Введение в теорию ранней Вселенной (6-7 семестры)
| Лекции: | Валерий Рубаков |
| Игорь Ткачев |
Современная космология тесно связана с физикой микромира, изучающей элементарные частицы и их взаимодействия на наиболее фундаментальном уровне. Именно с этой точки зрения и построен этот курс.
В первой части курса излагаются результаты, относящиеся к однородной изотропной Вселенной на горячей стадии её эволюции и на последующих космологических этапах. Эту область космологии нередко называют теорией горячего Большого взрыва.
Начало курса посвящено кинематике в расширяющейся Вселенной, основным элементам общей теории относительности, динамическим уравнениям, описывающим расширение (уравнение Фридмана и уравнение ковариантного сохраенения энергии), и частным решениям этих уравнений, соответствующим эволюции Вселенной на различных ее этапах. Затем рассматривается ΛCDM модель реальной Вселенной с темной материей и темной энергией. В качестве самостоятельной работы студентам предлагается изучить основные свойства идеальных релятивистских и нерелятивистских Бозе- и Ферми-газов; знания по этой теме проверяются путем проведения коллоквиума. Впоследствии рассматриваются основные этапы эволюции Вселенной: рекомбинация, закалка нейтрино, первичный нуклеосинтез (этот вопрос обсуждается лишь в общих чертах). Серьезное внимание уделяется вопросам о происхождении темной материи и асимметрии между веществом и антивеществом. Наконец, рассматриваются фазовые переходы в ранней Вселенной как с точки зрения условий, при которых они имеют место, так и с точки зрения механизмов их протекания.
Вторая часть курса посвящена инфляционной теории, теории пост-инфляционного разогрева и теории развития космологических возмущений, т.е. неоднородностей во Вселенной. Особое внимание уделяется мотвации инфляционной теории, механизмам инфляции, генерации возмущений плотности материи и реликтовых гравитационных волн на инфляционной стадии.
На протяжении курса студенты получают представление об экспериментальных и наблюдательных следствиях теории, таких как анизотропия реликтового излучения, крупномасштабная структура Вселенной, проявления темной материи в подземных и коллайдерных экспериментах, и т.д.
В процессе чтения курса студентам предлагается большой набор задач, которые разбираются на семинарских занятиях.
Имеется в виду, что после усвоения курса студент должен быть способен осваивать специальную литературу по космологии и ее связи с физикой частиц и начать выполнять научную работу.
Литература- Д.С. Горбунов, В.А. Рубаков, «Введение в теорию ранней Вселенной. Теория горячего Большого взрыва», М.: УРСС, 2008.
- Я.Б. Зельдович, И.Д. Новиков, «Строение и эволюция Вселенной», М: Наука, 1975.
- E.W. Kolb, M.S. Turner, «The Early Universe», Addison--Wesley, 1990.
- V. Mukhanov, «Physical Foundations of Cosmology», Cambridge University Press, 2005.
