Løysingsforslag (Skisse) Eksamen FY3452 Gravitasjon og Kosmologi Våren 2007

Like dokumenter
FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

FYS 3120: Klassisk mekanikk og elektrodynamikk

Fasit Kontekesamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk 2015

Løysingsframlegg/skisse Eksamen TFY 4210 Kvanteteorien for mangepartikkelsystem 24. mai 2011

Eksamen i Klassisk feltteori, fag TFY 4270 Onsdag 26. mai 2004 Løsninger

Fasit Kontekesamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk 2015

UNIVERSITETET I OSLO

Løysingsframlegg øving 1

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Onsdag 28. mai 2003

TFY4108 Fysikk: Løysing kontinuasjonseksamen 13. aug. 2014

Eksamen i TMA4190 Mangfoldigheter fredag 30 mai, 2014

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Tid:

NTNU Fakultet for Naturvitskap og Teknologi Institutt for Fysikk Løysingsframlegg prøveeksamen TFY4215/FY1006 Innføring i Kvantemekanikk

Fasit TFY4215/FY1006 Innføring i kvantefysikk Vår 2015

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Torsdag 16. august 2018

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I FY1002 og TFY4160 BØLGEFYSIKK Onsdag 20. desember 2006 kl

Eksamen i fag FY1004 Innføring i kvantemekanikk Fredag 30. mai 2008 Tid: a 0 = 4πǫ 0 h 2 /(e 2 m e ) = 5, m

Litt GRUPPETEORI for Fys4170

UNIVERSITETET I OSLO

Eksamen FY1004 Innføring i kvantemekanikk Tirsdag 22. mai 2007 Løsninger

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2010

FY1006/TFY Øving 12 1 ØVING 12. Vinkelfunksjonar, radialfunksjonar og orbitalar for hydrogenliknande. Y lm ; l = 0, 1, ; m = l,, l.

Plan. I dag. Neste uke

UNIVERSITETET I OSLO

Oppgaver og fasit til seksjon

Eksamen TFY 4210 Kvanteteorien for mangepartikkelsystem, våren 2012

UNIVERSITETET I OSLO

EKSAMENSOPPGAVE. Eksamen i: Fys-2000 Kvantemekanikk Dato: 5. juni 2013 Tid: Kl Sted: Åsgårdveien 9. og fysikk, lommekalkulator

UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk naturvitenskapelige fakultet

TFY4108 Fysikk, haust 2013: Løysing til ordinær eksamen 18. des.

NTNU Fakultet for Naturvitskap og Teknologi Institutt for Fysikk

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FY8306 KVANTEFELTTEORI Fredag 9. juni 2006

TFY4215 Kjemisk fysikk og kvantemekanikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

dg = ( g P0 u)ds = ( ) = 0

Obligatorisk oppgave nr 4 FYS Lars Kristian Henriksen UiO

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Kontinuasjonseksamen august 2010

UNIVERSITETET I OSLO

Fasit for besvarelse til eksamen i A-112 høst 2001

Løysingsframlegg kontinuasjonseksamen TFY 4104 Fysikk august 2011

Høgskolen i Oslo og Akershus. 1 (x 2 + 1) 1/2 + x 1 2 (x2 + 1) 1/2 (x 2 + 1) = x 2x 2 x = = 3 ln x sin x

Eksamen FY8104 Symmetri i fysikken Fredag 7. desember 2007 Løsninger

Løysingsframlegg Eksamen TFY 4230 Statistisk Fysikk onsdag 17/

MAT Grublegruppen Notat 11

FY1006/TFY Løysing øving 5 1 LØYSING ØVING 5. Krumning og stykkevis konstante potensial

Matematikk 1 (TMA4100)

FYS1120 Elektromagnetisme, vekesoppgåvesett 9 Løsningsforslag

UNIVERSITETET I OSLO

Løysingsframlegg eksamen TFY4215/FY1006 Innføring i Kvantemekanikk vår 2013

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Eksamen i fag FY8104 Symmetri i fysikken Fredag 7. desember 2007 Tid:

Løysingsframlegg TFY 4104 Fysikk Hausten 2009

TFY4108 Fysikk: Løysing ordinær eksamen 11. des. 2014

EKSAMEN I SIF4018 MATEMATISK FYSIKK mandag 28. mai 2001 kl

TFY4104 Fysikk Eksamen 28. november 2016 Side 13 av 22

Høgskolen i Oslo og Akershus. e 2x + x 2 ( e 2x) = 2xe 2x + x 2 e 2x (2x) = 2xe 2x + 2x 2 e 2x = 2xe 2x (1 + x) 1 sin x (sin x) + 2x = cos x

Maxwell s ligninger og elektromagnetiske bølger

Tillegg om strømfunksjon og potensialstrøm

Løsningsforslag for FYS2140 Kvantemekanikk, Tirsdag 29. mai 2018

MA1201 Lineær algebra og geometri Løsningsforslag for eksamen gitt 3. desember 2007

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Onsdag 30. mai 2007 kl

Elektrisk potensial/potensiell energi

Virvelfrihet, potensialer, Laplacelikningen

EKSAMEN I NUMERISK LINEÆR ALGEBRA (TMA4205)

FY1006/TFY4215 Innføring i kvantefysikk - Øving 1 1 ØVING 1. En liten briefing om forventningsverdier, usikkerheter osv

Eksamen i FY3403/TFY4290 PARTIKKELFYSIKK Mandag 12. desember :00 13:00

UNIVERSITETET I BERGEN

Gammafordelingen og χ 2 -fordelingen

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag Eksamen i Fys-mek1110 våren 2009

Løsningsforslag til eksamen i SIF4072 KLASSISK FELTTEORI Torsdag 8. august 2002

Figur 1: Skisse av Franck-Hertz eksperimentet. Hentet fra Wikimedia Commons.

Løsningsskisse EKSAMEN i FYSIKK, 30. mai 2006

(1 + x 2 + y 2 ) 2 = 1 x2 + y 2. (1 + x 2 + y 2 ) 2, x 2y

Løsningsforslag nr.1 - GEF2200

Øving 3. Oppgave 1 (oppvarming med noen enkle oppgaver fra tidligere midtsemesterprøver)

Løsningsforslag til eksamen i FY3464 KVANTEFELTTEORI Torsdag 26. mai 2005

Forelesning 23 den 18/4 2017

Løsningsforslag Eksamen 27. mai 2005 FY2045 Kvantefysikk

Eksamensoppgave i TFY4108 Fysikk

Fasit for eksamen i MEK1100 torsdag 13. desember 2007 Hvert delspørsmål honoreres med poengsum fra 0 til 10 (10 for perfekt svar).

Arbeid og energi. Energibevaring.

Repetisjon

Oppgave 2 Vi ser på et éndimensjonalt system hvor en av de stasjonære tilstandene ψ(x) er gitt som { 0 for x < 0, ψ(x) = Ne ax (1 e ax (1)

NORSK TEKST Side 1 av 4. Faglig kontakt under eksamen: Ingjald Øverbø, tlf , eller

Fiktive krefter

Løysingsforslag Eksamen MAT111 Grunnkurs i Matematikk I Universitetet i Bergen, Hausten 2016

EKSAMEN I EMNE SIE 4015 BØLGEFORPLANTNING

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I TEP4145 KLASSISK MEKANIKK Mandag 21. mai 2007 kl Løsningsforslaget er på i alt 9 sider.

Eksamensoppgåve i TFY4108 Fysikk

Kontinuasjonseksamen TFY4215/FY1006 Innføring i kvantemekanikk august 2013

A.5 Stasjonære og ikke-stasjonære tilstander

EKSAMEN I FY2045 KVANTEFYSIKK Mandag 2. juni 2008 kl

FY2045 Kvantefysikk Løsningsforslag Eksamen 2. juni 2008

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN, MAT 1001, HØSTEN (x + 1) 2 dx = u 2 du = u 1 = (x + 1) 1 = 1 x + 1. ln x

EKSAMEN I TFY4145 OG FY1001 MEKANISK FYSIKK

UNIVERSITETET I OSLO

Løysingsframlegg TFY4305 Ikkjelineær dynamikk Haust 2012

Transkript:

Løysingsforslag (Skisse) Eksamen FY3452 Gravitasjon og Kosmologi Våren 2007 May 24, 2007 Oppgave 1 a) Lorentztransformasjonane er x = γ(x V t), t = γ(t V x), der γ = 1/ 1 V 2 Vi tar differensiala av desse likningane og får Divisjon gir x = γ ( x V t), t = γ ( t V x) v = x t = x V t t V x = v V 1 V v b) Vi tar differensialet av uttrykket for v : v v (v V )V v = + 1 V v (1 V v) 2 = 1 v γ 2 (1 V v) 2 1

Divisjon med t gjev v t = 1 γ 3 1 (1 V v) 3 v t Eller a = a γ 3 1 (1 V v) 3 c) Det instantane kvilesystemet er definert ved v = 0 eller V = v Dette gjev a = γ 3 a Konstant akselerasjon g i S gjev a = g γ 3 Dette kan skrivast som dv 1 = g dt (1 v 2 ) 3/2 Integrasjon gjev v 1 v 2 = gt + c, der c er ein integrasjonskonstant v(0) = 0 impliserer at c = 0 Likninga over løyast mop v: v(t) = gt 1 + g2 t 2 Oppgave 2 a) Λ er den kosmologiske konstanten, ρ er energitettheiten til stråling og materie p er strålingstrykket (trykket til vanleg materie er tilnærma lik null) b) k = 0 tilsvarer topologien til Euklidsk rom k = 1 er topologien til ei tredimensjonal kule (S 3 ) i R 4 k = 1 er topologien til ein tredimensjonal hyperboloide i eit firedimensjonalt flatt tidrom c) Vi prøver med a = konst i den andre av Friedmans likningar Dette gjev eller 1 a 2 = Λ, a = 1 Λ 2

Den første av Friedmans likningar kan skrivast ρ = 1 [3 1a ] 8π 2 Λ Ved innsetting for a får vi ρ = Λ 4π Oppgave 3 a) m er massen til det svarte holet r = 0 er ein fysisk singularitet i tidrommet r = 2m er ein koordinatsingularitet som kan transformerast bort ved å velge andre koordintar (td Eiddington-Finkelstein koordinatar) b) Gro ser Kåre falle radielt innover mot det svarte holet Det tek uendeleg lang koordinattid t for Kåre å nærme seg horisonten r = 2m Koordinatetida er essensielt det same som eigentida for Gro, slik at ho ser at han nærmar seg horisonten men aldri når fram Radiosignalet blir meir og meir raudforskjøve, og blir borte når r = 2m (uendeleg raudforskyvning på horisonten) c) Innafor r < 2m er r tidlik og må difor vere ein monoton funksjon av eigentida På grunn av kontinuitet når ein kryssar r = 2m, må r minke og ein møter singulariteten r = 0 om ein vil eller ikkje Innafor r = 2 er t ikkje tidlik og det er ikkje slike krav på denne koordinate Frå minusteinket i metrikken følger det at vi kan maksimere eigentida τ ved å sette dt = 0 i metrikken Dette gir dτ = r 1 2dr 2m r Integrasjon gjev da τ maks = 2m 0 = 4m r 1 2dr 2m r π/2 0 sin 2 xdx, der ein har skifta variable r = 2m sin 2 x Dette gjev τ maks = mπ, som er er omlag 236 lenger tid enn ved fritt fall Oppgave 4 a) Bevegelseslikninga for ψ er µ ( µ ψ ) = ψ 3

eller Lagrangetettheiten gir ) + ( ψ ) ψ ψ = 1 2 i h ψ, ) = 1 2 i hψ, ( ψ ) = h2 2m ψ Bevegelseslikninga blir da h2 2m 2 ψ = i h ψ Dette er Schrödingerlikninga for ein fri partikkel Lagrangetettheiten er invariant under globale fasetransformasjonar fordi differensialoperartorane spaserer forbi alle fasefaktorane og blir kansellert av ein fasefaktor frå det komplekskonjugerte feltet Vi kan skrive variasjonen i L L = δψ + ψ ψ δψ + = 0 ( ψ )δ ( ) ψ + )δ ( ψ ) + ( ψ) δ ( ψ) + ( ψ ) δ ( ψ ) Vi bruker nå δ ( ) ψ = δψ, osb Dersom vi kombinerer dette med bevegelseslikninga for ψ og ψ, får vi L = [ ] [ ] ( ψ )δψ + [ ] [ ] + )δψ ( ψ) δψ + ( ψ ) δψ = 0 Rekkeutvikling av global fasetransformasjon til første orden gjev δψ = iαψ δψ = iαψ L = 0 kan da skrivast som ei kontinuitetslikning: ρ + j = 0, 4

der ρ = ψ ψ og straumen er j = h 2mi (ψ ψ ψ ψ ) ρ tolkast som sannsynlegheitstettheit i kvantemekanikken og kontinuitetslikninga kan tolkast som bevaring av sannsynlegheit eller partikkeltal Ein infører eit gaugefelt A µ der ein erstatter partielt deriverte med den kovariant deriverte: µ D µ = µ ia µ Gaugefeltet transformerer også under lokale fasetransformasjonar og transformasjonen er A µ A µ + µ α(x, t) I tillegg må vi addere eit kinetisk ledd for gaugefeltet til Lagrangetettheiten 1 4 F µνf µν, der F µν = µ A ν ν A µ er den elektromagnetiske felttensoren b) Gruppa SO(N) er gruppa av alle ortogonale (A T = A 1 ) inverterbare matriser med determinant lik +1 og reelle matriseelement Vi har SO(1) = {1} som er den trivielle gruppa og trivielt er abelsk Vi har SO(2) som er gruppa av rotasjonar rundt ein akse Alle rotasjonar rundt ein akse kommuterer slik at denne gruppa er abelsk (er også isomorf med gruppa U(1)) Gruppa SO(N) for N > 2 er ikkje abelsk Dette er gruppa av rotasjonar i eit N-dimensjonalt rom og rotasjonar om ulike aksar kommuterer ikkje Det er N(N 1)/2 plan i eit N-dimensjonalt rom Dette er og antalet av rotasjonsaksar og difor antal generatorar c) Ergosfæren er eit område i tidrommet mellom horisonten og flata r + = m + m 2 a 2, r e = m + m 2 a 2 cos 2 θ, der m er massen til holet, a = J/m der J er spinnet til holet θ er vinkelen med z aksen I ergosfæren er det ikkje mogleg for ein observatør å ha faste koordinatar r, θ og φ Det er mogleg å ha faste koordinatar r og θ, men observatøren må rotere rundt det svarte holet med ein vinkelhastigheit Ω som ligg i eit intervall som er ein funksjon av r og θ 5