Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik

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1 Günther Ludwig Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik Band2: Elektrodynamik, Zeit, Raum, Kosmos Bertelsmann Universitätsverlag

2 Inhalt Kurze Anleitung für den Leser 7 VIII. Elektrodynamik 13 1 Elektrostatik Elektrische Ladung und elektrisches Feld Grundgleichungen der Elektrostatik Verallgemeinerung auf kontinuierlich verteilte Ladungen Singulare Ladungsverteilungen Das Verhalten der Felder im»unendlichen« Die Gleichung für das elektrische Potential und ihre Lösung Das Lagrangesche Variationsprinzip als Grundlage der Elektrostatik Der Spannungstensor des elektrostatischen Feldes Leiter im elektrostatischen Feld Dielektrika im elektrostatischen Feld Das Lagrangesche Variationsprinzip bei Anwesenheit von Dielektrika Quasistatische Bewegungen von Dielektrika und Ladungen Ströme und Magnetfelder Elektrische Ströme Das Feld der magnetischen Induktion Berechnung des Feldes B einer vorgegebenen Stromverteilung Magnetisierbare Materialien Das Induktionsgesetz Die Maxwe/Zschen Gleichungen Das Lagrangesche Variationsprinzip als Grundlage der Elektrodynamik Das Lagrangesche Variationsprinzip für die Bewegung von Ladungen Das Lagrangesche Variationsprinzip^für die Felder 143

3 10 Inhalt 4 Die von den Maxwellschen Gleichungen beschriebenen Grundstrukturen Energie und Impuls des Feldes Lösungen der homogenen Maxw//schen Gleichungen Lösungen der inhomogenen Maxwellschen Gleichungen Wirkungsbereiche und Abhängigkeitsbereiche Die Auszeichnung der Zeitrichtung in der Elektrodynamik Die Ausstrahlung eines Senders Das Feld von Dipolen Das Feld einer bewegten Punktladung Ruhende Materialien im zeitlich veränderlichen Feld Polarisierbare und magnetisierbare Stoffe Leiter Supraleiter Schaltelemente, Das quasistationäre elektromagnetische Feld Die Coulombeichung Die quasistationäre Einschränkung Schaltkreise Induktionskoeffizienten Das Dynamo-Prinzip Einige Beispiele nicht quasistationärer Felder für ruhende Materialien Stromverdrängung in Drähten (Skineffekt) Ausbreitung elektromagnetischer Wellen längs Leitern Reflexion elektromagnetischer Wellen an Leiteroberflächen Kraftwirkungen auf langsam bewegte Materialien Kraftwirkungen auf pölarisierbare Materialien Kraftwirkungen auf stromdurchflossene Leiter Kraftwirkungen auf magnetisierbare Materialien Optik Ebene Wellen mit Dispersion Experimentelle Schwierigkeiten der Vermessung von Lichtwellen Interferenz, Beugung und Streuung von Licht Reflexion, Brechung und geometrische Optik 268

4 Inhalt 11 IX. Die Spezielle Relativitätstheorie Hinweise für Unzulänglichkeiten der Newtonschen Raum-Zeit- Theorie Die affine Struktur der Ereignismenge Y, Lichtabstand und Lichtzeit Das Grundprinzip der Speziellen Relativitätstheorie Lichtabstand und Newtonscher Abstand Erste Formulierung des Grundprinzips der Speziellen Relativitätstheorie Lorentetransformationen und Poincare-Gruppe Zweite Formulierung des Grundprinzips der Speziellen Relativitätstheorie ' Räumliche und zeitliche Abstandsmessungen Räumliche Abstandsmessungen Die Nichtexistenz einer Gleichzeitigkeitsebene Zeitliche Abstandsmessungen Lorentzkontraktion, Zeitdilatation und das sogenannte Zwillings-Paradoxon Relativistische Feldtheorien und relativistische Mechanik Die Maxwellsche Theorie als relativistische Feldtheorie Grundlegung einer relativistischen Mechanik Krummlinige Koordinaten und beschleunigte Bezugssysteme Krummlinige Koordinaten Inertialsysteme und sogenannte beschleunigte Bezugssysteme Die Grundidee einer Vektoranalysis in krummlinigen Koordinaten Das Verhältnis zwischen Spezieller Relativitätstheorie und Newtonscher Raum-Zeit-Theorie Kritik am Aufbau der Raum-Zeit-Theorie der Speziellen Relativitätstheorie 370 X. Die Allgemeine Relativitätstheorie Motivationen zur Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie Inertialsysteme und Äquivalenz von schwerer und träger Masse Affiner Zusammenhang und Krümmung^ Das Gravitationskraftfeld Das metrische Feld als Basis der Gravitation 388

5 12 Inhalt 6 Die Einsteinschen Gravitationsgleichungen Das Variationsprinzip für»alle«felder Die Newtonsche Näherung der Einsteinschen Gravitationstheorie Beurteilung der Einsteinschen Gravitationstheorie Exakte Lösungen Der Energie-Impulstensor Kosmologie Das Determinismusproblem Kritik am Aufbau der Raum-Zeit-Theorien 441 AV. Partielle Integration 443 AVI. Normalform des metrischen Tensors 444 AVIL Affine Tensoranalysis 446 m Literaturhinweise 448 Errata zu Band 1 449