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.