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Isobare

Isobare

Isobaren (von griechisch iso „gleich“ und baros „Druck“) sind Linien (vgl. Isolinien) gleichen Druckes, insbesondere in der Meteorologie. In anderen Teilgebieten der Physik hat das Wort "Isobare" andere, mehr oder weniger verwandte Bedeutungen:
- Isobare Zustandsänderung in der Thermodynamik,
- Kernisobare in der Kernphysik. Auf meteorologischen Wetterkarten kennzeichnen Isobaren die Orte, an denen der gleiche Luftdruck herrscht. Tiefdruckgebiete zeigen in der Regel Schlechtwetter- (wirbelartige Strukturen), Hochdruckgebiete hingeben Schönwetterbereiche an. Der Abstand der Isobaren gibt einen Hinweis auf die Stärke des horizontalen Druckgefälles in einem Gebiet. Bei nah aneinanderliegenden Isobaren ist somit mit starken Winden oder Sturm zu rechnen. Kategorie:Thermodynamik Kategorie:Meteorologie

Griechische Sprache

Griechisch (griechisch ελληνικά) ist eine indogermanische Sprache, die einen eigenen Zweig dieser Sprachfamilie darstellt. Eine nähere Verwandtschaft scheint nur zur antiken makedonischen Sprache bestanden zu haben. Griechisch wird von ca. 16 Millionen Menschen als Muttersprache gesprochen, von denen ca. 10,5 Millionen in Griechenland leben, wo es Amtssprache ist. Die anderen Muttersprachler sind auf 35 andere Staaten verteilt. Auf Zypern ist Griechisch ebenfalls Amtssprache, offiziell neben dem Türkischen. Außerdem ist in einigen südalbanischen und süditalienischen Gemeinden, in denen Angehörige der griechischen Minderheit leben, das Griechische als lokale Amts- und Schulsprache zugelassen. Siehe: Griko in Italien Eine Vielzahl von altgriechischen Wörtern werden darüber hinaus auch in diversen Fachsprachen verwendet und haben Eingang in viele moderne Sprachen gefunden. Die Sprachcodes nach ISO 639 für Neugriechisch (ab 1453) sind el bzw. ell oder gre und für Altgriechisch (bis 1453) grc.

Geschichte

1453 Die ältesten schriftlichen Zeugnisse der Sprache sind in Linearschrift B geschrieben. Sie begegnen ab dem 14. Jahrhundert v. Chr. - also in mykenischer Zeit - als sehr kurze Texte auf Transportamphoren, wo sie den Inhalt bezeichnen. Längere Texte auf zahlreichen Tontäfelchen, ebenfalls rein praktischer Natur, wurden in den Archiven einiger mykenischer Paläste gefunden. Sie stammen aus dem Beginn des 12. Jahrhundert v. Chr.. Nach Zerstörung der meisten bisher bekannten mykenischen Paläste im 12. Jh. ging die Linearschrift B und damit die Schriftlichkeit der ägäischen Welt nach herrschender Meinung verloren. Zumindest gibt es bisher keine Schriftfunde aus der Zeit der dunklen Jahrhunderte. Gegen Ende der dunklen Jahrhunderte, vermutlich um 800 v.Chr., übernehmen die Griechen das phönizische Schriftsystem, das sie im Grunde auch heute noch benutzen. Eines der bekanntesten frühen Beispiele der neuen alphabetischen Schrift zeigt der sog. Nestor-Becher. In klassischer Zeit ist eine Vielzahl von Dialekten feststellbar, zu den wichtigsten zählen das (noch heute in den Schulen als Altgriechisch gelehrte) Attische, das Ionische, das Dorisch-Nordwestgriechische, das Aeolische und das Arkadisch-Kyprische. Die am Anfang der schriftlichen Überlieferung stehenden homerischen Epen, die Ilias und die Odyssee, sind zum Beispiel in einer künstlerischen Sprachform verfasst, die Worte aus verschiedenen Dialekten benutzte, oft nach den Anforderungen des Metrums, im ganzen jedoch Ionisch mit äolischer Prägung ist. Die politische, wirtschaftliche und kulturelle Vormachtstellung Athens im 5. Jahrhundert v. Chr. machte den dort gesprochenen attischen Dialekt zur Grundlage einer überregionalen Gemeinsprache (Koiné, griechisch κοινή, die Gemeinsame oder Allgemeine), die durch die Eroberungen Alexanders des Großen im 4. Jahrhundert v. Chr. zur Weltsprache und lingua franca aufstieg. Auch im Römischen Reich blieb Griechisch neben Latein Amtssprache, dies auch aufgrund der kulturellen Abhängigkeit der Römer von den Griechen. In der Osthälfte des Reiches war Griechisch bereits seit dem Hellenismus die dominierende Sprache. Der Einfluss fremder Sprachen und der fortbestehenden Dialekte führte immer wieder, insbesondere im 2. Jahrhundert, zu Bemühungen um eine Reinigung der griechischen Sprache unter Rückgriff auf das klassische Attisch. Eine solche bereinigte Form des Altgriechischen wurde nach der Teilung des Römischen Reiches (395) zur Amts- und Literatursprache des oströmischen Reiches, das nach der Abschaffung der lateinischen Amtssprache um 630 endgültig vom römischen zum byzantinischen Reich wurde. Spätestens zu diesem Zeitpunkt versiegt die Produktion literarischer Werke auf Altgriechisch; die Sprache des byzantinischen Reiches weist da schon deutliche Unterschiede in Grammatik und Aussprache auf. Nach der arabischen Eroberung Syriens und Ägyptens blieb Griechisch dort zunächst noch für einige Jahrzehnte Amtssprache, bevor es diese Funktion ab etwa 700 an das Arabische verliert. Während der Besetzung Griechenlands durch das osmanische Reich war der Unterricht in griechischer Sprache offiziell verboten. Jedoch lebte sie im Alltag der Griechen (und vielfach von Priestern heimlich gelehrt) fort, veränderte sich aber aufgrund geringer Schriftkenntnis und mangelnder Gelehrsamkeit relativ stark. Nach der modernen Staatsgründung wurde die so genannte Katharévousa (griechisch καθαρεύουσα, Reinsprache; die Grundlagen wurden von Korais geschaffen) offizielle Unterrichts- und Amtssprache, eine „künstlich“ geschaffene Standardsprache, die den Wortschatz der am klassischen Attisch orientierten Koiné abermals künstlich konservierte, jedoch innerhalb weitgehend neugriechisch geprägter Aussprache- und Grammatikstrukturen. Erst 1976 wurde die Volkssprache (Dimotikí, griechisch δημοτική) endgültig zur Sprache der staatlichen Verwaltung und der Wissenschaft; allerdings sind viele Katharévousa-Worte im Laufe der Zeit wieder in die Dimotikí zurück übernommen worden. Im Verlauf der Jahrtausende hat sich die griechische Sprache vielfach in der Aussprache geändert, die Orthographie blieb jedoch dank vielerlei Bemühungen um eine Reinhaltung der Sprache weitgehend konstant. Die in hellenistischer Zeit in die griechische Schriftsprache eingeführten Akzente und Symbole für Hauchlaute wurden noch bis vor kurzem verwendet. Durch Erlass Nr. 297 des griechischen Präsidenten vom 29. April 1982 wurden der Akzent Gravis, der Akzent Zirkumflex sowie die Hauchzeichen Spiritus asper und Spiritus lenis abgeschafft. Es gibt seitdem in der griechischen Schriftsprache nur noch den Akzent Akut, der die betonte Silbe anzeigt. Die griechische Sprache und Schrift hatte auf die Entwicklung Europas immensen Einfluss: Sowohl das lateinische als auch das kyrillische Alphabet wurde auf der Basis des griechischen Alphabets entwickelt. Die Rückbesinnung auf das im Westen fast vergessene Griechisch, ausgelöst unter anderem durch die Flucht vieler Byzantiner in den Westen nach dem Fall Konstantinopels 1453, war eine der Hauptquellen der Renaissance und des Humanismus (siehe hierzu auch: Philhellenismus). Noch heute werden wissenschaftliche Fachbegriffe gerne unter Rückgriff auf griechische (und lateinische) Wörter geprägt. Das Neue Testament wurde ursprünglich in hellenistischem Griechisch geschrieben und das erste Mal von Erasmus von Rotterdam gedruckt.

Grammatik

Altgriechisch

Die ersten Grammatiken des Abendlandes wurden zu hellenistischer Zeit in der philologischen Schule von Alexandria abgefasst. Aristarch von Samotrake schrieb eine tékhne grammatiké des Griechischen. Die vermutlich erste autonome grammatische Schrift ist die tékhne grammatiké des Dionysios Thrax (2. Jh. v.Ch.), welche die Phonologie und Morphologie einschließlich der Wortarten umfasst. Die Syntax ist Gegenstand eines sehr systematischen Werks des zweiten bedeutenden griechischen Grammatikers, des Apollonios Dyskolos (2. Jh. n.Ch.). Angeblich im Jahre 169/8 "importierten" die Römer die griechische Grammatik und adaptierten sie. Die Grammatik des Altgriechischen ist auf den ersten Blick recht ähnlich zum Lateinischen, was Partizipialkonstruktionen und sonstige grammatische Phänomene (AcI etc.) anbelangt, so dass Lateinkenntnisse beim Erlernen des Altgriechischen sehr hilfreich sind – und umgekehrt. Gutes Verständnis der deutschen Grammatik hilft allerdings auch; in vielen Fällen ist das Altgriechische dem Deutschen strukturell ähnlicher als dem Lateinischen, beispielsweise sind die bestimmten Artikel im Griechischen vorhanden, während sie im Lateinischen fehlen. Es gibt auch Fälle, in denen die Ähnlichkeit mit dem Lateinischen eher oberflächlicher Art ist und mehr Verwirrung stiftet als hilft – beispielsweise werden die Zeitformen der Verben im Griechischen oft anders verwendet als im Lateinischen. Im Westen und auch in diesem Artikel werden gewöhnlich lateinische Begriffe (wie Substantiv, Dativ, Aktiv, Person … ) zur Bezeichnung von altgriechischen grammatischen und semantischen Kategorien verwendet, die direkte Übersetzungen der griechischen Definitionen darstellen. In Griechenland werden dagegen bis heute die griechischen Originalbegriffe aus der tékhne grammatiké des Dionysios Thrax verwendet.

Nominale Wörter

Hierzu zählen die Wortarten Substantiv, Adjektiv und Pronomen, die alle dekliniert werden. Auch Partizipien, Verbaladjektive und Infinitive werden dekliniert, sie gelten aber als Zwischenformen (sogenannte Nominalformen des Verbs). Hinsichtlich der Deklination ist folgendes zu benennen:
Numeri

- Singular
- Plural
- Dual (als Schwundform)
Genera

- (allgemeine) Regeln:
  - Maskulinum: bei Bezeichnungen für männliche Wesen, Winde, Flüsse und Monate
  - Femininum: bei Bezeichnungen für weibliche Wesen, Länder, Inseln und Städte
  - Neutrum: dient unter anderem zur Verkleinerung oder Verächtlichmachung von Wörtern männlichen und weiblichen Geschlechts.
- Für den sonstigen Gebrauch lassen sich keine eindeutigen Regeln aufstellen.
- Besonderheit des Neutrums: Bei Neutrum-Subjekten steht das Verb, auch wenn das Subjekt im Plural steht, in der 3. Person Singular. Diese Besonderheit besteht deswegen, weil das Griechische im Fall des Neutrums einen echten Plural nicht gebildet hat. Der Plural des Neutrums ist eigentlich ein aus dem Indogermanischen ererbter "kollektiver Singular", d.h. ein Sammelbegriff, der formal ein Singular ist, von der Funktion her aber einem Plural entspricht (wie im Deutschen: der Busch, das Gebüsch). Ferner haben im Neutrum – wie in allen indogermanischen Sprachen – Akkusativ und Nominativ identische Formen. Im Griechischen tritt noch die Form des Vokativs den beiden anderen Kasus als identisch hinzu.
Kasussystem
Von den acht Kasus des Indogermanischen haben sich im Griechischen fünf erhalten: Nominativ, Akkusativ, Genitiv, Dativ und Vokativ. Die Funktionen der nicht erhaltenen Kasus des Indogermanischen haben sich im Griechischen auf den Dativ und den Genitiv verteilt. Die Aufteilung ähnelt der der deutschen Sprache. Grundfunktionen der Kasus:
- Akkusativ
  - echter Akkusativ (direktes Objekt)
  - adverbial: Lativ (Richtung, Ausdehnung, Dauer)
- Genitiv
  - echter Genitiv (Bereich)
  - Separativ (Herkunft)
- Dativ
  - echter Dativ (indirektes Objekt)
  - Soziativ (Gemeinschaft)
  - Instrumental (Mittel)
  - Lokativ (Ort, Zeit)

Verben

Tempussystem
Es gibt im Altgriechischen vier Tempusstämme: Präsensstamm, Aoriststamm, Perfektstamm, Futurstamm; wovon die ersten drei ein System bilden. Das Altgriechische besitzt aber kein ausgebildetes Tempussystem. Die Tempusstämme drücken Aspekte aus; – die subjektive Betrachtungsweise, das heißt die Art, wie der Sprechende den Verbalinhalt auffasst. Deswegen ist der Begriff Tempusstamm genaugenommen nicht richtig; besser zu sagen wäre Aspektstamm. Der Aspekt des Präsensstamms ist durativ (linear, iterativ oder konativ). Das bedeutet, es wird mit diesem Aspekt der Verlauf oder das Andauern einer Handlung ausgedrückt. Beispiele:
- νοσειν = (krank sein = ) krank darniederliegen
- (απο)θνησκειν = sterben ( = im Sterben liegen) Der Aspekt des Aoriststamms ist punktuell. Das bedeutet, es wird der bloße Vollzug einer Handlung vermeldet. (Die Bezeichnung punktuell wird benutzt, um den Gegensatz zum linearen Präsensstamm auszudrücken. Der Aoriststamm ist die Normalform und benennt eine Handlung oder ein Ereignis, ohne ausdrücken zu wollen, ob diese Handlung in Wirklichkeit punktuell oder linear war/ist.) Bei diesem Aspekt wird in der Sprachpraxis gern ein bestimmter Punkt des Verbalbegriffs ins Auge gefasst, nämlich der Abschluss (effektiv) oder der Beginn (ingressiv) einer Handlung. Beispiele:
- ingressiv: νοσησαι = krank werden oder erkranken
- effektiv: (απο)θανειν = sterben (als Moment des Dahinscheidens) Der Aspekt des Perfektstamms ist resultativ. Das bedeutet, es wird mit diesem Aspekt ein (erreichter) Zustand oder einfach ohne jede nähere Bestimmung die Qualität einer Sache ausgedrückt. Beispiele:
- τεθνηκεναι (τεθναναι) = (gestorben und nun) tot sein
- πεποιθεναι = vertrauen Mit der Handhabung dieser drei Aspekte stellt der Griechischsprechende aber die zeitlichen Bezüge her, die von den Aspekten selbst nicht ausgedrückt werden. Die Aspekte gelten nun generell, während es eine direkt zeitliche Bedeutung nur im Indikativ gibt (bis auf das Futur. siehe unten). Die Vergangenheit wird mit Hilfe der Nebentempora, die nur im Indikativ auftauchen, gebildet. Das sind im Präsensstamm das Imperfekt, im Perfektstamm das Plusquamperfekt und im Aoriststamm der Aorist. (Der Aoriststamm ist der älteste Tempusstamm und hat ein Haupttempus im Indikativ nie ausgebildet.) Der vierte Tempusstamm des Altgriechischen, der Futurstamm, ist eine jüngere Entwicklung und hat in der Tat in allen Modi zeitliche Bedeutung. Übersicht über die Tempusformen im Indikativ:
Modussystem
Es gibt im Altgriechischen vier Modi: Indikativ, Optativ, Konjunktiv, Imperativ. Die Funktionen, die diese Formen syntaktisch erfüllen, sind sehr vielfältig. Hier kann nur eine grundsätzliche Bestimmung ihrer Bedeutung vorgenommen werden. Der Modus bringt die geistige Einstellung des Sprechenden gegenüber dem Verbalinhalt zu Ausdruck. Mit dem Indikativ drückt der Sprecher aus, dass ihm ein Vorgang oder Zustand als wirklich (real) erscheint. In den anderen Modi drückt der Sprecher aus, dass ihm der Vorgang oder Zustand nur als vorgestellt gilt. Der Imperativ drückt einen Befehl aus. Der Konjunktiv drückt einen Willen (Voluntativ) oder eine Erwartung (Prospektiv) aus. (Er hat also leicht futurische Bedeutung, was umgekehrt für das Futur in Bezug auf den Konjunktiv auch gilt). Der Optativ drückt einen Wunsch (Kupitiv) oder eine Möglichkeit (Potentialis) aus.
Genera Verbi (eigentlich und für das Griechische besser: Diathese)
Von den drei Genera Verbi sind zwei (Aktiv und Medium) aus dem Indogermanischen geerbt. Das Passiv ist eine jüngere Entwicklung. Das Aktiv drückt einfach eine Tätigkeit aus. Das Medium drückt aus, dass das Subjekt an der Handlung beteiligt ist, oder an ihr interessiert ist, dass also eine nähere Beziehung zwischen Subjekt und Handlung besteht (transitives Medium). Ferner kann es ausdrücken, dass das Subjekt von seiner eigenen Handlung betroffen ist (intransitives Medium). Der Begriff Medium soll in etwa ausdrücken, dass diese Form zwischen Aktiv und Passiv stehe. Das ist jedoch weder sprachgeschichtlich, noch morphologisch richtig. Das Passiv ist im Griechischen der Grenzfall des Mediums, denn: Das Passiv drückt die Wirkung einer Handlung auf das Subjekt aus, die nicht von ihm ausgeht. Insofern die Handlung nur noch auf das Subjekt wirkt, ohne von ihm auszugehen, bildet es den Grenzfall des Mediums. (Außerhalb des Futur- und Aoriststamms hat das Passiv keine eigenständige Form. Formal übernimmt dort das Medium neben der eigenen Funktion auch die des Passivs, was nur aus dem syntaktischen Zusammenhang, oder bei genauer Kenntnis der Beschaffenheit des entsprechenden Verbums zu unterscheiden ist.) Beispiele: Aktiv: er löst (etwas) transitives Medium: er löst (etwas) für sich intransitives Medium: er löst sich, er lässt sich lösen Passiv: er wird gelöst (von jdm.)
Numeri

- Singular
- Plural
- Dual (als Schwundform)
Personen
Erste Person (ich / wir), zweite Person (du / ihr), dritte Person (er, sie, es, Substantiv im Singular / sie, Substantiv im Plural). Die Personalpronomen des Nominativ werden wie in vielen anderen indogermanischen Sprachen meist ausgelassen, wenn sie nicht besonders betont werden sollen. Es muss also nicht zwangsläufig ein das Subjekt ausdrücklich nennendes Bezugswort (Pronomen oder Substantiv) beim Verb stehen – die Endung reicht aus, um die Person und damit das Subjekt zu identifizieren.

Neugriechisch (Dimotiki)

Die neugriechische Sprache hat einen Großteil der altgriechischen Grammatik vereinfacht, ist aber immer noch eine stark flektierende Sprache. Sie ist eine der wenigen indogermanischen Sprachen, die eine synthetische (also nicht mit Hilfsverben konstruierte) Diathese behalten hat. Der Dativ ist bis auf wenige Formen wie εν τάξει (en táxei //) ("in Ordnung") verloren gegangen und wird meist durch die Konstruktion eis (eigentl. in... hinein) + Akkusativ ersetzt. Andere wichtige Änderungen der Grammatik sind der Verlust des Optativs (wird durch den Konjunktiv ersetzt), des Infinitivs (wird durch Nebensätze ersetzt "Ich will kaufen" -> "Ich will, dass ich kaufe") und des Duals (wird durch den Plural ersetzt), die Verkleinerung der Anzahl von Deklinationen und der verschiedenen Formen in jeder Deklinaton, der neue Modalpartikel θα (aus θέλω να ("ich will, dass...") > θε' να > θα) für das Futur und Konditional, die Einführung von Hilfsverben, die Reduzierung der Partizipien auf zwei, ein aktives und ein passives, die Erweiterung des Futurs auf die Aspektunterscheidung zwischen Präsens/Imperfekt und Aorist, der Verlust der dritten Person Imperativ, außer in Archaismen wie ζήτω! ('Lang lebe!'); neue Pronomen für die 2. Person Plural, da die alten wegen der Lautveränderung akustisch nicht mehr von denen der 1. Person Plural zu unterscheiden waren; und der Vereinfachung des Systems der Präfixe, wie bei der Augmentation und Reduplikation. Das Phonemsystem der neugriechischen Sprache: Vokale geschlossen halbgeschlossen offen Alle Vokale werden kurz ausgesprochen. laut IPA Konsonanten p t k b d g v δ z γ f θ s χ m n l r

Siehe auch


- Griechisches Alphabet
- Liste griechischer Präfixe
- Liste griechischer Suffixe
- griechische Präpositionen
- Liste griechischer Magischer Quadrate
- Namenforschung
- Griechische Zahlen
- griechische Zahlwörter
- Griechische Phrasen und Redewendungen

Literatur


- Geschichte:
  - Francisco R. Adrados: Geschichte der griechischen Sprache von den Anfängen bis heute. Tübingen/Basel 2002
  - Hans Eideneier: Von Rhapsodie zu Rap. Aspekte der griechischen Sprachgeschichte von Homer bis heute. Tübingen 1999
- etymologische Wörterbücher (altgriechisch):
  - Pierre Chantraine: Dictionnaire étymologique de la langue grecque : histoire des mots. 4 Bände. Paris 1968-80 (Neuauflage 1999)
  - Hjalmar Frisk: Griechisches etymologisches Wörterbuch. 3 Bände. Heidelberg 1973
  - Alois Vanicek: Griechisch-lateinisches etymologisches Wörterbuch. Leipzig 1877 (Nachdruck 1972)
- Wörterbücher (altgriechisch):
  - Wilhelm Gemoll: Griechisch–Deutsches Schul- und Handwörterbuch bei Oldenburg Schulbuchverlag. ISBN 3-486-13401-9
  - Wilhelm Pape: Handwörterbuch der griechischen Sprache in 4 Bänden. Braunschweig 1842 ff. (3. Aufl. 1880; Nachdruck 1954)
- Grammatiken (altgriechisch):
  - Eduard Bornemann (u. Mitw. v. Ernst Risch): Griechische Grammatik. Frankfurt a.M. 1978
  - Adolf Kaegi: Kurzgefasste griechische Schulgrammatik. Berlin 1884 (seither ständig nachgedruckt), ISBN 3-615-70100-3
- Historische Grammatik:
  - Helmut Rix: Historische Grammatik des Griechischen. Laut- und Formlehre. Darmstadt 1992

Weblinks


- [http://www.geocities.com/kurogr/ Wörterbuch Mykenisches Griechisch - klassisches Altgriechisch - Englisch (PDF)]
- [http://www.fh-augsburg.de/~harsch/graeca/Auctores/g_alpha.html griechische Texte in der Bibliotheca Augustana]
- [http://info.uibk.ac.at/c/c6/c604/pdf/Hajnal/Griech.Dial.pdf Die Vorgeschichte der griechischen Dialekte] - Ein Aufsatz über Entstehen und Geschichte der altgriechischen Dialekte.
- [http://kypros.org/LearnGreek/ Online-Kurs vom zypriotischen Rundfunk CyBC, 105 Lektionen à 30 Min., engl., Real Audio]
- [http://www.kreienbuehl.ch/lat/ Latein und Altgriechisch Site]
- [http://www.chairete.de/ Materialen zum Altgriechischen, Autoren]
- [http://www.altesprachen.de/heureka/heureka.htm Altesprachen.de]
- [http://www.geocities.com/Athens/Agora/6594/inhalt.html Altgriechisch] (Ziemlich umfangreicher Einstiegskurs)
- [http://www.combib.de/infoseiten/griechisch/griechisch.html Aussprachehilfe zum neutestamentlichen Griechisch] (Deutsche Schulaussprache, nicht Originalaussprache!)
- [http://www.gottwein.de/grueb/gr000.htm Altgriechischer Online-Sprachkurs]
- [http://www.gottwein.de/ Navicula Bacchi] (exzellente Seite rund um die Klassische Philologie mit sehr vielen Unterrichtsmaterialien)
- [http://www.archiv-vegelahn.de/nachschlagwerke_griechisch.html Bibliographie - Griechisch]
- Kategorie:Indogermanisch Kategorie:Einzelsprache als:Griechische Sprache ja:ギリシア語 ko:그리스어 ms:Bahasa Greek simple:Greek language th:ภาษากรีก

Isolinien

Isolinien (auch Isarithmen genannt) sind Linien, die vor allem auf Karten benachbarte Punkte gleicher Merkmale oder Werte einer bestimmten Größe wie zum Beispiel Luftdruck, Wassertiefe etc. miteinander verbinden. Hierbei handelt es sich vor allem um Höhenlinien zur Geländedarstellung, Isolinien zur Wiedergabe geophysikalischer, meteorologischer und hydrologischer Daten und Linien einer konstanten Größe in meist thermodynamischen Diagrammen. Geschlossene Isolinien begrenzen bestimmte Wertintervalle. Die dadurch entstehenden Flächen werden häufig durch Farben abgestuft (z. B. Höhenschichten). Als Pseudoisolinien bezeichnet man Grenzlinien von Flächen gleicher Faktoren ohne fließende Übergänge. Wird mit der Isolinie die Änderung einer bestimmten Größe nach einem Parameter betrachtet, versieht man diese mit der Vorsilbe Isallo. Möchte man die Konstanz eines gemittelten Wertes zum Ausdruck bringen, so nutzt man die verkürzte Vorsilbe Is statt Iso.

Arten von Isolinien

Die folgende alphabetische Liste von Isolinien erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Weblinks


- [http://www.uni-graz.at/geowww/geo/geoweb_magazin_artikel_detail.php?recordID=54 Struktur und Wesen von Isolinienkarten] aus dem geoWEB Magazin - Institut für Geographie und Raumforschung, Graz Kategorie:Meteorologie Kategorie:Kartografie Kategorie:Thermodynamik ja:等高線

Druck (Physik)

Der Druck ist eine systemeigene intensive physikalische Zustandsgröße und zudem eine lineare Feldgröße. Sein Formelzeichen ist p (von engl. pressure) und seine abgeleitete SI-Einheit ist das Pascal. Das Formelzeichen darf hierbei nicht mit der Leistung P (von engl. power) beziehungsweise mit dem Impuls p verwechselt werden. Der Druck hat neben seiner Bedeutung als skalare Zustandsgröße in der Physik auch eine eher umgangssprachliche Bedeutung. Man kann etwa Druck auf einen Nagel ausüben, um ihn in ein Holz zu schlagen. Der Druck (eigentlich die Druckspannung) zwischen Holz und Nagel hängt dabei neben von der auf den Nagel ausgeübten Kraft auch von der Größe der Berührungsfläche zwischen Holz und Nagel ab. Je kleiner diese Berührungsfläche ist, desto größer ist der Druck zwischen Nagel und Holz und desto leichter ist es, den Nagel in das Holz zu drücken. Die Druckspannung ist im Gegensatz zum Druck keine skalare Zustandsgröße.

Druck im Allgemeinen

Unter dem Druck p versteht man den Quotienten einer Kraft F (von engl. force) und der Fläche A (von engl. area), auf die diese Kraft senkrecht zur Fläche wirkt (entgegen der Flächennormalen). Hieraus ergibt sich die Gleichung: : p = \frac Der Druck kann in dieser Vorstellung leicht mit der Kraft verwechselt werden: Die Begriffe Druck und Kraft können oft nur schlecht voneinander abgegrenzt werden, da der Effekt der unterschiedlichen Auflageflächen im Alltag meist unscheinbar ist und somit die wirkende Kraft zum resultierenden Druck proportional ist bzw. als solches empfunden oder gar interpretiert wird. Hierzu ein Beispiel: Ein Nagel hat an seiner Spitze eine sehr kleine Auflagefläche, was nach obiger Formel selbst bei einer geringen Kraft zu einem großen Druck führen kann. Diesen spürt man beim Ausüben einer Kraft auf den Nagel, wenn man ihn mit der Spitze auf die Haut drückt. Dreht man den Nagel um und übt die identische Kraft auf ihn aus, so ist der Druck aufgrund der höheren Auflagefläche wesentlich geringer. Dieser Effekt wird jedoch oft einer höheren Kraft zugeschrieben, anstatt der hierfür verantwortlichen geringeren Auflagefläche. Es ist also wichtig, zwischen Druck und Kraft zu unterscheiden, denn abgesehen davon, dass es sich um grundverschiedene Größen handelt, besitzt die Kraft eine Richtung, der Druck hingegen nicht. "Druck ist eine skalare Größe, nur Lehrer und Autoren scheinen dieses im Grunde ihres Herzens nicht zu glauben." (McClelland, 1987) Das obige Konzept ist eine Vereinfachung des allgemeinen Spannungstensors, wie er aus der Mechanik bekannt ist. Siehe auch: Hertzsche Pressung

Druck in Strömungen

Hertzsche Pressung Der Druck in Strömungen setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Anteil zusammen. Während beide Teile von der Dichte abhängen, unterscheiden sie sich dadurch, dass der (hydro)statische Druck, für Fluide mit konstanter Dichte, linear mit der Höhe der Fluidsäule steigt. Zudem ist er von der Erdbeschleunigung, also der Gravitation, abhängig. Der dynamische Anteil hingegen wächst quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids. Das Bild zur Rechten verdeutlicht die Konstanz der Summe aus dynamischem und statischem Anteil in einer reibungsfreien Strömung. Dies ist die Konsequenz aus der Energieerhaltung in der Strömung und für diesen Spezialfall als Gesetz von Bernoulli bekannt.

Hydrostatischer Druck

Der hydrostatische Druck übt auf jede Fläche, die mit dem Fluid in Verbindung steht, eine Kraft aus, die zur Größe der Fläche direkt proportional ist. Diese Form des Drucks ist somit eine spezielle Form der elastischen Spannungen, die idealen Flüssigkeiten und Gasen eigen ist: In der idealen, (reibungslosen) Flüssigkeit existieren ausschließlich Normalspannungen, eben dieser hydrostatische Druck. Anders ist es in einer zähen Flüssigkeit, denn hier können auch Tangential- oder Schubspannungen infolge der Reibungskräfte auftreten. Im Mohrschen Spannungskreis stellt sich der hydrostatische Druck daher als einfacher Punkt dar. Beispiele für einen hydrostatischen Druck sind der Wasserdruck und der Luftdruck. Der hydrostatische Druck in einer Fluidsäule der Höhe h (auf einer y-Achse) und der Dichte ρ unter Wirkung der Erdbeschleunigung g, wobei mit p(y=0) der Druck auf der Oberfläche der Fluidsäule gemeint ist, ergibt sich als Sonderfall aus der hydrostatischen Grundgleichung zu : p(y=h) = \rho \cdot g \cdot h + p(y=0)

Hydrodynamischer Druck

Der hydrodynamische, oder auch kürzer dynamische Druck, resultiert aus der kinetischen Energie eines massebehafteten Körpers, welcher sich mit einer Geschwindigkeit - der Fluidgeschwindigkeit - fortbewegt. Er ist daher nach Jakob Bernoulli die Bezeichnung für die Zunahme oder Verminderung des hydrostatischen Drucks, die aufgrund einer Bewegung einer Flüssigkeit auftritt. Im einfachsten Fall kann man sich ein horizontal angebrachtes Rohr vorstellen, das einen veränderlichen Durchmesser besitzt. Dieses wird gleichmäßig von der Flüssigkeit durchströmt, wobei von der Reibung abgesehen werden soll. In jeder Zeiteinheit muss durch jeden Querschnitt dieselbe Flüssigkeitsmenge strömen, und deshalb muss die Geschwindigkeit der Strömung dem Querschnitt umgekehrt proportional sein. Die Geschwindigkeit kann von größeren zu kleineren Querschnitten aber nur zunehmen, wenn der Druck in den kleineren Querschnitten höher ist und umgekehrt. Durch die Strömung entstehen also in größeren Querschnitten hydrodynamische Erhöhungen des Druckes, in kleineren Querschnitten Verminderungen des Drucks, infolge derer die in Ruhe befindlichen Druckverhältnisse - der hydrostatische Druck - verändert werden. Der hydrodynamische Druck ist dabei zwar nicht direkt messbar, wird aber zur Geschwindigkeitsmessung des Fluids verwendet. Es gilt: : p = \frac \ \rho \cdot v^2

Einheiten

Die SI-Einheit des Druckes ist das Pascal mit dem Einheitenzeichen Pa. Ein Pascal entspricht einem Druck von einem Newton pro Quadratmeter: : \mathrm Die üblicherweise in Westeuropa benutzte Druckeinheit Bar entspricht 100000 Pa, 1000 hPa oder 100 kPa. Andere teilweise noch zu findende, aber nicht mehr zulässige Druckeinheiten sind:
- 1 Torr = 1 mm Hg = 1 mm Quecksilbersäule = ca. 133,3 Pa
- 1 Meter Wassersäule (mWS) = 0,1 at = 9,807 kPa
- 1 Technische Atmosphäre (at) = 1 kp/cm² = ca. 98069 Pa
- 1 Physikalische Atmosphäre (atm) = 760 Torr = 101325 Pa = 1013,25 hPa = 101,325 kPa.
- 1 psi = 1 lb.p.sq.in. = 144 lb.p.sq.ft = 1/200 tn.sh.p.sq.in = 1/2240 tn.p.sq.in = 0,07030695796 kp/m² = 6894,757293168 Pa

Gasdruck

Der Gasdruck entsteht als Summe aller durch ein Gas oder Gasgemisch wirkenden Kräfte auf eine Gefäßwand. Stößt ein Gasteilchen an eine Wand, so tauschen diese einen Impuls aus. Diese Impulsübertragung hängt zum einen von der kinetischen Energie des Gasteilchens und von der Richtung des Teilchens auf die Wand ab. Für viele Teilchen addieren sich diese Impulsüberträge zu einer Gesamtkraft. Diese hängt hauptsächlich von der Anzahl der Teilchen ab, die pro Zeiteinheit auf die Wand treffen. Man erhält den Gasdruck auch durch eine Addition aller Partialdrücke der Komponenten der Gasgemisches. Hierbei stellen auch Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck Sonderformen des Gasdrucks dar. Der Luftdruck ist ein Beispiel für einen Gasdruck. Die kinetische Gastheorie liefert aus den genannten mechanischen und statistischen Überlegungen die Zustandsgleichung: : p = -\frac die sich für die Thermodynamik auch als Definition des Druckes als intensive Größe anbietet (siehe auch Fundamentalgleichung). Für ein ideales Gas führt dies zur thermischen Zustandsgleichung: : p \cdot V = n \cdot R \cdot T Aus ihr lassen sich verschiedene Formeln für den Gasdruck ableiten: : p = \frac : p =\rho \cdot R_s \cdot T : p = \frac \qquad : p = \frac Aus der kinetischen Gastheorie folgt: : p = \frac Hierbei stehen die einzelnen Formelzeichen für folgende Größen:
- V - Volumen
- T - Temperatur
- n - Stoffmenge
- m - Gasmasse
- ρ - Dichte
- V - Volumen
- Vm - molares Volumen
- kB - Boltzmannkonstante
- R - Universelle Gaskonstante
- Rs - spezifische Gaskonstante
- \sqrt - quadratisch gemittelte Teilchengeschwindigkeit Der gemittelte Impulsübertrag ist im Produkt aus Gaskonstante und Temperatur der Zustandsgleichung enthalten. Beide Begriffe können durch Kolbenprobeexperimente ineinander überführt werden. Der Gasdruck kann äquivalent zur obigen Definition auch als hydrostatischer Spannungstensor, wie er aus der Mechanik bekannt ist, verstanden werden.

Druckmessgeräte

Hauptartikel: Druckmessgerät

Spezielle Drücke und Anwendungen


- Wasserdruck
- Turgor
- Schalldruck
- Staudruck
- Nenndruck
- Gasbetriebsdruck
- Prüfdruck
- Berstdruck
- Hochdruckphysik

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/RechnerDruck.htm Umrechnung aller internationaler Druckeinheiten]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m12_druck.htm Druckeinführung]
- [http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph08/m14_schweredruck.htm Versuche und Aufgaben zum Druck] Kategorie:Mechanik Kategorie:Physik Kategorie:Physikalische Größe Kategorie:Tauchen Kategorie:Thermodynamik ja:圧力 ko:압력 ms:Tekanan

Meteorologie

Die Meteorologie ist ein Teilgebiet der Physik, wird jedoch in vielen Universitäten auch als Teil der Geowissenschaften verstanden und deren Fakultäten angegliedert. Das heutige Verständnis der Meteorologie ist vom Leitbegriff der „Physik der Atmosphären“ (kurz: Atmosphärenphysik) geprägt. Die Meteorologie ist somit ein Teil der Atmosphärenwissenschaften und konzentriert sich hierbei unter anderem auf die Dynamik der unteren Erdatmosphäre und das dadurch hervorgerufene Wetter. Die Klimatologie ist ebenfalls ein wichtiges und in den letzten Jahren allgemein bekannt gewordenes Teilgebiet der Meteorologie. Im Unterschied zur dynamischen Betrachtung der unteren Erdatmosphäre sind hierbei die zeitlichen Betrachtungsskalen (Wetter - Klima) wesentlich größer. Daraus ergeben sich Konsequenzen für Methodik und Berufspraxis in beiden Feldern. Ein weiteres wichtiges Feld der Meteorologie ist die Beobachtung von klima- und wetterrelevanten Vorgängen in der Atmosphäre vom Boden, aus der Luft und aus dem Weltraum. Klima

Aspekte der Meteorologie

Zwar ist der Hauptfokus der Meteorologie auf die großskaligen dynamischen Prozesse innerhalb der heutigen Erdatmosphäre gerichtet, jedoch sind die im Rahmen eines besseren Verständnisses der Wetterdynamik entwickelten Modellvorstellungen desselben auch in gleicher Weise auf andere Systeme übertragbar. Man zählt daher auch begrenzte Raumklimate bzw. Stadtklimate, extraterrestrische Atmosphären oder Atmosphären vergangener Zeitalter (Paläoklimatologie) zu den Studienobjekten der Meteorologie. Diese spielen jedoch meist nur in der Forschung eine größere Rolle, wo sie auch teilweise als 'Spielwiese' zur Verbesserung derjenigen Modelle dienen, die auch die derzeitige Erdatmosphäre beschreiben. Man versucht daher durch genaue Beobachtungen der Erdatmosphäre eine gesicherte Datengrundlage auszubilden und gleichzeitig diese Daten für die Schaffung eines immer besseren Verständnisses meteorologischer Prozessabläufe heranzuziehen.

Einordnung in den Fächerkanon und Teilgebiete

Viele Methoden, Herangehensweisen und Ideen der dynamischen Meteorologie entspringen der allgemeinen Fluiddynamik und finden weitere Anwendung in Meereskunde, Geophysik und Ingenieurwissenschaft, sowie in fast allen Umweltwissenschaften. Die Meteorologie ist abgesehen von der Wetterbeobachtung (Wetterkunde) eine junge Wissenschaft. Sie besitzt einen außerordentlich interdisziplinären Anspruch, vereint also sehr viele verschiedene Wissenschaften in sich. Die wissenschaftlichen Fachgebiete, die von der Meteorologie genutzt bzw. berührt werden, sind unter anderen:
- Physik (Hydrodynamik, Thermodynamik, Optik, Elektrodynamik, Quantenmechanik)
- Chemie (Ozonchemie, Stickstoffchemie)
- Agrarwissenschaft (Niederschlagsprognosen)
- Biologie (Climate Impact, Einfluss von Bewuchs auf Wetter/Klima)
- Geowissenschaften (Klimavariabilität)
- Medizin (Humanbiometeorologie, Arbeitsmedizin, Belastungsfaktoren)
- Mathematik, (Numerik, partielle Differentialgleichungen, Operatortheorie, Lineare Algebra)
- Informatik (Programmiersprachen, Algorithmik, Behandlung großer Datenmengen, Just-in-Time Verfahren, Präsentation)
- Jura/Wirtschaftswissenschaften (Energiehandel, Emissionshandel, internationale Abkommen) Die Meteorologie selbst lässt sich nach verschiedenen Richtungen unterteilen, wobei sich diese jedoch auch sehr stark überschneiden. Grundlagendisziplinen:
- Experimentelle Meteorologie – Messmethoden und -geräte der Meteorologie sowie Simulation und Durchführung von Experimenten. Als Sonderbereich beschäftigt sich die Satellitenmeteorologie mit Satellitenmessungen.
- Theoretische Meteorologie – Beschreibung der Atmosphäre und insbesondere deren Dynamik durch mathematisch-physikalische Methoden.
- Synoptische Meteorologie – Untersuchung des Wetters und seinen Änderungen, mit dessen Darstellung und Vorhersage.
- Atmosphärenchemie – Erforschung chemische Reaktionen in der Erdatmosphäre.
- Klimatologie – Trendanalyse langfristiger Änderungen innerhalb der Amtosphärendynamik.
- Extraterrestrische Meteorologie – Meteorologie anderer Himmelskörper. Angewandte Bereiche:
- Wettervorhersage – Kurzfristige Prognose der Wetterentwicklung.
- Technische Meteorologie – Auswirkung meteologischer Zusammenhänge auf technische Bereiche.
- Agrar- und Biometeorologie – Einflüsse des Wetters auf Lebewesen bzw. die Biosphäre im weitesten Sinne.
- Verkehrsmeteorologie - Beratung und Sicherung in Bezug auf die Bedeutung meteorologischer Gegebenheiten auf Straßenverkehr, Schifffahrt und insbesondere Luftfahrt (siehe Meteorologie in der Luftfahrt)
- Hydrometeorologie – Erforschung des Wasserkreislaufs in der Atmosphäre als gemeinsame Disziplin mit der Hydrologie. Die Zusammenstellung ist hierbei nicht vollständig. Insbesondere beschäftigt sich die Meteorologie nicht nur mit der Troposphäre, also der untersten Schicht der Atmosphäre, sondern auch mit Stratosphäre und in beschränktem Umfang sogar mit Mesosphäre und Thermosphäre. Hierbei spielen Radiosonden, Wetter- und Umweltsatelliten eine entscheidende Rolle. Der zugehörige Teilbereich der Meteorologie ist die Aerologie bzw. Aeronomie.

Datenquellen und Datenqualität

Die wichtigste Aufgabe und zugleich das größte Problem der Meteorologie als empirischer Wissenschaft bestehen in der Erfassung, Bearbeitung und insbesondere in der Bewertung und dem Vergleich von Daten. Im Unterschied zu anderen Naturwissenschaften kann man in der Meteorologie dabei nur für eine kleine Minderheit von Fragestellungen kontrollierbare Laborbedingungen herstellen. Meteorologische Datenerfassung ist daher in der Regel an die von der Natur vorgegebene Rahmenbedingungen geknüpft, was die Reproduzierbarkeit von Messergebnissen einschränkt und insbesondere den Reduktionismus auf geschlossen durch eine Messung beantwortbare Fragestellungen erschwert. Die wichtigsten Grundgrößen sind: Grundgrößen
- Lufttemperatur
- Luftfeuchtigkeit (Taupunkt)
- Luftdruck
- Luftdichte
- Windrichtung bzw. Hauptwindrichtung
- Windstärke (phänomenologisch) bzw. Windgeschwindigkeit (Vektor, horizontal und vertikal)
- Niederschlagsart
- Niederschlagsmenge
- Bewölkung
- Sichtweite
- Globalstrahlung
- Albedo Diese Größen werden in verschiedenen Standardformaten, beispielsweise dem Meteorological Aviation Routine Weather Report gesammelt, oder nach bestimmten Mustern klassifiziert, wie beispielsweise der Beaufort-Skala oder der Zeichengebung einer Wetterkarte. Einige Daten werden täglich zu bestimmten Uhrzeiten erhoben, den Mannheimer Stunden. Sie werden durch eine Vielzahl von meteorologischen Messgeräten erfasst, wobei die folgende Aufzählung nur die wichtigsten Beispiele aus dieser Vielfalt auflistet: erfasst
- Thermometer bzw. Thermograph (Temperatur)
- Hygrometer bzw. Hygrograph (Luftfeuchtigkeit)
- Thermohygrograph (Temperatur/Luftfeuchtigkeit)
- Barometer bzw. Barograph (Luftdruck)
- Niederschlagsmesser bzw. Regenmesser/Ombrometer (Niederschlagsart/Niederschlagsmenge)
- Anemometer (Windgeschwindigkeit) bzw. Windsack (Windstärke/Windrichtung)
- Windfahne (Windrichtung)
- SODAR (Windgeschwindigkeit/Windrichtung)
- Aerograph
- Niederschlagsradar (Doppler-Radar)
- Wettersatellit
- Lysimeter (Versickerungs-Verdunstungs-Verhältnis > Evapotranspiration)
- Netradiometer/Netto Radiometer (Globalstrahlung)
- Pyranometer (Globalstrahlungsensor)
- Albedometer (Strahlungsbilanzsensor) Aus der Vielzahl von Messgeräten, der Art der Messgrößen und dem Ziel ihrer Verwendung, ergeben sich zahlreiche Probleme. Es gibt beispielsweise keine wirklich zufriedenstellende Messmethode zur quantitativen Erfassung des Niederschlags. Dieser ist vor allem in Form von Nebel, Tau, Schnee und Hagel nur schlecht und meist auch nur mit einem gesonderten Messgerät, damit aber auch mit verschiedenen Messfehlern, für jede Niederschlagsart einzeln zu erfassen. Nur durch geeignete und standortspezifische Korrekturfaktoren sowie eine hohe Messerfahrung lässt sich dieses Problem ausgleichen, was jedoch zwangsläufig auch die Frage nach der Vergleichbarkeit der Werte verschiedener Messstationen aufwirft. Problematisch sind hier auch Starkregenereignisse, die statistisch nachgewiesene Ablenkung von Niederschlagspartikeln durch das Messgerät selbst und auch die Frage nach der Übertragbarkeit der Niederschlagswerte auf die Umgebung des Messpunktes, besonders bei stark ausgeprägten topographischen Höhenunterschieden. Auch alle anderen Größen sind mit ähnlichen, wenn auch nicht so starken Problemen behaftet, beispielsweise konnte lange Zeit die vertikale Komponente der Windgeschwindigkeit nicht richtig erfasst werden und auch heute noch ist die Messung vertikaler Gradienten sehr aufwendig. Man beschränkt sich daher auch meist auf Bodenmessungen, wobei je nach Messgröße standardisierte Bodenabstände von meist zwei oder zehn Metern angewendet werden. Zu beachten gilt hierbei, dass eine einzelne meteorologische Messung nahezu bedeutungslos ist und die Wetterdynamik in größeren Raumskalen nur durch eine Vielzahl von Messungen verstanden und prognostiziert werden kann. Diese Messungen müssen hierfür jedoch vergleichbar sein, weshalb die Normung und Standardisierung von Messgeräten und Messverfahren eine außerordentliche Rolle in der Meteorologie spielt, jedoch aufgrund vielfältiger praktischer Probleme auch nur bedingt umgesetzt werden kann. Man spricht daher auch von Messnetzen und die Einrichtung von Wetterstationen. Diese befolgen in der Regel die VDI-Richtlinie 3786 oder anderen, teilweise weltweit durch die World Meteorological Organization standardisierten Richtlinien. Zu einer räumlichen Vergleichbarkeit der Daten, die zur Wettervorhersage notwendig ist, kommt jedoch auch eine zeitliche Vergleichbarkeit, die unter anderem für Klimaprognosen eine entscheidende Rolle spielt. Wird die Entwicklung der Messgeräte und damit der Messgenauigkeit bei der Analyse teilweise sehr alter Daten nicht berücksichtigt, so sind diese Daten wissenschaftlich beinahe wertlos, weshalb weltweit oft veraltete und seit Jahrzehnten unveränderte Messgeräte noch sehr weit verbreitet sind. Auch ist dies eine Kostenfrage, denn es ist hier nicht immer sinnvoll, die modernsten und damit teuersten Messgeräte zu verwenden, da diese nur für einzelne Länder bzw. Institute bezahlbar sind. Zudem ist jeder Wechsel der Messapparatur mit einem Wechsel der Datenqualität verknüpft, was bei längeren und sehr wertvollen Messreihen von vielen Jahrzehnten bis wenigen Jahrhunderten leicht zu falsch postulierten bzw. interpretierten Trends führen kann. Es wird also oft zugunsten der Vergleichbarkeit auf eine höhere Genauigkeit verzichtet. Bei einer globalen Erwärmung von wenigen Grad Celsius sind diese sehr alten Daten meist wenig hilfreich, da schon ihr Messfehler in der Regel den Effekt dieser möglichen Temperaturänderungen übersteigt. Ein großer Teil der Argumente von sogenannten „Klimaskeptikern“ basiert auf dieser teilweise umstrittenen Datenlage, es existieren jedoch auch andere natürliche Klimaarchive mit wesentlich genaueren Daten über sehr lange Zeiträume. Es ergibt sich also die Notwendigkeit, bedingt durch standortspezifische, personelle und messtechnische Faktoren, Messdaten kritisch zu hinterfragen und diese richtig einzuordnen. In der Meteorologie steht hierbei die räumliche Datenanalyse im Vordergrund, in der ansonsten eng verwandten Klimatologie spielt hingegen die zeitliche Datenanalyse (Zeitreihenanalyse) die Hauptrolle.

Strahlungsmessung

Die Gewinnung von physikalischen Größen aus Messungen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums ist eine Herausforderung, die nur mit großem technischen Aufwand sowie durch Einsatz von Modellen gelingt.

Satellitenmessung

Ein wichtiges Hilfsmittel für Meteorologen, speziell der Satellitenmeteorologie, bildet heutzutage die Satelliten, insbesondere die Wettersatelliten und Umweltsatelliten. Man unterscheidet hierbei geostationäre Satelliten, die in einer Höhe von 36000 km stationär über der Erde verankert sind und Satelliten, die auf so genannten LEOs (Low Earth Orbits) in 400 bis 800 km die Erde umkreisen. Aufgrund der großflächigen Erfassung von Messdaten, lassen sich mit Satelliten globale Zusammenhänge erfassen und damit letztendlich auch verstehen. Um mit Satellitendaten arbeiten zu können, sind weit reichende Kenntnisse in der Datenverarbeitung notwendig. Satellitendaten können als Grundlage für die Klimatologie genutzt werden, um deren Modelle zu verbessern und eine umfassende und gleichmäßige Datenerfassung zu ermöglichen. Immer häufiger werden solche Daten daher benutzt, um Erkenntnisse über Regionen zu erhalten, die keiner anderen Messmethode zugänglich sind. Ein Beispiel sind hier Niederschlagsschätzungen oder Windgeschwindigkeitsbestimmungen über den Ozeanen. Dort hat man kein enges Messnetz zur Verfügung und war lange Zeit auf großflächige Datenextrapolationen angewiesen, was selbst heute noch dazu führt, dass bei stark marin geprägten Wetterlagen, beispielsweise an der Westküste Nordamerikas, wesentlich geringere Vorhersagequalitäten erreicht werden können als bei kontinental bestimmten Wetterlagen. Alle nicht satellitengestützten Datenerhebungen auf dem Ozean stammen hierbei aus Schiffs- oder Bojenmessungen, beziehungsweise von Messstationen auf vereinzelten Inseln. Kenntnisse zu den Wetterverhältnisse über den Ozeanen können daher zu einer Verbesserung der Gesamtvorhersagen von Niederschlagsereignissen an Küsten führen. Dies ist gerade für die vom Monsun betroffenen Länder, wie Indien, eine (lebens)wichtige Information.

Modelle und Simulationen

Besonders in der Klimatologie (Klimamodell), aber auch in der Meteorologie (Numerische Wettervorhersage) und Fernerkundung spielen Modelle eine herausragende Rolle. Sie gewinnen ihre Bedeutung durch verschiedene Faktoren:
- Mit zunehmender Entwicklung der Messtechnik und dem steigenden Anspruch an Wettervorhersagen steigt auch die Datenmenge enorm an. Dadurch ist eine schriftliche Auswertung der Daten auf Wetterkarten nicht mehr ausreichend. Vereinfachte Modelle und Rechnersimulationen sind daher schneller, kostengünstiger und ermöglichen erst die umfangreiche Datenauswertung.
- Der Zeiträume in denen viele Effekte, beispielsweise Meeresspiegelschwankungen, auftreten sind enorm hoch und können nur mit Modellen simuliert werden. Sie sind nicht direkt beobachtbar und zudem existieren keine durchgehenden und qualitativ ausreichenden Messreihen für solche Zeiträume. Meteorologen haben also in der Regel kein Labor, in dem sie Messungen durchführen können und sind daher auf theoretische Modelle angewiesen. Diese müssen daraufhin wiederum mit real beobachteten Effekten verglichen werden. Ausnahmen sind beispielsweise die Klimakammer AIDA des Forschungszentrums Karlsruhe und die Klimakammer am Forschungszentrum Jülich. Das Design von Modellen ist ebenso eine Herausforderung, wie deren inhaltliche Gestaltung. Nur Modelle, die die Natur möglichst adäquat beschreiben, sind in Forschung wie Praxis sinnvoll einsetzbar. Da solche Modelle wegen der Komplexität des modellierten Systems leicht ganze Rechenzentren beschäftigen können, ist eine effiziente Algorithmik, also die Natur vereinfachende statistische Annahmen, ein wichtiger Punkt bei der Entwicklung der Modelle. Nur auf diese Weise können Rechenzeit und somit die Kosten überschaubar gehalten werden. In den 20er Jahren des 19. Jahrhunderts hat der Mathematiker Lewis Fry Richardson Methoden entwickelt, mit Hilfe derer die enorme Komplexität mathematischer meteorologischer Modelle angegangen werden konnten. Diese sind heute noch häufig die Grundlage meteorologischer Simulationen (Simulationsmodell) auf Supercomputern. Diese dienen daher auch nicht ohne Grund in sehr vielen Fällen zur Simulation der Wetter- bzw. Klimadynamik, wobei diese ihre Grenzen, trotz teilweise gigantischer Größendimensionen, schnell erreichen. Es lassen sich verschiedene Arten von Atmosphärenmodellen grob unterscheiden: Strahlungstransfermodelle (bspw. KOPRA), Chemietransportmodelle (bspw. ECHAM) und dynamische Modelle. Der Trend geht jedoch zu integrierten Modellen oder „Weltmodellen“, die die gesamte Natur nachzeichnen (SIBERIA 2). Bei der Verbesserung der Qualität der Modelle fließen, wie überall in der physikalischen Modellierung, sowohl statistische Verfahrensweisen als auch experimentelle Beobachtungen, neue Ideen usw. in das Verfahren ein. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Entwicklung, die zur Erkenntnis geführt hat, dass die Veränderung von Spurengasmengen in der Atmosphäre (bspw. Kohlendioxid oder Ozon) zu einer 'ungesunden' Wärmeentwicklung der Biosphäre führen können (bspw. Treibhauseffekt, Abkühlung der Stratosphäre). Auch die Entdeckung des Ozonloches und die Verstärkung des Augenmerkes der Wissenschaftler auf die damit zusammenhängende Atmosphärenchemie fällt in diese Kategorie. Einfachstes meteorologisches Modell und zugleich die erste Bewährungsprobe für alle neuentwickelten Modelle zur Wettervorhersage, ist die simple Übertragung des aktuellen Wetters auf die Zukunft. Es gilt hierbei der einfache Grundsatz eines konstanten Wetters, man nimmt also an, das Wetter des nächsten Tages wird dem des aktuellen Tages entsprechen. Da Wetterlagen oft lange nahezu gleichbleibend sind, hat diese einfache Annahme bereits eine Erfolgswahrscheinlichkeit von circa 60%.

Weiterführendes

Die Sonne als Basis des Wetters


- Sonne
- Strahlungshaushalt der Erde
- Sonnenschein
- Solarkonstante
- Solarstrahlung
- Sonnenstrahlung
- Sonnenenergie
- Kosmische Strahlung
- Treibhauseffekt
- Milanković-Zyklen

Rolle des Wassers


- Wasser
- Wasserdampf
- Eis
- Luftfeuchtigkeit
- Wasserkreislauf

Listen


- Themenliste Wetter und Klima
- Liste der Abkürzungen in der Meteorologie
- Kategorien Meteorologie, Meteorologen und meteorologische Messgeräte

Behörden, Verbände, Firmen

Deutschland
- Deutsche Meteorologische Gesellschaft
- Deutscher Wetterdienst
- Verband Deutscher Wetterdienstleister (zahlreiche private Wetterdienste)
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt USA
- American Meteorological Society
- National Center for Atmospheric Research
- National Oceanic and Atmospheric Administration :
- National Severe Storms Laboratory :
- National Weather Service :
- Storm Prediction Center :
- National Hurricane Center :
- National Climatic Data Center
- American Geophysical Union Großbritannien
- Royal Meteorological Society
- Met Office - Wetterdienst des Vereinigten Königreichs GB Frankreich
- Meteo France Europa
- European Centre for Medium-Range Weather Forecasts
- EUMETSAT - European Meteorological Satellite Organisation International
- World Meteorological Organization
- International Association of Broadcast Meteorology
- World Data Center for Remote Sensing of the Atmosphere
- Internationale Union für Geodäsie und Geophysik

Literatur

Deutschsprachige Lehrbücher
- Malberg, H. (2002): Meteorologie und Klimatologie. Eine Einführung. (4., aktualisierte u. erweiterte Aufl.). Springer, Berlin. ISBN 3540429190
- Weischet, W. (2002): Einführung in die allgemeine Klimatologie: physikalische und meteorologische Grundlagen. (6., überarb. Aufl.). Borntraeger, Berlin. ISBN 3443071236
- Häckel H. (1999): Meteorologie. 4. Aufl. Ulmer Verlag, Stuttgart; UTB 1338; 448 S. ISBN 3825213382
- Zmarsly, Kuttler W., Pethe H. (2002): Meteorologisch-klimatologisches Grundwissen. Eine Einführung mit Übungen, Aufgaben und Lösungen. Ulmer Verlag, Stuttgart; ISBN 3825222810 Deutschsprachige Sachbücher
- Kachelmann J., Schöpfer S. (2004): Wie wird das Wetter? Rowohlt, Reinbek. ISBN 3498063774
- Klage J. (2002): Wetter macht Geschichte. Der Einfluß des Wetters auf den Lauf der Geschichte. FAZ-Buch, Frankfurt; 236 S. ISBN 3898430979 Andere Sprachen
- Barry R. G., Chorley R. J. (2003): Atmosphere, Weather and Climate. 8th ed., Routledge, London; 536 pp. ISBN 0415271703
- Frater H. (1999): Weather and Climate. CD-ROM, Springer Verlag, Berlin.
- Holton J. R. et. al. (2002): Encyplopedia of Atmospheric Sciences. San Diego, London, Academic Press. ISBN 0122270908
- Schaefer J., Day J.A. (1981): Atmosphere. Clouds, rain, snow, storms. Peterson Field Guides. Houghton Mifflin Company, Boston, New York.

Weblinks

Portale und Communitys
- [http://www.geosciences-forum.com/ Geosciences-Forum: Meteorologie]
- [http://www.meteo.ch/ Schweizer Wetterportal]
- [http://www.wetterzentrale.de/ Sehr gute deutsche Webseite für Wetterkarten (auch ältere), Vorhersagediagramme und Satellitenbilder mit dem wohl meistbesuchten deutschsprachigen Diskussionsforum für Hobbymeteorologen, Chat, Bildergalerie und vielem mehr.]
- [http://www.wetterstationen.info/ Tests von Wetterstationen für Privatanwender, Forum]
- [http://www.wetterturnier.de/ Wer macht die beste Wettervorhersage?]
- [http://www.wetterforum.com/ Wetterforum.com] Daten- und Bildmaterialien
- [http://de.allmetsat.com/ Beobachtungen und Wetterprognosen - Bilder der Satelliten]
- [http://www.top-wetter.de/ Bildergalerien, Klimadiagramme, Ausführliche Linksammlung]
- http://www.wetteronline.de/ - Allgemeine Informationen zum Wetter mit detaillierten Windkarten für Nordsee, Ostsee und Mittelmeer.
- [http://www.wolkenatlas.de/ Informationen und Bilder rund um das Thema Wolken.] Sonstiges
- http://www.wetterpate.de - Erwerbbare Patenschaften für Hoch- und Tiefdruckgebiete beim Institut für Meteorologie der FU Berlin. Kategorie:Naturwissenschaft ! Kategorie:Geowissenschaft Kategorie:Physik ja:気象学 ko:기상학 ms:Meteorologi

Physik

Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) ist die Naturwissenschaft, welche die grundlegenden Gesetze der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen untersucht. Sie befasst sich sowohl mit den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie und Feldern in Raum und Zeit als auch mit der Struktur von Raum und Zeit selbst. Die Physik beschreibt die Natur quantitativ mittels naturwissenschaftlicher Modelle, sogenannter Theorien, und ermöglicht damit insbesondere Vorhersagen über das Verhalten der betrachteten Systeme. Dazu verwendet die Physik die Sprache der Mathematik. Im Zusammenhang mit der Physik wurde auch erstmals die Frage nach der Ethik naturwissenschaftlicher Forschung aufgeworfen, ein Thema, das auch in der Literatur, etwa in dem Theaterstück Die Physiker von Friedrich Dürrenmatt, aufgegriffen worden ist.

Das Theoriengebäude der modernen Physik

Das Theoriengebäude der Physik ruht auf zwei Säulen, der Relativitätstheorie und der Quantenphysik. Beide Theorien enthalten ihren Vorgänger, die Newtonsche Physik, über das so genannte Korrespondenzprinzip als Grenzfall und haben daher einen größeren Gültigkeitsbereich als diese.

Die Relativitätstheorie

Die Relativitätstheorie führt ein völlig neues Verständnis der Phänomene Raum und Zeit ein. Danach handelt es sich nicht um universell gültige Ordnungsstrukturen, sondern räumliche und zeitliche Abstände werden von verschiedenen Beobachtern unterschiedlich beurteilt. Raum und Zeit verschmelzen dabei zu einer vierdimensionalen Raumzeit. Die Gravitation wird auf eine Krümmung dieser Raumzeit zurückgeführt, die durch die Anwesenheit von Masse bzw. Energie hervorgerufen wird. In der Relativitätstheorie wird auch erstmals die Kosmologie zu einem naturwissenschaftlichen Thema. Die Formulierung der Relativitätstheorie gilt als der Beginn der modernen Physik, auch wenn sie häufig als Vollendung der klassischen Physik bezeichnet wird.

Die Quantenphysik

Die Quantenphysik beschreibt die Naturgesetze im atomaren und subatomaren Bereich und bricht noch radikaler mit klassischen Vorstellungen als die Relativitätstheorie. Viele physikalische Größen erweisen sich in bestimmten Situationen als quantisiert, das heißt sie nehmen stets nur bestimmte diskrete Werte an und ändern sich in Form von Quantensprüngen. Materie erweist sich als Phänomen, das nur in Portionen, den sogenannten Elementarteilchen oder Quanten, in Erscheinung tritt. Ihr Aufenthaltsort lässt sich nicht mehr durch eine Bahn im Raum beschreiben sondern durch Wellen, über die eine Wahrscheinlichkeit dafür angegeben werden kann, das Teilchen bei einer Messung in einem bestimmten Raumgebiet zu finden. Man spricht von einem Welle-Teilchen-Dualismus. Der Aufenthaltsort eines Teilchens zwischen zwei solcher Messungen ist nicht nur unbekannt, sondern sogar nicht definiert. Die meisten Physiker folgern daraus, dass letztlich die Vorstellung von der Existenz einer vom Beobachter unabhängigen Realität aufgegeben werden muss. Hinsichtlich der Eigenschaften dieser Teilchen spielen Symmetrieeigenschaften eine zentrale Rolle. Die Gesetze der Quantenphysik entziehen sich weitgehend der menschlichen Anschauung, und über ihre Interpretation herrscht auch heute noch kein Konsens (Deutungen der Quantenphysik). Dennoch zählt sie hinsichtlich ihres empirischen Erfolges zu dem am besten gesicherten Wissen der Menschheit überhaupt.

Die vier Grundkräfte

Die moderne Physik kennt die folgenden vier Grundkräfte:
- Die Gravitation oder Schwerkraft,
- die elektromagnetische Wechselwirkung,
- die schwache Wechselwirkung, die beispielsweise für bestimmte radioaktive Zerfallsprozesse verantwortlich ist und
- die starke Wechselwirkung, die die Atomkerne zusammenhält. Eines der Ziele der Physik ist es, alle Grundkräfte in einem vereinheitlichten Gesamtkonzept zu beschreiben. Bisher ist es jedoch lediglich gelungen, die elektromagnetische Wechselwirkung als Vereinigung der elektrischen und der magnetischen Wechselwirkung darzustellen und ebenso die elektromagnetische Wechselwirkung und die schwache Wechselwirkung zu einer sogenannten elektroschwachen Wechselwirkung zu vereinigen. Zur Vereinigung der elektroschwachen- und starken Wechselwirkung wurde die Theorie der Supersymmetrie erdacht, deren Gültigkeit allerdings umstritten ist. Die größten Schwierigkeiten treten im Bereich der Gravitationskraft auf, da über sie - auch wenn schon lange bekannt - doch nur wenig gesichertes Wissen vorliegt. Maßgebliches Problem hierbei ist ihr kaum messbarer Einfluss auf alle Systeme, im Labormaßstab. Zu diesen fundamentalen Wechselwirkungen kommt noch ein fundamentales Prinzip der Quantenphysik, das Pauli-Prinzip. Aus diesem Prinzip leitet sich mittelbar eine weitere Wechselwirkung ab, die Austauschwechselwirkung.

Derzeitige Grenzen der physikalischen Erkenntnis

Das Ziel der heutigen Physik ist es, sämtliche Vorgänge der Natur durch eine möglichst geringe Anzahl von möglichst einfachen Naturgesetzen zu beschreiben und auf die Wechselwirkung weniger Elementarteilchen zurückzuführen. Inwieweit dieses Ziel prinzipiell oder praktisch erreichbar ist, ist völlig offen. Immerhin ist der Gültigkeitsbereich der bekannten physikalischen Gesetze äußerst weitreichend. Ungeklärte Phänomene der Physik lassen sich zwei grundsätzlich verschiedenen Gruppen zuordnen:
- Phänomene, deren zugrundeliegende Gesetze noch unbekannt sind. Dazu zählen insbesondere Phänomene der Teilchenphysik und solche, zu deren Beschreibung die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zugleich erforderlich sind, wie beispielsweise der Urknall. Der Grund hierfür ist, dass es bisher nicht gelungen ist, eine in sich geschlossene Quantenfeldtheorie zu formulieren, welche die Quantenphysik und die Relativitätstheorie vollständig vereinigt.
- Phänomene, die zwar bekannten Gesetzen gehorchen, deren Beschreibung jedoch an der mathematischen Komplexität scheitert. Für solche Situationen versucht man berechenbare Näherungsmodelle zu entwickeln, deren Qualität und Gültigkeitsbereich sich oft nur experimentell ermitteln lassen. Eins der bedeutendsten ungelösten Probleme in diesem Zusammenhang ist das des menschlichen Bewusstseins. Insbesondere die Frage, zu welcher der beiden Problemgruppen es zu zählen ist, wird kontrovers diskutiert. Die Physik ist prinzipiell nicht in der Lage, Aussagen über das Wesen der Dinge an sich zu treffen. Sie beschränkt sich darauf, die Gesetzmäßigkeiten zu ergründen, denen die Dinge unterworfen sind. Warum die Natur überhaupt gewissen Gesetzen gehorcht, ist letztlich unbekannt. Eine partielle Antwort gibt lediglich das anthropische Prinzip, indem es feststellt, dass es in einem Kosmos ohne Naturgesetze niemanden geben würde, der sich über deren Abwesenheit wundern könnte.

Themenbereiche der Physik

Im Folgenden werden die verschiedene Themenbereiche der Physik mit Kurzkommentar dargestellt und zwar nach übergeordnetem, theoretischen Rahmen eingeordnet und gleichzeitig weitgehend chronologisch sortiert. Viele der aufgeführten Themen lassen sich nicht eindeutig einer Theorie zuordnen. So sind beispielsweise viele Phänomene der Thermodynamik nur auf Basis der Quanten- und Relativitätstheorie erklärbar. In diesen Fällen ist das Thema unter der ältesten Theorie eingeordnet und bestehende maßgebliche Bezüge zu jüngeren Theorien sind mit (RT) für die Relativitäts- und (QT) für die Quantentheorie angedeutet. Die Liste enthält sowohl phänomenorientierte Sachgebiete als auch Querschnittstheorien (QST) mit gebietsübergreifendem Anwendungsbereich. Siehe auch das Physik-Portal mit unkommentierten, aber nach verschieden Kriterien sortierten Themenlisten sowie die alphabetische Liste physikalischer Themen.

Die newtonsche Physik einschließlich der Elektrodynamik

... ist der Bereich der Physik, der bis zur Entdeckung der Relativitätstheorie bekannt war.
- Die klassische Mechanik von Isaac Newton war die erste geschlossene physikalische Theorie überhaupt. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern unter der Einwirkung von Kräften, einschließlich solcher Kräfte, die zwischen den Körpern wirken (Wechselwirkungskräfte).
- Die Akustik behandelt die Eigenschaften von Schallwellen.
- Die Optik behandelt die Eigenschaften des Lichtes und dessen Beeinflussung durch Materie.
- Die Wellenlehre als theoretische Disziplin bildet die mathematische Grundlage für Beschreibungen von Schwingungsvorgängen in Akustik, Optik und Atomphysik (QST/QT).
- Die Elektrodynamik beschreibt elektrische und magnetische Phänomene. Obwohl bereits früher bekannt, erhielt sie erst durch die Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie ihr theoretisches Fundament (RT).
- Die Thermodynamik, auch statistische Mechanik oder Wärmelehre behandelt alle Vorgänge, bei denen Wärme und Temperatur eine Rolle spielen. Ihr Anwendungsbereich reicht jedoch weit darüberhinaus (QST/RT/QT).
- Die Kontinuumsmechanik ist die Verallgemeinerung der klassischen Mechanik auf kontinuierliche Medien.
- Die Strömungslehre behandelt die Dynamik von Fluiden, das heißt nicht fester Substanzen. Untergebiete sind die Hydrodynamik (Dynamik der Flüssigkeiten) und die Aerodynamik (Dynamik von Gasen).
- Die nichtlineare Dynamik und die Physik der komplexen Systeme befassen sich unter anderem mit Chaostheorie, Strukturbildung und Selbstorganisation (QST).

Die Relativitätstheorie

... befasst sich mit der Struktur von Raum und Zeit sowie mit dem Wesen der Gravitation. Die Einheit von newtonscher Physik, Elektrodynamik und Relativitätstheorie wird als Klassische Physik bezeichnet.
- Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum, Zeit und Massen aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen. Dabei werden primär konstante Geschwindigkeiten betrachtet (QST).
- Die allgemeine Relativitätstheorie baut auf der speziellen auf und führt das Phänomen der Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurück.

Die Quantenphysik

... ist zur Beschreibung von Phänomenen im Mikrokosmos erforderlich, wo die Gesetze der klassischen Mechanik an ihre Grenze gelangen. Während sie experimentell immer wieder hervorragend bestätigt wird und die gesamte moderne Technologie auf ihr basiert, wird bis heute über ihre korrekte Interpretation gestritten. Im folgenden sind insbesondere Themen der nichtrelativistischen Quantenmechanik aufgeführt, bei denen sich die Zahl der beteiligten Teilchen nicht ändert.
- Aufgabe der Atomphysik ist es, den Aufbau und die Eigenschaften der Atome und ihre Spektren zu erklären. Sie beschränkt sich dabei in der Regel auf einen Energiebereich, in dem der Atomkern als strukturlos angesehen werden kann (RT).
- Die Molekularphysik beschreibt das Zusammenwirken verschiedener Atome und stellt die Verbindung zur Chemie und physikalischen Chemie her.
- Die Kernphysik studiert alle mit dem Atomkern zusammenhängenden Phänomene, die Kernstruktur und Kernreaktionen (RT).
- Die Laserphysik ist ein Teilgebiet der Optik. Ihre Aufgabe ist die Entwicklung und wissenschaftliche Untersuchung der verschiedenen Laser-Typen (RT).
- Die Plasmaphysik untersucht die Eigenschaften von Plasmen, d. h. hochgradig ionisierten Materiezuständen (RT).
- Gegenstand der Tieftemperaturphysik ist Untersuchung von Ordnungsphänomenen in Materie, die bei höheren Temperaturen aufgebrochen werden.
- Die Physik kondensierter Materie beschreibt Phänomene (korrelierter) Vielteilchensysteme. Die Physik der Kondensierten Materie unterscheidet sich grundlegend von der freier Teilchen.
  - Die Festkörperphysik und Halbleiterphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand, insbesondere (aber nicht ausschließlich) von fester Materie mit periodischem Aufbau.
  - Die Physik der Flüssigkeiten ist ein Teilgebiet der Fluidmechanik und befasst sich mit Materie im flüssigen Aggregatzustand. Die Bausteine der Flüssigkeit weisen eine gegenseitige Beweglichkeit auf (Translation und Rotation). Dennoch sind (im Unterschied zum idealen Gas) bei Flüssigkeiten im Nahbereich Korrelationen beobachtbar.
  - Die Physik der Flüssigkristalle beschreibt die Physik von Materie, die sowohl Elemente einer kristallinen Ordnung aufweisen als auch die einer ungeordneten Flüssigkeit: Die Bausteine von Flüssigkristallen weisen die Beweglichkeit einer Flüssigkeit auf (genauer Translation), besitzen jedoch eine wohldefinierte gegenseitige Orientierung.
  - Die Physik der weichen Materie beschreibt die Eigenschaften von Polymeren, Kolloiden und Membranen.
  - Die Grenzflächenphysik beschreibt die besonderen physikalischen Phänomene an der Oberfläche kondensierter Materie. Ein Spezialfall der Grenzflächenphysik ist die Oberflächenphysik.

Die relativistische Quantenphysik

... befasst sich mit Phänomenen, zu deren Beschreibung die Quantenphysik und die Relativitätstheorie zugleich erforderlich sind.
- Die Elementarteilchenphysik, auch Teilchenphysik oder Hochenergiephysik, ist die Lehre von den elementarsten Grundbausteinen der Materie und ihrem Verhalten.
- Die Quantenfeldtheorie ist die quantenmechanische Beschreibung von Feldern und ist für die Teilchenphysik relevant. Das Standardmodell ist eine Quantenfeldtheorie, die alle bekannten Teilchen und Kräfte bis auf die Gravitation einheitlich beschreibt:
  - die Dirac-Theorie ist eine relativistische Beschreibung von Fermionen und begründet die Basis für die Konzepte Spin und Antimaterie
  - die Quantenelektrodynamik stellt die Verbindung zwischen Photonen und elektromagnetischen Feldern her und beschreibt die Wechselwirkung mit Ladungen als Austausch von virtuellen Photonen
  - die Quantenchromodynamik beschreibt die starke Wechselwirkung zwischen Quarks als Austausch von Gluonen
- Quantengravitation ist ein Überbegriff für Ansätze, die vier Grundkräfte der Physik mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben und dadurch insbesondere die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenphysik zu vereinen (QST):
  - die Stringtheorie beschreibt Elementarteilchen als Strings und geht von verborgenen Dimensionen der Raumzeit aus
  - die Loop-Quantengravitation beschreibt die Raum-Zeit als Spin-Netzwerk bzw. Spin-Schaum
  - die Quantengeometrie
  - die Supersymmetrie

Interdisziplinäre und technisch orientierte Themenbereiche


- Die Astrophysik wendet physikalische Methoden auf das Studium astronomischer Phänomene an.
- Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Physikalische Chemiker wenden die Methodik der Physik auf die Anschauungsobjekte der Chemie an.
- Die Technische Physik ist jenes Teilgebiet der Physik, das sich mit den technischen Anwendungen physikalischen Wissens befasst.
- In der Biophysik werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, denen Lebewesen und ihre Wechselwirkung mit der Natur unterliegen, untersucht.
- Die Geophysik nutzt physikalische Modelle zur Erklärung geologischer Strukturen und Vorgänge.
- Quantenelektronik ist ein relativ junges Forschungsgebiet und wendet die Ergebnisse der Quantentheorie auf die Entwicklung elektronischer Schaltkreise an.
- In der Theorie der Quantencomputer tritt die Physik in interdisziplinäre Zusammenarbeit mit der Informatik. Hier werden unter anderem Algorithmen mit geringerer Komplexität als bei klassischen Computern möglich.
- Die Beschleunigerphysik beschaftigt sich mit der Entwicklung von Teilchenbeschleunigern. Diese werden benötigt, um die Energiedichten der Elementarteilchenphysik zu erreichen, aber auch als Strahlenquelle für Untersuchungen in einem weiteren naturwissenschaftlichen Bereich.
- Die Reaktorphysik beschäftigt sich mit der technischen Beherrschung von Kernreaktionen in Kernreaktoren.
- Die Umweltphysik beschäftigt sich in ihrer Forschung vor allem mit den Bereichen Energie und Klima.
- Soziophysik und Wirtschaftsphysik wenden physikalische und statistische Methoden auf gesellschaftliche, wirtschaftliche, kulturelle und politische Phänomene an.

Methodik der Physik

Der Prozess der Erkenntnisgewinnung in der Physik verläuft in enger Verzahnung von Experiment und Theorie, besteht also aus empirischer Datengewinnung und -auswertung und gleichzeitig dem Erstellen theoretischer Modelle zu ihrer Erklärung. Dennoch haben sich im Verlauf des 20. Jahrhunderts Spezialisierungen herausgebildet, die insbesondere die professionell betriebene Physik heute prägen. Demnach lassen sich grob Experimentalphysik und theoretische Physik voneinander unterscheiden.

Experimentalphysik

Während manche Naturwissenschaften wie etwa die Astronomie und die Meteorologie sich methodisch weitgehend auf die Beobachtungen ihres Untersuchungsgegenstandes beschränken müssen, steht in der Physik das Experiment im Vordergrund. Dabei versucht die Experimentalphysik, durch Entwurf, Aufbau, Durchführung und Auswertung von Experimenten Gesetzmäßigkeiten in der Natur aufzuspüren und mittels empirischer Modelle zu beschreiben. Sie versucht einerseits physikalisches Neuland zu betreten, andererseits überprüft sie von der theoretischen Physik gemachte Vorhersagen. Grundlage eines physikalischen Experimentes ist es, die Eigenschaften eines zuvor präparierten physikalischen Systems, zum Beispiel eines Teilchenbeschleunigers, einer Vakuumkammer mit Detektoren oder eines geworfenen Steins durch Messung in Zahlenform auszudrücken, etwa als Länge einer Teilchenspur, Impulshöhe eines elektrischen Spannungspulses oder als Aufprallgeschwindigkeit. Konkreterweise werden entweder nur die zeitunabhängigen (statischen) Eigenschaften eines Objektes gemessen oder man untersucht die zeitliche Entwicklung (Dynamik) des Systems, etwa in dem man Anfangswerte und Endwerte einer Messgröße vor und nach dem Ablauf eines Vorgangs bestimmt oder alternativ kontinuierliche Zwischenwerte feststellt.

Theoretische Physik

Die Aufgabe der Theoretischen Physik wiederum besteht darin, die empirischen Modelle der Experimentalphysik mathematisch auf bekannte Grundlagentheorien zurückzuführen oder, falls dies nicht möglich ist, durch eine möglichst kleine Anzahl von Grundannahmen (Hypothesen) zu beschreiben. Sie leitet weiterhin aus bereits bekannten Modellen empirisch überprüfbare Voraussagen ab. Bei der Entwicklung eines Modells wird grundsätzlich die Wirklichkeit idealisiert; man konzentriert sich zunächst nur auf ein vereinfachtes Bild, um dessen Aspekte zu überblicken und zu erforschen; nachdem das Modell für diese Bedingungen ausgereift ist, wird es weiter verallgemeinert. Zur theoretischen Beschreibung eines physikalischen Systems benutzt man die Sprache der Mathematik. Seine Bestandteile werden dazu durch mathematische Objekte wie zum Beispiel Skalare oder Vektoren repräsentiert, die in durch Gleichungen festgelegten Beziehungen zueinander stehen. Der Zweck des Modelles ist es, aus bekannten Größen unbekannte zu errechnen und damit zum Beispiel das Ergebnis einer experimentellen Messung vorherzusagen. Phänomene der Welt, die sich nicht mathematisch beschreiben lassen, wie beispielsweise das menschliche Bewusstsein, werden gemeinhin nicht als Gegenstand der Physik angesehen. Das fundamentale Maß für die Qualität einer Theorie ist, wie in vielen Naturwissenschaften auch, die Übereinstimmung mit reproduzierbaren Experimenten. Durch den Vergleich mit dem Experiment lässt sich der Gültigkeitsbereich und die Genauigkeit einer Theorie ermitteln, allerdings lässt sie sich niemals „beweisen“. Um eine Theorie zu widerlegen, bzw. um die Grenzen ihres Gültigkeitsbereiches zu demonstrieren, genügt im Prinzip ein einziges Experiment, sofern es reproduzierbar ist. Experimentalphysik und theoretische Physik stehen also in steter Wechselbeziehung zueinander. Es kann allerdings vorkommen, dass Ergebnisse der einen Disziplin der anderen vorauseilen: So sind derzeit viele Voraussagen der Stringtheorie nicht experimentell überprüfbar; andererseits sind viele teilweise extrem genau gemessene Werte aus dem Gebiet der Teilchenphysik zum heutigen Zeitpunkt am Anfang des 21. Jahrhunderts durch die zugehörige Theorie, die Quantenchromodynamik, nicht berechenbar.

Mathematische Physik und Angewandte Physik

Zusätzlich zu dieser grundlegenden Teilung der Physik unterscheidet man manchmal noch zwei weitere Unterdisziplinen, die mathematische Physik und die angewandte Physik. Erstere wird gelegentlich als Teilgebiet der theoretischen Physik betrachtet, unterscheidet sich von dieser jedoch darin, dass ihr Studienobjekt nicht konkrete physikalische Phänomene sind, sondern die Ergebnisse der theoretischen Physik selbst. Sie abstrahiert damit von jedweder Anwendung und interessiert sich stattdessen für die mathematischen Eigenschaften eines Modells, insbesondere seine tiefer liegenden Symmetrien und Invarianzen. Auf diese Weise entwickelt sie Verallgemeinerungen und Varianten bereits bekannter Theorien, die dann wiederum als Arbeitsmaterial der theoretischen Physiker in der Modellierung empirischer Vorgänge Einsatz finden können. Die angewandte Physik steht dagegen in (unscharfer) Abgrenzung zur Experimentalphysik, teilweise auch zur theoretischen Physik. Ihr wesentliches Kennzeichen ist, dass sie ein gegebenes physikalisches Phänomen nicht um seiner selbst willen erforscht, sondern um die aus der Untersuchung hervorgegangenen Erkenntnisse zur Lösung eines (in der Regel) nicht-physikalischen Problems einzusetzen. Ihre Anwendungen liegen z. B. auf dem Gebiet der Technik oder Elektronik, in Medizin, Chemie oder Astronomie, aber auch in den Wirtschaftswissenschaften, wo z. B. im Risikomanagement Methoden der theoretischen Festkörperphysik zum Einsatz kommen.

Simulation/Computerphysik

Mit der fortschreitenden Entwicklung der Rechensysteme hat sich in den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts und beschleunigt seit etwa 1990 die Computersimulation als neue Methodik innerhalb der Physik entwickelt. Computerphysiker sind keine reinen Theoretiker, da sie durch ihre Simulationen Theorien zu testen versuchen, aber auch keine reinen Experimentatoren, da ihre Experimente ausschließlich in der Welt des Rechners stattfinden. Die Bandbreite möglicher Simulationen deckt die komplette Spanne von der mathematischen Physik über Simulationen kosmologischer Modelle bis hin zur angewandten Physik ab. Naturgemäß hat dieser Bereich der Physik zahlreiche Anknüpfungspunkte an die Informatik.

Verhältnis zu anderen Wissenschaften

Abgrenzung zu anderen Wissenschaften

Zur Abgrenzung gegenüber der Biologie wird die Physik oftmals als die Wissenschaft von der unbelebten Natur bezeichnet. Eine Abgrenzung gegenüber der Chemie ist nicht so eindeutig; der Übergang von der Physik der Elektronenhülle, also der Atom- und Molekülphysik, zur Quantenchemie ist fließend. Die Mathematik beschreibt im Gegensatz zur Physik keine realen Objekte, sondern abstrakte Begriffe und deren Eigenschaften.

Wechselwirkung mit anderen Wissenschaften

Die Physik gilt als die grundlegende Naturwissenschaft, auf der alle anderen wie beispielsweise die Astronomie, die Chemie, die Geologie und letztlich auch die Biologie aufbauen. Physikalische Prinzipien und Modelle finden ihre Anwendung auch in Disziplinen jenseits der Naturwissenschaften, besonders im technischen Bereich, wie in den Ingenieurwissenschaften, aber auch in den