Physik

Die Physik (griech.: physica=Natur) ist die Wissenschaft von der Materie, ihren Eigenschaften und ihrem Verhalten in Raum und Zeit. Sie gilt als die grundlegende Naturwissenschaft, auf der andere Naturwissenschaften wie die Astronomie, die Chemie und letztlich auch die Biologie aufbauen. Physikalische Prinzipien und Modelle finden ihre Anwendung in den Ingenieurwissenschaften.

Primäre Aufgabe der Physik ist es, das Verhalten physikalischer Systeme quantitativ mittels naturwissenschaftlicher Modelle, so genannter Theorien, zu beschreiben und damit vorhersagbar zu machen. Dazu verwendet die Physik die Sprache der Mathematik. Wie in jeder anderen Naturwissenschaft auch muss sich jede Theorie am Experiment messen lassen: Physikalische Experimente sind das fundamentale Maß dafür, welche Theorien die Wirklichkeit angemessen beschreiben.

Table of contents

1 Einteilung nach Methodik
2 Einteilung nach Studienobjekt
3 Das Weltbild der modernen Physik
4 Literatur
5 Weblinks

Einteilung nach Methodik

Nach der Art der Erkenntnisgewinnung lassen sich grob vier verschiene Richtungen in der Physik unterscheiden, die allerdings untereinander in steter Wechselwirkung stehen:

Die Experimentalphysik versucht einerseits, durch Experimente Gesetzmäßigkeiten in der Natur aufzuspüren und mittels empirischer Modelle zu beschreiben, und überprüft andererseits die von der theoretischen Physik gemachten Voraussagen.
Die theoretische Physik bemüht sich, die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf bekannte Grundlagentheorien zurückzuführen oder, falls dies nicht möglich ist, durch eine möglichst kleine Anzahl von Grundannahmen (Axiomen) zu beschreiben. Sie leitet weiterhin aus bereits bekannten Modellen empirisch überprüfbare Voraussagen ab.
Die mathematische Physik betrachtet physikalische Modelle aus mathematischer Sicht, verallgemeinert sie und studiert ihre Eigenschaften in von der konkreten Anwendung abstrahierender Form.
Die angewandte Physik wendet physikalische Erkenntnisse zur Entwicklung neuer technologischer Verfahren an.

Einteilung nach Studienobjekt

Die Klassische Mechanik von Isaac Newton war die erste geschlossene physikalische Theorie überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften, einschließlich solcher Kräfte, die zwischen den Körpern wirken.
Die Kontinuumsmechanik ist die Verallgemeinerung der klassischen Mechanik auf kontinuierliche Medien.
Die Strömungsphysik behandelt die Bewegung von Fluiden, d.h. nicht fester Substanzen. Untergebiete sind die Hydrodynamik (Dynamik von Flüssigkeiten) und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und seiner Beeinflussung durch Materie.
Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
Die Thermodynamik behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen.
Die Statistische Mechanik führt die Gesetze der Thermodynamik auf die Gesetze der Mechanik bzw. der Quantenmechanik zurück.
Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene.
Die Quantenmechanik ist eine fundamentale Theorie der Welt, die die klassische Mechanik ersetzt und viele, zumeist mikroskopische, Phänomene erklärt, die mit der klassischen Mechanik nicht erklärt werden können. Die Quantenmechanik bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie, und während sie experimentell immer wieder hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis heute über ihre korrekte Interpretation gestritten.
Die Relativitätstheorien sind Theorien über Raum und Zeit, die die entsprechenden Vorstellungen der klassischen Mechanik ersetzen. Die spezielle Relativitätstheorie macht das Relativitätsprinzip mit der Elektrodynamik kompatibel, während die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation als Krümmung der Raumzeit erklärt.
Die Quantenfeldtheorie ist die quantenmechanische Beschreibung von Feldern. Das Standardmodell ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Teilchen und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt.
Die Stringtheorie ist ein Versuch, die fundamentalen Wechselwirkungen mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu vereinen.
Teilchenphysik
Beschleunigerphysik
Aufgabe der Atomphysik ist es, die Eigenschaften der Atome, insbesondere ihre Spektren zu erklaren. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der Atomkern als strukturlos angesehen werden kann.
Molekularphysik
Festkörperphysik
Oberflächenphysik
Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen.
Reaktorphysik
Laserphysik siehe auch Spektroskopie
Tieftemperaturphysik
Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, d. h. hochgradig ionisierter Materiezustände.
Quantenelektronik
Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Studium astronomischer Phänomene an.
In der Biophysik werden die physikalischen Gesetzmässigkeiten, denen Lebewesen und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
Die Geophysik nutzt physikalische Modelle zur Erklärung geologischer Strukturen und Vorgänge.
Die Physikalische Chemie liegt an der Schnittstelle von Physik und Chemie und befasst sich insbesondere damit, in der Chemie bekannte Eigenschaften komplexer Moleküle physikalisch zu erklären.

Das Weltbild der modernen Physik

Die moderne Physik leitet alle Vorgänge aus vier Grundkräften ab:

Siehe auch: Physiker, Einheitensystem, Naturgesetz, Naturkonstante, Physik für die Schule

Literatur

Feynman, Leighton, Sands: Vorlesungen über Physik. Oldenbourg 1999 ISBN 3486258575
Halliday, Resnick, Walker: Physik von Halliday. Wiley 2003 ISBN 3-527-40366-3 (didaktisch sehr gut gemachtes Physiklehrbuch mit CD-ROM)

Weblinks

Physik allgemein
- Kategorie "Physik" beim Internet-Katalog dmoz.de
- Physik-Portale: physik.de, pro-physik.de PhysNet
- http://www.uni-magdeburg.de/avp/physik_im_www.htm - gute Physik-Linkseite
- http://www.ptb.de/de/blickpunkt/interviews/_index.html - Was ist Physik? Antworten prominenter Physiker
- http://www.gym-hartberg.ac.at/gym/physik/them.htm
Anregende Zusammenstellung wichtiger Themen der Physik
- Physikalische Kleinigkeiten Physikalisches Weblog
- Multimedia Physik Viele Links aus der Physik
- teilchen.at Aktuelles, Erklärungen und Links zu Kern- und Teilchenphysik (mit leichtem Bezug zur Situation in Österreich)
Linksammlung zum Thema Physik, Studium der Physik in Marburg:
- http://www.wackerart.de/physik.html

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