Relatività (f)

2º Modulo

A. A. 2000/2001

Dr. Luciano Vanzo

Oggetto e obiettivi del corso:

Il modulo comprende 36 ore di lezione sulla teoria relativistica del campo gravitazionale, la relatività generale di Einstein. I
fondamenti di questa teoria, quali il principio di equivalenza, e alcune delle sue immediate conseguenze, quali lo spostamento
delle righe spettrali, saranno introdotti nel primo modulo del corso di Relatività. Si partirà dunque esaminando le implicazioni
formali del principio di equivalenza, il concetto di covarianza generale e il relativo calcolo tensoriale. Si userà quindi il formalismo
e la covarianza generale per introdurre il campo gravitazionale nelle equazioni della fisica. Infine si introdurranno le equazioni di
campo di Einstein e si discuteranno le sue principali applicazioni, i test classici nel sistema solare, le onde, la cosmologia e i buchi
neri.
Nella lista degli argomenti che segue, i temi contrassegnati tra asterischi saranno svolti solo se il tempo disponibile sarà
sufficiente.

Argomenti effettivamente svolti:

   1.Analisi tensoriale: il principio di covarianza generale; calcolo tensoriale; la metrica; la connessione e le sue proprietà di
     trasformazione; derivazione covariante; trasporto parallelo e trasporto di Fermi; geodetiche spaziali, nulle e temporali;
     *formalismo anolonomo*.
   2.Il tensore di curvatura: definizione di curvatura; tensori di Riemann, Ricci, Einstein e Weyl; proprietà algebriche del
     tensore di Riemann; le identità di Bianchi; il commutatore delle derivate covarianti; l'accelerazione relativa tra due
     particelle e l'equazione di deviazione geodetica; isometrie e vettori di Killing.
   3.Gravitazione e materia: regola dell'accoppiamento minimale e covarianza generale; analogia con l'elettrodinamica e
     invarianza di gauge; tensore energia-impulso; equazioni di bilancio energetico; leggi di conservazione; gravità e particelle;
     significato fisico delle geodetiche causali; gravità e campo elettromagnetico; *gravità e campi a spin semi-intero*; * la
     precessione dello spin e dei giroscopi*.
   4.Equazioni di Einstein: forma generale delle equazioni di campo per la metrica; consistenza con le leggi di conservazione
     e il limite Newtoniano; le equazioni di Einstein; la costante cosmologica; deduzione da un principio variazionale, l'azione di
     Einstein-Hilbert; l'apparente insolubilità del problema di Cauchy e sua risoluzione; *vincoli e invarianza di gauge*.
   5.Applicazioni al Sistema solare: metrica a simmetria sferica; teorema di Birkhoff; soluzione di Schwarzschild; il red
     shift; deflessione della luce dal sole; lo spostamento del perielio dei pianeti; *il ritardo nell'eco dei segnali radar*.
   6.Onde gravitazionali: l'approssimazione di campo debole; onde piane; polarizzazione ed elicità delle onde gravitazionali;
     energia e momento delle onde gravitazionali; la radiazione di quadrupolo e la formula di Einstein.
   7.Applicazioni cosmologiche: le osservazioni di Hubble; il principio cosmologico; spazi simmetrici; la metrica di
     Robertson-Walker; l'età dell'universo e la costante di Hubble; la singolarità cosmologica; l'universo statico di Einstein.
   8.Applicazioni alle stelle: nane bianche e stelle di neutroni; il limite di Oppenheimer-Volkhoff; la singolarità di
     Schwarzschild; l'orizzonte degli eventi; la struttura causale; definizione generale di buco nero; *cenno al teorema di
     Carter-Robinson*.

Testi consigliati

     S. Weinberg, Gravitation and Cosmology, principles and applications of the general theory of relativity, John
     Wiley & Sons., NY. (1972)
     L. D. Landau e E. M. Lifshiftz, Teoria dei Campi, Editori Riuniti, Roma (1976).
     R. M. Wald, General Relativity, University of Chicago press (1984).

Modalità e svolgimento dell'esame

Esame orale sugli argomenti svolti.