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Blick in die Geschichte

Angefangen hat die Physik am Himmel. Erst als Isaac Newton 1687 verstanden hat, wie es am Himmel abläuft, konnte er die Grundgesetze der Mechanik auf der Erde herausfinden. Es ist kein Zufall, dass die Industrielle Revolution Ende des 17. Jahrhunderts ihren Ursprung nahm. Damals gab es die ersten Erfindungen, weil man die physikalischen Grundgesetze der Mechanik entdeckt hatte.

Was ist Physik?

Physik liefert Erklärungen für Phänomene, die man in der Natur beobachtet. Es ist das Grundprinzip der Physik, dass man mithilfe von Experimenten, z. B. dem Beobachten von Planeten, Daten sammelt. Diese Daten gleicht man mit einer theoretischen Vorstellung – etwa "Erde dreht sich um die Sonne" oder "Erde steht im Mittelpunkt" – ab und überlegt, welches der Modelle die gesammelten Daten am besten erklären kann. Aus diesen Modellen kann man weitere Vorhersagen treffen.

Wenn man z.B. einen Fußball mit einer bestimmten Geschwindigkeit und mit einem bestimmten Winkel schießt und dabei das Gewicht des Fußballs ebenso kennt wie die momentanen Windverhältnisse, kann man genau berechnen, welchen Weg der Fußball nehmen und wo er landen wird. Und wenn er einen Drall erhält, lässt sich berechnen, welchen Bogen der Ball fliegen wird. Hat man eine Sache also verstanden, kann man voraussagen, wie sie sich weiterentwickeln und was passieren wird. Das ist sehr faszinierend. Die Physik ist eine Wissenschaft, die Voraussagen macht, die auch wirklich eintreten. Das Markenzeichen der Physik: Es geht nicht um Glauben, sondern um Fakten, die man versuchen muss, mit einer Modellvorstellung zu erklären.

Physik heute

Die Physik ist in der Lage, sowohl Probleme des Alltags als auch der Mikroelektronik zu lösen. Das noch kleinere Smartphone, der noch schnellere Laptop - die Leistungsfähigkeit dieser Geräte basiert darauf, dass man ein neues, grundlegendes Bausteinchen in der Physik erkannt hat: die Quantentheorie. Ein Beispiel: Unsere heutigen PC-Festplatten kriegen wir kaum noch voll mit Daten – das war früher einmal anders. Zu verdanken haben wir diese Entwicklung der Erkenntnis von Peter Grünberg mit dem Riesen-Magnetowiderstand. Dafür hat er 2007 den Nobelpreis erhalten. Dieses Prinzip musste man erkennen, um Daten so eng auf einer Festplatte speichern zu können, wie das heute möglich ist, um z.B. Filme speichern zu können.

Physik und ihre grundlegenden Phänomen finden sich also an jeder Stelle im Leben. Sie ist daher auch für die Gesellschaft von großer Relevanz. Das, was Physiker machen, landet Jahre später auf unseren Schreibtischen als ein Gegenstand, den wir uns aus unserem Leben nicht mehr wegdenken können.

2015 feierten wir 100 Jahre Relativitätstheorie von Albert Einstein. Diese Theorie nutzt jeder, der ein Navigationssystem verwendet, um einen bestimmten Ort zu finden. Denn präzise Ortung geht über präzise Zeitsignale - und dadurch, dass die Zeit sich leicht verändert, wenn man sich in der Nähe einer großen Masse wie der Erde befindet. Nur wenn man diese Veränderung mit berücksichtigt, erhält man so genaue Navigationsgeräte, wie wir sie heute haben. Würde man die Relativitätstheorie nicht berücksichtigen, könnten die Navigationsgeräte nur bis auf etwa 1 km genau orten.

Eine Person hält ein GPS Gerät in der Hand (Foto: Colourbox, Model Foto: Colourbox.de -)
Model Foto: Colourbox.de -

Grundlagen

Das Studium der Physik ist schweißtreibend. Man muss zunächst die Theorien der klassischen Physik wie Mechanik, Thermodynamik und Elektrodynamik lernen. Dazu kommt die moderne Physik, die Anfang des 20. Jahrhunderts entstand: Die Quantentheorie, die unsere Welt im ganz Kleinen erklärt, und die Relativitätstheorie, die unser Weltall zu erklären versucht.

Das Studium gliedert sich in sechs Semester Bachelor-Studium und vier Semester Master-Studium. In den ersten sechs Semestern wird Wissen angehäuft. Danach sind die Studierenden in der Lage, unter Anleitung ein kleines Forschungsobjekt zu bearbeiten, also die Bachelor-Arbeit schreiben.

Fähigkeiten, Begabungen, Interessen

Der wichtigste Antriebsfaktor für das Studium muss es sein, die Dinge verstehen zu wollen. Physik ist etwas, das man wirklich wollen und mit Leidenschaft betreiben muss.

  • überdurchschnittliches Interesse an Mathematik
  • solide Kenntnisse in Differential- und Integralrechnung, Winkelfunktionen
  • Chemie und Informatik (Nebenfächer)

Perspektiven in der Industrie

Der Physik-Bachelor-Abschluss ist in der Industrie kaum anerkannt. Deshalb muss man bis zum Master studieren, um Aussicht auf eine Stelle in der Industrie zu haben.

Das berufliche Spektrum für Physiker reicht vom Bankensektor bis zu Forschungslaboratorien. Einer unserer Absolventen arbeitet bei der Lufthansa und rechnet dort komplizierte Computer-Modelle aus, in denen es um Überbuchungen für die Maschinen geht. Das Teuerste für die Lufthansa ist, mit leeren Sitzen zu fliegen oder einen Passagier abfinden zu müssen, der überbucht wurde. Für jeden Flug genau die Überbuchungsmodelle zu errechnen, ist hochkompliziert. Und das machen z. B. Theoretische Physiker. Und selbstverständlich sitzen Physiker in Forschungslaboratorien von Siemens oder Volkswagen und machen dort physikalische Untersuchungen und Grundlagenarbeiten.

Wissenschaftliche Laufbahn

Wer Spaß an der Forschung hat, kann eine Promotion machen: In zwei bis drei Jahre bearbeitet man völlig selbständig ein eigenes Forschungsprojekt. Für eine Karriere in der Industrie ist die Promotion nicht zwingend erforderlich. Für eine wissenschaftliche Laufbahn jedoch schon.

Wer die wissenschaftliche Laufbahn einschlagen will, braucht etwas ganz dringend: Glück! Man muss zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein.

Nach der Promotion folgt die Post-Doc-Zeit: Man sucht sich sein eigenes Forschungsgebiet und forscht noch eigenständiger. Die Post-Doc-Zeit findet in der Regel im Ausland statt und umfasst zwei bis drei Jahre. Anschließend bewirbt man sich auf eine Juniorprofessur an einer Universität. In dieser Zeit gilt es, seine eigene Arbeitsgruppe an einer Universität aufzubauen. Wer dann Glück hat, wird auf eine Professur berufen.

Über den Autor

Metin Tolan studierte Physik mit Nebenfach Mathematik in Kiel und war bis 1998 Wissenschaftlicher Angestellter und später Hochschulassistent am Institut für Experimentalphysik der CAU Kiel. Nach Forschungsaufenthalten in den USA habilitierte er sich im Fach Experimentelle Physik an der CAU Kiel. Nach weiteren Forschungsaufenthalten nahm er den Ruf an die TU Dortmund als Professor für Experimentelle Physik an. Er ist heute Inhaber des Lehrstuhls "Experimentelle Physik I".

Seine Arbeitsschwerpunkte sind: Erforschung des Grenzflächenverhaltens sogenannter "weicher Materie" (Polymere, Flüssigkeiten, Biomaterialien) mit Röntgenstrahlung und Nutzung von Synchrotronstrahlung zur Materialforschung allgemein.

Bücher (Auswahl):
– Die STAR TREK Physik: Warum die Enterprise nur 158 Kilo wiegt und andere galaktische Erkenntnisse. Piper-Verlag, 2016
– Manchmal gewinnt der Bessere: Die Physik des Fußballspiels (Taschenbuch). Piper-Verlag, 2011.

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