آموزش جامع نسبیت خاص و عام: حساب دیفرانسیل و انتگرال، تانسورها، مکانیک لاگرانژی و مقالات آلبرت انیشتین
یادگیری تسلط بر نسبیت خاص و عام: از ناسازگاری بین اصل گالیله و معادلات ماکسول تا درک هندسه فضا-زمان.
اهداف دوره:
- درک ناسازگاری بین اصل گالیله و معادلات ماکسول.
- فرمولبندی سازگار نسبیت خاص و نسبیت عام.
- توسعه شهود ریاضی مورد نیاز برای درک کامل و قدردانی از محتوای این مباحث.
- یادگیری مکانیک لاگرانژی و اصل کنش.
- درک تانسورها و کاربردهای آنها در نسبیت.
- استخراج تبدیلات لورنتس به دو روش مختلف.
- آشنایی با ریاضیات مورد نیاز برای دنبال کردن بخش نسبیت عام.
- برآورده کردن پیشنیازها، از جمله حساب دیفرانسیل و انتگرال و حساب چندمتغیره.
- توسعه مهارتها در حل مسئله، تفکر انتقادی و استدلال ریاضی.
- ساختن پایهای قوی در فیزیک و ریاضیات پیشرفته، که میتواند در مطالعات یا تحقیقات آینده به کار گرفته شود.
مزایای شرکت در دوره نسبیت خاص و عام:
- کسب درک عمیق از اصول و مفاهیم زیربنایی نسبیت خاص و نسبیت عام، که پایهگذار فیزیک و نجوم مدرن هستند.
- توسعه مهارتهای قوی ریاضی مورد نیاز برای درک کامل و قدردانی از موضوع، از جمله مکانیک لاگرانژی و حساب تانسور.
- یادگیری نحوه استخراج معادلات مهم در نسبیت خاص و عام، از جمله تبدیلات لورنتس و معادلات میدان انیشتین.
- کسب بینش در مورد پیامدهای نسبیت خاص و عام برای درک ما از فضا، زمان و گرانش، و نحوه استفاده از این مفاهیم در فیزیک و نجوم مدرن.
- درگیر شدن با یک موضوع چالشبرانگیز و محرک، که میتواند به توسعه مهارتهای تفکر انتقادی و توانایی حل مسئله کمک کند.
- به طور بالقوه گشودن فرصتهایی برای مطالعه یا تحقیق بیشتر در زمینههای فیزیک، نجوم یا زمینههای مرتبط.
- کسب احساس رضایت و موفقیت از پرداختن به یک موضوع پیچیده و چالشبرانگیز و تسلط بر مفاهیم و تکنیکهای آن.
شرح دوره:
- ابتدا، مشکل اصل گالیله و معادلات ماکسول و چگونگی منجر شدن آن به فرمولبندی نسبیت خاص را توضیح میدهیم.
- بحث را به نسبیت عام گسترش میدهیم و بر اهمیت شهود ریاضی در درک کامل مفاهیم تأکید میکنیم.
- هر معادله در دوره را توجیه میکنیم تا به دانشجویان در درک اصول و نظریههای زیربنایی کمک کنیم.
- توضیح جامعی از مکانیک لاگرانژی و تانسورها ارائه میدهیم که برای درک نسبیت خاص و عام ضروری هستند.
- دانش قبلی از حساب دیفرانسیل و انتگرال و حساب چندمتغیره، از جمله قضیه دیورژانس، بردارها، ضرب داخلی و خارجی، ضرب ماتریس و دترمینانها را فرض میکنیم.
- دانش پایهای از فیزیک کلاسیک، از جمله پتانسیل اسکالر، قوانین نیوتن، انرژی جنبشی، پایستگی انرژی و معادله موج را پیشنهاد میکنیم.
- بخش اول دوره بر تبدیلات لورنتس تمرکز خواهد داشت و آنها را به دو روش مختلف استخراج میکند و ریاضیاتی سادهتر برای دنبال کردن ارائه میدهد.
- بخش دوم دوره بر نسبیت عام تمرکز خواهد کرد، جایی که استفاده از قلم و کاغذ برای استخراج معادلات توصیه میشود تا اطمینان حاصل شود که دانشجویان پیشنیازها را برآورده میکنند.
- درک جامعی از نسبیت خاص و عام به دانشجویان ارائه میدهیم و آنها را ترغیب میکنیم تا نظریهها را قدر دانسته و به کار گیرند.
- این دوره برای دانشجویانی طراحی شده است که اشتیاق به فیزیک و ریاضیات دارند، به خصوص کسانی که علاقهمند به تحصیلات عالی در این رشتهها هستند.
موضوعات کلیدی:
- نسبیت خاص
- نسبیت عام
- مکانیک لاگرانژی
- تانسورها
- تبدیلات لورنتس
- اتساع زمان
- انقباض طول
- معادلات میدان
- نحوه ساخت یک لاگرانژین
- ژئودزیکها
- اصل همارزی
- فرمولبندی کوواریانت فیزیک
- مشتقات کوواریانت
- نحوه توجیه هر معادله در نسبیت خاص و عام
- اثبات E=mc²
- چرا فوتونها تکانه دارند؟
پیشنیازها:
- حساب دیفرانسیل و انتگرال چندمتغیره (مشتقات، انتگرالها، قضیه دیورژانس، بردارها، ضرب ماتریس، دترمینانها)
- مکانیک کلاسیک (قوانین نیوتن، انرژی جنبشی، پتانسیل، تبدیلات گالیله)
- معادلات ماکسول (حتی دانش پایهای ممکن است کافی باشد)
Emanuele Pesaresi
نمایش نظرات