Physik II

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Mit diesem Teil wird der Einführungskurs Physik abgeschlossen. Dabei werden Optik, die spezielle Relativitätstheorie sowie der Aufbau der Materie besprochen. Mit einfachen Experimenten, die im Hörsaal vorgeführt werden, wird gezeigt wo die Grenzen der klassischen physikalischen Beschreibung der Welt liegen. Mit zum Teil revolutionären Konzepterweiterungen, die im noch jungen 20. Jahrhundert stattfanden, konnten die Grundlagen der modernen Physik geschaffen werden, die zu unserem heutigen Verständnis des Universums die Basis bilden. Die moderne Physik hat gezeigt, dass Raum und Zeit keine absoluten und unabhängigen Grössen sind, sondern dem Begriff der Raumzeit weichen müssen. Die Gesetze der Natur laufen nicht absolut deterministisch ab; es können nur präzise Wahrscheinlichkeitsinterpretationen getroffen werden, diese aber mit äusserster Präzision. Anfänglich als kontinuierlich gedachte Grössen, wie Energie, (Dreh-)Impuls, Ladung, etc., wurden als diskrete Grössen erkannt, die keine beliebigen Werte annehmen können. Die Frage, ob Licht Welle oder Teilchen ist, kann so nicht mehr gestellt werden, da beides richtig ist. Die Grundpfeiler der modernen Physik sind die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik, welche erlauben das Universum und alles darin Enthaltene von seinen grössten bis zu den kleinsten Strukturen, zu verstehen.


Die Erkenntnisse der modernen Physik haben die Welt grundlegend verändert. Transistoren, aus denen Prozessoren (die zentrale Recheneinheit in Computern) aufgebaut sind, hätten nicht ohne ein tiefes Verständnis der Quantenmechanik entwickelt werden können. Navigation mit GPS Geräten wäre unmöglich, wenn nicht die subtilen Effekte der Einstein´schen Relativitätstheorie berücksichtigt würden. Moderne Diagnosegeräte und Analysemethoden in der Medizin sind direkte Anwendungen aus der Teilchenphysik. So spielt z.B. Antimaterie bei PET-Scans eine wesentliche Rolle bei der Diagnose von Stoffwechselprozessen, in der Onkologie, Neurologie sowie Kardiologie. Dies geht allerdings nicht ohne Einnahme von radioaktiven Substanzen kurz vor dem Untersuch, die in Form von Medikamenten, so genannten Radiopharmaka, verabreicht werden. Weniger bekannt dabei ist, dass diese kurzlebigen Präparate mittels eines Teilchenbeschleunigers kurz vor jeder Untersuchung erst erzeugt werden müssen.


Viele Konzepte der Physik, und dies gilt insbesondere auch für die moderne Physik, können auf den ersten Blick etwas abstrakt erscheinen. Nichtsdestotrotz bieten diese das Rüstzeug, die Abläufe in der Natur auf fundamentale Art und Weise zu verstehen. Gerade deshalb ist die Physik das Fundament aller naturwissenschaftlichen Fächer. Sich mit Physik auseinanderzusetzen und, nach eventuellen Anfangsmühen, schliesslich zu begreifen, lohnt sich daher nicht nur für zukünftige Physiker, sondern für alle Studierende, die in einer modernen Wissensgesellschaft einmal kompetent bestehen wollen.


Die Auseinandersetzung mit der Physik ist daher immer sinnvoll investierte Zeit, verlangt jedoch von den Studierenden eine besondere Eigenleistung.


In der Vorlesung wird der Stoff möglichst umfassend, in konzentriert geraffter Form behandelt, wobei mit vielen Demonstrationsexperimenten jeweils ein klarer Bezug zu den realen Gegebenheiten illustriert wird. Dieser spezielle Aufwand, welcher nur in relativ wenigen ausgewählten Universitäten in dieser Form sozusagen auf dem Silbertablett serviert wird, bildet einen wesentlichen Teil die physikalischen Konzepte zu verdeutlichen. Dies wird vor allem dann nützlich, wenn Sie sich während der Vorlesungen voll und ganz auf den Stoff konzentrieren.


Hans Peter Beck

CERN, im März 2014