Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie für Bachelorstudenten

Description

Das vorliegende Buch bietet eine gut verständliche Einführung in die spezielle und allgemeine Relativitätstheorie und zeigt einen Weg auf, wie beide Themen standardmäßig in das Bachelorstudium der Physik integriert werden können. Damit richtet es sich in erster Linie an Studenten beziehungsweise Dozenten der Physik einschließlich des Physik-Lehramtes. Dank der zahlreichen Übungsaufgaben mit ausführlich dargestellten Lösungen ist es auch zum Selbststudium geeignet, wobei lediglich Grundkenntnisse der klassischen Mechanik und der Elektrodynamik sowie der zugehörigen mathematischen Hilfsmittel vorausgesetzt werden. Die ersten beiden Teile dieses Buches basieren auf der Vorlesung zur Relativitätstheorie, die der Autor seit 2007 regelmäßig und mit großem Erfolg für Bachelorstudenten der Physik in Jena anbietet. Darin werden die Grundlagen der SRT (Lorentz-Transformationen, Vierervektoren, relativistische Punktmechanik) und der ART (Krümmung der Raumzeit, Einstein’sche Feldgleichungen, Schwarzschild-Lösung) behandelt. Im dritten Abschnitt werden als „Ergänzungen für Fortgeschrittene“ mathematische Methoden dargestellt, die unter anderem eine systematische Lösung des Randwertproblems der Einstein-Maxwell-Gleichungen für ein stationäres Schwarzes Loch gestatten. Auf diese Weise wird – erstmals in einem Lehrbuch – eine physikalische Herleitung der berühmten Kerr-Newman-Lösung gegeben. Für die vorliegende zweite Auflage wurde der Abschnitt über Gravitationswellen aktualisiert und erweitert sowie eine Reihe kleiner Verbesserungen vorgenommen. Front Matter ....Pages I-XI Front Matter ....Pages 1-1 Einführung (Reinhard Meinel)....Pages 3-9 Der Minkowski-Raum – die Raumzeit der SRT (Reinhard Meinel)....Pages 11-24 Lorentz-Transformationen (Reinhard Meinel)....Pages 25-37 Vierervektoren und Vierertensoren (Reinhard Meinel)....Pages 39-50 Relativistische Punktmechanik (Reinhard Meinel)....Pages 51-64 Andere Teilgebiete der Physik im Rahmen der SRT (Reinhard Meinel)....Pages 65-78 Front Matter ....Pages 79-79 Grundideen (Reinhard Meinel)....Pages 81-87 Geometrie der Raumzeit (Reinhard Meinel)....Pages 89-104 Physik in der gekrümmten Raumzeit (Reinhard Meinel)....Pages 105-118 Die Einstein’schen Feldgleichungen (Reinhard Meinel)....Pages 119-129 Der Newton’sche Grenzfall (Reinhard Meinel)....Pages 131-138 Die Schwarzschild-Lösung (Reinhard Meinel)....Pages 139-147 Die klassischen Effekte der ART (Reinhard Meinel)....Pages 149-164 Kugelsymmetrische Sternmodelle (Reinhard Meinel)....Pages 165-177 Die Schwarzschild-Lösung als Schwarzes Loch (Reinhard Meinel)....Pages 179-189 Das Wirkungsprinzip der ART (Reinhard Meinel)....Pages 191-201 Ausblick (Reinhard Meinel)....Pages 203-213 Front Matter ....Pages 215-215 Mathematische Methoden (Reinhard Meinel)....Pages 217-254 Rotierende und elektrisch geladene Schwarze Löcher (Reinhard Meinel)....Pages 255-288 Die rotierende Staubscheibe (Reinhard Meinel)....Pages 289-299 Back Matter ....Pages 301-311