Geometria Struny Kosmicznej

Podobne dokumenty
Spis treści. Przedmowa PRZESTRZEŃ I CZAS W FIZYCE NEWTONOWSKIEJ ORAZ SZCZEGÓLNEJ TEORII. 1 Grawitacja 3. 2 Geometria jako fizyka 14

3. Model Kosmosu A. Einsteina

Czarna dziura Schwarzschilda

Analiza Matematyczna Praca domowa

STEREOMETRIA CZYLI GEOMETRIA W 3 WYMIARACH

mechanika analityczna 1 nierelatywistyczna L.D.Landau, E.M.Lifszyc Krótki kurs fizyki teoretycznej

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Kinematyka: opis ruchu

KORESPONDENCYJNY KURS PRZYGOTOWAWCZY Z MATEMATYKI

PRÓBNY ARKUSZ MATURALNY Z MATEMATYKI

MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Pochodna funkcji jednej zmiennej

Badanie funkcji. Zad. 1: 2 3 Funkcja f jest określona wzorem f( x) = +

Zadania do samodzielnego rozwiązania zestaw 11

ZADANIA MATURALNE - ANALIZA MATEMATYCZNA - POZIOM ROZSZERZONY Opracowała - mgr Danuta Brzezińska. 2 3x. 2. Sformułuj odpowiedź.

Wykład Matematyka A, I rok, egzamin ustny w sem. letnim r. ak. 2002/2003. Każdy zdający losuje jedno pytanie teoretyczne i jedno praktyczne.

Rok akademicki 2005/2006

Geometria analityczna

LUBELSKA PRÓBA PRZED MATURĄ 2017 poziom podstawowy

Wykład 16. P 2 (x 2, y 2 ) P 1 (x 1, y 1 ) OX. Odległość tych punktów wyraża się wzorem: P 1 P 2 = (x 1 x 2 ) 2 + (y 1 y 2 ) 2

IX. Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych. 1. Funkcja dwóch i trzech zmiennych - pojęcia podstawowe. - funkcja dwóch zmiennych,

EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

Krzywe stożkowe Lekcja II: Okrąg i jego opis w różnych układach współrzędnych

A. Odrzywołek. Dziura w Statycznym Wszechświecie Einsteina

PLANIMETRIA CZYLI GEOMETRIA PŁASZCZYZNY CZ. 1

Funkcje wielu zmiennych

KONKURS ZOSTAŃ PITAGORASEM MUM. Podstawowe własności figur geometrycznych na płaszczyźnie

ODLEGŁOŚĆ NA PŁASZCZYŹNIE - SPRAWDZIAN

ZAGADNIENIA PROGRAMOWE I WYMAGANIA EDUKACYJNE DO TESTU PRZYROSTU KOMPETENCJI Z MATEMATYKI DLA UCZNIA KLASY II

ZADANIA PRZED EGZAMINEM KLASA I LICEUM

Kinematyka płynów - zadania

Rachunek całkowy - całka oznaczona

? 14. Dana jest funkcja. Naszkicuj jej wykres. Dla jakich argumentów funkcja przyjmuje wartości dodatnie? 15. Dana jest funkcja f x 2 a x

III. Układy liniowe równań różniczkowych. 1. Pojęcie stabilności rozwiązań.

FUNKCJA KWADRATOWA. 1. Definicje i przydatne wzory. lub trójmianem kwadratowym nazywamy funkcję postaci: f(x) = ax 2 + bx + c

FUNKCJE I RÓWNANIA KWADRATOWE. Lekcja 78. Pojęcie i wykres funkcji kwadratowej str

Geometria. Rozwiązania niektórych zadań z listy 2

EGZAMIN Z ANALIZY II R

LUBELSKA PRÓBA PRZED MATURĄ 2018 poziom podstawowy

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki w roku szkolnym 2018/2019 klasa 1 TŻiUG

Zadania optymalizacyjne

SPIS TREŚCI WSTĘP LICZBY RZECZYWISTE 2. WYRAŻENIA ALGEBRAICZNE 3. RÓWNANIA I NIERÓWNOŚCI

Arkusz 6. Elementy geometrii analitycznej w przestrzeni

METODY MATEMATYCZNE I STATYSTYCZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ

Lista zadań nr 2 z Matematyki II

MATEMATYKA ZBIÓR ZADAŃ MATURALNYCH. Lata Poziom podstawowy. Uzupełnienie Zadania z sesji poprawkowej z sierpnia 2019 r.

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki w roku szkolnym 2018/2019 klasa 1 TLog

Indukcja matematyczna

Całki krzywoliniowe. SNM - Elementy analizy wektorowej - 1

ZADANIA ZAMKNIETE W zadaniach 1-25 wybierz i zaznacz na karcie odpowiedzi poprawna

Zagadnienia brzegowe dla równań eliptycznych

VIII. ZBIÓR PRZYKŁADOWYCH ZADAŃ MATURALNYCH

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

Wykład 2 - zagadnienie dwóch ciał (od praw Keplera do prawa powszechnego ciążenia i z powrotem..)

y + p(t)y + q(t)y = 0. (1) Z rozwiązywaniem równań przez szeregi potęgowe związane są pewne definicje.

FUNKCJA LINIOWA. A) B) C) D) Wskaż, dla którego funkcja liniowa określona wzorem jest stała. A) B) C) D)

MECHANIKA 2 KINEMATYKA. Wykład Nr 5 RUCH KULISTY I RUCH OGÓLNY BRYŁY. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Rozważania rozpoczniemy od fal elektromagnetycznych w próżni. Dla próżni równania Maxwella w tzw. postaci różniczkowej są następujące:

3. FUNKCJA LINIOWA. gdzie ; ół,.

Opracowanie tablic: Adam Konstantynowicz, Anna Konstantynowicz, Kaja Mikoszewska

7. PLANIMETRIA.GEOMETRIA ANALITYCZNA

ODPOWIEDZI I SCHEMAT PUNKTOWANIA ZESTAW NR 2 POZIOM PODSTAWOWY. Etapy rozwiązania zadania

1. Równania i nierówności liniowe

Pojęcia, wymagania i przykładowe zadania na egzamin poprawkowy dla klas II w roku szkolnym 2016/2017 w Zespole Szkół Ekonomicznych w Zielonej Górze

Blok III: Funkcje elementarne. e) y = 1 3 x. f) y = x. g) y = 2x. h) y = 3x. c) y = 3x + 2. d) y = x 3. c) y = x. d) y = x.

Funkcje IV. Wymagania egzaminacyjne:

Dydaktyka matematyki (III etap edukacyjny) IV rok matematyki Semestr letni 2017/2018 Ćwiczenia nr 7

KORESPONDENCYJNY KURS Z MATEMATYKI. PRACA KONTROLNA nr 1

Jan Awrejcewicz- Mechanika Techniczna i Teoretyczna. Statyka. Kinematyka

Ruch pod wpływem sił zachowawczych

Stereometria bryły. Wielościany. Wielościany foremne

Egzamin ustny z matematyki semestr II Zakres wymaganych wiadomości i umiejętności

WYMAGANIA WSTĘPNE Z MATEMATYKI

Próbny egzamin maturalny z matematyki Poziom podstawowy

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

Rachunek różniczkowy funkcji wielu zmiennych

Elektrostatyka, cz. 1

Funkcje dwóch zmiennych

Arkusz maturalny nr 2 poziom podstawowy ZADANIA ZAMKNIĘTE. Rozwiązania. Wartość bezwzględna jest odległością na osi liczbowej.

Całka oznaczona zastosowania (wykład 9; ) Definicja całki oznaczonej dla funkcji ciagłej

y(t) = y 0 + R sin t, t R. z(t) = h 2π t

ZADANIA OTWARTE KRÓTKIEJ ODPOWIEDZI

Zestaw zadań z Analizy Matematycznej II 18/19. Konwencja: pierwsze litery alfabetu są parametrami, do tego zazwyczaj dodatnimi

A. fałszywa dla każdej liczby x.b. prawdziwa dla C. prawdziwa dla D. prawdziwa dla

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

Graficzne opracowanie wyników pomiarów 1

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

LI Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia trzeciego 3 kwietnia 2000 r. (pierwszy dzień zawodów)

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki w roku szkolnym 2018/2019 klasa 1 b BS

Wymagania na egzamin poprawkowy z matematyki z zakresu klasy drugiej TECHNIKUM

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY

że w wyniku pomiaru zmiennej dynamicznej A, której odpowiada operator αˆ otrzymana zostanie wartość 2.41?

Zestaw VI. Zadanie 1. (1 pkt) Wskaż nierówność, którą spełnia liczba π A. (x + 1) 2 > 18 B. (x 1) 2 < 5 C. (x + 4) 2 < 50 D.

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

Matura 2011 maj. Zadanie 1. (1 pkt) Wskaż nierówność, którą spełnia liczba π A. x + 1 > 5 B. x 1 < 2 C. x D. x 1 3 3

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

MECHANIKA II. Dynamika ruchu obrotowego bryły sztywnej

MECHANIKA OGÓLNA (II)

Transkrypt:

Spis treści 1 Wstęp 2 Struny kosmiczne geneza 3 Czasoprzestrzeń struny kosmicznej 4 Metryka czasoprzestrzeni struny kosmicznej 5 Wyznaczanie geodezyjnych 6 Wykresy geodezyjnych 7 Wnioski 8 Pytania

Wstęp Geometria nauka badająca własności figur oraz zachodzące między nimi związki. Szkolna geometria bierze swój początek od Euklidesa i jest geometrią przestrzeni płaskich. Ogólna Teoria Względności mówi jednak, że czasoprzestrzeń, w której żyjemy nie jest płaska, ponieważ każda masa zakrzywia przestrzeń wokół siebie.

Wstęp Z jaką geometrią mamy do czynienia? Najprościej zmierzyć sumę kątów w trójkącie. geometria płaska suma kątów w trójkącie = π, geometria zamknięta suma kątów w trójkącie > π, geometria otwarta suma kątów w trójkącie < π.

Struny kosmiczne geneza Około 1 1 lat temu nastąpił Wielki Wybuch.

Struny kosmiczne geneza Struny kosmiczne są hipotetycznymi, jednowymiarowymi i nieskończenie długimi, topologicznymi defektami w strukturze czasoprzestrzeni. Powstały na drodze łamania symetrii osiowej. Są ekstremalnie cienkie, gdyż ich promień szacuje się na kilkanaście rzędów wielkości mniejszy od promienia atomu wodoru. Mają niezmiernie dużą gęstość liniową (1 22 g cm ), w wyniku czego generują wokół charakterystyczną koniczną (stożkową) czasoprzestrzeń.

Czasoprzestrzeń struny kosmicznej W jaki sposób możemy dostrzec istnienie strun? Czasoprzestrzeń generowana przez nieskończenie długą i prostą strunę ma postać koniczną. Powstaje ona w wyniku wycięcia z hiperpłaszczyzny pewnego kąta zwanego deficytem kąta i sklejenia jej brzegów. W efekcie otrzymamy lokalnie płaską, ale globalnie zakrzywioną przestrzeń, z osobliwością w wierzchołku stożka.

Czasoprzestrzeń struny kosmicznej Pole grawitacyjne od takiej struny może dawać interesujący efekt podwójnego obrazu. Promienie świetlne wysyłane z odległego kwazaru natrafiając w przestrzeni na prostą strunę kosmiczną, poruszają się po geodezyjnych zerowych, zakrzywionych w kierunku struny. Obserwator dostrzeże dwa obrazy tego samego kwazaru odseparowane od siebie kątem rzędu, leżące na przedłużeniu stycznych do geodezyjnych.

Metryka czasoprzestrzeni struny Metryka czasoprzestrzeni struny we współrzędnych cylindrycznych (struna leży wzdłuż osi z) ds 2 = dt 2 + dr 2 + r 2 dθ 2 + dz 2, gdzie t, z R, r (, ), θ [,2π ), [,2π). θ = kφ, k = 1 2π. ϱ = kr, ds 2 = dt 2 + 1 k 2 dϱ2 + ϱ 2 dφ 2 + dz 2 gdzie t, z R, ϱ (, ), φ [,2π), k (,1].

Metryka czasoprzestrzeni struny Czasoprzestrzeń struny jest czterowymiarowa. Aby móc zobaczyć w pełni jej kształt, musimy ją oglądać z przestrzeni przynajmniej pięciowymiarowej. Chcemy udowodnić, że rzeczywiście posiada ona geometrię stożkową. W tym celu zapisujemy równanie stożka dla pięciowymiarowej przestrzeni i przy użyciu zmiennych cylindrycznych uzyskujemy wyrażenie na interwał zanurzonego w pięciowymiarowej przestrzeni stożka R 2 cos 2 ϕ + R 2 sin 2 ϕ = az 4 ds 2 = dt 2 + 1 sin 2 α dr2 + R 2 dϕ + dz 2 gdzie t, z R, R (, ), ϕ [,2π), α (, π 2 ]. Łatwo widać, że a R = ϱ, ϕ = φ, k = sin α = a 2 + 1. Metryka czasoprzestrzeni struny kosmicznej jest metryką wyindukowaną na stożku.

Wyznaczanie geodezyjnych Ruch cząstki materialnej w polu grawitacyjnym jest określony za pomoca zasady najmniejszego działania. Trajektoria będąca rozwiązaniem tego równania wariacyjnego jest najkrótszą linią łączącą dwa punkty (linia geodezyjna). Wyróżniamy trzy rodzaje linii geodezyjnych: czasowe, ds 2 <, przestrzenne, ds 2 >, zerowe, ds 2 =. Wyróżniamy jeszcze jeden, bardziej ogólny podział dwie klasy geodezyjnych: geodezyjne zupełne, p φ, geodezyjne niezupełne, p φ =.

Wyznaczanie geodezyjnych Geodezyjne zostały wyznaczone przy pomocy metody Hamiltona-Jacobiego. Rozwiązanie zagadnienia o ruchu układu mechanicznego tą metodą sprowadza się do następujących operacji. Mając funkcję Hamiltona formułuje się równanie Hamiltona-Jacobiego i znajduje przy pomocy tzw. rozdzielenia zmiennych całkę zupełną S = α t + α 2 φ + α 3 z + f (ϱ). Różniczkując tę całkę zupełną względem dowolnych stałych alpha i przyrównując pochodne do nowych stałych beta,

Wyznaczanie geodezyjnych otrzymujemy s równań algebraicznych S α i = β i, po rozwiązaniu których znajdujemy współrzędne q, jako funkcje czasu i 2s dowolnych stałych. Zależność pędów od czasu można natomiast znaleźć na podstwaie równań p i = S q i.

Wykresy geodezyjnych a) b) 2 2 15 1 1 5-1 -5-1 -2-15 -2-1.5-1 -.5.5 1 1.5 2-2 -2-1.5-1 -.5.5 1 1.5 2 Rysunek: Wykres geodezyjnej a) zerowej b) czasowej dla =.

Wykresy geodezyjnych a) b) 2 2 1.5 1.5 1 1.5.5 -.5 -.5-1 -1-1.5-1.5-2 -2-12 -1-8 -6-4 -2 2-8 -6-4 -2 Rysunek: Wykres geodezyjnej a) zerowej b) czasowej dla = 18.

Wykresy geodezyjnych a) b) 3 2 2 1.5 1 1.5-1 -.5-2 -1-1.5-3 -1 1 2 3 4-2 -1 1 2 3 4 Rysunek: Wykres geodezyjnej a) zerowej b) czasowej dla = 288.

Wykresy geodezyjnych a) b) 3 1.5 2 1 1.5-1 -.5-2 -1-3 -1.5-2 -1.5-1 -.5.5 1 1.5-2 -1.5-1 -.5.5 1 1.5 Rysunek: Wykres geodezyjnej a) zerowej b) czasowej dla = 32.

Wykresy geodezyjnych a) b) 2 2 1.5 1.5 1 1.5.5 -.5 -.5-1 -1-1.5-1.5-2 -2-4 -2 2 4 6-1 -5 5 1 Rysunek: Wykres geodezyjnej niezupełnej a) zerowej b) czasowej dla = 18.

Wnioski a) b) Rysunek: a) Efekt podwójnego obrazu. b) Zderzenie się dwóch części chmury gazowej.

Wnioski a) b) Rysunek: a) Efekt podwójnego obrazu dla deficytu kąta równego 18. b) Zderzenie się dwóch części chmury gazowej dla deficytu kąta równego 18.

Wnioski -5-1 Z -15-2 -25-3 2 1-1 -2-3 3 2-2 -1 1 Rysunek: Wykres przedstawiający zachowanie się gwiazd chmury gazowej w pobliżu struny kosmicznej o deficycie kąta = 39.

Wnioski -5 Z -1-15 -2-25 1.8.6.4.2 -.2-.4-.6 -.8-1 -.4 -.2.6.4.2 Rysunek: Wykres przedstawiający dwie różne geodezyjne niezupełne.

Wnioski -5-1 -15-2 -25-3 -35 Z 2 1.5 1.5 -.5-1 -1.5-2 -2-1.5-1 -.5.5 1 1.5 2 Rysunek: Wykres przedstawiający geodezyjną równoległą do struny.

Pytania Dlaczego nie obserwujemy strun kosmicznych? skwantowany deficyt kąta, świat utkany strunami? brak strun we Wszechświecie?

KONIEC KONIEC ;)