Physik
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Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) ist die Naturwissenschaft, welche die grundlegenden Gesetze der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen untersucht. Sie befasst sich sowie mit den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie und Feldern in Raum und Zeit sowohl mit der Struktur von Raum und Zeit selbst.
Die Physik beschreibt die Natur mengenmäßig durch naturwissenschaftlicher Modelle, sogenannter Theorien, und ermöglicht damit speziell Vorhersagen über das Verhalten der betrachteten Systeme. Dazu verwendet die Physik die Sprache der Mathematik.
Im Zusammenhang mit der Physik wurde auch zum ersten Mal die Fragestellung nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung aufgeworfen, ein Thema, das auch in der Literatur, etwa in dem Theaterstück Die Physiker von Friedrich Dürrenmatt, aufgegriffen worden ist.
Inhaltsverzeichnis |
Das Theoriengebäude der modernen Physik
Das Theoriengebäude der Physik ruht auf zwei Säulen, der Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Alle beide Theorien involvieren ihren Vorgänger, die Newtonsche Physik, über das so genannte Korrespondenzprinzip als Grenzfall und haben daher einen größeren Gültigkeitsbereich als diese.
Die Relativitätstheorie
Die Relativitätstheorie führt ein völlig neues Verständnis der Phänomene Raum und Zeit ein. Sie ist hauptsächlich von Albert Einstein geprägt worden. Danach handelt es sich nicht um universell gültige Ordnungsstrukturen, zugunsten räumliche und zeitliche Abstände werden von verschiedenen Beobachtern unterschiedlich beurteilt. Raum und Zeit verschmelzen dabei zu einer vierdimensionalen Raumzeit. Die Gravitation wird auf eine Krümmung dieser Raumzeit zurückgeführt, die durch die Dasein von Masse genauer Energie hervorgerufen wird. In der Relativitätstheorie wird auch erstmalig die Kosmologie zu einem naturwissenschaftlichen Thema. Die Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der modernen Physik, auch wenn sie häufig als Vollendung der klassischen Physik bezeichnet wird.
Die Quantenphysik
Die Quantenphysik beschreibt die Naturgesetze im atomaren und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie. Diverse physikalische Größen besagen sich in bestimmten Situationen als quantisiert, das heißt sie entgegennehmen allzeit nur bestimmte diskrete Werte an und ändern sich gesund von Quantensprüngen. Materie erweist sich als Phänomen, das nur in Portionen, den sogenannten Elementarteilchen oder Quanten, in Erscheinung tritt. Ihr Aufenthaltsort lässt sich nicht länger durch eine Bahn im Raum beschreiben an Stelle durch Wellen, über die eine Wahrscheinlichkeit dafür angegeben werden kann, das Quant bei einer Messung in einem bestimmten Raumgebiet zu finden. Man spricht von einem Welle-Teilchen-Dualismus. Der Aufenthaltsort eines Teilchens zwischen zwei solchen Messungen ist nicht nur unbekannt, für selbst nicht definiert. Die meisten Naturwissenschaftler deduzieren daraus, dass letztlich die Vorstellung von der Existenz einer vom Beobachter unabhängigen Realität aufgegeben werden muss. Hinsichtlich der Eigenschaften dieser Massenpunkt spielen Symmetrieeigenschaften eine zentrale Rolle.
Die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend der menschlichen Anschauung, und über ihre Interpretation herrscht auch in diesen Tagen noch kein Konsens (Deutungen der Quantenphysik). Dennoch zählt sie hinsichtlich ihres empirischen Erfolges zu dem am günstigsten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt.
Die vier Grundkräfte
Die moderne Physik kennt die folgenden vier Grundkräfte:
- Die Gravitation oder Schwerkraft,
- die elektromagnetische Wechselwirkung,
- die schwache Wechselwirkung, die zum Beispiel für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse verantwortlich ist und
- die starke Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält.
Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte in einem vereinheitlichten Gesamtkonzeption zu beschreiben. Bisherig ist es jedoch ausschließlich gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung als Vereinigung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung darzustellen und ebenso die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zu einer sogenannten elektroschwachen Wechselwirkung zu vereinigen. Zur Vereinigung der elektroschwachen- und starken Wechselwirkung wurde die Konzept der Supersymmetrie erdacht, deren Gültigkeit allerdings zur Debatte stehend ist. Die größten Schwierigkeiten treten im Bereich der Gravitationskraft auf, da über sie - auch selbst lange bekannt - doch nur wenig gesichertes Wissen vorliegt. Maßgebliches Problem dabei ist ihr kaum messbarer Einfluss auf alle Systeme im Labormaßstab.
Zu diesen fundamentalen Wechselwirkungen kommt noch ein fundamentales Prinzip der Quantenphysik, das Pauli-Prinzip. Aus diesem Prinzip leitet sich über Umwege eine übrige Wechselwirkung ab, die Austauschwechselwirkung.
Derzeitige Grenzen der physikalischen Erkenntnis
Das Ziel der heutigen Physik ist es, sämtliche Vorgänge der Natur durch eine möglichst geringe Anzahl von möglichst einfachen Naturgesetzen zu beschreiben und auf die Wechselwirkung weniger Elementarteilchen zurückzuführen. Inwieweit dieses Ziel grundsätzlich oder praktisch möglich ist, ist völlig offen.
Wenigstens ist der Gültigkeitsbereich der bekannten physikalischen Gesetze äußerst weitreichend. Ungeklärte Phänomene der Physik gestatten sich zwei grundsätzlich verschiedenen Gruppen zuordnen:
- Phänomene, deren zugrundeliegende Gesetze noch unbekannt sind. Dazu zählen insbesondere Phänomene der Teilchenphysik und solche, zu deren Anleitung die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zugleich notwendig sind, wie zum Beispiel der Urknall. Der Grund hierfür ist, dass es vor ... nicht beachtenswert ist, eine in sich geschlossene Quantenfeldtheorie zu formulieren, welche die Quantenphysik und die Relativitätstheorie vollständig vereinigt.
- Phänomene, die zwar bekannten Gesetzen gehorchen, deren Beschreibung jedoch an der mathematischen Komplexität scheitert. Für solche Situationen versucht man berechenbare Näherungsmodelle zu entwickeln, deren Qualität und Gültigkeitsbereich sich oft nur experimentell ermitteln lassen.
Eins der bedeutendsten ungelösten Probleme in diesem Zusammenhang ist das des menschlichen Bewusstseins. Besonders die Frage, zu welcher der beiden Problemgruppen es zu zählen ist, wird zur Debatte stehend diskutiert.
Die Physik ist in der Regel nicht in der Lage, Aufstellen über das Wesen der Sachen an sich zu treffen. Sie beschränkt sich darauf, die Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, denen die Sachen unterworfen sind.
Weswegen die Natur überhaupt gewissen Gesetzen gehorcht, ist letztlich unbekannt. Eine partielle Antwort gibt ausschließlich das anthropische Prinzip, indem es feststellt, dass es in einem Kosmos ohne Naturgesetze niemanden geben würde, der sich über deren Abwesenheit wundern könnte.
Themenbereiche der Physik
Folglich werden die verschiedene Themenbereiche der Physik mit Kurzkommentar dargestellt und zwar nach übergeordnetem, theoretischen Rahmen eingeordnet und gleichzeitig weitgehend chronologisch sortiert. Diverse der aufgeführten Themen ermöglichen sich nicht eindeutig einer Modell zuordnen. So sind zum Beispiel jede Menge Phänomene der Thermodynamik nur auf Basis der Quanten- und Relativitätstheorie erklärbar. In diesen Fällen ist das Thema unter der ältesten Modell eingeordnet und bestehende maßgebliche Bezüge zu jüngeren Theorien sind mit (RT) für die Relativitäts- und (QT) für die Quantentheorie angedeutet. Die Verzeichnis enthält plus phänomenorientierte Sachgebiete sowie Querschnittstheorien (QST) mit gebietsübergreifendem Anwendungsbereich. Siehe auch das Physik-Portal mit unkommentierten, aber nach verschieden Kriterien sortierten Themenlisten sowie die alphabetische Themenliste Physik.
Die newtonsche Physik einschließlich der Elektrodynamik
... ist der Bereich der Physik, der bis zur Formulierung der Relativitätstheorie bekannt war.
- Die klassische Mechanik von Isaac Newton war die erste geschlossene physikalische Konzept überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften, einschließlich solcher Kräfte, die zwischen den Körpern wirken (Wechselwirkungskräfte).
- Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
- Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie.
- Die Wellenlehre als theoretische Disziplin bildet die mathematische Grundlage für Beschreibungen von Schwingungsvorgängen in Akustik, Optik und Atomphysik (QST/QT).
- Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene. Dennoch schon früher bekannt, erhielt sie erst durch die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie ihr theoretisches Fundament (RT).
- Die Thermodynamik, auch statistische Mechanik oder auchWärmelehre behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen. Ihr Anwendungsbereich hinreichend jedoch weit darüberhinaus (QST/RT/QT).
- Die Kontinuumsmechanik ist die Induktion der klassischen Mechanik auf kontinuierliche Medien.
- Die Strömungslehre behandelt die Dynamik von Fluiden, das heißt nicht fester Substanzen. Untergebiete sind die Hydrodynamik (Dynamik der Flüssigkeiten) und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
- Die nichtlineare Dynamik und die Physik der komplexen Systeme befassen sich u. a. mit Chaostheorie, Strukturbildung und Selbstorganisation (QST).
Die Relativitätstheorie
... befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie mit dem Wesen der Gravitation. Die Einheit von newtonscher Physik, Elektrodynamik und Relativitätstheorie wird als Klassische Physik bezeichnet.
- Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen. Dabei werden primär konstante Geschwindigkeiten betrachtet (QST).
- Die allgemeine Relativitätstheorie baut auf der speziellen auf und führt das Phänomen der Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück.
Die Quantenphysik
... ist zur Schilderung von Phänomenen im Mikrokosmos erforderlich, wo die Gesetze der klassischen Mechanik an ihre Grenze gelangen. Während sie experimentell aber und abermal hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis zum heutigen Tag über ihre korrekte Lesart gestritten. Im Weiteren sind gerade Themen der nichtrelativistischen Quantenmechanik aufgeführt, bei denen sich die Zahl der beteiligten Massenpunkt nicht ändert.
- Aufgabe der Atomphysik ist es, den Aufbau und die Eigenschaften der Atome und ihre Spektren zu erklären. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der Atomkern als strukturlos geschätzt werden kann (RT).
- Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und stellt die Verbindung zur Chemie und physikalischen Chemie her.
- Die Kernphysik belesen alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen (RT).
- Die Laserphysik ist ein Teilgebiet der Optik. Ihre Aufgabe ist die Entwicklung und wissenschaftliche Untersuchung der verschiedenen Laser-Typen (RT).
- Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, das bedeutet intensiv ionisierten Materiezuständen (RT).
- Gegenstand der Tieftemperaturphysik ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Temperaturen aufgebrochen werden.
- Die Physik kondensierter Materie beschreibt Phänomene (korrelierter) Vielteilchensysteme. Die Physik der Kondensierten Materie unterscheidet sich grundlegend von der freier Teilchen.
- Die Festkörperphysik und Halbleiterphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand, gerade (aber nicht ausschließlich) von fester Materie mit periodischem Aufbau.
- Die Physik der Flüssigkeiten ist ein Teilgebiet der Fluidmechanik und befasst sich mit Materie im flüssigen Aggregatzustand. Die Bausteine der Flüssigkeit weisen eine gegenseitige Beweglichkeit auf (Translation und Rotation). Dennoch sind (im Unterschied zum idealen Gas) bei Flüssigkeiten im Nahbereich Korrelationen beobachtbar.
- Die Physik der Flüssigkristalle beschreibt die Physik von Materie, die sowohl .... als auch Elemente einer kristallinen Ordnung aufweisen und die einer ungeordneten Flüssigkeit: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die Beweglichkeit einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), haben jedoch eine wohldefinierte gegenseitige Orientierung.
- Die Physik der weichen Materie beschreibt die Eigenschaften von Polymeren, Kolloiden und Membranen.
- Die Grenzflächenphysik beschreibt die besonderen physikalischen Phänomene an der Oberfläche kondensierter Materie. Ein Spezialfall der Grenzflächenphysik ist die Oberflächenphysik.
Die relativistische Quantenphysik
... befasst sich mit Phänomenen, zu deren Anleitung die Quantenphysik und die Relativitätstheorie zugleich unvermeidlich sind.
- Die Elementarteilchenphysik, auch Teilchenphysik oder auchHochenergiephysik, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten.
- Die Quantenfeldtheorie ist die quantenmechanische Anleitung von Feldern und ist für die Teilchenphysik relevant. Das Standardmodell ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Quant und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt:
- die Dirac-Theorie ist eine relativistische Schilderung von Fermionen und begründet die Basis für die Konzepte Spin und Antimaterie
- die Quantenelektrodynamik stellt die Verbindung zwischen Photonen und elektromagnetischen Feldern her und beschreibt die Wechselwirkung mit Ladungen als Austausch von virtuellen Photonen
- die Quantenchromodynamik beschreibt die starke Wechselwirkung zwischen Quarks als Austausch von Gluonen
- Quantengravitation ist ein Überbegriff für Ansätze, die vier Grundkräfte der Physik mit einer gemeinsamen Konzept zu beschreiben und dadurch speziell die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik zu vereinen (QST):
- die Stringtheorie beschreibt Elementarteilchen als Strings und geht von verborgenen Dimensionen der Raumzeit aus
- die Loop-Quantengravitation beschreibt die Raum-Zeit als Spin-Netzwerk bzw. Spin-Schaum
- die Quantengeometrie
- die Supersymmetrie
Interdisziplinäre und technisch orientierte Themenbereiche
- Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Hochschulausbildung astronomischer Phänomene an.
- Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzland zwischen Physik und Chemie. Physikalische Laborant wenden die Methodik der Physik auf die Anschauungsobjekte der Chemie an.
- Die Technische Physik ist jenes Teilgebiet der Physik, das sich mit den technischen Anwendungen physikalischen Wissens befasst.
- In der Biophysik werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, denen Organismus und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
- Die Geophysik nutzt physikalische Modelle zur Erklärung geologischer Strukturen und Vorgänge.
- Quantenelektronik ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der Quantentheorie auf die Entwicklung elektronischer Schaltkreise an.
- In der Theorie der Quantencomputer tritt die Physik in interdisziplinäre Zusammenarbeit mit der Informatik. Hier werden u. a. Algorithmen mit geringerer Komplexität als bei klassischen Computern möglich.
- Die Beschleunigerphysik beschäftigt sich mit der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern. Diese werden benötigt, um die Energiedichten der Elementarteilchenphysik zu erreichen, aber auch als Strahlenquelle für Untersuchungen in einem weiteren naturwissenschaftlichen Bereich.
- Die Reaktorphysik beschäftigt sich mit der technischen Beherrschung von Kernreaktionen in Kernreaktoren.
- Die Umweltphysik beschäftigt sich in ihrer Lehre vorerst mit den Bereichen Energie und Klima.
- Soziophysik und Wirtschaftsphysik wenden physikalische und statistische Methoden auf gesellschaftliche, wirtschaftliche, kulturelle und politische Phänomene an.
Methodik der Physik
Der Prozess der Erkenntnisgewinnung in der Physik verläuft in enger Verzahnung von Studie und Theorie, besteht also aus empirischer Datengewinnung und -auswertung und gleichzeitig dem Erstellen theoretischer Modelle zu ihrer Erklärung. Dennoch haben sich im Verlauf des 20. Jahrhunderts Spezialisierungen herausgebildet, die gerade die professionell betriebene Physik dieser Tage prägen. Demnach zulassen sich grob Experimentalphysik und theoretische Physik voneinander unterscheiden.
Experimentalphysik
Während manche Naturwissenschaften wie etwa die Astronomie und die Meteorologie sich folgerichtig weitgehend auf die Beobachtungen ihres Untersuchungsgegenstandes beschränken müssen, steht in der Physik das Experiment im Vordergrund. Dabei versucht die Experimentalphysik durch Entwurf, Aufbau, Durchführung und Auswertung von Experimenten Gesetzmäßigkeiten in der Natur aufzuspüren und qua empirischer Modelle zu beschreiben. Sie versucht zum einen physikalisches Neuland zu betreten, andererseits überprüft sie von der theoretischen Physik gemachte Vorhersagen.
Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es, die Eigenschaften eines zuallererst präparierten physikalischen Systems, z. B. eines Teilchenbeschleunigers, einer Vakuumkammer mit Detektoren oder eines geworfenen Steins durch Messung in Zahlenform auszudrücken, etwa als Länge einer Teilchenspur, Impulshöhe eines elektrischen Spannungspulses oder als Aufprallgeschwindigkeit.
Konkreterweise werden entweder nur die zeitunabhängigen (statischen) Eigenschaften eines Objektes gemessen oder man untersucht die zeitliche Entwicklung (Dynamik) des Systems, etwa in dem man Anfangswerte und Endwerte einer Messgröße vor und nach dem Ablauf eines Vorgangs bestimmt oder alternativ kontinuierliche Zwischenwerte feststellt.
Theoretische Physik
Die Aufgabe der Theoretischen Physik wiederum besteht darin, die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf bekannte Grundlagentheorien zurückzuführen oder, für den Fall, dass dies nicht möglich ist, durch eine möglichst kleine Anzahl von Grundannahmen (Hypothesen) zu beschreiben. Sie leitet weiterhin aus schon bekannten Modellen auf Erfahrung beruhend überprüfbare Prognostizieren ab.
Bei der Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Realität idealisiert; man intensiv sich zunächst nur auf ein vereinfachtes Bild, um dessen Aspekte zu überblicken und zu erforschen; nachdem das Modell für diese Bedingungen ausgereift ist, wird es weiter verallgemeinert.
Zur theoretischen Anleitung eines physikalischen Systems benutzt man die Sprache der Mathematik. Seine Bestandteile werden dazu durch mathematische Objekte wie z. B. Skalare oder aberVektoren repräsentiert, die in durch Gleichungen festgelegten Beziehungen zueinander stehen. Der Zweck des Modelles ist es, aus bekannten Größen unbekannte zu entwickeln und damit beispielsweise das Ergebnis einer experimentellen Messung vorherzusagen.
Phänomene der Welt, die sich nicht mathematisch beschreiben lassen, wie z. B. das menschliche Bewusstsein, werden gemeinhin nicht als Gegenstand der Physik angesehen.
Das fundamentale Maß für die Qualität einer Konzept ist, wie in vielen Naturwissenschaften auch, die Übereinstimmung mit reproduzierbaren Experimenten. Durch den Vergleich mit dem Versuch lässt sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Modell ermitteln, allerdings lässt sie sich zu keiner Zeit „beweisen“. Um eine Konzept zu widerlegen, bzw. um die Grenzen ihres Gültigkeitsbereiches zu demonstrieren, genügt im Prinzip ein einziges Experiment, sofern es wiederholbar ist.
Experimentalphysik und theoretische Physik stillstehen also in steter Wechselbeziehung zueinander. Es kann allerdings vorkommen, dass Ergebnisse der einen Disziplin der anderen vorauseilen: So sind aktuell jede Menge Vorhersagen der Stringtheorie nicht experimentell überprüfbar; andererseits sind etliche partiell extrem genau gemessene Werte aus dem Gebiet der Teilchenphysik zum heutigen Zeitpunkt am Anfang des 21. Jahrhunderts durch die zugehörige Theorie, die Quantenchromodynamik, nicht berechenbar.
Mathematische Physik und Angewandte Physik
Zusätzlich zu dieser grundlegenden Aufsplittung der Physik unterscheidet man ab und an noch zwei alternative Unterdisziplinen, die mathematische Physik und die angewandte Physik. Erstere wird gelegentlich als Teilgebiet der theoretischen Physik betrachtet, unterscheidet sich von dieser jedoch darin, dass ihr Studienobjekt nicht konkrete physikalische Phänomene sind, anstatt die Ergebnisse der theoretischen Physik selbst. Sie abstrahiert damit von jeder Anwendung und schaulustig sich statt für die mathematischen Eigenschaften eines Modells, gerade seine tiefer liegend liegenden Symmetrien und Invarianzen. Auf diese Weise entwickelt sie Verallgemeinerungen und Varianten schon bekannter Theorien, die dann wiederum als Arbeitsmaterial der theoretischen Naturwissenschaftler in der Modellerstellung empirischer Vorgänge Einsatz finden können.
Die angewandte Physik steht dagegen in (unscharfer) Grenze zur Experimentalphysik, teils auch zur theoretischen Physik. Ihr wesentliches Kennzeichen ist, dass sie ein gegebenes physikalisches Phänomen nicht um seiner selbst willen erforscht, statt um die aus der Untersuchung hervorgegangenen Erkenntnisse zur Lösung eines (in der Regel) nicht-physikalischen Problems einzusetzen. Ihre Anwendungen liegen zum Beispiel auf dem Gebiet der Technik oder etwaElektronik, in Medizin, Chemie oder Astronomie, aber auch in den Wirtschaftswissenschaften, wo zum Beispiel im Risikomanagement Methoden der theoretischen Festkörperphysik zum Einsatz kommen.
Simulation/Computerphysik
Mit der fortschreitenden Entwicklung der Rechensysteme hat sich in den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts und beschleunigt seit etwa 1990 die Computersimulation als neue Methodik innerhalb der Physik entwickelt. Computerphysiker sind keine reinen Theoretiker, da sie durch ihre Simulationen Theorien zu testen versuchen, aber auch keine reinen Experimentatoren, da ihre Experimente ausschließlich in der Welt des Rechners stattfinden. Die Spektrum möglicher Simulationen deckt die komplette Spanne von der mathematischen Physik über Simulationen kosmologischer Modelle bis hin zur angewandten Physik ab. Naturgemäß hat dieser Bereich der Physik zig Anknüpfungspunkte an die Informatik.
Verhältnis zu anderen Wissenschaften
Abgrenzung zu anderen Wissenschaften
Zur Grenze gegenüber der Biologie wird die Physik vielmals als die Lehre von der unbelebten Natur bezeichnet.
Eine Grenzlinie gegenüber der Chemie ist nicht so eindeutig; der Übergang von der Physik der Elektronenhülle, also der Atom- und Molekülphysik, zur Quantenchemie ist fließend.
Die Mathematik beschreibt im Gegensatz zur Physik keine realen Objekte, stattdessen abstrakte Begriffe und deren Eigenschaften.
Wechselwirkung mit anderen Wissenschaften
Die Physik gilt als die grundlegende Naturwissenschaft, auf der alle anderen wie z. B. die Astronomie, die Chemie, die Geologie und letztlich auch die Biologie aufbauen. Physikalische Prinzipien und Modelle finden ihre Anwendung auch in Disziplinen jenseits der Naturwissenschaften, besonders im technischen Bereich, wie in den Ingenieurwissenschaften, aber auch in den quantitativen Wirtschaftswissenschaften. Invertiert haben auch oft Erkenntnisse aus anderen Fachgebieten wie der Mathematik oder der Astronomie die physikalische Lehre bereichert und stimuliert.
Auch in der Philosophie finden die Erkenntnisse der Physik Beachtung: So versucht der philosophische Zweig der Metaphysik Erklärungen für das Wesen der Natur zu finden, während sich die Physik auf ihre Schilderung beschränkt.
Geschichte
Die neuzeitliche Geschichte der Physik wurzelt in antiken Vorarbeiten erst einmal griechischer Gelehrter (insbesondere von Aristoteles) und beginnt etwa ab dem Anno 1500. Seit dieser Zeit kann man von der Physik als eigenständiger Wissenschaft sprechen, wenngleich es schon vor physikalische Entdeckungen und Einbläuen gab, beispielsweise über das Feuer, das Rad, das von Archimedes formulierte Hebelgesetz und seine Anwendung in einfachen Maschinen, erste Erkenntnisse in der Optik, der Flüssigkeitslehre und Vorstellungen vom Aufbau der Körper (Demokritsches Teilchenmodell).
- 1543 Veröffentlichung des heliozentrischen Weltbildes in „De Revolutionibus Orbium Coelestium“ („Von den Umdrehungen der Himmelskörper“) durch Nikolaus Kopernikus
- 1589 Fallgesetze (Galileo Galilei)
- 1609 Planetengesetze (Johannes Kepler)
- 1638 und 1650 Luftdruck und Vakuum gefunden und angewendet (Evangelista Torricelli, Otto von Guericke)
- 1687 Verfassung der Mechanik (newtonsche Gesetze durch Isaac Newton)
- 1786 Elektrisches Verfassung (coulombsches Gesetz: zur Bestimmung der Kraft zwischen Ladungen)
- 1865 Konzept der elektromagnetischen Wellen (Maxwellgleichungen durch James Clerk Maxwell)
- 1895 Entdeckung der Röntgenstrahlung (X-Strahlung) durch Wilhelm Conrad Röntgen
- 1898 Entdeckung der natürlichen Radioaktivität einiger chemischer Elemente durch Marie und Pierre Curie
- 1900 Begründung der Quantenphysik durch Max Planck
- 1905 Formulierung der speziellen Relativitätstheorie durch Albert Einstein
- 1916 Veröffentlichung der allgemeinen Relativitätstheorie durch Albert Einstein
- 1938 Atomkernspaltung künstlich herbeigeführt durch Otto Hahn
- 1947 Entwicklung des Transistors durch William B. Shockley
- 1960 Entwicklung des ersten Lasers durch Theodore Maiman
- 1970 Erste kontrollierte Kernfusion im Fusionsreaktor Tokamak 3
- 1995 Erfolgreiche Bose-Einstein-Kondensation von Atomen
Siehe auch: Portal:Physik, Liste physikalischer Sätze
Literatur
- Károly Simonyi: "Kulturgeschichte der Physik". Leipzig, Jena, Berlin: Urania-Verlag, 1990
- Landau, Lifschitz: "Theoretische Physik" in 8 Bänden, Akademie-Verlag Berlin, neu: Harri Deutsch-Verlag Frankfurt/Main.
- Paul A. Tipler, Gene Mosca: Physik für Wissenschaftler und Ingenieure. 2. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, 2004, ISBN 3-827-41164-5
- Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands: Vorlesungen über Physik. Oldenbourg 1999, ISBN 3-486-25857-5
- Ch. Gerthsen, D. Meschede: Gerthsen Physik. 22. Auflage. Springer-Verlag, 2004, ISBN 3-540-02622-3
- W. Demtröder: Experimentalphysik. 3. Auflage. Springer, 2004, ISBN 3-540-26034-X
- Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Thomas Dorfmüller, Wilhelm T. Hering, Klaus Stierstadt:Lehrbuch der Experimentalphysik. 10. Auflage. de Gruyter, 1998, ISBN 3-110-12870-5
Siehe auch
Angewandte Physik, Astrophysik, Experimentalphysik, Geophysik, Mathematische Physik, Theoretische Physik
Mathematik, Chemie, Physikalische Chemie, Biophysik
Physikstudium, Physik in der Schule
Weblinks
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