In this work the extension of the criterion for local thermal equilibrium by Buchholz, Ojima and Roos to curved spacetime as introduced by Schlemmer is investigated. Several problems are identified and especially the instability under time evolution which was already observed by Schlemmer is inspected. An alternative approach to local thermal equilibrium in quantum field theories on curved spacetimes is presented and discussed. In the following the dynamic system of the linear field and matter perturbations in the generic model of inflation is studied in the view of ambiguity of quantisation. In the last part the compatibility of the temperature fluctuations of the cosmic microwave background radiation with local thermal equilibrium is investigated. / In dieser Arbeit wird die von Schlemmer eingeführte Erweiterung des Kriteriums für lokales thermisches Gleichgewicht in Quantenfeldtheorien von Buchholz, Ojima und Roos auf gekrümmte Raumzeiten untersucht. Dabei werden verschiedene Probleme identifiziert und insbesondere die bereits von Schlemmer gezeigte Instabilität unter Zeitentwicklung untersucht. Es wird eine alternative Herangehensweise an lokales thermisches Gleichgewicht in Quantenfeldtheorien auf gekrümmten Raumzeiten vorgestellt und deren Probleme diskutiert. Es wird dann eine Untersuchung des dynamischen Systems der linearen Feld- und Metrikstörungen im üblichen Inflationsmodell mit Blick auf Uneindeutigkeit der Quantisierung durchgeführt. Zuletzt werden die Temperaturfluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung auf Kompatibilität mit lokalem thermalem Gleichgewicht überprüft.

In this thesis the Gamma-Ray Bursts (GRBs) are studied, the brightest explosions in the universe. GRBs have been observed since year 1967, but there are several unsolved problems. In the first chapter there is an introduction to the issue of GRBs, and the history of observations are briefly described. The Fermi satellite, the latest satellite devoted to gamma-ray burst observations is described in chapter two. Characteristics of the Fermi instruments are also described. The observed data of GRBs are characterized in the third chapter. The distribution of GRB durations, distances, and spectral hardnesses are described. The characteristics of long and short GRBs (distance, isotropy of distribution, metalicity dependence, isotropic energy) are described. A chance of the appearance of a GRB in the Milky Way is discussed. New Fermi observations are described too. Fourth chapter is about models of GRBs. The fireball and canonball models are described. Fifth chapter is focused on the exposure function of CGRO-BATSE, Fermi-GBM, Swift. I have created the exposure function for GBM on Fermi satellite. It is quite difficult, and I have assumed some simplified hypotheses. Information of the satellite's position, position of detectors on the Fermi satellite, have been found on the Fermi web pages and in the article...

In this work the methods of mode decomposition and Fourier analysis of quantum fields on curved spacetimes previously available mainly for the scalar fields on Friedman-Robertson-Walker spacetimes are extended to arbitrary vector fields on general spatially homogeneous spacetimes. This is done by developing a rigorous unified framework which incorporates mode decomposition, harmonic analysis and Fourier analysis. Explicit constructions are performed for a variety of situations arising in homogeneous cosmology. A number of results concerning classical and quantum fields known for very restricted situations are generalized to cover almost all cosmological models.

Univ., Habil.-Schr.--Hamburg, 1930.

In this work we study inhomogeneous cosmological models. After a brief review of applications of inhomogeneous solutions to Einstein equations in cosmology, we give a short description of the most widely used inhomogeneous cosmological models. In the second chapter we study in detail geometrical prop- erties of the Szekeres spacetime and we are concerned with the interpretation of the metric functions in different types of geometries. In the last chapter we model inhomogeneity in Szekeres spacetime. We derive formula for the density contrast and investigate its behaviour. We also derive conditions for the density extremes that are necessary for avoiding the shell crossing singularity in Szekeres spacetime. 1

Temnáenergietvořícípřibližně70%hmotyvesmíruz·stávájednouznejvětšch záhad moderní fyziky. K pochopení její podstaty jsou potřeba přesná kosmolog- ická měření. Jedním z projekt· zkoumající tuto exotickou formu hmoty bude i Large Synoptic Survey Telescope, který pom·že potvrdit či vyvrátit standardní kosmologický model (ΛCDM). Pro úspěch projektu je potřeba prozkoumat r·zné teorie temné energie. Jednou z alternativních teoríí vysvětlujících urychlenou expanzi vesmíru je tzv. chameleoní gravitace. Chameleon je nové skalární pole s hmotou závisející na okolní hustotě. V hustých prostředích jako je například Sluneční soustava získává pole velkou hmotu a propaguje se pouze na malých vzdálenostech díky čemuž m·že uniknout standardním test·m gravitace. V prá- ci mimo jiné studujeme chování chameleoního pole v okolí hvězd a v galaxiích. Ukazujeme také za jakých okolností je toto pole možné detekovat pomocí spek- troskopických měření a slabého čočkování.

Graduted work "Cosmological Themes and Geometric Conception in islamic art" is about relationship betweewn religion and cosmological themes in philosophy opinions and their influence to fine art. Theoretic part is about signs of islamic art and give a simply look on religious, science, philosophic, generaly cultural and art influences of islamic culture of "Golden Age" to global culture. The next part is about cosmologie. Third part is about influence of cosmological themes to geometric forms in individual examples of fine art. The last part is about expresive interpretation symbols of cosmologii and geometry. Practic part have video form of own dance creative, which is expresive interpretation influenced by theme od diplom work. Pedagogic part is koncept of Art Project for second degree of Basic School (High school) , which is partly documented and reflected in practic works

Šmilauer, T. Cosmological themes in conteporary art. [Master thesis] Prague 2012. 83 pages Charles univerzity in Prague, Faculty of education, department of art education. This work examines the relationship between man and the cosmos, and deals with topics cosmos and cosmology in terms of philosophical and scientific, but also seeks connection with religion and mythology. The aim is to interpret and define the concepts of the cosmos and cosmology, and find these contents in visual culture and fine art. This thesis is also finding ways to use cosmological issues in educational practice. Keywords: cosmos, cosmology, nature, man, visual perception and imaging, microcosm, macrocosm, art

Die Pfadintegral-Quantisierung der semi-klassischen Gravitation ist einer der vielversprechendsten Ansätze zur Vereinheitlichung von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie. In dieser Arbeit untersuchen wir die Konsequenzen der Anwendung dieses Pfadintegralansatzes auf die Kosmologie des sehr frühen Universums. Im ersten Teil konzentrieren wir uns auf den no-boundary proposal, der einen nicht-singulären Anfang des Universums konstruiert, indem er sich auf das gravitative Pfadintegral der allgemeinen Relativitätstheorie stützt. Wir beweisen, dass die no-boundary Lösung das Hinzufügen von Korrekturen höherer Ordnung zur Gravitationswirkung überlebt. Unsere Analyse deutet also darauf hin, dass semi-klassische Ergebnisse auch in der perturbative Störungstheorie der vollständigen Quantengravitation gültig sind. Anschließend beziehen wir ein Skalarfeld in den neuen no-boundary proposal ein, der im Lorentz-Formalismus als Summe über Geometrien mit festem Anfangsimpuls definiert ist. Unsere Ergebnisse sind der Schlüssel zur Bestätigung der Gültigkeit des neuen no-boundary proposals, denn Skalarfelder sind das einfachste Beispiel für Materiefelder, die in einer realistischen Theorie des frühen Universums enthalten sein müssen. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Pfadintegralansatz für allgemeineren Modellen des frühen Universums. Zunächst testen wir die Gültigkeit des semi-klassischen Limits dieser Modelle mit dem Kriterium der endlichen Amplitude, das z.B. Theorien höherer Ordnung der Gravitation stark einschränkt und den no-boundary proposal sowie emergente Universen begünstigt. Schließlich wenden wir das Kriterium der komplexen Metrik von Kontsevich und Segal auf kosmologische Hintergründe an. Im Kontext der Quantenkosmologie angewandt, führt es zu einem neuen Verständnis des gravitativen Pfadintegrals im no-boundary proposal und schließt generische quantum bounces aus. / The path integral quantization of gravity is one of the most promising approaches to unify quantum mechanics and general relativity. This thesis pursues the consequences of the path integral approach applied to the cosmology of the very early universe, for which this unification is crucial. The first part focuses on the no-boundary proposal, which constructs a non-singular beginning of the universe by relying on the gravitational path integral of general relativity. We prove that the no-boundary solution survives the addition of higher-order corrections to the gravity action, usually found in high-energy completions of general relativity such as string theory. This indicates that semi-classical results may still hold at the perturbative level of full quantum gravity. We then include a scalar field in the new no-boundary proposal, defined in the Lorentzian formalism as a sum over geometries with fixed initial momentum flow. Our results are key to confirming the viability of the proposal, but also highlight the non-locality puzzle of the no-boundary proposal in the presence of matter fields, for which we offer new perspectives. The second part of the thesis deals with the path integral treatment of more general early universe models. First we test the validity of the semi-classical limit of these models with a finite amplitude criterion, which severely constrains e.g. higher-order theories of gravity and globally favors the no-boundary proposal and emergent-like universes. At last, we apply Kontsevich and Segal’s complex metric criterion to cosmological backgrounds. This criterion tests the path integral convergence of any quantum field theory on a given metric background. Applied in the context of quantum cosmology, it leads to a new understanding of the path integral in the no-boundary proposal, rules out generic quantum bounces, and stresses the limitation of minisuperspace for classical transitions in de Sitter spacetime.

In dieser Arbeit werden die Grundlagen von zwei häufig auftretenden Merkmalen unserer Naturgesetze untersucht: Eichsymmetrien und Quantisierung. Durch die Betrachtung dieser Merkmale im mathematischen Rahmen von Homotopie-Algebren wollen wir neue Methoden zur Berechnung physikalischer Observablen beschreiben, insbesondere in der Kosmologie und der Quantenmechanik. Zunächst befassen wir uns mit dem Problem der Eichredundanzen, die es schwer machen zu erkennen, welche Größen eine physikalische Bedeutung haben. Im Jahr 1980 erreichte Bardeen dieses Ziel in der kosmologischen Störungstheorie zu erster Ordnung. Die Frage, ob dieses Verfahren auf die perturbative Expansion von Eichtheorien aller Ordnungen ausgedehnt werden kann, ist seitdem jedoch offen geblieben. Wir zeigen, dass die Umformulierung von Eichtheorien in eichinvariante Felder als ein Transfer von homotopie-algebraischer Strukturen verstanden werden kann. Unter Verwendung dieses mathematischen Rahmens erweitern wir dann die Gültigkeit der Bardeen-Variablen auf perturbative Eichtheorien zu allen Ordnungen. Nach der Einführung eines systematisches Verfahrens für die eichinvariante Störungstheorie betrachten wir die Berechnung von Observablen in der Doppelfeldtheorie um zeitabhängige Hintergründe. Indem wir die Doppelfeldtheorie um zeitabhängige Hintergründe quadratischer und kubischer Ordnung erweitern und die quadratische Wirkung in den eichinvarianten Variablen ausdrücken, schaffen wir eine Grundlage für zukünftige Berechnungen, insbesondere zur Untersuchung des Einflusses massiver Stringmoden in kosmologischen Hintergründen. Zum Schluss betrachten wir einen anderen Ansatz zur Berechnung von Erwartungswerten in der Quantenmechanik. Obwohl die Pfadintegralformulierung der Quantenmechanik für den Fortschritt der Quantentheorie von entscheidender Bedeutung war, fehlt ihr immer noch eine strenge mathematische Definition. Die Reduktion eines unendlich-dimensionalen Raums von klassisch erlaubten Trajektorien auf einen Erwartungswert, der lediglich eine Funktion der Anfangs- und Endrandbedingungen ist, hat jedoch eine homotopiealgebraische Interpretation. Mit Hilfe des Batalin-Vilkovisky-Formalismus, der eng mit Homotopie-Lie-Algebren verwandt ist, entwickeln wir einen homologischen Ansatz zur Berechnung von Quantenerwartungswerten. Als Beispiel betrachten wir den harmonischen Oszillator und zeigen, dass unsere Methode auch im Kontext der Quantenfeldtheorie in gekrümmter Raumzeit verwendet werden kann, indem wir den Unruh-Effekt berechnen. / This thesis examines the underpinnings of two frequently manifest features of our laws of nature: gauge symmetries and quantization. By studying these features through the mathematical framework of homotopy algebras, we aim to describe new methods towards the computation of physical observables, in particular for cosmology and quantum mechanics. First, we deal with the problem of gauge redundancies, which make it difficult to discern which quantities have physical meaning. In 1980, Bardeen introduced a procedure to achieve this goal in first order cosmological perturbation theory. However, the question whether this procedure can be extended to the perturbative expansion of gauge theories to all orders has remained open since then. We show that, in general, the reformulation of gauge theories in gauge invariant fields has the interpretation of transferring homotopy algebraic structure. Utilising this mathematical framework, we then generalize Bardeen’s procedure to perturbative expansions of gauge theories to all orders in perturbations. After establishing a systematic procedure for gauge invariant perturbation theory, we set up the stage for computing observables in double field theory around time-dependent backgrounds. Double field theory not only has T-duality as a manifest symmetry, which is expected to be important in string cosmology proposals, but is also (in its weakly constrained form) a description of massive string modes, and hence is a suitable arena to investigate the imprint of massive string modes in cosmological backgrounds. By expanding double field theory around time-dependent backgrounds to quadratic and cubic order and expressing the quadratic action in terms of gauge invariant variables, we provide a basis for future computations. Finally, we describe a different approach for computing expectation values in quantum mechanics. Though having been essential for the progress of quantum theory, the path integral formulation of quantum mechanics still lacks a rigorous mathematical definition. However, the act of reducing an infinite-dimensional space of classically allowed trajectories into an expectation value which is merely a function of the initial and final boundary conditions does have a homotopy algebraic interpretation. Through the Batalin-Vilkovisky formalism, which is closely related to homotopy Lie algebras, we build a homological approach for computing quantum expectation values. We demonstrate our method for the harmonic oscillator and we show that our method can also be used in the context of quantum field theory in curved spacetime by rederiving the Unruh effect.