Физические основы астрономии

суббота 18:00, начало курса - 15.10.2016

Антон Бирюков

Представляю свой курс, который будет читаться в Астрошколе этой осенью. Называется он "Физические основы астрономии" и его название полностью соответствует содержанию Сегодня астрономия это часть физики и я расскажу о тех важнейших физических понятиях и теориях, которые астрономы используют в своих исследованиях. Как правило, это сложные теории, которые в школе не проходят. Поэтому приходить можно всем!
Курс (теоретически) расчитан на 10 занятий. Их план (теоретически) выглядит следующим образом. А что получится на деле покажет только прямой эксперимент

1. Научное знание и физика как наука
Что такое наука и научное знание? Теория и эксперимент. Астрономия как часть физики. Особенности астрономических исследований. Математика как язык науки. Представление о производной и интеграле. Запись физических законов. Векторы, их сложение и умножение.

2. Движение
Система координат и система отсчета. Преобразование координат. Понятие взаимодействия и силы. Скорость и ускорение. Законы Ньютона – откуда они берутся? Фундаментальные взаимодействия в физике. Поля. Энергия и законы сохранения.

3. Закон всемирного тяготения
Представления о гравитации от Птолемея до Эйнштейна. Обоснование закона тяготения. Понятие гравитационного поля. Система двух тел: двойные звезды и планеты. Законы Кеплера как следствие закона тяготения. Сложность задачи многих тел.

4. Электромагнитное излучение 1
Электрическое и магнитные поля – почему мы уверены, что они существуют? Волновое движение. Электромагнитные волны. Свет как ЭМ-излучение: Опыты Юнга, Ньютона. Основы оптики. Дифракция и интерференция. Поляризация света. Зеркала и линзы, телескопы. Спектр и спектрографы.

5. Электромагнитное излучение 2
Строение вещества: атомы и молекулы. Взаимодействие излучения с веществом. Поглощение и излучение света. Тепловое излучение и абсолютно черное тело. Линейчатые спектры и спектры звезд. Излучение ускоренного заряда. Представление о нетепловом излучении.

6. Элементы специальной теории относительности
Скорость света. Наблюдения Ремера, опыты Араго, Физо. Особенности электромагнитных явлений. Предпосылки теории относительности. Пространство-время. 4-векторы. Преобразования Лоренца. Представление о замедлении времени, сокращении длин. Эффект Доплера. Наблюдения сверхсветовых движений.

7. Системы большого числа частиц 1
Детерминизм и случайность в физике. Элементы теории вероятности и мат. статистики. Основы статистического описания. Газ, как система большого числа частиц. Термодинамический подход. Понятие о температуре и уравнении состояния. Микроскопическое и макроскопическое описание. Равновесность и неравновесность. Вырождение.

8. Системы большого числа частиц 2
Звезда как газовый шар. Что значит рассчитать звезду и как это сделать? Представление об источнике энергии звезд. Их равновесие. Галактика как газ из звезд. Вселенная, как газ из галактик.

9. Элементы общей теории относительности
Представление об искривленном пространстве: как нарисовать треугольник, у которого все углы прямые? Метрика. Принцип эквивалентности. Уравнения Эйнштейна. Гравитация точечной массы. Радиус Шварцшильда и черные дыры. Гравитационное линзирование и его наблюдения.

10. Квантовая теория
Экспериментальные и теоретические предпосылки теории. Идеи Планка. Принцип дополнительности. Как соединить волну и частицу? Уравнение Шредингера и принцип неопределенности. Энергетические уровни атома водорода и его спектр. Туннельный эффект. Возможность термоядерного синтеза в недрах звезд.