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Dieses Lehrbuch bietet eine elementare Einführung in die Formulierung von physikalischen Modellen mithilfe des Lagrange-Formalismus und des Hamilton-Formalismus. Es schafft die Grundlagen für das Studium der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie und damit für die Physik der Elementarteilchen und der Vielteilchensysteme.
Im ersten Teil dieses Lehrbuchs werden Konzepte der Variationsrechnung vermittelt und der kanonische Formalismus anhand der Mechanik klassischer Teilchen entwickelt. Darauf aufbauend wird im zweiten Teil der Übergang zu unendlich vielen physikalischen Freiheitsgraden vorgenommen und die Verwendung des kanonischen Formalismus für klassische Feldtheorien erklärt. Als Beispiel werden die Maxwell-Gleichungen der klassischen Elektrodynamik in die elegante Sprache des kanonischen Formalismus transformiert. Im abschließenden dritten Teil wird eine Einführung in den Tensorbegriff geboten und demonstriert, wie sich mithilfe von Tensoren die Prinzipien der Speziellen Relativitätstheorie systematisch mit dem kanonischen Formalismus verbinden lassen.
Dieses Lehrbuch eignet sich als studienbegleitende Lektüre im Bachelorstudiengang Physik für Vorlesungen der Theoretischen Physik, insbesondere nach dem ersten Studienjahr.
Inhaltsverzeichnis
Teil I: Teilchen.- Variationsrechnung.- Hamilton'sches Prinzip.- Anwendungen des Lagrange-Formalismus.- Symmetrien und Erhaltungssätze.- Hamilton-Formalismus.- Poisson-Klammern.- Teil II: Felder.- Kleine Schwingungen.- Lineare Kette.- Kanonischer Formalismus für Felder.- Maxwell-Feld.- Teil III: Kovarianz.- Von Vektoren zu Tensoren.- Tensoren in der Speziellen Relativitätstheorie.- Kovarianz im Lagrange-Formalismus.- Kovariante Elektrodynamik.- Relativistische Teilchen.
Über den Autor / die Autorin
Robin Santra studierte Physik und promovierte an der Universität Heidelberg. Nach Postdoc-Aufenthalten an der University of Colorado in Boulder und an der Harvard University wurde er 2005 Wissenschaftler am Argonne National Laboratory und 2008 zusätzlich Professor an der University of Chicago. Seit 2010 ist Robin Santra Professor für Theoretische Physik an der Universität Hamburg und Leitender Wissenschaftler am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY. In seiner Forschung beschäftigt er sich mit Ultrakurzzeitprozessen und mit der Wechselwirkung von hochintensivem Licht mit Materie.
Zusammenfassung
Dieses Lehrbuch bietet eine elementare Einführung in die Formulierung von physikalischen Modellen mithilfe des Lagrange-Formalismus und des Hamilton-Formalismus. Es schafft die Grundlagen für das Studium der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie und damit für die Physik der Elementarteilchen und der Vielteilchensysteme.
Im ersten Teil dieses Lehrbuchs werden Konzepte der Variationsrechnung vermittelt und der kanonische Formalismus anhand der Mechanik klassischer Teilchen entwickelt. Darauf aufbauend wird im zweiten Teil der Übergang zu unendlich vielen physikalischen Freiheitsgraden vorgenommen und die Verwendung des kanonischen Formalismus für klassische Feldtheorien erklärt. Als Beispiel werden die Maxwell-Gleichungen der klassischen Elektrodynamik in die elegante Sprache des kanonischen Formalismus transformiert. Im abschließenden dritten Teil wird eine Einführung in den Tensorbegriff geboten und demonstriert, wie sich mithilfe von Tensoren die Prinzipien der Speziellen Relativitätstheorie systematisch mit dem kanonischen Formalismus verbinden lassen.
Dieses Lehrbuch eignet sich als studienbegleitende Lektüre im Bachelorstudiengang Physik für Vorlesungen der Theoretischen Physik, insbesondere nach dem ersten Studienjahr.
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