Physik
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Physik
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Die '''Physik''' ([[griechische Sprache|griechisch]] ''φυσική, physike'' „die Natürliche“) ist die [[Naturwissenschaft]], welche die grundlegenden Gesetze der [[Natur]], ihre elementaren Bausteine und deren [[Wechselwirkung]]en untersucht. Sie befasst sich sowohl mit den Eigenschaften und dem Verhalten von [[Materie]] und [[Feld_(Physik)|Feld]]ern in [[Raum_(Physik)|Raum]] und [[Zeit]] als auch mit der Struktur von Raum und Zeit selbst.
Die Physik beschreibt die Natur quantitativ mittels naturwissenschaftlicher [[Modell]]e, sogenannter [[Theorie]]n, und ermöglicht damit insbesondere [[Vorhersage]]n über das Verhalten der betrachteten [[System]]e. Dazu verwendet die Physik die Sprache der [[Mathematik]].
Im Zusammenhang mit der Physik wurde auch erstmals die Frage nach der [[Wissenschaftsethik|Ethik]] naturwissenschaftlicher [[Forschung]] aufgeworfen, ein Thema, das auch in der [[Literatur]], etwa in dem Theaterstück ''[[Die Physiker]]'' von [[Friedrich Dürrenmatt]], aufgegriffen worden ist.
== Das Theoriengebäude der modernen Physik ==
Das Theoriengebäude der Physik ruht auf zwei Säulen, der [[Relativitätstheorie]] und der [[Quantenphysik]]. Beide Theorien enthalten 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 [[Phänomen]]e Raum und Zeit ein. Danach handelt es sich nicht um universell gültige Ordnungsstrukturen, sondern 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 Anwesenheit von [[Masse (Physik)|Masse]] bzw. [[Energie]] hervorgerufen wird. In der Relativitätstheorie wird auch erstmals die [[Kosmologie]] zu einem naturwissenschaftlichen Thema. Die Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der [[moderne Physik|modernen Physik]], auch wenn sie häufig als Vollendung der [[klassische Physik|klassischen Physik]] bezeichnet wird.
=== Die Quantenphysik ===
Die Quantenphysik beschreibt die [[Naturgesetze]] im [[Atom|atomaren]] und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie. Viele physikalische [[Größe]]n erweisen sich in bestimmten Situationen als [[Quantisierung|quantisiert]], das heißt sie nehmen stets nur bestimmte [[Diskreter Wert|diskrete Werte]] an und ändern sich in Form von [[Quantensprung|Quantensprüngen]]. Materie erweist sich als Phänomen, das nur in Portionen, den sogenannten [[Elementarteilchen]] oder [[Quant]]en, in Erscheinung tritt. Ihr Aufenthaltsort lässt sich nicht mehr durch eine [[Bahn]] im Raum beschreiben sondern durch [[Welle (Physik)|Wellen]], über die eine [[Wahrscheinlichkeit]] dafür angegeben werden kann, das Teilchen 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, sondern sogar nicht definiert. Die meisten Physiker folgern daraus, dass letztlich die Vorstellung von der Existenz einer vom Beobachter unabhängigen [[Realität]] aufgegeben werden muss. Hinsichtlich der Eigenschaften dieser Teilchen spielen [[Symmetrie]]eigenschaften eine zentrale Rolle.
Die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend der menschlichen [[Anschauung]], und über ihre [[Interpretation]] herrscht auch heute noch kein [[Konsens]] ([[Deutungen der Quantenphysik]]). Dennoch zählt sie hinsichtlich ihres [[Empirie|empirischen]] Erfolges zu dem am besten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt.
=== Die vier Grundkräfte ===
Die moderne Physik kennt die folgenden [[Grundkräfte der Physik|vier Grundkräfte]]:
* Die [[Gravitation]] oder Schwerkraft,
* die [[elektromagnetische Wechselwirkung]],
* die [[schwache Wechselwirkung]], die beispielsweise 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 Gesamtkonzept zu beschreiben. Bisher ist es jedoch lediglich gelungen, die elektromagnetische [[Wechselwirkung]] als Vereinigung der [[Elektrizität|elektrischen]] und der [[Magnetismus|magnetischen]] Wechselwirkung darzustellen und ebenso die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zu einer sogenannten [[elektroschwache Wechselwirkung|elektroschwachen Wechselwirkung]] zu vereinigen. Zur Vereinigung der elektroschwachen- und starken Wechselwirkung wurde die Theorie der Supersymmetrie erdacht, deren Gültigkeit allerdings umstritten ist. Die größten Schwierigkeiten treten im Bereich der Gravitationskraft auf, da über sie - auch wenn schon lange bekannt - doch nur wenig gesichertes Wissen vorliegt. Maßgebliches Problem hierbei 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 mittelbar eine weitere 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 [[Naturgesetz]]en zu beschreiben und auf die Wechselwirkung weniger [[Elementarteilchen]] zurückzuführen. Inwieweit dieses Ziel prinzipiell oder praktisch erreichbar ist, ist völlig offen.
Immerhin ist der Gültigkeitsbereich der bekannten physikalischen Gesetze äußerst weitreichend. [[Ungelöste Probleme der Physik|Ungeklärte Phänomene der Physik]] lassen sich zwei grundsätzlich verschiedenen Gruppen zuordnen:
* Phänomene, deren zugrundeliegende Gesetze noch unbekannt sind. Dazu zählen insbesondere Phänomene der [[Teilchenphysik]] und solche, zu deren Beschreibung die [[allgemeine Relativitätstheorie]] und die Quantenphysik zugleich erforderlich sind, wie beispielsweise der [[Urknall]]. Der Grund hierfür ist, dass es bisher nicht gelungen 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 [[Näherungsmodell]]e zu entwickeln, deren [[Qualität]] und Gültigkeitsbereich sich oft nur experimentell ermitteln lassen.
Eins der bedeutendsten ungelösten Probleme in diesem Zusammenhang ist das des menschlichen [[Bewusstsein]]s. Insbesondere die Frage, zu welcher der beiden Problemgruppen es zu zählen ist, wird kontrovers diskutiert.
Die Physik ist prinzipiell nicht in der Lage, Aussagen über das Wesen der Dinge an sich zu treffen. Sie beschränkt sich darauf, die Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, denen die Dinge unterworfen sind.
Warum die Natur überhaupt gewissen Gesetzen gehorcht, ist letztlich unbekannt. Eine partielle Antwort gibt lediglich das [[anthropisches Prinzip|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 ==
Im Folgenden werden die verschiedene Themenbereiche der Physik mit Kurzkommentar dargestellt und zwar nach übergeordnetem, theoretischen Rahmen eingeordnet und gleichzeitig weitgehend chronologisch sortiert. Viele der aufgeführten Themen lassen sich nicht eindeutig einer Theorie zuordnen. So sind beispielsweise viele Phänomene der [[Thermodynamik]] nur auf Basis der Quanten- und Relativitätstheorie erklärbar. In diesen Fällen ist das Thema unter der ältesten Theorie eingeordnet und bestehende maßgebliche Bezüge zu jüngeren Theorien sind mit (RT) für die Relativitäts- und (QT) für die Quantentheorie angedeutet. Die Liste enthält sowohl phänomenorientierte Sachgebiete als auch Querschnittstheorien (QST) mit gebietsübergreifendem Anwendungsbereich. Siehe auch das [[Portal:Physik|Physik-Portal]] mit unkommentierten, aber nach verschieden Kriterien sortierten Themenlisten sowie die alphabetische [[Portal:Physik/Themenliste|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 Theorie überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von [[Kraft|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 [[Schwingung]]svorgängen in [[Akustik]], [[Optik]] und [[Atomphysik]] (QST/QT).
* Die [[Elektrodynamik]] beschreibt elektrische und magnetische Phänomene. Obwohl bereits früher bekannt, erhielt sie erst durch die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie ihr theoretisches Fundament (RT).
* Die [[Thermodynamik]], auch [[statistische Mechanik]] oder [[Wärmelehre]] behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und [[Temperatur]] eine Rolle spielen. Ihr Anwendungsbereich reicht jedoch weit darüberhinaus (QST/RT/QT).
* Die [[Kontinuumsmechanik]] ist die Verallgemeinerung der klassischen [[Mechanik]] auf kontinuierliche Medien.
* Die [[Strömungslehre]] behandelt die Dynamik von [[Fluid]]en, 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 [[komplexes System|komplexen Systeme]] befassen sich unter anderem 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 Beschreibung von Phänomenen im [[Mikrokosmos]] erforderlich, wo die Gesetze der klassischen Mechanik an ihre Grenze gelangen. Während sie experimentell immer wieder hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis heute über ihre korrekte Interpretation gestritten. Im folgenden sind insbesondere Themen der nichtrelativistischen [[Quantenmechanik]] aufgeführt, bei denen sich die Zahl der beteiligten Teilchen nicht ändert.
* Aufgabe der [[Atomphysik]] ist es, den Aufbau und die Eigenschaften der Atome und ihre [[Atomspektrum|Spektren]] zu erklären. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der [[Atomkern]] als strukturlos angesehen werden kann (RT).
* Die [[Molekularphysik]] beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und stellt die Verbindung zur [[Chemie]] und [[physikalische Chemie|physikalischen Chemie]] her.
* Die [[Kernphysik]] studiert alle mit dem [[Atomkern]] zusammenhängenden Phänomene, die [[Kernstruktur]] und [[Kernreaktion]]en (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 [[Plasma (Physik)|Plasmen]], d. h. hochgradig [[Ion (Chemie)|ionisierten]] Materiezuständen (RT).
* Gegenstand der [[Tieftemperaturphysik]] ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Temperaturen aufgebrochen werden.
* Die Physik [[kondensierte Materie|kondensierter Materie]] beschreibt Phänomene (korrelierter) [[Vielteilchensystem]]e. 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]], insbesondere (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 [[Ideales Gas|idealen Gas]]) bei [[Flüssigkeit]]en im [[Nahbereich]] [[Korrelationen]] beobachtbar.
** Die Physik der [[Flüssigkristall]]e beschreibt die Physik von Materie, die sowohl Elemente einer [[kristalline Ordnung|kristallinen Ordnung]] aufweisen als auch die einer [[ungeordnet]]en [[Flüssigkeit]]: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die [[Beweglichkeit (Physik)|Beweglichkeit]] einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), besitzen jedoch eine wohldefinierte gegenseitige [[Orientierung]].
** Die Physik der [[weiche Materie|weichen Materie]] beschreibt die Eigenschaften von [[Polymer]]en, [[Kolloid]]en und [[Membran]]en.
** 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 Beschreibung die Quantenphysik und die Relativitätstheorie zugleich erforderlich sind.
* Die [[Elementarteilchen]]physik, auch [[Teilchenphysik]] oder [[Hochenergiephysik]], ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten.
* Die [[Quantenfeldtheorie]] ist die quantenmechanische Beschreibung von Feldern und ist für die Teilchenphysik relevant. Das [[Standardmodell]] ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Teilchen und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt:
** die [[Dirac-Theorie]] ist eine relativistische Beschreibung 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 [[virtuelles Photon|virtuellen Photonen]]
** die [[Quantenchromodynamik]] beschreibt die [[starke Wechselwirkung]] zwischen [[Quark (Physik)|Quark]]s als Austausch von [[Gluon]]en
* [[Quantengravitation]] ist ein Überbegriff für Ansätze, die vier [[Grundkräfte der Physik]] mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine [[Relativitätstheorie]] mit der [[Quantenphysik]] zu vereinen (QST):
**die [[Stringtheorie]] beschreibt [[Elementarteilchen]] als [[Stringtheorie|String]]s 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 Studium [[Astronomie|astronomischer]] Phänomene an.
* Bei der [[physikalische Chemie|physikalischen Chemie]] handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Physikalische Chemiker 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 Lebewesen und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
* Die [[Geophysik]] nutzt physikalische Modelle zur Erklärung [[Geologie|geologischer]] Strukturen und Vorgänge.
* [[Quantenelektronik]] ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der [[Quantentheorie]] auf die Entwicklung [[Elektronik|elektronischer]] Schaltkreise an.
* In der Theorie der [[Quantencomputer]] tritt die Physik in interdisziplinäre Zusammenarbeit mit der [[Informatik]]. Hier werden unter anderem Algorithmen mit geringerer [[Komplexitätstheorie|Komplexität]] als bei klassischen Computern möglich.
* Die [[Beschleunigerphysik]] beschaftigt 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 Forschung vor allem 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 Experiment 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. Jahrhundert]]s Spezialisierungen herausgebildet, die insbesondere die professionell betriebene Physik heute prägen. Demnach lassen sich grob ''[[Experimentalphysik]]'' und ''[[theoretische Physik]]'' voneinander unterscheiden.
=== Experimentalphysik ===
Während manche Naturwissenschaften wie etwa die [[Astronomie]] und die [[Meteorologie]] sich methodisch weitgehend auf die [[Beobachtung]]en 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 mittels empirischer Modelle zu beschreiben. Sie versucht einerseits physikalisches Neuland zu betreten, andererseits überprüft sie von der theoretischen Physik gemachte Vorhersagen.
Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es, die Eigenschaften eines zuvor präparierten physikalischen Systems, zum Beispiel 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, falls dies nicht möglich ist, durch eine möglichst kleine Anzahl von Grundannahmen ([[Hypothese]]n) zu beschreiben. Sie leitet weiterhin aus bereits bekannten Modellen empirisch überprüfbare Voraussagen ab.
Bei der Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Wirklichkeit idealisiert; man konzentriert 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 Beschreibung eines physikalischen Systems benutzt man die Sprache der [[Mathematik]]. Seine Bestandteile werden dazu durch mathematische Objekte wie zum Beispiel [[Skalar (Physik)|Skalar]]e oder [[Vektor]]en repräsentiert, die in durch [[Gleichung]]en festgelegten Beziehungen zueinander stehen. Der Zweck des Modelles ist es, aus bekannten Größen unbekannte zu errechnen und damit zum Beispiel das Ergebnis einer experimentellen Messung vorherzusagen.
Phänomene der Welt, die sich nicht mathematisch beschreiben lassen, wie beispielsweise das menschliche [[Bewusstsein]], werden gemeinhin nicht als Gegenstand der Physik angesehen.
Das fundamentale Maß für die Qualität einer Theorie ist, wie in vielen Naturwissenschaften auch, die Übereinstimmung mit [[Reproduzierbarkeit|reproduzierbaren]] [[Experiment]]en. Durch den Vergleich mit dem Experiment lässt sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Theorie ermitteln, allerdings lässt sie sich niemals „beweisen“. Um eine Theorie zu widerlegen, bzw. um die Grenzen ihres Gültigkeitsbereiches zu demonstrieren, genügt im Prinzip ein einziges Experiment, sofern es reproduzierbar ist.
Experimentalphysik und theoretische Physik stehen also in steter Wechselbeziehung zueinander. Es kann allerdings vorkommen, dass Ergebnisse der einen Disziplin der anderen vorauseilen: So sind derzeit viele Voraussagen der [[Stringtheorie]] nicht experimentell überprüfbar; andererseits sind viele teilweise extrem genau gemessene Werte aus dem Gebiet der Teilchenphysik zum heutigen Zeitpunkt am Anfang des [[21. Jahrhundert]]s durch die zugehörige Theorie, die [[Quantenchromodynamik]], nicht berechenbar.
=== Mathematische Physik und Angewandte Physik ===
Zusätzlich zu dieser grundlegenden Teilung der Physik unterscheidet man manchmal noch zwei weitere Unterdisziplinen, die [[mathematische Physik|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, sondern die Ergebnisse der theoretischen Physik selbst. Sie abstrahiert damit von jedweder Anwendung und interessiert sich stattdessen für die ''mathematischen'' Eigenschaften eines Modells, insbesondere seine tiefer liegenden [[Symmetrie]]n und [[Invarianz (Physik)|Invarianzen]]. Auf diese Weise entwickelt sie Verallgemeinerungen und Varianten bereits bekannter Theorien, die dann wiederum als Arbeitsmaterial der theoretischen Physiker in der Modellierung empirischer Vorgänge Einsatz finden können.
Die angewandte Physik steht dagegen in (unscharfer) Abgrenzung zur Experimentalphysik, teilweise auch zur theoretischen Physik. Ihr wesentliches Kennzeichen ist, dass sie ein gegebenes physikalisches Phänomen nicht um seiner selbst willen erforscht, sondern um die aus der Untersuchung hervorgegangenen Erkenntnisse zur Lösung eines (in der Regel) nicht-physikalischen Problems einzusetzen. Ihre Anwendungen liegen z. B. auf dem Gebiet der [[Technik]] oder [[Elektronik]], in [[Medizin]], [[Chemie]] oder [[Astronomie]], aber auch in den [[Wirtschaftswissenschaften]], wo z. B. 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 [[Simulation|Computersimulation]] als neue Methodik innerhalb der Physik entwickelt. [[Computerphysik|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 [[Rechner]]s stattfinden. Die Bandbreite 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 zahlreiche Anknüpfungspunkte an die [[Informatik]].
== Verhältnis zu anderen Wissenschaften ==
=== Abgrenzung zu anderen Wissenschaften ===
Zur Abgrenzung gegenüber der [[Biologie]] wird die Physik oftmals als die Wissenschaft von der unbelebten Natur bezeichnet.
Eine Abgrenzung gegenüber der [[Chemie]] ist nicht so eindeutig; der Übergang von der Physik der [[Elektronenhülle]], also der [[Atomphysik|Atom-]] und [[Molekülphysik]], zur [[Quantenchemie]] ist fließend.
Die [[Mathematik]] beschreibt im Gegensatz zur Physik keine realen Objekte, sondern abstrakte Begriffe und deren Eigenschaften.
=== Wechselwirkung mit anderen Wissenschaften ===
Die Physik gilt als die grundlegende Naturwissenschaft, auf der alle anderen wie beispielsweise die [[Astronomie]], die [[Chemie]], die [[Geologie]] und letztlich auch die [[Biologie]] aufbauen. Physikalische Prinzipien und [[Modell]]e finden ihre Anwendung auch in Disziplinen jenseits der Naturwissenschaften, besonders im technischen Bereich, wie in den [[Ingenieurwissenschaft]]en, aber auch in den [[Quantität|quantitativen]] [[Wirtschaftswissenschaft]]en. Umgekehrt haben auch oft Erkenntnisse aus anderen Fachgebieten wie der [[Mathematik]] oder der [[Astronomie]] die physikalische Forschung 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 Beschreibung beschränkt.
== Geschichte ==
Die ''neuzeitliche'' [[Geschichte der Physik]] wurzelt in antiken Vorarbeiten vor allem griechischer Gelehrter (insbesondere von [[Aristoteles]]) und beginnt etwa ab dem Jahr [[1500]]. Seit dieser Zeit kann man von der ''Physik'' als eigenständiger [[Wissenschaft]] sprechen, obwohl es schon vorher physikalische Entdeckungen und Lehren gab, zum Beispiel über das [[Feuer]], das [[Rad]], das von [[Archimedes]] formulierte [[Hebelgesetz]] und seine Anwendung in einfachen [[Maschine]]n, erste Erkenntnisse in der [[Optik]], der [[Hydromechanik|Flüssigkeitslehre]] und Vorstellungen vom Aufbau der [[Körper (Physik)|Körper]] ([[Demokrit]]sches [[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]] entdeckt und angewendet ([[Evangelista Torricelli]], [[Otto von Guericke]])
*[[1687]] Grundgesetz der Mechanik ([[newtonsche Gesetze]] durch [[Isaac Newton]])
*[[1786]] Elektrisches Grundgesetz ([[coulombsches Gesetz]]: zur Bestimmung der Kraft zwischen Ladungen)
*[[1865]] Theorie der [[elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]] ([[Maxwellgleichungen]] durch [[James Clerk Maxwell]])
*[[1895]] Entdeckung der [[Röntgenstrahlung]] (X-Strahlung) durch [[Wilhelm Conrad Röntgen]]
*[[1898]] Entdeckung der natürlichen Radioaktivität einiger [[chemisches Element|chemischer Elemente]] durch [[Marie Curie|Marie]] und [[Pierre Curie]]
*[[1900]] Begründung der [[Quantenmechanik|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 [[Transistor]]s durch [[William B. Shockley]]
*[[1960]] Entwicklung des ersten [[Laser]]s durch [[Theodore Maiman]]
*[[1970]] Erste kontrollierte [[Kernfusion]] im [[Fusionsreaktor]] [[Tokamak]] 3
*[[1995]] Erfolgreiche [[Bose-Einstein-Kondensation]] von [[Atom]]en
'''Siehe auch:''' [[Portal:Physik]], [[Liste physikalischer Sätze]]
== Literatur ==
*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 ==
[[Experimentalphysik]],
[[Theoretische Physik]],
[[Angewandte Physik]],
[[Mathematische Physik]]
[[Mathematik]],
[[Chemie]],
[[Physikalische Chemie]],
[[Geophysik]],
[[Biophysik]]
[[Physikstudium]]
== Weblinks ==
{{zum}}
{{Wiktionary|Physik}}
{{Wikibooks|Regal Physik|Freie Bücher zu physikalischen Themen}}
{{Wikiquote|Physik}}
*Physik allgemein
**[http://www.dpg-physik.de/ Deutsche Physikalische Gesellschaft e.V.]
**[http://www.ptb.de/ Physikalisch-Technische Bundesanstalt]
*Physik-Portale
**[http://www.weltderphysik.de/ Welt der Physik]
**[http://www.Phynet.de/ Phynet.de]
**[http://www.pro-physik.de/Phy/External/PhyH/ Findemaschine pro-physik.de]
**[http://www.ptb.de/de/blickpunkt/interviews/_index.html Was ist Physik? Antworten prominenter Physiker]
**[http://www.iap.uni-bonn.de/P2K/cover.html Physik einfach erklärt]
**[http://www.lern-online.net/physik/ Erklärungen von schulischen Themen der Physik]
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Diese Version des Artikels stammt vom 04.03.2006.
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