Günther Ludwig. Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik

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Fanny Hausler
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1 Günther Ludwig. Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik

2 Günther Ludwig Einflihrung in die Grundlagen der Theoretischen Physik Band 1 : Raum, Zeit, Mechanik Band 2: Elektrodynamik, Zeit, Raum, Kosmos Band 3: Quantentheorie Band 4: Makrosysteme, Physik und Mensch

3 Günther Ludwig Einführung in die Grundlagen der Theoretischen Physik Band 4: Makrosysteme, Physik und Mensch Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH

4 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Ludwig, Günther: Einführung in die Grundlagen der theoretischen Physik / Günther Ludwig. - Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg. Teilw. im Bertelsmann-Universitätsverlag, Düsseldorf. Bd. 4. Makrosysteme, Physik und Mensch ISBN ISBN (ebook) DOI / Alle Rechte vorbehalten Springer Fachmedien Wiesbaden 1979 Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbr, Braunschweig Softcover reprint of the hardcover I st edition 1979 Die Vervielfaltigung und Übertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag vorher vereinbart wurden. Im Einzelfall muß über die Zahlung einer Gebühr für die Nutzung fremden geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt für die Vervielfältigung durch alle Verfahren einschließlich Speicherung und jede Übertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bänder, Platten und andere Medien. Satz: Helmut Becker, Bad Soden/Ts. Buchbinder: W. Langelüddecke, Braunschweig Umschlaggestaltung: Peter Steinthai, Detmold

5 Vorwort Der jetzt vorliegende Band schließt die Darstellung physikalischer Theorie in ihren gegenseitigen Beziehungen ab. Der Versuch, die schwierigen Probleme einer Theorie makroskopischer Vorgänge aufzuzeigen, ohne allzu viel Mathematik beim Leser vorauszusetzen, mußte in diesem Band gewagt werden, um die vielfach herrschende Verschleierung dieser Probleme hinter Schlagworten zu zerreißen. Auch mit der Physik zusammenhängende Probleme mußten aufgezeigt werden. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die handschriftliche Ausarbeitung auch des»dialogs«schon im Juli 1977 fertiggestellt war und bewußt nicht mehr geändert wurde, obwohl inzwischen manche Entwicklungen zu Hinweisen gereizt hätten. Dem Verlag danke ich für das Entgegenkommen, Erweiterungen des Umfangs und zeitliche Verzögerungen hingenommen und so diese in sich zusammenhängende Darstellung ermöglicht zu haben. Vielen meiner Mitarbeiter möchte ich für die wertvolle Hilfe danken, die sie mir durch kritisches Lesen des Manuskripts, durch nochmalige Durchsicht der Korrekturen und durch Aufstellen des Stichwortverzeichnisses (das für alle vier Bände am Ende dieses Bandes erscheint) gewährt haben; es sind dies die Herren Dr. W. Bayer, H. Darachschani, H. Gerstberger, Dr. L. Kanthack, Prof Dr. W. Maaß, Prof Dr. o. Melsheimer, Prof Dr. H. Neumann, R. Werner. Marburg, im Februar 1979 G. Ludwig

6 Inhalt Kurze Anleitung für den Leser Voreinstimmung auf die physikalischen Problemstellungen XIV. Thermodynamik Thermostatik Der Zustandsraum Der Energiesatz Zusammengesetzte Systeme und der Begriff der Temperatur Der Entropiesatz Abhängigkeit der inneren Energie von den Zustandsgleichungen Die freie Energie Die freie Enthalpie Irreversible Prozesse Das Problem des Zustandsraumes Der Energiesatz Der Satz von der Vermehrung der Entropie Anwendung des zweiten Hauptsatzes auf Beispiele der Thermostatik Der Wirkungsgrad von Wärmekraftmaschinen Wärmeleitung in starren Körpern Die Navier-Stokesschen Gleichungen Materialien im elektromagnetischen Feld XV. Das Problem des Aufbaus makroskopischer Systeme aus Atomen Eine extrapolierte Quantenmechanik eines»vielteilchen«-systems Physikalische Problematik von ~l:qexp und ~l:kexp Das Problem der Makroregistrierverfahren und der Makropräparierverfahren

7 VIII Inhalt 4 Thermodynamischer Zustandsraum und Gleichgewichtszustände Der thermodynamische Zustandsraum Thermodynamische Observable Der Ergodensatz Die Entropie Das Modell ~l:kexp Energiesatz Thermostatik Zustandsraum der Thermostatik Der Energiesatz für quasistatische Prozesse Die supermikroskopische Gesamtheit Die mikrokanonische Gesamtheit Die kanonische Gesamtheit und der Begriff der Temperatur Die große kanonische Gesamtheit und das chemische Potential Die Statik kleiner Teilsysteme Beispiele für Zustandsgleichungen Das Problem des Hamiltonoperators Das»klassische«reale Gas Das ideale Fermigas Das ideale Bosegas Termdichte der makroskopischen Energie Ideales Gas aus Atomen mit innerer Energie..., Unschärferelationen der Thermodynamik Thermostatischer Limes Thermodynamisch determinierte Systeme Trajektorien im thermodynamischen Zustandsraum Die Boltzmannsche Stoßgleichung Energiesatz für die Trajektorien Der Entropiesatz für die Trajektorien Scheinbare Unmöglichkeit der Einbettung Hydrodynamik und Boltzmannsche Stoßgleichung Statistische thermodynamische Prozesse Zustandsraum und Trajektorienraum Das Problem der Kompatibilität von ~l:th mit ~l:qexp Die Beschreibung der Dynamik durch die Gesamtheitenmenge Die Masterequation

8 Inhalt IX 11.5 Die thermodynamischen Systeme als physikalische Objekte und das Einbettungsproblem Die»erratene«Masterequation Die Brownsche Bewegung Die Diracsche Störungstheorie und die Masterequation Hinweise auf Anwendungsgebiete Das Problem des Präparierens und Registrierens von Makrosystemen Offene physikalische Fragen bei der Beschreibung der thermodynamischen Observablen Antworttheorien Reduktionstheorien Zweite Quantisierung Lokale Observablenalgebren und unendliche Systeme Das physikalische Problem von (12m und ~m Realität der Atome als Teile eines Makrosystems Physik und Biologie Biologische Systeme als physikalische Systeme Ist die Entwicklung der Lebewesen physikalisch erklärbar Unphysikalische Aspekte an Lebewesen XVI. Das Problem des Registrierens und Präparierens von Mikrosystemen Experimente von Mikrosystemen»ohne«Mikrosysteme Gekoppelte Makrosysteme Das Präparieren und Registrieren zweier zusammengesetzter Makrosysteme Gerichtete Wechselwirkung Wechselwirkungsträger Physikalische Systeme und physikalische Objekte als Wirkungsträger Mikrosysteme als Wirkungsträger Das Präparieren von Mikrosystemen Das Registrieren von Mikrosystemen Das aus Präparieren und Registrieren zusammengesetzte Experiment Die Fixierung der Messung durch das Registriersystem als Makrosystem

9 X Inhalt 4 Theorie des Präparierens und Registrierens von Mikrosystemen Präpariersysteme Registriersysteme Die Elimination der Mikrosysteme XVII Der Mensch als physikalisches System Das Bewußtsein Freier Wille XVIII Wahrscheinlichkeit und Verfügbarkeit Wahrscheinlichkeit für physikalische Möglichkeiten Verfügbarkeit Fast sichere Hypothesen Der Test von Wahrscheinlichkeiten XIX. Das Problem der Entwicklung und Anerkennung einer Theorie Anerkennung und Verwerfung einer'.ß:! Die Entwicklung physikalischer Theorien Xx. Wert oder Unwert der Physik Dialog A X Stabilitätstheorie A XI Bedingungen für stark thermodynamisch ergodisches Verhalten A XII Fastperiodische Funktionen Literaturhinweise Sachwortverzeichnis

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