Vorwort zur 4. Auflage

Die Theoretische Physik ist eine umfangreiche, breit gefächerte Wissenschaft geworden. Es ist für den jungen Studenten schwer, vor der Fülle des zu Erlernenden nicht zurückzuschrecken und sich vielmehr systematisch einen Überblick über das weite Feld von der Mechanik über die Elektrodynamik, die Quantentheorie, Feldtheorie, Kern- und Schwerionenphysik, Statistische Mechanik und Thermodynamik, Festkörperphysik bis hin zur Physik der Elementarteilchen zu verschaffen.

Das alles soll außerdem in acht bis zehn Semestern einschließlich einer ordentlichen Diplomarbeit geschafft werden. Dies ist nur möglich, wenn die akademischen Lehrer mithelfen, die Studenten frühzeitig in die neuen Disziplinen einzuweihen und so Interesse und Begeisterung zu wecken, wodurch wichtige zusätzliche Energien frei werden. Dabei muss auch Unwesentliches weggelassen werden.

An der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main haben wir daher schon seit 1965 die Theoretische Physik in das 1. Studiensemester vorverlegt. Darum werden die Mechanik I und II, die Elektrodynamik und die Einführung in die Quantentheorie in einem Grundkurs vor dem Vordiplom in Verbindung mit vielen mathematischen Erläuterungen und Ergänzungen gelehrt. Nach dem 4. Semester sind Quantentheorie II, Statistische Mechanik und Thermodynamik, Relativistische Quantentheorie und Quantenelektrodynamik (Einführung in die Quantenfeldtheorie) Pflichtvorlesungen. Neben diesem Grundkurs durch die Theoretische Physik werden eine ganze Reihe Ergänzungen und Spezialvorlesungen regelmäßig angeboten. Dazu gehören beispielsweise die Hydrodynamik, Klassische Feldtheorie, Theoretische Optik, Theorie der Streuprozesse, Allgemeine Relativitätstheorie, Theorie der Schwachen Wechselwirkung, Theorie der Elementarteilchen usw. Einige davon, wie z.B. die zweisemestrigen Vorlesungen über Theoretische Kernphysik bzw. Theoretische Festkörperphysik, gehören auch zu den Pflichten für das Diplom in Physik.

Wir stellen hier die Symmetrien in der Quantenmechanik vor. Die Vorlesung ist so gehalten wie die Grundvorlesungen auch: Zusammen mit ausführlichen Erläuterungen des notwendigen mathematischen Werkzeuges, vielen Beispielen und durchgerechneten Aufgaben, versuchen wir den Stoff so interessant wie möglich darzustellen. Dabei haben wir mit den Symmetrien in der Quantenmechanik ein besonders schönes Thema angesprochen.

Die getroffene Stoffauswahl ist unkonventionell, entspricht aber unserer Meinung nach der Bedeutung dieses Gebietes in der modernen Physik. Nach kurzer Vorstellung einiger Symmetrien in der klassischen Mechanik zeigen wir ihre Bedeutung in der Quantenmechanik auf, besprechen ausführlich die Konsequenzen der Rotationssymmetrie und gelangen so zur allgemeinen Theorie der Lie-Gruppen. Die Isospingruppe, die Hyperladung, die SU(3)-Symmetrie und ihre Anwendung in der modernen Elementarteilchenphysik werden ausführlich besprochen.

Wichtige mathematische Sätze haben wir zunächst ohne Beweis zitiert und in ihrer Bedeutung heuristisch erläutert. Kapitel über die Permutationsgruppe, die Methode der Young-Tableaux und über Gruppencharaktere erläutern das Handwerkszeug für die Anwendung der Theorie der Symmetriegruppen. Mit der Behandlung von Charm und der SU(4)-Symmetrie gelangen wir zu einem immer noch sehr aktuellen Gebiet der Physik.

Eine größere mathematische Ergänzung über Wurzelvektoren und klassische Lie-Algebren vertieft das Gesagte, und je ein Kapitel über spezielle diskrete Symmetrien, dynamische Symmetrien, nicht-kompakte Lie-Gruppen und das wichtige Racah'sche Theorem runden die Vorlesung ab.

Dies alles sind Themen, die jüngere Physikerinnen und Physiker faszinieren, weil sie ihnen zeigen, dass man auch schon im 5. Semester ohne Niveauverlust an Fragen der Spitzenforschung herangeführt werden kann. Das in den letzten Jahren aktuell gewordene Thema der Supersymmetrie haben wir allerdings bewusst ausgelassen, um eine Überfrachtung zu vermeiden.

Wir freuen uns, dass der Verlag Harri Deutsch die Vorlesungen, die längere Zeit nur noch in englischer Übersetzung erhältlich waren, jetzt in ansprechender Aufmachung auch dem deutschsprachigen Leserkreis wieder zugänglich macht. Verlag und Autor hoffen, damit eine Lücke in der Lehrbuchliteratur in deutscher Sprache zu schließen.

Wir haben die Gelegenheit genutzt, wo immer möglich auf aktuelle Entwicklungen einzugehen, so etwa auf Neutrino-Oszillationen und die Masse der Neutrinos, auf die Entdeckung der Pentaquark-Zustände, die sich sehr schön im Rahmen der SU(3)-Symmetrie behandeln lassen, auf die Charmonium-Spektroskopie oder die Vermessung des Top-Quark.

Besonderen Dank schulden wir dabei Frau Astrid Steidl für die Erfassung der Abbildungen in elektronischer Form sowie den Herren Dr. Rainer Kissener und Dr. Stefan Scherer für ihre sorgfältige Unterstützung bei der Erstellung der deutschen Neuauflage, der Aktualisierung des Textes und der Überwachung der Drucklegung.