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- Herausgeber: Wiley-VCH
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
Dieses Buch bringt Studierenden schon in frühen Semestern die spannenden und herausfordernden Aspekte der Relativitätstheorie und der modernen Kosmologie nahe und hält gleichzeitig auch für Fortgeschrittene und Wissenschaftler reichlich neues Material bereit. Die besondere Stärke des Buches ist die Betonung der fundamentalen, logischen und geometrischen Aspekte der Theorie. Berücksichtigt werden sowohl die spezielle als auch die allgemeine Relativitätstheorie in Verbindung mit aktuellen Entwicklungen der Kosmologie. Eine weitere Besonderheit ist der Vorrang von Anschauung und Verständnis vor mathematischem Formalismus: erst nach Festigung des erworbenen Wissens wird dieses in eine mathematische, handhabbare Form überführt. Das Buch enthält zahlreiche Übungsaufgaben und bietet sich als vorlesungsbegleitende Lektüre an.
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Seitenzahl: 925
Veröffentlichungsjahr: 2016
Ähnliche
Guide
Cover
Inhaltsverzeichnis
Begin Reading
List of Tables
12 Schwarze Löcher und der Kruskal-Raum
Tab. 12.1
Tab. 12.2
Tab. 12.3
14 Die vollständigen Feldgleichungen; der de-Sitter-Raum
Tab. 14.1
Tab. 14.2
18 Die Dynamik von FRW-Universen
Tab. 18.1
List of Illustrations
1 Vom absoluten Raum und von absoluter Zeit zur dynamischen Raumzeit: Ein Überblick
Abb. 1.1
Abb. 1.2
Abb. 1.3
Abb. 1.4
2 Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie; die Lorentz-Transformationen
Abb. 2.1
Abb. 2.2
Abb. 2.3
Abb. 2.4
Abb. 2.5
Abb. 2.6
Abb. 2.7
Abb. 2.8
Abb. 2.9
Abb. 2.10
Abb. 2.11
3 Relativistische Kinematik
Abb. 3.1
Abb. 3.2
Abb. 3.3
4 Relativistische Optik
Abb. 4.1
Abb. 4.2
Abb. 4.3
5 Raumzeit und Vierervektoren
Abb. 5.1
Abb. 5.2
Abb. 5.3
6 Relativistische Teilchenmechanik
Abb. 6.1
7 Vierertensoren; Elektromagnetismus im Vakuum
Abb. 7.1
8 Gekrümmte Räume und die grundlegenden Ideen der Allgemeinen Relativitätstheorie
Abb. 8.1
Abb. 8.2
Abb. 8.3
Abb. 8.4
Abb. 8.5
Abb. 8.6
Abb. 8.7
Abb. 8.8
9 Statische und stationäre Raumzeiten
Abb. 9.1
Abb. 9.2
Abb. 9.3
Abb. 9.4
Abb. 9.5
10 Geodäten, der Krümmungstensor und die Vakuumfeldgleichungen
Abb. 10.1
11 Die Schwarzschild-Metrik
Abb. 11.1
Abb. 11.2
Abb. 11.3
Abb. 11.4
Abb. 11.5
Abb. 11.6
Abb. 11.7
Abb. 11.8
Abb. 11.9
12 Schwarze Löcher und der Kruskal-Raum
Abb. 12.1
Abb. 12.2
Abb. 12.3
Abb. 12.4
Abb. 12.5
Abb. 12.6
Abb. 12.7
Abb. 12.8
Abb. 12.9
Abb. 12.10
Abb. 12.11
Abb. 12.12
13 Eine analytisch exakte, ebene Gravitationswelle
Abb. 13.1
Abb. 13.2
Abb. 13.3
Abb. 13.4
Abb. 13.5
Abb. 13.6
Abb. 13.7
14 Die vollständigen Feldgleichungen; der de-Sitter-Raum
Abb. 14.1
Abb. 14.2
Abb. 14.3
Abb. 14.4
15 Die linearisierte Allgemeine Relativitätstheorie
Abb. 15.1
Abb. 15.2
16 Kosmologische Raumzeiten
Abb. 16.1
Abb. 16.2
Abb. 16.3
17 Lichtausbreitung in FRW-Universen
Abb. 17.1
Abb. 17.2
Abb. 17.3
Abb. 17.4
18 Die Dynamik von FRW-Universen
Abb. 18.1
Abb. 18.2
Abb. 18.3
Abb. 18.4
Abb. 18.5
Abb. 18.6
Pages
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Relativitätstheorie
Speziell, Allgemein und Kosmologisch
Wolfgang Rindler
Übersetzt von Sebastian Linden
Relativity: Special, General and Cosmological, Second Edition was originally published in English in 2006. This translation is published by arrangement with Oxford University Press.
Relativity: Special, General and Cosmological, Zweite Auflage, erschien 2006 im Original in englischer Sprache. Die Veröffentlichung dieser Übersetzung beruht auf einer Vereinbarung mit Oxford University Press.
© W. Rindler 2006
Autor
Wolfgang RindlerUniversity of Texas at DallasDallas, TexasUSA
Übersetzt von Sebastian Linden. In Teilen vom Autor durchgesehen.
Alle Bücher von Wiley-VCH werden sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren, Herausgeber und Verlag in keinem Fall, einschließlich des vorliegenden Werkes, für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für eventuelle Druckfehler irgendeine Haftung.
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.
© 2016 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Boschstr. 12, 69469 Weinheim, Germany
Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind.
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Satz le-tex publishing servicesGmbH, Leipzig, Deutschland
Druck und Bindung
Print ISBN 978-3-527-41173-3ePDF ISBN 978-3-527-69370-2ePub ISBN 978-3-527-69371-9Mobi ISBN 978-3-527-69372-6
Für meine Frau Linda.
Die großherzigste Person, die ich jemals gekannt habe.
Vorwort
„Man muss die Dinge so einfach machen wie möglich. Aber nicht einfacher.“
Albert Einstein
„Beweise sollen wo immer möglich durch Denken und nicht durch Rechnen erbracht werden.“
Bernhard Riemann
Mein früheres Buch Essential Relativity war darauf angelegt, Studenten schon in frühen Semestern einen schnellen und zugleich wohl durchdachten Einstieg in das Thema zu ermöglichen, und dabei ausreichend neues Material und vereinfachte Darstellungen bekannter Gedankengänge anzubieten, dass es auch den Lehrenden nicht langweilt. Die Allgemeine Relativitätstheorie ist jedoch mittlerweile im Mainstream der Physik angekommen, insbesondere in der Astrophysik. Die Presse vermeldet regelmäßig neue kosmologische Erkenntnisse, und ‚Wurmlöcher‘ und Zeitreisen haben Einzug gehalten in Film und Fernsehen. Studenten wollen darüber mehr wissen als nur das notwendige Minimum. Das vorliegende Buch liefert diese Ergänzungen, während der Stil, die Grundidee und der mathematische Schwierigkeitsgrad gleich geblieben sind. Jeder, der die Analysis bis zur partiellen Ableitung kennt, der übliche Vektoren kennt und sie ableiten kann, und der die nützlichste Methode der Näherung, den binomischen Lehrsatz, beherrscht, sollte in der Lage sein dieses Buch zu lesen. Statt neun Kapiteln gibt es nun derer achtzehn, und statt 167 Aufgaben gibt es nun mehr als dreihundert; vor allem aber werden Tensoren korrekt eingeführt und dann durchgehend verwendet.
Einsteins Theorien von der flachen und der gekrümmten Raumzeit, d. h. die Spezielle und die Allgemeine Relativitätstheorie, die darin enthaltene Physik sowie die relativistische Kosmologie, die die Geometrie und die Dynamik des gesamten Universums beschreibt, sind nicht nur notwendig für eine ausgewogene Weltsicht des Wissenschaftlers; sie enthalten auch einige der großen intellektuellen Abenteuer der modernen Physik. Die wesentliche Motivation, dieses Buch zu schreiben, war vermutlich erneut der Wunsch, Abenteuerlust zu wecken und manche der Einsichten weiterzugeben, die eine lange währende, intensive Auseinandersetzung mit einem Thema unausweichlich mit sich bringt. Es ist wahr, dass viele Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie noch nicht experimentell untersucht wurden. Jedoch wurden genügend Aspekte getestet um die Sichtweise zu gestatten, dass die Relativitätstheorie insgesamt aus dem Versuchsstadium heraus ist. Dies ist auch der Grund, weshalb das einführende Kapitel einen Überblick über die Relativität und die Kosmologie gibt; so kann der Student von Beginn an den lokalen Charakter der Speziellen Relativitätstheorie verstehen und erkennen, wie sie sich in die Allgemeine Relativitätstheorie einfügt. Die drei darauf folgenden Teile des Buchs behandeln ausführlich die Spezielle Relativitätstheorie, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Kosmologie. In jedem Teil versuche ich, auf die wichtigsten historischen und aktuellen Experimente und Beobachtungen einzugehen, wobei aber die Ideen und Konzepte gegenüber den experimentellen Details immer in den Vordergrund treten. Insgesamt habe ich Wert gelegt auf das Verstehen von Konzepten und darauf, die Entstehung von Ideen nachvollziehbar zu machen. Ebenso großen Wert habe ich auf eine rigorose Entwicklung des mathematischen Formalismus gelegt und darauf, den Studenten anzuleiten, mithilfe von Konzepten und Mathematik, im Zusammenspiel mit geübten Tricks und Kniffen, ein Experte im Lösen von Problemen zu werden. Den Aufgaben kommt in diesem Lernprozess eine tragende Rolle zu. Sie wurden sorgsam zusammengestellt und sind größtenteils „Denk“aufgaben. Obwohl ihre vollständige Lösung mitunter einigen Scharfsinn verlangt, sollten sie, wenn schon nicht gelöst, dann wenigstens angeschaut werden – als Ergänzung des Lehrtexts und aufgrund der zusätzlichen Informationen, die sie enthalten.
Kein Buch enthält jemals genug Diagramme. Dies ist einer der großen Vorzüge des Seminarraums gegenüber dem Buch. Der Leser sollte sich fortwährend eigene Diagramme anfertigen, zumal die Relativitätstheorie ein ausgesprochen geometrisches Gebiet ist, in dem die Fähigkeit zum geometrischen Denken eine sehr große Orientierungshilfe ist. Ebenso sollte sich der Leser jederzeit selbst kleine Aufgaben stellen, gleich wie trivial: Was würde passieren, wenn …? Bei einem anfänglich so paradox erscheinenden Thema wie der Relativitätstheorie ist der skeptischste Student oft der erfolgreichste.
Jeder der drei Teile kann drastisch gekürzt werden, um das Buch für einen ein-semestrigen Kurs zu verwenden. Die vollständige Behandlung wird zwei Semester in Anspruch nehmen, wobei vermutlich manches Material außen vor bleiben muss. Doch über seine Verwendung als Grundlage für einen Hochschulkurs hinaus glaube ich, dass das Buch ebenfalls sowohl dem allgemeinen Wissenschaftler, der vielleicht darin stöbern wird, als auch dem fortgeschrittenen Studenten dienen kann, der nach einfacheren Zugängen sucht als solchen, die in anderen, beschwerlicheren Texten gewählt werden.
Am Ende des Buches findet sich ein Anhang zu Krümmungskomponenten diagonaler Metriken, der auch jenen nützlich sein kann, die auf dem Gebiet arbeiten aber den Rest des Buchs nicht gelesen haben. Und schließlich ein warnendes Wort: In vielen Abschnitten werden gemäß den Gepflogenheiten der Relativisten Einheiten gewählt, in denen die Lichtgeschwindigkeit gleich Eins ist, und später sogar solche Einheiten, in denen die newtonsche Gravitationskonstante gleich Eins ist. Dies muss berücksichtigt werden, wenn man Gleichungen vergleicht; wo die Dimensionen falsch erscheinen, fehlen cs und Gs.
Vieles verdanke ich zeitgenössischen Autoren (Sexl und Urbantke, Misner, Thorne und Wheeler, Ohanian und Ruffini, Woodhouse usw.), eine exakte Zuschreibung wäre an dieser Stelle jedoch schwierig. Auch von den vielen Fragen meiner Studenten habe ich über die Jahre profitiert; hervorheben möchte ich an dieser Stelle vielleicht James Gilson und Jack Denur. Mein größter Dank aber gilt, wie schon so oft zuvor, meinem Freund Jürgen Ehlers – Gesprächspartner, wissenschaftliches Gewissen, Quell von Erkenntnissen ohnegleichen.
Vorwort zur zweiten Auflage
Die wohlwollende Aufnahme der ersten Auflage dieses Buches ist überaus erfreulich, und es steht bereits eine zweite Auflage an.
In dieser zweiten Auflage wurden insbesondere die letzten drei Kapitel über Kosmologie aktualisiert und durchgesehen. Sie enthält jedoch durchweg Ergänzungen, Verbesserungen und einige neue Aufgaben.
Meine Hoffnung ist, dass die Leser des Buches seine ergänzte Auflage ebenso genießen und willkommen heißen werden.
Dallas, Texas, USA, Frühjahr 2016
Wolfgang Rindler
