Techniklexikon

Wechselwirkung

Klassische MechanikTeilchenphysik, die gegenseitige Einwirkung zweier physikalischer Systeme aufeinander. In der nichtrelativistischen Physik können Wechselwirkungen durch Kräfte, die in der Newtonschen Mechanik augenblicklich, d.h. mit unendlicher Geschwindigkeit, übertragen werden (Fernwirkungstheorie), charakterisiert werden, während in der relativistischen Physik Wechselwirkungen immer mit endlicher Geschwindigkeit übertragen werden (Nahwirkungstheorie) und durch eine Feldtheorie beschrieben werden (z.B. die Elektrodynamik).

Eine Wechselwirkung wird als lokale Wechselwirkung oder Punktwechselwirkung bezeichnet, wenn sie in jedem Raum-Zeit-Punkt unabhängig von allen anderen Raum-Zeit-Punkten eingeführt werden kann; andernfalls heisst sie nichtlokale Wechselwirkung.

Die lokale Wechselwirkung von Feldern wird durch eine in jedem Raum-Zeit-Punkt definierte Hamilton-Dichte bzw. Lagrange-Dichte beschrieben, in die die Produkte der Felder und deren Ableitungen sowie, zur Charakterisierung der Stärke, eine oder mehrere Kopplungskonstanten eingehen (Feldtheorie). Die genaue Gestalt der Wechselwirkungsdichte wird v.a. durch Invarianzforderungen gegenüber bestimmten Symmetrietransformationen (Symmetrie) eingegrenzt.

Zu den elementaren Wechselwirkungen zählt man heutzutage die elektroschwache Wechselwirkung (die Vereinigung von elektromagnetischer und schwacher Wechselwirkung), die starke Wechselwirkung und die Gravitation. Die ersten beiden Wechselwirkungen werden erfolgreich durch Quantenfeldtheorien beschrieben und bilden das Standardmodell der Elementarteilchen. Die durch die klassische Allgemeine Relativitätstheorie beschriebene Gravitation hat ihnen gegenüber eine ausserordentlich kleine Kopplungskonstante und ist hauptsächlich für astronomische Systeme relevant. Für sie existiert noch keine konsistente Quantentheorie, obwohl es eine Reihe von Gründen gibt, die Existenz einer solchen Theorie zu vermuten (Quantengravitation).