Empfohlene Bücher für eine Klasse "Relativität für Dichter"?

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:

  • Dynamik in SR
  • generelle Relativität
  • Kosmologie
  • allgemeinwissenschaftlicher Hintergrund

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

  • Drakos, Von der Antike bis Einstein
  • Gardner, Relativitätstheorie einfach erklärt
  • Geroch, Allgemeine Relativitätstheorie von A nach B
  • Hewitt, Konzeptuelle Physik
  • Steane, Die wunderbare Welt der Relativitätstheorie
  • Takeuchi, ein illustrierter Leitfaden zur Relativitätstheorie
  • Weinberg, Die ersten drei Minuten
  • Will, hatte Einstein recht?
amazon.com/Geometry-Relativity-Fourth-Dimension-Mathematics/dp/… , gut, schneller Humor und Philosophie wurden ebenfalls hinzugefügt
plus einige Feynman-Vorlesungen zur Relativitätstheorie
@NikosM.: Rucker sieht interessant aus. Ich werde das überprüfen. Aber die Feynman-Vorlesungen sind meiner Meinung nach auf dem falschen Niveau für diesen Kurs. Dies sind Community College-Studenten mit den Hauptfächern Wirtschaft, Musik usw.
Ja, die Flatlanders (und die Fortsetzung) ist brillant imo
Ich kenne das amerikanische System nicht, was würdest du von einer 9. Klasse erwarten? Erwarten Sie zum Beispiel, dass sie mit Trigonometrie, Polynomen und Matrizen vertraut sind? Und was ist mit der euklidischen Geometrie, sowohl im synthetischen als auch im koordinierten (kartesischen) Ansatz? Ich schätze, sogar die Grundrechnung ist falsch, oder? Bevor ich eine vollständige Antwort gebe, würde ich sagen, dass es so aussieht, als könnten Sie einen Kurs aufbauen, der auf grundlegender Geometrie basiert, wie zum Beispiel zu zeigen, dass das Zwillingsparadoxon nur der Satz von Pythagoras (eigentlich Dreiecksungleichung) mit dem falschen Vorzeichen und solchen Dingen ist.
@cesaruliana: Gemäß der Voraussetzung sollten sie sich mit Ebenengeometrie, Polynomen und der kartesischen Ebene auskennen, aber nicht mit Trig, Matrizen oder Analysis. In Wirklichkeit werden viele von ihnen die Grundrechenarten nicht kennen. Wenn ich die Tatsache benutze, dass ( 1 / 4 ) × ( 1 / 2 ) = 1 / 8 , ich garantiere Ihnen, dass einige von ihnen nicht verstehen werden, warum, es sei denn, ich zeichne Tortenstücke.
@Rob Jeffries: Ich mochte Ihre Antwort, die Sie gelöscht haben. Ich habe ein Exemplar des Buches bestellt und würde gerne mehr über Ihre Erfahrungen damit erfahren.
@BenCrowell: Hmm, ich denke, ich dachte, es könnte funktionieren, aber ich denke, du weißt mehr als ich. Ich frage mich jedoch, ob Foundations von Greg Egan (kein Buch, nur Website) eher dem entspricht, was du ' wieder gesucht.
Wenn ich hinzufügen darf (aus einem anderen Kommentar), ist es sicherlich etwas, das die Sprache von GR zugänglich und handhabbar macht, wenn der notwendige mathematische Hintergrund und die erforderlichen Konzepte vorhanden sind. ABER der Hauptpunkt von GR ist die Physik. WARUM würde etwas wie GR benötigt, um Schwerkraft oder Bezugsrahmen zu formulieren, WARUM nicht nur Newtons Schwerkraft? WAS war das physikalische Problem, das GR zu lösen versuchte, indem er die (mathematische) Formulierung verwendete, die als Tensoranalyse und Riemannsche Mannigfaltigkeiten bekannt ist? Diese werden NICHT (nur) von der Mathematik beantwortet (ABER sie helfen sicherlich, die Antwort zu formulieren und zu verstehen)
Es gibt ein neues Buch von Jerry Ostriker: Heart of Darkness: Unraveling the Mysteries of the Invisible Universe . Ich habe es nicht, aber es sieht interessant aus.
@Ben Crowell Meine Antwort ist zurück. Ich habe dieses Buch zweimal verwendet, um Abendkurse für die Massen zu leiten (jedes Mal etwa 30 Personen; keine Studenten). Es ist flauschig, aber tief genug, um die Leute zum Nachdenken anzuregen. Mein Eindruck war, dass es der Klasse sehr gut gefallen hat. Sie können es in ein paar Stunden lesen und denken, Sie hätten es verstanden. Ich verbrachte den größten Teil des Unterrichts damit, die Punkte zu verstärken und zu illustrieren, ein paar Lücken zu füllen und etwas Textur hinzuzufügen (hauptsächlich aus der Astrophysik). Viele gedanken Experimente, Pythagoras und Raum-Zeit-Diagramme.

Antworten (3)

Ich habe diese Seite Anfang 2014 erstellt:

SpecialRelativity.net

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 habe mir illegal ein Exemplar von Stannard beschafft, und es scheint für meine Zwecke gut genug zu sein, dass ich denke, ich werde es als einen meiner Pflichttexte verwenden. Es hat zwei Dinge, die Takeuchi fehlen: Kontakt mit Experimenten und Berichterstattung über GR und Kosmologie. Die Behandlung der speziell-relativistischen Kinematik ist meiner Meinung nach veraltet, aber das ist in Ordnung, weil ich Takeuchi für diesen Zweck mag. Ich bin mit der Behandlung der Dynamik in SR in keinem der Bücher zufrieden, aber ich denke, ich kann das ergänzen.
@Ben Crowell Ich erinnere mich, dass ich etwas über die Masse-Energie-Äquivalenz ausfüllen musste.

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

http://philsci-archive.pitt.edu/2567/