This book continues the fundamental work of Arnold Sommerfeld and David Hestenes formulating theoretical physics in terms of Minkowski space-time geometry. We see how the standard matrix version of the Dirac equation can be reformulated in terms of a real space-time algebra, thus revealing a geometric meaning for the “number i” in quantum mechanics. Next, it is examined in some detail how electroweak theory can be integrated into the Dirac theory and this way interpreted in terms of space-time geometry. Finally, some implications for quantum electrodynamics are considered. The presentation of real quantum electromagnetism is expressed in an addendum. The book covers both the use of the complex and the real languages and allows the reader acquainted with the first language to make a step by step translation to the second one.
This book provides an original introduction to the geometry of Minkowski space-time. A hundred years after the space-time formulation of special relativity by Hermann Minkowski, it is shown that the kinematical consequences of special relativity are merely a manifestation of space-time geometry. The book is written with the intention of providing students (and teachers) of the first years of University courses with a tool which is easy to be applied and allows the solution of any problem of relativistic kinematics at the same time. The book treats in a rigorous way, but using a non-sophisticated mathematics, the Kinematics of Special Relativity. As an example, the famous "Twin Paradox" is completely solved for all kinds of motions. The novelty of the presentation in this book consists in the extensive use of hyperbolic numbers, the simplest extension of complex numbers, for a complete formalization of the kinematics in the Minkowski space-time. Moreover, from this formalization the understanding of gravity comes as a manifestation of curvature of space-time, suggesting new research fields.
From the reviews: "This attractive book provides an account of the theory of special relativity from a geometrical viewpoint, explaining the unification and insights that are given by such a treatment. [...] Can be read with profit by all who have taken a first course in relativity physics." ASLIB Book Guide
This mathematically rigorous treatment examines Zeeman's characterization of the causal automorphisms of Minkowski spacetime and the Penrose theorem concerning the apparent shape of a relativistically moving sphere. Other topics include the construction of a geometric theory of the electromagnetic field; an in-depth introduction to the theory of spinors; and a classification of electromagnetic fields in both tensor and spinor form. Appendixes introduce a topology for Minkowski spacetime and discuss Dirac's famous "Scissors Problem." Appropriate for graduate-level courses, this text presumes only a knowledge of linear algebra and elementary point-set topology. 1992 edition. 43 figures.
This book provides a largely self-contained and broadly accessible exposition on two cosmological applications of algebraic quantum field theory (QFT) in curved spacetime: a fundamental analysis of the cosmological evolution according to the Standard Model of Cosmology; and a fundamental study of the perturbations in inflation. The two central sections of the book dealing with these applications are preceded by sections providing a pedagogical introduction to the subject. Introductory material on the construction of linear QFTs on general curved spacetimes with and without gauge symmetry in the algebraic approach, physically meaningful quantum states on general curved spacetimes, and the backreaction of quantum fields in curved spacetimes via the semiclassical Einstein equation is also given. The reader should have a basic understanding of General Relativity and QFT on Minkowski spacetime, but no background in QFT on curved spacetimes or the algebraic approach to QFT is required.
In this concise primer it is shown that, with simple diagrams, the phenomena of time dilatation, length contraction and Lorentz transformations can be deduced from the fact that in a vacuum one cannot distinguish physically straight and uniform motion from rest, and that the speed of light does not depend on the speed of either the source or the observer. The text proceeds to derive the important results of relativistic physics and to resolve its apparent paradoxes. A short introduction into the covariant formulation of electrodynamics is also given. This publication addresses, in particular, students of physics and mathematics in their final undergraduate year.
This monograph investigates the development of human spatial knowledge by analyzing its elementary structures and studying how it is further shaped by various societal conditions. By taking a thoroughly historical perspective on knowledge and integrating results from various disciplines, this work throws new light on long-standing problems in epistemology such as the relation between experience and preformed structures of cognition. What do the orientation of apes and the theory of relativity have to do with each other? Readers will learn how different forms of spatial thinking are related in a long-term history of knowledge. Scientific concepts of space such as Newton’s absolute space or Einstein’s curved spacetime are shown to be rooted in pre-scientific structures of knowledge, while at the same time enabling the integration of an ever expanding corpus of experiential knowledge. This work addresses all readers interested in questions of epistemology, in particular philosophers and historians of science. It integrates forms of spatial knowledge from disciplines including anthropology, developmental psychology and cognitive sciences, amongst others.
This book presents the Projective approach to de Sitter Relativity. It traces the development of renewed interest in models of the universe at constant positive curvature such as "vacuum" geometry. The De Sitter Theory of Relativity, formulated in 1917 with Willem De Sitter's solution of the Einstein equations, was used in different fields during the 1950s and 1960s, in the work of H. Bacry, J.M. LevyLeblond and F.Gursey, to name some important contributors. From the 1960s to 1980s, L. Fantappié and G. Arcidiacono provided an elegant group approach to the De Sitter universe putting the basis for special and general projective relativity. Today such suggestions flow into a unitary scenario, and this way the De Sitter Relativity is no more a "missing opportunity" (F. Dyson, 1972), but has a central role in theoretical physics. In this volume a systematic presentation is given of the De Sitter Projective relativity, with the recent developments in projective general relativity and quantum cosmology.
Dieses Lehrbuch bietet dem Leser eine aktuelle Einführung in das Lösen von physikalischen Problemen mit dem Computer. Es werden die Grundlagen der Computernutzung, der Programmierung sowie der wichtigsten numerischen Methoden besprochen und anhand vieler Beispiele und Übungsaufgaben mit zunehmendem Bezug zur Physik verdeutlicht. Die Nutzung des Betriebssystems Linux und die Programmierung in C und Python bilden dabei den Schwerpunkt. Der wichtigste Teil des Buches sind die Projekte, in denen die zuvor besprochenen Grundlagen auf unterschiedliche Probleme der Physik angewendet werden. Die Projekte umfassen viele wichtige Beispiele aus der Computerphysik (u.a. den Oszillator und Anfangswertprobleme) und diskutieren deren Anwendungen im Detail. Der Leser erhält damit das nötige Rüstzeug, um selbstständig physikalische Probleme mit Hilfe des Computers zu lösen. Zahlreiche Übungsaufgaben helfen dabei.
In der Quantentheorie werden Observable durch Operatoren im Hilbert-Raum dargestellt. Der dafür geeignete mathematische Rahmen sind die Cx - Algebren, welche Matrizen und komplexe Funktionen verallgemeinern. Allerdings benötigt man in der Physik auch unbeschränkte Operatoren, deren Problematik eigens untersucht werden muß. Dementsprechend werden zunächst mathematische Fragen studiert und dann die Methoden auf atomare Systeme angewandt. Obgleich man außer dem Wasserstoffatom kaum explizit lösbare Probleme findet, lassen sich nicht nur allgemeine qualitative Fragen, etwa bezüglich des Energiespektrums und Streuverhaltens, beantworten, sondern auch quantitativ kann man auch für kompliziertere Systeme für meßbare Größen Schranken teils befriedigender Genauigkeit finden. Inhaltsverzeichnis: Einleitung: Die Struktur der Quantentheorie; Größenordnungen atomarer Systeme.- Die mathematische Formulierung der Quantenmechanik: Lineare Räume; Algebren; Darstellungen im Hilbertraum; Einparametrige Gruppen; Unbeschränkte Operatoren und quadratische Formen.- Quantendynamik: Das Weyl-System; Der Drehimpuls; Die Zeitentwicklung; Der Limes t ; Störungstheorie; Stationäre Streutheorie.- Atomare Systeme: Das Wasserstoffatom; Das H-Atom in äußeren Feldern; Heliumartige Atome; Streuung am einfachen Atom; Komplexe Atome; Kernbewegung und einfache Moleküle.
Der Weg zur Wirklichkeit ist eine Kurzübersetzung des Penrose-Klassikers "The Road to Reality", die aus dem Monumentalwerk für Physik- und Mathematikexperten die allgemeinverständlichen Kapitel für interessierte Laien lesbar macht. Wer ein Faible für die Grundfragen der Wissenschaft, einen Blick für Geometrie, einen Sinn für Zahlen und Neugier für kosmologische Theorien hat, findet in diesem klar und kompetent geschriebenen Buch überraschende und provozierende Ideen. Schulmathematik wie die Bruchrechnung oder der berühmte Pythagorassatz lassen sich auf dem Weg zur Wirklichkeit völlig neu entdecken - im Spannungsfeld zwischen platonischer Mathematik, physikalischer Welt und menschlichem Bewusstsein.
Buch und DVD bieten ein interaktives Lernsystem für die Visualisierung von Signalen und Prozessen sowie für die grafische Programmierung signaltechnischer Systeme. Etwa 250 vorprogrammierte Systeme und Folienentwürfe sind in das elektronische Dokument eingebettet. Mit der Software DASYLab können Applikationen entwickelt, modifiziert und optimiert werden. Die 6. Auflage bietet ein zusätzliches Kapitel zur mathematischen Modellierung, außerdem wurde sie an die aktuelle Version 11 von DASYLab angepasst und ist nun auch mit Windows 7 kompatibel.
Das Riemannsche Integral lernen schon die Schüler kennen, die Theorien der reellen und der komplexen Funktionen bauen auf wichtigen Begriffsbildungen und Sätzen Riemanns auf, die Riemannsche Geometrie ist für Einsteins Gravitationstheorie und ihre Erweiterungen unentbehrlich, und in der Zahlentheorie ist die berühmte Riemannsche Vermutung noch immer offen. Riemann und sein um fünf Jahre jüngerer Freund Richard Dedekind sahen sich als Schüler von Gauss und Dirichlet. Um die Mitte des 19. Jahrhunderts leiteten sie den Übergang zur "modernen Mathematik" ein, der eine in Analysis und Geometrie, der andere in der Algebra mit der Hinwendung zu Mengen und Strukturen. Dieses Buch ist der erste Versuch, Riemanns wissenschaftliches Werk unter einem einheitlichen Gesichtspunkt zusammenzufassend darzustellen. Riemann gilt als einer der Philosophen unter den Mathematikern. Er stellte das Denken in Begriffen neben die zuvor vorherrschende algorithmische Auffassung von der Mathematik, welche die Gegenstände der Untersuchung, in Formeln und Figuren, in Termumformungen und regelhaften Konstruktionen als die allein legitimen Methoden sah. David Hilbert hat als Riemanns Grundsatz herausgestellt, die Beweise nicht durch Rechnung, sondern lediglich durch Gedanken zu zwingen. Hermann Weyl sah als das Prinzip Riemanns in Mathematik und Physik, "die Welt als das erkenntnistheoretische Motiv..., die Welt aus ihrem Verhalten im un- endlich kleinen zu verstehen."

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