You are hereTRUA

TRUA


Předmět: Teorie relativity a astronomie

Katedra/Zkratka: KEF/TRUA

Rok: 2018

Garant: 'Mgr. Lukáš Richterek, Ph.D.'

Anotace: Cílem tohoto modulu je seznámení studentů se základy teorie relativity a s aplikací základních principů relativistické fyziky v astrofyzice a kosmologii na konkrétních modelových příkladech. Část věnovaná astronomii zahrnuje orientaci na obloze a popis i vysvětlení základních astronomických úkazů. Studenti by měli získat potřebný nadhled nad touto problematikou, která je alespoň na některých středních školách součástí vzdělávacího programu Člověk a příroda a v níž se promítá řada souvislostí s dalšími předměty (matematika, geografie, chemie, biologie, filozofie).

Přehled látky:
1. Princip relativity v klasické fyzice. Základní principy a východiska speciální teorie relativity, obecné vlastnosti prostoru a času, princip relativity. Princip konstantní rychlosti světla. Lorentzovy transformace. 2. Základní kinematické důsledky, Minkowského prostoročas, prostoročasové diagramy, světočáry, kauzální struktura prostoročasu, čtyřvektory, zrychlený pohyb. 3. Relativistická dynamika, relativistická a klidová hmotnost, relativistická hybnost, pohybové rovnice, vztah hmotnosti a energie, transformace síly. Aplikace na jednoduché případy (srážky, rozpady částic). 4. Paradoxy v teorii relativity, experimentální ověřování. Základy relativistické optiky, Dopplerův jev, optický vzhled relativistických objektů, zdánlivé nadsvětelné rychlosti v astrofyzice. 5. Popis spojitých prostředí. Relativistická elektrodynamika, Maxwellovy rovnice, transformace elektrického a magnetického pole. Obecná Lorentzova transformace, Lorenztova a Poincarého grupa, variační princip ve speciální teorii relativity. 6. Základní představy obecné teorie relativity, princip ekvivalence. Gravitace jako zakřivení prostoročasu, základní důsledky a experimentální testy. Obsah cvičení: Obsah: 1. Lorenztova transformace a její kinematické důsledky (relativnost současnosti, dilatace času, kontrakce délek). Koeficient K, světelné hodiny. 2. Relativistiká dynamika, srážky a rozptyly částic, vztah mezi hmotností a energií, hmotnostní schodek. 3. Relativistická elektrodynamika, pole pohybujícího se náboje, Maxwellovy rovnice, magnetismus jako relativistický důsledek jevů elektrických. 4. Experimentální testy obecné teorie relativity. 5. Astronomické souřadnice, precese, nutace, aberace, paralaxa, refrakce. Určování vzdálenosti a jednotky, určování času a kalendář. 6. Nebeská mechanika, pohyby planet, Keplerova rovnice. 7. Základy astrofyziky, charakteristiky hvězd. 8. Základy kosmologie, Friedmanovy - Robertsonovy Walkerovy modely vesmíru. 9. Pozorování v terénu, návštěva hvězdárny či planetária. 10. Základy sférické astronomie. Astronomické souřadnice - obzorníkové, rovníkové, ekliptikální, galaktické. Postavení Země ve vesmíru, pohyby nebeských těles, precese, nutace, aberace, paralaxa, refrakce. Určování vzdálenosti a jednotky, určování času a kalendář, zatmění a zákryty nebeských těles. 11. Nebeská mechanika Gravitace, Newtonův gravitační zákon, Keplerovy zákony, problém 2 těles, Binetova rovnice, pohyb po elipse, efektivní potenciál, Keplerova rovnice a její řešení. Viriálová věta. 12. Základy astrofyziky. Jasnosti hvězd - Pogsonova rovnice. Stavové veličiny hvězd - hmotnosti, rozměry, zářivosti, spektrální třídy, chemické složení. H R diagram, vývoj hvězd, závěrečná stádia vývoje hvězd. Vnitřní stavba hvězd, zdroje hvězdné energie. 13. Stelární a galaktická astronomie. Vlastní pohyb, proměnné hvězdy: cefeidy, hvězdy RR Lyr, T Tau, miridy, novy, supernovy. Soustavy hvězd: zákrytové dvojhvězdy, spektroskopické dvojhvězdy, vizuální dvojhvězdy, dynamická paralaxa. Hvězdokupy a asociace, stavba Galaxie, klasifikace galaxií, rotace Galaxie. Kvasary. 14. Sluneční soustava. Slunce, vnitřní stavba, fotosféra, chromosféra, koróna, sluneční vítr, sluneční činnost, planety, malá tělesa sluneční soustavy (družice planet, planetky, komety, meteoroidy). Keplerovy zákony, gravitační zákon, elementy drah planet. Vznik a vývoj sluneční soustavy. 15. Základy kosmologie. Kosmologické modely vesmíru - kosmologické parametry, kosmologický antropický princip. Základní představy standardního kosmologického modelu Velkého třesku a pozorování v jeho prospěch (kosmické mikrovlnné záření, vznik jader lehkých prvků, formování struktur).