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Eine anschauliche Einführung in die Einsteinsche und Maxwellsche Theorie

Warum sich Raum und Zeit durch Bewegung und durch Massenpräsenz verändern

AutorK. Gert Winkler
VerlagBooks on Demand
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl612 Seiten
ISBN9783739269733
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis19,99 EUR
Das vorliegende Werk befasst sich sowohl mit einer möglichst anschaulichen, aber dennoch auch präzisen Einführung in die Relativitätstheorie und deren Prüfung in der Maxwellschen Theorie. Dem wissenschaftlich interessierten eignet sich das Buch daher sehr gut als Einstieg in eine zu Unrecht oft verkomplizierte oder unzulässig verkürzte Darstellung dieser Standardtheorie des letzten Jahrhunderts. Neben diesen rein praktischen Bezügen zur Technik streift der Blick des Forschers erkenntnistheoretische Phänomene der einsteinschen Raum- und Zeitstruktur unseres Universums. Immer auf der Suche nach dem Wesen hinter den Erscheinungen ergeben sich vielfältige Anregungen zu neuen und alten Fragestellungen.

Prof. Winkler war während seiner Hochschullaufbahn vor allem mit Forschungen auf dem Gebiet der Antennen und Wellenausbreitungen befasst. Bereits in seinen Promotions- und Habilitationsarbeiten über exakte Dipolantennenberechnungen und eine neue Methode der Nahfeldantennensynthese sind Gedankensätze zum Thema des vorliegenden Buches angeschnitten. Als profunder Nutzer und Anwender maxwellscher Arbeitswerkzeuge näherte er sich den bei Problemgrenzanalysen relativistischen Phänomenen seines Fachgebietes. Aber schon während des Beginns seiner Hochschullehrtätigkeit zu den Grundlagen der Funktechnik, Antennen, Wellenausbreitung, Elektronik, Handsystementwicklung und GPS, Höchstfrequenz- und Lasertechnik erkannte er bereits, dass ohne die Berücksichtigung relativistischer Effekte unsere heutige und morgige moderne Technik nicht mehr genau funktionieren wird.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Titelseite3
Impressum4
Inhaltsverzeichnis5
Vorwort9
1. Einstein und die Einführung in seine Spezielle Relativitätstheorie (SRT)13
2. Was bedeutet Relativität bzw. die Eigenschaft »relativ« im Zusammenhang mit der SRT?52
2.0. Der Begriff der Relativität52
2.1. Links und rechts52
2.2. Oben und unten53
2.3. Tag und Nacht55
2.4. Bewegungen im All57
2.5. »Groß und klein«, »zeitig und spät«, »schnell und langsam«, »kalt und warm«, »arm und reich«, »höflich und unhöflich« u.v.a.m. sind relative Begriffe.70
2.6. Die Geschwindigkeit ist eine relative Größe101
2.7. Die Länge l bzw. l´, gemessen an ein und demselben Körper in Bewegungsrichtung, ist für die Inertialsysteme S bzw. S´ eine relative Größe107
2.8. Zeiten und Zeitdifferenzen (Zeiträume, Längen der Zeit oder Zeitdauer) sowie die Gleichzeitigkeit sind in unterschiedlichen Inertialsystemen relative Größen114
2.9. Abschluss und Ausblick144
3. Die genaue Bestimmung des Kontraktionsfaktors k150
3.1. Die Ermittlung der Funktion k(v)150
3.2. Die Lorentz-Transformation in drei weiteren Formulierungen und einige daraus abgeleitete neue Schlussfolgerungen154
3.3. Die Konstante c ist gleich der Lichtgeschwindigkeit162
3.4. Eine Zwischenbilanz zur Frage: Was haben wir bis hierher erreicht und was steht uns noch bevor? Resümee und Ausblick168
3.5. Fortsetzung des Beispieles nach Bild 16 im Kapitel 2. unter Verwendung neuer Erkenntnisse aus dem vorliegenden Kapitel 3170
3.6. Fortsetzung der Beispiele nach Bild 17 und Bild 21175
3.7. Die Geschwindigkeitsaddition180
3.8. Beweis der Identität der Formeln (19) im Abschnitt 2.8.184
3.9. Die Darstellung im Ereignisraum185
4. Michelsons Interferometer-Messungen und Einsteins Schlussfolgerungen195
4.1. Einführung195
4.2. Die Messung der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes nach unterschiedlichen Richtungen im Raum197
4.3. Das Interferometer nach Michelson und Morley207
4.4. Einsteins Schlussfolgerungen:212
4.5. Unsere Schlussfolgerungen aus dem Messresultat ? t = 0212
5. Maxwell und seine geniale Theorie218
5.1. Elektrische Ladungen, deren Kräfte und Felder218
5.2. Elektrodynamik243
5.3. Bewegte Ladungen und bewegte Ströme333
6. Drei ausgewählte Beispiele und eine Anwendung zur SRT345
6.0. Einführung345
6.1. Beispiel 1: Zug im Bahnhof346
6.2. Das Dreiuhrenexperiment371
6.3. Der Dopplereffekt384
6.4. Das Zwillingsparadoxon, wissenschaftlich bezeichnet auch als Uhrenparadoxon407
7. Die Maxwellschen Gleichungen in Differentialform und ihre Beziehungen zur SRT448
7.1. Der Übergang der vier Maxwellschen Gleichungen von der Integralform in die Differentialform448
7.2. Der Übergang der Maxwellschen Gleichungen von der Differentialform in eine neue Integralform453
7.3. Die Zurückführung der Maxwellschen Gleichungen auf fünf uns wohlbekannte Elementarbeziehungen der Elektrodynamik459
7.4. Wir beweisen die Invarianz der Ladung: Q = Q´.468
7.5. Die Transformationen elektromagnetischer Felder in der SRT472
7.6. Die Vertiefung der Kenntnisse zum verallgemeinerten Relativitätsprinzip Einsteins (VRprE) und eine Veranschaulichung der Feld-, Ladungs- und Stromtransformationen von einem System zum anderen u.u.475
8. Vertiefung der Einsichten in die SRT499
8.1. Anschauliche Vorstellungen zur Relativität der Gleichzeitigkeit499
8.2. Die Transformation der Masse und der Energie in der SRT504
8.3. Das Verhalten des Lichtes in den Systemen S und S´ sowie die Definition des Abstandes ?A zweier Ereignisse516
8.4. Die Lichtuhr Einsteins524
9. Eine kurze kritische Zusammenfassung bisheriger Ergebnisse, die Erweiterung unserer Vorstellungen auf die ART und ein Ausblick auf mögliche Erweiterungen beider Theorien zu einer VMT527
9.1. Kritische Zusammenfassungen zu beiden Theorien527
9.2. Ein kurzer Einblick in die ART529
9.3. Ein anschaulich-theoretischer Einstieg in die ART535
9.4. Ein Ausblick auf eine zukünftige Theorie, die die RT sowie die MT vereinigt und die bei entsprechender Erweiterung möglicherweise bereits die WT darstellt544
10. Ursache und Wirkung in der Maxwellschen Theorie (MT) sowie in der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie (SRT/ART). Schlussbemerkungen zur MT und zur RT547
10.0. Vorbemerkungen547
10.1. Ursache und Wirkung in der MT547
10.2. Ursache und Wirkung in der SRT und ART549
Schlusswort552
ANHANG553
A.0. Die Berechnung des Rotors oder der Rotation eines Vektors H sowie der Divergenz eines anderen Vektors D in kartesischen Koordinaten als eine kurze Exkursion in die Mathematik553
A.1. Die Transformation elektromagnetischer Größen in der SRT568
A.2. Die Berechnung des Feldes Hf(?, z) eines Gleichstromgrund-elementes572
A.3. Die Berechnung des Feldverlaufes Hf (?, z, t) eines räumlich sinusförmig verteilten, im System S´ fließenden Gleichstromes i´(z´), der sich im System S mit der Geschwindigkeit v in Richtung z bewegt577
A.4. Ein allgemeiner Beweis des Satzes von der Relativität der Verschiedenzeitigkeit579
A.5. Eine zeichnerische Darstellung der Entstehung elektromagne-tischer Gegenfelder, die letztendlich die Verkürzung bewegter Materie verursachen.581
A.6. Die Zunahme der elektromagnetischen Energiedichte pro Zeiteinheit unter besonderer Berücksichtigung der Zunahme durch Massendefekte583
Literaturverzeichnis587
Abkürzungen und Formelzeichen594
Alphabetisch (dt.)594
Koordinatensysteme602
Griechisch602
Mathematische Ausdrücke, - Zeichen und Sonderzeichen:603
Index606

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