Fakultätsbericht 2016-2017 der Physikalisch-Astronomischen Fakultät

Forschung — 103 Im Zeitalter der Gravitationswellenastronomie ist es wünschenswert, dass neben der speziellen endlich auch die allgemeine Relativitätstheorie in die Standardausbildung des Physikstudiums in- tegriert wird. Das neue Lehrbuch zeigt einen Weg auf, wie dies gelingen kann. Die ersten beiden Teile des Buches entspre- chen einer Vorlesung, die der Autor seit 2007 re- gelmäßig für Bachelorstudenten im fünften Se- mester hält (wöchentlich zwei Stunden Vorle- sung und zwei Stunden Übung). Diese Vorlesung kann von allen Studenten im Anschluss an die Vorlesungen zur Theoretischen Mechanik und Elektrodynamik gut verstanden werden. Die spe- zielle Relativitätstheorie (Teil I) beansprucht et- wa ein Drittel der Vorlesung, die restlichen zwei Drittel stehen für die allgemeine Relativitätstheo- rie zur Verfügung (Teil II). Im dritten Teil des Lehrbuches werden mathe- matische Methoden dargestellt, mit denen einige anspruchsvolle physikalische Probleme im Rah- men der Einsteinschen Gravitationstheorie analy- tisch gelöst werden können. Überblick über den Inhalt: Teil I Spezielle Relativitätstheorie (SRT) (Einführung, Der Minkowski-Raum – Die Raumzeit der SRT, Lorentz-Transforma- tionen, Vierervektoren und Vierertenso- ren, Relativistische Punktmechanik, An- dere Teilgebiete der Physik im Rahmen der SRT) Teil II Allgemeine Relativitätstheorie (ART) (Grundideen, Geometrie der Raumzeit, Physik in der gekrümmten Raumzeit, Die Einsteinschen Feldgleichungen, Der Newton-sche Grenzfall, Die Schwarz- schild-Lösung, Die klassischen Effekte der ART, Kugelsymmetrische Sternmo- delle, Die Schwarzschild-Lösung als Schwarzes Loch, Das Wirkungsprinzip der ART, Ausblick) Teil III Ergänzungen für Fortgeschrittene (Mathematische Methoden, Rotierende und elektrisch geladene Schwarze Lö- cher, Die rotierende Staubscheibe) Neues Lehrbuch: Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie für Bachelorstudenten Das Buch enthält eine Vielzahl von Übungsaufga- ben mit ausführlich dargestellten Lösungen und ist auch zum Selbststudium geeignet. Der letzte Abschnitt von Teil II gibt einen Ausblick auf die Themen Gravitationswellen und Kosmologie so- wie das Problem der Quantengravitation. Das sind Gebiete, die in Jena im Rahmen des Master- studiums vertieft werden können. Teil III enthält — erstmals in einem Lehrbuch— eine physikali- sche Herleitung der berühmten Kerr-Newman- Lösung, die ein rotierendes und elektrisch gela- denes Schwarzes Loch beschreibt. Dieser Teil kann gegebenenfalls auch als Grundlage eines anspruchsvollen Oberseminars im Masterstudi- um verwendet werden. Meinel R. (2016): Spezielle und allgemeine Relativitätstheorie für Ba- chelorstudenten. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ix + 316 Seiten, DOI 10.1007/978-3-662-49856-9.