Dozent: Müller-Hoissen

Vorlesung: Spezielle Relativitätstheorie

Zeit: SS2003, Fr 11 - 13

Erster Termin: 25. April 2003

Ort: Hörsaal MPI für Strömungsforschung (MN 76)

Zielgruppe: Studenten Mathematik/Physik ab 5. Semester

Die Spezielle Relativitätstheorie Albert Einsteins bildet einen fundamentalen Baustein der heutigen Physik. Die relativistische Mechanik (invariant bezüglich der Poincare-Gruppe) ersetzt die Newtonsche Mechanik (invariant unter der Galilei-Gruppe) und weicht von dieser um so mehr ab, je näher Relativgeschwindigkeiten in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit kommen. Kanonische Quantisierung führt zur Relativistischen Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie, der Grundlage moderner (Elementar-) Teilchenphysik. Die Vorlesung behandelt zunächst die Grundlagen der relativistischen Physik, die wichtigsten Phänomene und entsprechende Experimente in ihren Grundzügen. Weiter wird die Elektrodynamik als (klassische) relativistische Feldtheorie behandelt. Exkurse in die relativistische Quantenmechanik (Klein-Gordon und Dirac-Gleichung) und die Allgemeine Relativitätstheorie werden die Vorlesung abschliessen.

Vorausgesetzt werden Grundkenntnisse der Mechanik und Elektrodynamik. Hinsichtlich der Mathematik werden nur Kenntnisse der linearen Algebra und Differentialrechnung erwartet.

Literatur:

  1. A.P. French, "Die spezielle Relativitätstheorie", Vieweg 1971.
    Leicht lesbare Einführung. Ein Klassiker.
  2. W. Rindler, "Introduction to Special Relativity", Clarendon Press, Oxford, 1991.
    Etwas anspruchsvoller. Sehr empfehlenswert. Behandelt auch relativistische Kontinuumsmechanik.
    Siehe auch "Relativity" vom selben Autor, ein sehr gutes Lehrbuch sowohl zur Speziellen als auch zur Allgemeinen Relativitätstheorie.
  3. H. und M. Ruder, "Die spezielle Relativitätstheorie", Vieweg 1993.
    Ein handliches kleines Büchlein und sehr schöne Einführung in die SRT. Kurze Behandlung der relativistischen Quantenmechanik im letzten Abschnitt.
  4. R.U. Sexl, H. K. Urbantke, "Relativität, Gruppen, Teilchen", Springer-Verlag, 1992.
    Weiterführendes Werk, weniger als Einführung zu gebrauchen. Als Ergänzung sehr nützlich.
  5. R.P. Feynman, "Six not-so-easy pieces, Einstein's Relativity, Symetry and Space-Time", Perseus Books, 1997.
    Einige elementare Erkenntnisse der SRT auf Feynman's Art präsentiert, also irgendwie "andersrum". Nett als Zusatzlektüre.
  6. R. Sexl und H.K. Schmidt, "Raum-Zeit-Relativität", Vieweg 1991.
    Ein sehr gut lesbares Taschenbuch über die Spezielle Relativitätstheorie.
  7. Für wissenschaftsphilosophisch Interessierte:
    H. Reichenbach, "Philosopie der Raum-Zeit-Lehre", 1927, bzw. "The Philosophy of Space & Time", Dover Publications, 1957 (preiswertes Taschenbuch). Allerdings geht es hier allgemeiner um Grundlagen der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Einige Schriften Albert Einsteins sind inzwischen im Internet verfügbar: Einstein Archives Online.

Das ist nur eine kleine Auswahl. Vieles zu dem Thema ist auch im Internet verfügbar. Siehe etwa
Franz Embacher: "Spezielle Relativitätstheorie" (Schulniveau)
Claus Lämmerzahl: Einführung in die theoretischen und experimentellen Grundlagen der Speziellen Relativitätstheorie
David W. Hogg: "Special Relativity"
B. Schumacher: "Fields and Spacetime" (lecture notes)

Eine Übersicht zu experimentellen Bestätigungen findet man hier.
Zum Thema Überlichtgeschwindigkeit gibt es hier eine interessante Zusammenstellung von Referenzen und Links.

Behandelt wurden folgende Themen:
  1. Raum, Zeit und Relativität in der klassischen Mechanik
  2. Das Michelson-Morley-Experiment und Einsteins Relativitätsprinzip
  3. Konstanz der Lichtgeschwindigkeit und Uhrensynchronisierung
  4. Transformation zwischen Inertialsystemen
  5. Minkowskiraum
  6. Addition von Geschwindigkeiten und Fizeau-Experiment
  7. Zeitdilatation
  8. Doppler-Effekt und Zeitdilatation
  9. Längenkontraktion
  10. Aberration
  11. Kausalität und Signalgeschwindigkeit
  12. Tensoren
  13. Relativistische Mechanik
  14. Elektrodynamik
  15. Relativistische Quantenmechanik: Klein-Gordon- und Dirac-Gleichung
  16. Grundzüge der Allgemeinen Relativitätstheorie

Hier sind ein paar Übungsaufgaben.

Hinweis: Ein zusätzlicher Vorlesungstermin wurde am Donnerstag, dem 10. Juli, 11-13 Uhr eingeschoben.

Letzte Änderung: 18.7.2003.