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Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie für Studienanfänger, Physiklehrer, Schüler der Sekundarstufe II und interessierte Laien.

 

 

 

Schon wieder ein Buch über Relativitätstheorie? Ja - aber eines wie keines! Denn dies ist ein Buch, das trotz seines anspruchsvollen Inhalts eine breite Leserschaft ansprechen möchte. Einsteins Prinzipien der Speziellen und der Allgemeinen Relativitätstheorie (SRT und ART) werden einleuchtend erklärt, so dass sie leicht zu verstehen sind. Zwei Autoren mit verschiedenen fachlichen Hintergründen zeigen unterschiedliche Wege hinein in Einstein Theorien - und verwenden dabei klare Argumente und kommentierte Rechnungen sowie viele Beispiele aus der Praxis. Ein Schwerpunkt des Buches ist das berühmte Zwillingsparadoxon, das sowohl aus Sicht der SRT als auch der ART mit nachvollziehbaren Rechnungen aufgelöst wird. Alles in allem ein Buch das Oberstufenschüler, Studenten der Physik, wie aber auch begeisterte Leser anderer Fachrichtungen gleichermaßen ansprechen wird: eben alle, die schon längst einmal - oder nochmal - Einsteins Theorien kennenlernen wollten.

 

Bernd Sonne studierte Physik an der Universität Hamburg und promovierte am DESY. Einsteins Relativitätstheorien gehörten schon seit dem Studium zu seinem besonderen Interessensgebiet.

Reinhard Weiß studierte Medizin und promovierte an der Universität Rostock. Ab 2003 studierte er Physik an der Universität Bremen. Neben seiner Tätigkeit als niedergelassener Orthopäde verfasste er für seine beiden Töchter als Ergänzung zum gymnasialen Lehrstoff Texte zu wesentlichen Inhalten der speziellen Relativitätstheorie.

(Verlagsinformation)

 

 

 

 

Aus dem Inhalt:

Teil 1 / Die Spezielle Relativitätstheorie / 1 Einleitung 3 // 2 Licht ist für alle gleich schnell - Der Weg zur Relativitätstheorie 5 / 2.1 Das Michelson-Morley-Experiment 6 / 2.2 Annahmen zum Michelson-Morley-Experiment 7 / 2.3 Ergebnis des Michelson-Morley-Experiments und Konsequenzen 12 // 3 Raum und Zeit sind miteinander verbunden - Eine Theorie verändert unsere Sicht auf die physikalische Welt 17 / 3.1 Prinzipien der Speziellen Relativitätstheorie 17 / 3.2 Raum, Zeit und Bewegung 18 / 3.2.1 Raum 18 / 3.2.2 Zeit 19 / 3.2.3 Raum-Zeit 19 / 3.2.4 Gleichförmige Bewegung 19 / 3.2.5 Koordinatensystem 23 / 3.2.6 Eigenzeit 23 / 3.2.7 Koordinatenzeit 24 / 3.2.8 Gleichzeitigkeit 24 / 3.3 Raum-Zeit-Diagramm 25 // 4 Abstände und Zeitdauern sind relativ - Die mathematischen Grundlagen 29 / 4.1 Lorentz-Transformation 31 / 4.1.1 Elementare Herleitung (nach Melcher) 31 / 4.2 Längenbestimmung mit Ereigniskoordinaten 39 / 4.2.1 Längen zwischen gleichzeitigen Ereignissen 39 / 4.2.2 Längen zwischen nicht gleichzeitigen Ereignissen 42 / 4.3 Zeitbestimmung mit Ereigniskoordinaten 44 / 4.3.1 Zeitintervalle zwischen gleichortigen Ereignissen 44 / 4.3.2 Zeitintervalle zwischen nicht gleichortigen Ereignissen 46 / 4.4 Relativität von Gleichortigkeit und Gleichzeitigkeit 52 / 4.5 Transformation der Geschwindigkeit 54 / 4.6 Transformation der Beschleunigung 55 // 5 Passt der Stab in die Scheune - oder nicht? - Paradoxien und Beispiele der Speziellen Relativitätstheorie 59 / 5.1 "Veranschaulichung" der Relativität der Gleichzeitigkeit 59 / 5.2 Zerfall von Myonen 61 / 5.3 Stab-Scheune-Paradoxon 62 / 5.3.1 Längenkontraktionsparadoxon und die Relativität der Gleichzeitigkeit 62 / 5.3.2 Andere Betrachtung des Stab-Scheune-Paradoxons 66 / 5.4 Wie sehen relativistisch bewegte Objekte aus? 68 // 6 Physikalische Größen neu verstehen - Von der klassischen zur relativistischen Physik 73 / 6.1 Impulssatz und Massenveränderlichkeit 74 / 6.2 Energie-Impuls-Satz 79 / 6.3 Vierer-Vektoren 82 // 7 Wenn Licht und Ton verformt werden - Der Doppler-Effekt und die Aberration 87 / 7.1 Akustischer Doppler-Effekt 89 / 7.2 Longitudinaler optischer Doppler-Effekt 91 / 7.3 Transversaler optischer Doppler-Effekt 95 / 7.4 Verallgemeinerter optischer Doppler-Effekt 97 / 7.5 Aberration 100 // 8 Elektromagnetismus und Relativität - Über die relativistische Bewegung von Ladungen in elektrischen und magnetischen Feldern 105 / 8.1 Bewegung einer Ladung im elektrischen Feld 105 / 8.2 Bewegung einer Ladung im magnetischen Feld 107 / 8.3 Kraft durch elektrischen Strom 108 // 9 Wenn Zeit unterschiedlich schnell vergeht - Teil 1: Das Zwillingsparadoxon in beschleunigter Bewegung 111 / 9.1 Bewegungssituation 111 / 9.2 Wechselseitige Betrachtung der Bezugssysteme 114 / 9.3 Bewegungsgleichung 115 / 9.4 Graphische Betrachtung der Bewegungsgleichungen 119 / 9.5 Zeiten und Wege des Raumschiffes 123 / 9.5.1 Vergleich der Eigenzeiten 124 / 9.5.2 Vergleich der Reisewege 124 / 9.6 Graphische Ermittlung der Zeiten und Wege 125 // 10 Durch Raum und Zeit reisen - Eine Theorie gibt Antworten auf alte Fragen 131 / 10.1 Reisen in die Zukunft 131 / 10.1.1 Reise zum Alpha Centauri 132 / 10.1.2 Reise ins Zentrum der Milchstraße 133 / 10.1.3 Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit 134 / 10.2 Reisen in die Vergangenheit 136 / Literatur 138 // 11 Zusammenfassung SRT 141 // Teil 2 / Die Allgemeine Relativitätstheorie / 12 Einleitung 151 // 13 Wenn Masse den Raum krümmt - Einsteins große Theorie von Raum, Zeit und Materie 153 / 13.1 Prinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie 153 / 13.2 Äquivalenzprinzip 154 / 13.2.1 Steigender Fahrstuhl 154 / 13.2.2 Fallender Fahrstuhl 155 / 13.2.3 Schwere Masse und Träge Masse 156 / 13.2.4 Rotationsbewegung 158 / 13.3 Kovarianzprinzip 159 / 13.4 Korrespondenzprinzip 162 / 13.4.1, Übergang von der ART zur SRT und zu Newton 163 // 14 Wie sich die Zeit auch in der ART ändert 167 / 14.1 Flug mit Atomuhren 167 / 14.2 Global Positioning System (GPS) 169 / 14.3 Uhrenvergleich am Äquator und am Pol 171 / 14.4 Beschleunigtes Koordinatensystem 172 // 15 Reisen im freien Fall - Teil 2: Das Zwillingsparadoxon aus dem Blickwinkel der ART 177 / 15.1 Bewegungsgleichung in Eigenzeit 179 / 15.2 Berechnung der Eigenzeit 188 / 15.3 Reisezeit der Erde 189 / 15.3.1 Vergleich mit SRT 190 / 15.3.2 Graphische Vergleiche 192 / 15.3.3 Vollständige Hin-und Rückreise mit Anfangswerten 194 / Literatur 200 // Teil 3 / Auf kosmischen Skalen - Was die Allgemeine Relativitätstheorie über das Universum aussagt / 16 Einleitung 205 // 17 Das Universums expandiert - Zeitliche Entwicklung des Universums 2 0 7 / 17.1 Grundlagen 207 / 17.2 Allgemeine Gleichungen 209 / 17.3 Exakte Lösungen für Modelle mit Materie 210 / 17.4 Spezielle Lösung 215 / 17.5 Allgemeine Lösung 220 / 17.5.1 Numerische Integration 221 / 17.6 Quantitative Lösung 223 / 17.6.1 Beobachtbare Größen 224 / 17.6.2 Kritische Dichte 226 / 17.6.3 Heutiges Modell 227 // 18 Wo sind die Grenzen des Wissens? 233 / 18.1 Urknall 233 / 18.2 Expansion 234 / 18.3 Anthropisches Prinzip 234 / 18.4 Eine Weltformel muss noch gefunden werden 236 / Literatur 237 // Teil 4 / Das Universum vermessen und die Theorie testen: Gravity Probe B / 19 Einleitung 241 // 20 Was wir heute messen können - Aktuelle Experimente 243 / 20.1 Geodätischer Effekt, Lense-Thirring-Effekt 243 / 20.2 Experiment Gravity Probe B 244 / 20.3 Bewegungsgleichung 248 / 20.3.1 Geodätische Präzession 249 / 20.3.2 Lense-Thirring Effekt 251 / Literatur 255 // 21 Zusammenfassung ART 257 // Anhang 259 / A.1 Anhang zu Kapitel 7: Allgemeine Herleitung des optischen Doppler-Effekts und der-Aberration 259 / A.2 Anhang zu Kapitel 20 269 / A.3 Konstruktion von Raum-Zeit-Diagrammen - Bestimmung des Einheitslängenverhältnisses zwischen S und S 1 277 / A.4 Physiker und Mathematiker, die für Einsteins Relativitätstheorien von besonderer Bedeutung waren 280 // Weiterführende Literatur (kleine Auswahl) 283 / Allgemeinverständlich 283 / Lehrbücher 284 / Biographien und Beiträge von und über Einstein 286 // Sachverzeichnis 287