Mathematische Grundlagen der Stringtheorie und Supersymmetrie. Klausur 1,

Ähnliche Dokumente
String Theory for Pedestrians (Stringtheorie für Fußgänger)

String Theorie - Die Suche nach der großen Vereinheitlichung

Übungen zur Diskreten Mathematik I Blatt 6

Lineare Algebra II 8. Übungsblatt

Aufgaben zur linearen Algebra und analytischen Geometrie I

Klausur zur Mathematik I (Modul: Lineare Algebra I)

Lineare Algebra I 14. Tutorium Lineare Abbildungen und Matrizen

F-Theory und der Open String Landscape

Klausur zur Mathematik I (Modul: Lineare Algebra I) : Lösungshinweise

Klausur Lineare Algebra I & II

Lineare Algebra und Analytische Geometrie

Probeklausur Lineare Algebra für Physiker

Homotopien und Schleifen

Prüfung Lineare Algebra , B := ( ), C := 1 1 0

Probeklausur zur Analysis II

Moderne Physik: Elementarteilchenphysik, Astroteilchenphysik, Kosmologie

4 Lineare Abbildungen und Matrizen

1 Liesche Gruppen: Grundlegendes und Beispiele

6. Normale Abbildungen

f 1 (U) = i I V i (1) f Vi : V i U Eine Überlagerung ist ein lokaler Homöomorphismus. {s S f(s) = g(s)} (2)

Klausur zur Vorlesung Lineare Algebra II

Seminarvortrag über die Euler-Charakteristik einer Fläche

y x x y ( 2x 3y + z x + z

Lineare Algebra 6. Übungsblatt

Orthonormalisierung. ein euklidischer bzw. unitärer Vektorraum. Wir setzen

Brückenkurs Mathematik

Stringtheorie: Auf der Suche nach der Weltformel

Mathematik für Naturwissenschaftler II SS 2010

Serie 10: Inverse Matrix und Determinante

Vorlesung Mathematik für Informatiker I. WS 2013/14 Klausur 29. März 2014

10 Untermannigfaltigkeiten

Ê 2 = {(x, y) : x, y Ê}.

Übungen zu Einführung in die Lineare Algebra und Geometrie

Klausur Lineare Algebra I

Topologieseminar. Faserbündel. Michael Espendiller. 16. Oktober 2010 Universität Münster - 3 Faserbündel oder lokal triviale Bündel 4

Kohärenz, Verschränkung und Verschränkungsmaße I

Definitionen. b) Was bedeutet V ist die direkte Summe von U und W? V ist direkte Summe aus U und W, falls V = U + W und U W = {0}.

Bericht zur Mathematischen Zulassungsprüfung im Mai 2013

Mathematische Grundlagen für die Vorlesung. Differentialgeometrie

Übungen zu Einführung in die Lineare Algebra und Geometrie

Aufgaben und Lösungen zur Klausur Lineare Algebra im Frühjahr 2009

PHYSIK AM FREITAG. 15. Januar 2016 Markus Leuenberger, 22. Januar 2016 Michele Weber. 29. Januar 2016 Susanne Reffert. 4. März 2016 Martin Rubin

Übungsblatt

3 Definition: 1. Übungsblatt zur Vorlesung Lineare Algebra I. im WS 2003/2004 bei Prof. Dr. S. Goette

fakultät für physik bernhard emmer mathematik vorkurs für physiker Übungsblatt 1 für beliebiges k N und x 0. a 2 x 1 x 3 y 2 ) 2

Seminar zur Theorie der Teilchen und Felder Supersymmetrie

Lineare Algebra für Physiker 11. Übungsblatt

Klausurenkurs zum Staatsexamen (SS 2015): Lineare Algebra und analytische Geometrie 5

Klausurenkurs zum Staatsexamen (WS 2015/16): Lineare Algebra und analytische Geometrie 3

Mathematik für Betriebswirte I (Lineare Algebra) 1. Klausur Wintersemester 2013/

3 Vektorräume abstrakt

2. Übungsblatt zur Differentialgeometrie

Klausur zur Vorlesung Höhere Mathematik I

Lineare Algebra I (WS 13/14)

49 Tensorprodukt. Diese Abbildung ist offensichtlich bilinear. Sie hat außerdem die folgende universelle Eigenschaft:

Komplexe Zahlen und Allgemeines zu Gruppen

Klausur Grundlagen der Algebra und Computeralgebra

Was ist Gravitation?

Die von Neumannsche Ungleichung

(u, v) z(u, v) u Φ(u, v) (v = const.) Parameterlinie v = const. v Φ(u, v) (u = const.) Parameterlinie u = const.

Klausur vom Algebra I. Rolf Farnsteiner

Serie 12: Eigenwerte und Eigenvektoren

Kapitel 7 Lineare Abbildungen und Matrizen II

11.2 Orthogonalität. Wintersemester 2013/2014

Lösung zur Klausur zur Analysis II

Eigenwerte, Diagonalisierbarkeit, charakteristisches Polynom

4. Übungsblatt zur Mathematik II für BI, MaWi, WI(BI), AngGeo

1 Euklidische und unitäre Vektorräume

Lösungsskizzen der Klausur zur Linearen Algebra im Herbst 2015

1 Definitionen: 6 Punkte gesamt

Outline. 1 Vektoren im Raum. 2 Komponenten und Koordinaten. 3 Skalarprodukt. 4 Vektorprodukt. 5 Analytische Geometrie. 6 Lineare Räume, Gruppentheorie

Zwischenklausur zur Linearen Algebra I HS 2010, Universität Mannheim, Prof. Dr. C. Hertling, Ralf Kurbel

Die Homologiegruppen eines Simplizialkomplexes

C orthogonal und haben die Länge 1). Dann ist die Länge von w = x u + y v gegeben durch w 2 Def. = w,w =

Lösung zu den Übungsaufgaben zur Lebesgueschen Integrationstheorie. Tobias Ried

Übungen Analysis I WS 03/04

Technische Universität München. Mathematik für Physiker 1

Kaluza Klein Theorie. Forschungsseminar Quantenfeldtheorie Montag, Jens Langelage

Aufgabe 1. Die Determinante ist eine lineare Abbildung von C n n nach C? Nein (außer für n = 1). Es gilt det(λa) = (λ) n det(a).

KLAUSUR ZUR LINEAREN ALGEBRA I MUSTERLÖSUNG 15. Dezember 2007

Sterne & Kosmos Standardmodell & Stringtheorie

Ideen der algebraischen Topologie

Klausur zu. Lineare Algebra II. Viel Erfolg! Fachbereich Mathematik WS 2012/13 Dr. habil. Matthias Schneider. Bonus Note. Aufgabe

Musterlösung. TECHNISCHE UNIVERSITÄT MÜNCHEN Fakultät für Mathematik. Probeklausur Mathematik 4 für Physik (Analysis 3) I...

{ id, falls sgn(σ) = 1, τ, falls sgn(σ) = 1,

4. Übungsblatt zur Differentialgeometrie

Unendliche Gruppen als geometrische Objekte

Klausur zur Vorlesung Lineare Algebra I

AUFGABENSAMMLUNG ZU VEKTORRECHNUNG FÜR USW

Musterlösung. 1 Relationen. 2 Abbildungen. TUM Ferienkurs Lineare Algebra 1 WiSe 08/09 Dipl.-Math. Konrad Waldherr

12. Übungsblatt zur Analysis II

Lineare Algebra und Numerische Mathematik für D-BAUG

Mathematik III. Vorlesung 68. Das Verhalten von Maßen bei linearen Abbildungen

Klassifikation planarer Systeme

Mathematik I. Vorlesung 16. Eigentheorie

1. Hausübung ( )

Kapitel 3 Lineare Algebra

5 Lineare Algebra (Teil 3): Skalarprodukt

Aufgaben zu Kapitel 20

3. Übungsblatt Aufgaben mit Lösungen

Transkript:

Universität Duisburg-Essen Wintersemester 2009/2010 - Campus Duisburg - Fakultät für Mathematik Wolfgang Hümbs Mathematische Grundlagen der Stringtheorie und Supersymmetrie Klausur 1, 30.11.2009 Name: Matrikelnummer: Für jede Aufgabe kann man maximal zehn Punkte erhalten.

Aufgabe 1: Topologische Räume Gegeben sei X = {a, b, c}. (a) Verifizieren Sie, dass B = { {a, b}, {b, c} } keine Basis für eine Topologie auf X sein kann. (b) Überprüfen Sie, ob X mit ein Hausdorff-Raum ist. τ 1 = { X,, {a}, {b, c} } (c) Geben Sie eine Topologie τ 2 auf X an, so dass jede Menge aus τ 2 offen und abgeschlossen ist.

Aufgabe 2: Algebraische Grundlagen Verifizieren Sie das Monomorphiekriterium: Ein Gruppenhomomorphismus ϱ : G H ist genau dann injektiv, wenn ist. Kernϱ = {e G }

Aufgabe 3: Die Fundamentalgruppe (a) Berechnen Sie die Fundamentalgruppe der Einheitssphäre S 2 := { (x, y, z) R 3 x 2 + y 2 + z 2 = 1 }. Hinweis: Sie dürfen dabei alle bekannten Tatsachen aus der Topologie und Funktionentheorie benutzen. Sie dürfen ohne Beweis die Fundamentalgruppe der Riemannschen Zahlenkugel benutzen. (b) Geben Sie die Fundamentalgruppe des Einheitskreises an. S 1 := { (x, y) R 2 x 2 + y 2 = 1 }. (c) Geben Sie die Fundamentalgruppe von der Einpunktvereinigung des Einheitskreises mit einem Geradenstück an. (d) Beweisen oder widerlegen Sie: Der Einheitskreis und die Einpunktvereinigung aus Teil (c) sind homöomorph. (e) Sei X ein wegzusammenhängender topologischer Raum und x, y X. Begründen Sie, warum die Fundamentalgruppe unabhängig vom Fußpunkt x bzw. y ist.

Aufgabe 4: Lineare Operatoren auf Hilberträumen Wir benötigen zuerst folgende Definition: Ein beschränkter Operator auf einem Hilbertraum H heißt unitär, wenn T T = T T = id auf H gilt. (a) Zeigen Sie: Ein Operator T ist unitär genau dann, wenn er invertierbar ist und T 1 = T gilt. (b) Sei H der Hilbertraum aller Folgen komplexer Zahlen x = (..., x n 1, x 0, x 1,...), so dass x 2 = n= x n 2 < gilt. Das Skalarprodukt sei definiert durch x, y = x nȳ n. n= Zeigen Sie, dass der Operator T mit ein unitärer Operator ist. (T x) n = x n 1

Aufgabe 5: Das Tensorprodukt Seien P und Q Projektionsmatrizen, d. h. es gilt P 2 = P und Q 2 = Q, und E sei die entsprechende Einheitsmatrix. (a) Zeigen Sie (P Q) 2 = P Q (b) Zeigen Sie ( P (E P ) ) 2 = P (E P ) (c) Berechnen Sie (Q Q)(P P ) für QP = 0. Gegeben seien die Vektoren ( 1 u 1 = 0 ), u 2 = ( 0 1 ), v 1 = 1 2 ( 1 1 ), v 2 = 1 ( 2 1 1 ). (d) Konstruieren Sie aus u 1 und u 2 bzgl. des Tensorprodukts die Standardbasis des R 4. (e) Konstruieren Sie aus i) u 1 und u 2 ii) v 1 und v 2 die (2 2)-Einheitsmatrix.

Aufgabe 6: Nichtrelativistische Strings (a) Geben Sie die Wellengleichung für einen nichtrelativistischen String an. (b) Zeigen Sie, dass der Wellengleichung genügt. µ0 y(t, x) = sin t cos x T 0 (c) Überprüfen Sie, ob y(t, x) aus (b) kompatibel mit den Neumann- bzw. Dirichlet- Randbedingungen ist. (d) Beweisen oder widerlegen Sie: Ein String kann niemals mit der (Kreis-)Frequenz von 1 Hz schwingen.

Aufgabe 7: Kategorientheorie Sei R ein kommutativer Ring mit Einselement. Überprüfen sie, ob Mat(R) eine Kategorie bildet. Objekte sollen die natürlichen Zahlen sein. Die Morphismen Mor(m, n) sind die Mengen der (n m)-matrizen über R.

Aufgabe 8: Mannigfaltigkeiten Betrachten Sie die offenen Teilmengen U und V des Einheitskreises die gegeben sind durch S 1 := { (x, y) R 2 x 2 + y 2 = 1 } R 2, U = { (cos α, sin α) α ]0, 2π[ } und V = { (cos α, sin α) α ] π, π[ }. Zeigen Sie, dass A := { (U, ϕ), (V, ψ) } mit ϕ : U R, ϕ(cos α, sin α) = α für α ]0, 2π[ ψ : V R, ψ(cos α, sin α) = α für α ] π, π[ ein Atlas auf S 1 ist.

Aufgabe 9: Die drei fundamentalen Naturkonstanten G, c und sind gegeben durch 11 m3 Gravitationskonstante G = 6.67 10 kg s 2 Lichtgeschwindigkeit c = 3 10 8 m s Plancksches Wirkungsquantum = h 2π = 1.06 10 34 kg m2 s Im Planckschen System, welches eine fundamentale Rolle in der Stringtheorie spielt, lauten diese Konstanten G = l3 p m pt 2 p c = lp t p = mpl2 p t p, wobei l p die Planck-Länge, t p die Planck-Zeit und m p die Planck-Masse bedeutet. Drücken Sie jeweils l p, t p und m p durch G, c und aus und berechnen Sie diese Größen im cgs-system, also in Zentimeter [cm], Sekunden [s] und Gramm [g].

Aufgabe 10: Entscheiden Sie, ob folgende Aussagen richtig oder falsch sind. Korrigieren Sie gegebenenfalls die Aussagen. (a) Ein σ-modell ist eine Feldtheorie, in der das klassische Feld eine Abbildung Φ : X M von einer Raumzeit X in einen beliebigen topologischen Raum ist. Gewöhnlich ist M jedoch eine Riemannsche Mannigfaltigkeit. (b) Der wichtigste dimensionslose Parameter in der Stringtheorie ist die String-Kopplungskonstante g s, die die Intensität der Wechselwirkung zwischen Strings misst. (c) Supersymmetrie bedeutet, dass eine Theorie Bosonen und Fermionen beinhaltet und es Symmetrien gibt, die diese ineinander umwandeln.

Kreuzen Sie jeweils die richtige Antwort an: (d) Die bosonische Stringtheorie ist nicht realistisch, weil sie 26 Raumdimensionen erfordert. sie keine Calabi-Yau-Kompaktifizierung erlaubt. sie keine Fermionen beinhaltet und daher keine Materie beschreiben kann. (e) In der Stringtheorie wird der Teilchenzerfall erklärt durch: Ein String spaltet sich in mehrere Tochterstrings auf. den Quantentunneleffekt. Noch ist keine Erklärung gefunden. (f) Ergänzen Sie die folgenden Sätze: Das Graviton ist ein Spin... -Partikel. Materie besteht aus Spin... -Fermionen, z. B. Elektronen.