Physik
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0:00 die Physik ist eine Naturwissenschaft und untersucht die grundlegenden Phänomene in der Natur um deren Eigenschaften und Verhalten anhand von
0:08 quantitativen Modellen und Gesetzmäßigkeiten zu erklären befasst sie sich insbesondere mit Materie und Energie und deren Wechselwirkungen in
0:16 Raum und Zeit erklären bedeutet hier einordnen vergleichen allgemeineren Erscheinungen zu ordnen oder aus allgemeiner gültigen Naturgesetzen
0:25 folgern dazu ist häufig die Bildung geeigneter neuer Begriffe nötig t auch solchen die der unmittelbaren Anschauung nicht mehr zugänglich sind Erklärungen
0:35 in dem philosophischen Sinn warum die Natur sich so und nicht anders verhält kann die Physik nicht leisten die Arbeitsweise der Physik besteht in einem
0:44 Zusammenspiel experimenteller Methoden und theoretischer Modellbildung physikalische Theorien bewähren sich in der Anwendung auf Systeme der Natur
0:53 indem sie bei Kenntnis von deren anfangszuständen möglichst genaue Vorhersagen über spätere Zustände erlauben Erkenntnisfortschritte ergeben
1:02 sich durch das Wechselspiel von Beobachtung bzw Experiment mit der Theorie eine neue oder weiterentwickelte Theorie kann bekannte Ergebnisse besser
1:12 oder überhaupt erstmals erklären und darüber hinaus neue Experimente und Beobachtungen anregen deren Ergebnisse dann die Theorie bestätigen oder ihr
1:21 widersprechen unerwartete Beobachtungs oder Versuchsergebnisse geben Anlass zur Theorieentwicklung in verschiedener Gestalt von schrittweise Verbesserung
1:30 bishin zur völligen Aufgabe einer langezeit akzeptierten Theorie Erkenntnisfortschritte führen beispielsweise zur Ausdehnung oder
1:38 Einschränkung des Gültigkeitsbereichs einer Theorie zu genaueren Beschreibungen Vereinfachungen des theoretischen Apparats oder zu neuen
1:46 oder erleichterten praktischen Anwendungen Erkenntnisse und Modelle aus der Physik werden intensiv in der Chemie Geologie Biologie Medizin und vielen
1:56 Ingenieurwissenschaften genutzt in neuerer Zeit in auch in igen der Sozialwissenschaften und Wirtschaftswissenschaften Geschichte von
2:04 Begriff und Disziplin der Physik Hauptartikel die Disziplin der Physik in ihrer heutigen Gestalt hat ihre Ursprünge in der Philosophie die sich
2:12 seit der Antike im weitesten Sinne mit den Gründen und Ursachen aller Dinge befasst von Aristoteles bis ins beginnende 19 Jahrhundert wurde die
2:21 Physik als das Teilgebiet der Philosophie verstanden dass sich als Naturlehre Naturgeschichte Chemie oder angewandte Mathematik mit den
2:30 Gegebenheiten der Natur beschäftigt gegenüber den rein philosophischen Erklärungsversuchen der Naturvorgänge spielte die Art von Erkenntnis die durch
2:39 systematische und genaue Beobachtung also empirisch zu gewinnen ist lange Zeit keine Rolle ab Mitte des 13 und im Laufe des 14 jahrhunderts plädierten
2:49 dann einzelne Philosophen und Naturforscher meist ein und dieselbe Person wie etwa Roger beacen für ein größeres Gewicht der durch Beobachtung
2:58 zu erlangenden Natur Erkenntnis diese Tendenzen mündeten im 16 und 17 Jahrhundert namentlich mit Galileo Galilei und isac Newton in die
3:08 Entwicklung einer Methodologie der physikalischen Erkenntnis die vorrangig an empirischen und sogar experimentellen Standards so orientiert ist und diesen
3:17 vorüberkommenen philosophischen Grundsätzen im Zweifelsfall sogar den Vorrang einräumt dieser Ansatz wurde zunächst als experimentelle Philosophie
3:27 bezeichnet und führte beim Verständnis vieler unterschiedlicher Naturvorgänge rasch zu bedeutendem erfolgen dennoch dauerte es noch bis ins 19 Jahrhundert
3:36 dass er sich endgültig in der Physik durchsetzen konnte und sie damit als eigenständige Disziplin in ihrem heutigen Sinn etablierte hinsichtlich
3:45 ihrer Methode ihres Gegenstandsbereichs ihrer wissenschaftssystematischen und institutionellen Verortung teilt sich
3:52 die Physik im Wesentlichen in zwei große Gebiete auf die theoretische Physik beschäftigt sich vorwiegend mit formalen maematischen Beschreibungen und den
4:01 Naturgesetzen sie abstrahiert Vorgänge und Erscheinungen in der wirklichen Natur in Form eines Systems von Modellen allgemeingültigen Theorien und
4:10 Naturgesetzen sowie intuitiv gewählten Hypothesen bei der Formulierung von Theorien und Gesetzen bedient sie sich vielfach der Methoden der Mathematik und
4:19 der Logik Ziel ist das Verhaltens eines Systems theoretisch vorherzusagen damit dies durch Vergleich mit den Vorgängen und Erscheinungen in der wirklichen
4:28 Natur überprüft werden kann diese Überprüfung in Form reproduzierbarer Messungen angezielt gestalteten physikalischen Experimenten oder durch
4:37 Beobachtung natürlicher Phänomene ist das Gebiet der Experimentalphysik das Ergebnis der Überprüfung bestimmt über die Gültigkeit
4:45 und Vorhersagekraft des Modells und der darin gewählten Begriffe Hypothesen und Methoden die Physik steht in enger Verbindung zu den
4:53 inineieurwissenschaften und den anderen Naturwissenschaften von der Astronomie und Chemie bis zur Biologie und den Geowissenschaften die Physik wird dabei
5:02 häufig als grundlegende oder fundamentale Naturwissenschaft aufgefasst die sich am stärksten mit den Grundprinzipien befasst die die
5:10 natürlichen Vorgänge bestimmen die Grenzziehung zu den anderen Naturwissenschaften hat sich historisch ergeben wird jedoch insbesondere mit dem
5:18 Aufkommen neuer Wissenschaftsdisziplinen immer schwieriger in der heutigen Physik ist vor allem die durch Atom und
5:25 Molekülphysik und Quantenchemie markierte Grenze zur Chemie fließen zur Abgrenzung gegenüber der Biologie wurde die Physik oftmals als die Wissenschaft
5:34 von der unbelebten im Gegensatz zur belebten Natur bezeichnet womit jedoch eine Beschränkung impliziert wird die so in der Physik nicht existiert die
5:43 Ingenieurwissenschaften sind durch ihren engen Bezug zur praktischen technischen Anwendung von der Physik abgegrenzt da in der Physik das Verständnis der
5:52 grundlegenden Mechanismen im Vordergrund steht die Astronomie hat keine Möglichkeit Laborexperimente durchzuführen und ist daher allein auf
6:00 Naturbeobachtung angewiesen was hier zur Abgrenzung gegen die Physik herangezogen wird methodikch die Erkenntnisgewinnung in der Physik verläuft in enger
6:10 Verzahnung von Experiment und Theorie besteht also aus empirischer Datengewinnung und Auswertung und gleichzeitig dem Erstellen theoretischer
6:19 Modelle zu ihrer Erklärung dennoch haben sich im Verlauf des 20 jahrhundertspzialisierungen herausgebildet die insbesondere die
6:27 professionell betriebene Physik heute prägen demnach lassen sich grob Experimentalphysik und theoretische Physik voneinander unterscheiden
6:36 Experimentalphysik Hauptartikel während manche Naturwissenschaften wie etwa die Astronomie und die Meteorologie sich methodisch weitgehend auf Beobachtungen
6:46 ihres Untersuchungsgegenstandes beschränken müssen steht in der Physik das Experiment im Vordergrund die
6:53 Experimentalphysik versucht durch Entwurf Aufbau Durchführung und Auswertung von Experimenten Gesetzen mäßigkeiten aufzuspüren und mittels
7:01 empirischer Modelle zu beschreiben sie versucht einerseits physikalisches Neuland zu betreten andererseits überprüft sie von der theoretischen
7:10 Physik gemachte Vorhersagen Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es die Eigenschaften eines zuvor präparierten physikalischen Systems z.B
7:20 eines geworfenen Steins eines eingeschlossenen gasvolumens oder eines Teilchens bei einem stoßprozess durchmessung in Zahlenform auszudrücken
7:29 etwa als Aufprallgeschwindigkeit als resultierender Druck oder als Länge der beobachtbaren teilchenspuren im Detektor
7:36 konkret werden entweder nur die zeitunabhängigen Eigenschaften eines Objektes gemessen oder es wird die zeitliche Entwicklung des Systems
7:44 untersucht etwa in dem anfangs und Endwerte einer Messgröße vor und nach dem Ablauf eines Vorgangs bestimmt werden oder indem kontinuierliche
7:53 Zwischenwerte festgestellt werden theoretische Physik die theoretische Physik sucht die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf
8:02 bekannte grundlagentheorien zurückzuführen oder falls dies nicht möglich ist Hypothesen für eine neue Theorie zu entwickeln die
8:10 dann experimentell überprüft werden können sie leitet weiterhin aus bereits bekannten Theorien empirisch überprüfbare Voraussagen ab bei der
8:19 Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Wirklichkeit idealisiert man konzentriert sich zunächst nur auf ein vereinfachtes Bild
8:27 um dessen Aspekte zu überblicken und zu erforschen nachdem das Modell für diese Bedingungen ausgereift ist wird es weiter verallgemeinert zur theoretischen
8:36 Beschreibung eines physikalischen Systems benutzt man die Sprache der Mathematik seine Bestandteile werden dazu durch mathematische Objekte wie z.B
8:45 Skalare oder Vektoren repräsentiert die in durchgleichungen festgelegten Beziehungen zueinander stehen aus bekannten Größen werden unbekannte
8:54 errechnet und damit z.B das Ergebnis einer experimentellen Messung vorhergesagt sagt diese auf quantitätenkonzentrierte Sichtweise
9:02 unterscheidet die Physik maßgeblich von der Philosophie und hat zur Folge das nicht quantifizierbare Modelle wie das Bewusstsein nicht als Teil der Physik
9:12 betrachtet werden das fundamentale Maß für den Erfolg einer naturwissenschaftlichen Theorie ist die Übereinstimmung mit Beobachtungen und
9:20 Experimenten durch den Vergleich mit dem Experiment lassen sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Theorie ermitteln allerdings lässt
9:28 sie sich niemals beweisen um eine Theorie zu widerlegen oder die Grenzen ihres Gültigkeitsbereiches zu zeigen genügt im Prinzip ein einziges
9:37 Experiment sofern es sich als reproduzierbar erweist Experimentalphysik und theoretische Physik stehen also in Stetter
9:45 Wechselbeziehung zueinander es kann allerdings vorkommen dass Ergebnisse der einen Disziplin der anderen vorauseilen so sind derzeit viele Voraussagen der
9:54 Stringtheorie nicht experimentell überprüfbar andererseits sind viele teilweise sehr genau gemessene Werte aus dem Gebiet der Teilchenphysik zum
10:03 heutigen Zeitpunkt durch die zugehörige Theorie die Quanten chromodynamik nicht berechenbar zusätzlich zu dieser grundlegenden Teilung der Physik
10:12 unterscheidet man manchmal noch weitere methodische unterdisziplinen vor allem die mathematische Physik und die angewandte Physik auch die Arbeit mit
10:21 Computersimulationen hat innerhalb der letzten Jahre Züge eines eigenen Bereiches der Physik angenommen Hauptartikel die mathematische Physik
10:30 wird gelegentlich als Teilgebiet der theoretischen Physik betrachtet unterscheidet sich von dieser jedoch darin dass ihr Studienobjekt nicht
10:38 konkrete physikalische Phänomene sind sondern die Ergebnisse der theoretischen Physik selbst sie abstrahiert damit von jedwieder Anwendung und interessiert
10:48 sich stattdessen für die mathematischen Eigenschaften eines Modells insbesondere seine tieferliegenden Symmetrien auf diese Weise entwickelt sie
10:56 Verallgemeinerungen und neue mathematische Form erungen bereits bekannter Theorien die dann wiederum als Arbeitsmaterial der theoretischen
11:04 Physiker in der Modellierung empirischer Vorgänge Einsatz finden können Hauptartikel die angewandte Physik steht in Abgrenzung zur
11:13 Experimentalphysik teilweise auch zur theoretischen Physik ihr wesentliches Kennzeichen ist dass sie ein gegebenes physikalisches Phänomen nicht um seiner
11:21 selbstwillen erforscht sondern um die aus der Untersuchung hervorgegangenen Erkenntnisse zur Lösung eines nichtphysikalischen Problems einzusetzen
11:30 ihre Anwendungen liegen auf dem Gebiet der Technik oder Elektronik aber auch in den Wirtschaftswissenschaften wo im risikomanagementmethoden der
11:39 theoretischen Festkörperphysik zum Einsatz kommen auch gibt es die interdisziplinären Bereiche der Medizin Physik physikalischen Chemie Astrophysik
11:48 und Biophysik Hauptartikel mit der fortschreitenden Entwicklung der Rechensysteme hat sich in den letzten Jahrzehnten des 20 Jahrhunderts
11:57 beschleunigt seit etwa 19 90 die Computersimulation als neue Methodik innerhalb der Physik entwickelt Computersimulationen werden häufig als
12:06 Bindeglied zwischen Theorie und Experiment verwendet um Vorhersagen aus einer Theorie zu gewinnen andererseits können Simulationen auch in Form einer
12:16 effektiven Theorie die ein experimentelles Ergebnis nachmodelliert einen Impuls an die theoretische Physik zurückgeben naturgemäß hat dieser
12:25 Bereich der Physik zahlreiche Anknüpfungspunkte an die Informatik theoriengebäude das theoriengebäude der Physik beruht in seinem Ursprung auf der
12:34 klassischen Mechanik diese wurde im 19 Jahrhundert um weitere Theorien ergänzt insbesondere den Elektromagnetismus und die Thermodynamik die moderne Physik
12:45 beruht auf zwei Erweiterungen aus dem 20 Jahrhundert der Relativitätstheorie und der Quantenphysik die Grundprinzipien der klassischen Mechanik verallgemeinert
12:55 haben beide Theorien enthalten die klassische Mechanik über das so nannte Korrespondenzprinzip als Grenzfall und haben daher einen größeren
13:03 Gültigkeitsbereich als diese während die Relativitätstheorie teilweise auf denselben konzeptionellen Grundlagen basiert wie die klassische Mechanik löst
13:13 sich die Quantenphysik deutlich davon klassische Mechanik Hauptartikel die klassische Mechanik wurde im 16 und 17 Jahrhundert maßgeblich von Galileo
13:23 Galilei und Isaac Newton begründet aufgrund der zu dieser Zeit noch recht begrenzt technischen Möglichkeiten sind die Vorgänge die die klassische Mechanik
13:33 beschreibt weitgehend ohne komplizierte Hilfsmittel beobachtbar was sie anschaulich erscheinen lässt die klassische Mechanik behandelt Systeme
13:41 mit wenigen massiven Körpern was sie von der Elektrodynamik und der Thermodynamik unterscheidet für sehr kleine Objekte tritt die Quantenphysik an die Stelle
13:50 der klassischen Mechanik während die Relativitätstheorie zur Beschreibung von Körpern mit sehr großen Massen und Energien geeignet ist die mathematisch
13:59 Behandlung der klassischen Mechanik wurde im späten 18 und frühen 19 Jahrhundert in Form des lagrangeformalismus und des Hamilton
14:07 Formalismus entscheidend vereinheitlicht diese Formalismen sind auch mit der Relativitätstheorie anwendbar und sind daher ein bedeutender Teil der
14:16 klassischen Mechanik obwohl die klassische Mechanik nur für mittelgroße anschauliche Systeme gültig ist ist die mathematische Behandlung komplexer
14:25 Systeme bereits im Rahmen dieser Theorie mathematisch sehr anspruchsvoll Hauptartikel Elektrodynamik in der Elektrodynamik werden Phänomene mit
14:35 bewegten elektrischen Ladungen in Wechselwirkung mit zeitlich veränderlichen elektrischen und magnetischen Feldern beschrieben um die
14:42 Entwicklung der Theorien der Elektrizität und des Magnetismus im 18 und 19 Jahrhundert zusammenzuführen wurde eine Erweiterung des
14:51 theoriengebäudes der klassischen Mechanik notwendig ausgangspunkt war das von Michael ferde entdeckte induktionsgesz und die nach Hendrik
15:00 Anton Lorenz benannte Lorenz Kraft auf eine bewegte elektrische Ladung in einem Magnetfeld die Gesetze der Elektrodynamik wurden im 19 Jahrhundert
15:09 von James Clark Maxwell zusammengefasst und in Form der Maxwell Gleichungen erstmals vollständig formuliert grundsätzlich wurden elektrodynamische
15:18 Systeme mit den Methoden der klassischen Mechanik behandelt allerdings ermöglichen die Maxwellgleichungen auch eine wellenlösung die elektromagnetische
15:27 Wellen wie das Licht beschreiben diese Theorie brachte unter anderem in Form der Wellenoptik auch einen eigenen Formalismus hervor der sich grundlegend
15:36 von dem der klassischen Mechanik unterscheidet besonders die Symmetrien der Elektrodynamik sind mit denen der klassischen Mechanik unvereinbar dieser
15:45 Widerspruch zwischen den beiden theoriegebäuden wurde durch die spezielle Relativitätstheorie gelöst die Wellenoptik ist in Form der
15:53 Nichtlinearen Optik noch heute ein aktives Forschungsgebiet Hauptartikel etwa gichzeitig mit der Elektrodynamik entwickelte sich mit der Thermodynamik
16:02 ein weiterer theorienkomplex der sich grundlegend von der klassischen Mechanik unterscheidet im Gegensatz zur klassischen Mechanik stehen in der
16:11 Thermodynamik nicht einzelne Körper im Vordergrund sondern ein ensemel aus vielen kleinsten Bausteinen was zu einem radikal anderen Formalismus führt die
16:21 Thermodynamik eignet sich damit zur Behandlung von Medien aller Aggregatzustände die Quantentheorie und die Relativität Theorie lassen sich in
16:30 den Formalismus der Thermodynamik einbetten da sie nur die Dynamik der Bausteine des ensemels betreffen aber den Formalismus zur Beschreibung
16:39 thermodynamischer Systeme nicht prinzipiell ändern die Thermodynamik eignet sich beispielsweise zur Beschreibung von Wärmekraftmaschinen
16:47 aber auch zur Erklärung vieler moderner Forschungsgegenstände wie Supraleitung oder Suprafluidität besonders im Bereich der
16:55 Festkörperphysik wird daher auch heute noch viel mit den Methoden der Thermodynamik gearbeitet Hauptartikel die von Albert Einstein begründete
17:04 Relativitätstheorie führt ein völlig neues Verständnis der Phänomene Raum und Zeit ein danach handelt es sich bei diesen nicht um universellgültige
17:13 Ordnungsstrukturen sondern räumliche und zeitliche Abstände werden von verschiedenen Beobachtern unterschiedlich beurteilt Raum und Zeit
17:21 verschmelzen zu einer vierdimensionalen Raumzeit die Gravitation wird auf eine Krümmung dieser Raumzeit zurückgeführt die durch die Anwesenheit von Masse bzw
17:31 Energie hervorgerufen wird in der Relativitätstheorie wird erstmals die Kosmologie zu einem naturwissenschaftlichen Thema die
17:39 Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der modernen Physik auch wenn Sie häufig als Vollendung der klassischen Physik bezeichnet wird
17:49 Hauptartikel die Quantenphysik beschreibt die Naturgesetze im atomaren und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen
17:57 als die relativ Theorie in der Quantenphysik sind auch physikalische Größen selbst Teil des Formalismus und keine bloßen krößen mehr die ein System
18:07 beschreiben der Formalismus unterscheidet also zwischen zwei Typen von Objekten den observaben die die Größen beschreiben und den Zuständen die
18:16 das System beschreiben ebenso wird der Messprozess aktiv in die Theorie mititeinbezogen dies führt in bestimmten Situationen zur Quantisierung der
18:25 Größenwerte das heißt die Größen nehmen stets nur bestimmte diskrete Werte an in der Quantenfeldtheorie der am weitesten entwickelten relativistischen
18:35 Quantentheorie tritt auch Materie nur in Portionen den Elementarteilchen oder Quanten in Erscheinung die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend
18:44 der menschlichen Anschauung und über ihre Interpretation herrscht auch heute noch kein Konsens dennoch zählt sie hinsichtlich ihres empirischen Erfolges
18:53 zu dem am besten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt