# Physik

Beispiller vu physikalesche Phenomeener
D'**Physik**, vum Griichesche φυσικός *phusikos*, „dat Natierlecht“, a φύσις *phusis*, „Natur“, ass d'Wëssenschaft vun der Natur am Allgemengen. Si befaasst sech mat der Matière, der Energie an de fundamentale Kräfte vun der Natur, déi d'Interaktiounen tëscht de Partikele steieren. Bis zum 19. Joerhonnert ass d'Physik als natierlech Philosophie bezeechent ginn. D'Physiker ënnersiche Phenomeener, déi sech iwwer all Gréisstenuerdnunge verdeelen, vun de subnukleare Partikelen, aus där all normal Matière besteet (Deelerchersphysik), bis zum materiellen Universum als e Ganzt (Kosmologie).

Entdeckungen aus der Physik fannen Uwendungen a villen anere Naturwëssenschaften well Matière an Energie grondleeënd Bausteng vun der Natur sinn. Verschidden Eegenschaften, déi vun der Physik ënnersicht ginn, si wouer fir *all* materielle System, wéi zum Beispill Conservatioun vun der Energie. Sou Eegenschafte ginn als physikalescht Gesetz bezeechent. D'Physik gëtt heiansdo "fundamental Wëssenschaft" genannt, well all aner Naturwëssenschaft (Biologie, Chimie, Geologie, asw.) mat bestëmmte Materialer schaffen, déi de physikalesche Gesetzer follegen. Zum Beispill, ass d'Chimie d'Wëssenschaft vun de Chemikalien an de Moleküllen aus deene se bestinn. D'Eegenschafte vun de Chemikalie gi bestëmmt vun den Eegenschafte vun de Moleküllen aus deene se bestinn, an déi ginn akkurat vu verschiddene Gebidder aus der Physik beschriwwen, wéi Quantemechanik, Thermodynamik,an den Elektromagnetismus.

D'Physik ass ganz enk un d'Mathematik gebonnen - d'Mathematik liwwert de logesche Kader an dem physikalesch Gesetzer exakt formuléiert, an hir Viraussoen ausgerechent kënne ginn. Physikalesch Theorië gi praktesch ëmmer mat der Hëllef vun der Mathematik ausgedréckt, an déi Mathematik déi dobäi benotzt gëtt, ass meeschtens méi komplizéiert wéi an den anere Wëssenschaften. Den Ënnerscheed tëscht der Physik an der Mathematik, ass deen datt d'Physik probéiert déi Welt ze beschreiwen an där mir liewen, dogéint ënnersicht d'Mathematik all méiglech Strukturen, och déi déi keen Ebenbild an der Natur hunn. Dës Ënnerscheedung ass awer a verschiddene Fäll net sou einfach ze maachen. Et gëtt e grousst Gebitt tëscht der Mathematik an der Physik, dat mathematesch Physik genannt gëtt, an dat sech domat befaasst, d'mathematesch Struktur vun de physikaleschen Theorien z'ënnersichen.

## Iwwerbléck iwwer d'physikalesch Fuerschung

### Klassesch Physik

Klassesch Physik behandelt déi traditionell Gebidder an Theemen, déi schonn am Ufank vum 20. Joerhonnert bekannt an och gréisstendeels ausgeschafft waren - Mechanik, Akustik, Optik, Hëtzt an Elektrizitéit a Magnetismus.

* D'Mechanik befaasst sech mat Kierper op déi Kräften awierken, a Kierper déi a Beweegung sinn. Si kann ënnerdeelt ginn a statesch Mechanik (Etüd vun de Kräften, déi op e Kierper wierken, dee sech net beweegt), Kinematik (Etüd vun der Beweegung ouni sech fir de Grond vun dëser z'interesséieren) an Dynamik (Etüd vun der Beweegung an de Kräften, déi en Afloss op dës hunn). D'Mechanik gëtt nach an d'Mechanik vun de feste Matièren an an d'Mechanik vun de flëssege Matièren ënnerdeelt. An der leschter si Beräicher wei Hydrostatik, Hydrodynamik, Aerodynamik a Pneumatik.
* D'Akustik, d'Etüd vum Toun, gëtt meeschtens als Beräich vun der Mechanik consideréiert, well den Toun bedéngt ass duerch Beweegung vu Partikele vun der Loft oder anere Medien an deene sech Schallwelle fortbeweege kënnen an dowéinst an Terme vun de Gesetzer vun der Mechanik kann erkläert ginn. Eent vun de wichtege moderne Gebidder vun der Akustik ass den Ultraschall, d'Etüd vun de Schallwelle mat ganz héijer Frequenz, déi iwwer där läit, déi de Mënsch héiere kann.
* D'Optik, d'Etüd vum Liicht, këmmert sech net nëmmen ëm d'Liicht, dat de Mënsch ka gesinn, d'visuell Liicht, mä och ëm infrarout an ultraviolett Radiatioun. Beräicher aus der Optik sinn zum Beispill: Reflektioun, Refraktioun, Interferenz, Diffraktioun, elektromagnéitesche Spektrum, an d'Polarisatioun vum Liicht.
* D'Hëtzt ass eng Form vun Energie, nämlech déi intern Energie vun de Partikelen, déi e Kierper zesummesetzen. D'Thermodynamik intresséiert sech fir d'Relatioun tëscht der Hëtzt an aner Forme vun Energie.
* D'Elektrizitéit an de Magnetismus si bis zum Ufang vum 19. Joerhonnert als zwee separat Gebidder vun der Physik ënnersicht ginn, bis datt eng fundamental Relatioun tëscht deenen zwee Phenomeener fonnt ginn ass: en elektresche Stroum baut e magnéitescht Feld op, an e magnéitescht Feld induzéiert elektresche Stroum. D'Elektrostatik ënnersicht elektresch Luedungen, déi rouen, d'Elektrodynamik déi déi sech beweegen an d'Magnetostatik ënnersicht magnéitesch Poler, déi rouen.

### Modern Physik

De gréissten Deel vun der klassescher Physik beschäftegt sech mat Matière an Energie ënner normale Konditiounen. Dogéint beschäftegt sech déi modern Physik (dat ass déi Physik, déi no den Ännerunge vum Physiker senger Usiicht vun der Welt, duerch revolutionär Theorien am Ufank vum 20. Joerhonnert, entstanen ass) mat dem Behuele vun der Matière an der Energie ënner extreeme Konditiounen (wei z. B. bei Liichtvitess, oder quasi-Liichtvitess) oder awer iwwer extreem grouss oder kleng Dimensiounen. Zum Beispill, ënnersichen d'atomar an d'nuklear Physik d'Matière an der klengst méiglecher Gréisst, wou een nach cheemesch Elementer kann ënnerscheeden. D'Physik vun de Partikelen intresséiert sech fir nach méi klengen Dimensiounen, well si sech mat de fundamentale Bausteng vun der Matière befaast. Dat Gebitt vun der Physik gëtt och nach als "Physik vun den héijen Energien" bezeechent, well een extreem héich Energie brauch fir deen Typ vu Partikelen a grousse Partikel Acceleratoren ze produzéieren. An sou Dimensioune verléieren normal, alldeeglech Notioune vu Raum, Zäit, Matière an Energie hir Gëltegkeet.

Déi zwou Haapttheorien vun der moderner Physik ginn en anert Bild vum Raum, vun der Zäit a vun der Matière, wei dat vun der klassescher Physik. D'Quantentheorie befaasst sech mat der diskreeter, amplaz vun der kontinuéierlecher Natur vu ville Phenomeener op atomarem oder sub-atomarem Niveau, a mat der Komplementaritéit vu Partikelen a Welle bei der Beschreiwung vun deene Phenomeener. D'Relativitéitstheorie beschäftegt sech mat der Beschreiweung vu Phenomeener, déi sech an engem Referenzkader ofspillen, dee sech par Rapport zum Beobachter beweegt. D'speziell Relativitéit këmmert sech em d'uniform Beweegungen an enger flaacher Raumzäit an ëm d'Objeten déi sech no un der Liichtvitess beweegen. D'allgemeng Relativitéit verallgemengert déi speziell mat de beschleunegte Beweegungen an enger gekrëmmter Raumzäit, a gëtt d'Relatioun vum gekrëmmte Raum zur Gravitatioun. Béid, d'Quantentheorie an d'Relativitéitstheorie, fannen Uwendungen an der moderner Physik.

### Theoreetesch an experimentell Physik

Am Géigesaz zu anere Wëssenschafte gëtt et an der Physik eng Trennung tëscht Theorie an Experiment. Zanter dem 20. Joerhonnert hunn déi meescht individuell Physiker sech entweeder an der theoreetescher Physik oder an der experimenteller Physik spezialiséiert, an am 20. Joerhonnert waren nëmme ganz wéineg Physiker a béiden erfollegräich. Dogéint sinn an der Biologie an an der Chimie all erfollegräich Theoreetiker och Experimentatore gewiescht.

Graff gesot probéieren theoreetesch Physiker Theorien auszeschaffen, déi et fäerdegbréngen, experimentell Resultater ze beschreiwen, z'interpretéieren, an och nei Phenomeener virauszesoen. Dogéint maachen experimentell Physiker verschidden Experimenter mat deenen een nei Phenomeener erfuersche kann, oder awer theoreetesch Viraussoen teste kann. Obwuel Theorie an Experiment separat entwéckelt ginn, kënne se net een ouni deen anere bestoen. Fortschrëtter an der Physik ginn dacks gemaach, wann en Experiment e Resultat gëtt, dat net mat den Theorien erkläert ka ginn, an dowéinst eng nei Theorie entwéckelt muss ginn. Anerersäits ginn d'Iddien vun den Theoreetiker awer och dacks den Ufank fir en neit Experiment. Ouni Experiment kann theoreetesch Fuerschung an déi falsch Richtung goen: sou ass dëst eng Haaptkritik géint d'M-Theorie, eng populär Theorie an der Physik vun den héijen Energien, fir déi nach keen experimentellen Noweis konnt bruecht ginn.

### Zentral Theorien

Obwuel d'Physik sech mat enger grousser Villfalt vu Systemer beschäftegt, gëtt et verschidden Theorien déi vun all Physiker benotzt ginn. Vun all dësen Theorië gëtt haut ugeholl datt se, an engem gewësse Beräich, korrekt sinn. Zum Beispill beschreift d'Theorie vun der klassescher Mechanik akkurat d'Beweegunge vun engem Objet, sou laang dëse vill mei grouss ass wéi en eenzelen Atom an hie sech méi lues wéi d'Liichtvitess beweegt. All dës Theorië bleiwen ëmmer nach Gebidder mat aktiver Fuerschung: sou ass, zum Beispill, e wichtegen Aspekt vun der klassescher Mechanik, de Chaos, eréischt am Laf vum 20. Joerhonnert entdeckt ginn, also 3 Joerhonnerte no der éischter Formuléierung vun dëser Theorie vum Isaac Newton. Déi "zentral Theorië" si wichteg Instrumenter fir méi spezialiséiert Theme kënnen unzegoen, an et gëtt vun all Physikstudent, egal a watfir enger Richtung hie sech spezialiséiert, gefuerdert, datt en déi Theorië gutt beherrscht.

| Theorie | Grouss Ënerdeelungen | Konzepter |
| --- | --- | --- |
| Klassesch Mechanik | Beweegungsgesetzer vum Newton, Mechanik vum Lagrange, Mechanik vum Hamilton, Chaostheorie, Dynamik vun de flëssege Stoffer, Mechanik vun de kontinuéierleche Milieuen | Dimensioun, Raum, Zäit, Beweegung, Längt, Vitess, Mass, Moment, Kraaft, Energie, dréiende Moment, Dréimoment, Gesetz vun der Konservatioun, Harmoneschen Oszilléierer, Well, Aarbecht, Leeschtung, |
| Elektromagnetismus | Elektrostatik, Elektrizitéit, Magnetismus, Equatioune vum Maxwell | Elektresch Luedung, Stroum, Elektrescht Feld, Magnéitescht Feld, Elektromagnéitescht Feld, Elektromagnéitesch Radiatioun, Magnéitesche Monopol |
| Thermodynamik a Statistesch Mechanik | Thermesch Maschinn, Kinetesch Theorie | Konstant vum Boltzmann, Entropie, Fräi Energie, Hëtzt, Partitiounsfunktioun, Temperatur |
| Quantemechanik | Formulatioun mat Wee-Integralen, Equatioun vum Schrödinger, Theorie vum Quantenfeld | Hamiltonien, Identesch Partikelen, Konstant vum Planck, Quantemechaneschen harmoneschen Oszilléierer, Wellefunktioun, Energie vum Null-Punkt |
| Relativitéitstheorie | Speziell Relativitéit, Allgemeng Relativitéit | Prinzip vun der Equivalenz, Véier-Moment, Referenzkader, Raumzäit, Liichtvitess |

### Haaptgebidder aus der Physik

Déi aktuell Fuerschung an der Physik deelt sech a verschidde Gebidder op, déi all verschidden Aspekter vun der materieller Welt ënnersichen. D'Physik vun der kondenséierter Matière, déi vu villen als dat gréisst eenzelt Gebitt vun der Physik ugesi gëtt, beschäftegt sech domat, wéi d'Eegenschafte vun der normaler Matière, wéi déi fest a flësseg Stoffer, mat deene mir all Dag ze dinn hunn, aus den Eegenschaften a mutuellen Interaktiounen tëscht den Atomer, aus deenen des Stoffer bestinn, ervirginn. D'Gebitt vun der *atomarer, molekulairer an optescher Physik* befaasst sech mat der Aart a Weis wéi sech individuell Atomer a Molekülle behuelen, a besonnesch wéi se d'Liicht absorbéieren an erëm ofginn. D'Gebitt vun der Partikelphysik, dat dacks och als "Physik vun den héijen Energien" bezeechent gëtt, ënnersicht d'Eegenschafte vu subnuklearere Parikelen, déi méi kleng wéi en Atom sinn. Heizou gehéieren d'Elementarpartikelen, déi d'Grondbausteng vun der Matière bilden. Schlussendlech ginn d'physikalesch Gesetzer vun der Astrophysik an der Kosmologie benotzt fir astronomesch Phenomeener z'erklären, déi vun der Sonn an aneren Objeten am Sonnesystem, bis bei d'Universum als e Ganzt ginn.

| Gebitt | Ënnerdeelungen | Grouss Theorien | Konzepter |
| --- | --- | --- | --- |
| Astrophysik | Kosmologie, Wëssenschaft vun de Planéiten, Plasma-Physik | *Big Bang*, Kosmesch Inflatioun, Allgemeng Relativitéit, Gesetz vun der universeller Gravitatioun | Schwaarzt Lach, Kosmesch Hannergrond-Radiatioun, Galaxis, Gravitatioun, Gravitational Radiatioun, Planéit, Sonnesystem, Stär |
| Atomar, molekular an optesch Physik | Atomar Physik, Molekular Physik, Optik, Photonik | Quantesch Optik | Atom, Diffractioun, Elektromagnéitesch Radiatioun, Laser, Polarisatioun, Spektrallinnen |
| Partikelphysik | Acceleratorphysik, Käerphysik | Standard Modell, Theorie vun der grousser Unifikatioun, *M-Theorie* | Fundamental Kräften (elektromagéitesch, schwaach, staark), Elementar Partikel, Antimatière, *Spin*, Spontan Symétrie-Briechung, Weltformel, Energie vum Vakuum |
| Physik vun der condenséierter Matière | Physik vun de feste Stoffer, Physik vun der Matière, Physik vun de Polymeren | BCS Theorie, Bloch Well, Fermi Gas, Fermi Flessëgkeet, Vill-Kierper Theorie | Zoustand (gasfërmeg, flësseg, fest, Bose-Einstein Kondensat, superleetfäeg, superflësseg), Elektresch Leetfäegkeet, Magnetismus, Eegenorganisatioun, Spin, Spontan Symétrie-Briechung |

### Associéiert Gebidder

Et gëtt vill Gebidder vun der Fuerschung, déi d'Physik mat anere Wëssenschafte mëschen. Zum Besipill dat wäitreechend Gebitt vun der Biophysik, dat physikalesch Eegenschafte vu biologesche Systemer ënnersicht, oder d'Quantechimie, déi erfuerscht, wéi d'Quantentheorie d'cheemescht Verhale vu Moleküllen an Atomer erkläre kann. Hei ass eng Lëscht vun engem Deel vun deene Felder:

Akustik - Astronomie - Biophysik - Cheemesch Physik - Computergestëtzte Physik - Elektronik - Ingenieurswiesen - Geophysik - Wëssenschaft vun de Materialer - Mathematesch Physik - Medezinesch Physik - Physesch Chimie - Physik vum informatesche Rechnen - Quantechimie - Quantesch Informatiounswëssenschaft - Dynamik vum Auto

### Exotesch Theorien

Kal Fusioun - Dynamesch Theorie vun der Gravitatioun - Äther - Steady state theory - Wellstrukur vun der Matière

## Geschicht

   Haaptartikel zu dësem Theema: **Geschicht vun der Physik**

Kuckt och *Berüümt Physiker* a *Nobelpräisser an der Physik*.

Sir Isaac Newton Zanter der Antiquitéit hunn d'Léit versicht, d'Eegenschafte vun der Matière ze verstoen: Firwat falen net ugehalen Objeten op de Buedem, firwat hu verschidde Materialer verschidden Eegenschaften, a sou weider. Aner Mysterie waren d'Beschafenheet vum Universum, d'Form vun der Äerd an d'Behuele vun Himmelskierper wéi der Sonn an dem Mound. E ganze Koup Theorië si proposéiert ginn, mä déi meescht vun deene ware falsch. Déi Theorië si gréisstendeels a philosopheschen Terme verfaasst ginn, a sinn ni duerch systematesch Experimenter oder Beobachtunge getest ginn, sou wéi dat haut de Fall ass. Et gëtt allerdéngs Ausnamen an Anachronismen: sou huet zum Beispill de griicheschen Denker Archimedes vill quantitativ korrekt Beschreiwunge vun der Mechanik an der Hydrostatik gemaach.

D'Wierker vum Ptolemäus (Astronomie) a vum Aristoteles konnten och net all Phenomeener beschreiwe wéi d'Beobachtunge méi prezis gi sinn.

Dëst huet mat sech bruecht, datt Wourechten, déi bis dohin als absolut ugesi gi waren, a Fro gestallt goufen. Dëst, an d'Sich no neien Äntwerten huet zu enger Period mat grousse wëssenschaftleche Fortschrëtter gefouert, déi haut als wëssenschaftlech Revolutioun bezeechent gëtt. Hir Ufäng kënnen an der Neientdeckung vum Aristoteles am 12. an 13. Joerhonnert gesi ginn. Si fënnt hiren Héichpunkt an der Publikatioun vum Isaac Newton sengem *Philosophiae Naturalis Principia Mathematica* am Joer 1687 (dësen Datum ass ëmstridden).

Déi meescht Historiker (z. B. den Howard Margolis) soen, datt d'wëssenschaftlech Revolutioun am Joer 1543, mat dem éischten Drock vum polneschen Astronom Nikolaus Kopernikus sengem Buch *De Revolutionibus*, dat hien eng dose Joer méi fréi geschriwwen hat, ugefaangen huet. D'Hpothees vun dësem Buch ass, datt d'Äerd ronderëm d'Sonn dréint. Aner wichteg Fortschrëtter an där Zäit goufe vum Galileo Galilei, Christiaan Huygens, Johannes Kepler a Blaise Pascal gemaach.

Wärend dem fréie 17. Joerhonnert huet den Galileo als Éischte wëssenschaftlech Experimenter benotzt fir Theorien ze validéieren. Dëst ass d'fundamental Iddi vun der wëssenschaftlecher Method. De Galileo huet verschidde Behaaptungen um Gebitt vun der Dynamik opgestallt an och erfollegräich getest. Dozou zielt d'Gesetz vun der Inertie. Am Joer 1687 huet den Newton säi *Principia Mathematica* publizéiert, an deem zwou verständlech an erfollegräich Theorien ausgeschafft sinn: D'Beweegungsgesetzer vum Newton, aus deenen déi klassesch Mechanik entstanen ass; an d'Gravitatiounsgesetz vum Newton dat d'fundamental Kraaft vun der Gravitatioun beschreift. Béid Theorien hu mat de Beobachtungen iwwerenee gestëmmt. D'*Principia* enthalen och verschidden Theorien um Gebitt vun der Dynamik vun de flëssege Matièren. Am Laf vun den nächste Joerhonnerten ass d'klassesch Mechanik vum Leonhard Euler, Joseph-Louis de Lagrange, William Rowan Hamilton an aneren ausgebaut an ëmformuléiert ginn. D'Gesetz vun der universeller Gravitatioun huet en neit Gebitt, nämlech d'Astrophysik ervirbruecht, déi astronomesch Phenomeener mat Hëllef vu physikaleschen Theorië beschreift.

Nodeem den Newton déi klassesch Mechanik definéiert hat, war dat nächst grouss Fuerschungsfeld an der Physik d'Natur vun der Elektrizitéit. Beobachtungen am 17. an am 18. Joerhonnert vu Wëssenschaflter, wéi dem Robert Boyle, dem Stephen Gray an dem Benjamin Franklin hunn d'Fëllementer fir spéider Aarbechte geluecht. Déi Bobachtungen hunn och eist grondsätzlecht Verstoe vun der elektrescher Spannung a vum Stroum geschaf.

James Clerk Maxwell
Am Joer 1821 huet de Michael Faraday d'Etüd vum Magnetismus mat där vun der Elektrizitéit verbonnen. Him ass opgefall, datt ee Magnéit, deen a Beweegung ass, elektresche Stroum an engem Leeder induzéiert. De Faraday huet och d'Konzept vun elektromagnéitesche Felder opgesat. Den James Clerk Maxwell huet dorop opgebaut an, am Joer 1864, 20 ënnerenee verbonnen Equatioune publizeiert, déi d'Interkonnektioune vun elektreschen a magnéitesche Felder erklären. Dës 20 Equatioune konnten duerno vum Oliver Heaviside, mat Hëlléf vum Vektorrechnen, op véier Equatioune reduzéiert ginn.

Den Albert Einstein
Nieft aneren elektromagnéitesche Phenomeener kënnen dem Maxwell seng Equatiounen och benotzt gi fir d'Liicht ze beschreiwen. Dëst ass 1888 vum Heinrich Hertz, mam Erfanne vum Radio, an 1895 mat der Entdeckung vun de Röntgen-Stralen, vum Wilhelm Röntgen confirméiert ginn. Well een d'Liicht mat elektromagnéiteschen Termë ka beschreiwen, ass den Albert Einstein op d'Iddi vu senger spezieller Relativitéitstheorie komm. Dës Theorie bréngt et fäerdeg, klassesch Mechanik mat dem Maxwell sengen Equatiounen ze verbannen. D'speziell Relativitéitstheorie vereenegt Raum an Zäit an d'Raumzäit. An dëser Theorie gëtt et eng aner Transformatioun tëscht Referenzkadere wéi an der klassescher Mechanik, wat mat sech bruecht huet datt d'relativistesch Mechanik huet missen entwéckelt ginn, als Ersatz fir déi klassesch Mechanik. Am Fall vun de luese relative Vitesse fënnt een d'klassesch Mechanik an der relativistescher Mechanik erëm. Den Einstein huet weider un der spezieller Theorie geschafft andeems hien d'Gravitatioun mat a seng Rechnungen abezunn huet, a publizéiert am Joer 1915 seng allgemeng Relativitéitstheorie.

D'Basis vun der allgemenger Relativitéitstheorie ass d'Feldequatioun vum Einstein. Déi beschreift wéi den Tensor vun der Energie an der Matière d'Raumzäit verformt. Weider Aarbecht um Einstein senger Feldequatioun huet Resultater erginn, déi de Big Bang, Schwaarz Lächer an en Universum, dat sech ausbreet, viraussoen. Den Einstein war iwwerzeegt, datt d'Universum statesch ass, an huet dowéinst eng kosmologesch Konstant a seng Equatioun agefouert, fir datt statesch Léisunge méiglech sollte sinn. Mä am Joer 1929 huet den Edwin Hubble astronomesch Beobachtunge gemaach, déi beweisen, datt sech d'Universum ausdeent.

Vum 18. Joerhonnert un ass d'Thermodyanmik vum Boyle, vum Young a vu villen aneren entwéckelt ginn. Am Joer 1733 huet den Bernoulli statistesch Argumenter an der klassescher Mechanik benotzt fir doraus Resultater aus der Thermodynamik ofzeleeden. Dat war d'Gebuertsstonn vun der statistescher Mechanik. Am Joer 1798 huet de Thompson bewisen, datt ee mechanesch Aarbecht kann an Hëtzt verwandelen, an 1847 huet den Joule d'Konservatioun vun der Energie agefouert, an dës souwuel a Form vun Hëtzt wéi och als mechanesch Energie. De Ludwig Boltzmann ass am 19. Joerhonnert verantwortlech fir déi aktuell Form vun der statistescher Mechanik.

Am Joer 1895 huet de Wilhelm Röntgen d'Röntgen-Stralen entdeckt déi sech als héichfrequent elektromagnéitesch Stralung erausgestallt hunn. D'Radioaktivitéit ass 1896 vum Henri Becquerel entdeckt ginn, a méi am Detail vu Marie a Pierre Curie an aneren erfuerscht ginn. Dat war den Ufank vum Gebitt vun der Nuklearphysik.

Am Joer 1897 huet de Joseph J. Thompson den Elektron entdeckt, dat elementar Partikel wat den elektresche Stroum a Stroumkreesser transportéiert. 1904 huet hien den éischte Modell vum Atom proposéiert, deen haut als *Plumpudding-Modell* bezeechent gëtt. (D'Existenz vum Atom ass schonn 1808 vum John Dalton proposéiert ginn.)

Dës Entdeckungen hunn d'Iddi vum Atom als Grondbaustee vun der Matière, déi vill Physiker vun där Zäit vertrueden hunn, ënnermauert, an hunn zu weiderer Fuerschung un der Struktur vun den Atomer ugereegt.

Am Joer 1911 huet den Ernest Rutherford aus sengen Diffusiounsexperimenter d'Existenz vun engem kompakten Atomkär hiergeleet, deen aus postiv geluedenen Deeler, de Protonen, besteet. D'Neutronen, déi neutral Kärdeeler, sinn 1932 vum James Chadwick entdeckt ginn. D'Relatioun tëscht Mass an Energie (Einstein, 1905) ass op eng spektakulär Aart a Weis wärend dem Zweete Weltkrich bewise ginn, andeems intensiv Nuklearfuerschung op deenen zwou Säite bedriwe ginn ass, mam Zil, eng Atombomm ze bauen. Déi däitsch Ustrengungen, ënner der Leedung vum Heisenberg, hu keng Friichte gedroen, am Géigesaz zu den Allierten hirem *Manhattan Project*. An de Vereenegte Staaten huet en Team, ënner der Leedung vum Enrico Fermi, am Joer 1942 déi éischt vum Mënsch gemaachen nuklear Kettereaktioun fäerdeg bruecht. 1945 ass dunn deen éischten nukleare Sprengstoff um Trinity Site, an der Géigend vun Alamogordo am New Mexico, getest ginn.

1900 huet de Max Planck seng Erklärung vun der Stralung vun engem schwaarze Kierper publizéiert. Seng Gläischungen hu postuléiert datt d'Radiatoren an der Natur quantifiéiert sinn, wat sech als den Ufank vun enger neier Branche vun der Physik, d'Quantephysik, erausgestallt huet. Zanter 1900 hunn de Planck, den Einstein, den Niels Bohr an anerer, ugefaange Quantentheorien z'entwéckelen andeems si diskreet Energieniveaue benotzt hunn, an dat fir verschidden anormal experimentell Resultater z'erklären. 1925 huet de Werner Heisenberg an 1926 den Erwin Schrödinger an de Paul Dirac d'Quantemechanik formuléiert, déi déi Quantentheorië vu vidrun erkläert huet. An der Quantemechanik ass d'Resultat vun enger physikalescher Miessung fundamental probabel. D'Theorie beschreift Berechnunge vun dëse Warscheinlechkeeten, a beschreift mat groussem Erfolleg d'Behuele vun der Matière bei klengem Moossstaf. An den 1920er-Joren hunn den Erwin Schrödinger, de Werner Heisenberg an de Max Born e konsistent Bild vum cheemesche Behuele vun der Matière, souwéi eng komplett Theorie vun der elektronescher Struktur vun den Atomer, ginn, an dëst als Nieweprodukt vun der Quantemechanik.

Richard Feynman
D'Quantesch Feldtheorie ass ausgeschafft gi fir d'Quantemechanik mat der spezieller Relativitéitstheorie konsistent ze maachen. Si ass an de spéiden 1940er-Joren entstanen duerch Aarbechte vum Richard Feynman, Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga a Freeman Dyson. Si hunn d'Theorie vun der quantescher Elektrodynamik ausgeschafft, déi et mat Erfolleg fäerdeg bréngt, de *Lamb shift* z'erklären. Quantesch Feldtheorie huet de Kader fir modern Partikelphysik gesat, déi d'fundamental Kräften tëscht den elementare Partikelen erfuerscht.

Den Chen Ning Yang an den Tsung-Dao Lee hunn an den 1950er-Joren eng onerwaarten Asymetrie beim Verfall vu subatomare Partikelen entdeckt. De Yang an de Robert Mills hunn eng nei Klass vu Jauge-Theorien erausgeschafft, déi de Kader geliwwert hu fir nuklear Kräften ze verstoen. D'Theorie fir déi staark nuklear Kraaft ass vum Murray Gell-Mann proposéiert ginn. D'elektroschwaach Kraaft, d'Unifikatioun vun der schwaacher nuklearer Kraaft an dem Elektromagnetismus ass vum Sheldon Lee Glashow, Abdus Salam a Steven Weinberg proposéiert ginn, an 1964 vum James Watson Cronin a vum Val Fitch konfiméiert ginn. Dës Endeckungen hunn zum sougenannte *Standard Modell* an den 1970er-Jore gefouert, deen all elementar Partikel, déi bis haut observéiert gouf, beschreift.

D'Quantemechanik huet och d'theoreetesch Handwierksgeschier geliwwert fir d'Physik vun der condenséierter Matière, där hiert Haaptgebitt d'Physik vun der fester Matière ass. Si beschäftegt sech mat den Eegenschafte vu festen a flëssege Stoffer, wouzou Phenomeener wéi Kristallstrukturen, Semikonduktivitéit a Suprakonduktivitéit gehéieren. De Felix Bloch, deen am Joer 1928 eng quantemechanesch Beschreiwung vun den Elektronen an engem Kristall ginn huet, gehéiert zu de Pionéier vun der Physik vun der condenséierter Matière. Den Transistor ass 1947 vun de Physiker John Bardeen, Walter Houser Brattain an William Bradford Shockley an de Laboratoirë vu Bell Telephone entwéckelt ginn.

Déi zwéi grouss Themë vum 20. Joerhonnert, nämlech déi allgemeng Relativitéitstheorie an d'Quantemechanik, sinn onkompatibel mateneen. D'allgemeng Realtivitéit beschreift d'Universum um Moosstaaf vun de Planéiter, de Solarsystemer an de Galaxien, wärend d'Quantemechanik um Moossstaf vun de subatomare Partikele schafft. Des Erausfuerderung gëtt vun der Stringtheorie ugeholl, déi d'Raumzäit net mat Hëllef vu Punkte beschreift, mä mat eendimensionalen Objeten, de *Stringen*. Dës *Stringen* hunn d'Eegenschafte vu konventionelle Lastiken (z. B. d'Spannung an d'Vibratioun). Dës Theorie gëtt ganz hoffnungsräich Resultater, déi awer nach net konnte getest ginn. D'Sich no experimentellen Iwwerpréiwe vun der Stringtheorie sinn nach am Gaang.

D'Vereent Natiounen hunn d'Joer 2005, genee 100 Joer no dem Einstein senger *Annus mirabilis*, zum "Weltjoer vun der Physik" erkläert.

## Zukënfteg Richtungen

   Haaptartikel zu dësem Theema: **Ongeléist Problemer an der Physik**

D'Fuerschung an der Physik geet am Moment*[Wéini?]* op enger grousser Zuel vu Fronte weider, a wäert dat och nach fir en eng laang Zäit maachen.

An der Physik vun der condenséierter Matière ass dee greissten ongeléiste Problem zur Zäit d'Suprakonduktivitéit bei héijen Temperaturen. Grouss Efforten, haaptsächlech vun experminteller Natur ginn dru gesat fir d'Spintronic a quantesch Computeren z'entwéckelen.

An der Partikelphysik sinn déi éischt experminetell Hiweiser op eng Physik nom Standardmodell ogedaucht. Ee vun den Haapthiwäiser ass, datt den Neutrinoen hir Mass net gläich Null ass. Déi Experimenter schéngen de Problem vun de solaren Neutrinoen, deen et schonn eng länger Zäit gëtt, geléist ze hunn. D'Physik vun den Neutrinoe mat Mass ass am Moment e Gebitt mat intensiver Fuerschung, souwuel um expermintelle wéi och um theoreetesche Plang. Nodeems mat dem Large Hadron Collider um CERN e Partikelaccelerator mat enger Energie vu bal 13 TeV gebaut gouf, an den Higgs boson 2012 fonnt gouf, geet et elo ënner anerem dorëm supersymetresch Partikelen ze fannen.

Theoreetesch Versich fir d'Quantemechanik an d'allgemeng Relativiéit an der quantescher Gravitatioun ze vereenegen, hunn nach keng Friichte gedroen, obwuel si scho méi wéi en halleft Joerhonnert undaueren. Déi Kandidaten déi am Moment am warscheinlechste schéngen, sinn d'M-Theorie, d'Superstringtheorie an d'Schläife Quantegravitatioun.

Vill astronomesch a kosmologesch Problemer konnten och nach net befriddegend erkläert ginn. Zu deene Problemer zielen d'Existenz vu kosmesche Strale mat ultrahéijer Energie, d'Asymetrie vun de Baryonen, d'Beschleunegung vun der Ausdeenung vum Universum an déi anormal Rotatioun vun de Galaxien.

Obwuel et grouss Fortschrëtter op de Gebidder vun der Physik vun den héijen Energien, der Quantephysik an der astronomescher Physik gouf, ass den Oflaf vu villen alldeegleche Phenomeener nach ganz wéineg verstan. Sou zum Beispill d'Komplexitéit, Chaos an Turbulenzen. Komplex Problemer, déi op den éischte Bléck schénge wéi wa se duerch eng schlau Uwendung vun der Dynamik an der Statik ze léise wieren, hunn nach ëmmer keng Léisung. Zum Beispill, d'Enstehung vun engem Koup Sand, Wierbelen a fléissendem Waasser, d'Form vu Waasserdrëpsen, d'Mechanisme vun der Uewerflächespannung, oder heterogen Kollektiounen, déi sech selwer arrangéieren, wa se gerëselt ginn. Zanter den 1970er-Joren hunn dës komplex Problemer, aus verschiddene Grënn, eng grouss Opmierksamkeet kritt, mä virun allem well et vun do u méiglech war, dës Problemer mat mathematesche Methoden op Computeren op eng nei Aart a Weis ze modeleieren. D'interdisziplinär Wichtegkeet vun der Léisung vun dëse komplexe Problemer ass méi grouss ginn, wéi ee bei der Etüd vun der Turbulenz an der Aerodynamik, an der Beobachtung vum Entstoe vu Motiver a biologesche Systemer gesäit. Am Joer 1932 hat den Horace Lamb korrekt virausgesot:

*I am an old man now, and when I die and go to heaven there are two matters on which I hope for enlightenment. One is quantum electrodynamics, and the other is the turbulent motion of fluids. And about the former I am rather optimistic.*

 *(Ech sinn elo en ale Mann, a wann ech stierwen an an den Himmel kommen, da gëtt et zwou Saachen déi ech gär verstoe géif. Déi éischt ass quantesch Elektrodynamik, an déi zweet ass d'turbulent Beweegung vu Flëssegkeeten. An ech sinn zimmlech optimistesch datt dat mat der éischter klappt.)*

## Kuckt och

* Lëscht Nobelpräis Physik
* Lëscht vu Physiker
* Formelblat (Physik)

## Um Spaweck

|  |  |
| --- | --- |
|  |  **Commons: Physik** – Biller, Videoen oder Audiodateien |

## Referenzen