1.2 Arbeitsweise der Physik

1.2.1 Naturwissenschaftliche Methode

Physikerinnen und Physiker beobachten zunächst die Natur oder den Ausgang von Experimenten. Mit Hilfe dieser Beobachtungen und Messungen versuchen sie ein (meist aus mathematischen Formeln bestehendes) Modell der Natur zu formulieren (Hypothese). Mit diesen Modellen wird versucht den Ausgang von neuen Experimenten vorherzusagen. Zeigt sich die Vorhersage bei der Durchführung des Experiments, wird das Modell bestätigt. Widerspricht die Vorhersage dem Ausgang des Experiments, muss das Modell verbessert, erweitert oder manchmal sogar durch ein neues Modell ersetzt werden. Sehr erfolgreiche Modelle werden schließlich zu physikalischen Gesetzen (Naturgesetzen). Diese Art zu Erkenntnissen zu kommen, nennt man naturwissenschaftliche Methode (engl. Scientific method). Als Begründer gilt der italienische Gelehrte Galileo Galilei, der sie um 1600 bei seinen Forschungen verwendete. Bis heute findet der Erkenntnisgewinn nach dieser Methode statt.

1.2.2 Gedankenexperimente

Bei der Entwicklung von neuen Modellen oder zur Widerlegung von bestehenden Modellen verwenden Physikerinnen und Physiker am Anfang oft sogenannte Gedankenexperimente (engl. thought experiment), also „Was wäre, wenn“ Überlegungen im Kopf. Aber egal wie viele Gedankenexperimente gemacht wurden - am Ende muss jedes Modell der Überprüfung durch reale Experimente standhalten.

1.2.3 Unterschied zwischen mathematischen Lehrsätzen und physikalischen Gesetzen

Physikalische Gesetze (engl. physical law) und mathematische Lehrsätze (engl. mathematical theorem) unterscheiden sich dabei grundlegend. Ein mathematisches Gesetz, wie zum Beispiel der Lehrsatz des Pythagoras, braucht nur ein eiziges Mal bewiesen zu werden und ist damit für alle Zeiten gültig. Ein physikalisches Gesetz dagegen kann nie endgültig bewiesen werden. Es kann nur durch ein konkretes Experiment widerlegt werden (Falsifizierung).