Physik

Physik: Wissenschaft von den Eigenschaften und Zustandsformen, der Struktur und Bewegung (Veränderung) der unbelebten Materie, von den diese Bewegung hervorrufenden Kräften oder Wechselwirkungen und von den dabei unverändert. Größen. Die klassische Physik gliedert sich in Mechanik, Akustik, Thermodynamik, Optik und Elektrodynamik. Die Newtonschen Axiome beziehungsweise die Prinzipien der Mechanik, die Hauptsätze der Thermodynamik und die Maxwellschen Gleichungen für das elektromagnetische Feld bilden in Verbindung mit den Erhaltungssätzen die Grundlagen der klassischen Physik. Durch die Spezielle Relativitätstheorie wird sie auf beliebig bewegte Inertialsysteme erweitert, durch die Allgemeine Relativitätstheorie auf beliebig bewegte Bezugssysteme. Die Quantentheorie erklärt die Erscheinungen in Atomen und bei deren Zusammenwirken in Molekülen und Festkörpern, die Wechselwirkung von Strahlung mit stofflicher Materie und die chemische Bindung. Sie bildet die Grundlage für die Kern- und Elementarteilchenphysik. Die moderne physikalische Forschung kann auf vielen Gebieten nur durch Gemeinschaftsarbeit und mit zum Teil erheblichen technischen Aufwand neue Erkenntnisse gewinnen. Die Physik steht in enger Wechselwirkung mit der Technik. Schwerpunkte gegenwärtiger physikalischer Forschung sind die Elementarteilchenphysik in Verbindung mit der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Kosmologie (einheitliche Theorie der Materie), die Verwirklichung der gesteuerten Kernfusion, die Festkörperphysik, die Molekülphysik, die Physik der Laser, die Tieftemperaturphysik. Die Anwendung physikalischer Methoden und Theorien in anderen Naturwissenschaften führte zu Spezialgebieten wie Astrophysik, Geophysik.

Geschichtliches: Der Begriff Physik stammt aus der Antike und bedeutete Naturlehre. Die Anfänge liegen in der praktischen Nutzung verallgemeinerter Erfahrungen (zum Beispiel Hebel) in vorderasiatischer und ägyptischer Kulturen. Diese wurden in antike naturphilosophische Betrachtungen einbezogen und zu deuten versucht; Experimente wurden nur gelegentlich durchgeführt. Leukipp und Demokrit entwickelten eine materialistische Atomlehre. Wichtige Ergebnisse wurden in der Mechanik, Statik, Hydrostatik (Archimedes) und der Optik (Euklid) erreicht. Islam. Gelehrte sammelten das antike Wissen, konnten es teilweise erweitern und gaben es so auch nach Europa weiter. Im feudalen Europa kam es nur in der Kinetik zu gewissen Fortschritten. Der Umsturz des astronomischen Weltbildes im 16. Jahrhundert gab auch den Anstoß, eine von der Religion unabhängige physikalische Wissenschaft aufzubauen, wesentlich gegründet auf eine experimentell-mathematischen Erfassung der Naturerscheinungen. Als erste physikalische Disziplin bildete sich, angeregt durch praktische Fragestellungen, die klassische Mechanik (G. Galilei, J. Kepler, I. Newton) im 17. Jahrhundert heraus, gefolgt von der Optik (W. Snellius, C. Huygens, I. Newton). Im 18. Jahrhundert wurden wesentliche Grundlagen der Elektrizitäts- und Wärmelehre erkannt. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden die Forderungen der Praxis stärker in physikalischen Untersuchungen einbezogen. Es wurde die analytische Mechanik aufgebaut, die Himmelsmechanik vollendet, die Hydrodynamik und die Anfänge der technischen Mechanik entstanden. Im 19. Jahrhundert wurden die Thermodynamik (Lord Kelvin, R Clausius) und die Elektrodynamik (M. Faraday, J. C. Maxwell) zu den beherrschenden Disziplinen; der Energieerhaltungssatz wurde entdeckt (J. R. Mayer, H. Helmholtz). Eine neue Epoche der Physik wurde seit etwa 1900 mit der Entwicklung der Quanten-, Atom- und Kernphysik sowie der Relativitätstheorie eingeleitet (M. Planck, A. Einstein, E. Rutherford, N. Bohr und viele andere). Die Physik unseres Jahrhunderts eröffnete völlig neue Einsichten in die Struktur des Mikro- und Makrokosmos, wirft dabei aber zugleich eine Fülle grundsätzliche Fragen auf. Entdeckungen wie die der Kernspaltung, des Transistors oder des Lasers sind auch von enormer gesellschaftlich-praktischer Bedeutung; ihre Nutzung erfordert darüber hinaus ein hohes Maß gesellschaftlicher Verantwortung, der sich die Physiker nicht entziehen können.

Physikalische Chemie: Teilgebiet der Chemie, das die Wechselwirkungen zwischen physikalischen Erscheinungen (zum Beispiel Druck, Temperatur, Elektrizität, Licht) und chemische Umsetzungen untersucht. Zur physikalischen Chemie gehören zum Beispiel Atomistik und chemische Bindungslehre, Reaktionskinetik, chemische Thermodynamik, Elektro-, Magneto-, Foto-, Mechano- und Kolloidchemie.

Physikalische Geodäsie: Teilgebiet der Geodäsie, bestimmt die Erdgestalt als Geoid; neben astronomische und geodätische dienen dazu Messungen der Schwerkraft auf der Erdoberfläche.

Physikalische Größe: Merkmal einer physikalischen Erscheinung oder eines Körpers, das qualitativ charakterisiert und quantitativ ermittelt werden kann. Qualitativer Inhalt von physikalischer Größe (Größenarten) sind zum Beispiel Länge, Zeit, Masse. Der Wert einer Größe ist das Produkt aus Zahlenwert und Einheit, zum Beispiel 5 m, 12 kg, 350 W. Die physikalische Größe und der Wert einer Größe dürfen vereinfacht auch als Größe bezeichnet werden.

Physikalische Konstanten: Konstanten, die in die mathematische Formulierung der physikalischen Gesetze eingehen und auf die sich viele andere Konstanten, zum Beispiel Materialkonstanten, im Prinzip zurückführen lassen.

Physikalisches System: reales materielles Objekt, das von der übrigen Materie zumindest ideell isoliert und unterschieden werden kann, beziehungsweise Summe solcher miteinander in Wechselwirkung stehender Objekte, wobei von den der Messung nicht zugängliche Eigenschaften abstrahiert wird, zum Beispiel Atomkerne, Atome, Festkörper, Flüssigkeiten, Gase, das Planeten- und das Milchstraßensystem. Abgeschlossene physikalische Systeme stehen in keinerlei Wechselwirkung mit ihrer Umgebung; da ihre Gesamtenergie konstant bleibt, heißen sie auch konservativ. Im eigentlichen Sinn sind konservative physikalische Systeme solche, bei denen sich die Kräfte als Gradient eines skalaren Potentials darstellen lassen. Offene oder rheonome physikalische Systeme stehen in ständigem Energie- beziehungsweise Stoffaustausch mit ihrer Umgebung.