dc.contributor.author
Gruber, Christine
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:42:06Z
dc.date.available
2013-12-18T14:13:55.771Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10854
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-15052
dc.description.abstract
The success of modern physical theories is abundantly demonstrated by an
impressive amount of examples, may it be in the small dimensions of the
quantum world or on cosmologically large scales. Quantum mechanics and quantum
field theories provide excellent descriptions for all kinds of quantum
phenomena, while dynamics on the largest known scales can be well explained by
Einstein's theory of General Relativity. However, attempts to unify these
opposite ends of the spectrum into one ultimate physical theory have failed so
far. Nevertheless, the physics on one scale can have considerable impact on
others. In this dissertation, we will - in the framework of existing theories
- consider scenarios where quantum effects have consequences on astrophysical
or cosmological scales. In one of these examples, we will develop a model for
dark energy, i.e. the cause of the accelerated expansion of the universe, by
calculating the vacuum fluctuations of quantum fields. We set up a scheme in
which the divergent vacuum energy is tuned down to a finite small value by
considering the opposite sign contributions of bosons and fermions. This
vacuum energy can then explain the observed expansion behavior of the
universe. Experimentally, the magnitude of the cosmic acceleration can be
obtained through the investigation of observational data like the luminosity
of supernova events in the universe. Therefore, a part of this dissertation is
dedicated to the analysis of experimental data in the framework of
cosmography, a procedure to extract physical parameters from experimental data
without assuming a particular model for the evolution of the universe a
priori. As a result, we obtain kinematical constraints on the cosmic
acceleration and therefore on the specific properties of its origin. We
confirm the validity of the vacuum energy of quantum fields as a possible
candidate to explain the behaviour of the cosmic expansion. Ultimately, we
turn our attention to a quantum phenomenon in astrophysics, i.e. the
occurrence of a Bose-Einstein condensed phase of the matter within compact
objects such as white dwarfs. Conditions in these environments allow for the
formation of Bose-Einstein condensates due to a favourable combination of
temperature and density, and thus it is of interest to study the condensation
of bosonic particles under the influence of gravity in the framework of a
Hartree-Fock theory. The resulting configurations are compared to observations
via the predicted density profiles and macroscopic properties like the mass
and size of the objects.
de
dc.description.abstract
Der Erfolg moderner physikalischer Theorien lässt sich anhand einer
beeindruckenden Zahl an Beispielen von den kleinen Dimensionen der Quantenwelt
bis zu kosmologischen Größenordnungen belegen. Die Quantenmechanik und
Quantenfeldtheorien liefern hervorragende Beschreibungen für alle Arten von
Quantenphänomenen, während die Dynamiken der größten Skalen von Einsteins
allgemeiner Relativitätstheorie weitgehend beschrieben werden können.
Bisherige Bestrebungen, die beiden Theorien miteinander zu verknüpfen,
scheiterten jedoch. Nichtsdestotrotz können physikalische Vorgänge in einem
Bereich der Skala beträchtlichen Einfluß auf andere Größenordnungen haben. In
dieser Dissertation werden - im Rahmen existierender physikalischer Theorien -
einige Beispiele untersucht, in denen Quanteneffekte in astrophysikalischen
oder kosmologischen Situationen eine Rolle spielen. In einem dieser Szenarien
wird ein Modell zur Erklärung der dunklen Energie entwickelt, die für die
beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich ist, in dem
Vakuumfluktuationen von Quantenfeldern berechnet werden. Berücksichtigt man
die Beiträge von Bosonen und Fermionen zur Vakuumenergie, die entgegengesetzte
Vorzeichen tragen, so kann die divergente Vakuumenergie auf einen kleinen
endlichen Wert reguliert werden, der die beobachtete Größe der Expansion des
Universums ergibt. Experimentell kann das Ausmaß der kosmischen Beschleunigung
durch die Untersuchung von astrophyikalischen Daten abgeschätzt werden. Ein
Teil dieser Dissertation wurde deshalb der Analyse von experimentellen Daten
im Rahmen der Kosmographie gewidmet, einer Methode zur Extraktion
physikalischer Parameter aus Daten, ohne ein bestimmtes Modell zur Erklärung
der Daten vorauszusetzen. Die aus diesen Auswertungen erhaltenen kinematischen
Randbedingungen für ein Modell der dunklen Energie befinden die Erklärung der
kosmischen Expansion durch die Vakuumenergie von Quantenfeldern für gültig.
Schließlich wird ein weiteres Quantenphänomen in astrophysikalischen
Zusammenhängen untersucht, nämlich das Auftreten von Bose-Einstein-
Kondensation im Inneren von kompakten Objekten wie weißen Zwergen. Die
Formation eines derartigen Kondensats aufgrund einer günstigen Kombination von
Temperatur und Dichte rechtfertigt die Untersuchung eines Systems aus
bosonischen Teilchen unter dem Einfluß von Gravitation im Rahmen einer
Hartree-Fock-Theorie. Die resultierenden Dichteprofile innerhalb des Sterns
und makroskopische Größen wie die Masse oder den Radius der Konfigurationen
werden anschließend mit Beobachtungen verglichen.
de
dc.format.extent
XI, 182 S.
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
quantum phenomena
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
dc.title
Quantum Phenomena in the Realm of Cosmology and Astrophysics
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Dr. h.c.mult. Hagen Kleinert
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Dieter Breitschwerdt
dc.date.accepted
2013-12-11
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000095811-9
dc.title.translated
Quantenphänomene in der Kosmologie und Astrophysik
de
refubium.affiliation
Physik
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000095811
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000014562
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access