Was macht Physik und Medizinphysik aus?

Physik ist eine Naturwissenschaft, welche die grundlegenden Eigenschaften von Raum und Zeit, dem Universum und dessen Bausteinen, sowie fundamentale Kräfte und Energieformen untersucht. Das Ziel der Physik ist es, die beobachtbaren Strukturen und Prozesse im Universum zu beschreiben. Sie geht dabei methodisch vor: zum einen gilt es, präzise Beobachtungen durchzuführen und dabei Gesetzmäßigkeiten festzustellen, z.B. die Bewegung von Himmelskörpern mit gigantischen Teleskopen, die Veränderung von Festkörpern mithilfe von extrem starken Lasern und ultrascharfen Mikroskopen in Laboren oder die Entstehung von Elementarteilchen durch riesige Experimente an Teilchenbeschleunigern. Auf der anderen Seite müssen diese Beobachtungen und Gesetzmäßigkeiten durch physikalische Modelle beschrieben werden, z.B. durch den Maxwellschen Elektromagnetismus, die Relativitätstheorie oder die Quantenmechanik. Diese Modelle werden typischerweise in der Sprache der Mathematik formuliert. Dabei beginnt ein spannender Kreislauf, der typisch ist für jede Form von Wissenschaft: Ein aus Beobachtungen abgeleitetes und mathematisch formuliertes Modell macht konkrete Vorhersagen und muss sich an weiteren Beobachtungen messen lassen. Findet man eine Messung, die nicht im Einklang mit dem untersuchten Modell ist, so muss dieses überarbeitet oder sogar verworfen werden. Dies führt zu neuen Vorhersagen und Messungen, und damit auch zu einem verbesserten Verständnis der Natur.

Ein Beispiel: Astronomen beobachten Jahrhunderte lang den Lauf der Planeten, Kepler findet in den Beobachtungen erstaunlich einfache Gesetze, die Newton wiederum mit der Gravitationstheorie erklärt, wobei er im Vorbeigehen die Differentialrechnung erfindet. Berechnungen zeigen dann, dass es noch mehr Planeten geben muss, und schließlich findet sich der Neptun am vorhergesagten Ort.

Physik ist aber nicht nur Grundlagenforschung, sondern oft auch anwendungsbezogen. So gibt es Gebiete der Physik, welche einen starken Überlapp mit anderen, oft technologischen, Bereichen haben. Meist stehen in der angewandten Physik Fragestellungen aus diesen Bereichen im Vordergrund und nutzen zu deren Beantwortung Kenntnisse physikalischer Prozesse und Modelle. Prominente Beispiele sind etwa die Nanotechnologie, die Materialwissenschaft oder die medizinische Physik.

Medizin ist mehr und mehr auch angewandte Physik. Längst sind hochkomplexe und ausgefeilte Geräte weder aus Krankenhäusern noch aus Arztpraxen wegzudenken. Ultraschallsensoren zeigen Ablagerungen in Arterien, starke Magnetfelder in Tomographen machen Muskeln, Organe und Fett sichtbar. Nicht nur bei der Diagnose, auch bei der Behandlung geht es physikalisch zu: Laser schneiden genauer als Skalpelle, Beschleuniger zerstören Tumore mit hochenergetischer Strahlung und schonen gesundes Gewebe rundherum.

Um diese komplexe Technik zu entwickeln und anzuwenden, braucht es Expertinnen und Experten. Es braucht Medizinphysiker*innen. Mit ihrem physikalischen Wissen helfen sie, die Medizin besser, sicherer und damit auch menschlicher zu machen. Dabei schlagen sie eine Brücke zwischen den Disziplinen, aber auch zwischen Industrie und Krankenhaus. Medizinphysiker*innen entwickeln nicht nur die erforderlichen Technologien, sie sind es auch, die sie bei Patient*innen einsetzen. Das verlangt nicht nur fachliches Können, sondern auch Verantwortungsbewusstsein und Geschick im Umgang mit Menschen.