Benutzer:SteffenB~dewiki/Physik
Einteilung nach Sachgebiet
Nicht alle der im folgenden aufgeführten Sachgebiete lassen sich eindeutig einem größeren Themenbereich zuordnen. So sind beispielsweise viele Phänomene der Thermodynamik nur auf der Basis der Quantenphysik beschreibbar.
Die klassische Mechanik
...von Isaac Newton beschreibt in einer geschlossenen physikalischen Theorie die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften (Wechselwirkungen).
- 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 Hydromechanik (Mechanik der Flüssigkeiten) unterteilt in Hydrostatik und Hydrodynamik und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
- Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
- Die Thermodynamik, auch statistische Mechanik behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen.
Die Relativitätstheorie
...befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie mit dem Wesen der Gravitation.
- Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegen.
- Die allgemeine Relativitätstheorie baut auf der speziellen auf und ist für beliebig beschleunigte Systeme gültig. Sie 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.
- Die Quantenmechanik im engeren Sinne beschreibt die nichtrelativistischen Phänomene der Quantenphysik, bei denen sich die Zahl der beteiligten Teilchen nicht ändert.
- Die Elementarteilchenphysik, auch Hochenergiephysik, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen unserer Materie und ihrem Verhalten.
- Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen.
- 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.
- Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome. Sie steht am Übergang zur Chemie und geht in die Physikalische Chemie über.
- 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 vier Grundkräfte der Physik mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik zu vereinen.
- Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, d. h. hochgradig ionisierten Materiezuständen.
- Gegenstand der Tieftemperaturphysik ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Tempeaturen aufgebrochen werden.
Die Elektrodynamik
...beschreibt elektrische und magnetische Phänomene.
- Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und seiner Beeinflussung durch Materie.
- Die Laserphysik ist ein Teilgebiet der Optik. Ihre Aufgabe ist die Entwicklung und wissenschaftliche Untersuchung der verschiedenen Laser-Typen.
Die Physik kondensierter Materie
...beschreibt Phänomene (korrelierter) Vielteilchensysteme. Die Physik der Kondensierten Materie unterscheidet sich grundlegend von der freier Teilchen.
- Die Festkörperphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand, insbesondere (aber nicht ausschließlich) von fester Materie mit periodischem Aufbau.
- Die Physik der Flüssigkeiten befasst sich mit Materie im flüssigen Aggregatzustand. Die Bausteine der Flüssigkeit weisen eine gegenseitige Beweglichkeit auf (Translation und Rotation). Dennoch im Nahbereich Korrelationen beobachtbar.
- Die Physik der Flüssigkristalle beschreibt die Physik von Materie, die sowohl Elemente einer kristallinen Ordnung aufweisen, als auch die einer ungeordneten Flüssigkeit: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die Beweglichkeit einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), besitzen jedoch eine wohldefierte gegenseitige Orientierung.
- Die Grenzflächenphysik beschreibt die besonderen physikalischen Phänomene an der Oberfläche kondensierter Materie. Ein Spezialfall der Grenzflächenphysik ist die Oberflächenphysik.
Die angewandte Physik
...wendet physikalische Erkenntnisse zur Entwicklung neuer technologischer Verfahren an.
- Die Reaktorphysik beschäftigt sich mit den Abläufen in Kernreaktoren.
- Die Beschleunigerphysik beschaftigt sich mit der wissenschaftlichen Entwicklung von Teilchenbeschleunigern, mit der Teilchen extrem hohe Energien zugeführt werden können.
Übergangsbereiche zu anderen Naturwissenschaftlichen Gebieten
- Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Studium astronomischer Phänomene an.
- 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.
- 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.
- Quantenelektronik ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der Quantentheorie auf die Entwicklung elektronischer Schaltkreise an.
Einteilung nach Methodik
Nach der Methodik der Erkenntnisgewinnung lassen sich grob die folgenden Kategorisierungen der Physik unterscheiden, die allerdings untereinander in steter Wechselwirkung stehen:
Experimentalphysik
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.
Theoretische Physik
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.
Mathematische Physik
Die mathematische Physik betrachtet physikalische Modelle aus mathematischer Sicht, verallgemeinert sie und studiert ihre Eigenschaften in von der konkreten Anwendung abstrahierender Form.
Die fundamentalen Wechselwirkungen der Physik
Die moderne Physik leitet alle Vorgänge aus vier Grundkräften ab:
- Gravitation (=Schwerkraft)
- elektromagnetische Wechselwirkung
- schwache Wechselwirkung
- starke Wechselwirkung
Zu den fundamentalen Wechselwirkung kommt noch ein fundamentales Prinzip der Quantenmechanik: das Pauli-Prinzip. Aus diesem Prinzip leitet sich mittelbar eine Wechselwirkung ab:
