Dersin Adı Kozmoloji II İTÜ LİSANSÜSTÜ DERS KATALOG FORMU (GRADUATE COURSE CATALOGUE FORM) Course Name Cosmology II Kodu (Code) FIZ638E Yarıyılı (Semester) Bahar Spring Bölüm / Program (Department/Program) Kredisi (Local Credits) Fizik Mühendisliği (Physics Engineering) Ders Türü (Course Type) AKTS Kredisi (ECTS Credits) 3.0 7.5 Doktora Ph.D. Dersin Türü (Course Type) Dersin Önkoşulları (Course Prerequisites) Dersin İçeriği (Course Description) 30-60 kelime arası Dersin Amacı (Course Objectives) Maddeler halinde 2-5 adet Dersin Öğrenme Çıktıları (Course Learning Outcomes) Maddeler halinde 4-9 adet Seçmeli (Elective) Dersin Dili (Course Language) İngilizce/Türkçe (English/Turkish) Dalgalanmaların genel teorisi, Kozmik dalgalanmaların evrimi, Skaler, Vektörel ve Tensörel perturbasyonlar, Kozmik yapı oluşumu, Rekombinasyon sonrası lineer perturbasyonlar, Lineer olmayan büyüme, Baryonik madde çökmesi, Kozmik dalgalanmaların orijini olarak Enflasyon, Enflasyon sürecinde Skalar ve Tensörel dalgalanmalar, Yavaş yuvarlanma yakınsamasında dalgalanmalar, Mikrodalga ışınım fonunda anizotropiler, Sıcaklık dalgalanmalarının genel formulasyonu, Skaler ve Tensörel modlar, Polarizasyon. General theory of fluctuations, Evolution of cosmological fluctuations, Scalar, Vector and Tensor perturbations, Cosmic Structure formation, Linear perturbations after recombination, Nonlinear growth, Collapse of baryonic matter, Inflation as the origin of cosmological perturbations, Scalar and Tensor perturbations during inflation, Fluctuations in the slow-roll approximation, Anisotropies in the microwave radiation background, General formulation of temperature fluctuations, Scalar and Tensor modes, Polarization. 1. Evrenin yapısını anlamakta kullanılan matematiksel formülasyonu göstermek. 2. Evrenle ilgili gözlemler ve bu gözlemlerden, evrenin yapısı, içeriği ve tarihi hakkında nasıl bilgi edinilebileceğini göstermek. 3. Yapılan gözlemlerin bir kısmını açıklamakta kullanılan bazı kozmolojik modelleri anlatmak. 1. To introduce the mathematical formulation which is used to understand the universe. 2. To introduce the observations about the universe and to show how these observations are used to extract information about the structure, content, and history of the universe. 3. To introduce some cosmological models used to explain some of the observations. Bu dersi başarıyla tamamlayan doktora öğrencileri aşağıdaki konularda bilgi, beceri ve yetkinlik kazanırlar; I. Yaşadığımız homojen ve izotropik evrende galaksiler ve galaksi kümeleri gibi inhomojen yapıların oluşumu, II. Bugün gözlemlenen yapılar ile erken evren modelleri arasında ilişki kurarak evrenin tarihi ile ilgili bilgi çıkarımı, III. Evreni oluşturan bu yapıların kuantum orijini ve Enflasyon sürecindeki gelişimleri, IV. Mikrodalga ışınım fonundaki anizotropilerden evrenin yapısı ile ilgili bilgi çıkarımı. Ph.D. students who successfully pass this course gain knowledge, skills and competency in the following subjects; I. The formation of inhomogeneities like galaxies and clusters of galaxies in the homogeneous and isotropic universe we live in, II. Extracting information about the history of the universe by relating the observed structures in the universe to the early universe models, III. Quantum origin of large scale structures in the universe and their evolution during inflation, IV. Extracting information about the structure of the universe from the anisotropies in the Microwave Radiation Background.
Kaynaklar (References) En önemli 5 adedini belirtiniz Ödevler ve Projeler (Homework & Projects) Laboratuar Uygulamaları 1. S. Weinberg, Cosmology, Oxford, 2008, 2. D. S. Gorbunov & V. A. Rubakov,Introducton to the Theory of the Early Universe Vol I & II, World Scientific, 2011, 3. V. Mukhanov, Physical Foundations of Cosmology, Cambridge, 2005, 4. S. Dodelson, Modern Cosmology, Academic Press, 2003, Öğrencilerin dersi daha iyi öğrenmelerine yardım etmesi amacıyla dönem boyunca 7 tane haftalık ödev verilecek ve bunlar bir hafta sonra toplanacaktır. To help students learning and comprehending the course material better, 7 problem sets should be assigned throughout the semester, and their solutions should be returned back in the subsequent week. (Laboratory Work) Bilgisayar Kullanımı (Computer Use) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Başarı Değerlendirme Sistemi Faaliyetler (Activities) Adedi* (Quantity) Değerlendirmedeki Katkısı, % (Effects on Grading, %) Yıl İçi Sınavları 1 20 (Assessment Criteria) (Midterm Exams) Kısa Sınavlar (Quizzes) Ödevler 7 40 (Homework) Projeler (Projects) Dönem Ödevi/Projesi (Term Paper/Project) Laboratuar Uygulaması (Laboratory Work) Diğer Uygulamalar (Other Activities) Final Sınavı (Final Exam) 1 40 *Yukarıda Belirtilen Sayılar Minimum Olup Yerine Getirilmesi Zorunludur (Gerekli Görüldüğü Takdirde Arttırılabilir).
DERS PLANI Hafta Konular Dersin Çıktıları 1 Dalgalanmaların alan denklemleri ve skaler, vektörel ve tensörel modlar I, II 2 Fourier mod açılımı ve stokastik başlangıç şartları I, II 3 Ayar seçimi I, II 4 Ufuk dışında korunum I, II 5 Skaler perturbasyonların kinetic teorisi ve hidrodinamik limiti I, II 6 Skaler perturbasyonların uzun ve kısa dalga boyu limitleri I, II 7 Tensörel perturbasyonlar I, II 8 Kozmik yapı oluşumunda lineer ve lineer olmayan perturbasyonlar, Jeans kararsızlığı I, II 9 Enlasyon sürecinde skaler dalgalanmalar III 10 Enlasyon sürecinde tensörel dalgalanmalar III 11 Enlasyon sürecinde yavaş-yuvarlanma yaklaşımı ve dalgalanmalar III 12 Mikrodalga ışınım fonunda anizotropiler ve entegre edilmiş Sachs-Wolfe etkisi IV 13 Sıcaklık çok-kutup katsayıları IV 14 E ve B polarizasyonları, skaler ve tensörel modlar, korrelasyon fonksiyonları IV COURSE PLAN Weeks Topics Course Outcomes 1 Field equations of fluctuations, scalar, vector and tensor modes I, II 2 Fourier mode expansion and stochastic initial conditions I, II 3 Choosing a gauge I, II 4 Conservation outside the horizon I, II 5 Kinetic theory of scalar perturbations and the hydrodynamic limit I, II 6 Short and long wavelength limits of scalar perturbations I, II 7 Tensor perturbations I, II 8 Linear and non-linear perturbations in the structure formation, Jeans instability I, II 9 Scalar fluctuations during inflation III 10 Tensor fluctuations during inflation III 11 Slow-roll approximation during inflation and fluctuations III 12 Anisotropies in the microwave radiation background and the integrated Sachs-Wolfe Effect IV 13 Temperature multipole coefficients IV 14 E and B polarizations, scalar and tensor modes, correlation functions IV
Dersin Fizik Mühendisliği Programıyla İlişkisi i. ii. iii. iv. Programın mezuna kazandıracağı bilgi, beceri ve yetkinlikler (programa ait çıktılar) Yüksek lisans yeterliliklerine dayalı olarak, alanındaki güncel ve ileri düzeydeki bilgileri özgün düşünce ve/veya araştırma ile uzmanlık düzeyinde geliştirebilme, derinleştirebilme ve alanına yenilik getirecek özgün tanımlara ulaşabilme (bilgi). Alanının ilişkili olduğu disiplinlerarası etkileşimi kavrayabilme; yeni ve karmaşık fikirleri analiz, sentez ve değerlendirmede uzmanlık gerektiren bilgileri kullanarak özgün sonuçlara ulaşabilme (bilgi). Alanındaki yeni bilgileri sistematik bir yaklaşımla değerlendirebilme ve kullanabilme (beceri). Alanına yenilik getiren, yeni bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama geliştirebilme ya da bilinen bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulamayı farklı bir alana uygulayabilme, özgün bir konuyu araştırabilme, kavrayabilme tasarlayabilme, uyarlayabilme ve uygulayabilme (beceri). v. Yeni ve karmaşık düşüncelerin eleştirel analizini, sentezini ve değerlendirmesini yapabilme (beceri). vi. vii. viii ix. Alanı ile ilgili çalışmalarda araştırma yöntemlerini kullanabilmede üst düzey beceriler kazanmış olma (beceri). Alanına yenilik getiren, yeni bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulama geliştiren ya da bilinen bir düşünce, yöntem, tasarım ve/veya uygulamayı farklı bir alana uygulayan özgün bir çalışmayı bağımsız olarak gerçekleştirerek alanındaki ilerlemeye katkıda bulunabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). Alanı ile ilgili en az birer adet bilimsel makaleyi ulusal ve uluslararası hakemli dergilerde yayınlayarak veya özgün bir yapıt üreterek ya da yorumlayarak alanındaki bilginin sınırlarını genişletebilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). Özgün ve disiplinlerarası sorunların çözümlenmesini gerektiren ortamlarda liderlik yapabilme (Bağımsız Çalışabilme ve Sorumluluk Alabilme Yetkinliği). x. Yaratıcı ve eleştirel düşünme, sorun çözme ve karar verme gibi üst düzey zihinsel süreçleri kullanarak alanı ile ilgili yeni düşünce ve yöntemler geliştirebilme (Öğrenme Yetkinliği). xi. xii. xiii. xiv xv xvi. Sosyal ilişkileri ve bu ilişkileri yönlendiren normları eleştirel bir bakış açısıyla inceleyebilme, geliştirebilme ve gerektiğinde değiştirmeye yönelik eylemleri yönetebilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). Uluslararası platformlarda, uzman kişiler ile alanındaki konuların tartışılmasında özgün görüşlerini savunabilme ve alanındaki yetkinliğini gösteren etkili bir iletişim kurabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). Bir yabancı dili en az Avrupa Dil Portföyü C1 Genel Düzeyi nde kullanarak ileri düzeyde yazılı, sözlü ve görsel iletişim kurabilme ve tartışabilme (İletişim ve Sosyal Yetkinlik). Alanındaki bilimsel, teknolojik sosyal veya kültürel ilerlemeleri tanıtarak, yaşadığı toplumun bilgi toplumu olma ve bunu sürdürebilme sürecine katkıda bulunabilme (Alana Özgü Yetkinlik). Alanı ile ilgili karşılaşılan sorunların çözümünde stratejik karar verme süreçlerini kullanarak işlevsel etkileşim kurabilme (Alana Özgü Yetkinlik). Alanı ile ilgili konularda karşılaşılan toplumsal, bilimsel, kültürel ve etik sorunların çözümüne katkıda bulunabilme ve bu değerlerin gelişimini destekleyebilme (Alana Özgü Yetkinlik). Katkı Seviyesi 1 2 3 1: Az, 2. Kısmi, 3. Tam
Relationship between the Course and Physics Engineering Curriculum Program Outcomes i. Developing and intensifying the current and high-level knowledge in the area with the use of original thinking and/or research processes and in a specialistic level, based upon the competency in M.S. level (knowledge). ii. iii. iv. Grasping the inter-disciplinary interaction related to one s area; reaching original results by using the specialistic knowledge in analyzing, synthesizing and evaluating new and complex ideas (knowledge). The ability to evaluate and use new information in the area with a systematical approach (skill). Developing a new idea, method, design and/or application which brings about innovation in the area; or, applying a conventional idea, method, design and/or application to a different environment; researching, grasping, designing and applying an original subject (skill). v. The ability to critically analyze, synthesize and evaluate the new and complex ideas (skill). vi. vii. viii ix. Acquiring the most developed skills about using the research methods in studies in the related area (skill). Contributing to the progress in the area by independently carrying out a study which uses a new idea, method, design and/or application which brings about innovation in the area; or, applying a conventional idea, method, design and/or application to a different environment (Competence to work independently and take responsibility). Expanding the limits of knowledge in the area by publishing at least one scientific article in an international peer reviewed journal and/or creating or interpreting an original work (Competence to work independently and take responsibility). Fulfilling the leader role in the environments where solutions are sought for the original and inter-disciplinary problems (Competence to work independently and take responsibility). x. Developing area-related new ideas and methods by making use of high level intellectual processes such as creative and critical thinking, problem solving and decision making (Learning Competence). xi. xii. xiii. xiv xv xvi. Ability to see and develop social relationships and the norms directing these relationships with a critical look and the ability to direct the actions to change these when necessary. (Communication and Social Competency). The ability to establish effective communication with experts in the international environments to discuss the area-related subjects and to defend original opinions, showing one s competency in the area (Communication and Social Competency). Proficiency in a foreign language at least European Language Portfolio C1 Level- and establishing written, oral and visual communication and developing argumentation skills with that language (Communication and Social Competency). Contributing to the society s state and progress towards being an information society by announcing and promoting the technological, scientific and social developments in one s area (Area Specific Competency). Ability to establish effective communication in the solving of the problems faced in the area, by using the strategic decision making processes (Area Specific Competency). Contributing to the solution of area-related social, scientific, cultural and ethical problems and promoting the development of these values (Area Specific Competency). Level of Contribution 1 2 3 1: Little, 2. Partial, 3. Full
Düzenleyen (Prepared by) Vakıf Kemal ÖNEMLİ Tarih (Date) İmza (Signature)