Relativitätstheorie für Dummies

Dr. Helmut Hetznecker studierte Physik an der Universität Regensburg, promovierte in theoretischer Astrophysik und war als Postdoc mehrere Jahre am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und an der LMU München beschäftigt. Er ist Autor mehrerer Bücher sowie zahlreicher Artikel und arbeitet seit 2010 als TV-Journalist u.a. für mehrere ZDF/3sat-Wissenschaftsmagazine.

"... Eine der derzeit besten Einführungen in die Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie auf mittlerem Niveau."(EKZ im Dezember 2018)

• Über Den Autoren 7Einführung 19Über dieses Buch 20Konventionen in diesem Buch 21Was Sie nicht lesenmüssen 21Törichte Annahmen über den Leser 21Wie dieses Buch aufgebaut ist 22Teil I: Der Weg zur modernen Physik 22Teil II: Spezielle Relativitätstheorie 23Teil III: Allgemeine Relativitätstheorie 23Teil IV: Der Top-Ten-Teil 24Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 24Wie es weitergeht 24Teil I Der Weg Zur Modernen Physik 25Kapitel 1 Das Klassische Relativitätsprinzip 27Was ist Bewegung ? 28Vom Koordinatensystem 30... zum Bezugssystem 32Kapitel 2 Der Weg Zur Klassischen Mechanik 35Der Vater der Naturwissenschaften 35Beobachter trifft Analytiker: Brahe und Kepler 37Isaac Newton begründet die moderne Physik 40Ganz besondere Bezugssysteme 44Newtons Raum und Zeit 45Kapitel 3 Newtons Vermächtnis 49Kinematik: Nichts als die reine Bewegung 50Geschwindigkeit verbindet Ort und Zeit 51Die nächste Stufe auf der Differenzialleiter: Beschleunigung 55Die Geschwindigkeit als Vektor 56Nach vorne mit Wucht: Der Impuls 56Impulserhaltung 56Der Chef in der Mechanikabteilung: Die Energie 58Energie geht nicht verloren 60Dynamik: Von den Kräften und ihren Wirkungen 65Zwei ungleiche Brüder: Masse und Gewicht 66Bewegungsgleichungen 67Kapitel 4 Klassisches Koordinaten-Hopping: Die Galilei-Transformation 69Gegeneinander bewegte Bezugssysteme 70Der Veränderung trotzen: Das Invarianzprinzip 74Kapitel 5 Maxwell Und Das Licht 79Elektrizität und Magnetismus im Wandel der Zeit 79Elektrizität wird eine Wissenschaft 81Von Elektrizität und Magnetismus zum Elektromagnetismus 82Bewegte Ladungen im Magnetfeld 87Die Maxwell’schen Gleichungen 89Der Elektromagnetismus schlägt Wellen 91Die Vermessung des Lichts 94Nicht zu fassen: Der Äther 99Seltsame Sache, klare Muster: Interferenz 101Äther ade 104Licht im Ätherwind 105Das Experiment von Michelson und Morley 106Kapitel 6 Es Ächzt Und Knirscht Im Weltgetriebe 111Aberration und die Mitführungsthese 111Hendrik A. Lorentz’ erstaunliche Interpretation des Michelson-Experiments 114Ist die Elektrodynamik Galilei-invariant? 117Welche Lichtgeschwindigkeit misst ein Astronaut? 117Was soll die Ladung im Magnetfeld tun? 118Teil II Spezielle Relativitätstheorie 121Kapite 7 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Erste 123Von München über Italien in die Schweiz 123Der Autodidakt 125Patentangestellter dritter Klasse 126Das Wunderjahr 127Kapitel 8 Die Postulate Der Speziellen Relativitätstheorie 129Einsteins Reise mit dem Licht 129Das Ende des Äthers 131Die Einstein’schen Postulate 132Das erste Postulat 132Das zweite Postulat 132Kapitel 9 Die Lorentz-Transformation Oder: Alles Hat Seinen Preis 135Einsteins Weg zur Lorentz-Transformation 137Die Lorentz-Transformation im Überblick 140Kapitel 10 Das Ende Der Absoluten Zeit 143Von der ruhenden zur bewegten Lichtuhr 143Lichtuhr im Waggon, die Erste: Ruhe 144Lichtuhr im Waggon, die Zweite: Bewegung 145Warum sich die Zeitdilatation versteckt 148Beispiel 1: Ein vorbeifahrendes Auto 149Beispiel 2: Ein Düsenjet mit Schallgeschwindigkeit 149Beispiel 3: Die Voyager-Sonde 149Beispiel 4: Eine Reise zur Wega (Teil I) 150Die Lichtgeschwindigkeit als Grenze 152Wie man Uhren synchronisiert 153Die Eisenbahn und die Zähmung der Zeit 155Die Tücken der Gleichzeitigkeit 156Klassische Gleichzeitigkeit 157Relative Gleichzeitigkeit 159Kapitel 11 Über Kurz Oder Lang: Die Längenkontraktion 161Wie man Längenmisst 162Längen verkürzen sich 163Längenkontraktion und Lorentz-Transformation 166Längenkontraktion à la Einstein und Lorentz 167Kapitel 12 Die (Scheinbar) Paradoxe Welt Der Relativitätstheorie 169Eine Reise zur Wega (Teil II) 169Die erstaunlich lange Reise der Myonen 170Kommt ein Speerwerfer nach Hause 171Die kinematische Version 172Die dynamische Version 174Das Zwillingsparadoxon 178Die Abreise 179Der Umstieg 180Die Rückkehr 181Begegnen sich zwei Raumschiffe – das Additionstheorem 183Schlechte Nachrichten: Schneller als das Licht? 186Magnetismus ist relative 188Kapitel 13 Es Wird Vierdimensional: Die Raumzeit 191Die Raumzeit ist ein Daumenkino 192Die Sache mit der Zeitachse 194Zwei in Einem: Minkowski-Diagramme 195Spezielle Relativitätstheorie in Minkowski-Diagrammen 198Die Relativität der Gleichzeitigkeit 198Die Zeitdilatation 199Die Längenkontraktion 200Das Zwillingsparadoxon 201Das Scheunenparadoxon 204Wie man Abstände in der Raumzeit misst 205Kausalität, ein Fels in der Brandung 209Uhren als Weltlinienmesser 212Kapitel 14 Masse Und Energie 215Mehr Speed, mehr Masse 216Neuer Impuls und neue Kraft 218Noch einmal: c als absolute Grenzgeschwindigkeit 219Die Mutter aller Formeln 221Die Bedeutung der Einstein’schen Formel 230Aus dem Nichts, zurück ins Nichts – Paarerzeugung und Paarvernichtung 230Treffen sich zwei Protonen: Teilchenbeschleuniger 231Wenn eins plus eins nicht zwei ergibt – der Massendefekt 232Die Entfesselung der Bindungsenergie 234Sonnenenergie aus mc2 236Eine verblüffende Erkenntnis Ihr Gewicht betreffend 238Teil III Allgemeine Relativitätstheorie 241Kapitel 15 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Zweite 243Der akademische Durchbruch 243Auf nach Berlin 244Der Weg zur Allgemeinen Relativitätstheorie 245Die Geburt der Legende 246Kapitel 16 Die Spezielle Relativitätstheorie Auf Dem Silbertablett 249Kapitel 17 Newtons Gravitation 253Die erste Theorie von Allem 253Newtons Formel 254Herrscherin über das Universum 256Die Gravitation verrät einen neuen Planeten 257Warum Newtons Gravitation für Einstein nicht genug war 257Die Verschiebung des Merkurperihels 258Die Newton’sche Gravitation und das Relativitätsprinzip 259Kapitel 18 Beschleunigung Und Trägheitskräfte 261Die Kraft beim Bremsen und Beschleunigen 261Die Fliehkraft 262Kapitel 19 Das Äquivalenzprinzip 265Das Einstein’sche Äquivalenzprinzip 265Träge Masse und schwere Masse 265Rätsel in der Kiste, die Erste: Freier Fall versus Schwerelosigkeit 270Einfach nur Masse 274Was ist Schwerelosigkeit? 275Inertialsysteme in der Krise 276Kugelstoß in der Kiste 277Kugelstoß im freien Fall 277Newton im Schwimmbad 278Eine kleine Sprachkonvention 282Eine Zwischenbilanz 282Kapitel 20 Die Rotierende Scheibe: Ein Geometrischer Stresstest 285Das Setup 285Die Uhren 286Die Maßstäbe 286Die Raumgeometrie 287Kapitel 21 Uhren (Und Maßstäbe) Im Schwerefeld 291Die frei fallende Uhr 291Uhren im Hochhaus 292Uhren in einer Rakete 295Frei im leeren Raum 295Beschleunigt im leeren Raum 296Ruhend im Schwerefeld 297Frei fallend im Schwerefeld 297Die gravitative Rotverschiebung 298Maßstäbe im Schwerefeld 299Kapitel 22 Licht Auf Krummen Wegen 301Ein Lichtstrahl in der Kiste 301Woher das Licht weiß, wo es hin soll 302Mit der Sonnenfinsternis zum Durchbruch 305Gravitationslinsen 308Kapitel 23 Über Dem Tellerrand Der Schulgeometrie 311Euklidische und gekrümmte Räume 311Mit rechten Dingen 312Krumme Dreiecke 312Eine Reise zum Nordpol 313Schön eingebettet 315Positive und negative Krümmung 316Möglichst gerade Kurven 317Ziemlich ebene Gebiete 319Zusammenfassung: Nichteuklidische Geometrie 320Kapitel 24 Fremde Gezeiten Oder Inertialsysteme In Der Krise 323Vertrautes auf den Kopf gestellt 323Zurechtgestutzte Inertialsysteme 325Ebbe und Flut 329Kapitel 25 Das Geodätenprinzip 331Geodäten weisen den freien Fall 331Kometenbahnen im interstellaren Raum 332Kometenbahnen im Sonnensystem 334Das Geodätenprinzip 338Räumliche Schattenbahnen 339Eine Geodäte für jeden Fall 341Der Ursprung der Fallbeschleunigung 342Kapitel 26 Das Wesen Der Schwerkraft 345Was ist »Schwere«? 345Gravitation ist keine Kraft (aber was dann?) 347Kapitel 27 Die Einstein’schen Feldgleichungen 349Die Feldgleichung(en) der klassischen Gravitation 350Die Feldgleichung der Allgemeinen Relativitätstheorie 351Maß-Regeln oder die Metrik 353Kapitel 28 Eine Besondere Lösung: Die Schwarzschild-Metrik 357Kugelkoordinaten 358Die Schwarzschild-Metrik 360Der zeitliche Term 361Der radiale Term 364Kapitel 29 Gravitation Ad Absurdum: Schwarze Löcher 369Wie Sterne enden 369Rote Riesen 370Weiße Zwerge 370Neutronensterne 372Schwarze Löcher 373Eine Reise in ein Schwarzes Loch 374Was Sie dabei erleben 375Was Ihr Freund beobachtet 376Schwarze Löcher im Universum 376Ein Monster im Zentrum der Milchstraße 377Aktive galaktische Kerne 378Kapitel 30 Schwingende Raumzeit: Gravitationswellen 383Die Elastizität der Raumzeit 383Der direkte Nachweis 385Kapitel 31 Das Expandierende Universum 389Das Kosmologische Prinzip 389Die Friedmann-Lösung 391Die Jahrtausendentdeckung 393Das kosmologische Standardmodell 398Der Nachhall des Urknalls 399Die mittlere Materiedichte Ωm 400Dunkle Materie 401Dunkle Energie 403Das ΛCDM-Modell 405Kapitel 32 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Dritte Und Letzte 407Enttäuschte Hoffnung 407Gottes Würfel 408Deutschland adieu 409Einstein und die Bombe 410Friedensbotschafter unter Beobachtung 411Teil IV Der Top-Ten-Teil 413Kapitel 33 Eine hemmungslos subjektive Auswahl der zehn interessantesten Zitate Albert Einsteins 415Kapitel 34 Die (Außer Einstein) 10 + 1 Wichtigsten Personen Auf Dem Weg Zur Relativitätstheorie 417Galilei Galileo 417Isaac Newton 417Michael Faraday 418Bernhard Riemann 418James Clerk Maxwell 418Albert A. Michelson 419Hendrik Antoon Lorentz 419Henri Poincaré 419Hermann Minkowski 420Marcel Grossmann 420Sir Arthur Eddington 420Stichwortverzeichnis 421