Wprowadzenie do fizyki czarnych dziur
0800-WFDZIUR
I. (6 h) Fizyka i astrofizyka czarnych dziur. Historia idei, badań i odkryć
II. (18 h) Sferycznie symetrycznie i osiowo symetryczne rozwiązania równań pola grawitacyjnego. Geometria i własności.
1. Czarna dziura Schwarzschilda
2. Czarna dziura Reissnera-Nordstroma
3. Rozwój narzędzi matematycznych w latach 50-70 XX w.
4. Czarna dziura Kerra
5. Termodynamika czarnych dziur
6. Efekty kwantowe w teorii czarnych dziur
III. (6 h) Globalna struktura czasoprzestrzeni
7. Przekształcenia konforemne
8. Diagramy Penrosa-Cartera
9. Osobliwości czasoprzestrzeni
10.Tunele czasoprzestrzenne.
Całkowity nakład pracy studenta
Nakład pracy:
godziny kontaktowe (37 godz.) w tym
30 godz. wykładu
5 godz. konsultacji
2 godz. egzamin
praca własna studenta (45 godz.)
przygotowanie do zajęć 25 godz.
przygotowanie do egzaminu 20 godz.
RAZEM 82 godz. (3 ECTS)
Efekty uczenia się - wiedza
W_01: posiada wiedzę dotyczącą historii idei, badań i odkrycia czarnych dziur
W_02: zna rozwiązania równań pola Ogólnej Teorii Względności opisujące czarne dziury o różnych własnościach
W_03: zna podstawy opisu matematycznego trajektorii wokół czarnych dziur
W_04: zna zjawiska fizyczne i astrofizyczne, jakie mają miejsce wokół czarnych dziur
W_05: zna podstawowe fakty dotyczące termodynamiki czarnych dziur
W_06: zna zasadę konstrukcji diagramów Penrosa-Cartera
W_07: wyjaśnia typowe założenia i tezy twierdzeń o osobliwościach
W_08: zna wpływ globalnej topologii na problemy związane z przyczynowością zdarzeń na przykładzie tuneli czasoprzestrzennych
Powyższe efekty kształcenia wpisują się w następujące efekty kierunkowe:
K_W01, K_W02, K_W04, K_W06 dla fizyki s2
K_W01, K_W02, K_W05 dla astronomii s2
Efekty uczenia się - umiejętności
U_01: potrafi analizować metryki czasoprzestrzenne w różnych zmiennych
U_02: potrafi analizować typowe trajektorie cząstek masowych i bezmasowych w różnych czasoprzestrzeniach
U_03: wyznacza wybrane parametry czarnych dziur, takie jak temperatura Hawkinga, promień Schwarzschilda, grawitacja powierzchniowa, okres obiegu dla najciaśniejszej stabilnej orbity,
U_04: omawia mechanizmy i warunki powstawania różnych typów czarnych dziur,
U_05: omawia sposoby identyfikacji czarnych dziur i wyznaczania ich parametrów
U_06: omawia własności tuneli czasoprzestrzennych i warunki ich istnienia
U_07: umie omówić różne losy cząstek w odniesieniu do trajektorii na diagramach Penrosa-Cartera
Powyższe efekty kształcenia wpisują się w następujące efekty kierunkowe:
K_U01, K_U05, K_U09 dla fizyki s2
K_U04 dla astronomii s2
Metody dydaktyczne podające
- wykład konwersatoryjny
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
Rodzaj przedmiotu
przedmiot fakultatywny
Wymagania wstępne
Znajomość analizy matematycznej, algebry liniowej, fizyki ogólnej w zakresie podstawowych kursów. Pomocna będzie też znajomość podstaw geometrii różniczkowej i mechaniki klasycznej w zakresie kursów oferowanych na studiach I stopnia oraz znajomość elektrodynamiki oraz teorii względności.
Koordynatorzy przedmiotu
Kryteria oceniania
Egzamin pisemny i/lub ustny.
Literatura
[1] J. B. Hartle, Grawitacja.
[2] M. Demiański, Astrofizyka relatywistyczna, PWN.
[3] Chandrasekhar, The mathematical theory of black holes
[4] O'Neill, The geometry of Kerr black holes.
[5] Frolov, Black hole physics.
[6] Frolov, Zelnikov, Introduction of black hole physics.
[7] C. Bambi, Introduction to General Relativity, Springer.
[8] D. Raine, E. Thomas, Black Holes, An Introduction, Imperial College Press.
Więcej informacji
Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i
terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb: