Relativitätstheorie Aktuell: Ein Beitrag Zur Einheit Der Physik

ISBN-13: 9783519032267 / Niemiecki / Miękka / 1996 / 224 str.

Ernst Schmutzer

Opis

Das Buch ist an folgenden Leserkreis adressiert: Naturwissenschaftler und Philosophen im allgemeinen sowie Studenten, Lehrer und Wissenschaftler auf den Gebieten Physik, Mathematik, Chemie und Technik im besonderen. Zu groBem Dank verpflichtet bin ich Herrn Dr. P. Spuhler vom Verlag fur viel Verstandnis und Entgegenkommen und Dr. W. Meinhardt fUr die geleistete technische Hilfe. Jena, Juni 1995 Ernst Schmutzer Inhalt Kurzbiographie Albert Einsteins 11 1 Vorrelativistische Physik 21 1. 1 Das Physikverstandnis von Aristoteles und Galilei . . . . . . . 21 1. 2 Newtonsche Mechanik und Gravitationstheorie: Newtons Auf fassung von Raum und Zeit, Grundgesetze der mechanischen Bewegung und der Gravitation. . . . . . . . . . . . . . . . . 26 . 1. 3 Inertialsystem und Nichtinertialsystem, Galileisches Rela- vitatsprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1. 4 Maxwellsche Theorie des Elektromagnetismus . . . . . . . . . 42 1. 5 Die Krise in der Newtonschen Mechanik und in der Elektro magnetik-Optik am Ende des 19. Jahrhunderts. Das Michel son-Experiment uncl cler Zusammenbruch cler Atherhypothese 47 2 Weitere Experimente zur Vorbereitung oder Bestatigung der Speziellen Relativitatstheorie 56 2. 1 Astronomische Aberration 56 2. 2 Doppler-Effekt . . . . . 58 2. 3 Trouton-Noble-Versuch 59 2. 4 Wienscher Versuch . . 59 2. 5 Fizeauscher Mitfiihrungsversuch 60 2. 6 Messung cler Lebensdauer von Myonen 61 2. 7 Sagnac-Versuch. . . . . 61 2. 8 Michelson-Gale-Versuch . 62 3 Speziell-relativistische Physik 63 3. 1 Die VorUiufer cler Speziellen Relativitatstheorie . . . . . . . . 63 3. 2 Das Spezielle Relativitatsprinzip und die Lorentz-Transfor- tion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 . . . . . . 8 Inhalt 3. 3 Die Entdeckung der Vierdimensionalitat der Raum-Zeit (M- kowski-Raum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3. 4 Speziell-relativistische Theorienbildung: Mechanik, Elekt- magnetik und Quantenmechanik . . . . . . . . . . . . . . 80 3."

Spis treści

Kurzbiographie Albert Einsteins.- 1 Vorrelativistische Physik.- 1.1 Das Physikverständnis von Aristoteles und Galilei.- 1.2 Newtonsche Mechanik und Gravitationstheorie: Newtons Auffassung von Raum und Zeit, Grundgesetze der mechanischen Bewegung und der Gravitation.- 1.3 Inertialsystem und Nichtinertialsystem, Galileisches Relativitätsprinzip.- 1.4 Maxwellsche Theorie des Elektromagnetismus.- 1.5 Die Krise in der Newtonschen Mechanik und in der Elektromagnetik-Optik am Ende des 19. Jahrhunderts. Das Michelson-Experiment und der Zusammenbruch der Ätherhypothese.- 2 Weitere Experimente zur Vorbereitung oder Bestätigung der Speziellen Relativitätstheorie.- 2.1 Astronomische Aberration.- 2.2 Doppler-Effekt.- 2.3 Trouton-Noble-Versuch.- 2.4 Wienscher Versuch.- 2.5 Fizeauscher Mitführungsversuch.- 2.6 Messung der Lebensdauer von Myonen.- 2.7 Sagnac-Versuch.- 2.8 Michelson-Gale-Versuch.- 3 Speziell-relativistische Physik.- 3.1 Die Vorläufer der Speziellen Relativitätstheorie.- 3.2 Das Spezielle Relativitätsprinzip und die Lorentz-Transformation.- 3.3 Die Entdeckung der Vierdimensionalität der Raum-Zeit (Minkowski-Raum.- 3.4 Speziell-relativistische Theorienbildung: Mechanik, Elektromagnetik und Quantenmechanik.- 3.5 Einige Folgerungen aus der Speziellen Relativitätstheorie.- 3.5.1 Speziell-relativistische Längenkontraktion.- 3.5.2 Speziell-relativistische Zeitdilatation.- 3.5.3 Relativierung der Gleichzeitigkeit.- 3.5.4 Kausalität der Zeitfolge.- 3.5.5 Zwillingsparadoxon.- 3.5.6 Veränderlichkeit der Masse.- 3.5.7 Masse-Energie-Relation.- 3.5.8 Additionstheorem der Geschwindigkeiten.- 3.6 Die Grenzen der Speziellen Relativitätstheorie.- 4 Allgemein-relativistische Physik.- 4.1 Einsteins Weg zur Allgemeinen Relativitätstheorie.- 4.2 Das Wesen der Allgemeinen Relativitätstheorie.- 4.2.1 Zum Schöpfungsprozeß großer Theorien.- 4.2.2 Allgemeines Relativitätsprinzip.- 4.2.3 Gravitation als Krümmung der Raum-Zeit.- 4.2.4 Problem der Absolutheit von Beschleunigung und Rotation.- 4.2.5 Machsches Prinzip.- 4.2.6 Die Relativitätstheorie in einem logischen Schema ihrer Bestandteile.- 4.3 Einige Folgerungen aus der Einsteinschen Gravitationstheorie.- 4.3.1 Problem der exakten Lösungen.- 4.3.2 Schwarzschild-Lösung.- 4.3.3 Periheldrehung der Planeten.- 4.3.4 Ablenkung elektromagnetischer Wellen an der Sonne.- 4.3.5 Gravitative Frequenzverschiebung bei einer elektromagnetischen Welle.- 4.3.6 Hafele-Keating-Experiment.- 4.3.7 Shapiro-Experiment.- 4.3.8 Quasare.- 4.3.9 Pulsare, Neutronensterne.- 4.3.10 Schwarze Löcher.- 4.3.11 Gravitationswellen.- 4.4 Kosmologie.- 4.4.1 Zur Vorgeschichte der Kosmologie.- 4.4.2 Hubbies Entdeckungen: Approximative Homogenität und Isotropie, kosmologische Rotverschiebung und Weltexpansion.- 4.4.3 Thermische Hintergrundstrahlung.- 4.4.4 Friedman-Modell des Kosmos.- 5 Symmetrie und Erhaltung in der Relativitätstheorie.- 5.1 Das Wesen physikalischer Erhaltungssätze.- 5.2 Erhaltungssätze in der Speziellen Relativitätstheorie.- 5.3 Erhaltungssätze in der Allgemeinen Relativitätstheorie.- 6 Zur Einheit der Physik.- 6.1 Allgemeine Gesichtspunkte.- 6.2 Die Elementarteilchen und die vier fundamentalen Wechselwirkungen.- 6.3 Einheitliche Feldtheorie in der 4-dimensionalen Raum-Zeit.- 6.4 Einheitliche Feldtheorie vom Kaluza-Klein-Typ in einem 5-dimensionalen Raum mit Riemannscher Geometrie.- 6.5 Einheitliche Feldtheorie in einem 5-dimensionalen projektiven Raum.- 6.6 Ausklang.- Literatur.- Namensverzeichnis.

O autorze

Prof. em. Dr. Ernst Schmutzer promovierte 1955 an der Universität Rostock. Nach seiner Habilitation 1958 an der Universität Jena wurde er dort 1960 Professor für Theoretische Physik. Seine wissenschaftliche Arbeit umfasst u.a. die Relativitätstheorie, Kosmologie, Quantentheorie und Philosophie. Von 1990 bis 1993 war er Rektor der Universität Jena.

Blurb

Das Buch behandelt nach einer historischen Einführung mit der vorrelativistischen Physik als Ausgangspunkt die Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie (Experimente, Lorentz-Transformation, Vierdimensionalität der Raum-Zeit, Längenkontraktion, Zeitdilatation, Relativierung der Gleichzeitigkeit, Zwillingsparadoxon, Massenveränderlichkeit, Masse-Energie-Relation u.a.). Darauf aufbauend wird der Übergang zur Allgemeinen Relativitätstheorie vollzogen, wobei neben dem Allgemeinen Relativitätsprinzip die Einsteinsche Gravitationstheorie und die daraus hervorgehende Kosmologie eingehend behandelt werden. Schwerpunkt sind dabei: Schwarzschild-Lösung mit den Einsteinschen planetaren Effekten, exotische Himmelskörper (Quasare, Pulsare, Neutronensterne, Schwarze Löcher), Gravitationswellen. Ein besonderer Abschnitt des Buches widmet sich den Symmetrien und Erhaltungsgesetzen in der Relativitätstheorie sowie den damit verbundenen Fragen der Theorie der Elementarteilchen. Das Buch schließt mit tiefgründigen Betrachtungen zur Einheit der Physik ab, wobei das Problem einer einheitlichen Feldtheorie der Physik im Mittelpunkt steht. An entscheidenden Stellen des Buches werden historische und erkenntnistheoretische Fragen behandelt.