Программа дисциплины дн. Ф. 01 Современные проблемы физики для студентов специальности 010700 «Физика» направления 010700 «Физика»

скачать Министерство образования Российской Федерации ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ) УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе ___________________ С.Б. Бурухин “______”____________ 2008 г. ^ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ДН.Ф.01 СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ для студентов специальности 010700 «Физика» направления 010700 «Физика» Форма обучения: очная Объем дисциплины и виды учебной работы по очной форме в соответствии с учебным планом Вид учебной работы Всего часов Семестры 9 Общая трудоемкость дисциплины 150 150 Аудиторные занятия 72 72 Лекции 72 72 Практические занятия и семинары Лабораторные работы Курсовой проект (работа) Самостоятельная работа 78 78 Расчетно-графические работы Вид итогового контроля (зачет, экз.) Зач. Зач. Обнинск 2008 Программа составлена с соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 010700 «Физика». Программу составил: ___________________ А.В. Тихоненко, доцент, к. ф.-м. н., доцент Программа рассмотрена на заседании кафедры общей и специальной физики (протокол № __ от __.__.200­­­___ г.) Заведующий кафедрой общей и специальной физики ___________________ Ю.А. Коровин “____”_____________ 200__ г. СОГЛАСОВАНО Начальник Учебно – методического управления ___________________ Ю.Д. Соколова Декан факультета естественных наук ___________________ Н.Б. Эпштейн “____”_____________ 200__ г. ^ 1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина предназначена для подготовки специалистов по специальности «физика» направления «магистр физики». Дисциплина «Современные проблемы физики» читается после всех основных разделов курса общей и теоретической физики и является составной частью специализированной подготовки. Дисциплина имеет важную роль в формировании мировоззрения ученого-физика и должна способствовать успешной работе в области современной физики. Для успешного усвоения курса необходимы знания: - общей физики и теоретической физики в объемах общих курсов; - математического анализа, аналитической геометрии и высшей алгебры, векторного и тензорного анализа, дифференциальных уравнений и методов математической физики. ^ 2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен знать: - основные принципы современных физических моделей и теорий; - основные законы и уравнения современных физических теорий; иметь навыки: - теоретических вычислений, - анализа физических моделей. ^ 3. Содержание дисциплины 3.1. Лекции Часть 1. Классические и квантовые поля [2, 4, 7д] 1.1. Общие принципы классической теории поля (2 ч.) Вариационный принцип. Теорема Нётер. Группы преобразований и симметрии. ^ 1.2. Релятивистские волновые уравнения (3 ч.) Скалярное поле. Уравнение Клейна-Гордона. Векторные поля. Уравнения Максвелла и Прока. Уравнение Дирака. Взаимодействующие поля. Поля Янга-Миллса ^ 1.3. Квантование и интерпретация в терминах частиц (3 ч.) Квантование полей. Вакуум в квантовой теории поля. Теорема Голдстоуна. Спонтанное нарушение калибровочных симметрий. Модель Салама-Вайнберга. ^ 1.4. Квантовые частицы в пространствах с нетривиальной топологией (4 ч.) Квантовые частицы во внешнем электромагнитном поле. Эффект Ааронова-Бома. Квантовые частицы во внешнем неабелевом поле. Физические основы эффекта Казимира. Поляризация вакуума в пространствах с нетривиальной топологией и космология. Часть 2. ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ и КОСМОЛОГИЯ [1, 5, 6,1-3д] ^ 2.1. Принцип эквивалентности. Уравнения эйнштейна (4 ч.) Основы римановой геометрии. Метрический тензор. Тензор Римана. Принцип эквивалентности и геометризация тяготения. Действие для гравитационного поля. Тензор энергии-импульса материи. Уравнения Эйнштейна. Пространства Шварцшильда, Керра-Ньюмена, де Ситтера, Шварцшильда-де Ситтера. Гравитационное поле заряженной массы. Движение в сильном гравитационном поле. ^ 2.2. Эффекты общей теории относительности (4 ч.) Смещение частоты света. Смещение перигелия. Отклонение луча света в поле солнца. Запаздывание радарного эха. Гравитационные линзы. Пространство-время черной дыры. Небесная механика в поле черной дыры. Черные и белые дыры. Теорема Хокинга. Принцип космической цензуры. Термодинамика черных дыр. Квантовые эффекты в черных дырах. Эффект Хокинга. 2.3. Космология (4 ч.) Изотропная модель вселенной. Стандартная космологическая модель. Космология и элементарные частицы. Скалярные поля в космологии. Спонтанное нарушение симметрии. Поляризация вакуума и инфляция. Космологическая постоянная. Квантовое рождение вселенной. Структура вселенной. Неполнота стандартной модели и суперсимметрия. Космология и новая физика. Проблема темной материи. Темная энергия. Часть 3. Квантовая информация [3, 5д] ^ 3.1. Энтропия и информация (3 ч.) Измерение в квантовой теории. Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена. Неравенства Белла. 3.2. Квантовая телепортация и криптография (6 ч.) Квантовая суперпозиция. Перепутанные состояния. Неклонируемость квантового объекта. Квантовая телепортация. Передача квантового кода. Протокол передачи квантового кода. Квантовая криптография. ^ 3.3. Квантовые вычисления и компьютеры (3 ч.) Преобразование информации в квантовых системах. Квантовые вычисления. Квантовые компьютеры. ^ 3.2. Практические и семинарские занятия Не предусмотрены 3.3. Лабораторный практикум Не предусмотрены 3.4. Курсовые проекты (работы) Темы курсовых работ: 1) Вычисления основных тензорных характеристик в четырехмерном искривленном пространстве-времени. 2) Инварианты тензора кривизны. 3) Уравнения Эйнштейна. 4) Визуализация искривленного пространства-времени. Примеры искривленных пространств (для курсовых работ): а) Пространство-время Шварцшильда б) Пространство-время де Ситтера в) Пространство-время Шварцшильда-де Ситтера г) Пространство-время Керра-Ньюмена д) Центрально-симметричное гравитационное поле е) Закрытая изотропная космологическая модель ж) Открытая изотропная космологическая модель ^ 3.5. Формы текущего контроля Раздел(ы) Форма контроля Неделя 1, 3 Реферат 10 2 Курсовая 16 ^ 3.6. Самостоятельная работа 1. Движение релятивистских частиц ([2], с. 74-91; [4], 74-181). 2. Тензорная алгебра. Тензоры в релятивистской электродинамике ([2], с. 69-98; [5], 11-89). 3. Тензорный анализ ([2], с. 304-344; [5], 95-121). 4. Решение уравнений Эйнштейна ([2], с. 348-397; [5], 121-133). 5. Визуализация искривленного пространства-времени ( [5], 134-153). 6. Структура вселенной ([2], с. 477-530). 7. Измерение в квантовой теории ([3], с. 9-159). 8. Квантовые вычисления ([3], с. 209-218). ^ 4.1. Рекомендуемая литература 4.1.1. Основная литература 1. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. – М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003. –536 с. (15 экз., изд. в электр. виде на компакт-диске) 2. B.Б. Берестецкий, Е.М. Лифшиц, Л.П. Питаевский. Квантовая электродинамика.-4-е изд. испр. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. – 720 с. (изд. в электр. виде на компакт-диске) 3. В.В. Белокуров, О.Д. Тимофеевская, О.А. Хрусталев. Квантовая телепортация – обыкновенное чудо. – Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. динамика». 2000. – 256 с. (изд. в электр. виде на компакт-диске) 4. Тихоненко А.В. Интегрирование уравнений движения заряженных частиц в MAPLE. – Обнинск: ИАТЭ, 2007. – 204 с. (30 экз.) 5. Тихоненко А.В. Тензорное исчисление и его приложения в прикладных математических пакетах. – Обнинск: ИАТЭ, 2007. – 204 с. (30 экз.) 6. И.Б. Хриплович Общая теория относительности. — Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. дин», 2001, 120 с. (изд. в электр. виде на компакт-диске) ^ 4.1.2. Дополнительная литература 1. С. Хокинг, Р. Пенроуз. Природа пространства и времени. — Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. дин», 2000, 160 стр. 2. Л. Д. Долгов, Я. Б. Зельдович, М. В. Сажин. Космология ранней Вселенной. — М.: Изд-во МГУ. 1988. 3. С. Вайнберг. Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной. — Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. дин», 2000, 272 с. 4. Д. Дойч. Структура реальности. — Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. дин.», 2001, 400 с. 5. В.В. Белокуров, О.Д. Тимофеевская, О.А. Хрусталев. Квантовая телепортация — обыкновенное чудо. — Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. дин». 2000. — 256 с. 6. К.А. Валиев, А.А. Кокин. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. — Ижевск: НИЦ «Рег. и хаот. дин», 2001. 352 стр. 7. Л.К. Аминов. Теория симметрии (конспекты лекций и задачи). Учебное пособие для студентов третьего курса и магистрантов физического факультета. — Москва: Институт компьютерных исследований, 2002, 192 с. ^ 4.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Компьютерные презентации и демонстрации. 5. Материально-техническое обеспечение дисциплины Использование компьютеров для вычислений и визуализаций. Темы рефератов 1. Эффект Эйнштейна-Подольского-Розена 2. Квантовые компьютеры и квантовые вычисления 3. Развитие методов квантовых измерений 4. Квантовая голография 5. Квантовая телепортация. 6. Квантовая криптография. 7. Неравенства Белла и корреляции Эйнштейна-Подольского-Розена-Бома. 8. Парадокс шрёдингеровского кота. 9. Перепутанные (entangled) состояния. 10. Невозможность клонирования квантовых состояний. 11. Квантовые вычисления и компьютеры. 12. Квантовые компьютеры и проблема декогеренции. 13. Классические и квантовые приборы. 14. Кубиты: свойства и математическое описание состояний. 15. Принципы построения и работы идеального квантового компьютера. 16. Запутанность в смешанных состояниях композитных систем. 17. Экспериментальные методы получения запутанных состояний. 18. Проблемы измерений состояния кубита. 19. Квантовые алгоритмы. 20. Алгоритм телепортации неизвестного квантового состояния. 21. Моделирование квантовых систем на квантовом компьютере. 22. Моделирование динамики квантовых систем на квантовом компьютере. 23. Модель Салама-Вайнберга. 24. Эффект Ааронова-Бома. 25. Физические основы эффекта Казимира. Скачать 97,69 Kb. оставить комментарий Дата 26.09.2011 Размер 97,69 Kb. Тип Программа дисциплины, Образовательные материалы