Maurizio Gasperini

This is the second edition of a well-received book that is a modern, self-contained introduction to the theory of gravitational interactions. The new edition includes more details on gravitational waves of cosmological origin, the so-called brane world scenario, and gravitational time-delay effects. The first part of the book follows the traditional presentation of general relativity as a geometric theory of the macroscopic gravitational field, while the second, more advanced part discusses the deep analogies (and differences) between a geometric theory of gravity and the gauge theories of the other fundamental interactions. This fills a gap within the traditional approach to general relativity which usually leaves students puzzled about the role of gravity. The required notions of differential geometry are reduced to the minimum, allowing room for aspects of gravitational physics of current phenomenological and theoretical interest, such as the properties of gravitational waves, the gravitational interactions of spinors, and the supersymmetric and higher-dimensional generalization of the Einstein equations. This textbook is primarily intended for students pursuing a theoretical or astroparticle curriculum but is also relevant for PhD students and young researchers.

This is the second edition of a well-received book that is a modern, self-contained introduction to the theory of gravitational interactions. The new edition includes more details on gravitational waves of cosmological origin, the so-called brane world scenario, and gravitational time-delay effects. The first part of the book follows the traditional presentation of general relativity as a geometric theory of the macroscopic gravitational field, while the second, more advanced part discusses the deep analogies (and differences) between a geometric theory of gravity and the gauge theories of the other fundamental interactions. This fills a gap within the traditional approach to general relativity which usually leaves students puzzled about the role of gravity. The required notions of differential geometry are reduced to the minimum, allowing room for aspects of gravitational physics of current phenomenological and theoretical interest, such as the properties of gravitational waves, the gravitational interactions of spinors, and the supersymmetric and higher-dimensional generalization of the Einstein equations. This textbook is primarily intended for students pursuing a theoretical or astroparticle curriculum but is also relevant for PhD students and young researchers.

La seconda edizione di questo testo mantiene tutte le caratteristiche della prima edizione, specificamente progettata per i corsi semestrali della Lurea Magistrale in Fisica: un testo di riferimento completo, autosufficiente, facilmente utilizzabile, e accessibile a studenti provenienti da indirizzi e piani di studio diversi. Contiene le principali informazioni sulla teoria gravitazionale che al giorno d'oggi ogni laureato in Fisica dovrebbe possedere: si parte dalle nozioni di base della Relativita' Generale, e si sviluppa la teoria gravitazionale classica sino ad argomenti di frontiera come l'estensione supersimmetrica delle equazioni di Einstein. In aggiunta, la seconda edizione include nuovo materiale di forte interesse attuale come, ad esempio: (i) una dettagliata presentazione dei modelli gravitazionali multidimensionali (motivati dalle teorie delle stringhe e delle membrane); (ii) una originale discussione delle misure di velocita' e degli effetti di dilatazione temporale in presenza di gravita' (motivata anche dal recente dibattito scientifico sulla possibile esistenza - ed eventuale rivelazione - di neutrini con velocita' superluminali); (iii) una introduzione all'interazione tra onde gravitazionali e radiazione cosmica di fondo. Quest'ultimo argomento e' stato suggerito dalla recentissima scoperta (annunciata il 17 marzo 2014 presso the Harward-Smithsonian Center for Astrophysics) dell'esperimento BICEP2, che ha osservato per la prima volta gli effetti delle onde gravitazionali primordiali proprio grazie alla loro interazione con la radiazione cosmica.

New fundamental forces of Nature? New forms of "dark'' energy? Signals from epochs preceding the Big Bang? Is our space-time unique? Only a joint study of the three topics examined in this book – gravity, strings and particles – may provide answers to these questions. Such a study may also provide the key to solving one of the most fascinating mysteries of modern science, namely: Besides time and the three spatial dimensions, how many other dimensions exist in our universe? The book is primarily addressed to readers who do not necessarily have a specific background in physics but are nevertheless interested in discovering the originality and the possible implications of some of the amazing ideas in modern theoretical physics. The emphasis is on conveying ideas rather than explaining formulas, focusing not on what is known but -- mainly -- on what is still unknown. Many parts of the book are devoted to fundamental theoretical models and results which are potentially highly relevant for a deeper understanding of Nature, but are still waiting to be confirmed (or disproved) by experiments. From this point of view, the material of this book may also be of interest to professional physicists, whether or not they work in the field of fundamental interactions.

E' un libro che parla di fisica rivolgendosi a lettori che non hanno necessariamente una preparazione specifica in questo campo, ma sono comunque interessati a scoprire la novità, l'originalità e le possibili strane implicazioni di alcune sorprendenti idee utilizzate dalla fisica teorica moderna. Si può classificare come libro di divulgazione scientifica, ma di stampo piuttosto non convenzionale perchè si focalizza non solo ciò che è già noto ma anche - e soprattutto - su ciò che ancora è ignoto. Molte parti di questo libro sono infatti dedicate all'introduzione e all'illustrazione di modelli e risultati teorici che sono potenzialmente di importanza cruciale per una comprensione più profonda della Natura, ma che sono ancora in attesa di una definitiva conferma (o smentita) sperimentale. Da questo punto di vista il libro potrebbe avere interesse anche per i fisici di professione, specializzati o no nel campo della fisica teorica e delle interazioni fondamentali. La focalizzazione sui tre temi elencati nel titolo (gravità, stringhe e particelle) è principalmente motivata dal fatto che solo uno studio congiunto e approfondito di questi tre temi sembra in grado di fornirci la chiave di quello che probabilmente rappresenta uno dei più grandi ed affascinanti misteri della scienza attuale: oltre al tempo e alle tre dimensioni dello spazio, esistono altre dimensioni nel nostro Universo? In caso affermativo, quante sono?

Il libro è basato sulle lezioni attualmente tenute dall'autore presso l’Università di Bari, ed è progettato in modo da rappresentare un testo di riferimento il più possibile moderno, completo e autosufficiente per i corsi semestrale di Cosmologia, Astrofisica o Fisica Astroparticellare che compaiono nel piano di studi della Laurea Magistrale in Fisica e in Astronomia. Contiene gli elementi di base della cosmologia relativistica, del modello cosmologico standard e del suo completamento inflazionario. E' organizzato per servire da traccia ad un corso di cosmologia di stampo teorico, ma cerca di non perdere mai di vista il confronto con i principali risultati osservativi: molta attenzione viene infatti dedicata alla fenomenologia dei fondi cosmici, e in particolare alla radiazione gravitazionale fossile perchè la sua rivelazione, diretta o indiretta, potrebbe dare indicazioni cruciali sulla scelta del corretto modello per l'Universo primordiale. Non mancano infine alcuni accenni ad argomenti di interesse emergente, di tipo teorico-fenomenologico, come lo studio dell'effetto di "deriva" del redshift, la cosmologia delle membrane, e il problema delle medie cosmologiche fatte su ipersuperfici spaziali (o nulle) non omogenee.

The standard cosmological picture of our Universe emerging from a 'big bang' leaves open many fundamental questions which string theory, a unified theory of all forces of nature, should be able to answer. This 2007 text was the first dedicated to string cosmology, and contains a pedagogical introduction to the basic notions of the subject. It describes the possible scenarios suggested by string theory for the primordial evolution of our Universe. It discusses the main phenomenological consequences of these scenarios, stresses their differences from each other, and compares them to the more conventional models of inflation. The book summarises over 15 years of research in this field and introduces advances. It is self-contained, so it can be read by astrophysicists with no knowledge of string theory, and high-energy physicists with little understanding of cosmology. Detailed and explicit derivations of all the results presented provide a deeper appreciation of the subject.

Terms such as "expanding Universe", "big bang", and "initial singularity", are nowadays part of our common language. The idea that the Universe we observe today originated from an enormous explosion (big bang) is now well known and widely accepted, at all levels, in modern popular culture. But what happens to the Universe before the big bang? And would it make any sense at all to ask such a question? In fact, recent progress in theoretical physics, and in particular in String Theory, suggests answers to the above questions, providing us with mathematical tools able in principle to reconstruct the history of the Universe even for times before the big bang. In the emerging cosmological scenario the Universe, at the epoch of the big bang, instead of being a "new born baby" was actually a rather "aged" creature in the middle of its possibly infinitely enduring evolution. The aim of this book is to convey this picture in non-technical language accessibile also to non-specialists. The author, himself a leading cosmologist, draws attention to ongoing and future observations that might reveal relics of an era before the big bang.

Una moderna presentazione della teoria della Relatività Ristretta, specificatamente progettata per i nuovi corsi della Laurea Triennale in Fisica. Un testo essenziale ma autosufficiente, che adotta lo stile e il linguaggio delle lezioni svolte in aula, e che introduce alle trasformazioni di Lorentz, alla formulazione covariante dell'elettromagnetismo e alle basi della cinematica e dinamica relativistiche. Include una discussione della cinematica dei processi d'urto e una derivazione dettagliata dell'effetto Cherenkov.

Terms such as "expanding Universe", "big bang", and "initial singularity", are nowadays part of our common language. The idea that the Universe we observe today originated from an enormous explosion (big bang) is now well known and widely accepted, at all levels, in modern popular culture. But what happens to the Universe before the big bang? And would it make any sense at all to ask such a question? In fact, recent progress in theoretical physics, and in particular in String Theory, suggests answers to the above questions, providing us with mathematical tools able in principle to reconstruct the history of the Universe even for times before the big bang. In the emerging cosmological scenario the Universe, at the epoch of the big bang, instead of being a "new born baby" was actually a rather "aged" creature in the middle of its possibly infinitely enduring evolution. The aim of this book is to convey this picture in non-technical language accessibile also to non-specialists. The author, himself a leading cosmologist, draws attention to ongoing and future observations that might reveal relics of an era before the big bang.

This is a comprehensive book, easily accessible to those who have a fairly good knowledge of special relativity and electromagnetic theory. It is ideal for introducing students to the study of gravitation and relativity following a modern presentation.

This is a comprehensive book, easily accessible to those who have a fairly good knowledge of special relativity and electromagnetic theory. It is ideal for introducing students to the study of gravitation and relativity following a modern presentation.