Ich unterrichte Physik an einer Volkshochschule und habe einen neuen Kurs mit dem Titel „Relativität für Dichter“ entwickelt, den ich zum ersten Mal im Frühjahr 2015 unterrichten werde. für nicht naturwissenschaftliche Hauptfächer, über Relativitätstheorie. Ich decke sowohl SR als auch GR ab, und ich muss auch viel Hintergrundwissen vermitteln, das meine Schüler theoretisch gelernt hätten, wenn sie auf eine anständige Mittelschule gegangen wären, aber das viele von ihnen in Wirklichkeit nicht wissen werden. Zum Beispiel erwarte ich, dass ich ihnen sagen muss, dass Licht eine Welle ist und dass weißes Licht eine Mischung aus allen Regenbogenfarben ist. Dies ist kein Problemlösungskurs, und den Schülern werden keine Aufgaben außerhalb des Unterrichts zugewiesen, bei denen es um Berechnungen geht. Der Kurs hat eine mathematische Voraussetzung, die ebene Geometrie ist, sowie einen sehr grundlegenden Algebrakurs (ähnlich dem, was Schüler in Kalifornien in der 9. Klasse belegen müssen). In Wirklichkeit werden viele Schüler nicht in der Lage sein, grundlegende Mathematik wie metrische Umrechnungen oder Brüche durchzuführen.
Der Kern jeder Präsentation der Relativitätstheorie wird eine sorgfältige, gründliche Präsentation der Kinematik in SR sein, und dafür plane ich, Takeuchi (siehe Liste der Bücher unten) zu verwenden, dessen Behandlung der Kinematik ich wirklich mag.
Wonach ich mich noch umschaue, sind zwei, drei weitere, preiswerte Bücher zu folgenden Themen:
Für die Dynamik in SR bin ich mit Takeuchis Behandlung nicht zufrieden, die mir wenig motiviert erscheint. Für GR ziehe ich Geroch in Betracht, aber es ist ein bisschen trocken, kommt nicht mit Experimenten in Berührung und präsentiert eine bestimmte Form der Metrik auf eine mir allzu mysteriöse Weise. Ich mag Hewitts Präsentation von GR, Kosmologie und allgemeinem wissenschaftlichem Hintergrund, aber ich kann sie nicht bitten, ein so teures Buch zu kaufen, wenn es nur ein kleiner Teil des Kurses sein wird.
Wenn ich Kurse für naturwissenschaftliche Hauptfächer unterrichte, habe ich Kapitel von Gardner als ergänzende (Pflicht-)Lektüre zugewiesen, und meine Schüler haben immer freiwillig erklärt, dass es Spaß macht, sie zu lesen. Es ist jedoch extrem veraltet und ungenau in Bezug auf Kosmologie und Relativitätstests, und es verwendet relativistische Masse, eine Krankheit, die ich lieber nicht an zukünftige Generationen weitergeben möchte.
Ich mag Will und Weinberg, aber sie sind beide ziemlich veraltet und enthalten viel Material, das ich eigentlich nicht behandeln würde. Ich habe ein Rezensionsexemplar von Steane angefordert, und obwohl mir einige Dinge daran gefallen, hatte ich das Gefühl, dass es unorganisiert und der Text zu voll von Berechnungen war, aus denen die meisten Leser auf diesem Niveau nicht in der Lage wären, die relevanten Punkte herauszuarbeiten .
Um den Kurs so einzurichten, dass er auf die vierjährigen Schulen in unserem Bundesstaat (Kalifornien) übertragen werden konnte, musste ich zeigen, dass es im UC- oder Cal State-System zumindest etwas Ähnliches gibt. Das war schwierig, da solche Kurse dünn gesät sind (ich war tatsächlich sehr überrascht, dass es von beiden Systemen artikuliert wurde), aber UC Riverside hat Physics 7: Space-Time, Relativity und Cosmology. UCR verwendet Drakos, worüber ich nichts herausfinden konnte; es kann vergriffen sein oder es kann sich um unveröffentlichte Notizen eines Dozenten handeln.
Kann jemand Bücher für diese Art von Kursen vorschlagen, die einige der Bereiche abdecken, in denen ich Lücken habe? Ich hoffe, die Gesamtkosten aller Bücher unter 100 Dollar zu halten , am liebsten eher bei 60-80 Dollar. Ich würde in Betracht ziehen, den Preis zu erhöhen, wenn es ein Buch gäbe, das äußerst überzeugend ist und perfekt auf meine Bedürfnisse abgestimmt ist.
oben genannte Bücher
Ich habe diese Seite Anfang 2014 erstellt:
Die Seite wurde speziell für Leute erstellt, die sich nicht für Mathematik interessieren.
Ich habe verwendet: "Relativität: Eine sehr kurze Einführung"; Russell Stannard, OUP, mit einigem Erfolg, um (interessierten) Mitgliedern der Allgemeinheit Relativitätstheorie beizubringen.
http://ukcatalogue.oup.com/product/9780199236220.do
Es ist wirklich sehr kurz - nur 128 Seiten, aber deckt die Hauptideen sowohl der Speziellen als auch der Allgemeinen Relativitätstheorie ab. Ich finde die Erklärungen sehr verständlich. Natürlich fehlt es an ALLER mathematischen Strenge – es gibt ein bisschen Geometrie, offensichtlich Pythagoras, viele Gedankenexperimente; sehr wenig über Kosmologie.
Ich habe das in 2 Stunden pro Kapitel durchgearbeitet – insgesamt ungefähr 8 Abendkurse. Vielleicht ein bisschen schwach für das, was Sie brauchen, aber es macht Spaß und ist wirklich nicht einschüchternd.
Oh, und der andere große Vorteil ist, dass es billig ist! Nur 8 Pfund in Großbritannien.
Hier ist das Inhaltsverzeichnis.
1: Spezielle Relativitätstheorie
Das Relativitätsprinzip und die Lichtgeschwindigkeit
Zeitdilatation
Das Zwillingsparadoxon
Längenkontraktion
Verlust der Gleichzeitigkeit
Raum-Zeit-Diagramme
Vierdimensionale Raumzeit
Die ultimative Geschwindigkeit
E=mc2
2: Allgemeine Relativitätstheorie
Das Äquivalenzprinzip
Die Auswirkungen von Beschleunigung und Schwerkraft auf die Zeit
Die Biegung des Lichts
Gekrümmter Raum
Schwarze Löcher
Gravitationswellen
Das Universum
Weiterlesen
Index
Ich möchte eine andere Antwort geben (trotz meiner Kommentare oben oder ergänzend zu ihnen)
Ich würde vorschlagen, einen historischen Bericht über die Entwicklung der Konzepte und Ideen/Methoden in der Physik von der Newtonschen Mechanik zur relativistischen Mechanik zu verwenden, einschließlich der spezifischen Probleme, die dabei auftraten (dies bietet zwei Dinge: 1. eine Perspektive auf die Methoden und Konzepte, plus 2. praktische Beispiele aus der realen Welt, die die Auslöser dieser Entwicklungen waren).
Die verschiedenen Alternativen entwickelten sich (warum sie scheiterten) und warum die spezielle Relativitätstheorie in dieser Hinsicht erfolgreich war.
Entwickeln Sie dann die Zeitdilatations-/Längenkontraktionskonzepte (und wie sie sich auf Experimente wie Michelson-Morley und den Äther beziehen würden). Trägheitsbezugssystem, Lichtwege, Lichtkegel, Vergangenheit und Zukunft. Kausalität in der speziellen Relativitätstheorie.
Dann die Nachbereitung der Allgemeinen Relativitätstheorie, die drei entscheidenden Tests von GR (vielleicht auch einige der Berechnungen oder Annäherungen davon oder sogar eine Zusammenfassung der Berechnungen).
Die Beziehung von GR zur Kosmologie (erwähnen Sie einige der Paradoxien, wie z. B. Zwillingsparadoxa und wie sie durch nicht-träge Rahmen aufgelöst werden).
Sein konzeptioneller (und mathematischer) Rahmen und wo es auf der aktuellen Physik steht (oder nicht damit übereinstimmt) (vielleicht das Problem der Zeit in der Quantengravitation erwähnen?)
Dies verdeutlicht sowohl den physikalischen als auch den mathematischen Rahmen (oder gleichwertige).
Empfohlene Bücher:
http://en.wikipedia.org/wiki/The_Evolution_of_Physics (Einstein, Infeld) (keine einzige Gleichung vom Schöpfer selbst und seinem Mitarbeiter)
http://www.goodreads.com/book/show/15852.Relativität
http://www.amazon.com/Geometry-Relativity-Fourth-Dimension-Mathematics/dp/0486234002
http://www.goodreads.com/book/show/571211.The_Meaning_of_Relativity
http://www.goodreads.com/book/show/53524.The_Principle_of_Relativity
Einige Referenzen:
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_special_relativity
http://pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/origins/index.html
http://www.ihes.fr/~vanhove/Slides/renn-IHES-mars2013.pdf
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsHistory/page2.php
http://zandra.phys.yorku.ca/menary/courses/phys2040/misc/relativity.pdf
http://arxiv.org/abs/physics/0408077
https://archive.org/details/historyoftheorie00whitrich
http://henripoincarepapers.univ-lorraine.fr/walter/papers/breaking2007.pdf
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