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Physik

[107] Physik (v. gr.), 1) im Allgemeinen die gesammte Naturkunde od. Naturlehre, d.h. die Wissenschaft, welche die Erscheinungen an allen sinnlich wahrnehmbaren Dingen in möglichst einfachem Zusammenhange zu denken lehrt; 2) im engeren Sinne befaßt sich jedoch die P. nur mit den Veränderungen an den unorganischen Naturgegenständen od. auch an den organischen, insofern dieselben in der gleichen Weise erfolgen, als man sie an den unorganischen beobachtet hat, insofern sie also von der sogenannten Lebenskraft unabhängig sind, u. zwar sucht die P. die äußeren Veränderungen der unorganischen Naturkörper auf möglich wenige Gesetze zurückzuführen, mittelst welcher man im Stande ist, aus gegenwärtigen Erscheinungen zukünftige vorherzusagen. Auf diese Weise sind von der P. gesondert diejenigen Naturwissenschaften, welche sich mit den bleibenden Merkmalen der Naturkörper u. der darauf gegründeten systematischen Anordnung derselben beschäftigen, als Zoologie, Botanik, Mineralogie, Geognosie, ferner die Wissenschaft von den Lebenserscheinungen der organischen Naturkörper, sofern sie nicht physikalisch erklärbar sind, d. i. die Physiologie, endlich die Wissenschaft von den inneren Veränderungen der anorganischen Körper, vermöge deren verschiedene Elemente zu einem scheinbar homogenen Körper sich verbinden od. auch ein homogener Körper in verschiedene Elemente zerfällt, d. i. die Chemie; u. es bleiben als Object der P. nur die Bewegungen der anorganischen Körper übrig. Gewöhnlich scheidet man aus der P. auch diejenigen Naturwissenschaften aus, welche sich mit den complicirten Bewegungserscheinungen ganzer, aus vielen Körpern zusammengesetzter Naturgebiete beschäftigen, z.B. Astronomie, Geologie, Meteorologie, doch enthalten diese letztgenannten Wissenschaften im Grunde nichts als Anwendungen der allgemeinen physikalischen Gesetze auf gegebene Voraussetzungen.[107] Als ein besonderer Fall der Bewegung ist diejenige von der Geschwindigkeit = 0 od. die Ruhe anzusehen, u. da dieser Fall, namentlich wenn er die Folge von der gleichzeitigen Wirkung mehrer Ursachen ist, welche jede für sich Bewegung hervorgerufen haben würden, wobei er dann Gleichgewicht heißt, für Theorie u. Praxis als Ausgangspunkt aller übrigen von höchster Wichtigkeit ist, theilt sich die P. in zwei Haupttheile, nämlich in die Lehre von den Gesetzen des Gleichgewichts od. Statik u. die Lehre von den Gesetzen der Bewegung od. Dynamik. Überdies zerfällt die P. noch in zwei Haupttheile in Gemäßheit der Objecte, an denen die Bewegungen erfolgen. Für die directe Ursache einer Bewegung hat man nämlich den Namen Kraft eingeführt. Nun sind aber überhaupt zweierlei Arten der gegenseitigen Einwirkung zweier einfacher Dinge denkbar, nämlich Anziehung u. Abstoßung, u. so ist denn die P. zu der Ansicht geführt worden, daß alle Dinge aus zwei Klassen kleinster Theilchen (Molecüle) bestehen; deren erstere, die ponderabeln Molecüle, Sitz gegenseitiger Anziehungskräfte, die zweite, die Äthermolecüle, Sitz gegenseitiger Abstoßungskräfte sind; zwischen einem ponderabeln Molecül aber u. einem Äthermolecül herrscht Anziehung. Die ponderabeln Molecüle sind vermöge ihrer gegenseitigen Anziehung an gewissen Punkten zu. größeren od. kleineren Massen vereinigt, Äthermolecüle dagegen vermöge ihrer gegenseitigen Abstoßung durch den ganzen übrigens leeren Raum gleichmäßig u. selbst innerhalb der von den ponderabeln Molecülen constituirten Massen verbreitet. Die Massen ziehen sich nun ferner im Ganzen nach Maßgabe der Größe der Massen u. ihrer gegenseitigen Entfernung an u. rufen so die Erscheinungen der Gravitation zwischen den Weltkörpern im Allgemeinen, sowie die Erscheinungen der Schwere zwischen der Erde u. den auf der Erdoberfläche befindlichen Körpern insbesondere hervor, u. eben weil in Folge der Schwere diese Massen ihrer Größe nach durch Wägung sich vergleichen lassen, heißen sie ponderable, d.h. wägbare Körper. Für die Äthermolecüle dagegen besteht kein Gegensatz gehäufter Massen, folglich auch nichts der Wägbarkeit Analoges, daher man die durch ihre Bewegungen hervorgerufenen Erscheinungen, welche man früher als selbständige Körper aufzufassen geneigt war, mit dem Namen Imponderabilien belegte. Hiernach theilt sich die P. in die Lehre vom Gleichgewicht u. die Bewegung der schweren Körper, gewöhnlich Mechanik genannt, u. in die Lehre von den durch die Athermolecüle bedingten Erscheinungen des Lichtes, der Wärme, der Elektricität u. des Magnetismus. Beiden Gebieten gemeinsam ist die Lehre von der Elasticität od. von der Art, wie die zwischen den Molecülen bestehenden Anziehungs- u. Abstoßungskräfte den jeweiligen Gleichgewichtszustand bei eintretender Störung wieder herzustellen suchen. Endlich theilt man noch die Mechanik nach den drei Aggregatsformen der schweren Körper in die Mechanik der festen, tropfbarflüssigen u. luftförmigen Körper. Eine Anwendung der Lehre von der Elasticität luftförmiger Körper ist die Akustik od. Lehre vom Schall.

Die Methode der P. beruht auf der Beobachtung u. dem Experiment. Um nämlich bei jeder Naturerscheinung genau zu erfahren, wie u. warum sie geschieht, muß man entweder diese genau u. wiederholt, so oft sich die Gelegenheit in der Natur selbst bietet, beobachten; od., da die Natur gewöhnlich mehre Erscheinungen mit einander auftreten läßt u. dann uns häufigen Irrthümern aussetzt, ihr Auftreten selbst veranlassen, welche absichtliche Herbeiführung einer Erscheinung man einen Versuch (Experiment) nennt. Zur Anstellung der physikalischen Versuche gehören Instrumente od. ein sogenannter physikaler Apparat, von welchem jedoch alle die sogenannten physikalischen Instrumente, welche nur eine praktische Anwendung haben u. zur Versinnlichung od. Erklärung einer bestimmten Naturerscheinung nicht bes. construirt sind, ausgeschlossen sind. Den einheitlichen Grund aller Naturerscheinungen zu entdecken ist bisher noch nicht gelungen u. kann wohl niemals gelingen. Um aber diesem höchsten Ziele sich zu nähern, verfährt man so, daß man ein Gebiet gleichartiger Erscheinungen für sich betrachtet u. dieselben in einem den Gesetzen unseres Verstandes möglichst leicht entsprechenden Zusammenhange zu denken sucht. Die Voraussetzungen, welche man dabei über die Eigenschaften der Dinge, an welchen die Erscheinungen vor sich gehen, zu machen genöthigt ist, nennt man Hypothesen, den mathematischen Ausdruck aber, welcher nach solchen aus gegebenen Größen gesuchte berechnen lehrt, ein Naturgesetz. Erklärt nun eine Hypothese die Erscheinung leicht u. einfach u. ohne anderen bereits anerkannten Wahrheiten zu widersprechen, so erhebt sie sich zur Wahrscheinlichkeit; als wahre Ursache darf sie aber erst dann gelten, wenn sie entweder als Erscheinung vorkommt, od. meß- od. berechenbare Elemente bietet, die bei der Ausführung Resultate geben, welche mit der Erfahrung übereinstimmen, od. wenn überhaupt keine andere Erklärung möglich ist. Hinsichtlich des Vortrages zerfällt die Ph. in die Elementarphysik, welche nur die Hauptregeln faßlich abhandelt, u. in die höhere P. Erstere nennt man insbesondere Experimentalphysik, wenn sie zu ihren Behauptungen mehr durch Thatsachen, welche sich durch das Experiment versinnlichen lassen, aufsteigt, od. theoretische (dogmatische) P., wenn sie von gewissen Behauptungen ausgehend, vorzugsweise auf mathemathischem Wege zu überzeugen sucht. Keine dieser beiden Methoden kann die andere ganz entbehren.

Versteht man, wie oben geschehen, unter P. die Wissenschaft, welche die Veränderungen an allen sinnlich wahrnehmbaren Körpern, insbesondere den anorganischen, im möglichst einfachen Zusammenhange zu denken lehrt, u. sieht man daher davon ab, die zerstreuten u. unvollständigen Beobachtungen der Ägyptier u. Chaldäer, sowie die allerdings schon im hohen Alterthume, aber gewissermaßen unbewußt, zu großer Vollkommenheit gebrachten mechanischen Maschinen hierher zu rechnen, so finden sich die ersten Anfänge der P. bei den griechischen Philosophen, unter denen Thales das Wasser, Anaximenes die Luft, Heraklitos das Feuer als Grund aller Dinge u. aller Erscheinungen hinstellte. Späterhin leiteten Leukippos u. Demokritos die Veränderungen aller Dinge aus den verschiedenen Mengungen u. Verschlingungen der durch leere Zwischenräume getrennten Atome her, für welche verschiedene Gestalt vorausgesetzt wurde. Man hat oft von der Objectivität der alten Griechen gesprochen, von ihrer Gabe, sich in die Beobachtung der umgebenden Welt zu versenken, u. dies hat wohl Grund, wo es sich um die sprachliche Darstellung des Beobachteten handelt. Wo es aber gilt, das [108] Wesen der Dinge zu erforschen, erweisen sie sich nichts weniger als objectiv, sondern im Gegentheil tragen sie rein menschliche Empfindungen von Abneigung u. Liebe in die natürliche Außenwelt u. suchen die Dinge zu erklären, indem sie rein geistige Abstractionen an ihre Stelle setzen. So versuchte Pythagoras die Zahl als das Wesen der Dinge aufzustellen, so bemühte sich selbst Aristoteles, dessen Reichthum an naturwissenschaftlichen Beobachtungen allgemein anerkannt ist, die Gesetze des Hebels aus Abstractionen des Kreises herzuleiten u. sagt z.B., sowie der Kreis das Convexe u. Concave in sich vereinige, so erkläre sich, daß am Hebel, welcher sich im Kreise bewege, die Gegensätze des Schweren u. Leichten ihre Ausgleichung fänden. Fast der Einzige im Alterthume, welcher nach Art der jetzigen P. Forschungen anstellte, war Archimedes, in dessen Wirken wir die erst viel später von Stevin u. Galilei wieder aufgefundene Begründung des Gesetzes vom Hebel sowie das Grundgesetz der Hydrostatik haben. Daneben sind Euklides u. Heron von Alexandrien als Bearbeiter der Anfänge der Optik (geradlinige Fortpflanzung u. Reflexion) zu nennen. Sichere Fortschritte machte die P. erst, seitdem man sich entschloß, auf alle vorgefaßten menschlichen Begriffe zu verzichten u. sich der genauen messenden Beobachtung der Bewegungen hinzugeben u. die in der Natur fehlenden Zwischenstufen der einfachsten Erscheinungen durch planmäßige Versuche zu ergänzen, also den Weg der Induction u. des Experiments zu betreten. Man nennt gewöhnlich Franz Baco von Verulam als Urheber dieser Methode; allein wenn er auch die Grundsätze derselben zuerst philosophisch ausgesprochen hat, so hat er doch um eine Anwendung derselben wenig Verdienst u. hat theils von den zu seiner Zeit bereits nach dieser Richtung existirenden Erfolgen keine Kenntniß gehabt, theils sie sogar bekämpft. Vielmehr sind als Begründer der P. in diesem Sinne anzusehen Copernikus, welcher zuerst die Idee der Erde als ruhenden Körper aufgab u. dieselbe in die Zahl der übrigen die Sonne umkreisenden Planeten einreihte; ferner Kepler (1610), welcher zuerst sich von der Ansicht losmachte, alle himmlischen Bewegungen müßten Kreise sein, u. durch messende Beobachtung (Tycho de Brahe) geleitet die Ellipse dafür einsetzte, sowie er auch die übrigen Hauptgesetze der Planetenbewegung entdeckte; Galilei (1602), welcher die Trägheit der Körper nicht wie bisher als einen Hang zur Ruhe, sondern als Beharrung in dem einmal angenommenen Bewegungszustande auffaßte u. so die Gesetze des freien Falles fand; Torricelli (1644), welcher die Vorstellung von dem Abscheu der Natur gegen den leeren Raum verbannte u. als Grund des Steigens der Flüssigkeit in den luftleeren Röhren den Druck der schweren Luft erklärte, eine Ansicht, zu deren allgemeinen Verbreitung später die Versuche Otto's von Guericke mit der Luftpumpe (1650) wesentlich beitrugen. Nach den hierauf folgenden bedeutenden Arbeiten von Hooke, Mariotte u. namentlich Huyghens fanden die mechanischen Wissenschaften einen Abschluß durch Newton (Philosophiae naturalis principia mathematica, 1687); während man bisher nämlich alle Mühe darauf gewendet hatte, die Gesetze der Erscheinungen im Einzelnen mit mathematischer Genauigkeit festzustellen, erkannte Newton als gemeinsames Princip für sie die Gravitation. Gleichzeitig (1690) wußte auch Huyghens für die Lichterscheinungen, deren Kenntniß seit dem Alterthum vorzüglich durch Galilei u. Cartesius gefördert worden war, ein gemeinsames Princip, das der Undulationstheorie, aufzustellen, u. wenn dasselbe auch nicht sofort zur Geltung kam, weil der durch andere Arbeiten in höherem Ansehen stehende Newton die entgegengesetzte Theorie der Emanation vertrat, so wurde es durch die neuesten Entdeckungen von Malus (Polarisation 1808), Young u. Fresnel (Interferenz 1800 u. 1815) u. deren mathematische Darstellung von Schwerdt u. Couchy zur Gewißheit erhoben. Eine ausschließliche Schöpfung der letzten Jahrhunderte ist die Lehre vom Magnetismus u. der Elektricität. Als Hauptepochen können hierüber namhaft gemacht werden: das Bekanntwerden des Compasses in Europa 1300, erste Messung der Inclination zu London 1576, Halley's Karte für die magnetischen Declinationen auf der ganzen Erde 1700, Alexanders v. Humboldt magnetische Messungen in Südamerika 1799–1803, Faradays Entdeckung der diamagnetischen Abstoßung 1845, Grays Unterscheidung der Körper als Leiter u. Nichtleiter der Elektricität 1729, Du Fays Entdeckung der beiden entgegengesetzten Elektricitäten 1735, Franklins Nachweis von der elektrischen Natur des Gewitters 1752, Galvanis Entdeckung der Berührungselektricität 1786, Voltas Säule 1800, Davys Entdeckung der chemischen Wirkung der Säule 1807, Örsteds Elektromagnetismus 1820, Ampères Elektrodynamik 1823, Faradays Induction 1831 u. desselben Entdeckung von der Einwirkung des elektrischen Stroms od. des Magnetismus auf den polarisirten Lichtstrahl 1845, W. Webers elektrodynamische Maßbestimmungen, in welchen er durch das elektrische Grundgesetz das Gebiet sämmtlicher elektrischer u. magnetischer Erscheinungen umfaßt. Für die Wärmelehre ist ein solcher Abschluß noch nicht gewonnen. Hat man auch durch genaue Versuche Kenntniß von der Wärmeleitung durch die Körper (Fourier u. Poisson), von dem Einfluß auf Ausdehnung u. Veränderung der Aggregatsform, von der specifischen Wärme, von der Wärmestrahlung u. bemerkt man auch vielfache Wechselbeziehung zwischen Wärme, Licht, Elektricität u. Chemismus, so fehlt doch noch ein Princip, welches diese verschiedenen Gebiete in mathematischen Zusammenhang zu bringen vermöchte.

Außer den Lehrbüchern von Foxleben u. Lichtenberg (1794), Gren (1819), Schrader u. Gilbert (1804), Hilbebrandt (1807), Parrot (1811), Fries (1812 u. 22), Neumann (1818), Tromsdorf (1817) sind zu nennen: Fischer, Lehrbuch der mechanischen Naturlehre, Berl. 1827 u. 29; I. T. Mayer, Anfangsgründe der Naturlehre, Gött. 1827; G. Schmidt, Hand- u. Lehrbuch der Naturlehre, Gieß. 1830; Biot, Lehrbuch der Naturlehre, deutsch von Fechner, Lpz. 1829; Muncke, Handbuch der Naturlehre, Heidelb. 1839; Baumgartner, Die Naturlehre, Wien 1827, 8. Aufl. ebd. 1845; Brandes, Vorlesungen über die Naturlehre, Lpz. 1852; Eisenlohr, Lehrbuch der P., Manh. 1841, 7. Aufl. Stuttg. 1856; Kämtz, Lehrbuch der Experimentalphysik, Halle 1829; Pouillet, Lehrbuch der P. u. Meteorologie, deutsch von Müller, Braunschw. 1842, 4. Aufl. 1852; Witzschel, Die P. nach ihrem neuesten Standpunkt, Lpz. 1854, 2. A. 1858; Peschel, Lehrbuch der P., ebd. 1856; Kunzek, Lehrbuch der P., Wien 1860; Encyclopädie der P., ebd. 1856 ff. Wörterbücher: Gehlers physikalisches Wörterbuch,[109] neu bearbeitet von Brandes, Horner, Littrow, Muncke, Gmelin u. Pfaff, Lpz. 1825–38; Auszug daraus von Marbach, ebd. 1838 ff. Über Geschichte der P. schrieb Fischer, Gött. 1801–1808. Zeitschriften: Poggendorf, Annalen der P. u. Chemie; Schweiger-Seidel, Neues Journal für Chemie u. P.; Baumgartner u. von Ettingshausen, Zeitschrift für P. u. Mathematik; I. A. Grunert, Archiv für Mathematik u. P., Greifsw. 1841 ff.; Fortschritte der P. (herausgeg. von der Physikalischen Gesellschaft in Berlin), Berl. 1848 ff. 3) Bei den Engländern heißt P. so v.w. Arzneikunst.