Programma

§I. Introduzione: inerzia e covarianza

Relatività Galileiana e Relatività Speciale. Il principio di equivalenza. Motivazioni per la covarianza generale. Sistemi inerziali locali.

§II. Spaziotempo dinamico: fondamenti della Relatività Generale

Coordinate curvilinee. Vettori e tensori sotto trasformazioni generali di coordinate. Trasporto parallelo e simboli di Christoffel. Derivate covarianti e compatibilità metrica. Vettori covariantemente conservati e densità vettoriali conservate. Trasformazione dei simboli di Christoffel. Il teorema di Ricci. Geodetiche e loro limite newtoniano. Curve tipo-spazio, tipo-tempo e tipo-luce. Coordinate normali e sistemi inerziali locali. Derivazione covariante lungo una curva. Tensore di curvatura di Riemann. Proprietà algebriche. Identità Bianchi. Sistemi inerziali locali. Caratterizzazione degli spazi piatti. Deviazione geodetica. Azione di Einstein-Hilbert ed equazioni del moto. L'identità di Palatini. Costante cosmologica. Accoppiamento a materia non dinamica: identità di Bianchi contratta, tensore energia impulso della materia e conservazione covariante. Accoppiamento minimale a campi scalari ed elettromagnetici.

§III. Approssimazione lineare e onde gravitazionali

Motivazioni. Fluttuazioni dello spazio-tempo piatto: tensore di Riemann linearizzato e sua invarianza di gauge abeliana. Equazioni del moto: gauge di de Donder e onde gravitazionali. Confronto con la teoria di Maxwell.

§IV. Isometrie e spazi massimamente simmetrici

Simmetrie di tensori: invarianza di forma. Equazioni di Killing. Condizione di integrabilità e numero massimo di isometrie. La derivata di Lie. Vettori di Killing e leggi di conservazione. L'esempio dello spazio di Minkowski. Isometrie traslazionali.

§V. La soluzione di Schwarschild

Metrica di Schwarzschild. Simmetria sferica e teorema di Birkhoff (senza dimostrazione). Vettori di Killing della metrica di Schwarzschild. Redshift gravitazionale.

Testi Adottati

- Susskind L, Cabannes - Relatività Generale, (Raffaello Cortina Editore, 2024)
- Rovelli C, Relatività Generale, (Adelphi, 2021).

Modalità Erogazione

Lezioni frontali alla lavagna

Modalità Frequenza

In presenza

Modalità Valutazione

Prove in itinere: due esoneri con domande a risposta aperta. Gli esoneri simulano in forma scritta lo svolgimento di un esame orale. Le domande sono formulate per punti, così da consentire agli studenti di sviluppare la loro risposta anche in assenza del feedback del docente. Vengono aggiunte domande segnalate come opzionali pensate per consentire per gli studenti di migliorare il livello degli elaborati. La valutazione dei compiti prevede una griglia di punteggio assegnata ad ogni punto, ma resta libera la discrezione del docente di valutare aspetti complessivi degli elaborati quali la padronanza complessiva della materia, la coerenza e la completezza del discorso e così via. Con la sufficienza ad entrambi gli esoneri si è esentati dalla prova orale. Esami orali: una domanda relativa al Modulo A

Programma

- principio cosmologico e metrica di Robertson-Walker.
- equazioni di Friedmann
- il modello cosmologico standard
- Redshift, distanze e orizzonti cosmologici.
- parametri cosmologici fondamentali e loro determinazioni sperimentali.
- tests cosmologici classici: test di Hubble. test del diametro angolare. test dei conteggi.
- costante cosmologica.
- fluidi cosmici e loro equazione di stato.
- storia termica dell'universo. disaccoppiamento. ricombinazione.
- asimmetria materia-antimateria.
- oltre il modello standard: paradosso degli orizzonti e della piattezza. soluzione inflazionaria. cenni alla teoria dell'inflazione cosmologica.
- materia oscura.
- breve storia dell'universo: era adronica. era leptonica. era radiativa..
- nucleosintesi cosmologica.
- era della materia. reionizzazione.
- fondo cosmico a microonde
- instabilita' gravitazionale alla jeans
- evoluzione delle strutture cosmiche:
- spettro di perturbazioni di densita’, evoluzione lineare e non lineare del campo di densita’
- collasso sferico e teria di Press & Schechter
- cenni di sugli approcci numerici alla formazione delle strutture: simulazioni n-corpi
- processi legati alla formazione delle galassie
- cenni a problemi aperti nel campo della formazione delle strutture

Testi Adottati

Coles P., Lucchin F. Cosmology [Wiley 2000]
Peebles P.J.E. 1993. Principles of Physical Cosmology [Princeton Series in Physics 1993]

Modalità Erogazione

lezioni a didattica frontale

Modalità Valutazione

L'esame si svolge in forma orale Le domande riguardano tutti gli argomenti del corso.

Programma

§I. Introduzione: inerzia e covarianza

Relatività Galileiana e Relatività Speciale. Il principio di equivalenza. Motivazioni per la covarianza generale. Sistemi inerziali locali.

§II. Spaziotempo dinamico: fondamenti della Relatività Generale

Coordinate curvilinee. Vettori e tensori sotto trasformazioni generali di coordinate. Trasporto parallelo e simboli di Christoffel. Derivate covarianti e compatibilità metrica. Vettori covariantemente conservati e densità vettoriali conservate. Trasformazione dei simboli di Christoffel. Il teorema di Ricci. Geodetiche e loro limite newtoniano. Curve tipo-spazio, tipo-tempo e tipo-luce. Coordinate normali e sistemi inerziali locali. Derivazione covariante lungo una curva. Tensore di curvatura di Riemann. Proprietà algebriche. Identità Bianchi. Sistemi inerziali locali. Caratterizzazione degli spazi piatti. Deviazione geodetica. Azione di Einstein-Hilbert ed equazioni del moto. L'identità di Palatini. Costante cosmologica. Accoppiamento a materia non dinamica: identità di Bianchi contratta, tensore energia impulso della materia e conservazione covariante. Accoppiamento minimale a campi scalari ed elettromagnetici.

§III. Approssimazione lineare e onde gravitazionali

Motivazioni. Fluttuazioni dello spazio-tempo piatto: tensore di Riemann linearizzato e sua invarianza di gauge abeliana. Equazioni del moto: gauge di de Donder e onde gravitazionali. Confronto con la teoria di Maxwell.

§IV. Isometrie e spazi massimamente simmetrici

Simmetrie di tensori: invarianza di forma. Equazioni di Killing. Condizione di integrabilità e numero massimo di isometrie. La derivata di Lie. Vettori di Killing e leggi di conservazione. L'esempio dello spazio di Minkowski. Isometrie traslazionali.

§V. La soluzione di Schwarschild

Metrica di Schwarzschild. Simmetria sferica e teorema di Birkhoff (senza dimostrazione). Vettori di Killing della metrica di Schwarzschild. Redshift gravitazionale.

Testi Adottati

- Susskind L, Cabannes - Relatività Generale, (Raffaello Cortina Editore, 2024)
- Rovelli C, Relatività Generale, (Adelphi, 2021).

Modalità Erogazione

Lezioni frontali alla lavagna

Modalità Frequenza

In presenza

Modalità Valutazione

Prove in itinere: due esoneri con domande a risposta aperta. Gli esoneri simulano in forma scritta lo svolgimento di un esame orale. Le domande sono formulate per punti, così da consentire agli studenti di sviluppare la loro risposta anche in assenza del feedback del docente. Vengono aggiunte domande segnalate come opzionali pensate per consentire per gli studenti di migliorare il livello degli elaborati. La valutazione dei compiti prevede una griglia di punteggio assegnata ad ogni punto, ma resta libera la discrezione del docente di valutare aspetti complessivi degli elaborati quali la padronanza complessiva della materia, la coerenza e la completezza del discorso e così via. Con la sufficienza ad entrambi gli esoneri si è esentati dalla prova orale. Esami orali: una domanda relativa al Modulo A

Programma

- principio cosmologico e metrica di Robertson-Walker.
- equazioni di Friedmann
- il modello cosmologico standard
- Redshift, distanze e orizzonti cosmologici.
- parametri cosmologici fondamentali e loro determinazioni sperimentali.
- tests cosmologici classici: test di Hubble. test del diametro angolare. test dei conteggi.
- costante cosmologica.
- fluidi cosmici e loro equazione di stato.
- storia termica dell'universo. disaccoppiamento. ricombinazione.
- asimmetria materia-antimateria.
- oltre il modello standard: paradosso degli orizzonti e della piattezza. soluzione inflazionaria. cenni alla teoria dell'inflazione cosmologica.
- materia oscura.
- breve storia dell'universo: era adronica. era leptonica. era radiativa..
- nucleosintesi cosmologica.
- era della materia. reionizzazione.
- fondo cosmico a microonde
- instabilita' gravitazionale alla jeans
- evoluzione delle strutture cosmiche:
- spettro di perturbazioni di densita’, evoluzione lineare e non lineare del campo di densita’
- collasso sferico e teria di Press & Schechter
- cenni di sugli approcci numerici alla formazione delle strutture: simulazioni n-corpi
- processi legati alla formazione delle galassie
- cenni a problemi aperti nel campo della formazione delle strutture

Testi Adottati

Coles P., Lucchin F. Cosmology [Wiley 2000]
Peebles P.J.E. 1993. Principles of Physical Cosmology [Princeton Series in Physics 1993]

Modalità Erogazione

lezioni a didattica frontale

Modalità Valutazione

L'esame si svolge in forma orale Le domande riguardano tutti gli argomenti del corso.

Programma

§I. Introduzione: inerzia e covarianza

Relatività Galileiana e Relatività Speciale. Il principio di equivalenza. Motivazioni per la covarianza generale. Sistemi inerziali locali.

§II. Spaziotempo dinamico: fondamenti della Relatività Generale

Coordinate curvilinee. Vettori e tensori sotto trasformazioni generali di coordinate. Trasporto parallelo e simboli di Christoffel. Derivate covarianti e compatibilità metrica. Vettori covariantemente conservati e densità vettoriali conservate. Trasformazione dei simboli di Christoffel. Il teorema di Ricci. Geodetiche e loro limite newtoniano. Curve tipo-spazio, tipo-tempo e tipo-luce. Coordinate normali e sistemi inerziali locali. Derivazione covariante lungo una curva. Tensore di curvatura di Riemann. Proprietà algebriche. Identità Bianchi. Sistemi inerziali locali. Caratterizzazione degli spazi piatti. Deviazione geodetica. Azione di Einstein-Hilbert ed equazioni del moto. L'identità di Palatini. Costante cosmologica. Accoppiamento a materia non dinamica: identità di Bianchi contratta, tensore energia impulso della materia e conservazione covariante. Accoppiamento minimale a campi scalari ed elettromagnetici.

§III. Approssimazione lineare e onde gravitazionali

Motivazioni. Fluttuazioni dello spazio-tempo piatto: tensore di Riemann linearizzato e sua invarianza di gauge abeliana. Equazioni del moto: gauge di de Donder e onde gravitazionali. Confronto con la teoria di Maxwell.

§IV. Isometrie e spazi massimamente simmetrici

Simmetrie di tensori: invarianza di forma. Equazioni di Killing. Condizione di integrabilità e numero massimo di isometrie. La derivata di Lie. Vettori di Killing e leggi di conservazione. L'esempio dello spazio di Minkowski. Isometrie traslazionali.

§V. La soluzione di Schwarschild

Metrica di Schwarzschild. Simmetria sferica e teorema di Birkhoff (senza dimostrazione). Vettori di Killing della metrica di Schwarzschild. Redshift gravitazionale.

Testi Adottati

- Susskind L, Cabannes - Relatività Generale, (Raffaello Cortina Editore, 2024)
- Rovelli C, Relatività Generale, (Adelphi, 2021).

Modalità Erogazione

Lezioni frontali alla lavagna

Modalità Frequenza

In presenza

Modalità Valutazione

Prove in itinere: due esoneri con domande a risposta aperta. Gli esoneri simulano in forma scritta lo svolgimento di un esame orale. Le domande sono formulate per punti, così da consentire agli studenti di sviluppare la loro risposta anche in assenza del feedback del docente. Vengono aggiunte domande segnalate come opzionali pensate per consentire per gli studenti di migliorare il livello degli elaborati. La valutazione dei compiti prevede una griglia di punteggio assegnata ad ogni punto, ma resta libera la discrezione del docente di valutare aspetti complessivi degli elaborati quali la padronanza complessiva della materia, la coerenza e la completezza del discorso e così via. Con la sufficienza ad entrambi gli esoneri si è esentati dalla prova orale. Esami orali: una domanda relativa al Modulo A

Programma

- principio cosmologico e metrica di Robertson-Walker.
- equazioni di Friedmann
- il modello cosmologico standard
- Redshift, distanze e orizzonti cosmologici.
- parametri cosmologici fondamentali e loro determinazioni sperimentali.
- tests cosmologici classici: test di Hubble. test del diametro angolare. test dei conteggi.
- costante cosmologica.
- fluidi cosmici e loro equazione di stato.
- storia termica dell'universo. disaccoppiamento. ricombinazione.
- asimmetria materia-antimateria.
- oltre il modello standard: paradosso degli orizzonti e della piattezza. soluzione inflazionaria. cenni alla teoria dell'inflazione cosmologica.
- materia oscura.
- breve storia dell'universo: era adronica. era leptonica. era radiativa..
- nucleosintesi cosmologica.
- era della materia. reionizzazione.
- fondo cosmico a microonde
- instabilita' gravitazionale alla jeans
- evoluzione delle strutture cosmiche:
- spettro di perturbazioni di densita’, evoluzione lineare e non lineare del campo di densita’
- collasso sferico e teria di Press & Schechter
- cenni di sugli approcci numerici alla formazione delle strutture: simulazioni n-corpi
- processi legati alla formazione delle galassie
- cenni a problemi aperti nel campo della formazione delle strutture

Testi Adottati

Coles P., Lucchin F. Cosmology [Wiley 2000]
Peebles P.J.E. 1993. Principles of Physical Cosmology [Princeton Series in Physics 1993]

Modalità Erogazione

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Modalità Valutazione

L'esame si svolge in forma orale Le domande riguardano tutti gli argomenti del corso.

Programma

§I. Introduzione: inerzia e covarianza

Relatività Galileiana e Relatività Speciale. Il principio di equivalenza. Motivazioni per la covarianza generale. Sistemi inerziali locali.

§II. Spaziotempo dinamico: fondamenti della Relatività Generale

Coordinate curvilinee. Vettori e tensori sotto trasformazioni generali di coordinate. Trasporto parallelo e simboli di Christoffel. Derivate covarianti e compatibilità metrica. Vettori covariantemente conservati e densità vettoriali conservate. Trasformazione dei simboli di Christoffel. Il teorema di Ricci. Geodetiche e loro limite newtoniano. Curve tipo-spazio, tipo-tempo e tipo-luce. Coordinate normali e sistemi inerziali locali. Derivazione covariante lungo una curva. Tensore di curvatura di Riemann. Proprietà algebriche. Identità Bianchi. Sistemi inerziali locali. Caratterizzazione degli spazi piatti. Deviazione geodetica. Azione di Einstein-Hilbert ed equazioni del moto. L'identità di Palatini. Costante cosmologica. Accoppiamento a materia non dinamica: identità di Bianchi contratta, tensore energia impulso della materia e conservazione covariante. Accoppiamento minimale a campi scalari ed elettromagnetici.

§III. Approssimazione lineare e onde gravitazionali

Motivazioni. Fluttuazioni dello spazio-tempo piatto: tensore di Riemann linearizzato e sua invarianza di gauge abeliana. Equazioni del moto: gauge di de Donder e onde gravitazionali. Confronto con la teoria di Maxwell.

§IV. Isometrie e spazi massimamente simmetrici

Simmetrie di tensori: invarianza di forma. Equazioni di Killing. Condizione di integrabilità e numero massimo di isometrie. La derivata di Lie. Vettori di Killing e leggi di conservazione. L'esempio dello spazio di Minkowski. Isometrie traslazionali.

§V. La soluzione di Schwarschild

Metrica di Schwarzschild. Simmetria sferica e teorema di Birkhoff (senza dimostrazione). Vettori di Killing della metrica di Schwarzschild. Redshift gravitazionale.

Testi Adottati

- Susskind L, Cabannes - Relatività Generale, (Raffaello Cortina Editore, 2024)
- Rovelli C, Relatività Generale, (Adelphi, 2021).

Modalità Erogazione

Lezioni frontali alla lavagna

Modalità Frequenza

In presenza

Modalità Valutazione

Prove in itinere: due esoneri con domande a risposta aperta. Gli esoneri simulano in forma scritta lo svolgimento di un esame orale. Le domande sono formulate per punti, così da consentire agli studenti di sviluppare la loro risposta anche in assenza del feedback del docente. Vengono aggiunte domande segnalate come opzionali pensate per consentire per gli studenti di migliorare il livello degli elaborati. La valutazione dei compiti prevede una griglia di punteggio assegnata ad ogni punto, ma resta libera la discrezione del docente di valutare aspetti complessivi degli elaborati quali la padronanza complessiva della materia, la coerenza e la completezza del discorso e così via. Con la sufficienza ad entrambi gli esoneri si è esentati dalla prova orale. Esami orali: una domanda relativa al Modulo A

Programma

- principio cosmologico e metrica di Robertson-Walker.
- equazioni di Friedmann
- il modello cosmologico standard
- Redshift, distanze e orizzonti cosmologici.
- parametri cosmologici fondamentali e loro determinazioni sperimentali.
- tests cosmologici classici: test di Hubble. test del diametro angolare. test dei conteggi.
- costante cosmologica.
- fluidi cosmici e loro equazione di stato.
- storia termica dell'universo. disaccoppiamento. ricombinazione.
- asimmetria materia-antimateria.
- oltre il modello standard: paradosso degli orizzonti e della piattezza. soluzione inflazionaria. cenni alla teoria dell'inflazione cosmologica.
- materia oscura.
- breve storia dell'universo: era adronica. era leptonica. era radiativa..
- nucleosintesi cosmologica.
- era della materia. reionizzazione.
- fondo cosmico a microonde
- instabilita' gravitazionale alla jeans
- evoluzione delle strutture cosmiche:
- spettro di perturbazioni di densita’, evoluzione lineare e non lineare del campo di densita’
- collasso sferico e teria di Press & Schechter
- cenni di sugli approcci numerici alla formazione delle strutture: simulazioni n-corpi
- processi legati alla formazione delle galassie
- cenni a problemi aperti nel campo della formazione delle strutture

Testi Adottati

Coles P., Lucchin F. Cosmology [Wiley 2000]
Peebles P.J.E. 1993. Principles of Physical Cosmology [Princeton Series in Physics 1993]

Modalità Erogazione

lezioni a didattica frontale

Modalità Valutazione

L'esame si svolge in forma orale Le domande riguardano tutti gli argomenti del corso.

Programma

§I. Introduzione: inerzia e covarianza

Relatività Galileiana e Relatività Speciale. Il principio di equivalenza. Motivazioni per la covarianza generale. Sistemi inerziali locali.

§II. Spaziotempo dinamico: fondamenti della Relatività Generale

Coordinate curvilinee. Vettori e tensori sotto trasformazioni generali di coordinate. Trasporto parallelo e simboli di Christoffel. Derivate covarianti e compatibilità metrica. Vettori covariantemente conservati e densità vettoriali conservate. Trasformazione dei simboli di Christoffel. Il teorema di Ricci. Geodetiche e loro limite newtoniano. Curve tipo-spazio, tipo-tempo e tipo-luce. Coordinate normali e sistemi inerziali locali. Derivazione covariante lungo una curva. Tensore di curvatura di Riemann. Proprietà algebriche. Identità Bianchi. Sistemi inerziali locali. Caratterizzazione degli spazi piatti. Deviazione geodetica. Azione di Einstein-Hilbert ed equazioni del moto. L'identità di Palatini. Costante cosmologica. Accoppiamento a materia non dinamica: identità di Bianchi contratta, tensore energia impulso della materia e conservazione covariante. Accoppiamento minimale a campi scalari ed elettromagnetici.

§III. Approssimazione lineare e onde gravitazionali

Motivazioni. Fluttuazioni dello spazio-tempo piatto: tensore di Riemann linearizzato e sua invarianza di gauge abeliana. Equazioni del moto: gauge di de Donder e onde gravitazionali. Confronto con la teoria di Maxwell.

§IV. Isometrie e spazi massimamente simmetrici

Simmetrie di tensori: invarianza di forma. Equazioni di Killing. Condizione di integrabilità e numero massimo di isometrie. La derivata di Lie. Vettori di Killing e leggi di conservazione. L'esempio dello spazio di Minkowski. Isometrie traslazionali.

§V. La soluzione di Schwarschild

Metrica di Schwarzschild. Simmetria sferica e teorema di Birkhoff (senza dimostrazione). Vettori di Killing della metrica di Schwarzschild. Redshift gravitazionale.

Testi Adottati

- Susskind L, Cabannes - Relatività Generale, (Raffaello Cortina Editore, 2024)
- Rovelli C, Relatività Generale, (Adelphi, 2021).

Modalità Erogazione

Lezioni frontali alla lavagna

Modalità Frequenza

In presenza

Modalità Valutazione

Prove in itinere: due esoneri con domande a risposta aperta. Gli esoneri simulano in forma scritta lo svolgimento di un esame orale. Le domande sono formulate per punti, così da consentire agli studenti di sviluppare la loro risposta anche in assenza del feedback del docente. Vengono aggiunte domande segnalate come opzionali pensate per consentire per gli studenti di migliorare il livello degli elaborati. La valutazione dei compiti prevede una griglia di punteggio assegnata ad ogni punto, ma resta libera la discrezione del docente di valutare aspetti complessivi degli elaborati quali la padronanza complessiva della materia, la coerenza e la completezza del discorso e così via. Con la sufficienza ad entrambi gli esoneri si è esentati dalla prova orale. Esami orali: una domanda relativa al Modulo A

Programma

- principio cosmologico e metrica di Robertson-Walker.
- equazioni di Friedmann
- il modello cosmologico standard
- Redshift, distanze e orizzonti cosmologici.
- parametri cosmologici fondamentali e loro determinazioni sperimentali.
- tests cosmologici classici: test di Hubble. test del diametro angolare. test dei conteggi.
- costante cosmologica.
- fluidi cosmici e loro equazione di stato.
- storia termica dell'universo. disaccoppiamento. ricombinazione.
- asimmetria materia-antimateria.
- oltre il modello standard: paradosso degli orizzonti e della piattezza. soluzione inflazionaria. cenni alla teoria dell'inflazione cosmologica.
- materia oscura.
- breve storia dell'universo: era adronica. era leptonica. era radiativa..
- nucleosintesi cosmologica.
- era della materia. reionizzazione.
- fondo cosmico a microonde
- instabilita' gravitazionale alla jeans
- evoluzione delle strutture cosmiche:
- spettro di perturbazioni di densita’, evoluzione lineare e non lineare del campo di densita’
- collasso sferico e teria di Press & Schechter
- cenni di sugli approcci numerici alla formazione delle strutture: simulazioni n-corpi
- processi legati alla formazione delle galassie
- cenni a problemi aperti nel campo della formazione delle strutture

Testi Adottati

Coles P., Lucchin F. Cosmology [Wiley 2000]
Peebles P.J.E. 1993. Principles of Physical Cosmology [Princeton Series in Physics 1993]

Modalità Erogazione

lezioni a didattica frontale

Modalità Valutazione

L'esame si svolge in forma orale Le domande riguardano tutti gli argomenti del corso.