Description
Book SynopsisSie wollten schon immer die bekannte Formel E = mc² verstehen? Oder Sie gucken einfach gerne in den Sternenhimmel und staunen über die unendliche Weite des Universums? Vielleicht möchten Sie auch schlichtweg mehr über Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton oder Albert Einstein erfahren? Da liegen Sie mit diesem Buch goldrichtig. Angefangen bei den Grundlagen der Relativitätstheorie erklärt Ihnen Dr. Helmut Hetznecker anschaulich, einfach und mit einer großen Portion Witz, was es bedeutet, wenn sich Zeit ausdehnt, sich Raum verkürzt, sich Massen vergrößern oder das Universum expandiert.
Trade Review"... Eine der derzeit besten Einführungen in die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie auf mittlerem Niveau."
(EKZ im Dezember 2018)
Table of ContentsÜber Den Autoren 7
Einführung 19
Über dieses Buch 20
Konventionen in diesem Buch 21
Was Sie nicht lesenmüssen 21
Törichte Annahmen über den Leser 21
Wie dieses Buch aufgebaut ist 22
Teil I: Der Weg zur modernen Physik 22
Teil II: Spezielle Relativitätstheorie 23
Teil III: Allgemeine Relativitätstheorie 23
Teil IV: Der Top-Ten-Teil 24
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 24
Wie es weitergeht 24
Teil I Der Weg Zur Modernen Physik 25
Kapitel 1 Das Klassische Relativitätsprinzip 27
Was ist Bewegung ? 28
Vom Koordinatensystem 30
... zum Bezugssystem 32
Kapitel 2 Der Weg Zur Klassischen Mechanik 35
Der Vater der Naturwissenschaften 35
Beobachter trifft Analytiker: Brahe und Kepler 37
Isaac Newton begründet die moderne Physik 40
Ganz besondere Bezugssysteme 44
Newtons Raum und Zeit 45
Kapitel 3 Newtons Vermächtnis 49
Kinematik: Nichts als die reine Bewegung 50
Geschwindigkeit verbindet Ort und Zeit 51
Die nächste Stufe auf der Differenzialleiter: Beschleunigung 55
Die Geschwindigkeit als Vektor 56
Nach vorne mit Wucht: Der Impuls 56
Impulserhaltung 56
Der Chef in der Mechanikabteilung: Die Energie 58
Energie geht nicht verloren 60
Dynamik: Von den Kräften und ihren Wirkungen 65
Zwei ungleiche Brüder: Masse und Gewicht 66
Bewegungsgleichungen 67
Kapitel 4 Klassisches Koordinaten-Hopping: Die Galilei-Transformation 69
Gegeneinander bewegte Bezugssysteme 70
Der Veränderung trotzen: Das Invarianzprinzip 74
Kapitel 5 Maxwell Und Das Licht 79
Elektrizität und Magnetismus im Wandel der Zeit 79
Elektrizität wird eine Wissenschaft 81
Von Elektrizität und Magnetismus zum Elektromagnetismus 82
Bewegte Ladungen im Magnetfeld 87
Die Maxwell’schen Gleichungen 89
Der Elektromagnetismus schlägt Wellen 91
Die Vermessung des Lichts 94
Nicht zu fassen: Der Äther 99
Seltsame Sache, klare Muster: Interferenz 101
Äther ade 104
Licht im Ätherwind 105
Das Experiment von Michelson und Morley 106
Kapitel 6 Es Ächzt Und Knirscht Im Weltgetriebe 111
Aberration und die Mitführungsthese 111
Hendrik A. Lorentz’ erstaunliche Interpretation des Michelson-Experiments 114
Ist die Elektrodynamik Galilei-invariant? 117
Welche Lichtgeschwindigkeit misst ein Astronaut? 117
Was soll die Ladung im Magnetfeld tun? 118
Teil II Spezielle Relativitätstheorie 121
Kapite 7 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Erste 123
Von München über Italien in die Schweiz 123
Der Autodidakt 125
Patentangestellter dritter Klasse 126
Das Wunderjahr 127
Kapitel 8 Die Postulate Der Speziellen Relativitätstheorie 129
Einsteins Reise mit dem Licht 129
Das Ende des Äthers 131
Die Einstein’schen Postulate 132
Das erste Postulat 132
Das zweite Postulat 132
Kapitel 9 Die Lorentz-Transformation Oder: Alles Hat Seinen Preis 135
Einsteins Weg zur Lorentz-Transformation 137
Die Lorentz-Transformation im Überblick 140
Kapitel 10 Das Ende Der Absoluten Zeit 143
Von der ruhenden zur bewegten Lichtuhr 143
Lichtuhr im Waggon, die Erste: Ruhe 144
Lichtuhr im Waggon, die Zweite: Bewegung 145
Warum sich die Zeitdilatation versteckt 148
Beispiel 1: Ein vorbeifahrendes Auto 149
Beispiel 2: Ein Düsenjet mit Schallgeschwindigkeit 149
Beispiel 3: Die Voyager-Sonde 149
Beispiel 4: Eine Reise zur Wega (Teil I) 150
Die Lichtgeschwindigkeit als Grenze 152
Wie man Uhren synchronisiert 153
Die Eisenbahn und die Zähmung der Zeit 155
Die Tücken der Gleichzeitigkeit 156
Klassische Gleichzeitigkeit 157
Relative Gleichzeitigkeit 159
Kapitel 11 Über Kurz Oder Lang: Die Längenkontraktion 161
Wie man Längenmisst 162
Längen verkürzen sich 163
Längenkontraktion und Lorentz-Transformation 166
Längenkontraktion à la Einstein und Lorentz 167
Kapitel 12 Die (Scheinbar) Paradoxe Welt Der Relativitätstheorie 169
Eine Reise zur Wega (Teil II) 169
Die erstaunlich lange Reise der Myonen 170
Kommt ein Speerwerfer nach Hause 171
Die kinematische Version 172
Die dynamische Version 174
Das Zwillingsparadoxon 178
Die Abreise 179
Der Umstieg 180
Die Rückkehr 181
Begegnen sich zwei Raumschiffe – das Additionstheorem 183
Schlechte Nachrichten: Schneller als das Licht? 186
Magnetismus ist relative 188
Kapitel 13 Es Wird Vierdimensional: Die Raumzeit 191
Die Raumzeit ist ein Daumenkino 192
Die Sache mit der Zeitachse 194
Zwei in Einem: Minkowski-Diagramme 195
Spezielle Relativitätstheorie in Minkowski-Diagrammen 198
Die Relativität der Gleichzeitigkeit 198
Die Zeitdilatation 199
Die Längenkontraktion 200
Das Zwillingsparadoxon 201
Das Scheunenparadoxon 204
Wie man Abstände in der Raumzeit misst 205
Kausalität, ein Fels in der Brandung 209
Uhren als Weltlinienmesser 212
Kapitel 14 Masse Und Energie 215
Mehr Speed, mehr Masse 216
Neuer Impuls und neue Kraft 218
Noch einmal: c als absolute Grenzgeschwindigkeit 219
Die Mutter aller Formeln 221
Die Bedeutung der Einstein’schen Formel 230
Aus dem Nichts, zurück ins Nichts – Paarerzeugung und Paarvernichtung 230
Treffen sich zwei Protonen: Teilchenbeschleuniger 231
Wenn eins plus eins nicht zwei ergibt – der Massendefekt 232
Die Entfesselung der Bindungsenergie 234
Sonnenenergie aus mc2 236
Eine verblüffende Erkenntnis Ihr Gewicht betreffend 238
Teil III Allgemeine Relativitätstheorie 241
Kapitel 15 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Zweite 243
Der akademische Durchbruch 243
Auf nach Berlin 244
Der Weg zur Allgemeinen Relativitätstheorie 245
Die Geburt der Legende 246
Kapitel 16 Die Spezielle Relativitätstheorie Auf Dem Silbertablett 249
Kapitel 17 Newtons Gravitation 253
Die erste Theorie von Allem 253
Newtons Formel 254
Herrscherin über das Universum 256
Die Gravitation verrät einen neuen Planeten 257
Warum Newtons Gravitation für Einstein nicht genug war 257
Die Verschiebung des Merkurperihels 258
Die Newton’sche Gravitation und das Relativitätsprinzip 259
Kapitel 18 Beschleunigung Und Trägheitskräfte 261
Die Kraft beim Bremsen und Beschleunigen 261
Die Fliehkraft 262
Kapitel 19 Das Äquivalenzprinzip 265
Das Einstein’sche Äquivalenzprinzip 265
Träge Masse und schwere Masse 265
Rätsel in der Kiste, die Erste: Freier Fall versus Schwerelosigkeit 270
Einfach nur Masse 274
Was ist Schwerelosigkeit? 275
Inertialsysteme in der Krise 276
Kugelstoß in der Kiste 277
Kugelstoß im freien Fall 277
Newton im Schwimmbad 278
Eine kleine Sprachkonvention 282
Eine Zwischenbilanz 282
Kapitel 20 Die Rotierende Scheibe: Ein Geometrischer Stresstest 285
Das Setup 285
Die Uhren 286
Die Maßstäbe 286
Die Raumgeometrie 287
Kapitel 21 Uhren (Und Maßstäbe) Im Schwerefeld 291
Die frei fallende Uhr 291
Uhren im Hochhaus 292
Uhren in einer Rakete 295
Frei im leeren Raum 295
Beschleunigt im leeren Raum 296
Ruhend im Schwerefeld 297
Frei fallend im Schwerefeld 297
Die gravitative Rotverschiebung 298
Maßstäbe im Schwerefeld 299
Kapitel 22 Licht Auf Krummen Wegen 301
Ein Lichtstrahl in der Kiste 301
Woher das Licht weiß, wo es hin soll 302
Mit der Sonnenfinsternis zum Durchbruch 305
Gravitationslinsen 308
Kapitel 23 Über Dem Tellerrand Der Schulgeometrie 311
Euklidische und gekrümmte Räume 311
Mit rechten Dingen 312
Krumme Dreiecke 312
Eine Reise zum Nordpol 313
Schön eingebettet 315
Positive und negative Krümmung 316
Möglichst gerade Kurven 317
Ziemlich ebene Gebiete 319
Zusammenfassung: Nichteuklidische Geometrie 320
Kapitel 24 Fremde Gezeiten Oder Inertialsysteme In Der Krise 323
Vertrautes auf den Kopf gestellt 323
Zurechtgestutzte Inertialsysteme 325
Ebbe und Flut 329
Kapitel 25 Das Geodätenprinzip 331
Geodäten weisen den freien Fall 331
Kometenbahnen im interstellaren Raum 332
Kometenbahnen im Sonnensystem 334
Das Geodätenprinzip 338
Räumliche Schattenbahnen 339
Eine Geodäte für jeden Fall 341
Der Ursprung der Fallbeschleunigung 342
Kapitel 26 Das Wesen Der Schwerkraft 345
Was ist »Schwere«? 345
Gravitation ist keine Kraft (aber was dann?) 347
Kapitel 27 Die Einstein’schen Feldgleichungen 349
Die Feldgleichung(en) der klassischen Gravitation 350
Die Feldgleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie 351
Maß-Regeln oder die Metrik 353
Kapitel 28 Eine Besondere Lösung: Die Schwarzschild-Metrik 357
Kugelkoordinaten 358
Die Schwarzschild-Metrik 360
Der zeitliche Term 361
Der radiale Term 364
Kapitel 29 Gravitation Ad Absurdum: Schwarze Löcher 369
Wie Sterne enden 369
Rote Riesen 370
Weiße Zwerge 370
Neutronensterne 372
Schwarze Löcher 373
Eine Reise in ein Schwarzes Loch 374
Was Sie dabei erleben 375
Was Ihr Freund beobachtet 376
Schwarze Löcher im Universum 376
Ein Monster im Zentrum der Milchstraße 377
Aktive galaktische Kerne 378
Kapitel 30 Schwingende Raumzeit: Gravitationswellen 383
Die Elastizität der Raumzeit 383
Der direkte Nachweis 385
Kapitel 31 Das Expandierende Universum 389
Das Kosmologische Prinzip 389
Die Friedmann-Lösung 391
Die Jahrtausendentdeckung 393
Das kosmologische Standardmodell 398
Der Nachhall des Urknalls 399
Die mittlere Materiedichte Ωm 400
Dunkle Materie 401
Dunkle Energie 403
Das ΛCDM-Modell 405
Kapitel 32 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Dritte Und Letzte 407
Enttäuschte Hoffnung 407
Gottes Würfel 408
Deutschland adieu 409
Einstein und die Bombe 410
Friedensbotschafter unter Beobachtung 411
Teil IV Der Top-Ten-Teil 413
Kapitel 33 Eine hemmungslos subjektive Auswahl der zehn interessantesten Zitate Albert Einsteins 415
Kapitel 34 Die (Außer Einstein) 10 + 1 Wichtigsten Personen Auf Dem Weg Zur Relativitätstheorie 417
Galilei Galileo 417
Isaac Newton 417
Michael Faraday 418
Bernhard Riemann 418
James Clerk Maxwell 418
Albert A. Michelson 419
Hendrik Antoon Lorentz 419
Henri Poincaré 419
Hermann Minkowski 420
Marcel Grossmann 420
Sir Arthur Eddington 420
Stichwortverzeichnis 421
