Кафедра 7 НИЯУ МИФИ

Кафедра №7 Экспериментальная ядерная физика и космофизика

Национальный Исследовательский Ядерный Университет МИФИ

Образование на кафедре / Образовательный портал

Происхождение Вселенной

Предметом курса лекций является современное представление о главных этапах развития Вселенной с момента её образования в результате Большого взрыва и до наших дней. Рассматриваются основные космологические модели, которые позволяют описать рождение и последующую эволюцию Вселенной, её наблюдаемые характеристики и свойства. История Вселенной дополнена обзором основных методов её исследования, изучения различных астрофизических объектов. Обсуждаются современные представления о строении и эволюции звёзд и галактик, о крупномасштабной структуре Вселенной, приходя к выводу о существовании загадочных тёмной материи и тёмной энергии. Даются общие сведения об их свойствах, проявлениях и указывается на возможные пути экспериментального доказательства существования. Рассматривается влияние тёмных сущностей на эволюцию Вселенной в рамках модели Лямбда-CDM, затрагиваются вопросы существования Вселенной до Большого взрыва и в далёком будущем. Обсуждается развитие космологии в рамках теории струн, а также альтернативные версии происхождения и развития Вселенной.



Курс предназначен для всех, кто интересуется астрономией, астрофизикой и космологией - от студентов до специалистов.
Изложение материала приводится в 16 лекциях длительностью 1.5 академических часа.

  1. Введение.
    Общие представления об устройстве современной Вселенной, её структуры и масштабы. Эволюция Вселенной на временной шкале, роль физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий в её описании.

  2. Наблюдения Вселенной.
    Методы астрофизических исследований и всеволновая астрономия. Обзоры неба и глубокие поля наземных и космических телескопов. Особенности и ограничения существующих наблюдений.

  3. Обзор классической теории гравитации.
    Современные представления о теории гравитации. Чёрная дыра Шварцшильда и проблема сингулярности. Кротовые норы: мост Эйнштейна-Розена и червоточина Морриса-Торна. Возмущения пространства-времени и гравитационные волны. Красное смещение электромагнитного спектра.

  4. Космологические модели расширяющейся Вселенной и теория Большого взрыва.
    Космологическая сингулярность. Фазовые переходы в ранней Вселенной: от Планковской эпохи до первичного нуклеосинтеза. Барионная асимметрия Вселенной и реликтовые нейтрино. Модель космологической инфляции, модель горячей Вселенной и Вселенная Фридмана. Распространённость первородных химических элементов.

  5. На пути к эре вещества.
    Протонная эпоха: первичная рекомбинация и переход Вселенной из состояния плазмы в газообразное. Реликтовое микроволновое излучение: открытие, наблюдения и свойства. Тёмные века. Первые звёзды и эпоха реионизации.

  6. Возникновение и эволюция галактик.
    Масса и размер Джинса. Теории возникновения галактик и коллапс протогалактического облака. Прямой коллапс вещества в чёрные дыры и первые квазары. Наблюдения галактик на разных красных смещениях. Динамическая, спектрофотометрическая и химическая эволюции.

  7. Возникновение и эволюция звёзд.
    Образование и горение первых звёзд. Звёздные ясли и звёзды старших поколений. Данные наблюдений, звёздные населения и диаграмма Герцшпрунга-Рассела. Стадии эволюции звезды и эволюционные пути. Конечные состояния звёзд. Эволюция Солнца.

  8. Крупномасштабная структура Вселенной.
    Наблюдаемые масштабы неоднородностей современной Вселенной, рождение и эволюция крупномасштабных структур. Фотометрический парадокс. Ускоренное расширение Вселенной и парадокс Сэндиджа. Космологическая модель Лямбда-CDM с тёмной материей и тёмной энергией.

  9. Тёмная материя (1).
    Астрофизические проявления тёмной материи: кинематика и динамика звёзд в галактиках, движение галактик-спутников, галактики-призраки и сталкивающиеся галактики. Гравитационное линзирование. Компактные массивные объекты гало Галактики.

  10. Тёмная материя (2).
    Космологические проявления тёмной материи: влияние на химический состав, спектр реликтового излучения и формирование крупномасштабной структуры Вселенной. Численное моделирование Вселенной в модели Лямбда-CDM и других. Возраст Вселенной и её населения.

  11. Тёмная материя (3).
    Частицы-кандидаты в тёмную материю. Рождение частиц тёмной материи на ускорителях. Прямая регистрация в наземных и подземных экспериментах. Косвенные поиски в космическом излучении. Альтернативы и модификации теории гравитации.

  12. Тёмная энергия.
    Природа тёмной энергии: космологическая константа, квинтэссенция или модификация теории гравитации. Критическая плотность Вселенной и влияние тёмных субстанций на судьбу Вселенной. Обзор сценариев финала.

  13. Стадия космологической инфляции.
    Проблемы объяснения крупномасштабной структуры и плоскостности Вселенной в модели горячего Большого взрыва. Гипотеза и модели инфляции. Генерация космологических возмущений на инфляционной стадии. Парадоксы и критика инфляционной модели. Реликтовые гравитационные волны.

  14. Гипотезы начала и сценарии финала.
    Геометрия и мироздание: множества Калаби-Яу и ДНК теории струн. Компактные измерения и браны. Струнная космология и вывод теории инфляции. Космологическая инфляция в наши дни. Квантовое пространство-время и его распад. Распускающаяся Вселенная.

  15. Альтернативные гипотезы происхождения Вселенной.
    Теории голографической Вселенной, изломанности и конструктора. Мультивселенная. Математика Вселенной и слишком большие числа. Фракталы и 4/3. Искусственные вселенные (матрица) и антропный принцип.

  16. Формирование и эволюция Солнечной системы. Краткая история Земли.
    Звезда-прародитель Солнечной системы. Протосолнце и формирование протопланетного диска. Образование астероидов, планет и их спутников. Оценки возраста Солнца, Земли и других объектов Солнечной системы. Обзор истории образования и эволюции Земли.

Преподаватель: Доцент, к.ф.-м.н. Майоров А.Г.