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Physikstudium
Physikstudium. Ausbildung zum Bachelor- oder Master der Physik sowie die Ausbildung der Lehramtskandidaten an einer Universität oder Technischen Hochschule.
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Überblick und Anforderungen
Das Physikstudium bezeichnet die Ausbildung zum Bachelor oder Master der Physik sowie die Ausbildung von Lehramtskandidaten an einer Universität oder Technischen Hochschule. Auch ältere Studiengänge mit dem Abschluss Diplom-Physiker werden dazu gezählt. Der genaue Ablauf hängt stark von der jeweiligen Hochschule ab; der Artikel gibt daher nur eine Übersicht über typische Strukturen.
Zulassungsbeschränkungen gab es im laufenden Jahrzehnt nur an wenigen Hochschulen. Für weiterführende Studiengänge wie Master oder Promotion können Hochschulen aber eigene Hürden festlegen.
Die Abbruchquote ist hoch und liegt in der Regel bei über 50 %. Nach Statistiken der Deutschen Physikalischen Gesellschaft begannen 1999 in Deutschland 5000-6000 Studienanfänger ein Physikstudium in Diplom oder Lehramt. 2005 gab es nach der damals durchschnittlichen Studiendauer von 6 Jahren etwa 1500 Abschlüsse, woraus sich eine Abbruchquote von ungefähr 70 % ergibt. Etwa 30 % der Physikstudenten brechen in den ersten beiden Semestern ab. 2010 lag die Zahl der Studienanfänger bei etwa 7000 einschließlich Lehramt. 2022 betrug die durchschnittliche Studiendauer 7,6 Semester im Bachelor und 5,7 Semester im Master.
Bachelor und Master
Die heutige Grundstruktur besteht grundsätzlich aus einem 6-semestrigen Bachelorstudium und einem 4-semestrigen Masterstudium. Am Ende des Bachelorstudiums steht eine kurze Studienarbeit; die Masterarbeit dauert meist 9 bis 12 Monate.
Im Bachelor sind üblicherweise der klassische Grundkurs in Experimentalphysik bis zur Atomphysik sowie Grundlagen der theoretischen Physik vorgesehen. Experimentalphysik untersucht physikalische Erscheinungen mit Messungen und Versuchen; theoretische Physik beschreibt sie mit mathematischen Modellen. Mathematikvorlesungen gehören in Physikbachelors stets dazu.
Im Master werden weitere Veranstaltungen der Experimentalphysik und theoretischen Physik meist als Spezialvorlesungen angeboten. Die Studierenden können daraus in der Regel mit wenigen Einschränkungen wählen und sich auf ein Gebiet spezialisieren, etwa Experimentalphysik oder theoretische Physik sowie Teilgebiete wie Atom-, Kern-, Festkörper- oder Teilchenphysik. Es gibt aber Abweichungen, etwa Studiengänge wie Physik mit Schwerpunkt Biologie, die geringere theoretische Anteile besitzen und nicht als klassisches Physikstudium gelten.
Typische Inhalte
Für Physikbachelors gibt es kein allgemeines Schema, weil Studiengänge unterschiedlich aufgebaut sind. Durch die Akkreditierung sind jedoch bestimmte Inhalte verbindlich. Spezialstudiengänge wie Technische Physik oder Physik mit Schwerpunkt Biologie können davon abweichen. Der tatsächliche Studienumfang ist oft größer als die reine Inhaltsliste, weil die Tiefe der Behandlung nicht festgelegt ist.
Typische Inhalte der Experimentalphysik sind Mechanik, Schwingungen und Wellen, Akustik, spezielle Relativitätstheorie, Elektrizitätslehre und Magnetismus, Grundzüge der Optik, Wärmelehre, Atomphysik sowie Kern- und Teilchenphysik.
In der theoretischen Physik gehören meist Mechanik mit newtonscher Mechanik, analytischer Mechanik, Lagrange-Formalismus, Galilei-Transformationen, Hamiltonfunktion und spezieller Relativitätstheorie dazu. Weitere Bereiche sind Elektrodynamik mit Elektrostatik, Magnetostatik, elektromagnetischen Wellen und Maxwell-Axiomen, Quantenmechanik mit Schrödinger-Gleichung, heisenbergscher Unschärferelation, Wellenfunktionen, Wasserstoffatom und Heliumatom sowie Thermodynamik und statistische Physik mit Wärmelehre, Quantenstatistik und Vielteilchentheorie.
Mathematische Grundlagen umfassen Analysis, also Differential- und Integralrechnung in einer und mehreren Dimensionen sowie Differentialgleichungen, außerdem lineare Algebra mit Vektor- und Matrizenrechnung und Differentialgeometrie. Bei 2-Fächer-Bachelor-Modellen, etwa in der Lehrerausbildung, kann der mathematische Anteil anders geregelt sein.
Diplom und Studienaufwand
Der Diplomstudiengang ist durch den Bologna-Prozess weitgehend ein Auslaufmodell und wird nur noch von wenigen Hochschulen angeboten, etwa der TU Kaiserslautern. Er gliedert sich in ein zweijähriges Grundstudium, eine Zwischenprüfung namens Vordiplom und ein anschließendes Hauptstudium. Kernfächer sind Experimentalphysik, theoretische Physik und physikalische Praktika, ergänzt durch Mathematik, technische Physik und nichtphysikalische Wahlpflichtfächer wie Chemie, Astronomie oder Informatik.
Im Hauptstudium kommen höhere experimentelle Vorlesungen, fortlaufende theoretische Physik, das Physikalische Fortgeschrittenen-Praktikum, ein Schwerpunktfach und ein Nebenfach oder Wahlpflichtfächer hinzu. Das Fortgeschrittenen-Praktikum führt näher an moderne Methoden der Experimentalphysik heran; typische Versuche sind Quanten-Hall-Effekt, Magnetooptischer Kerr-Effekt oder Raster-Tunnel-Mikroskopie. Im Schwerpunktfach wird die Diplomarbeit geschrieben.
Während der Vorlesungszeit wenden Studierende im Bachelor- und Diplomstudium im Durchschnitt etwa 40 Stunden pro Woche auf, bei einer breiten Streuung von ungefähr 10 Stunden pro Woche Standardabweichung. Dazu gehören Anwesenheit in Vorlesungen, Übungen und Praktika, Selbststudium, Übungszettel sowie Vorbereitung auf Praktika. Für Mathematik- und Theoretische-Physik-Übungszettel werden jeweils gut 10 Stunden pro Woche genannt. Die Vorbereitung und Auswertung von Versuchen dauert im Grundstudium etwa 4-5 Stunden pro Versuch, bei Fortgeschrittenen-Versuchen im Diplomstudium etwa 30 Stunden, wobei dies stark variiert.
Typische Veranstaltungen umfassen zum Beispiel Experimentalphysik I bis IV mit je 4 + 2 Wochenstunden, Theoretische Physik I bis IV oder V ebenfalls mit je 4 + 2 Wochenstunden, Lineare Algebra und Analysis mit je 4 + 2 Wochenstunden oder Höhere Mathematik I bis IV mit je 6 + 2 Wochenstunden. Wochenstunden sind Vorlesungsblöcke von 45 Minuten; Zeitstunden sind volle Stunden.
Promotion und Arbeitsmarkt
Eine Promotion in Physik kann an Universitäten und Technischen Hochschulen abgelegt werden, die das Fach anbieten. Sie ist bisher sowohl als externe Promotion ohne Einschreibung zum Promotionsstudium als auch als Promotionsstudiengang möglich, wobei einzelne Promotionsordnungen abweichen können. Der Abschluss ist je nach Prüfungsordnung meist Dr. rer. nat.; auch Dr. phil. nat. kommt vor. Im Zuge der Internationalisierung wird zunehmend der anglo-amerikanische Ph.D. verliehen. In Deutschland dauert die Promotion in Physik im Schnitt vier bis viereinhalb Jahre.
Physiker erwerben im Studium eine mathematisch-analytische Denkweise auf hohem Niveau, praktische Fähigkeiten zur Lösung technischer Probleme und meist größere EDV-Erfahrung. Daher arbeiten sie in unterschiedlichen Bereichen: Hochschulen und Forschungseinrichtungen, Schulen, Software-Branche, Halbleiterindustrie, Elektronikindustrie, Energieversorgung, Banken, Versicherungen und Unternehmensberatungen.
Der Abschnitt zum Arbeitsmarkt ist im Artikel als nicht ausreichend belegt markiert. Genannt wird, dass Banken, Versicherungen und große Unternehmen der Elektroindustrie häufig deutlich überdurchschnittliche Studienabschlüsse und Zusatzqualifikationen wie Programmiererfahrung erwarten. Nach einer Physikerschwemme in den neunziger Jahren seien Physikabsolventen wieder etwas stärker nachgefragt. Für Bachelor-Absolventen wurden die Chancen in der Industrie nach einer alten Studie von 2011 als schlecht eingeschätzt; die Studie ist jedoch nicht repräsentativ, und neuere Daten werden im Artikel nicht genannt. Die Promotion gewann in den letzten zwei Jahrzehnten auf dem Arbeitsmarkt für Physiker stark an Bedeutung.
Lehramtsstudium
Das Lehramtsstudium ist vom Bundesland abhängig. Für das Gymnasial- oder Sekundarstufe-II-Lehramt ist es bundesweit aber relativ ähnlich. Grundsätzlich werden zwei Fächer und Erziehungswissenschaften studiert, meist im Verhältnis 1. Fach : 2. Fach : Erziehungswissenschaft von 2:2:1.
Beim Gymnasiallehramt ist Physik in wenigen Ländern nur mit Mathematik kombinierbar, meistens aber frei mit anderen Fächern wie Chemie, Philosophie, Erdkunde, Spanisch oder Deutsch. Wenn Physik nicht mit Mathematik kombiniert wird, verlangen manche Universitäten einen zusätzlichen Leistungsnachweis in Mathematik. Ein Nebenfach wie im Diplomstudium gibt es nicht.
Die Kursvorlesungen in experimenteller Physik und das physikalische Grundpraktikum sind in der Regel für Diplom- und Lehramtsstudierende gleich, wobei im Praktikum oft weniger Experimente verlangt werden. Der Pflichtkanon endet meist mit Atom- und Molekülphysik. In theoretischer Physik sind Mechanik einschließlich spezieller Relativitätstheorie, Elektrodynamik, Quantenmechanik und ein Überblick über Thermodynamik vorgesehen. Viele Universitäten bieten dafür spezielle Vorlesungen mit geringerer mathematischer Komplexität an.
Zusätzlich gibt es Veranstaltungen zur Physikdidaktik, also zur Vermittlung von Physik im Unterricht, sowie Schulpraktika. Das Angebot in der Didaktik unterscheidet sich stark zwischen Universitäten. Für andere Lehrämter unterscheiden sich die Ausbildungswege wegen der verschiedenen Schulsysteme der Bundesländer deutlich; in Baden-Württemberg werden angehende Haupt- und Realschullehrer etwa an Pädagogischen Hochschulen ausgebildet, während die Lehrkräfteausbildung in Nordrhein-Westfalen grundsätzlich an Universitäten stattfindet.
