Basiswissen

Die statistische Physik fasst alle Methoden zusammen, bei denen die Wahrscheinlichkeitsrechnung (Stochastik) auf Fragen der Physik angewendet wird. Das ist hier kurz vorgestellt.

Die Thermodynamik als klassisches Beispiel

Luft besteht aus kleinsten Teilchen, den Molekülen^[2]. Diese Moleküle sind in sich zum Teil sehr komplizierte Strukturen mit einem oft schwer beschreibbaren Verhalten im Einzelfall. Wöllte man das Verhalten von einer größeren Menge Luft aus den exakten Zuständen der Moleküle ableiten wäre bereits bei wenigen Molekülen die leistungsstärksten Computer überfordert. Stattdessen kann man sich die Luftteilchen aber auch als einfachste Kügelchen vorstellen, die lediglich nach den Gesetzen des physikalischen Stoßes miteinander wechselwirken. Mit dieser einfachst-möglichen Annahme lassen sich dann dennoch auf statistischem Wege viele bekannte Naturgesetze der sogenannten Thermodynamik ableiten^[1]. Siehe mehr dazu unter kinetische Gastheorie ↗

Die Quantenphysik als modernes Anwendungsgebiet

Seit den 1920er Jahren wurde schnell klar, dass es im Bereich der Quantenphysik das Verhalten der einzelnen Teilchen nur noch als Wahrscheinlichkeit angegeben werden kann. Die Idee der klassischen Physik, dass aus einem eindeutigen Zustand A immer auch eindeutig ein einziger Zustand B folgt, gilt dort nicht mehr. Die gesamte Quantenphysik ist eine rein statistisch-stochastische Theorie. Siehe auch Quantenphysik ↗

Fußnoten

[1] Franz Serafin Exner: Vorlesungen über die physikalischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Deuticke, Wien 1919, OBV. Hier das Kapital IV sehr ausführlich. Siehe auch Grundlagen der Naturwissenschaften (Exner) ↗

[2] Der Physiker Erwin Schrödinger (1887 bis 1961) zum Zufall in der Chemie: "Der Chemiker ist immer vor eine ungeheure Menge gleichartiger Moleküle gestellt, selbst wenn er es mit einem sehr komplizierten Molekül in vitro zu tun hat. In diesem Fall haben seine Gesetze Gültigkeit. Er kann beispielsweise bei einer bestimmten von ihm entfachten Reaktion voraussagen, daß nach einer Minute die Hälfte und nach einer weiteren Minute drei Viertel der Moleküle reagiert haben werden. Ob aber ein ganz bestimmtes Molekül – angenommen, man könnte seinen Gang verfolgen – unter denen, welche reagiert haben, oder unter denjenigen, welche noch nicht erfaßt sind, zu finden sein wird, das kann er nicht voraussagen. Das ist eine Sache des reinen Zufalls." In: Erwin Schrödinger: Was ist Leben?: Die lebende Zelle mit den Augen des Physikers betrachtet. R. Piper GmbH & Co. KG, München 1987. ISBN: 3-492-11134-3. Dort die Seite 111. Siehe auch statistische Physik ↗

[6] Für den Physiker und Nobelpreisträger Erwin Schrödinger (1887 bis 1961) ist die Pendeluhr eine Analogie zur menschlichen Erbsubstanz in einer lebenden Zelle. Schrödinger argumentiert dabei thermodynamisch: beide Gebilde werden so gut wie nicht durch die molekularen Zufallsbewegungen im Sinne von Wärme beeinflusst, sondern funktionieren sehr zuverlässig mechanisch, so als gäbe es keine Wärmebewegung und damit so wie am absoluten Nullpunkt. Schrödinger verweist in seinen Schriften immer wieder auf den Umstand, wie aus einer großen Anzahl zufälliger Ereignisse letztendich so etwas wie mechanistische Zuverlässigkeit entstehen kann: "Wie steht es nun mit einer Pendeluhr? Für eine Pendeluhr ist die Zimmertemperatur praktisch der absolute Nullpunkt. Das ist der Grund, warum sie »dynamisch« arbeitet. Wenn man sie abkühlt, wird sie in gleicher Weise weitergehen (vorausgesetzt, daß man zuvor jede Spur von Öl entfernt hat!). Sie wird aber aufhören zu gehen, wenn man sie über die Zimmertemperatur hinaus erhitzt; denn dann wird sie schließlich schmelzen." In: Erwin Schrödinger: Was ist Leben?: Die lebende Zelle mit den Augen des Physikers betrachtet. R. Piper GmbH & Co. KG, München 1987. ISBN: 3-492-11134-3. Dort die Seite 119. Siehe auch Uhrwerk-Universum ↗