Theoretische Konzepte Der Physik: Eine Alternative Betrachtung

ISBN-13: 9783642761126 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 380 str.

Malcolm S. Longair; B. Simon; H. Simon

Opis

"Dies ist kein Lehrbuch der theoretischen Physik, auch kein Kompendium der Physikgeschichte ..., vielmehr eine recht anspruchsvolle Sammlung historischer Miniaturen zur Vergangenheit der theoretischen Physik - ihrer "Sternstunden," wenn man so will. Frei vom Zwang, etwas Erschopfendes vorlegen zu mussen, gelingt dem Autor etwas Seltenes: einen "lebendigen" Zugang zum Ideengebaude der modernen Physik freizulegen, ... zu zeigen, wie Physik in praxi entsteht... Als Vehikel seiner Absichten dienen dem Autor geschichtliche Fallstudien, insgesamt sieben an der Zahl. Aus ihnen extrahiert er das seiner Meinung nach Lehrhafte, dabei bestrebt, mathematische Anachronismen womoglich zu vermeiden... Als Student hatte ich mir diese gescheiten Essays zum Werden unserer heutigen physikalischen Weltsicht gewunscht. Sie sind originell, didaktisch klug und genieren sich auch nicht, von der Faszination zu sprechen, die ... von der Physik ausgeht. Unnotig darauf hinzuweisen, das sie ein grundliches "konventionelles" Studium weder ersetzen wollen noch konnen, sie vermogen aber, dazu zu ermuntern." #Astronomische Nachrichten (zur englischen Ausgabe)#1"

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Eine Erläuterung für den Leser.- 1.2 Die Entstehung der vorliegenden Vorlesungsreihe.- 1.3 Eine Warnung an den Leser.- 1.4 Was ist theoretische Physik?.- 1.5 Der Einfluß unserer Umgebung.- 1.6 Inhalt der Vorlesungsreihe.- 1.7 Entschuldigungen und Worte der Ermutigung.- Fallstudie 1. Die Ursprünge des Newtonschen Gravitationsgesetzes.- 2 Tycho Brahe, Kepler und Newton — die Ursprünge des Newtonschen Gravitationsgesetzes.- 2.1 Einführung.- 2.2 Tycho Brahe und das Observatorium auf der Insel Hveen.- 2.3 Keplers Gesetze der Planetenbewegung.- 2.4 Newton und das Gravitationsgesetz.- 2.5 Nachbetrachtung.- Anhang zu Kapitel 2 Bemerkungen über Kegelschnitte und Zentralbahnen.- Fallstudie 2. Die Maxwellschen Gleichungen.- 3 Die Entstehung der Maxwellschen Gleichungen und ihre experimentelle Bestätigung.- 3.1 Elektromagnetismus vor der Zeit Maxwells.- 3.2 Wie Maxwell das vollständige Gleichungssystem für das elektromagnetische Feld herleitete.- 3.3 Weitere Entwicklung und Hertzsche Versuche.- 3.4 Nachbetrachtung.- Anhang zu Kapitel 3 Wiederholende Anmerkungen zu Vektorfeldern.- 4 Wie man die Geschichte des Elektromagnetismus umschreiben könnte.- 4.1 Einführung.- 4.2 Die Maxwellschen Gleichungen als ein System von Vektorgleichungen.- 4.3 Der Gaußsche Satz im Elektromagnetismus.- 4.4 Zeitunabhängige Felder als konservative Kraftfelder.- 4.5 Randbedingungen im Elektromagnetismus.- 4.6 Das Ampèresche Gesetz.- 4.7 Das Faradaysche Gesetz.- 4.8 Bestandsaufnahme.- 4.9 Herleitung des Coulombschen Gesetzes.- 4.10 Herleitung des Biot-Savartschen Gesetzes.- 4.11 Interpretation der Maxwellschen Gleichungen in Gegenwart materieller Medien.- 4.12 Die Energiedichte elektromagnetischer Felder.- 4.13 Schlußbemerkungen.- Fallstudie 3. Mechanik und Dynamik.- 5 Zugänge zur Mechanik und Dynamik.- 5.1 Einführung.- 5.2 Die Newtonschen Bewegungsgesetze.- 5.3 Prinzip der kleinsten Wirkung.- 5.4 Die Euler-Lagrange-Gleichung.- 5.5 Kleine Schwingungen und Normalschwingungen.- 5.6 Erhaltungssätze und Symmetrie.- 5.7 Hamiltonsche kanonische Gleichungen und Poisson-Klammern — wie Dirac ihre Anwendung in der Quantenmechanik entdeckte.- 5.8 Eine Warnung.- Anhang zu Kapitel 5 Die Bewegung von Flüssigkeiten und Gasen.- Fallstudie 4. Thermodynamik und statistische Mechanik.- 6 Einfache Thermodynamik.- 6.1 Der einzigartige Status der Thermodynamik.- 6.2 Die Entstehung des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik.- 6.3 Der erste Hauptsatz der Thermodynamik.- 6.4 Die Entstehung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.- 6.5 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik.- 6.6 Entropie.- 6.7 Das Gesetz von der Zunahme der Entropie.- 6.8 Die differentielle Form des kombinierten ersten und zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.- Anhang zu Kapitel 6 Maxwellsche Beziehungen und Jacobische Determinante.- 7 Die kinetische Gastheorie und die Entstehung der statistischen Mechanik.- 7.1 Einführung.- 7.2 Die kinetische Gastheorie.- 7.3 Die Maxwellsche Geschwindigkeitsverteilung.- 7.4 Die statistische Natur des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.- 7.5 Entropie und Wahrscheinlichkeit.- 7.6 Schlußbemerkungen.- Fallstudie 5. Die Ursprünge des Quantenbegriffs.- 8 Theorie der Hohlraumstrahlung bis 1895.- 8.1 Physik und theoretische Physik im Jahre 1890.- 8.2 Das Stefan-Boltzmannsche Gesetz.- 8.3 Das Wiensche Verschiebungsgesetz und das Strahlungsspektrum des schwarzen Körpers.- 9 1895–1900: Planck und das Spektrum der schwarzen Strahlung.- 9.1 Plancks frühe Laufbahn.- 9.2 Beziehung zwischen der mittleren Energie eines Oszillators und seiner Strahlung im thermischen Gleichgewicht.- 9.3 Das Gleichgewichtsspektrum der Strahlung eines Oszillators der Energie E.- 9.4 Wie Planck zum Spektrum der schwarzen Strahlung gelangte.- 9.5 Rayleighs Herleitung der Rayleigh-Jeansschen Strahlungsformel.- 9.6 Vergleich der Gesetze für die Strahlung des schwarzen Körpers mit dem Experiment.- 10 Plancks Theorie der Strahlung des schwarzen Körpers.- 10.1 Einführung.- 10.2 Boltzmanns Vorgehen in der statistischen Mechanik.- 10.3 Plancks Analyse.- 10.4 Warum Planck die richtige Lösung fand.- 11 Einstein und die Quantisierung des Lichts.- 11.1 Einstein im Jahre 1905.- 11.2 ‘über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichts betreffenden heuristischen Gesichtspunkt’.- 11.3 Die Quantentheorie der Festkörper.- 11.4 Weiteres zu den spezifischen Wärmen der Gase.- 11.5 Ein Wort zur Vorsicht.- 12 Schluß der Geschichte — eine weitere klassische Arbeit von Einstein.- 12.1 Die Situation im Jahre 1912.- 12.2 Schwankungen von Teilchen und Wellen.- 12.3 Schwankungen in der Strahlung des schwarzen Körpers.- 12.4 Schluß der Geschichte.- 12.5 Nachbetrachtung.- Anhang zu Kapitel 12 Thermisches Rauschen und Nachweis schwacher Signale bei vorhandenem Rauschen.- Fallstudie 6. Spezielle Relativitätstheorie.- 13 Spezielle Relativitätstheorie — Eine Studie zur Invarianz.- 13.1 Einführung.- 13.2 Geometrie und die Lorentz-Transformation.- 13.3 Dreiervektoren und Vierervektoren.- 13.4 Relativistische Dynamik — die Vierervektoren des Impulses und der Kraft.- 13.5 Der Viererwellenvektor.- 13.6 Nachbetrachtung.- Fallstudie 7. Allgemeine Relativitätstheorie und Kosmologie.- 14 Einfiihrung in die allgemeine Relativitätstheorie.- 14.1 Einführung.- 14.2 Grundmerkmale der Gravitationstheorie.- 14.3 Nichtlinearität, Raumkrümmung und Zeitdilatation.- 14.4 Isotrope krummlinige Räume.- 14.5 Der Weg zur allgemeinen Relativitätstheorie.- 14.6 Die Schwarzschildsche Metrik.- 14.7 Bahnen um eine zentrale Punktmasse.- 14.8 Lichtstrahlen in der Schwarzschildschen Raum-Zeit.- 14.9 Teilchen und Lichtstrahlen in der Nähe schwarzer Löcher.- Anhang zu Kapitel 14 Isotrope gekrümmte Räume.- 15 Kosmologie.- 15.1 Kosmologie und Physik.- 15.2 Grundlegende Beobachtungen.- 15.3 Die Robertson-Walker-Metrik.- 15.4 Beobachtungen in der Kosmologie.- 15.5 Methoden zur Bestimmung der Funktion R(t).- 15.6 Das heiße Urknallmodell des Universums.- 15.7 Nachbetrachtung.- Anhang zu Kapitel 15 Ursprung der Robertson-Walker-Metrik im Falle eines leeren Universums.- 16 Epilog.- Literaturverzeichnis und weiterführende Lektüre.- Namen- und Sachverzeichnis.