Grundkonzepte der Physik

Dieses Buch ist ein instruktives Kompendium für Physiker, an Physik Interessierte und (hoffentlich!) Geisteswissenschaftler, die sich einen Überblick über die Physik mit ihren philosophischen Aspekten verschaffen wollen. Ausgangspunkt ist für den Autor Wolfgang Weidlich die 1959 von C. B. Snow formulierte These von den „zwei Kulturen“, nach der sich Naturwissenschaft und Geisteswissenschaft immer weiter voneinander entfernen. Es ist Weidlichs Anliegen, mit seinem Buch zur Annäherung dieser großen Wissensgebiete beizutragen. Dazu kann er sich u. a. auf seine an der Universität Stutt­gart gehaltene Curriculums-relevante Vorlesung „Physik für Geistes- und Sozialwissenschaftler“ stützen.
Um bei den Geistes- und Sozial­wissenschaftlern Verständnis für „Denkweise und Denkkultur der Physik“ zu wecken, beginnt er in jedem Kapitel verbal, um dann mathematisch zwar behutsam, aber doch in die Tiefe gehend, vorzudringen, wobei er historische, experimentelle und anwendungsorientierte Bezüge herstellt. Der der Physik gewidmete Teil ist in zwei philosophisch orientierte Kapitel zur Wissenschaftstheorie eingebettet. Nach einem Abriss relevanter mathematischer Konzepte folgt die Mechanik (Erhaltungssätze, Invarianzkonzept, Hamiltonsche Gleichungen, Determinismus/Kausalität). Die Thermodynamik behandelt „Zustandsgrößen“, „Systeme“, die Hauptsätze bis hin zum Stirling-Motor. Der Abschnitt zur Elektrodynamik führt zu den Maxwellschen Gleichungen. Der Hauptteil des Buches befasst sich mit den Umbrüchen im Denken der Physik zu Anfang des 20. Jahrhunderts. In „Spezielle Relativitätstheorie“ betont der Autor die Kovarianz der Naturgesetze am Beispiel von Mechanik und Elektrodynamik. So ergibt sich u. a. E = m c².

Die „Allgemeine Relativitätstheorie“ führt über Einsteins Ideenwelt („Fahrstuhl-Beispiel“, Äquivalenzprinzip) zu den Feldgleichungen, bei denen es auch der Tensor-Rechnung bedarf. Hierzu für Weidlichs Diktion charakteristische Sätze: „Daher wundern Sie sich nicht, liebe Schriftsteller und Poeten. Sie sind dazu prädestiniert, ein inniges Verhältnis zur Tensorrechnung zu entwickeln“.

Auch für den Nichtphysiker ist interessant, wie fundamental Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie für die genaue Ortung beim GPS-System sind. Die Quantentheorie und deren theoretische Ausformung bis hin zur Schrödinger-Gleichung, Heisenbergs Matrizenmechanik und Hilbert-Raum-Formulierung sind Themen weiterer Kapitel, wie auch Atomismus, Beiträge der Statistischen Physik (Boltzmann-Gleichung), Atom­modelle.

Wie ein Roter Faden zieht sich das von Weidlich so formulierte „Inklusionsprinzip“ durch sein Buch: „Umfassendere Erkenntnisse über umfassendere Wirklichkeitsbereiche müssen die vorher gewonnenen gesicherten Erkenntnisse über einen beschränkten Wirklichkeitsbereich als Grenzfall einschließen“. Die Seitenzahl wurde begrenzt, indem „Aufreger“ wie Schwarze Löcher, Higgs-Teilchen und Quanteninformation nicht behandelt werden.

Prof. Dr. Hermann Haken, 1. Institut für Theoretische Physik, Center of Synergetics, U Stuttgart