Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Introduction to Astrophysics and Cosmology
Course of study:
2018/2019
Code:
JFT-1-013-s
Faculty of:
Physics and Applied Computer Science
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Technical Physics
Semester:
0
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr Płazak Tomasz (plazak@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr Płazak Tomasz (plazak@agh.edu.pl)
Module summary

Po zaliczeniu modułu student potrafi analizować zjawiska zachodzące wewnątrz gwiazd oraz w całym wszechświecie (jego ewolucję) i rozumie ich zgodność z fundamentalnymi prawami fizyki

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Potrafi zrozumiale i ciekawie przekazywać informacje o wszechświecie w ramach wykładów, pogadanek, prezentacji i kontaktów towarzyskich. FT1A_K03, FT1A_K02 Activity during classes,
Test
Skills
M_U001 Potrafi analizować zjawiska zachodzące we wszechświecie i powiązać je z ogólnymi prawami fizyki. FT1A_U03, FT1A_U01, FT1A_U05, FT1A_U04, FT1A_U02 Activity during classes,
Test
Knowledge
M_W001 Rozumie prawa fizyki organizujące porządek wszechświata. FT1A_W04, FT1A_W05, FT1A_W03, FT1A_W01 Activity during classes,
Test
M_W002 Rozumie przebieg zjawisk zachodzących w trakcie ewolucji wszechświata od jego początków do stanu obecnego. FT1A_W04, FT1A_W05, FT1A_W03, FT1A_W01 Activity during classes,
Test
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Potrafi zrozumiale i ciekawie przekazywać informacje o wszechświecie w ramach wykładów, pogadanek, prezentacji i kontaktów towarzyskich. + - - - - - - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi analizować zjawiska zachodzące we wszechświecie i powiązać je z ogólnymi prawami fizyki. + - - - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Rozumie prawa fizyki organizujące porządek wszechświata. + - - - - - - - - - -
M_W002 Rozumie przebieg zjawisk zachodzących w trakcie ewolucji wszechświata od jego początków do stanu obecnego. + - - - - - - - - - -
Module content
Lectures:
Wprowadzenie do astrofizyki i kosmologii

1.Przyczyny gwałtownego rozwoju astrofizyki i kosmologii. Słońce jako gwiazda – w jaki sposób poznajemy jego parametry i budowę
2.Dlaczego Słońce świeci? Problem neutrin i odkrycie ich oscylacji (nagroda Nobla r. 2002)
3.Poznawanie cech i rodzajów gwiazd. Czasy ich życia. Diagram HR. Produkcja pierwiastków w gwiazdach
4.Końcowe stany ewolucji gwiazd: gaz zdegenerowany i masa Chandrasekhara, białe karły i gwiazdy neutronowe (pulsary), elementy fizyki czarnych dziur
5.Sposoby wyznaczania dużych odległości i odkrycie świata galaktyk. Zasada kosmologiczna. Pojęcie horyzontu obserwacji
6.Odkrycie rozszerzania się wszechświata (redshift galaktyk), prawo Hubble’a. Idea Wielkiego Wybuchu Pierwotnego, wiek wszechświata. Wykrycie i własności promieniowania reliktowego (nagrody Nobla r. 1978 i r. 2006) Kryzys newtonowskiego obrazu wszechświata (prymitywnej wersji Wielkiego Wybuchu)
7.Pogląd na Ogólną Teorię Względności. Przestrzenie zakrzywione, geometrie nieeuklidesowe. Jak otrzymuje się relatywistyczne modele wszechświata? Równania stanu. Model Einsteina i jego stała kosmologiczna
8.Równania i modele Friedmana, gęstość krytyczna i parametr Ω. Zobrazowania puchnącej przestrzeni (kwestia v>c). Kosmologiczny sens redshiftu. Zapomniany model Lemaitre’a
9.Metryka RWF, ścisłe rozwiązania równań Friedmana. Kwestia wieku wszechświata. Stała kosmologiczna i równania Friedmana-Lemaitre’a. Pomiary parametru Ω, wykrycie Ciemnej Materii i dominacji ΩDM.
10.Problem obfitości helu we wszechświecie i teoria αßγ. Era promieniowania (konieczność istnienia, czas trwania). Relatywistyczny model wczesnego wszechświata. Liczebność fotonów względem barionów, kwestia spontanicznego łamania symetrii (SSB). Powstanie atomów, wyzwolenie się promieniowania reliktowego
11.Wczesne epoki wszechświata a fizyka cząstek elementarnych. Ery: leptonowa, hadronowa i wcześniejsze. Wartości planckowskie i kwestia „początku”
12.Nukleosynteza pierwotna: zamarzanie liczebności neutronów względem protonów, wyjaśnienie obfitości helu. Kosmologiczny limit na liczebność rodzajów neutrin. Nukleosynteza pierwotna innych lekkich pierwiastków i ważne odkrycie dominacji we wszechświecie niebarionowej materii (nieznanego rodzaju; kwestia ΩBAR wobec ΩDM)
13.Nierozwiązane problemy kosmologii z końca XX wieku. Gwałtowna inflacja w początkach wszechświata i jej cechy – jako panaceum na problemy. Pomiarowy cios (wartość ΩDM)
14.Parametr deceleracji q0. Zależność „przesunięcie-jasność” dla dużych odległości, wyznaczanie q0. Supernowe Ia jako świece standardowe. Ważne odkrycie (nagroda Nobla r.2011): akceleracja wszechświata, istnienie stałej kosmologicznej i Ciemnej Energii dominującej wszechświat, pomiar wartości ΩΛ.
15.Drobnoskalowe anizotropie promieniowania reliktowego: pomiary COBE (nagroda Nobla r.2006) oraz pomiary WMAP (r. 2003) i PLANCK (r.2013). Odkrycie „akustyki” wczesnego wszechświata (składowe harmoniczne, widmo mocy) i dokładne pomiary wartości ΩTOT, ΩDM- bilans energii domknięty, spójność kosmologii osiągnięta (inflacja potwierdzona)!

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 75 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Participation in lectures 45 h
Examination or Final test 5 h
Realization of independently performed tasks 20 h
Preparation for classes 5 h
Additional information
Method of calculating the final grade:
Obok oceny z kollokwium zaliczeniowego istotnym czynnikiem promującym jest aktywność na wykładach – “plusy” za zadawanie pytań oraz odpowiedzi na moje pytania (minusów nie stawiam)
Prerequisites and additional requirements:
Zaliczenie pierwszego roku
Recommended literature and teaching resources:
1.A.Liddle “Introduction to Cosmology” (second edition) 2.L.Sokołowski “Ewolucja wszechświata” 3.J.Kreiner “Astronomia z astrofizyką” 4.A.C.Phillips “The Physics of Stars” (second edition) – fragmenty
Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Publikacje bezpośrednio związane z tematyką modułu to przede wszystkim:
1. Opublikowana rozprawa doktorska (praca wyróżniona) “Kosmologia w nauczaniu akademickim. Problemy elementaryzacji modeli wszechświata”, Kraków , rok 2001
a także:
2. “Światło i kosmos”, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, rok 2007
3. “Kosmologia w ramach wykładów fizyki – dlaczego, co i jak wykładać?”, XII Konferencja Nauczania Fizyki w Szkołach Wyższych, Poznań, rok 1998

Additional information:

Nie ma obowiązku przychodzenia na wykłady, choć w istocie i praktyce powinna to być przyjemność (poznawcza) – stanowiąca też w praktyce niezastąpione źródło przygotowania się do egzaminu czy kolokwium końcowego (wobec braku odpowiedniego podręcznika). Z tego też powodu – w trybie wyrównywania zaległości – nieobecność na kilku zajęciach wymaga od studenta bieżącego i samodzielnego opanowania wykładanego na nich materiału i jego zaliczenia w formie i terminie wyznaczonym przez prowadzącego.