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 Was ist Physik

 

Was unterscheidet Physik von anderen Naturwissenschaften?

Als klassische Naturwissenschaften gelten Biologie, Chemie und Physik.

Es gibt zwar noch zahlreiche weitere naturwissenschaftliche Disziplinen wie z.B. Astronomie, Biochemie, Geologie, Meteorologie, Pharmazie, etc. doch dabei handelt es sich immer um Derivate (Teilgebiete, Spezialisierungen, Vertiefungen) einer (selten mehrerer) der drei Erstgenannten. 


Besonders in populärer Literatur wird Physik oft als die grundlegende Naturwissenschaft bezeichnet. Wenn das wirklich so wäre, dann würden alle anderen Naturwissenschaften mehr oder weniger auf der Physik aufbauen. Tatsächlich ist das aber nicht der Fall. Beispielsweise gibt es zwischen Physik und Biologie fast gar keine Überlappungsbereiche; die Biologie baut zu 100% auf eigenständigen Grundlagen auf und kommt grösstenteils ganz ohne Physik aus. Bei der Chemie ist es ähnlich: Sie baut zwar in ausgewählten Teilbereichen auf der Physik auf, steht aber dennoch grösstenteils auf eigenständigen Grundlagen.

Es bringt fast nichts, wenn man sich als angehender Biologe oder Chemiker zuerst einmal mit Physik beschäftigt, da die grundlegenden Methodiken viel zu unterschiedlich sind. (Freilich ist es für Chemiker und Biologen vorteilhaft, wenigstens die Grundzüge der Physik zu kennen).

Naturwissenschaften haben Dinge und Phänomene der Natur zum Forschungsgegenstand. Damit sind alle Gemeinsamkeiten schon genannt.


Biologie und Chemie lassen sich recht anschaulich anhand der Art ihrer Forschungsgegenstände charakterisieren:
In der Chemie geht es um Stoffzusammensetzungen und -veränderungen, also um chemische Elemente, Moleküle, und deren Reaktionen untereinander.
In der Biologie geht es -wie der Name schon sagt- um Lebewesen im weitesten Sinne.

Die Physik dagegen lässt sich nicht so einfach anhand der Forschungsgegenstände charakterisieren; hier muss man einen anderen Weg gehen.

Bereits in der Schule fällt auf, dass Physik mit einem hohen Anteil Mathematik einhergeht. Auf der Universität tritt die Mathematik noch viel mehr in den Vordergrund. (In den ersten beiden Physik-Semestern hat man sogar mehr Mathematik als Physik)
Es liegt nun nahe zu sagen, Physik beschäftige sich mit Dingen, die mathematisch gut erfassbar sind. Diese Formulierung zäumt das Pferd zwar von hinten auf, kommt der Sache aber schon recht nahe. Zutreffender ist folgendes:

Die Physik beschäftigt sich mit allem, was sich bis zur Überschaubarkeit reduzieren / vereinfachen lässt und dabei die interessierenden (zu klärenden) Aspekte noch beibehält. Das Vereinfachte wird schliesslich so in mathematische Begrifflichkeiten gefasst, dass mit wenigen Parametern das ganze System charakterisiert werden kann.

Aus dieser Formulierung folgt, dass Art und Grösse des betrachteten Systems nicht ausschlaggebend sind, sondern vielmehr, ob man die Systemgrenzen so ziehen kann bzw. es so drehen und wenden kann, damit es mathematisch erfassbar wird.

Natürlich sind dadurch die in Frage kommenden Forschungsgegenstände eingegrenzt; die Frage ist nur wie.
Schauen wir uns einmal die grossen Themenbereiche eines Physikstudiums an (Nur Pflichtvorlesungen, keine Wahlvorlesungen). 
Die Darstellung ist so gewählt, dass sie die ungefähren Verhältnisse der letzten paar Jahrzehnte wiedergibt. Durch "Bologna" wurden leider zusammenhängende Teilgebiete auseinander gerissen.

Experimentalphysik
Theoretische Physik Mathematik
Mechanik, Wärmelehre
Klassische Mechanik Höhere Mathematik I
Elektrodynamik, Optik
Elektrodynamik Höhere Mathematik II
Atomphysik
Statistische Mechanik Höhere Mathematik III
Kernphysik
Quantenmechanik
Molekülphysik
Kontinuumsmechanik

Festkörperphysik



Auffallend ist, abgesehen vom hohen Mathematikanteil, die strikte Trennung zwischen Experimentalphysik und theoretischer Physik: Das ist ein klares Unterscheidungsmerkmal zu allen anderen Naturwissenschaften (einschl. Derivate).
Während Theoretische Physik seit gut 100 Jahren fest institutionalisiert ist, führt theoretische Biologie bestenfalls ein Schattendasein, und theoretische Chemie erinnert sehr an Physik, was man schon an den Bezeichnungen erkennt: Physikalische Chemie, Quantenchemie.

Die in der Tabelle genannten Gebiete stellen wie gesagt den Pflichtteil dar, bilden also nur die Basis. Insbesondere fehlen z.B. die Relativitätstheorien.

Aber selbst die Basis kann man drehen und wenden wie man will, es bleibt ein Gemischtwarenladen, dessen Inhalt sich nicht in wenigen Worten beschreiben lässt.

Die Tabelle kann man daher auffassen als Aufzählung derjenigen Gebiete, bei denen das Folgende (weiter oben schon einmal beschriebene) möglich war und ist:

Die Physik beschäftigt sich mit allem, was sich bis zur Überschaubarkeit reduzieren / vereinfachen lässt und dabei die interessierenden (zu klärenden) Aspekte noch beibehält. Das Vereinfachte wird schliesslich so in mathematische Begrifflichkeiten gefasst, dass mit wenigen Parametern das ganze System charakterisiert werden kann.

Es ist also die Methodik, die Physik von anderen Naturwissenschaften unterscheidet:

1. Hoher mathematischer Anteil, überhaupt die Mathematik als fast ausschliessliche Sprache, wissenschaftlichen Gehalt auszudrücken.
2. Institutionalisierte theoretische Herangehensweise, also systematisch losgelöst von experimentellem Arbeiten. 


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