Rechenmethoden für das Physikstudium

„Mathematik ist die Sprache der Physik“ mag diskussionswürdig sein, aber Fakt ist: Beim Lösen physikalischer Probleme ist Mathematik ein wesentliches Werkzeug. Erstsemester sind darin meist nicht geübt, sodass sie Mathematik weniger als Werkzeug wahrnehmen, sondern mehr als Hemmnis.

Daher gab und gibt es immer wieder Versuche, diesem Dilemma abzuhelfen. Richard Feynman hat in seinen Vorlesungen darauf hingewiesen, dass er gut sagen könne, was man an Mathematik brauche, das Lernen der Physik aber viel schwieriger sei. In dieser Linie steht „Rechenmethoden für das Physikstudium“ von Dennys Gahrmann.

Im Vorwort skizziert er mehrere Funktionen, die das Büchlein erfüllen soll: Unterlage zum Selbststudium, Nachschlagewerk für Lehrende,
Begleitmaterial zur Lehrveranstaltung und Diskussionsmaterial zur Art der Mathematik für Physikstudierende. Diesen Zielen nähert sich der Autor mit einer entsprechenden Struktur.

Im ersten Kapitel behandelt er die aus der Schule bekannten Basisthemen. Hier sind aus der Erfahrung gemachte Tipps und Strategien aufgelistet, die zum Teil allgemeingültige Lernstrategien sind. Die Quiz-Aufgaben haben leider keine Lösungen.

Im zweiten Kapitel schließen sich 11 Rechenmethoden an, vom Koordinatensystem bis zur Deltafunktion. Jede Methode wird durch Aufgaben und inhaltliche Erklärungen eingeleitet. Nach Vorstellung der Rechenmethode werden die motivierenden Aufgaben gelöst, auf die weitere  Aufgaben folgen. Nach welchen Kriterien diese Aufgabengruppen zugeordnet sind, bleibt offen. Leider fehlen auch hier Lösungen, was das Selbststudium erschwert.

Die vertraute Struktur gibt Anfängern aber Sicherheit und ermöglicht einen Einstieg in einer beliebigen Rechenmethode. Der Teil zu Differentialgleichungen fällt etwas aus der Reihe, weil hier mehr theoretischer Input erforderlich ist. Überhaupt funktioniert das Strukturprinzip im Laufe des Buches immer weniger. Das liegt offensichtlich daran, dass man sich immer weiter vom Schulstoff entfernt.

Aus meiner Sicht fehlen mindestens die Themen Statistik (mit Verteilungen), numerische Verfahren und Symmetriegruppen. Allerdings sind dies keine Themen für Erstsemester, die Zielgruppe, die das Vorwort nahelegt, während der Titel Mathematik fürs Physikstudium verspricht.

Einige Ungenauigkeiten sollten in einer weiteren Auflage verbessert werden, etwa die Kennzeichnung konjugiert komplexer Zahl einmal als z und dann als z*. Auch sollten bei Physikaufgaben immer Maßeinheiten mitgeführt werden, gehören sie doch zum Charakter einer physikalischen Größe. Für Anfänger und bei der Nutzung im Selbststudium ist Konsistenz in Darstellung, Sprache und Symbolik essenziell.

Das Buch zielt nicht darauf ab, die Konsistenz der in der Physik nötigen Mathematik aufzuzeigen oder alle notwendige Mathematik für die Physik bereitzustellen. Dazu lässt sich auf altbewährte Lehrbücher zurückgreifen oder im fortgeschrittenen Studium am physikalischen Problem lernen. Insgesamt ist das Büchlein eine gute Arbeitsanleitung für das Werkzeug Mathematik im Physikstudium, vor allem als Begleitmaterial für entsprechende Lehrveranstaltungen.

Für Anfänger eignet es sich zum Selbststudium aus genannten Gründen weniger. Möge seine Nutzung die Hürde Mathematik im Physikstudium verringern.

Dr. Peter Ackermann
Universität Potsdam