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Allgemeine Relativitätstheorie und Kosmologie
General Relativity and Cosmology

Modul PH2043

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2017/8 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
WS 2017/8SS 2011

Basisdaten

PH2043 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Spezialisierung im Elitemasterstudiengang Theoretische und Mathematische Physik (TMP)

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
300 h 110 h 10 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2043 ist Björn Garbrecht.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

1. Einführung in die Differentialgeometrie
2. Das Äquivalenzprinzip. Gravitation. Die Einsteinschen Feldgleichungen. Der Newtonsche Grenzfall.
3. Die Schwarzschild-Metrik. Schwarze Löcher.
4. Die lineare Näherung. Gravitationswellen.
5. Kosmologie: Homogenität und Isotropie, die Robertson-Walker-Metrik.
6. Die Friedmann-Gleichung. Die Hubble-Konstante. Das expandierende Universum.

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage:
1. Die Krümmung der Raumzeit als Ursprung der Gravitation zu verstehen.
2. Die klassischen Tests der allgemeinen Relativitätstheorie zu beschreiben: Lichtablenkung, Periheldrehung und gravitative Rotverschiebung.
3. Die physikalischen Grundlagen schwarzer Löcher zu verstehen.
4. Die Grundeigenschaften von Gravitationswellen zu verstehen.
5. Die verschiedenen Phasen des expandierenden Universums zu beschreiben und die Expansionsrate in Abhängigkeit der Hubble-Konstanten herzuleiten.

Voraussetzungen

Keine Vorkenntnisse nötig, die über die Zulassungsvoraussetzungen zum Masterstudium hinausgehen.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 4 General Relativity and Cosmology Garbrecht, B. Mo, 08:00–10:00, PH HS3
Mi, 10:00–12:00, PH HS3
sowie einzelne oder verschobene Termine
UE 2 Exercise to General Relativity and Cosmology Cruz Avendano, J. Waffler, P.
Leitung/Koordination: Garbrecht, B.
Termine in Gruppen

Lern- und Lehrmethoden

Vorlesung, Präsentation, Tafelanschrieb, Übungen in Einzel- und Gruppenarbeit.

Medienformen

Übungsblätter

Literatur

  • Spacetime and Geometry, S.Carroll
  • Cosmology, S. Weinberg.
  • The Early Universe, E. Kolb, S. Turner

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine schriftliche Klausur von 90 Minuten Dauer statt. Darin wird exemplarisch das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe durch Rechenaufgaben und Verständnisfragen überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Bewegung eines Testteilchens in der gekrümmten Raumzeit berechnen
  • Einige der wichtigsten bekannten Lösungen der Einsteinschen Feldgleichungen herleiten
  • Die Emission von Gravitationswellen gegebener Quellen berechnen

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Auf die Note einer bestandenen Modulprüfung in der Prüfungsperiode direkt im Anschluss an die Vorlesung (nicht auf die Wiederholungsprüfung) wird ein Bonus (eine Zwischennotenstufe "0,3" besser) gewährt (4,3 wird nicht auf 4,0 aufgewertet), wenn die/der Studierende die Mid-Term-Leistung bestanden hat, diese besteht aus 60% der in den Hausaufgaben erreichbaren Punkte

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

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