Vorwort des Autors


Mit dieser Darstellung der Relativitätstheorien von Einstein ist es mir hoffentlich gelungen, interessierten Gymnasiastinnen oder neugierigen Abiturienten einen gut gangbaren Weg zu einem quantitativen Verständnis der beiden Theorien anzubieten. Elementare Physikkenntnisse werden dabei vorausgesetzt, und gelegentlich werden Analysiskenntnisse verwendet, wie sie in allen Grundkursen auf der Sekundarstufe II vermittelt werden. Gewisse Taschenrechnermodelle haben diese Kenntnisse heute allerdings schon eingebaut - wer will, kann also das Rechnen ganz an diese Geräte delegieren.

Im Vordergrund steht auch keineswegs das Rechnen, sondern das Entwickeln einer guten Anschauung. Dabei werden durchgängig die Diagramme von Lewis C. Epstein eingesetzt, welche von den Schülern erfahrungsgemäss nach kurzer Zeit als selbstverständlich betrachtet werden. Sie sind quantitativ korrekt und einfacher auszuwerten als die verbreiteten Diagramme nach Minkowski. Der Weg geht von den Grundphänomenen (Relativität der Zeitmessung, Relativität der Längenmessung und Relativität der Gleichzeitigkeit) zu den abstrakteren Koordinatentransformationen, und er wird sorgfältig und lückenlos beschritten. Schliesslich gelangen wir zur Metrik von Schwarzschild in der Allgemeinen Relativitätstheorie und können diese auch zur Berechnung der wichtigsten experimentell geprüften Effekte einsetzen.

Jedes Kapitel wird mit einer Seite von “Aufgaben und Anregungen” abgeschlossen. Die detaillierten Lösungen dieser Aufgaben beanspruchen über 100 Seiten; ein vollständiger Abdruck hätte das Buch dick, schwer und teuer gemacht. Die Lösungen sollen aber (wie auch das Buch selber) über das Internet unter “www.relativity.li” jedermann zugänglich gemacht werden. Diese schöne Seite hat mir Levin Gubler so eingerichtet, dass ich nur noch die Inhalte einfüllen kann. Ich möchte ihm an dieser Stelle ganz herzlich danken für seine Arbeit.

Ohne die Hilfe von verschiedenen Seiten hätte das Buch nicht entstehen können. Zuerst denke ich an die Schülerinnen und Schüler von etlichen Physik-Kursen an einer Erwachsenen-Maturitätsschule und einem Gymnasium, welche durch ihr Stirnrunzeln oder ihre leuchtenden Augen einzelne Abschnitte dieses Buches stark mitgeprägt haben. Oft haben mich erst Schülerfragen gezwungen, dieses oder jenes ganz klar darzustellen. Dann muss ich die Autoren zweier Bücher erwähnen, welchen ich viel zu verdanken habe: Einer von beiden, Lewis C. Epstein, ist weltweit bekannt, den anderen, Horst Melcher, kennen hingegen die wenigsten. Mir persönlich haben die beiden zusammen den Weg zu einem tieferen Verständnis bereitet.

Drei Personen haben dann den Entwurf des Buches kritisch durchgelesen und viele Korrekturen, stilistische Verbesserungen und Ergänzungen angeregt. Ich bin dafür Alfred Hepp, Hans Walser und Hans Buchmann ausserordentlich dankbar! Alfred Hepp und Jonathan Gubler haben ganz zu beginn auch viel dazu beigetragen, dass das graphische Erscheinungsbild leserfreundlicher und grosszügiger geworden ist.

Schliesslich möchte ich auch dem Kanton Thurgau respektive seinem ‘Steuersubstrat’ danken. Dieses kleine Bundesland der Schweiz, dessen natürliche Hauptstadt Konstanz wäre, hat mir mit einem Bildungsurlaub den zeitlichen Freiraum verschafft, um die angesammelten Unterlagen und Erfahrungen zu diesem Buch zu verarbeiten. Es würde mich freuen, wenn viele Kolleginnen und Kollegen zusammen mit ihren Schülerinnen und Schülern davon einen Nutzen hätten.

Für die freundliche Genehmigung der Verwendung von urheberrechtlich geschützten Bildern möchte ich der ESO und dem CERN danken. Auch die beiden Karrikaturisten Sidney Harris und Oswald Huber haben den Abdruck eines Cartoons bewilligt. Der Insight-Verlag hat den Abdruck der vielen Zeichnungen aus Epsteins Buch bewilligt, und die Hamburgischen Electricitäts-Werke (heute Vattenfall Europe AG) gestatten den Abdruck der Abbildungen auf den Seiten 90 und 91. Auch Franz Embacher erlaubt freundlicherweise die Verwendung einer Illustration zum Thirring-Lense-Effekt. Diese Illustrationen sind also keineswegs frei von Urheberrechten !! Weitere Quellen sind angefragt worden, bei denen die Antworten noch ausstehen. Etliche Bilder habe ich aber ohne Abklärung der Rechtslage aus dem Internet heruntergeladen oder sie sind mir ohne Quellenangabe von Schülerinnen zugetragen worden (so z.B. das Autostereogramm am Ende von E6). Bei den allermeisten Abbildungen ist die Quelle jedoch angegeben. Viele Abbildungen, Fotographien und Computergraphiken stammen natürlich vom Autor.



Frauenfeld, Ende März  2007                                                                                           “David Eckstein”

 

Die Version 2.0 dieses Buches profitiert sehr von den Fragen, die bei der Übersetzung ins Englische von “Samuel Edelstein” gestellt worden sind. Ich möchte ihm an dieser Stelle für seine Arbeit ganz herzlich danken!


Frauenfeld, August 2009                                                                                                 “David Eckstein”

 

Der Druck des Buches in einer Auflage von 1000 Exemplaren wurde durch die grosszügigen Spenden der folgenden Firmen, Institutionen und Privatpersonen ermöglicht:

sia Abrasives Industries, Frauenfeld
Kantonsschule Frauenfeld, Frauenfeld
Angelo Lombardi, Dr. sc. nat., Frauenfeld
Hans M. Streit, Dr. sc. nat. ETH, Frauenfeld
Stefan Casanova, dipl. nat. ETH, Frauenfeld