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Physik - Einführung



Das, was die Physik eigentlich ausmacht zu ergründen, kann eigentlich nur schief gehen. Wir versuchen es trotzdem, aber nicht vollkommen allgemein, sondern an dem wohl wichtigsten Thema der Naturwissenschaften überhaupt, nämlich der Entstehung der Welt.

Obwohl es eigentlich bei der Physik nur um die 'physis' (griechisch) geht. Wenn Sie also jemand fragt, wie es Ihnen geht, dann könnte er als Teilfrage auch formulieren, wie es Ihrer Physis gehe, also Ihrem Körper, und dann gleich nach ihrer Psyche fragen. Aber gewiss ist der Begriff des Körpers inzwischen deutlich erweitert und man schließt auf die gesamte Natur.

Die Physik fühlt sich offenbar wohl mitten in den Naturwissenschaften. Und wir beginnen auch direkt mit der sogenannten Naturphilosophie des Aristoteles (384-322 v. Chr.). Es ist das geozentrische Weltbild, in dem die Erde der Mittelpunkt des Universums ist. Die Gravitation erklärt man sich so, dass zwangsläufig alles zu deren Mittelpunkt hinströmt.

Man nimmt das so als gegeben hin, erdacht von als schlau anerkannten Menschen. Interessant dabei, dass in der Theorie vom Strömen schon die Annahme der Erde als einer Kugel steckt. Trotzdem ist dieses Weltbild natürlich falsch. Wir kommen darauf zurück. Wir tun aber Aristoteles Unrecht, wenn wir davon ausgehen, er habe nicht auch schon aus Beobachtungen gelernt. Deutlich mehr Physik entsteht allerdings durch Aristarch (Bild oben, 310-230 v. Chr.), der vermutlich etwas intensiver beobachtet hat.

Eine zweite wichtige Voraussetzung für physikalische Erkenntnisse ist das Rechnen. So ist Aristarch von den Daten der Sonnen- und Mondfinsternis ausgegangen, hat weiter beobachtet und gerechnet und kam schließlich zu der Erkenntnis, nicht die Erde sei das Zentrum, sondern die Sonne.

Wenn Sie jetzt im Kopf haben, dass dies erst im 16. Jahrhundert von Galileo Galilei herausgefunden wurde, dann haben Sie völlig recht, denn erstens hat man dem Aristarch nicht geglaubt und obendrein war seine Theorie in Vergessenheit geraten. Aber schon dieser Teil der Geschichte zeigt neben der Notwendigkeit von Naturbeobachtungen die Berechnungen als Voraussetzung für Physik.

Bei Galilei kommt noch ein wichtiger Faktor hinzu, nämlich der des Experiments. In der Regel kommt am Ende ein Modell heraus. Wichtig hierbei, es ist nicht die Wirklichkeit selbst, sondern eigentlich nur ein Hilfsmittel, die Wirklichkeit zu erklären. Dabei kann es total oder auch nur in Teilen falsch sein, wie das von Aristoteles vertretene.

Man kann in der Physik eigentlich kein Modell für richtig erklären, sondern nur versuchen, Teile davon oder das ganze als falsch zu bezeichnen. Das macht man natürlich nicht einfach so, sondern belegt das wiederum durch Experimente und weitere Berechnungen. An diese werden hohe Anforderungen gestellt, z.B. die, dass sie exakt durchgeführt und beschrieben sind, und damit ohne große Probleme nachvollziehbar.

Erste zusätzliche Bereiche für die Physik entstehen schon früh im Bereich Mechanik. Bis zum Ende des Jahrtausends kommen Magnetismus, Schall, Licht, Elektrik und Wärmelehre hinzu. Und als man gedacht hatte, jetzt sei weitgehend alles erforscht, sind es Leute wie Plank, Röntgen, Einstein, Heisenberg und die späteren Atomforscher/innen, welche die klassische Physik auf den Kopf stellen.

Sie gilt inzwischen nur noch innerhalb gewisser Grenzen, z.B. bestimmter Geschwindigkeiten. Einstein wird inzwischen zugeschrieben, nicht nur mit seiner Relativitätstheoerie, sondern auch mit vielen weiteren Publikationen, Entscheidendes z.B. auch zur Erklärung der Entstehung des Universums beigetragen zu haben. Übrigens, durch Experimente bewiesen wurden manche von Einsteins Annahmen erst später.

In dieser Phase der Physik wurden die sogenannten Zutaten des Kosmos, Materie, Energie und Raum zueinander in Beziehung gesetzt. Erstere beide schon durch Einstein selbst, nämlich also gegenseitig ersetz- aber keinesfalls minimierbar erklärt. Den sogenannten Urknall, an dem man die Entstehung von allem festmacht, kann man inzwischen mit 13,8 Milliarden Jahren recht genau bestimmen.

Wie macht man das? Indem man das fortschreitende Auseinanderdriften des Universums zurückrechnet. Sehr wichtig für die Erklärung des Urknalls sind die sogenannten schwarzen Löcher. Aus einer Dokumentation von ntv entnehmen wir dazu ein anschauliches Beispiel.

Nehmen Sie an, auf einer Ebene will jemand ein Loch graben. Was er am Ende erhält, ist neben dem Loch ein Hügel. So kann man sich Materie und Antimaterie vorstellen. Wo vorher eine Ebene, also ein Nichts war, ist somit beides entstanden. Man könnte somit von dem Urknall des Nichts ausgehen.

Bleibt die Frage, was in der Zeit vor dem Urknall war. Auch hier die überraschende Erkenntnis, dass es davor noch keine Zeit gab. Sie hat erst mit dem Urknall angefangen zu zählen. Übrigens sind solche Anfangspunkte in der Physik nichts Ungewöhnliches. Denken Sie nur an die tiefst mögliche Temperatur mit -273°C.

Auch können wir die Geschwindigkeit von Landfahrzeugen von im Moment Mach 1 irgendwann vielleicht sogar auf Mach 2 steigern, aber gewiss niemals eine unter 0 km/h erreichen.







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