Relativitätstheorie, Quantenmechanik, Elementarteilchenphysik und Kosmologie sind die vier Pfeiler der modernen Physik. Das Leben im 21. Jahrhundert ist ohne sie nicht mehr vorstellbar: Die spezielle Relativitätstheorie erneuerte unser Verständnis von Raum und Zeit; auf den Gesetzen der Quantenmechanik beruhen zahllose Gegenstände des Alltags wie Transistoren, Computerchips und Mobiltelefone; in Teilchenbeschleunigern untersuchen wir die Bausteine der Materie und mit Teleskopen werfen wir einen immer tieferen Blick in die Vergangenheit des Universums. Nimmt man einschlägige Fachbücher zu diesen Themen zur Hand, ist man von der Fülle und Komplexität der mathematischen Formeln überwältigt. Dieses Buch des renommierten Physikprofessors David J. Griffith ist erfrischend anders. Anhand vieler anschaulicher Beispiele und unterhaltsamer Geschichten, stets mit einem Augenzwinkern, führt es in die Themen ein und verhilft dem Leser auch ohne einen großen mathematischen Apparat zu einem grundlegenden Verständnis dessen, worüber Einstein, Schrödinger, Feynman und Hubble eigentlich nachdachten und sprachen. Ein Buch, das wie kaum ein anderes die Freude über diese Themen vermittelt und sicherlich für erhellende Aha-Effekte sorgen wird.
Griffiths "Einführung in die Physik des 20. Jahrhunderts" richtet sich an Studierende mit Nebenfach Physik, die gespannt darauf sind, etwas über die tiefgründigen geistigen Errungenschaften der Physik unserer Zeit zu erfahren, Schüler und zukünftige Studierende der Physik oder andere Naturwissenschaften, die sich Appetit auf das holen wollen, was vor ihnen liegt, sowie interessierte Laien, die in den Medien bereits von Quarks und Quanten, der gekrümmten Raumzeit, Albert Einstein und dem Urknall gehört haben und nun wissen wollen, worum es bei der ganzen Aufregung eigentlich geht. Das Buch beginnt mit einer Wiederholung der wesentlichen physikalischen Grundlagen, die für das Verständnis der nachfolgenden Kapitel notwendig sind.
In jedem Kapitel werden zahlreiche, pädagogisch ausgewählte Beispiele vollständig ausgearbeitet, um den Stoff mit Leben zu erfüllen. Zudem enthält der Text eine Vielzahl von Aufgaben, die es dem Leser erlauben, sein Wissen zu vertiefen und unmittelbar anzuwenden. Die Lösungshinweise stehen dem Leser auf der Webseite des Verlages zum Herunterladen zur Verfügung.
Inhalt:
- Grundlagen: Mechanik, Kräfte, Erhaltungssätze, Wellen
- Relativitätsprinzip, Zeitdilatation, Längenkontraktion, Paradoxien der Relativitätstheorie
- Relativistische Mechanik, Struktur der Raumzeit
- Photonen, Bohr'sches Atommodell, Welle-Teilchen-Dualismus
- Borns Wahrscheinlichkeitsinterpretation, Unbestimmtheit, Unschärfe, Tunneleffekt
- Philosophien der Quantenmechanik, Schrödingers Katze
- Elektronen, Protonen, Neutronen, Atome und Kerne
- Neutrinos, Mesonen und seltsame Teilchen
- Quarkmodell, Standardmodell der Elementarteilchenphysik
- Elektrodynamik, Chromodynamik, Schwache Wechselwirkung, Große vereinheitlichte Theorie
- Sterne und Galaxien, Rotverschiebung, Hubble-Gesetz, Urknall
- Strahlung des Schwarzen Körpers, Mikrowellenhintergrundstrahlung
- Ursprung der Materie, leichte und schwere Elemente
- Dunkle Materie, Dunkle Energie, Zukunft des Universums
David J. Griffiths ist Physiker und lehrt seit 1978 am Reed College, wo er die Howard-Vollum-Professur für Naturwissenschaften innehat. Neben der Einführung in die Elektrodynamik gibt es vom gleichen Autor eine Einführung in die Quantenmechanik. Griffiths erhielt 1997 den RobertA. Millikan-Preis für seine herausragenden Beiträge zur Physikausbildung. Der Fachlektor des Buches, Helmut Jarosch, studierte Physik an der TU Dresden.Lösungshinweise zum Herunterladen auf der Webseite des Verlages.
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Vorwort 7
Vorwort zur deutschen Auflage 9
1 Einführung: Klassische Grundlagen 11
1.1 Vorbemerkungen 13
1.1.1 Einheiten 13
1.1.2 Wissenschaftliche Schreibweise 14
1.1.3 Signifikante Stellen 15
1.2 Mechanik 17
1.2.1 Kinematik 17
1.2.2 Dynamik 23
1.3 Kräfte 27
1.3.1 Das Newton'sche Gravitationsgesetz 28
1.3.2 Planetenbewegung 30
1.3.3 Das Coulomb'sche Gesetz 32
1.4 Erhaltungssätze 33
1.4.1 Impuls 34
1.4.2 Arbeit und Leistung 36
1.4.3 Energie 38
1.4.4 Energieerhaltung 41
1.4.5 Potentielle Energie im Schwerefeld 44
1.5 Wellen 46
1.5.1 Ausbreitungsgeschwindigkeit, Wellenlänge und Frequenz 47
1.5.2 Interferenz 50
1.5.3 Stehende Wellen 53
2 Spezielle Relativitätstheorie 57
2.1 Einsteins Postulate 59
2.1.1 Das Relativitätsprinzip 59
2.1.2 Die Universalität der Lichtgeschwindigkeit 62
2.2 Konsequenzen 65
2.2.1 Die Relativität der Gleichzeitigkeit 65
2.2.2 Zeitdilatation 67
2.2.3 Längenkontraktion 70
2.3 Paradoxien 73
2.3.1 Das Paradoxon der Längenkontraktion 74
2.3.2 Das Paradoxon der Zeitdilatation 75
2.3.3 Das Scheunenparadoxon 76
2.3.4 Das Zwillingsparadoxon 77
2.4 Relativistische Mechanik 79
2.4.1 Masse und Impuls 79
2.4.2 Energie 82
2.4.3 Masselose Teilchen 86
2.5 Die Struktur der Raumzeit 87
3 Quantenmechanik 93
3.1 Photonen 95
3.1.1 Die Planck-Formel 95
3.1.2 Der photoelektrische Effekt 96
3.1.3 Der Compton-Effekt 98
3.1.4 de Broglies Hypothese 99
3.2 Das Bohr'sche Atommodell 101
3.2.1 Zulässige Energien 102
3.3 Quantenmechanik 107
3.3.1 Welle-Teilchen-Dualismus 107
3.3.2 Die Wellenfunktion 107
3.3.3 Borns Wahrscheinlichkeitsinterpretation 108
3.3.4 Unbestimmtheit 110
3.3.5 Unschärfe 110
3.3.6 Der Hinneleffekt 113
3.4 Was ist an der Quantenmechanik so seltsam? 114
3.4.1 Drei Philosophien 116
3.4.2 Das Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxon 118
3.4.3 Beils Beweis 120
3.4.4 Nichtlokalität 121
3.4.5 Schrödingers Katze 122
4 Elementarteilchenphysik 125
4.1 Die frühe Periode (1897-1932) 127
4.1.1 Elektronen, Protonen und Neutronen 127
4.1.2 Atome 128
4.1.3 Atomkerne 132
4.2 Die mittleren Jahre (1930-1960) 139
4.2.1 Neutrinos (1930-1956) 139
4.2.2 Mesonen (1934-1947) 141
4.2.3 Seltsame Teilchen (1947-1960) 143
4.3 Das moderne Zeitalter (1961-1978) 146
4.3.1 Der Achtfache Weg (1961) 146
4.3.2 Das Quarkmodell (1964) 149
4.3.3 Die Novemberrevolution der Physik (1974) 152
4.3.4 Das Standardmodell (1978) 154
4.4 Wechselwirkungen 157
4.4.1 Elektrodynamik 158
4.4.2 Chromodynamik 162
4.4.3 Schwache Wechselwirkung 164
4.4.4 Erhaltungssätze 167
4.4.5 Vereinheitlichimg 171
5 Kosmologie 173
5.1 Expansion des Universums 176
5.1.1 Sterne und Galaxien 176
5.1.2 Die kosmologische Rotverschiebung 178
5.1.3 Das Hubble-Gesetz 179
5.1.4 Der Urknall 182
5.2 Der kosmische Mikrowellenhintergrund 183
5.2.1 Schwarzkörperstrahlung 183
5.2.2 Arno Penzias und Robert Wilson 186
5.3 Der Ursprung der Materie 188
5.3.1 Leichte Elemente 189
5.3.2 Schwere Elemente 189
5.3.3 Sterne und Galaxien 190
5.4 Ungelöste Rätsel 191
5.4.1 Die Dunkle Materie 191
5.4.2 Die Gestalt des Universums 192
5.4.3 Die Zukunft 195
5.4.4 Die Dunkle Energie 196
Index 198
Bildnachweise 205
Die Physiker vom Umschlag 206