Einführung in die Physik

Was macht eigentlich die Physik? Sie beschreibt und erklärt die Realität auf ihrer fundamentalen Ebene. Die Realität besteht für die Physik aus Materie und Energie, eingebettet in Raum und Zeit. Um diese vier Dinge dreht sich alles. Hierzu stellen die Physiker Theorien auf. Das sind mathematische Formeln, die möglichst gut mit der Realität übereinstimmen sollen. Es gibt die klassischen Theorien, darunter versteht man die Theorien vor der Quantenphysik. Dazu gehört das, was man in der Schule lernt. Also die Mechanik, die Wärme- und die Elektrizitätslehre. Das ist eher öder Lehrstoff. Einzig spannend bei der klassischen Physik sind die beiden Relativitätstheorien von Albert Einstein.

In der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts wurde dann die Quantenphysik entwickelt. Sie bedeutete eine Revolution im Weltbild der Physik. Daher wird alles vor der Quantenphysik als die klassische Physik bezeichnet. Tatsächlich besteht die Quantenphysik aus zwei Theorien. Einmal die Quantenmechanik und zum anderen die Quantenfeldtheorie. Genauer gesagt gibt es mehrere Quantenfeldtheorien, zum Beispiel die Quantenelektrodynamik. Das ist die Quantenversion der Elektrizitätslehre. Alles, was um uns herum geschieht, basiert auf der Quantenelektrodynamik, abgekürzt mit QED. Die gesamte Chemie ist angewandte QED. Die Struktur der Materie, auch die unseres Körpers, wird von der QED bestimmt. Zur Vollendung gebracht wurde die QED in den 40er Jahren des letzten Jahrhunderts von den Physikern Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga, Freeman Dyson und vor allem Richard Feynman. Zwar ist letzterer nicht so bekannt wie Albert Einstein. Er spielt aber für alle Studenten der Physik eine sehr wichtige Rolle. Denn er ist der einzige bedeutende Physiker, der noch, als er schon bedeutend war, Einführungsvorlesungen für Physik gehalten hat. Die gibt es auch in Buchform und das sind vermutlich die besten Lehrbücher für Physik, inklusive der Quantenphysik. Denn Feynman war kein Langeweiler, er war eine charismatische Persönlichkeit. Das zeigt sich auch in seinen Lehrbüchern.

Die Quantenfeldtheorien stellen die fundamentalsten Theorien der Physik dar. Allerdings gibt es ein großes Problem. Denn die Quantenfeldtheorien umfassen zwar die spezielle Relativitätstheorie. Sie lassen sich aber nicht mit der allgemeinen Relativitätstheorie, das ist die Theorie der Gravitation, vereinigen. Bedeutende Fortschritte sind derzeit nicht erkennbar. Es gibt zwar Ansätze, zum Beispiel die Stringtheorien. Aber wirklich überzeugend sind die Ansätze nicht. Haben wir also die Grenzen unseres Erkenntnisvermögens erreicht? Oder brauchen wir eine radikal neue Idee?