FYSS7320 Suhteellisuusteoria (9 op)

Opinnon taso:
Syventävät opinnot
Arviointiasteikko:
0-5
Suorituskieli:
englanti, suomi
Vastuuorganisaatio:
Fysiikan laitos
Opetussuunnitelmakaudet:
2020-2021, 2021-2022, 2022-2023

Kuvaus

  • Erityisen suhteellisuusteoria ja differentiaaligeometriaa laakeassa aika-avaruudessa

  • Differentiaaligeometriaa kaarevassa aika-avaruudessa

  • Kovariantit derivaatat, parallel transport, geodeetit, Riemannin tensori

  • Einsteinin yhtälöt, Newtonilainen raja, aktio

  • Schwarzschildin ratkaisu: dynamiikka, sovellukset

  • Schwarzschildin musta aukko: tapahtumahorisontti, aika-avaruuden kausaalinen rakenne, koordinaattimuunnokset, maksimaalinen ekstensio

  • Gravitaatioaallot: lineaariset perturbaatiot Minkowskin avaruudessa, gravitaatioaaltojen liikeyhtälö, vaikutus testikappaleiden etäisyyksin, gravitaatioaaltojen lähteet 

Osaamistavoitteet

Opintojakson suoritettuaan opiskelija osaa:

  • Selittää erityisen ja yleisen suhteellisuusteorian peruspiirteet ja erot.

  • Laskea tensorien komponenttien muuntumisen koordinaattimuunnoksissa, muodostaa kovariantteja derivaattoja, laskea aika-avaruuden pisteiden välisiä etäisyyksiä sekä määrittää konnektion kertoimet ja kaarevuustensorin komponentit.

  • Muodostaa geodeettiyhtälöt, selittää niiden merkityksen ja ratkaista ne erilaisissa tilanteissa.

  • Muodostaa Einsteinin yhtälöt aktiota varioimalla ja selittää niiden sisällön.

  • Muodostaa Schwarzschildin ratkaisun, laskea testikappaleiden ratoja sekä gravitationaalisia punasiirtymiä Schwarzschildin avaruudessa.

  • Kirjoittaa metriikan Schwarzschildin mustalle aukolle tapahtumahorisontin sisäpuolella, muodostaa ratkaisun maksimaalisen ekstension ja selittää sen kausaalisen rakenteen.

  • Muodostaa gravitaatioaaltojen liikeyhtälöt Minkowskin ratkaisun ympärillä, laskea gravitaatioaaltojen vaikutuksen testikappaleiden välisiin etäisyyksiin sekä laskea ympyräradalla kiertävän binääritähtisysteemin synnyttämän gravitaatioaaltosignaalin.  

Esitietojen kuvaus

FYSA2002 Moderni fysiikka, osa B (erityinen suhteellisuusteoria, voi olla hyödyllinen)  

Oppimateriaalit

Verkkomateriaali, kirja 

Kirjallisuus

  • S.M. Carroll, Spacetime and Geometry (Addison Wesley 2004)

Suoritustavat

Tapa 1

Kuvaus:
Joka toinen vuosi.
Arviointiperusteet:
Laskuharjoitukset ja tentti.
Opetusajankohta:
Periodi 3, Periodi 4
Valitaan kaikki merkityt osat

Tapa 2

Kuvaus:
Tämä suoritustapa on tarkoitettu opiskelijoille, joille suoritustapa 1 ei erityisistä syistä ole mahdollinen (esim. opetuskieli, asuminen muualla, suositus yksilöllisistä opintojärjestelyistä). Suoritustavasta on otettava yhteyttä opettajaan ennen kurssille ilmoittautumista.
Arviointiperusteet:
Tentti
Valitaan kaikki merkityt osat
Suoritustapojen osat
x

Osallistuminen opetukseen (9 op)

Tyyppi:
Osallistuminen opetukseen
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Laskuharjoitukset ja tentti.
Suorituskieli:
englanti, suomi
Työskentelytavat:

Luennot, harjoitustehtävät, tentti. 

Ei julkaistua opetusta
x

Itsenäinen työskentely (9 op)

Tyyppi:
Itsenäinen työskentely
Arviointiasteikko:
0-5
Arviointiperusteet:
Tentti
Suorituskieli:
englanti, suomi
Työskentelytavat:

Itsenäinen opiskelu ja tentti. 

Opetus