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Obiettivo del corso

Programma

Richiami di meccanica classica, relatività speciale e elettromagnetismo.

Fisica Newtoniana: sistemi inerziali e il principio di relatività. Teoria gravitazionale di Newton: massa inerziale e massa gravitazionale. Confronto con le equazioni dell'elettromagnetismo. Il formalismo della relatività speciale. Accelerazione in relatività speciale. Il paradosso dei gemelli. L'effetto Doppler. Formalismo Lagrangiano. Teoremi di Noether. Tensore energia impulso. Invarianza e Covarianza.

Geometria differenziale.

Varietà e coordinate. Trasformazioni di coordinate. Vettori, forme differenziali e tensori. Campi tensoriali. Derivata di Lie. Derivata Covariante. Tensore di curvatura. Metrica e connessione metrica. Densità tensoriali. Integrazione.

I principi della relatività generale.

Principio di equivalenza. Principio di covarianza generale. Geodetiche. L’equazione della deviazione geodetica. L’equazione di Einstein. Fluidi. Il limite Newtoniano. Formulazione variazionale.

Approssimazione lineare.

Onde gravitazionali. Emissione di radiazione gravitazionale. Esempi di sorgenti. Rivelazione di onde gravitazionali. Lenti gravitazionali.

Test classici della relatività generale.

Precessione del perielio. Deflessione dei raggi luminosi. Red shift. Ritardo temporale.

Buchi neri.

La metrica di Schwarzschild. Moto di particelle. Orizzonte degli eventi. Diagrammi di Penrose. La metrica di Reissner-Nordstrom. Metrica di Kerr. Singolarità e orizzonti. Ergosfera. Meccanismo di Penrose.

Cosmologia relativistica.

Concetti di base. Metrica di Friedmann-Robertson-Walker. Modelli di universo. Redshift cosmologico. Evoluzione ed età dell'universo.

Libri di testo e di esercizi

Inoltre:

Materiale per il corso

Note delle lezioni in PDF (preliminari, in evoluzione)

Come sopra, in linea

Note di R.M. Williams, il materiale in forma più estesa si trova nel libro G.F.R. Ellis, R.M.F. Williams, Flat and Curved Space-times, second edition. Oxford (2000).

Lezioni

Giovedì 26 febbraio 16:00-18:00 aula O1
Presentazione corso. Aspetti organizzativi.
Giovedì 5 Marzo 16:00-18:00 aula O1
Struttura dello spazio-tempo nella teoria di Newton. Relatività di Galileo. Teoria della gravitazione di Newton. Equazioni di Maxwell. Equazione delle onde e trasformazioni di Galileo. Campo gravitazionale. Potenziale gravitazionale. Richiami di relatività ristretta. Fattore K. Sincronizzazione radar.
Mercoledì 11 Marzo 10:00-11:00 aula D4
Fattore K e velocità relativa. Composizione delle velocità. Simultaneità. Causalità. Paradosso dei gemelli. Trasformazioni di Lorentz. Rapidità.
Giovedì 12 Marzo 16:00-18:00 aula O1
Contrazione delle lunghezze. Dilatazione temporale. Quadrivettori. Quadrivelocità, quadrimpulso, quadriforza. Moto accelerazione costante.
Venerdì 13 Marzo 18:00-19:00 aula E1
Spazio-tempo di un osservatore in accelerazione costante.
Mercoledì 25 Marzo 10:00-11:00 aula D4
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Giovedì 26 Marzo 16:00-18:00 aula O1
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Venerdì 27 Marzo 18:00-19:00 aula E1
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