Рекомендованные книги для класса "Относительность для поэтов"?

Я преподаю физику в местном колледже и разработал новый курс под названием «Относительность для поэтов», который я впервые буду преподавать весной 2015 года. Как следует из названия, это нематематический генетический курс (без лаборатории). для неспециалистов по теории относительности. Я охватываю как SR, так и GR, и я также должен предоставить много базовых знаний, которые теоретически мои ученики усвоили бы, если бы они ходили в приличную среднюю школу, но на самом деле многие из них не будут знать. Например, я ожидаю, что мне придется сказать им, что свет — это волна, а белый свет — это смесь всех цветов радуги. Это не курс по решению задач, и учащимся не будет поручено никакой работы вне класса, связанной с вычислением чего-либо. У курса есть математическая предпосылка, которая представляет собой планиметрию плюс очень базовый курс алгебры (аналогичный тому, что студенты в Калифорнии должны пройти в 9-м классе). На самом деле многие учащиеся не смогут выполнять базовые математические операции, такие как метрические преобразования или дроби.

Сердцевиной любого изложения теории относительности будет тщательное и подробное изложение кинематики в СТО, и для этого я планирую использовать Такеучи (см. список книг ниже), чье рассмотрение кинематики мне очень нравится.

Что я все еще ищу, так это две или три дополнительные недорогие книги, охватывающие:

  • динамика в СР
  • общая теория относительности
  • космология
  • общий научный фон

Что касается динамики в СР, то меня не устраивает обращение Такеучи, которое мне кажется маломотивированным. Что касается ОТО, я рассматриваю Героха, но он немного суховат, не имеет связи с экспериментом и представляет определенную форму метрики, как мне кажется, слишком загадочным образом. Мне нравится изложение Хьюиттом ОТО, космологии и общего научного фона, но я не могу просить их купить такую ​​дорогую книгу, если она будет лишь небольшой частью курса.

Когда я преподаю курсы для специалистов по естественным наукам, я назначаю главы из Гарднера в качестве дополнительного (обязательного) чтения, и мои студенты всегда добровольно заявляли, что их интересно читать. Однако он чрезвычайно устарел и неточен в отношении космологии и тестов относительности, и в нем используется релятивистская масса, а это болезнь, которую я бы не хотел передавать будущим поколениям.

Мне нравятся Уилл и Вайнберг, но они оба сильно устарели, и оба содержат много материала, который я бы на самом деле не освещал. Я запросил обзорную копию Стина, и хотя мне в ней нравятся некоторые вещи, я чувствовал, что она была неорганизованной и что текст был слишком полон вычислений, из которых большинство читателей на этом уровне не смогли бы абстрагироваться от соответствующих моментов. .

Чтобы настроить курс таким образом, чтобы он был переведен в четырехлетние школы в нашем штате (Калифорния), мне нужно было показать, что в системе Калифорнийского университета или Калифорнийского университета предлагается что-то хотя бы в чем-то похожее. Это было сложно, так как таких курсов мало (на самом деле я был очень удивлен, что это было сформулировано обеими системами), но в Калифорнийском университете в Риверсайде есть физика 7: пространство-время, теория относительности и космология. UCR использует Drakos, о котором мне не удалось узнать; это может быть распродано, или это могут быть неопубликованные заметки преподавателя.

Может ли кто-нибудь предложить книги для этого типа курса, которые охватили бы некоторые области, в которых у меня есть пробелы? Я надеюсь, что общая стоимость всех книг не превысит 100 долларов , а лучше 60-80 долларов . Я бы подумал о повышении цены, если бы была книга, которая была бы чрезвычайно убедительной и идеально соответствовала бы моим потребностям.

книги, упомянутые выше

  • Дракос, От античности до Эйнштейна
  • Гарднер, Относительность простое объяснение
  • Герох, Общая теория относительности от А до Б
  • Хьюитт, Концептуальная физика
  • Стин, Удивительный мир относительности
  • Такеучи, Иллюстрированное руководство по теории относительности
  • Вайнберг, Первые три минуты
  • Уилл, был ли Эйнштейн прав?
amazon.com/Geometry-Relativity-Fourth-Dimension-Mathematics/dp/… , хорошо, добавлены свифтовский юмор и философия
плюс несколько фейнмановских лекций по теории относительности
@NikosM.: Рукер выглядит интересно. Я проверю это. Но лекции Фейнмана, по моему мнению, совершенно не подходят для этого курса. Это студенты муниципальных колледжей, специализирующиеся в области бизнеса, музыки и т. д.
да, флатландцы (и продолжение) блестящие имхо
Я не знаком с американской системой, чего вы ожидаете от 9-го класса? Например, вы ожидаете, что они будут знакомы с тригонометрией, полиномами и матрицами? А как насчет евклидовой геометрии, как в синтетическом, так и в координатном (декартовом) подходе? Я предполагаю, что даже базовое исчисление не так? Прежде чем дать сквозной ответ, я бы сказал, что кажется, что вы могли бы построить курс, основанный на базовой геометрии, например, показать, что парадокс близнецов - это просто теорема Пифагора (фактически треугольное неравенство) с неправильным знаком и тому подобное.
@cesaruliana: в соответствии с предварительным условием они должны знать геометрию плоскости, многочлены и декартову плоскость, но не тригонометрию, матрицы или исчисление. На самом деле многие из них не будут знать элементарной арифметики. Если я использую тот факт, что ( 1 / 4 ) × ( 1 / 2 ) "=" 1 / 8 , я гарантирую вам, что некоторые из них не поймут почему, пока я не нарисую кусочки пирога.
@Rob Jeffries: мне понравился твой ответ, который ты удалил. Я заказал копию книги и хотел бы услышать больше о вашем опыте с ней.
@BenCrowell: Хм, я думаю, я думал, что это может сработать, но я думаю, что вы знаете больше, чем я. Однако мне интересно, могут ли « Основы» Грега Игана (без книги, только на веб-сайте) быть больше похожими на то, что вы' ищу.
если я могу добавить (из другого комментария), наличие необходимого математического фона и концепций, безусловно, сделает язык GR доступным и управляемым. НО главное в GR это физика. ПОЧЕМУ для формулирования гравитации или систем отсчета понадобилась бы такая вещь, как ОТО, ПОЧЕМУ не только гравитация Ньютона? КАКУЮ физическую проблему пыталась решить ОТО, используя (математическую) формулировку, известную как тензорный анализ и римановы многообразия? На них НЕ отвечает (просто) математика (НО они, безусловно, помогают сформулировать и понять ответ)
Вышла новая книга Джерри Острикера: « Сердце тьмы: разгадка тайн невидимой вселенной» . У меня его нет, но выглядит интересно.
@ Бен Кроуэлл Мой ответ вернулся. Я использовал эту книгу дважды, чтобы проводить вечерние занятия для масс (примерно 30 человек каждый раз, не студенты). Это пушисто, но достаточно глубоко, чтобы заставить людей задуматься. У меня сложилось впечатление, что классу это очень понравилось. Вы можете прочитать все это за пару часов и подумать , что поняли. Я провел большую часть занятий, усиливая и иллюстрируя точки, заполняя несколько пробелов и добавляя текстуру (в основном из астрофизики). Много мысленных экспериментов, Пифагора и пространственно-временных диаграмм.

Ответы (3)

Я создал этот сайт в начале 2014 года:

SpecialRelativity.net

Сайт был создан специально для людей, которые не увлекаются математикой.

Я использовал: «Относительность: очень краткое введение»; Рассел Станнард, OUP, преподавать теорию относительности (заинтересованным) представителям широкой публики с некоторым успехом.

http://ukcatalogue.oup.com/product/9780199236220.do

Она действительно очень короткая — всего 128 страниц, но охватывает основные идеи как специальной, так и общей теории относительности. Я нахожу объяснения очень понятными. Конечно, ему не хватает ВСЕЙ математической строгости - есть немного геометрии, очевидно, Пифагора, много мысленных экспериментов; очень мало по космологии.

Я прошел это за 2 часа на главу - всего около 8 вечерних занятий. Может быть, немного неубедительно для того, что вам нужно, но это весело и действительно не пугает.

О, и еще одно важное преимущество - это дешево! Всего 8 фунтов в Великобритании.

Вот оглавление.

1: Специальная теория относительности

Принцип относительности и скорость света

замедление времени

Парадокс близнецов

Сокращение длины

Потеря одновременности

Диаграммы пространства-времени

Четырехмерное пространство-время

Максимальная скорость

Е=мс2

2: Общая теория относительности

Принцип эквивалентности

Влияние на время ускорения и гравитации

Изгиб света

Искривленное пространство

Черные дыры

Гравитационные волны

Вселенная

дальнейшее чтение

Индекс

Я незаконно получил копию Stannard, и, похоже, она достаточно хорошо подходит для моих целей, поэтому я думаю, что буду использовать ее в качестве одного из необходимых текстов. В нем есть две вещи, которых не хватает Такеучи: контакт с экспериментом и освещение ОТО и космологии. Обработка специальной релятивистской кинематики устарела, ИМО, но это нормально, потому что для этой цели мне нравится Такеучи. Меня не устраивает трактовка динамики в СТО в обеих книгах, но я думаю, что могу восполнить это.
@ Бен Кроуэлл Я помню, что мне пришлось немного рассказать об эквивалентности массы и энергии.

я хотел бы дать другой ответ (несмотря на мои комментарии сверху или дополняющие их)

я бы предложил использовать исторический отчет об эволюции концепций и идей/методов в физике от ньютоновской механики к релятивистской механике, включая возникающие конкретные проблемы (это дает две вещи: 1. точку зрения на методы и концепции, а также 2. практические примеры из реальной жизни, которые послужили толчком к этим разработкам).

Возникли различные альтернативы (почему они потерпели неудачу) и почему специальная теория относительности преуспела в этом отношении.

Затем разработайте концепции замедления времени/сокращения длины (и как они будут связаны с такими экспериментами, как Майкельсон-Морли и эфир). Инерциальные системы отсчета, световые пути, световые конусы, прошлое и будущее. Причинность в специальной теории относительности.

Затем продолжение Общей теории относительности, три решающих теста ОТО (возможно, также выполнение некоторых расчетов или их приближений или даже краткого изложения расчетов).

Связь ОТО с космологией (упомяните некоторые парадоксы, такие как парадоксы близнецов и то, как они разрешаются с помощью неинерциальных систем отсчета).

Его концептуальная (и математическая) структура и то, в чем она соответствует (или не согласуется) с современной физикой (может быть, упомянуть проблему времени в квантовой гравитации?)

Это разъясняет как физику, так и математическую основу (или эквивалентную).

Рекомендуемые книги:

http://en.wikipedia.org/wiki/The_Evolution_of_Physics (Эйнштейн, Инфельд) (ни одного уравнения самого создателя и его сотрудника)

http://www.goodreads.com/book/show/15852.Относительность

http://www.amazon.com/Geometry-Relativity-Fourth-Dimension-Mathematics/dp/0486234002

http://www.goodreads.com/book/show/571211.The_Meaning_of_Relativity

http://www.goodreads.com/book/show/53524.The_Principle_of_Relativity

Некоторые ссылки:

http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_special_relativity

http://pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/origins/index.html

http://www.ihes.fr/~vanhove/Slides/renn-IHES-mars2013.pdf

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsHistory/page2.php

http://zandra.phys.yorku.ca/menary/courses/phys2040/misc/relativity.pdf

http://arxiv.org/abs/physics/0408077

https://archive.org/details/historyoftheorie00whitrich

http://henripoincarepapers.univ-lorraine.fr/walter/papers/breaking2007.pdf

http://philsci-archive.pitt.edu/2567/