Selected problems in relativistic cosmology

Abstract

V této práci jsme studovali tři vybrané problémy v FRW prostoročase. V první části jsme rozebrali pohyb testovací částice v homogenním a izotropním vesmíru. Představili jsme rámec, v němž lze odvodit rovnoměrně zrychlenou trajektorii a geodetický pohyb, pokud je škálový faktor pro daný prostoročas zadán jako funkce souřadnicového času. Použitím transformace ke konformnímu času jsme dokázali převést diferenciální rovnice druhého řádu pro pohyb v FRW prostoročase na diferenciální rovnice prvního řádu. Na tomto základě jsme dokázali obdržet formalismus pro odvození rovnoměrně zrychlené trajektorie testovací částice v prostorově zakřiveném FRW prostoročase. Naopak druhá část této práce je věnována dynamické kosmologii. Zejména v ní rozebíráme případy barotropní tekutiny a minimálně interagujícího skalárního pole v prostorově zakřiveném FRW prostoročase. Nejprve jsme připravili dynamické systémy pro nespecifikovanou stavovou rovnici barotropní tekutiny a nespecifikovaný kladný potenciál skalárního pole, které není minimálně interagující. Pro oba tyto systémy jsme určili dobře definované dynamické proměnné platné pro jakoukoli křivost. V rámci těchto obecných situací jsme objevili několik charakteristických vlastností takovýchto systémů, jako jsou invariantní podmnožiny, symetrie, kritické body a jejich...

In this work, we studied three selected problems in FRW spacetime. In the first part, we analysed the motion of a test particle in the homogeneous and isotropic universe. We presented a framework in which one can derive the uniformly accelerated trajectory and geodesic motion if a scale factor for a given spacetime is provided as a function of coordinate time. By applying the confomal time transformation, we were able to convert second order differential equations of motion in FRW spacetime to first order differential equations. From this, we managed to obtain a formalism to derive the uniformly accelerated trajectory of a test particle in spatially curved FRW spacetime. The second part of this work is devoted to dynamical cosmology. In particular, we analyse the cases of barotropic fluids and non-minimally coupled scalar field in spatially curved FRW spacetime. First, we set up the dynamical systems for an unspecified EoS of a barotropic fluid case and an unspecified positive potential for a non-minimal coupled scalar field case. For both of these systems, we determined well-defined dynamical variables valid for all curvatures. In the framework of these general setups we discovered several characteristic features of the systems, such as invariant subsets, symmetries, critical points and their...