Gravitation (Buch)

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Das Buch Gravitation behandelt die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Autoren sind Charles W. Misner, Kip S. Thorne und John A. Wheeler. Ursprünglich im Jahre 1973 bei W. H. Freeman and Company veröffentlicht, erscheint die aktuelle Ausgabe (Stand 2020) bei Princeton University Press. Aufgrund seines großen Bekanntheitsgrades wird das Buch häufig mit MTW abgekürzt (Anfangsbuchstaben der Nachnamen Misner, Thorne und Wheeler). Die Titelseite wurde von Kenneth Gwin gezeichnet und zeigt einen Apfel mit Einkerbungen, welche die Geodäten auf der Apfeloberfläche veranschaulichen.

Das Buch umfasst zehn Teile mit insgesamt 44 Kapiteln, und das umfangreiche Literaturverzeichnis enthält zahlreiche Originalquellen. Das Buch gibt einen sehr umfassenden Überblick über die allgemeine Relativitätstheorie (Stand 1973) und ist auch aufgrund dieses Umfangs nur bedingt als einführender Text geeignet. Trotz seiner teilweisen Überalterung gilt es noch immer als wertvolle Referenz für fortgeschrittene Studierende und Wissenschaftler.[1]

Inhalt

Gravitation beginnt mit einer Darstellung der Physik der flachen Raumzeit (spezielle Relativitätstheorie). Dabei werden auch selten behandelte Themen erörtert, etwa die Analyse beschleunigter Beobachter im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie. Es folgt eine Einführung in die Mathematik und Physik der gekrümmten Raumzeit, also die Domäne der allgemeinen Relativitätstheorie. Dies umfasst insbesondere die einsteinschen Feldgleichungen, deren Konsequenzen und experimentelle Überprüfungen sowie alternative Theorien der Gravitation. Exkurse verdeutlichen die historische Genese der allgemeinen Relativitätstheorie, und auch die grundsätzliche Natur der Raumzeit wird hinterfragt. Der hintere Teil des Buchs ist Themen mit astrophysikalischem Bezug gewidmet, etwa relativistischen Sternen, Schwarzen Löchern und Gravitationswellen. Es werden jedoch weder das große Gebiet des Gravitomagnetismus noch die Bezüge der allgemeinen Relativitätstheorie zur Quantenfeldtheorie diskutiert.

Das Buch ist in zwei sogenannte „Tracks“ aufgeteilt: Track 1 enthält die Kernthemen („Vorlage:Lang“), während Track 2 vertiefendes, häufig anspruchsvolleres Material enthält. (Wechsel zwischen den Tracks finden nicht nur von Kapitel zu Kapitel, sondern auch innerhalb der Kapitel statt.) Track 1 kann unabhängig von Track 2 gelesen werden, jedoch nicht umgekehrt. Der Haupttext sowohl von Track 1 wie auch von Track 2 wird ergänzt durch viele Textboxen mit zusätzlichen Informationen, und beide Tracks enthalten zahlreiche Übungsaufgaben.

Die notwendige Mathematik, hauptsächlich Tensoranalysis und Differentialformen in gekrümmter Raumzeit, wird ebenfalls entwickelt. Dies umfasst auch einführende Kapitel zu den speziellen Themen der Spinoren und des Regge-Kalküls. Zahlreiche Ideen der Höheren Mathematik werden durch Illustrationen veranschaulicht.

Die Autoren bemühen sich um eine einfache, verständliche Sprache, insbesondere auch Analogien zu Gegenständen des Alltags. Beispielsweise werden Tensoren als „Maschinen mit Steckplätzen“ (slots) bezeichnet. Die Anwendung der Tensoren auf Vektoren entspricht in diesem Bild dem Einführen der Vektoren in die Steckplätze.

Vorzeichen- und Einheitenkonventionen

MTW nutzt die Vorzeichenkonvention −+++ und rät von der Verwendung der Alternative ++++ (mit imaginärer Zeitkoordinate ict) ab. Zu Beginn des Buches werden die Vorzeichenkonventionen zahlreicher anderer Autoren systematisch aufgelistet.

Das Buch nutzt geometrische Einheiten: Die Gravitationskonstante G und die Lichtgeschwindigkeit c werden gleich 1 gesetzt. Am Ende des Buches werden zahlreiche physikalische Größen im CGS-Einheitensystem und in geometrischen Einheiten angegeben.

Auflagen und Übersetzungen

Das Buch ist in 24 Auflagen sowohl als Hard- wie auch als Softcover erschienen und wurde in zahlreiche andere Sprachen übersetzt, einschließlich Russisch, Chinesisch und Japanisch. Die Originalausgabe ist

  • Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John A. Wheeler: Gravitation, W. H. Freeman and Company, San Francisco 1973, ISBN 978-0-7167-0344-0.

Die aktuelle Ausgabe (Stand 2020) wurde am 24. Oktober 2017 veröffentlicht:

  • Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John A. Wheeler: Gravitation. Princeton University Press, Princeton 2017, ISBN 978-0-691-17779-3.

Rezensionen

Das Buch gilt unter Physikern noch immer als Standardwerk, mit vorwiegend positiven Kritiken. Allerdings wird gelegentlich die Länge des Buches und die Art der Darstellung kritisiert.

So schreibt Ed Ehrlich:[2] Vorlage:"

James Hartle schreibt dagegen in seinem Buch:[3] Vorlage:"

Sean M. Carroll kommentiert in seinem eigenen, einführenden Text:[4] Vorlage:"

Pankaj Sharan stellt fest:[5] Vorlage:"

Und Ray D'Inverno wägt ab:[6] Vorlage:"

Gravitation wird von vielen anderen Büchern und Artikeln über allgemeine Relativitätstheorie zitiert, etwa George Efstathiou et al.,[7] Bernard F. Schutz,[8] James Foster et al.,[9] Robert Wald[10] and Stephen Hawking et al.[11]

H. Goldstein schreibt in seinem prominenten Werk Classical Mechanics (2. Auflage):[12] Vorlage:"

Die dritte Auflage des Buches von Goldstein beschreibt Gravitation als exzellente Quelle für Feldtheoretiker.[13]

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ J. C. Baez et al.: Are There Any Good Books on Relativity Theory? MTW. University of California 1998, abgerufen am 15. Juli 2020.
  2. ↑ Vorlage:Cite web
  3. ↑ Vorlage:Literatur
  4. ↑ Vorlage:Literatur
  5. ↑ Vorlage:Literatur
  6. ↑ Vorlage:Literatur
  7. ↑ Vorlage:Literatur
  8. ↑ Vorlage:Literatur
  9. ↑ Vorlage:Literatur
  10. ↑ Vorlage:Literatur
  11. ↑ Vorlage:Literatur
  12. ↑ Vorlage:Literatur
  13. ↑ H. Goldstein et al. Classical Mechanics. 3. Auflage, Addison-Wesley, 2002, ISBN 0-201-31611-0, S. 629.
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