Einführung

Zusammenfassung

Die Wissenschaft Physik hat einen vornehmen Namen: φ υ σ ι κ α — das Natürliche. Wir sind heute überwiegend der Meinung, daß alle Vorgänge in unserer materiellen Welt nach den uns bekannten und den noch zu entdeckenden Gesetzen der Physik ablaufen. In diesem Sinne wären zum Beispiel die Chemie oder die Biologie spezielle Bereiche der Physik. Doch muß man sich darüber im klaren sein, daß die ungeheure Komplexität in der Chemie oder gar in der Biologie diesen elementaren Zusammenhang bis jetzt noch weitgehend verschleiert. Daraus hat sich ergeben, daß sich diese Naturwissenschaften oft anderer Methoden bedienen als die Physik. Das Studium komplexer Systeme verlangt zunächst eine systematische Beschreibung der Phänomene, um irgendwelche Korrelationen zu erkennen und die Verknüpfung von vermeintlichen Ursachen mit Wirkungen herzustellen. Es wird mit vielen empirischen Regeln gearbeitet, deren Herleitung aus übergeordneten Gesetzmäßigkeiten noch aussteht. Zu ihrer Erkenntnis ist oft ein ungewöhnlich hohes Maß an Intuition erforderlich. Die Systeme, die in der eigentlichen Physik untersucht und erklärt werden, sind im Vergleich dazu weit weniger komplex. Diese Tatsache hat nun dazu geführt, daß die Physik schon früh eine „exakte Wissenschaft“ wurde, d.h. „mitteilbar mit Zustimmungszwang“. Die verstandenen Gesetzmäßigkeiten sind Gemeingut aller Naturwissenschaftler! Die Übersichtlichkeit der in der Physik behandelten Systeme hat andererseits die Chance und die Pflicht mit sich gebracht, spezielle Wirkungen auf grundlegendere Ursachen (z.B. Kräfte, Felder, Ströme) zurückzuführen und die Zusammenhänge quantitativ zu erklären oder vorherzusagen ..., und es muß das gleiche herauskommen, unabhängig vom damit befaßten Physiker! Für diese „Exaktheit“ ist die wichtigste Hilfe der Physik die Mathematik: die Formeln als quantitative Sprache, die Algebra bei der Beschreibung gleichzeitig zu beachtender Teilaspekte, die Differentialgleichungen zur Vorhersage des zukünftigen Geschehens oder der Auswirkungen in der Ferne, und schließlich die Kenntnis der speziellen Eigenschaften von Funktionen oder von geometrischen Gebilden. Um die Mathematik als Werkzeug effektiv einsetzen zu können, entwerfen die Physiker Modelle. Das bedeutet, daß man geschickt ein komplexeres System durch ein einfacheres ersetzt und zwar so, daß die zu untersuchenden Phänomene und ihre Ursachen gerade vom Modell erzeugt werden. Man vereinfacht im allgemeinen soweit, daß man in dem konkreten System die abstrakte, innere Struktur erkennt, die man dann auf mathematische Zusammenhänge abbilden kann Die Fähigkeit, den eigentlichen Witz zu erkennen und so das ideale Modell zu finden, gehört zur hohen Kunst der Physik. Und warum nun Physik für Ingenieure? Zunächst muß der Ingenieur die Gesetze der Physik kennen; in den für seine Arbeitsrichtung relevanten Bereichen der Physik muß er sie sogar hervorragend kennen, denn die Aufgabe des Ingenieurs besteht darin, bereits bekannte Naturgesetze anzuwenden, um den Menschen neue Möglichkeiten zu erschließen oder Bedrohungen abzuwenden. Beispiele hierfür aus jüngerer Zeit sind z.B. die Wärmekraftmaschinen, die elektrischen Maschinen wie Motoren, Dynamos und Transformatoren, die Kerntechnik, die Mikroelektronik und die Laser. Gerade die letzten drei Beispiele zeigen unmittelbar die Herausforderung an den Ingenieur, souverän mit der Physik — zumindest in Teilbereichen — umgehen zu können. Erst wenn die neuen Techniken etabliert sind, tritt die Rolle der Physik bei den Ingenieuren wieder in den Hintergrund, und das Neue wird als weiteres ingenieurwissenschaftliches Teilgebiet subsumiert.