Theoretische Physik kompakt für das Lehramt (German Edition)

**Vom Konkreten zum Abstrakten** Diese knappe Darstellung der Theoretischen Physik hat gegenüber mehrbändigen Werken den Vorteil, dass die tiefen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Gebieten leichter erfasst werden können. Die Themenauswahl hebt die vielen Interrelationen physikalischer als auch mathematischer Art hervor. Neben der Betonung der übergreifenden Prinzipien werden die wichtigsten und tiefsinnigsten Ergebnisse der neueren theoreti-schen Physik dargestellt. Dazu gehören in der Elektrodynamik unter anderem Wellenlösungen und Strahlungsprobleme, in der Quantentheorie die Trennung von Zustand und Observablen, Spin und allgemeine Zwei-Zustandssysteme, Kohärenz und Dekohärenz sowie die Verschränkung und die Bellschen Ungleichungen. Das Studium der Physik erfolgt vom Konkreten zum Abstrakten. In diesem Sinne baut dieses Lehrbuch auf den modernen Grundvorlesungen Physik und den zugehörigen mathematischen Begleitkursen auf. Mathematische Methoden werden stets anschaulich und auf die behandelten physikalischen Themen hin orientiert behandelt. Das Buch richtet sich an Studierende der Physik (besonders Lehramt), aber auch Lehrer/innen an höheren Schulen. Kompaktes Lehrbuch der theoretischen Physik. Vorwort und Einführung Newtonsche Mechanik Kinematik Der reelle Vektorraum R n Euklidische Struktur Bewegung eines Massenpunktes Newtonsche Gesetze Arbeit und Energie Zweikörpersystem Systeme von mehreren Massenpunkten Prinzipien der Mechanik Einführung Zwangsbedingungen Das Prinzip der virtuellen Arbeit Statik (Systeme im Gleichgewicht) Das d'Alembertsche Prinzip (Dynamik) Variation einer Funktion Das Hamiltonsche Prinzip Anhang: Das totale Differential Die Lagrangeschen Bewegungsgleichungen Die Lagrangeschen Gleichungen Forminvarianz der Lagrangeschen Gleichungen Beispiele Verallgemeinerte Potentiale Lagrangesche Gleichungen und allgemeine Zwangsbedingungen Symmetrien und Erhaltungssätze Verallgemeinerte Impulse Zyklische Koordinaten Noether-Theorem Impulserhaltung Drehimpulserhaltung Hamilton-Funktion Hamiltonsche Mechanik Legendre-Transformation Die Hamiltonschen Gleichungen Der Phasenraum Das Prinzip der kleinsten Wirkung im Phasenraum Liouvillesches Theorem Die Poissonschen Klammern Kanonische Transformationen Punkt- und kanonische Transformationen Kanonische Transformationen und Poisson-Klammern Infinitesimale kanonische Transformationen Hamilton-Jacobi-Gleichung Drehungen Drehmatrix Infinitesimale Drehungen Drehgruppe Drehungen und Observable Tensoren Tensoralgebra Rotierende Koordinatensysteme Ein Beispiel Winkelgeschwindigkeit Geschwindigkeit im rotierenden Koordinatensystem Bewegungsgleichung im rotierenden Koordinatensystem Das Foucaultsche Pendel Euler-Winkel Dynamik starrer Körper Starre Körper Trägheitstensor Die Eulerschen Kreiselgleichungen Der kräftefreie Kreisel Relativitätstheorie Postulate Einfache Lorentz-Transformation Intervalle, 4-Abstände Transformation der Geschwindigkeiten 4-Vektoren Homogene Lorentz-Transformation Infinitesimale Lorentz-Transformationen 4-Tensoren Kovarianz der Naturgesetze Lorentzkovariante Kinematik eines Massenpunktes Kovariantes Wirkungsprinzip Streuung von Teilchen Maxwell-Gleichungen Relativistische Dynamik Transformationsverhalten von und Der elektromagnetische Feldtensor 4-Potentiale Homogene Maxwell-Gleichungen Die inhomogenen Maxwell-Gleichungen Eichtransformationen Differentialgleichungen für die Potentiale Poyntingsches Theorem Das Ohmschen Gesetz Lagrangesche Formulierung Elektrostatik Das elektrostatische Feld Das Coulombsche Gesetz Die Green-Funktion Multipolentwicklung in der Elektrostatik Der Energie-Impuls-Tensor Der Energie-Impuls-Tensor des elektromagnetischen Feldes Stromdichte von bewegten Punktladungen Energie-Impuls-Tensor eines geladenen Teilchens Drehimpulserhaltung Noether-Theorem für Felder Elektromagnetische Strahlung Green-Funktionen, Retardierte Potentiale Multipolentwicklung der retardierten Potentiale Elektrische Dipolstrahlung E1 Lineare Antennen Strahlung einer bewegten Punktladung Liénard-Wiechertsche Potentiale Liénard-Wiechert-Felder Strahlung im Ruhsystem (zur Zeit 0) Allgemeinere Beispiele Maxwell-Gleichungen in Materie Mittelung Mikroskopisches Modell Ebene Elektromagnetische Wellen Die Wellengleichung Polarisation Brechung und Reflexion Die Fresnelschen Formeln Allgemeine Relativitätstheorie Gravitation in der klassischen Mechanik Allgemeine Koordinatentransformationen Die kovariante Ableitung Der Krümmungstensor Geodäten Die Einstein-Gleichungen Die Schwarzschild-Lösung Komplexe Vektorräume Vektoren Der komplexe Vektorraum bold0mu mumu C NC Ncmyk 0 0 0 0C NC NC NC N Skalarprodukt Basis Lineare Operatoren Inverser Operator Der adjungierte Operator Unitäre Operatoren Eigenwerte und Eigenvektoren Erwartungswert Operatoridentitäten Die Spur eines Operators Produktraum Der Hilbertsche Funktionenraum L2 Vollständigkeit in L2 Konvergenz Lineare Operatoren im Hilbertschen Funktionenraum Nicht-Normierbare Basen Grundlagen der Quantenmechanik Zustände und Observable in der klassischen Mechanik Postulate der Quantenmechanik Dynamik Heisenberg-Bild Schrödinger-Bild Energie-Eigenzustände Quantentheorie des Spins Das Stern-Gerlach Experiment Der zweidimensionale Zustandsraum C2 Spin-Operatoren Spinpräzession Allgemeinere Zwei-Zustandssysteme Photonen Quanteninformation und Verschränkung Qubits Verschränkung Die Bellsche Ungleichung Der harmonische Oszillator Energieeigenwerte Zeitliche Entwicklung Kohärente Zustände Orts- und Impulsdarstellung Der Ortsoperator Translationen und der Impulsoperator Der Hamilton-Differentialoperator Beispiel: Der harmonische Oszillator Beispiel: Bahndrehimpuls Beispiel: Starrer Rotator Impulsraum Anhang: Polynommethode für den Harmonischen Oszillator Der Dichteoperator Der Dichteoperator für reine Zustände Der Dichte-Operator für statistische Gemische Dichtematrix für Spin-12-Systeme Eigenschaften der allgemeinen Dichtematrix Die Dichtematrix in der Ortsdarstellung Zeitliche Entwicklung eines gemischten Ensembles Dichte-Operator für Teilsysteme Von Neumansches Messpostulat Dekohärenz Die Feynmansche Quantenmechanik Der Propagator Symmetrien in der Quantenmechanik Das Wignersche Theorem Unitäre Transformationen Symmetrie Drehungen in der klassischen Mechanik Drehungen in der Quantenmechanik Observable und Drehungen Drehimpuls-Vertauschungsrelationen Endliche Drehungen Darstellungen von Spin-12-Systemen Neutronen-Interferenz Drehinvarianz und Drehimpulserhaltung Eigenwertproblem von Drehimpulsoperatoren Drehimpuls-Eigenvektoren Leiteroperatoren Eigenwerte von J2 und Jz Bestimmung des Normierungsfaktors Matrixdarstellung des Drehoperators Drehmatrix und Euler-Winkel Entartungen Ganzzahlige und Halbzahlige j Addition von Drehimpulsen Produktraum Spin-Bahn-Kopplung Clebsch-Gordan-Koeffizienten Zwei Spin-12-Systeme Bahndrehimpuls in der Ortsdarstellung Bahndrehimpuls Drehimpuls-Eigenfunktionen Bestimmung der Ylm( ,) Das Wasserstoffatom Zentralpotentiale Das Wasserstoff-Atom Diskrete Symmetrien Raumspiegelungen, Parität Zeitumkehr Zeitunabhängige Störungstheorie Nicht-Entarteter Fall Entartung Feinstruktur des Wasserstoffatoms Spin-Bahn-Kopplung Relativistische Korrektur Darwin-Term Identische Teilchen Permutationssymmetrie Das Heliumatom Quanten-Statistische Mechanik Einführung Entropie Stationäre Ensembles Systeme von nicht-wechselwirkenden Teilchen Quantenfelder Felder und Teilchen Quantisierung von Feldern Beobachtbarkeit, Realität und Vollständigkeit in der Quantentheorie Literatur Index Vom Konkreten zum Abstrakten

Diese knappe Darstellung der Theoretischen Physik hat gegenüber mehrbändigen Werken den Vorteil, dass die tiefen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Gebieten leichter erfasst werden können. Die Themenauswahl hebt die vielen Interrelationen physikalischer als auch mathematischer Art hervor.
Neben der Betonung der übergreifenden Prinzipien werden die wichtigsten und tiefsinnigsten Ergebnisse der neueren theoreti-schen Physik dargestellt. Dazu gehören in der Elektrodynamik unter anderem Wellenlösungen und Strahlungsprobleme, in der Quantentheorie die Trennung von Zustand und Observablen, Spin und allgemeine Zwei-Zustandssysteme, Kohärenz und Dekohärenz sowie die Verschränkung und die Bellschen Ungleichungen.
Das Studium der Physik erfolgt vom Konkreten zum Abstrakten. In diesem Sinne baut dieses Lehrbuch auf den modernen Grundvorlesungen Physik und den zugehörigen mathematischen Begleitkursen auf.
Mathematische Methoden werden stets anschaulich und auf die behandelten physikalischen Themen hin orientiert behandelt.

Das Buch richtet sich an Studierende der Physik (besonders Lehramt), aber auch Lehrer/innen an höheren Schulen. Kompaktes Lehrbuch der theoretischen Physik. Dieses Buch stellt den Kern der Theoretischen Physik so knapp dar, dass die Themen etwa den Stoff einer zweisemestrigen Vorlesung für das Lehramt an höheren Schulen bilden oder den Lehrern und Lehrerinnen, die bereits an höheren Schulen unterrichten, vom Umfang her als Lesestoff zugemutet werden können. Die knappe Darstellung hat gegenüber den mehrbändigen Werken den Vorteil, dass die tiefen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Gebieten leichter erfasst werden können. Bei der Auswahl der Themen werden daher die vielen Interrelationen, sowohl physika