Notes on Relativity and Cosmology - Physics Department, UCSB

Contents
Table of Contents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Preface 9
A letter of introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
How to use these notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Some parting comments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
credits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Syllabus 13
0.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
0.1.1 A Small Warning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
0.1.2 Course Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
0.1.3 Course Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
0.2 Administrative Info . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
0.3 Coursework and Grading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
0.3.1 Creating your Project . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
0.3.2 Project Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
0.4 Some Suggestions for Further Reading . . . . . . . . . . . . . . . 22
1 Space, Time, and Newtonian Physics 25
1.1 Coordinate Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2 Reference Frames . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.3 Newtonian Assumptions about Space and Time . . . . . . . . . . 31
1.4 Newtonian addition of velocities? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5 Newton’s Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.6 How can you tell if an object is in an inertial frame? . . . . . . . 35
1.7 Newton’s other Laws . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.8 Homework Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2 Maxwell, E&M, and the Ether 43
2.1 The Basics of E & M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.1.1 Maxwell’s Equations and Electromagnetic Waves . . . . . 45
2.2 The elusive ether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2.1 The Aberration of Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.2 Michelson, Morely, and their experiment . . . . . . . . . . 51
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