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2023 | Book

Elektromagnetismus und Gravitation

Vereinheitlichung und Erweiterung der klassischen Physik

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About this book

Elektromagnetismus und Gravitation scheinen zwei vollkommen unterschiedliche Wechselwirkungen zu sein: Während elektromagnetische Wechselwirkungen durch Felder beschrieben werden, soll die Gravitation durch eine Krümmung der Raumzeit vermittelt werden. Die Theorie der Elektrogravitation vereinheitlicht die formale Beschreibung dieser beiden Wechselwirkungen. Damit stellt sich natürlich die grundlegende Frage, ob man aus einem einheitlichten Formalismus auch auf einheitliche Wirkmechanismen in der Natur schließen kann. Das Lehrbuch entwickelt die Theorie der Elektrogravitation aus einfachen Prinzipien der speziellen Relativitätstheorie. Darauf aufbauend werden allgemeine Gesetze für das Gravitationspotential und die Bewegung in demselben aufgestellt, die die Newtonsche Gravitationstheorie in Richtung allgemeiner Relativitätstheorie verallgemeinern. Mit den formal gleichen Ansätzen werden in der Elektrodynamik das Coulombsche Gesetz sowie die Maxwellschen Gleichungen hergeleitet. Abschließend werden retardierte Potentiale und die Grundlagen der Magnetohydrodynamik vermittelt.

Table of Contents

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung: Die Krise der Physik
Zusammenfassung
Die Physik befindet sich in einer tiefen Krise, was sie mit der übrigen Welt gemein hat. Ihre Krise besteht darin, dass sie nach einem langen Weg der Erkenntnis Theorien über das ganz Große, also dem Universum, nicht mit den Theorien des ganz Kleinen, also den Elementarteilchen vereinigen kann. Dies ist allerdings notwendig, um den Anfang der Raumzeit, also des Universums zu verstehen, denn hier war dieses noch etwas ganz kleines und entfaltete sich dann durch den Urknall.
Andreas Malcherek
Kapitel 2. Bewegungen von Teilchen
Zusammenfassung
Das erste große Erfolgsmodell des Denkens besteht in der Analyse, der Zerlegung der Welt in einzelne Dinge, also Menschen, Tiere, Bäume und Steine. Und alle diese Dinge kann man wieder zerlegen, man erhält dann Muskeln, Organe, Fett, Blätter, Baumstämme und kleinere Steine. Und schon wird man erkennen, dass das Zerlegen Gemeinsames hervorbringt, denn sowohl in anderen Menschen als auch in Tieren findet man einen Darm.
Andreas Malcherek
Kapitel 3. Gravitation
Zusammenfassung
In der Physik wird die Masse mit zwei grundlegenden Phänomenen verbunden. Das eine ist die Trägheit: Umso mehr Masse ein Körper hat, desto schwerer ist es, seinen aktuellen Bewegungszustand zu verändern, ihn also entweder zu beschleunigen oder zu bremsen. Das zweite Phänomen ist die gegenseitige Anziehung aller schweren Körper.
Andreas Malcherek
Kapitel 4. Elektrische Ladungen
Zusammenfassung
Die mit einer Bewegungslehre verbundene Theorie der Gravitation ist so mächtig, dass sie die Bewegungen der Himmelskörper nahezu vollständig erklärt. Gravitation ist aber eine recht langweilige Eigenschaft der Materie: Sie würde zu irgendeiner mehr oder weniger chaotischen Bewegung aller Massen im Universum führen, aber eben nicht mehr. Würde es in der Welt nur die Gravitation geben, dann wäre diese sehr arm.
Andreas Malcherek
Kapitel 5. Magnetische Wechselwirkungen
Zusammenfassung
Die Geschichte der Erforschung des Phänomens Magnetismus ist eine der faszinierenden Erfolgsgeschichten der Physik, sie erzählt von der zuerst randständigen Beobachtung über ihre technische Nutzung hin zu einem grundlegenden universell wirkenden Ursache: Die Geschichte begann mit Steinen und Metallen, die manchmal andere Metalle anziehen und manchmal auch nicht, obwohl es sich ganz offensichtlich um das gleiche Material handelt. Magnetismus ist somit keine zu einem Material immer dazugehörige Eigenschaft, sondern eine Eigenschaft, die Materie besitzen kann.
Andreas Malcherek
Kapitel 6. Gravitomagnetismus
Zusammenfassung
Wir wollen nun eine Theorie des Gravitationsfeldes entwickeln, welches in vollkommener Analogie zum Elektromagnetismus auch den Gravitomagnetismus einschließt. Im Unterschied zur klassischen Newtonschen Gravitationstheorie gibt es auch hier nicht nur ein skalares, sondern ein vektorielles vierdimensionales Gravitationspotential, weshalb man die damit verbundenen Effekte auch als Vektorgravitation bezeichnet.
Andreas Malcherek
Kapitel 7. Retardierung
Zusammenfassung
Bisher haben wir die Feldgleichungen nur für stationäre, also zeitunabhängige Quellen gelöst; nun wollen wir uns den instationären Quellen des Elektromagnetismus und der Gravitation zuwenden. In diesem Fall wird die Information über eine Veränderung der die Kräfte erzeugenden Ladungen und deren Ströme erst nach einer gewissen Zeit bei der Ladung ankommen, auf die die Kräfte wirken. Zum aktuellen Zeitpunkt t sieht die Ladung, auf die die Kraft einwirkt, also nur ein Bild aus der Vergangenheit, nämlich vom Zeitpunkt \(t_r\), der sogenannten retardierten Zeit.
Andreas Malcherek
Kapitel 8. Die Raumzeit als Kontinuum
Zusammenfassung
Wenn die spezielle Relativitätstheorie richtig ist, dann sollten alle Naturgesetze vollkommen gleich in den vier Dimensionen der Raumzeit, also ict, x, y und z strukturiert sein. Dies ist bisher für die Feldgleichungen richtig, sie besagen: Die Summe der vier zweiten Ableitungen des Viererpotentials, also die Krümmung desselben ist gleich der Flussdichte. Zudem sind die Potentiale kontinuierlich über Raum und Zeit verteilt.
Andreas Malcherek
Kapitel 9. Ausblick
Zusammenfassung
Dieses Buch widmete sich der Schönheit in der Physik, die letztendlich nach dem heutigen Stand verloren gegangen zu sein scheint. Dies ist vor allem deshalb der Fall, weil allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik so überhaupt nicht zusammenpassen wollen.
Andreas Malcherek
Backmatter
Metadata
Title
Elektromagnetismus und Gravitation
Author
Andreas Malcherek
Copyright Year
2023
Electronic ISBN
978-3-658-42702-3
Print ISBN
978-3-658-42701-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-42702-3