In den Bereich „Chemie” spielt die „Physik” mit hinein, wenn wir zum Beispiel an das Perioden­system der Elemente denken. Dieses System konnte man schon sehr früh durch empirische Versuche nach­voll­ziehen. Aber die Erklä­rungen, was die Positio­nierung der Elek­tronen in der Elek­tronen­hülle der jeweiligen Atome angeht, wurde erst im Rahmen der Physik möglich. In diesem Fall durch die Verwendung der Quanten­mechanik.

Darüber hinaus gibt es noch die „chemische Bindung”. Das ist insbe­sondere ein ganz wichtiges Gebiet der „theore­tischen Chemie”. Unter Anwendung der sogenannten Schrödinger-Gleichung lassen sich sehr konkrete Aussagen auf die verschiedenen atomaren Struk­turen und über die Bindungs­kräfte zwischen den verschiedenen Molekülen machen.

Solche Betrach­tungen sind bevor­zugt mit Hilfe der vorhan­denen EDV möglich. Das macht insbe­sondere dort Sinn, wo es recht umfang­reiche numerische Lösungen gibt und diese entspre­chend bearbeitet werden müssen. Aller­dings werden in der Chemie oft andere Beobach­tungs­methoden angewandt. Chemie und Physik sind dennoch sehr eng mitein­ander verbunden. Insbe­sondere die Molekül­strukturen können mit Hilfe quanten­mecha­nischer Methoden im Rahmen der theore­tischen Chemie detailliert aufge­klärt werden.

Bei der Astro­nomie und insbe­sondere der Astro­physik gibt es zweierlei wichtige Wechsel­wirkungen. Einer­seits sind wichtige physi­kalische Grund­prinzipien notwendig, um die Entwicklung und Zusammen­setzung von Sternen und letzten Endes die Entwick­lung des ganzen Kosmos zu beschreiben. Ander­seits geht es um die Beschrei­bung der Elementar­teilchen, die schon in der Früh­zeit des Universums vorhanden waren und die Grund­lage für vieles weitere bilden.

Zahl­reiche Beobach­tungs­instrumente (Radioteleskope), die uns einen Ein­blick in den Kosmos gewähren, wurden auf der Basis der physika­lischen Grund­lagen entwickelt. Eine dieser Entwick­lungen sind zum Beispiel die Spiegel­teleskope und die Linsen­teleskope. Letztere verwendet man aller­dings nicht mehr so häufig. Aber dennoch wurden diese Entwick­lungen aus der  Optik” abgeleitet, die eben­falls ein wichtiges Teil­gebiet der Physik ist.

Bei der Meteoro­logie sind gleich mehrere Zweige der klassischen Physik beteiligt. Da sind zunächst die Aero­dynamik und die Hydro­dynamik zu erwähnen. Wenn es zum Beispiel um die Eigen­schaften der Atmos­phäre und der Ozeane geht. Hier spielen natür­lich Phasen­über­gänge eine besondere Rolle, vor allem wenn es um die Wolken­bildung geht oder wenn sich Eis bildet. Das sind wiederum Erscheinungen aus dem physika­lischen Bereich der Thermo­dynamik.

Darüber hinaus gibt es auch Wechsel­wirkungen von Strahlung mit Atomen, Molekülen und Partikeln. Und da spielt die Klima­forschung insbesondere mit hinein. So finden Transport­vorgänge in der Atmos­phäre statt, die eine wesent­liche Rolle für unser Klima spielen.

Die Infrarot­abstrahlung kommt beispiels­weise dadurch zustande, dass sich die Erde erwärmt und dann wie ein Ofen Infrarot­strahlung absendet. Das ist der größere Teil im Verhältnis zur direkt reflek­tierten Sonnen­strahlung. Hierbei spielen wiederum Wolken eine wichtige Rolle. Die reflektierte Infrarot­abstrahlung von der Erde wird zum Großteil wieder von den Wolken reflektiert oder von den Treib­hausgasen, wodurch die Ober­fläche der Erde zusätzlich aufgeheizt wird.

Somit gibt es die Abstrahlung von den Wolken, vom Boden und auch die Verdampfung bzw. die Konvek­tion vom Boden aus in die Wolken, von denen aus dann weitere Infrarot­strahlung ausge­sendet wird. Ein solcher Effekt wirkt teil­weise erwärmend aber zugleich auch abkühlend. Denn wenn mehr Wolken vorhanden sind, wird auch mehr Sonnen­strahlung reflek­tiert. Gerade die welt­weite Wolken­bedeckung hat einen wesent­lichen Einfluss auf das Gesamt­ergebnis.

Wenn also durch den Treib­haus­effekt die Erdober­fläche und damit auch die Ozean­ober­flächen etwas wärmer werden, dann wird auch mehr Dampf vom Ozean aufsteigen, was zusätz­lich zur Wolken­bildung führt. Die Wolken­bildung führt dann ihrer­seits wieder zu mehr Reflektion der direkten Sonnen­einstrahlung und damit wieder zu einer Abkühlung. Man sieht deutlich, dass es sich hierbei um ein sehr komplexes System handelt, welches sich gegen­seitig beein­flusst. Dennoch gibt es deutliche Hinweise dafür, dass die Erwärmung gegen­wärtig die Oberhand hat. Das kann man deutlich an den Gletscher­schmelzen erkennen.

Aber es gibt Abschätzungen die zeigen, wenn es diese Wechsel­wirkungen von Pro und Kontra nicht gäbe, stünden wir schon ganz woanders mit der Erwärmung. Und eben weil es solche gegen­läufigen Effekte gibt, sind die Erwärmungs­vorgänge insgesamt immer noch moderat, was manche zu der Annahme verleiten lässt, dass es angeblich keinen wirk­lichen Klima­wandel gibt.

Letzten Endes ist die Erde insgesamt ein sehr gut thermisch geregeltes System. Nach allem was man weiß, sind die Ozeane seit der Zeit ihres Bestehens nie ganz zuge­froren aber auch nie komplett verdampft. Zwischen Null und 100°C hat unser Thermo­stat immer sehr gut funktio­niert. Im Welt­raum ist man dagegen nicht weit entfernt vom absoluten Null­punkt. Anderseits hat man auf der Sonnen­ober­fläche viele 1000 Kelvin. Die Erde ist quasi eine sehr gut geregelte Zentral­heizung. Das komplexe Zusammen­spiel dieser nicht­linear mitein­ander verkoppelten Vorgänge ist so kompliziert, dass genaue Aussagen sehr schwierig zu treffen sind.

Da gibt es eigens eine Physik der Biologie, die wir hier nicht weiter ansprechen werden. Es lassen sich nur kurz zwei Aspekte erwähnen. Das eine ist, man kann auch physika­lische Prozesse in biolo­gischen Systemen beschreiben. Zum Beispiel den Energie­haushalt von Zellen. Oder Transport­vorgänge von Energie oder Masse durch Zell­membranen hindurch. Denn nur lassen sich biolo­gische Vorgänge verstehen. Dann gibt es noch die Wechsel­wirkung von Strahlung mit biolo­gischem Gewebe.

Aber auch Unter­suchungs­methoden sind physika­lisch begründet. Es gibt diverse Markierungs­verfahren in der Biologie und in der Medizin. Sowie die verschie­densten Diagnose­methoden und Therapie­verfahren wie die Kern­spinto­mographie.

Man kann schon erkennen, dass es auch auf diesem Fach­gebiet eine Reihe von physika­lischen Grund­lagen gibt, die zur Entwicklung der modernen Medizin beitragen. Manche Diagnose­bereiche sind sehr geprägt von physika­lischen Vorgängen.

Die Technik ist ganz wesent­lich durch die Dampf­maschine geprägt worden. Und auch umge­kehrt ist die Thermo­dynamik von der Dampf­maschine beein­flusst worden. Das führte wiederum zu Teil­gebieten wie die „Enthalpie” und die „Entropie”. Darunter versteht man Vorgänge, die sich aus den Notwendig­keiten ergeben haben, die bei der Beschreibung dieser maschi­nellen Vorgänge wesent­lich waren.

Des Weiteren könnte man den Elektro­motor, die Genera­toren, die Halb­leiter­entwicklung oder die Laser­techno­logie anführen. Gerade beim Laser hat man anfänglich nicht gewusst, wozu man den eigent­lich braucht. Aber inzwischen zeigt sich, dass der Laser vor allem bei den CD- oder DVD-Geräten sowie den digitalen Speicher­medien den größten Anwendungs­bereich hat.

Oder nehmen wir die Nach­richten­über­tragung mit Licht­leitern und Faser­optik und verschiedene andere Formen der Energie­gewinnung, oder viele neue Werkst­offe. Also die Anwendung physika­lischer Prinzipien auf technische Gegeben­heiten ist sehr zahlreich.

⇦ Kapitel Kapitel ⇨