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Feld (Physik)


Eigenschaft für Raum-Zeit-Punkte


Definition


Ein Feld im physikalischen Sinn ordnet jedem Punkt im Raum und der Zeit eine Eigenschaft zu. Beispielhafte Eigenschaften sind Temperaturen, Windgeschwindigkeiten, elektrische Feldstärken oder Wahrscheinlichkeiten. Das ist hier näher vorgestellt.

Felder als Kraftfelder


Das magnetische Feld, das elektrische Feld, das Schwere- oder Gravitationsfeld sowie das Kernfeld im inneren von Atomen: Höfling Physik Lehrbuch definiert das physikalische Feld vor allem über sein Wirkung auf Körper: „Unter einem Kraftfeld oder einem Feld versteht man einen mit bestimmten physikalischen Eigenschaften ausgestatteten Raum, in dem auf Körper mit den entsprechenden, für das Feld charakteristischen physikalischen Eigenschaften Kräfte oder Drehmomente ausgeübt werden.“[2] Siehe auch Kraftfeld ↗

Felder als Eigenschaft des Raumes


Der Nobelpreisträger der Physik, Richard Feynman weist am Beispiel von elektrischen und magnetischen Feldern darauf hin, dass man sich die Felder auch als existierend vorstellt, wenn kein Körper (keine Ladung, keine Masse) in ihnen vorhanden ist, die Felder im „leeren Raum“ existieren. Das passt gut zur Definition oben[2], wonach Felder im wesentlichen Eigenschaften des Raumes darstellen. Feynman schreibt: „Wir können uns vorstellen, dass E(x,y,z,t) und B(x,y,z,t) die Kräfte sind, die eine Ladung in (x,y,z) zur Zeit t spüren würde, wenn durch das Anbringen dieser Ladung alle anderen für die Felder verantworlichen Ladungen in ihren Lagen und Bewegung nicht gestört werden.[5]“ Dabei steht (x,y,z) für einen beliebigen Punkt in einem 3D-Koordinatensystem. Das große E und das große B stehen für die elektrische beziehungsweise magnetische Feldstärke in Abhängigkeit der drei Ortskoordinaten x, y und z sowie der Zeitkoordinate t.

Wahrscheinlichkeitsfelder


Nach der allgemeinen Definition eines Feldes als bloße Eigenschaft des physikalischen Raumes kann man auch von Wahrscheinlichkeitsfeldern sprechen. So kann man zum Beispiel jeder Umgebung von einem Punkt innerhalb eines Atoms eine Wahrscheinlichkeit zuordnen, dort ein Elektron anzutreffen[4]. Hier spricht aber zum Beispiel Richard Feynman - in Übereinstimmung mit der großen Mehrzahl anderer Physiker - nicht von einem Wahrscheinlichkeitsfeld sondern von einer Wahrscheinlichkeitsverteilung, mathematisch ausgedrückt durch die sogenannte Wellenfunktion ↗

Existieren Felder wirklich?


Felder sind ganz sicher nützliche physikalische Modelle zur korrekten Berechnung vieler physikalischer Phänomene. Ob aber Felder nur Gebilde unseres Geistes sind oder "draußen in der Wirklichkeit" echt für sich existieren ist eine ungeklärte Frage. Verbindet man nämlich mit der Idee der Existenz, dass etwas Seiendes aus Materie, einem Stoff, eine Substanz behen müsse, so stellt sich sofort die Frage, was der Stoff eines Feldes, etwa eines Wahrscheinlichkeitsfeldes sein soll. Der mittelalterliche Denker Wilhelm von Ockham mahnte an, dass man zur Erklärung der Welt möglichst wenige Begriff verwenden sollte[7]. Sind Felder solche überflüssigen Begriffe? Kann man eine Physik entwickeln, die ohne den Begriff des Feldes letztendlich sogar einfacher zu handhaben ist? Siehe auch Ockhams Rasiermesser ↗

Fußnoten