Libros recomendados para una clase de "relatividad para poetas"?

Enseño física en un colegio comunitario y he desarrollado un nuevo curso titulado "Relatividad para poetas", que enseñaré por primera vez en la primavera de 2015. Como lo indica el título, es una clase de educación general no matemática (sin laboratorio) para estudiantes no científicos, sobre relatividad. Estoy cubriendo tanto SR como GR, y también tengo que proporcionar una gran cantidad de conocimientos previos que, en teoría, mis alumnos habrían aprendido si hubieran asistido a una escuela secundaria decente, pero que en realidad muchos de ellos no sabrán. Por ejemplo, espero tener que decirles que la luz es una onda y que la luz blanca es una mezcla de todos los colores del arcoíris. Este no es un curso de resolución de problemas, y a los estudiantes no se les asignará ningún trabajo fuera de clase que implique calcular algo. El curso tiene un requisito previo de matemáticas que es geometría plana más un curso de álgebra muy básico (similar a lo que los estudiantes en California deben tomar en el noveno grado). En realidad, muchos estudiantes no podrán realizar operaciones matemáticas básicas, como conversiones métricas o fracciones.

El núcleo de cualquier presentación de la relatividad va a ser una presentación cuidadosa y completa de la cinemática en SR, y para esto estoy planeando usar Takeuchi (vea la lista de libros a continuación) cuyo tratamiento de la cinemática me gusta mucho.

Lo que todavía estoy buscando son dos o tres libros adicionales y económicos que cubran:

  • dinámica en RS
  • relatividad general
  • cosmología
  • fondo de ciencia general

Para dinámicas en SR, no estoy satisfecho con el trato de Takeuchi, que me parece poco motivado. Para GR, estoy considerando a Geroch, pero es un poco seco, no hace contacto con la experimentación y presenta una forma particular de la métrica en lo que me parece una forma demasiado misteriosa. Me gusta la presentación de Hewitt sobre GR, cosmología y antecedentes científicos generales, pero no puedo pedirles que compren un libro tan caro cuando solo será una pequeña parte del curso.

Cuando enseño cursos para estudiantes de ciencias, asigné capítulos de Gardner como lecturas complementarias (obligatorias), y mis alumnos siempre se ofrecieron a decir que era divertido leerlos. Sin embargo, está extremadamente desactualizado e inexacto en cosmología y pruebas de relatividad, y usa masa relativista, que es una enfermedad que preferiría no transmitir a las generaciones futuras.

Me gustan Will y Weinberg, pero ambos están bastante desactualizados y contienen mucho material que yo no cubriría. Solicité una copia de revisión de Steane, y aunque me gustan algunas cosas, sentí que estaba desorganizado y que el texto estaba demasiado lleno de cálculos, de los cuales la mayoría de los lectores de este nivel no podrían abstraer los puntos relevantes. .

Para configurar el curso para que se transfiriera a las escuelas de cuatro años en nuestro estado (California), tenía que demostrar que se ofrecía algo al menos algo similar en el sistema de UC o Cal State. Esto fue difícil, ya que tales cursos son escasos (de hecho, me sorprendió mucho que ambos sistemas lo articularan), pero UC Riverside tiene Física 7: espacio-tiempo, relatividad y cosmología. UCR usa Drakos, que no he podido averiguar; puede estar agotado o pueden ser las notas no publicadas de un instructor.

¿Alguien puede sugerir libros para este tipo de curso que cubran algunas de las áreas en las que tengo lagunas? Espero mantener el costo total de todos los libros por debajo de $ 100, preferiblemente más como $ 60-80. Consideraría subir el precio si hubiera un libro que fuera extremadamente convincente y se ajustara perfectamente a mis necesidades.

libros mencionados anteriormente

  • Drakos, de la antigüedad a Einstein
  • Gardner, La relatividad simplemente explicada
  • Geroch, Relatividad General de A a B
  • Hewitt, Física conceptual
  • Steane, El maravilloso mundo de la relatividad
  • Takeuchi, una guía ilustrada de la relatividad
  • Weinberg, Los tres primeros minutos
  • Will, ¿tenía razón Einstein?
amazon.com/Geometry-Relativity-Fourth-Dimension-Mathematics/dp/… , bueno, también se agregó humor y filosofía swiftean
más algunas de las conferencias de Feynman sobre la relatividad
@NikosM.: Rucker parece interesante. Lo comprobaré. Pero las Conferencias Feynman están en mi opinión completamente al nivel equivocado para este curso. Estos son estudiantes de colegios comunitarios que se especializan en negocios, música, etc.
sí, Flatlanders (y la secuela) es brillante, en mi opinión
No estoy familiarizado con el sistema americano, ¿qué tipo de cosas esperarías de un noveno grado? Por ejemplo, ¿espera que estén familiarizados con trigonometría, polinomios y matrices? ¿Y qué pasa con la geometría euclidiana, tanto en el enfoque sintético como en el de coordenadas (cartesiano)? Supongo que incluso el cálculo básico está mal, ¿verdad? Antes de dar una respuesta completa, diría que parece que podría crear un curso basado en geometría básica, como mostrar cómo la paradoja de los gemelos es solo el teorema de Pitágoras (en realidad, desigualdad triangular) con el signo incorrecto y cosas por el estilo.
@cesaruliana: De acuerdo con el prerrequisito, deben saber sobre geometría plana, polinomios y el plano cartesiano, pero no sobre trigonometría, matrices o cálculo. En realidad, muchos de ellos no sabrán aritmética básica. Si uso el hecho de que ( 1 / 4 ) × ( 1 / 2 ) = 1 / 8 , te garantizo que algunos de ellos no entenderán por qué a menos que dibuje rebanadas de pastel.
@Rob Jeffries: Me gustó tu respuesta que eliminaste. Pedí una copia del libro y me encantaría saber más sobre tu experiencia con él.
@BenCrowell: Hmm, supongo que pensé que podría funcionar, pero creo que sabes más que yo. Sin embargo, me pregunto si Foundations de Greg Egan (sin libro, solo sitio web) podría estar más en la línea de lo que tú que estas buscando.
si puedo agregar (de otro comentario), tener la base y los conceptos matemáticos necesarios en su lugar es ciertamente algo que hará que el lenguaje de GR sea accesible y manejable. PERO el punto principal de GR es la física. ¿POR QUÉ se necesitaría algo como GR para formular la gravedad o los marcos de referencia, POR QUÉ no solo la gravedad de Newton? ¿CUÁL fue el problema físico que GR trató de resolver usando la formulación (matemática) conocida como análisis tensorial y variedades de Riemann? Estos NO se responden (solo) con las matemáticas (PERO ciertamente ayudan a formular y comprender la respuesta)
Hay un nuevo libro de Jerry Ostriker: Heart of Darkness: Unraveling the Mysteries of the Invisible Universe . No lo tengo, pero se ve interesante.
@Ben Crowell Mi respuesta está de vuelta. He usado este libro dos veces para impartir clases nocturnas para las masas (bueno, unas 30 personas cada vez; no estudiantes). Es esponjoso, pero lo suficientemente profundo como para que la gente piense. Mi impresión fue que a la clase realmente le gustó. Puedes leerlo todo en un par de horas y pensar que lo has entendido. Pasé la mayor parte de las clases ampliando e ilustrando los puntos, llenando algunos vacíos y agregando algo de textura (principalmente de astrofísica). Un montón de experimentos gedanken, Pitágoras y diagramas de espacio-tiempo.

Respuestas (3)

Creé este sitio a principios de 2014:

SpecialRelativity.net

El sitio fue creado específicamente para personas que no están interesadas en las matemáticas.

He utilizado: "Relatividad: una introducción muy breve"; Russell Stannard, OUP, para enseñar relatividad a miembros (interesados) del público en general, con cierto éxito.

http://ukcatalogue.oup.com/product/9780199236220.do

Realmente es muy corto, solo 128 páginas, pero cubre las ideas principales de la Relatividad Especial y General. Las explicaciones me parecen muy claras. Por supuesto, carece de TODO rigor matemático: hay un poco de geometría, obviamente Pitágoras, muchos experimentos mentales; muy poco sobre cosmología.

Pasé por esto en 2 horas por capítulo, alrededor de 8 clases nocturnas en total. Tal vez un poco endeble para lo que necesitas, pero es divertido y realmente no intimida.

¡Ah, y la otra gran ventaja es que es barato! Solo 8 libras en el Reino Unido.

Aquí está la tabla de contenidos.

1: relatividad especial

El principio de la relatividad y la velocidad de la luz

Dilatación del tiempo

La paradoja de los gemelos

Contracción de longitud

Pérdida de simultaneidad

Diagramas de espacio-tiempo

Espacio-tiempo de cuatro dimensiones

La máxima velocidad

E=mc2

2: Relatividad General

El principio de equivalencia

Los efectos en el tiempo de la aceleración y la gravedad.

La flexión de la luz

espacio curvo

Agujeros negros

Ondas gravitacionales

El universo

Otras lecturas

Índice

Obtuve ilegalmente una copia de Stannard, y parece encajar lo suficientemente bien con mis propósitos que creo que la usaré como uno de mis textos requeridos. Tiene dos cosas que faltan en Takeuchi: contacto con el experimento y cobertura de GR y cosmología. El tratamiento de la cinemática relativista especial está desactualizado en mi opinión, pero está bien porque me gusta Takeuchi para ese propósito. No estoy satisfecho con el tratamiento de la dinámica en SR de ninguno de los libros, pero creo que puedo completar eso.
@Ben Crowell Recuerdo haber tenido que completar un poco la equivalencia de masa-energía.

me gustaría proporcionar otra respuesta (a pesar de mis comentarios en la parte superior o complementarios a ellos)

Yo propondría usar un relato histórico de la evolución de los conceptos e ideas/métodos en física desde la mecánica newtoniana hasta la mecánica relativista, incluidos los problemas específicos que surgieron (esto proporciona dos cosas: 1. una perspectiva sobre los métodos y conceptos, además 2. ejemplos prácticos del mundo real que fueron los desencadenantes de estos desarrollos).

Las diversas alternativas desarrolladas (por qué fallaron) y por qué la relatividad especial tuvo éxito a este respecto.

Luego desarrolle los conceptos de dilatación del tiempo/contracción de la longitud (y cómo se relacionarían con experimentos como el de Michelson-Morley y el éter). Marcos de referencia inerciales, caminos de luz, conos de luz, pasado y futuro. Causalidad en relatividad especial.

Luego, el seguimiento de la Relatividad General, las tres pruebas cruciales de GR (tal vez haciendo también algunos de los cálculos o aproximaciones de los mismos o incluso un resumen de los cálculos).

La relación de GR con la cosmología (mencione algunas de las paradojas, como las paradojas gemelas y cómo se resuelven mediante marcos no inerciales).

Su marco conceptual (y matemático) y dónde se encuentra (o en desacuerdo con) la física actual (¿tal vez mencionar el problema del tiempo en la gravedad cuántica?)

Esto aclara tanto la física como el marco matemático (o equivalentes).

Libros recomendados:

http://en.wikipedia.org/wiki/The_Evolution_of_Physics (Einstein, Infeld) (ni una ecuación del propio creador y su colaborador)

http://www.goodreads.com/book/show/15852.Relatividad

http://www.amazon.com/Geometry-Relativity-Fourth-Dimension-Mathematics/dp/0486234002

http://www.goodreads.com/book/show/571211.The_Meaning_of_Relativity

http://www.goodreads.com/book/show/53524.The_Principle_of_Relativity

Algunas referencias:

http://en.wikipedia.org/wiki/Historia_de_la_relatividad_especial

http://pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/origins/index.html

http://www.ihes.fr/~vanhove/Slides/renn-IHES-mars2013.pdf

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsHistory/page2.php

http://zandra.phys.yorku.ca/menary/courses/phys2040/misc/relativity.pdf

http://arxiv.org/abs/física/0408077

https://archive.org/details/historyoftheorie00whitrich

http://henripoincarepapers.univ-lorraine.fr/walter/papers/breaking2007.pdf

http://philsci-archive.pitt.edu/2567/