Theoretische Physik

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Die theoretische Physik ist eine Teildisziplin der Physik, der Begriff wird in Abgrenzung zur Experimentalphysik verwendet. Das Ziel ist dabei, mathematische Modelle (Theorien) für das Verhalten physikalischer Systeme zu entwickeln, die quantitative, experimentell nachprüfbare Vorhersagen liefern. Diese werden dann im Rahmen der Experimentalphysik mit Versuchsergebnissen verglichen, um festzustellen, ob das Modell zur Beschreibung des jeweiligen Systems geeignet ist. Ist es das nicht, muss es gegebenenfalls überarbeitet oder komplett verworfen werden. Auf der anderen Seite kann eine Theorie niemals zweifelsfrei bestätigt werden, weil es in der Regel grundsätzlich nicht möglich ist, sie an jedem denkbaren, durch sie beschriebenen System zu testen.

Ebenfalls ist die "richtige" Theorie zur Beschreibung eines Systems im Allgemeinen nicht eindeutig, da verschiedene Sichtweisen gewählt werden können, aus denen aber jeweils die gleichen Vorhersagen folgen müssen, um mit dem Experiment überein zu stimmen. Zum Beispiel führen in der klassischen Mechanik der Lagrange-Formalismus und der Hamilton-Formalismus auf unterschiedliche Bewegungsgleichungen, liefern aber für gleiche Systeme die gleichen Trajektorien. Für einzelne, konkrete Problemstellungen kann sich jedoch der Lösungsaufwand ganz erheblich unterscheiden, je nachdem, welche der in diesem Sinne gleichwertigen Theorien zur Beschreibung herangezogen wird.

Ein gebräuchliches Mittel zur Beschreibung eines Systems sind insbesondere Differentialgleichungen, deren Lösungen die zeitliche Entwicklung des Systems beschreiben. In diesem Fall ist der Zustand des Systems nach einer gewissen Zeit, in der es sich ungestört entwickeln konnte, der experimentelle Befund, der mit der Vorhersage der Theorie verglichen werden kann. Beispiele für solche Differentialgleichungen sind die Maxwell-Gleichungen, das zweite newtonsche Gesetz oder die Schrödingergleichung.