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Verständliche Einführung in die durch Albert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie entwickelte Raumzeit mit historischen Rückblicken.Die künstliche Intelligenz Isaac hat ein Ziel: die Gesetze von Raum und Zeit zu verstehen. Dieses Buch erzählt das Abenteuer von Isaac und seiner menschlichen Begleitung San auf ihrer Reise durch das Sonnensystem. In seinem Raumschiff erforscht Isaac Schwarze Löcher und Zeitreisen, misst Gravitationswellen und versucht, die Physik der Wurmlöcher zu begreifen. San hilft ihm, die richtigen Fragen zu stellen und sich auf das Wesentliche zu fokussieren. Im Dialog der beiden unterschiedlichen Gesprächspartner kann der Leser die Entdeckung der Newtonschen Gesetze bis zu Einsteins Relativitätstheorie verfolgen. Jede Unterhaltung von Isaac und San wird von einem Abschnitt begleitet, in dem der Autor gut verständlich die physikalischen Hintergründe zu Isaacs Entdeckungen beschreibt. (Buchrückseite)Der Autor: Martin Bäker hat Physik studiert und in der Elementarteilchenphysik promoviert. Seit 1996 lehrt und forscht er an der TU Braunschweig über die Mechanik moderner Werkstoffe. Er ist Autor des Wissenschaftsblogs Hier wohnen Drachen, mag Physik und Dinosaurier.

 

 

Aus dem Inhalt:

1 Einführung 1 / Begegnung 2 // Teil I Konzepte // 2 Raum und Trägheit 7 / Raum und Zeit 13 / Philosophische Fallstricke? 13 / Nahewirkungsprinzip 15 / Drei Welten 17 / Was kennzeichnet ein Objekt? 20 / Bewegung in der Newton sehen Raumzeit 21 / Die Geschwindigkeit 23 / Koordinatensysteme 24 / Vektoren 25 / Koordinatentransformationen 26 / Invarianten 27 / Inertialsysteme 28 // 3 Gekrümmte Räume 31 / Der gekrümmte Raum 36 / Die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten ist (k)eine / Gerade 37 / Parallelen 40 / Winkelsumme 41 / Rechtecke 42 / Überschussradius 43 / Paralleltransport 44 / Lokal ist der Raum flach 46 / Einbettungen sind unnötig 47 // 4 Beschleunigungen und Kräfte 51 / Beschleunigung 55 / Kräfte 56 / Die Impulserhaltung 59 // 5 Energie 63 / Energie und Arbeit 69 / Energieerhaltung 71 / Erweiterungen des Energiebegriffs 72 / Das Noether-Theorem 76 // 6 Geodäten 79 / Beschleunigungen und Kräfte 86 / Gekrümmte Räume 88 / Mehr über Koordinatensysteme 88 / Karten und Koordinaten 91 / Die kürzeste Verbindung zwischen zwei Punkten 92 / Die Metrik 96 / Koordinatenbeschleunigungen 9 8 / Geschwindigkeit und Koordinatenbeschleunigung 100 / Abweichung benachbarter Geodäten 102 / Nicht-geodätische Bewegung 103 / Die Wahl des Koordinatensystems 104 // Fragen // Teil II Komplikationen // 7 Relativität 113 / Elektromagnetismus 117 / Die spezielle Relativitätstheorie 119 / Die Lichtgeschwindigkeit in Medien 120 / Ist die Spezielle Relativitätstheorie eine Theorie des / Elektromagnetismus? 121 / Das Ende der Newton sehen Physik 122 // 8 Lichtgeschwindigkeit 125 / Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit 132 / Zeitdilatation 132 / Längenkontraktion 136 / Gleichzeitigkeit 138 / Kausalität 140 / Überlichtgeschwindigkeit 141 / Scheinbare Überlichtgeschwindigkeit 142 / Geschwindigkeitsaddition 143 / Die Gültigkeit der SRT 144 // 9 Raumzeit 149 / Raumzeit-Diagramme 159 / Vierervektoren 164 / Abstand und Eigenzeit 166 / Seltsame Abstände 169 / Verwirrende Einheiten 171 / Zwillingsparadoxon 171 // 10 Bewegung in der Raumzeit 175 / Das Prinzip der maximalen Eigenzeit 186 / Die Vierergeschwindigkeit 189 / Die "Geometrisierung" der Physik 192 / Der Viererimpuls 195 / E = mc2 195 / Masse und Bewegungsenergie 198 / Wie beweist man E = mc2? 202 // Illusion // Teil III Konstruktionen // 11 Freier Fall 211 / Die Allgemeine Relativitätstheorie 220 / Das Äquivalenzprinzip 221 / "Gerade Wege" in der Raumzeit 222 / Die Wurfparabel 223 / Die Raumzeit ist gekrümmt 227 / Lokal ist die Raumzeit flach 230 / Weltlinien im freien Fall 231 / Oberflächlich betrachtet 232 / Es gibt keine Schwerkraft 234 / Scheinkraft, Koordinatenbeschleunigung oder Kraft 235 // 12 Die gekrümmte Raumzeit 237 / Die Krümmung des Raums 241 / Überschussradius 243 / Das leidige Gummituch 245 / Raumartige Geodäten 246 / Beschleunigung langsamer Objekte 247 / Lichtablenkung 249 / Geodäten im Raum 250 / Das Bestiarium der Krümmungsmaße 252 / Die Raumzeit ist torsionsfrei 253 / Die Metrik 253 / Der Riemannsche Krümmungstensor 255 / Benachbarte Geodäten 257 / Der Ricci-Tensor 258 / Der Einstein-Tensor 261 / Der Weyl-Tensor 262 // 13 Energie, Impuls und Strom 265 / Was ist die Quelle der Raumzeit-Krümmung? 270 / Die Dichte 271 / Masse oder Energie? 272 / Die Energie in unterschiedlichen Bezugssystemen 273 / Ströme 274 / Der Energie-Impuls-Tensor 275 / Impulsstrom und Spannung 276 / Gravitomagnetismus 280 / Energie-Impuls-Tensor und Erhaltungssätze 281 // 14 Die Einstein-Gleichung 283 / Die Einstein-Gleichung 288 / Erhaltungssätze und Einstein-Gleichung 290 / Wie stark krümmt Materie die Raumzeit? 291 / Ist Gleiches wirklich gleich? 293 / Was bedeutet die Einstein-Gleichung? 294 / Die Einstein-Gleichung ist dynamisch 295 / Materie in der gekrümmten Raumzeit 296 / Die Energie des Gravitationsfelds 298 / Ist die Gravitation selbst eine Quelle der Gravitation? 299 / Raumzeit und Abstraktion 301 // Lenkung // Teil IV Konsequenzen // 15 Sterne und Planeten 315 / Symmetrische Lösungen 321 / Koordinaten 322 / Die Schwarzschild-Metrik 324 / Die innere Metrik 326 / Die Masse in der Schwarzschild-Raumzeit 329 / Planetenbahnen 330 / Die Periheldrehung des Merkur 331 / Lichtablenkung 334 / Gezeitenkräfte 336 // 16 Schwarze Löcher 339 / Der Weg zum Schwarzen Loch 345 / Schwarze Löcher sind unausweichlich 346 / Der Ereignishorizont 348 / Sturz ins Innere des Schwarzen Lochs 351 / Experimente am Ereignishorizont 352 / Stürzender Raum 354 / Bahnen um Schwarze Löcher 355 / Rotation 357 // 17 Gravitationswellen 363 / Wie Gravitationswellen den Raum verzerren 369 / Beschleunigungen durch eine Gravitationswelle 373 / Erzeugung von Gravitationswellen 375 / Messung von Gravitationswellen 377 / Wechselwirkung von Gravitationswellen 379 // Erkenntnis // Teil V Konflikte // 18 Wurmlöcher und Zeitreisen 389 / Wurmlöcher 394 / Exotische Materie 396 / Ist exotische Materie möglich? 397 / Wurmloch-Typen 399 / Erzeugung von Wurmlöchern 400 / Zeitmaschinen 401 / Überlichtschnelles Reisen 404 // 19 Die Ausdehnung des Universums 405 / Das homogene Universum 412 / Die Einstein-Gleichung im homogenen Universum 413 / Das Universum dehnt sich aus 415 / Skalenfaktor und Hubble-Parameter 417 / Die Rotverschiebung 420 / Hintergrundstrahlung 422 / Die Krümmung des Universums 423 / Die Evolution des Universums 425 / Die kosmologische Konstante 428 / Probleme des Urknalls 431 / Expansion und Materie 432 // 20 Schwerkraft oder Raumzeit-Krümmung? 435 / Die Schwerkraft 438 / Wie wirkt die Gravitation? 439 / Träge und schwere Masse 441 / Feld und potentielle Energie 441 / Das Äquivalenzprinzip 443 / Können Kräfte die Raumzeit krümmen? 444 / Kraft oder Raumzeit-Krümmung? 446 // 21 Quanten und Gravitation 447 / Der Weg zur Quantenmechanik 457 / Quantenmechanische Zustände 458 / Die Wellenfunktion 460 / Messproblem und Kollaps 461 / Unterschiedliche Zustände 462 / Unschärfe 464 / Quantenfelder 466 / Das Vakuum 467 / Teilchen 468 / Wechselwirkung von Teilchen 470 / Hawking-Strahlung 471 / Quantisierung der Gravitation 474 / Gravitonen 475 / Mögliche Lösungen 477 / Fazit 480 // Rebellion // Anhang A: Notation 491 / Anhang B: Anmerkungen 493 / Glossar 535 / Literatur 541 / Personenverzeichnis 547 / Sachverzeichnis 549