Spezielle Relativitätstheorie
Special Relativity

Modul PH2137

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Basisdaten

PH2137 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das im Wintersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 40 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2137 ist Antonio Vairo.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

The lecture course will provide a basic introduction to special relativity. The course will include

  • Space and spacetime
    • Euclidean space and Euclidean metric
    • Rotations in Euclidean space, the groups O(n) and SO(n)
    • The group SO(1,n)
    • Galilean transformations, inertial frames and the principle of relativity
    • Lorentz transformations
    • Minkowski spacetime and Minkowski metric
  • Foundation of special relativity
    • Galilean transformations and electromagnetism
    • The Michelson-Morley experiment
    • Einstein&39;s postulates
    • Relativity of simultaneity
    • Time dilatation and proper time
    • Length contraction and proper length
    • Application: relativistic wave equation
    • Velocity composition in 1+1 dimensions
  • Causality and relativity
    • Spacelike, timelike and lightlike intervals
    • Light cone, past and future of an event
    • (t,x) diagrams and Lorentz transformations
    • Example: motion of a relativistic train in a tunnel
    • Worldline
  • Vectors and tensors
    • Spacetime vectors and their properties
    • Timelike, spacelike and lightlike vectors
    • Velocity in spacetime
    • Momentum in spacetime, rest energy and dispersion relation
    • Velocity composition in 1+2 dimensions
    • Covariant and contravariant vectors
    • Example: gradient, d&39;Alembertian
    • Tensors: definitions and operations
    • Reducible tensors
    • Acceleration in spacetime
    • Example: world line of a free particle
    • Example: world line of an uniformly accelerated particle
  • Mechanics in spacetime
    • Energy and momentum in spacetime
    • Energy and momentum conservation in spacetime
    • Example: 2 → 1 scattering
    • Example: Compton scattering
    • Example: pair creation and annihilation
    • Particle collisions in accelerators
    • Nuclear fission and fusion
  • Electromagnetism and relativity
    • The electromagnetic current
    • The vector potential and the Maxwell tensor
    • Transformations of electric and magnetic fields
    • Electromagnetic waves and relativistic Doppler effect
    • Causality and the wave equation: retarded and advanced Green&39;s functions
    • The electromagnetic stress tensor
    • The Lorentz force
    • Example: motion of a charged particle in spacetime
  • Outlook: the OPERA experiment 2011

Lernergebnisse

keine Angabe

Voraussetzungen

keine Angabe

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

ArtSWSTitelDozent(en)Termine
VO 2 Special Relativity Vairo, A. einzelne oder verschobene Termine

Lern- und Lehrmethoden

keine Angabe

Medienformen

Web page at

http://users.physik.tu-muenchen.de/gu32tel/Lectures/WS11-12-SRel.html

Literatur

Invitation:

  • A. Einstein, Relativity: The Special and General Theory , Henry Holt and Company 1920

Books:

  • M. Fayngold Special Relativity and How it Works, Wyley-VCH 2008
  • P.M. Schwarz and J.H. Schwarz, Special Relativity , Cambridge University Press 2004
  • E.F. Taylor and J.A. Wheeler, Spacetime Physics: Introduction to Special Relativity, Palgrave Macmillan 1992
  • An extended list of relativity books can be found at http://johanw.home.xs4all.nl/PhysFAQ/Administrivia/rel_booklist.html.

Lecture notes:

  • N. Woodhouse, Special Relativity and Electromagnetism, Oxford University 2006

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

In einer mündlichen Prüfung wird das Erreichen der Lernergebnisse durch Verständnisfragen und Beispielaufgaben bewertet.

Die Prüfung kann in Übereinstimmung mit §12 (8) APSO auch schriftlich abgehalten werden, in diesem Fall ist der Richtwert für die Prüfungsdauer 60 Minuten.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten.

Kondensierte Materie

Wenn Atome sich zusammen tun, wird es interessant: Grundlagenforschung an Festkörperelementen, Nanostrukturen und neuen Materialien mit überraschenden Eigenschaften treffen auf innovative Anwendungen.

Kern-, Teilchen-, Astrophysik

Ziel der Forschung ist das Verständnis unserer Welt auf subatomarem Niveau, von den Atomkernen im Zentrum der Atome bis hin zu den elementarsten Bausteinen unserer Welt.

Biophysik

Biologische Systeme, vom Protein bis hin zu lebenden Zellen und deren Verbänden, gehorchen physikalischen Prinzipien. Unser Forschungsbereich Biophysik ist deutschlandweit einer der größten Zusammenschlüsse in diesem Bereich.