Осень

Происхождение Вселенной

Chronology of the Universe

Аннотация курса

В курсе лекций даётся современное представление о главных этапах развития Вселенной с момента её образования 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 теории строения и эволюции звёзд и галактик, образования крупномасштабной структуры, приходя к выводу о существовании загадочных тёмной материи и энергии. Даются общие сведения об их свойствах, проявлениях и указывается на возможные пути экспериментального поиска. Рассматривается влияние тёмных сущностей на эволюцию Вселенной, затрагиваются вопросы её существования до Большого взрыва и в далёком будущем. Обсуждается развитие космологии в рамках теории струн, а также альтернативные гипотезы. Курс предназначен для всех, кому интересна астрономия, астрофизика и космология - от студентов до специалистов.
Занятия проводятся с использованием мультимедийного оборудования
Дисциплина не может быть выбрана студентами центра «Фундаментальные исследования и физика частиц»

Авторы

Майоров А.Г.
Майоров Андрей Георгиевич
Ученое звание
Ученая степень
кандидат физико-математических наук
Об авторе

В 2009 году закончил с отличием НИЯУ МИФИ (фаультет "Е" Высший физический колледж) по специальности "Физика атомного ядра и элементарных частиц". В 2012 году защитил диссертацию на сосискание степени кандидата физико-математических наук по теме "Потоки лёгких антиядер в первичных космических лучах". Лауреат премии Правительства Москвы за научные достижения в области "Физика и астрономия".
Области научных интересов: космические лучи, астрофизика, всеволновая астрономия, космология, тёмная материя.

Темы курса

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 ЭМ 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.
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 свойств 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-прородитель 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.