкість у нестаціонарному Всесвіті, генерацію та еволюцію збурень, формування галактик і великомасштабної структури Всесвіту.
    • Сформувати у студентів наукову картину Всесвіту на основі сукупності спостережуваних даних та перевірених фізичних теорій.

Рекомендована література

Базова:

1. Новосядлий Б. С. Структура й еволюція Всесвіту. Навчальний посібник. Львів, ЛНУ імені Івана Франка, 2019. 159с.
Джерело:
https://astro.lnu.edu.ua/wp-content/uploads/2021/10/sev.pdf

2. Александров Ю.В. Основи релятивістської космології. Підручник. Харків: ХНУ імені В. Н. Каразіна, 2004. 133 с.
Джерело:
http://dspace.univer.kharkov.ua/bitstream/123456789/60/1/cosmol.pdf

3. Жданов В.І. Вступ до теорії відносності. Навчальний посібник рекомендовано МОН України. Київ: ВПЦ «Київський університет», 2008. 287 с.
Джерело:
https://chtyvo.org.ua/authors/Zhdanov_Valerii/Vstup_do_teorii_vidnosnosti/

4. Novosyadlyj B., Pelykh V., Shtanov Yu., Zhuk A. Dark Energy: Observational Evidence and Theoretical Models. Vol. 1. of the three-volume monography “Dark Energy and Dark Matter in the Universe”, Ed. V.M. Shulga. Kiev: Akademperiodyka, 2013, 380 pp. ISBN: 978-966-360-240-0
Джерело:
https://mao.kiev.ua/index.php/ua/pdf-opener?Dark_Matter-1

5. Weinberg S. Cosmology. Oxford University Press Inc., New York, 2008. –593 C.
Джерело:
http://lib.ysu.am/disciplines_bk/1e79c894ea57086081172d4988a8a3ce.pdf

Допоміжна:

1. Вавілова І.Б. Великомасштабна структура Всесвіту: спостереження і методи дослідження. Навчальний посібник до спецкурсу «Позагалактична астрономія». Київ: РВЦ Київський університет, 1998. 107 с.
Джерело:
https://mao.kiev.ua/index.php/ua/pdf-opener?Vavilova-Large-Scale-Structure-Universe

2. Кудря Ю.М., Вавилова І.Б. Позагалактична астрономія. Книга 1. Галактики: основні фізичні властивості. Навчальний посібник. К.: Наукова думка, 2016. 344 с. ISBN 978-966-00-1517-3
Джерело:
https://mao.kiev.ua/index.php/ua/pdf-opener?pzastr

3. Вавилова І.Б., Кудря Ю.М., Василенко А.А., Бабик Ю.В. Позагалактична астрономія. Книга 2. Галактики: багатохвильові властивості. Навчальний посібник. Київ: Наукова думка, 2023. 446 с.

Джерело: https://mao.kiev.ua/index.php/ua/pdf-opener?ExtragalaxyAstronomy-book2-2023

4. Климишин І.А. Основи космології. Івано-Франківськ : Симфонія форте, 2014. — 164 с. Джерело: https://mao.kiev.ua/index.php/ua/pdf-opener?klimishin_ia_osnovi_kosmologiyi

5. Климишин І.А. Фрагменти космології. Видання друге, доповнене, Івано-Франківськ, Видавець Третяк І.Я., 2012. – 124с.
Джерело:
https://www.calameo.com/read/0028207913031f55a2a52

6. Парновський С., Парновський О. Як влаштовано Всесвіт. Вступ до сучасної космології. Львів: Видавництво Старого Лева, 2018. 248

Інформаційні ресурси:

https://ui.adsabs.harvard.edu/classic-form

https://arxiv.org/list/astro-ph.CO/recent

https://astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html

http://www.bo.astro.it/~cappi/cosmotools

https://hubblesite.org/home

https://webb.nasa.gov/

https://asa.alma.cl/SensitivityCalculator/

Силабус:

Завантажити силабус