The lecturer and the assistant can be contacted by email at firstname.lastname(at)helsinki.fi, or you can just drop by our offices.
Lectures: Mon 14-16, Tue 14-16, Physicum room A315
The first lecture of Cosmology II is on Monday, October 29.
Exercises: Fri 12-14, Physicum room A315
The first exercise session of Cosmology II is on Friday, November 9.
The exam of Cosmology II
is on Monday December 17 at 12.00-16.00 in Physicum lecture room D112.
Not showing up for the exam counts as a failed attempt, meaning one has to
retake the course. If the date is difficult, it is possible to
take the exam later, but this must be agreed with the lecturer
before the exam.
Lecture notes will appear here as the lectures proceed, so that
it is possible to have a look at the notes before the lectures.
The introductory lecture Powerpoint file is here.
The simulations of large scale structure are from the Max Planck
Institute for Astrophysics,
here and
here.
Chapter 1: Introduction
Chapter 2: Basics of general relativity
Chapter 3: The Friedmann-Robertson-Walker model
Chapter 4: Thermodynamics in an expanding universe
Chapter 5: Thermal history of the early universe
Chapter 6: Big bang nucleosynthesis
Chapter 7: Dark matter
Chapter 8: Linear perturbation theory
Chapter 9: Inflation: background
Chapter 10: Inflation: perturbations
Chapter 11: Perturbations after inflation
Chapter 12: Cosmic microwave background
Homework 1
Homework 2
Homework 3
Homework 4
Homework 5
Homework 6
Homework 7
Homework 8
Homework 9
Homework 10
Homework 11
Homework 12
Contents: The observable universe, homogeneous and isotropic models of the universe, thermal history of the universe, big bang nucleosynthesis, dark matter, inflation, cosmological perturbation theory, cosmic microwave background.
Exams and grades: The grade is based on
the weekly exercises (25%) and on the exam (75%).
Textbook: Lecture notes.
Literature:
E.W. Kolb, M.S. Turner: The Early Universe (Addison-Wesley 1990).
T. Padmanabhan: Structure formation in the universe (Cambridge University Press 1993).
M. Roos: Introduction to Cosmology, 3rd ed. (Wiley 2003).
L. Bergström and A. Goobar: Cosmology and Particle Astrophysics
(Wiley 1999).
J.A. Peacock: Cosmological Physics (Cambridge University Press 1999).
A.R. Liddle and D.H. Lyth: Cosmological Inflation and Large-Scale Structure
(Cambridge University Press 2000).
S. Dodelson: Modern Cosmology (Academic Press 2003).
V. Mukhanov: Physical Foundations of Cosmology (Cambridge University Press 2005).
S. Weinberg: Cosmology (Oxford University Press 2008).
R. Durrer: The Cosmic Microwave Background (Cambridge University Press 2008).
A.R. Liddle and D.H. Lyth: The Primordial Density Perturbation: Cosmology, Inflation and the Origin of Structure (Cambridge University Press 2009).
It is not necessary to purchase any of these textbooks, the lecture notes
are sufficient.
The assumed background for students includes mathematical methods, mechanics, special relativity, electrodynamics, quantum mechanics and statistical physics. A background in general relativity is not required, as the results that are used will be reviewed (but not derived). (Robertson-Walker metric and Friedmann equations) will be reviewed. For students who prefer not to have many results presented to them without proper derivation it is advisable to take a course in general relativity first. In Cosmology I we will use the Friedmann-Robertson-Walker models and some basic statistical physics without derivation and in Cosmology II we'll use general relativistic perturbation theory (and a bit of quantum field theory in curved spacetime) in the same way.
Suomeksi: Tämä kurssi antaa perustiedot kosmologiasta. Vuodesta 2001 lähtien kurssi on luennoitu kahdessa osassa, jotta laajemmalle kosmologiasta kiinnostuneelle opiskelijajoukolle tulisi helpommaksi suorittaa Kosmologia I, joka ei ole tasoltaan yhtä vaativa kuin Kosmologia II tai teoreettisen fysiikan laudatur-kurssit yleensä. Kurssi eroaa muista teoreettisen fysiikan kursseista siten, että pyrkimyksenä ei ole johtaa hyvin määriteltyä teoriaa järjestelmällisesti perusteista lähtien, vaan soveltaa tunnettuja teorioita tutkimuskohteeseen (joka on maailmankaikkeus kokonaisuutena). Tässä mielessä kurssi on "sovellettua fysiikkaa". Kurssimateriaali (luentomuistinpanot, harjoitustehtävät) on englanniksi. Luennointikieli, suomi tai englanti kuulijakunnasta riippuen.
Kurssi on jaettu kahtia siten, että Kosmologia I:ssä tarkastellaan maailmankaikkeutta yksinkertaisimmassa approksimaatiossa, eli olettaen että se on homogeeninen ja isotrooppinen. Näin Kosmologia I:ssä saadaan yleiskuva maailmankaikkeudesta ja sen kehityksestä. Kosmologia II:ssa aiheena on maailmankaikkeuden rakenne, eli poikkeamat homogeniasta, ja tämän rakenteen synty. Tämä on ehkä aktiivisin tutkimusalue kosmologiassa nykyään. Todennäköisimpänä pidetty alkusyy rakenteen synnylle kulkee nimellä inflaatio. Kosminen taustasäteily on keskeisessä asemassa tämän rakenteen tutkimuksessa.
Suositeltavat esitiedot ovat teoreettisen fysiikan perus- ja aineopinnot. Varhaisen maailmankaikkeuden termodynamiikassa tarvittavat statistisen fysiikan tulokset kerrataan lyhyesti Kosmologia I:ssä, niin että kurssien Statistinen fysiikka I ja II suorittaminen ei ole välttämätöntä, mutta kylläkin suositeltavaa. Kurssilla käytetään yleistä suhteellisuusteoriaa, mutta yleisen suhteellisuuteorian kurssia ei edellytetä esitietoina, vaan tarvittavat asiat selitetään (mutta ei johdeta) kurssilla. (Kosmologia I:ssä käytetään Robertson-Walker -metriikkaa ja Friedmannin yhtälöitä, Kosmologia II:ssa lisäksi tuloksia yleisen suhteellisuusteorian häiriöteoriasta ja kaarevan avaruuden kvanttikenttäteoriasta.) Kurssit Yleinen suhteellisuusteoria ja Kosmologia I+II voidaan siis suorittaa kummassa järjestyksessä tahansa.