The Hong Kong University of Science and Technology

Moderne Physik verstehen I: Relativitätstheorie und Kosmologie

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Moderne Physik verstehen I: Relativitätstheorie und Kosmologie

Yi Wang

Dozent: Yi Wang

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Empfohlene Erfahrung

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Was Sie lernen werden

  • Beschreiben Sie die wichtigsten konzeptionellen Wandlungen in der Physik des 20. Jahrhunderts und zeigen Sie auf, wo klassische Annahmen versagen

  • Wende die Postulate der speziellen Relativitätstheorie an, um die Zeitdilatation für einfache Szenarien abzuleiten und zu berechnen

  • Erläutern Sie anhand von Gedankenexperimenten, warum die absolute Zeit mit der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit unvereinbar ist.

  • Untersuche die Krümmung der Raumzeit und ihren Zusammenhang mit der Entstehung der Schwerkraft

Kompetenzen, die Sie erwerben

  • Kategorie: Angewandte Mathematik
  • Kategorie: Physik
  • Kategorie: Mechanik
  • Kategorie: Mathematische Modellierung
  • Kategorie: Systeme der Messung
  • Kategorie: Naturwissenschaft
  • Kategorie: Wissenschaftliche Visualisierung
  • Kategorie: Allgemeine Wissenschaft und Forschung

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6 Aufgaben

Unterrichtet in Englisch
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In diesem Kurs gibt es 5 Module

In diesem Modul beschreiben die Lernenden die Schlüsselideen, die den Anstoß zur modernen Physik gaben, und erklären, warum klassische Vorstellungen von absoluter Zeit revidiert werden müssen. Die Lernenden wenden die Postulate der speziellen Relativitätstheorie an, um anhand einfacher Gedankenexperimente wie der Lichtuhr die Zeitdilatation abzuleiten. Am Ende dieses Moduls sind die Lernenden in der Lage, die Zeitdilatation in einfachen Szenarien zu berechnen und zu erklären, wie verschiedene Inertialbeobachter berechtigterweise unterschiedliche Zeitintervalle messen können.

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14 Videos1 Lektüre2 Aufgaben

In diesem Modul leiten die Lernenden die Längenkontraktion her und erklären, wie Entfernungsmessungen von der Bewegung des Beobachters abhängen. Die Lernenden analysieren die Relativität der Gleichzeitigkeit und nutzen Raum-Zeit-Diagramme, um über „gleiche Zeit“, kausale Reihenfolge und gängige Relativitätsparadoxa zu argumentieren. Am Ende dieses Moduls sind die Lernenden in der Lage, Lorentz-Transformationen zu nutzen, um Ereigniskoordinaten zwischen Inertialsystemen umzurechnen und zu bestimmen, wie sich Zeit-, Positions- und Geschwindigkeitsmessungen zwischen Beobachtern ändern.

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17 Videos1 Aufgabe

In diesem Modul werden die Lernenden die spezielle Relativitätstheorie anhand der Raumzeitgeometrie interpretieren, indem sie das invariante Intervall nutzen, um zu ermitteln, worüber sich alle Inertialbeobachter einig sind. Die Lernenden erklären, warum klassische Definitionen von Impuls und Energie bei hohen Geschwindigkeiten nicht mehr gelten, und wenden relativistische Formeln an, um Erhaltungssätze zu lösen. Am Ende dieses Moduls sind die Lernenden in der Lage, die relativistische Dynamik mit der Raumzeitstruktur in Verbindung zu bringen und relativistischen Impuls und relativistische Energie in einführenden Anwendungsbeispielen zu berechnen.

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15 Videos1 Aufgabe

In diesem Modul erklären die Lernenden die Schwerkraft als Folge der Krümmung der Raumzeit und nutzen das Äquivalenzprinzip, um Gravitationswirkungen mit Beschleunigung und freiem Fall in Verbindung zu bringen. Die Lernenden leiten die gravitative Zeitdilatation ab, interpretieren sie und sagen Phänomene wie Lichtbeugung und Gravitationslinsen voraus. Am Ende dieses Moduls sind die Lernenden in der Lage, zu erklären, wie die allgemeine Relativitätstheorie zu Schwarzen Löchern und Gravitationswellen führt, und die beobachtbaren Anzeichen dieser Effekte zu beschreiben.

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12 Videos1 Aufgabe

In diesem Modul wenden die Lernenden grundlegende Annahmen zu Gravitation und Symmetrie an, um ein expandierendes Universum zu modellieren, und stellen mithilfe des Hubble-Gesetzes einen Zusammenhang zwischen Beobachtungen und der kosmischen Expansion her. Die Lernenden leiten ab, wie sich der Inhalt des Universums im Laufe der Zeit verändert, und setzen die thermische Entwicklung des Universums in Beziehung zu zentralen physikalischen Prozessen bei unterschiedlichen Temperaturen. Am Ende dieses Moduls sind die Lernenden in der Lage, anhand einfacher kosmologischer Gleichungen Rückschlüsse auf die Entwicklung des Universums zu ziehen und zu erklären, warum die Inflation das Horizontproblem löst.

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8 Videos1 Aufgabe

Dozent

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Yi Wang
The Hong Kong University of Science and Technology
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Warum entscheiden sich Menschen für Coursera für ihre Karriere?

Felipe M.

Lernender seit 2018
„Es ist eine großartige Erfahrung, in meinem eigenen Tempo zu lernen. Ich kann lernen, wenn ich Zeit und Nerven dazu habe.“

Jennifer J.

Lernender seit 2020
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Larry W.

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Chaitanya A.

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OB

Geprüft am 20. Feb. 2023

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Geprüft am 20. Mai 2022

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Geprüft am 14. Jan. 2022

Häufig gestellte Fragen