Relativitätstheorie für Dummies

Sie wollten schon immer die bekannte Formel E = mc² verstehen? Oder Sie gucken einfach gerne in den Sternenhimmel und staunen über die unendliche Weite des Universums? Vielleicht möchten Sie auch schlichtweg mehr über Galileo Galilei, Johannes Kepler, Isaac Newton oder Albert Einstein erfahren? Da liegen Sie mit diesem Buch goldrichtig. Angefangen bei den Grundlagen der Relativitätstheorie erklärt Ihnen Dr. Helmut Hetznecker anschaulich, einfach und mit einer großen Portion Witz, was es bedeutet, wenn sich Zeit ausdehnt, sich Raum verkürzt, sich Massen vergrößern oder das Universum expandiert.

Ü ber Den Autoren 7
Einfü hrung 19
Ü ber dieses Buch 20
Konventionen in diesem Buch 21
Was Sie nicht lesenmü ssen 21
Tö richte Annahmen ü ber den Leser 21
Wie dieses Buch aufgebaut ist 22
Teil I: Der Weg zur modernen Physik 22
Teil II: Spezielle Relativitä tstheorie 23
Teil III: Allgemeine Relativitä tstheorie 23
Teil IV: Der Top-Ten-Teil 24
Symbole, die in diesem Buch verwendet werden 24
Wie es weitergeht 24
Teil I Der Weg Zur Modernen Physik 25
Kapitel 1 Das Klassische Relativitä tsprinzip 27
Was ist Bewegung ? 28
Vom Koordinatensystem 30
. . . zum Bezugssystem 32
Kapitel 2 Der Weg Zur Klassischen Mechanik 35
Der Vater der Naturwissenschaften 35
Beobachter trifft Analytiker: Brahe und Kepler 37
Isaac Newton begrü ndet die moderne Physik 40
Ganz besondere Bezugssysteme 44
Newtons Raum und Zeit 45
Kapitel 3 Newtons Vermä chtnis 49
Kinematik: Nichts als die reine Bewegung 50
Geschwindigkeit verbindet Ort und Zeit 51
Die nä chste Stufe auf der Differenzialleiter: Beschleunigung 55
Die Geschwindigkeit als Vektor 56
Nach vorne mit Wucht: Der Impuls 56
Impulserhaltung 56
Der Chef in der Mechanikabteilung: Die Energie 58
Energie geht nicht verloren 60
Dynamik: Von den Krä ften und ihren Wirkungen 65
Zwei ungleiche Brü der: Masse und Gewicht 66
Bewegungsgleichungen 67
Kapitel 4 Klassisches Koordinaten-Hopping: Die Galilei-Transformation 69
Gegeneinander bewegte Bezugssysteme 70
Der Verä nderung trotzen: Das Invarianzprinzip 74
Kapitel 5 Maxwell Und Das Licht 79
Elektrizitä t und Magnetismus im Wandel der Zeit 79
Elektrizitä t wird eine Wissenschaft 81
Von Elektrizitä t und Magnetismus zum Elektromagnetismus 82
Bewegte Ladungen im Magnetfeld 87
Die Maxwell'schen Gleichungen 89
Der Elektromagnetismus schlä gt Wellen 91
Die Vermessung des Lichts 94
Nicht zu fassen: Der Ä ther 99
Seltsame Sache, klare Muster: Interferenz 101
Ä ther ade 104
Licht im Ä therwind 105
Das Experiment von Michelson und Morley 106
Kapitel 6 Es Ä chzt Und Knirscht Im Weltgetriebe 111
Aberration und die Mitfü hrungsthese 111
Hendrik A. Lorentz' erstaunliche Interpretation des Michelson-Experiments 114
Ist die Elektrodynamik Galilei-invariant? 117
Welche Lichtgeschwindigkeit misst ein Astronaut? 117
Was soll die Ladung im Magnetfeld tun? 118
Teil II Spezielle Relativitä tstheorie 121
Kapite 7 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Erste 123
Von Mü nchen ü ber Italien in die Schweiz 123
Der Autodidakt 125
Patentangestellter dritter Klasse 126
Das Wunderjahr 127
Kapitel 8 Die Postulate Der Speziellen Relativitä tstheorie 129
Einsteins Reise mit dem Licht 129
Das Ende des Ä thers 131
Die Einstein'schen Postulate 132
Das erste Postulat 132
Das zweite Postulat 132
Kapitel 9 Die Lorentz-Transformation Oder: Alles Hat Seinen Preis 135
Einsteins Weg zur Lorentz-Transformation 137
Die Lorentz-Transformation im Ü berblick 140
Kapitel 10 Das Ende Der Absoluten Zeit 143
Von der ruhenden zur bewegten Lichtuhr 143
Lichtuhr im Waggon, die Erste: Ruhe 144
Lichtuhr im Waggon, die Zweite: Bewegung 145
Warum sich die Zeitdilatation versteckt 148
Beispiel 1: Ein vorbeifahrendes Auto 149
Beispiel 2: Ein Dü senjet mit Schallgeschwindigkeit 149
Beispiel 3: Die Voyager-Sonde 149
Beispiel 4: Eine Reise zur Wega (Teil I) 150
Die Lichtgeschwindigkeit als Grenze 152
Wie man Uhren synchronisiert 153
Die Eisenbahn und die Zä hmung der Zeit 155
Die Tü cken der Gleichzeitigkeit 156
Klassische Gleichzeitigkeit 157
Relative Gleichzeitigkeit 159
Kapitel 11 Ü ber Kurz Oder Lang: Die Lä ngenkontraktion 161
Wie man Lä ngenmisst 162
Lä ngen verkü rzen sich 163
Lä ngenkontraktion und Lorentz-Transformation 166
Lä ngenkontraktion à la Einstein und Lorentz 167
Kapitel 12 Die (Scheinbar) Paradoxe Welt Der Relativitä tstheorie 169
Eine Reise zur Wega (Teil II) 169
Die erstaunlich lange Reise der Myonen 170
Kommt ein Speerwerfer nach Hause 171
Die kinematische Version 172
Die dynamische Version 174
Das Zwillingsparadoxon 178
Die Abreise 179
Der Umstieg 180
Die Rü ckkehr 181
Begegnen sich zwei Raumschiffe - das Additionstheorem 183
Schlechte Nachrichten: Schneller als das Licht? 186
Magnetismus ist relative 188
Kapitel 13 Es Wird Vierdimensional: Die Raumzeit 191
Die Raumzeit ist ein Daumenkino 192
Die Sache mit der Zeitachse 194
Zwei in Einem: Minkowski-Diagramme 195
Spezielle Relativitä tstheorie in Minkowski-Diagrammen 198
Die Relativitä t der Gleichzeitigkeit 198
Die Zeitdilatation 199
Die Lä ngenkontraktion 200
Das Zwillingsparadoxon 201
Das Scheunenparadoxon 204
Wie man Abstä nde in der Raumzeit misst 205
Kausalitä t, ein Fels in der Brandung 209
Uhren als Weltlinienmesser 212
Kapitel 14 Masse Und Energie 215
Mehr Speed, mehr Masse 216
Neuer Impuls und neue Kraft 218
Noch einmal: c als absolute Grenzgeschwindigkeit 219
Die Mutter aller Formeln 221
Die Bedeutung der Einstein'schen Formel 230
Aus dem Nichts, zurü ck ins Nichts - Paarerzeugung und Paarvernichtung 230
Treffen sich zwei Protonen: Teilchenbeschleuniger 231
Wenn eins plus eins nicht zwei ergibt - der Massendefekt 232
Die Entfesselung der Bindungsenergie 234
Sonnenenergie aus mc2 236
Eine verblü ffende Erkenntnis Ihr Gewicht betreffend 238
Teil III Allgemeine Relativitä tstheorie 241
Kapitel 15 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Zweite 243
Der akademische Durchbruch 243
Auf nach Berlin 244
Der Weg zur Allgemeinen Relativitä tstheorie 245
Die Geburt der Legende 246
Kapitel 16 Die Spezielle Relativitä tstheorie Auf Dem Silbertablett 249
Kapitel 17 Newtons Gravitation 253
Die erste Theorie von Allem 253
Newtons Formel 254
Herrscherin ü ber das Universum 256
Die Gravitation verrä t einen neuen Planeten 257
Warum Newtons Gravitation fü r Einstein nicht genug war 257
Die Verschiebung des Merkurperihels 258
Die Newton'sche Gravitation und das Relativitä tsprinzip 259
Kapitel 18 Beschleunigung Und Trä gheitskrä fte 261
Die Kraft beim Bremsen und Beschleunigen 261
Die Fliehkraft 262
Kapitel 19 Das Ä quivalenzprinzip 265
Das Einstein'sche Ä quivalenzprinzip 265
Trä ge Masse und schwere Masse 265
Rä tsel in der Kiste, die Erste: Freier Fall versus Schwerelosigkeit 270
Einfach nur Masse 274
Was ist Schwerelosigkeit? 275
Inertialsysteme in der Krise 276
Kugelstoß in der Kiste 277
Kugelstoß im freien Fall 277
Newton im Schwimmbad 278
Eine kleine Sprachkonvention 282
Eine Zwischenbilanz 282
Kapitel 20 Die Rotierende Scheibe: Ein Geometrischer Stresstest 285
Das Setup 285
Die Uhren 286
Die Maß stä be 286
Die Raumgeometrie 287
Kapitel 21 Uhren (Und Maß stä be) Im Schwerefeld 291
Die frei fallende Uhr 291
Uhren im Hochhaus 292
Uhren in einer Rakete 295
Frei im leeren Raum 295
Beschleunigt im leeren Raum 296
Ruhend im Schwerefeld 297
Frei fallend im Schwerefeld 297
Die gravitative Rotverschiebung 298
Maß stä be im Schwerefeld 299
Kapitel 22 Licht Auf Krummen Wegen 301
Ein Lichtstrahl in der Kiste 301
Woher das Licht weiß , wo es hin soll 302
Mit der Sonnenfinsternis zum Durchbruch 305
Gravitationslinsen 308
Kapitel 23 Ü ber Dem Tellerrand Der Schulgeometrie 311
Euklidische und gekrü mmte Rä ume 311
Mit rechten Dingen 312
Krumme Dreiecke 312
Eine Reise zum Nordpol 313
Schö n eingebettet 315
Positive und negative Krü mmung 316
Mö glichst gerade Kurven 317
Ziemlich ebene Gebiete 319
Zusammenfassung: Nichteuklidische Geometrie 320
Kapitel 24 Fremde Gezeiten Oder Inertialsysteme In Der Krise 323
Vertrautes auf den Kopf gestellt 323
Zurechtgestutzte Inertialsysteme 325
Ebbe und Flut 329
Kapitel 25 Das Geodä tenprinzip 331
Geodä ten weisen den freien Fall 331
Kometenbahnen im interstellaren Raum 332
Kometenbahnen im Sonnensystem 334
Das Geodä tenprinzip 338
Rä umliche Schattenbahnen 339
Eine Geodä te fü r jeden Fall 341
Der Ursprung der Fallbeschleunigung 342
Kapitel 26 Das Wesen Der Schwerkraft 345
Was ist 'Schwere'? 345
Gravitation ist keine Kraft (aber was dann?) 347
Kapitel 27 Die Einstein'schen Feldgleichungen 349
Die Feldgleichung(en) der klassischen Gravitation 350
Die Feldgleichung der Allgemeinen Relativitä tstheorie 351
Maß -Regeln oder die Metrik 353
Kapitel 28 Eine Besondere Lö sung: Die Schwarzschild-Metrik 357
Kugelkoordinaten 358
Die Schwarzschild-Metrik 360
Der zeitliche Term 361
Der radiale Term 364
Kapitel 29 Gravitation Ad Absurdum: Schwarze Lö cher 369
Wie Sterne enden 369
Rote Riesen 370
Weiß e Zwerge 370
Neutronensterne 372
Schwarze Lö cher 373
Eine Reise in ein Schwarzes Loch 374
Was Sie dabei erleben 375
Was Ihr Freund beobachtet 376
Schwarze Lö cher im Universum 376
Ein Monster im Zentrum der Milchstraß e 377
Aktive galaktische Kerne 378
Kapitel 30 Schwingende Raumzeit: Gravitationswellen 383
Die Elastizitä t der Raumzeit 383
Der direkte Nachweis 385
Kapitel 31 Das Expandierende Universum 389
Das Kosmologische Prinzip 389
Die Friedmann-Lö sung 391
Die Jahrtausendentdeckung 393
Das kosmologische Standardmodell 398
Der Nachhall des Urknalls 399
Die mittlere Materiedichte m 400
Dunkle Materie 401
Dunkle Energie 403
Das CDM-Modell 405
Kapitel 32 Ein Genie Und Seine Zeit, Die Dritte Und Letzte 407
Enttä uschte Hoffnung 407
Gottes Wü rfel 408
Deutschland adieu 409
Einstein und die Bombe 410
Friedensbotschafter unter Beobachtung 411
Teil IV Der Top-Ten-Teil 413
Kapitel 33 Eine hemmungslos subjektive Auswahl der zehn interessantesten Zitate Albert Einsteins 415
Kapitel 34 Die (Auß er Einstein) 10 + 1 Wichtigsten Personen Auf Dem Weg Zur Relativitä tstheorie 417
Galilei Galileo 417
Isaac Newton 417
Michael Faraday 418
Bernhard Riemann 418
James Clerk Maxwell 418
Albert A. Michelson 419
Hendrik Antoon Lorentz 419
Henri Poincaré 419
Hermann Minkowski 420
Marcel Grossmann 420
Sir Arthur Eddington 420
Stichwortverzeichnis 421