NTMF111 04 – Obecná teorie relativity, Oldřich Semerák
První semestr kursu obecné relativity a jejích aplikací v astrofyzice a kosmologii. Úvod do obecné teorie relativity: princip ekvivalence a princip obecné kovariance, paralelní přenos a rovnice geodetiky, gravitační frekvenční posun; křivost, tenzor energie a hybnosti a Einsteinův gravitační zákon. Schwarzschildovo řešení Einsteinových rovnic, pojem černé díry. Homogenní a izotropní kosmologické modely. Pro 3. roč. TF, MOD a AA.
Závěrečná součást základního kursu fyziky. Seznamuje posluchače se základy experimentální i teoretické fyziky atomového jádra a elementárních částic a s aplikacemi poznatků těchto oborů fyziky.
Experimentální základ a výchozí principy speciální teorie relativity, jejich bezprostřední důsledky a Lorentzova transformace. Minkowského prostoročas, tenzorový zápis fyzikálních zákonů. Relativistická mechanika. Relativistická elektrodynamika ve vakuu. Vzhled objektů ve speciální relativitě. Variační principy.
Sylabus:
* Hilbertovy prostory a operátory na nich: Geometrie Hilbertových prostorů. Přímé součty a tenzorové součiny. Některé třídy omezených operátorů. Kompaktní a jaderné operátory. Základní vlastnosti neomezených operátorů. von Neumannova teorie samosdružených rozšíření. Obyčejné diferenciální operátory.
* Spektrální teorie samosdružených operátorů: Projektorové míry a funkcionální počet. Spektrální teorém. Klasifikace spekter. Funkce samosdružených operátorů. Analytické vektory. Spektrální reprezentace. Stoneův teorém.
* Operátorové algebry a množiny: C*ůalgebry. GNS konstrukce. W*ůalgebry a stavy na nich. Úplné množiny komutujících operátorů. Ireducibilita.
* Stavy a pozorovatelné: Postuláty kvantové mechaniky, ilustrace na jednoduchých systémech. Čisté a smíšené stavy, úplnost množiny stavů. Soubory kompatibilních pozorovatelných. Symetrie kvantových systémů. Složené systémy. Axiomatika kvantové teorie: algebry pozorovatelných, svazy výroků.
* Souřadnice a impuls: Globální a lokální relace neurčitosti. Koherentní stavy. Weylovy relace a jejich ireducibilní representace. Klasická limita.
* Časový vývoj: Základní dynamický postulát. Vyjádření propagátoru pomocí dráhových integrálů. Nekonzervativní systémy. Nestabilní kvantové systémy.
* Nekonečný počet stupňů volnosti: Fockovy prostory. Druhé kvantování. Volná kvantová pole -- existence neekvivalentních reprezentací Weylových relací.
* Schrödingerovy operátory: Podmínky podstatné samosdruženosti. Diskrétní a esenciální spektrum, jejich struktura a stabilita. Systémy s hranicí, bodové a kontaktní interakce.
* Teorie rozptylu: Asymptotické stavy. Vlnové operátory, jejich existence a úplnost. Podmínky asymptotické úplnosti. Rezonanční rozptyl a poruchová teorie vnořených vlastních hodnot.
Základy topologie; diferencovatelné variety, jejich tečné prostory, vektorová a tenzorová pole; afinní konexe, paralelní přenos a geodetické křivky, torze a křivost, prostor konexí; Riemannovy a pseudo-Riemannovy variety, Riemannova konexe; Gaussova teorie ploch, Gaussova formule; Lieova derivace, Killingovy vektory; vnější kalkulus; integrování na varietách, hustoty, integrální věty. Přednáška je určena zejména pro zájemce o teoretickou fyziku v závěru bakalářského či začátkem magisterského studia.
Závěrečná součást základního kursu fyziky. Seznamuje posluchače se základy experimentální i teoretické fyziky atomového jádra a elementárních částic a s aplikacemi poznatků těchto oborů fyziky.
Sylabus:
* Teorie grup - Lagrangeova věta, homomorfismy a izomorfismy, grupy symetrií, působení na množině a Burnsideova věta, cyklické grupy, faktorobjekty a řešitelnost
* Tělesová rozšíření konečného stupně - algebraické a transcendentní prvky, dimenze, konstrukce pravítkem a kružítkem, rozkladová nadtělesa a klasifikace konečných těles
* Galoisova teorie - Galoisovy grupy tělesových rozšíření, řešení polynomiálních rovnic vs. tělesová rozšíření vs. vlastnosti Galoisových grup, Abel-Rufiniho věta: neexistuje vzorec pro kořeny polynomů stupně 5 a více
Sylabus:
* Základní pojmy termodynamiky: Makroskopický stav, charakteristiky makroskopického systému, extenzivní a intenzivní proměnné, termodynamická rovnováha, empirická teplota, stavové rovnice ideálního plynu.
* První termodynamický zákon: Práce, vnitřní energie, teplo, první termodynamický zákon, tepelné kapacity a fundamentální termodynamické procesy.
* Druhý termodynamický zákon: Carnotův cyklus a jiné cyklické děje, vratné a nevratné děje, tepelné stroje, absolutní teplota, entropie, Clausiova, Kelvinova a Caratheodoryova formulace druhého termodynamického zákona.
* Termodynamické potenciály: Podmínky rovnováhy a stability. Vztahy mezi potenicály a Legendreovy transformace, Maxwellovy vztahy, homogenita. Otevřený systém. Maximální práce.
* Aplikace na plyny: Vztah mezi kalorickou a termickou stavovou rovnicí, rovnice adiabaty, rovnice polytropy, tepelné děje a Jouleův-Thomsonův proces.
* Třetí zákon termodynamický: Planckova a Nernstova formulace. Důsledky.
* Fáze a fázové přechody: Fázová rovnováha, osmotický tlak, chemická rovnováha. Gibbsova pravidla, systém kapalina-plyn, Clausiova-Clapeyronova rovnice, latentní teplo, van der Waalsova rovnice a Maxwellova konstrukce.
* Matematická statistika a teorie pravděpodobnosti: Pravděpodobnost, stochastické proměnné,rozdělovací funkce (binomické, Poissonovo, Gaussovo rozdělení), zákon velkých čísel, centrální limitní věta.
* Základní teoretické pojmy statistické fyziky: Fázový prostor, fázový objem, mikroskopické a makroskopické stavy, statistický popis, Liouvilleova rovnice.
* Principy statistického popisu termodynamických dějů: Princip stejných pravděpodobností, mikrokanonický soubor. Interakce systému s tepelnou lázní, kanonický a velký kanonický statistický soubor. Maxwellovo-Boltzmannovo rozdělení.
Základy topologie; diferencovatelné variety, jejich tečné prostory, vektorová a tenzorová pole; afinní konexe, paralelní přenos a geodetické křivky, torze a křivost, prostor konexí; Riemannovy a pseudo-Riemannovy variety, Riemannova konexe; Gaussova teorie ploch, Gaussova formule; Lieova derivace, Killingovy vektory; vnější kalkulus; integrování na varietách, hustoty, integrální věty. Přednáška je určena zejména pro zájemce o teoretickou fyziku v závěru bakalářského či začátkem magisterského studia.