PhysikExperimentalphysik

Die Physik ist eine wissenschaftliche Disziplin die sich mit den Bestandteilen der Materie und den grundlegenden Kräften, die auf diese Bestandteile einwirken befasst. Zudem untersucht sie wie sich die Materie durch die Raum-Zeit bewegt und die verschiedenen Energieformen (und deren Umwandlung).

Die Physik gehört zu den „Grundlagenwissenschaften“ - wie auch die anderen Naturwissenschaften (Chemie, Biologie, Geologie usw.).

Teilgebiete

In der Physik haben sich Teilgebieten herausgebildet, die teilweise unterschiedliche Ansätze und Terminologien verwenden.

Theorie

Die theoretischen Physik sucht die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf bekannte Grundlagentheorien zurückzuführen oder, falls dies nicht möglich ist, Hypothesen für eine neue Theorie zu entwickeln, die dann experimentell überprüft werden können.

Bei der Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Wirklichkeit idealisiert; man konzentriert sich zunächst nur auf ein vereinfachtes Bild, um dessen Aspekte zu überblicken und zu erforschen. So beschreibt die Theorie der klassischen Mechanik die Bewegung von Objekten genau, vorausgesetzt, sie sind viel größer als Atome und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegt. Diese Theorien sind auch heute noch Gegenstand aktiver Forschung.

Relativitätstheorie versus Quantenmechanik

Gegenwärtig haben die Physiker 2 getrennte Regelwerke, die erklären, wie die Natur funktioniert. Die allgemeine Relativitätstheorie erklärt auf wunderbare Weise die Schwerkraft und all die Dinge, die sie beherrscht: kreisende Planeten, kollidierende Galaxien, die Dynamik des sich ausdehnenden Universums als Ganzes. Das ist eine große Sache. Dann gibt es noch die Quantenmechanik, die sich mit den anderen 3 Kräften befasst - dem Elektromagnetismus und den beiden Kernkräften. Die Quantentheorie ist äußerst geschickt darin, zu beschreiben, was passiert, wenn ein Uranatom zerfällt oder wenn einzelne Lichtteilchen auf eine Solarzelle treffen.

Nun zum Problem: Relativitätstheorie und Quantenmechanik sind grundlegend verschiedene Theorien mit unterschiedlichen Formulierungen. Es handelt sich nicht nur um eine Frage der wissenschaftlichen Terminologie, sondern um ein Aufeinandertreffen wirklich unvereinbarer Beschreibungen der Wirklichkeit.

Die Relativitätstheorie gibt unsinnige Antworten, wenn man versucht, sie auf Quantengröße zu verkleinern, und geht schließlich bei der Beschreibung der Schwerkraft auf unendliche Werte herunter.
Ebenso gerät die Quantenmechanik in ernste Schwierigkeiten, wenn man sie auf kosmische Dimensionen aufbläst. Quantenfelder tragen eine bestimmte Energiemenge in sich, selbst im scheinbar leeren Raum, und die Energiemenge wird größer, je größer die Felder werden. Nach Einstein sind Energie und Masse äquivalent (das ist die Botschaft von E = m·c2), so dass die Anhäufung von Energie genauso ist wie die Anhäufung von Masse. Wenn die Energiemenge in den Quantenfeldern so groß wird, dass ein schwarzes Loch entsteht, klappt das Universum in sich zusammen.