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2023 | OriginalPaper | Buchkapitel

Symmetrie und Symmeriebrechung: Grundlagen und Weltbild der Physik

Grundlagen und Weltbild der Physik

verfasst von : Klaus Mainzer

Erschienen in: Unbestimmt und relativ?

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Zusammenfassung

Symmetrien werden in der Wissenschafts- und Kulturgeschichte als grundlegende Ordnungsmodelle verwendet. Damit stellt sich die Frage, ob sie von Menschen bloß ausgedacht wurden, um die Vielfalt der Erscheinungen zu ordnen, ob sie gar nur einem ästhetischen Bedürfnis entspringen oder ob es sich um Grundstrukturen der Natur handelt, die unabhängig vom Menschen existieren. In der Antike jedenfalls wurden Erkenntnis, Kunst und Natur aus einer gemeinsamen symmetrischen Grundordnung verstanden. In der Neuzeit bricht diese Einheit von Natur- und Humanwissenschaften auseinander. In der Kunst werden Symmetrien und Symmetriebrechungen auf subjektive Geschmacksurteile bezogen. In Mathematik und Naturwissenschaften bleiben Symmetrien und Symmetriebrechungen fundamentale Annahmen der Naturbeschreibung, deren Anwendung von der Entstehung der Urmaterie bis zur Evolution des Lebens reicht. Tatsächlich hängen aktuelle Entdeckungen und Gesetze in Kosmologie, Physik, Chemie und Biologie mit Symmetrie und Symmetriebrechungen zusammen. Ob aber diese mathematischen Strukturen tatsächlich fundamentalen Naturgesetzen entsprechen, entscheiden wie immer in der Physik am Ende Beobachtung, Messung und Experiment.

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Fußnoten
1
Für den folgenden Abschnitt vgl. Mainzer (1988, Kap. 2).
 
2
Ein einfaches Beispiel: Globale Phasentransformationen ψ(x,t) → ψ‘(x,t) = e ψ(x,t) für ein Materiefeld ψ(x,t) mit Phase α konstant für alle Punkte (x,t) der Raum-Zeit lassen Feldgleichungen invariant. Lokale Phasentransformationen ψ(x,t) → ψ′(x,t) = e(x,t) ψ(x,t) mit lokal sich verändernder Phase α(x,t) lassen Feldgleichungen von ψ(x,t) nicht invariant (z. B. Schrödinger-Gleichung, relativistische Wellengleichung eines freien Teilchens). Invarianz bei lokalen Transformationen erfordert daher Zusatzterme der Feldgleichung, die einer physikalischen Wechselwirkung des Teilchens mit einem externen Feld entsprechen (Yang-Mills-Theorien).
 
3
Zum folgenden Abschnitt vgl. Wigner (1960) und Mainzer (2014, Kap.14).
 
Literatur
Zurück zum Zitat Audretsch, Jürgen, Mainzer, Klaus (Hrsg.): Vom Anfang der Welt. Wissenschaft, Philosophie, Religion, Mythos. C.H. Beck, München, 2. Aufl. (1990). Audretsch, Jürgen, Mainzer, Klaus (Hrsg.): Vom Anfang der Welt. Wissenschaft, Philosophie, Religion, Mythos. C.H. Beck, München, 2. Aufl. (1990).
Zurück zum Zitat Audretsch, Jürgen, Mainzer, Klaus (Hrsg.): Philosophie und Physik der Raum-Zeit. Grundlagen der exakten Naturwissenschaften Bd. 7. B.I. Wissenschaftsverlag, Mannheim, 2. Aufl. (1994). Audretsch, Jürgen, Mainzer, Klaus (Hrsg.): Philosophie und Physik der Raum-Zeit. Grundlagen der exakten Naturwissenschaften Bd. 7. B.I. Wissenschaftsverlag, Mannheim, 2. Aufl. (1994).
Zurück zum Zitat Audretsch, Jürgen, Mainzer, Klaus (Hrsg.): Wieviele Leben hat Schrödingers Katze? Zur Physik und Philosophie der Quantemechanik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2. Aufl. (1996). Audretsch, Jürgen, Mainzer, Klaus (Hrsg.): Wieviele Leben hat Schrödingers Katze? Zur Physik und Philosophie der Quantemechanik. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2. Aufl. (1996).
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Zurück zum Zitat Mainzer, Klaus: Geschichte der Geometrie. B.I. Wissenschaftsverlag, Mannheim (1980). Mainzer, Klaus: Geschichte der Geometrie. B.I. Wissenschaftsverlag, Mannheim (1980).
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Zurück zum Zitat Genz, Henning und Decker, Roger: Symmetrie und Symmetriebrechung in der Physik. Vieweg, Braunschweig (1991). Genz, Henning und Decker, Roger: Symmetrie und Symmetriebrechung in der Physik. Vieweg, Braunschweig (1991).
Zurück zum Zitat Heisenberg, Werner: Wandlungen in den Grundlagen der Naturwissenschaften. 9. Aufl., S. Hirzel, Stuttgart (1959). Heisenberg, Werner: Wandlungen in den Grundlagen der Naturwissenschaften. 9. Aufl., S. Hirzel, Stuttgart (1959).
Zurück zum Zitat Mainzer, Klaus: Symmetries in nature. Chimia 12, 161–171 (1988). Mainzer, Klaus: Symmetries in nature. Chimia 12, 161–171 (1988).
Zurück zum Zitat Mainzer, Klaus: Symmetries in mathematics. In: Grattan-Guiness, Ivor (Hrsg.), Companion Encyclopedia of the History and Philosophy of the Mathematical Sciences Vol. 2, S. 1612–1623. Routledge, London/New York (1994). Mainzer, Klaus: Symmetries in mathematics. In: Grattan-Guiness, Ivor (Hrsg.), Companion Encyclopedia of the History and Philosophy of the Mathematical Sciences Vol. 2, S. 1612–1623. Routledge, London/New York (1994).
Zurück zum Zitat Mainzer, Klaus: Symmetries in the physical sciences. In: Prawitz, Dag; Westerståhl, Dag (Hrsg.), Logic and Philosophy of Science, S. 453–464. Kluwer Academic, Dordrecht (1994). Mainzer, Klaus: Symmetries in the physical sciences. In: Prawitz, Dag; Westerståhl, Dag (Hrsg.), Logic and Philosophy of Science, S. 453–464. Kluwer Academic, Dordrecht (1994).
Zurück zum Zitat Mainzer, Klaus: Symmetrien und Symmetriebrechung innerhalb und außerhalb der Mathematik. DMV (Deutsche Mathematiker Vereinigung)-Mitteilungen 1, 49–52 (1998). Mainzer, Klaus: Symmetrien und Symmetriebrechung innerhalb und außerhalb der Mathematik. DMV (Deutsche Mathematiker Vereinigung)-Mitteilungen 1, 49–52 (1998).
Zurück zum Zitat Mainzer, Klaus: Symmetry and complexity in dynamical systems. European Review (Academia Europaea) 13(2), 29–48 (2005). Mainzer, Klaus: Symmetry and complexity in dynamical systems. European Review (Academia Europaea) 13(2), 29–48 (2005).
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Zurück zum Zitat Weyl, Hermann: Symmetrie. Birkhäuser, Basel (1952). Weyl, Hermann: Symmetrie. Birkhäuser, Basel (1952).
Metadaten
Titel
Symmetrie und Symmeriebrechung: Grundlagen und Weltbild der Physik
verfasst von
Klaus Mainzer
Copyright-Jahr
2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-65644-0_8

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