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Relativitätstheorie für Dummies

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$22.99

Relativitätstheorie für Dummies

Helmut Hetznecker

ISBN: 978-3-527-80556-3 December 2018 288 Pages

Über 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