Suhteellisuusteorian
johdonmukaisuus, ristiriidattomuus, vähäiset
alkuoletukset,
arkiajattelua hämmentävät esimerkit,
elegantti
matemaattinen esitys ja kokeellinen todistusvoima tekevät
kurssista kiinnostavan ja fysiikan opiskeluun innostavan.
Suhteellisuusteoriassa tarkastellaan erityisesti ajan ja paikan
käsitteitä sekä fysiikan lakien
riippumattomuutta
liiketilasta.
Sisältö:
Kurssilla opitaan, kuinka suhteellisuusteoria rakentuu kahden
peruspostulaatin pohjalta ja johtaa Lorentzin
koordinaatistomuunnokseen, kun koordinaatistojen välinen
nopeus on
vakio. Samanaikaisuuden suhteellisuus, pituuden kontraktio ja ajan
dilataatio saadaan muunnoksen välittöminä
seurauksina.
Ilmiöitä tarkastellaan paitsi muunnosten pohjalta
myös
Minkowskin diagrammein neliulotteisessa avaruus-aika -maailmassa.
Fysiikan lakien liiketilariippumattomuus on yksinkertaisinta
esittää nelivektorein, joihin kurssilla tutustutaan.
Kurssi
johdattelee myös suhteellisuusteorian
tärkeään
sovellutusalueeseen, hiukkasten kinematiikkaan sironta- ja
tuottoprosesseissa.
Kurssin tavoitteena on,
että
opiskelija pystyy tunnistamaan fysikaaliset tilanteet jotka johtavat
suhteellisuusteoreettisiin efekteihin,
ymmärtää
mitä nämä efektit ovat ja mitä
niistä seuraa
sekä pystyy osaa niistä
käytännössä
käsittelemään.
Laajuus
ja
työtavat: 3 op / 2 ov, 22 h lu, 20 h harj, 1 tentti.
Oppimateriaali
ja kirjallisuus:
P. Mutka:
Johdatus
suhteellisuusteoriaan.
Special Relativity, 1968, French, A. P.
Spacetime Physics (5th ed.), 1998, Taylor, E. F. and Wheeler, J. A.
Luennoitsija:
Petri Mutka (TE310), sähköposti: Petri.Mutka(at)oulu.fi
Laskuharjoitukset: Timo
Virtanen
(TE304), sähköposti: Timo.Virtanen(at)oulu.fi
Ahti Leppänen,
sähköposti: ahtilepp(at)mail.student.oulu.fi
HUOM! Kurssin loppukoe pidetään maanantaina 19. toukokuuta. Tentti alkaa kello 13.00 salissa L8.
HUOM! Viimeinen luento on torstaina 24. huhtikuuta.
HUOM! Viimeinen laskuharjoitus pidetään tiistaina, 29. huhtikuuta.
Luennot:
To
14-16
(PR 101)
Ensimmäinen luento on 31. tammikuuta 2008, ja viimeinen
huhtikuun
2008 loppupuolella.
Kurssi noudattaa
pääpiirteissään luentomonistetta.
Tämän lisäksi joitain asioita voi tulla
lisää. Jaossa olevaa materiaalia
täydennetään
luennolla, joten paikallaolo ja muistiinpanojen tekeminen on
suositeltavaa. Osa lisämateriaalista laitetaan myös
tänne.
Luento 1.
Luentoon 1.
liittyviä linkkejä verkossa:
Johdatus
tieteenfilosofiaan, Helsingin Yliopiston kurssimateriaali
Klassinen
fysiikka kriisissä, msn Encarta
Erikoisen
suhteellisuusteorian historiallinen aikalinja
Erikoisen
suhteellisuusteorian historia
Erikoisen
suhteellisuusteorian kokeelliset testit
Yleisen
suhteellisuusteorian testejä
Suuresta
yhtenäisyysteoriasta (GUT tai TOE)
Thomas
Kuhn ja tieteen kehitys
Thomas
Kuhn
Luento
2.
Luentoon 2.
liittyviä linkkejä verkossa:
Koordinaatisto
(Wikipedia)
Inertiaalikoordinaatisto
(Wikipedia)
Suhteellisuusperiaate
(Wikipedia)
Luento
3.
Luentoon 3. liittyviä linkkejä verkossa:
Michelsonin ja Morleyn koe
Luento
4.
Luentoon 4.
liittyviä linkkejä verkossa:
Voiko
Lorentz(-Fitzgerald) kontraktion nähdä?
Luento
5.
Luentoon 5.
liittyviä linkkejä verkossa:
Suhteellisuusteoria,
kausaliteetti ja valoa nopeampi matkustaminen.
Valoa
nopeampi matkustaminen.
Virginia-Techin
erikoisen suhteellisuusteorian kurssi.
Relativity
FAQ.
Luento
6.
Luento
7.
Luento
8.
Luento
9.
Luento
10.
Luentoon 10.
liittyviä linkkejä verkossa:
Mössbauer
efekti
Rudolf
Mössbauerin nobel-luento
Mössbauer
efekti (answers.com)
Mössbauer
efekti (Wikipedia)
Mössbauer
efekti (Eric Weisstein's World of Physics)
Luento
11. (kuvallinen versio)
Luentoon 11.
liittyviä linkkejä verkossa:
Elektroni-positroni
annihilaatio ja parinmuodostus
Suppea
suhteellisuusteoria ja hiukkasfysiikka
Kuplakammio
(Wikipedia)
Kuplakammiokuvia
verkossa
Hiukkasilmaisimet
Kipinäkammio
Lankakammio
(Wikipedia)
Hiukkaskiihdyttimet
(Wikipedia)
Luento
12. (kuvallinen versio)
Luentoon 12.
liittyviä linkkejä verkossa:
Kosminen säteily
(Wikipedia)
Terminen
taustasäteily (Wikipedia)
GZK raja (Wikipedia)
Laskuharjoitukset:
Ti 12-14
(TE320)
To 8.30-10
(TE320)
Luentoihin
liittyvät laskuharjoitukset tulevat saataville verkkoon
luentojen
jälkeen, ja ne käsitellään
seuraavan viikon
laskuharjoituksissa. Kurssin loputtua sen aikana lasketuista laskuista
saa hyvitystä loppuarvosanaan. Kymmenen laskettua laskua
vastaa
yhtä pistettä lisää loppukokeessa.
Jos
kurssin tenttii muuten kuin kurssiin liittyvässä
loppukokeessa, hyvitystä laskuharjoituksista ei
myönnetä.
Laskuharjoitus 1.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
2.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
3.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
4.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
5.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
6.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
7.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
8.
Ratkaisut
Laskuharjoitus 9.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
10.
Ratkaisut
Laskuharjoitus
11.
Ratkaisut
Päivitetty 5.5.2008
