Als Physikstudium wird die Ausbildung zum Bachelor- oder Master der Physik sowie die Ausbildung der Lehramtskandidaten an einer Universität oder Technischen Hochschule bezeichnet. Zudem bezeichnet man damit auch jene Studiengänge, die als Abschluss den Titel Diplom-Physiker verleihen.
Zulassungsbeschränkungen gab es im laufenden Jahrzehnt für Physikstudiengänge nur an wenigen Hochschulen. Generelle Hürden von Hochschulen für die Zulassung zu weiterführenden Studiengängen (Master, Promotion) sind jedoch möglich.
Die Abbruchquote im Physikstudium liegt in der Regel bei über 50 %. Gemäß den Statistiken der Deutschen Physikalischen Gesellschaft haben 1999 in Deutschland 5000–6000 Studienanfänger ein Physikstudium (Diplom oder Lehramt) aufgenommen. Im Jahr 2005, also nach der damals durchschnittlichen Studiendauer von 6 Jahren, gab es ca. 1500 Abschlüsse in Physik. Daraus ergibt sich eine Abbruchquote von ungefähr 70 %. Ca. 30 % der Physikstudenten brechen das Studium in den ersten beiden Semestern ab. Im Jahr 2010 lag die Zahl der Studienanfänger bei ca. 7000 (inkl. Lehramt). Die durchschnittliche Studiendauer lag 2022 bei 7,6 Semestern für einen Bachelorabschluss und 5,7 Semestern im Masterstudiengang.
Dieser Artikel kann nur eine Übersicht über generelle Strukturen und Abläufe geben, da der exakte Ablauf und Inhalt des Physikstudiums von der jeweiligen Hochschule abhängig ist.
Der Diplomstudiengang Der Diplomstudiengang wird seit der Harmonisierung der Studiengänge in Europa durch den Bologna-Prozess nur noch von wenigen Hochschulen, wie z. B. der TU Kaiserslautern angeboten.
Das Physikstudium im Diplomstudiengang gliedert sich dort in ein zweijähriges Grundstudium, an das sich nach einer Vordiplom genannten Zwischenprüfung das Hauptstudium anschließt. Den Kern der Ausbildung bilden Experimentalphysik und theoretische Physik sowie physikalische Praktika. Dazu kommen Vorlesungen in Mathematik und technischer Physik sowie nicht physikalischen Wahlpflichtfächern wie Chemie, Astronomie oder Informatik.
Die Experimentalphysik beginnt mit einem Grundkurs bestehend aus den Gebieten Mechanik und Wärmelehre, Elektrizitätslehre (einschl. Schwingungs- und Wellenlehre) und Optik sowie Quantenphysik. Darauf folgt die angewandte Physik mit Atom-, Molekül- und Festkörperphysik.
Die theoretische Physik wird im Rahmen des Studiums meistens in einen Zyklus aus vier Gebieten eingeteilt: Mechanik (newtonsche Mechanik, analytische Mechanik, spezieller Relativitätstheorie, hamiltonsche Mechanik) Elektrodynamik (Elektro- und Magnetostatik, Lösungen der Maxwellgleichungen, spezielle Relativitätstheorie) Quantenmechanik (schrödingersche Wellenmechanik, heisenbergsche Matrizenmechanik, Dirac-Notation, Grundzüge der theoretischen Atomphysik, Einführung in die relativistische Quantenmechanik) Thermodynamik und statistische Physik (Wärmelehre, statistische Physik, Quantenstatistik, Vielteilchentheorie) Viele Universitäten bieten als Ergänzung dieses klassischen Kanons eine Kursvorlesung über die Mechanik der Kontinua an. Die allgemeine Relativitätstheorie, Quantenfeldtheorien, theoretische Festkörperphysik und weitere Gebiete sind an den meisten Universitäten als Spezialvorlesungen vertreten, gehören aber nicht zum Grundkanon.
Daneben gibt es einen meistens 4-semestrigen Mathematikkurs aus „Grundlagen der Mathematik I und II“ und „höhere Analysis I und II“. Inhalte dieser Kurse sind Grundlagen der Mathematik (Logik, Mengenlehre), algebraische Strukturen, lineare Algebra, Matrizenrechnung, analytische und projektive Geometrie, ein- und mehrdimensionales Differentialkalkül, verallgemeinertes Differentialkalkül auf Mannigfaltigkeiten, Integrationstheorie in einer und mehreren Dimensionen, Einführung in Vektoranalysis und Differentialgeometrie, Einführung in Funktionentheorie und komplexe Analysis. Der Kurs Höhere Mathematik ist dabei meistens etwas kompakter gestaltet als die mathematischen Vorlesungen zur Linearen Algebra und Analysis, inhaltlich sind die Unterschiede jedoch gering.
Des Weiteren gibt es noch Nebenfächer, die je nach Universität stark variieren, etwa: Chemie: Analytische und anorganische Chemie I Informatik: Einführende Veranstaltungen Elektronik Astronomie Werkstoffkunde Betriebswirtschaftslehre (BWL)
Im Hauptstudium gibt es neben den fortlaufenden Vorlesungen in theoretischer Physik und den höheren Vorlesungen in experimenteller Physik (also etwa Festkörper-, Kern- und Plasmaphysik) noch das Physikalische Fortgeschrittenen-Praktikum, das Schwerpunktfach und das Nebenfach des Hauptstudiums oder Alternative zu den beiden Letztgenannten die Wahlpflichtfächer I und II.
Das Fortgeschrittenen-Praktikum hat das Ziel, die Studierenden näher an die modernen Methoden der Experimentalphysik heranzuführen, beinhaltet mitunter aber auch historisch bedeutsame Versuche aus der Zeit der Entwicklung der modernen Physik. Umfang und Inhalt variieren je nach Hochschule sehr stark. Zumeist können die Studierenden aus den vorhandenen Versuchen in einen gewissen Umfang Wunschversuche angeben, die sie in jedem Falle machen möchten. Die angebotenen Versuche werden oft von den experimentell orientierten Lehrstühlen betreut, das Angebot spiegelt dann auch das Forschungsprofil der Fakultät wider. Es wird meistens darauf geachtet, dass die Studierenden einen Überblick über die Breite der Forschung erhalten, also nicht etwa nur Versuche zur Kernphysik absolvieren. Der Umfang der Versuche ist naturgemäß weit größer als im Grundpraktikum. Typische Versuche im Fortgeschrittenenpraktikum sind etwa der Quanten-Hall-Effekt, der Magnetooptische Kerr-Effekt oder Raster-Tunnel-Mikroskopie.
Im Schwerpunktfach werden zusätzliche Vorlesungen, Übungen und Seminare belegt. An manchen Hochschulen besteht zudem das sog. Hauptpraktikum noch. Dieses ist eine halb- bis einjährige Mitarbeit an einem Lehrstuhl – zumeist halbtags – neben dem sonstigen Studienumfang. Viele Universitäten haben dieses im Sinne der Studienzeitverkürzung abgeschafft, mancherorts besteht es noch. Schwerpunktfach ist das Fach, in dem die Diplomarbeit geschrieben wird. Es ist prinzipiell jedes Fach, das durch einen Lehrstuhl an der Fakultät vertreten wird, als Schwerpunktfach wählbar, also etwa Theoretische Festkörperphysik, Experimentelle Festkörperphysik, Experimentelle Kernphysik usw., sofern diese an der Fakultät vertreten werden. Daneben gibt es häufig noch die Möglichkeit, dass Lehrstühle anderer Fakultäten, etwa Mathematik, Elektrotechnik, Chemie, Biologie, Geowissenschaften oder Medizin, Kooptationen mit der Physikfakultät besitzen und ebenfalls Schwerpunktfächer anbieten können, etwa Biophysik, Geophysik, Lasertechnik, Neuroinformatik oder Mathematische Physik. Zumeist sind diese Fächer dann aber Nebenfächer mit der zusätzlichen Option, in diesen ebenfalls die Diplomarbeit schreiben zu können. Viele Fakultäten haben die auch über Wahlpflichtfächer geregelt, von denen eines innerhalb des Physikfachbereiches angesiedelt sein muss, das andere in einem sinnvollen Zusammenhang mit der Physik stehen muss, beide aber für die Abschlussarbeit gewählt werden können.
Nebenfächer sind in der Regel nichtphysikalische Fächer aus dem Angebot der Hochschule, die das Physikstudium sinnvoll ergänzen sollen. Typische Nebenfächer sind: Reine Mathematik (z. B. partielle Differentialgleichungen, Algebra, Topologie) Numerische Mathematik Informatik (z. B. Datenbanksysteme, Betriebssysteme, paralleles Rechnen) Physikalische Chemie (z. B. Reaktionskinetik, Spektroskopiemethoden) Anorganische Chemie (z. B. metallische Reaktionen) Organische Chemie (z. B. Polymererstellung, Photochemie) Materialwissenschaften (z. B. Dünnschichtsysteme, Epitaxie) Elektrotechnik (z. B. Optoelektronik, Hochfrequenztechnik) Biophysik (z. B. Flüssigkeitsspektroskopie) Computational Neuroscience (biophysikalische Modellierung von Neuronen oder neuronalen Netzen) Neuroinformatik (z. B. neuronale Netzwerke, Robotik) Technische Mechanik (z. B. Kontinuumsmechanik, Statik) Geophysik (z. B. Geomechanik, Erdbebentheorie, Aufbau der Erde) Philosophie (z. B. Erkenntnistheorie) Medizinische Physik (z. B. Biomedizinische Messtechnik) Neurophysiologie (z. B. Nervenstimulation) Psychologie (z. B. Wirtschaftspsychologie, Pädagogik) Wirtschaftswissenschaften (z. B. Finanzmathematik, Betriebswirtschaftslehre, Derivatlehre)
Bachelor- und Masterstudiengänge Prinzipiell ergibt sich eine Struktur aus einem 6-semestrigen Bachelor und 4-semestrigen Masterstudium. Am Ende des Bachelorstudium steht eine kurze Studienarbeit, die Masterarbeit dauert zumeist 9 bis 12 Monate. Auch sind prinzipiell der klassische Grundkurs in Experimentalphysik bis zur Atomphysik und Grundlagen in theoretischer Physik (im Bachelorstudiengang) vorgesehen. Weitere Vorlesungen sowohl zur Experimentalphysik als auch zur theoretischen Physik werden als sogenannte Spezialvorlesungen im Master für die Vertiefung der Gebiete angeboten, aus denen die Studenten in der Regel bis auf wenige Einschränkungen frei wählen dürfen. Im Master können sich die Studenten dann auf ein bestimmtes Gebiet spezialisieren. Zum einen betrifft das die Spezialisierung auf die Experimentalphysik oder theoretische Physik, und zum anderen die bereits oben erwähnten Teilgebiete wie Atom-, Kern, Festkörper- oder Teilchenphysik usw.
Mathematikvorlesungen sind in den Physikbachelors stets enthalten.
Aber hier gibt es Abweichungen, so existiert z. B. in Marburg ein Physikstudiengang mit Schwerpunkt Biologie, der geringere theoretische Anteile besitzt. Somit ist dieser Studiengang nicht als klassisches Physikstudium zu sehen.
Exemplarischer Bachelorstudiengang Es gibt keine allgemeinen Schemata, in den sich Physikbachelors abbilden lassen. Inhaltlich sind durch die Notwendigkeit der Akkreditierung dieser Studiengänge gewisse Inhalte verbindlich, von denen Spezialstudiengänge wie „Technische Physik“ oder „Physik mit Schwerpunkt Biologie“ allerdings bereits abweichen können. Der tatsächliche Studienumfang ist zumeist erheblich größer, da die Tiefe dieser Inhalte nicht vorgegeben ist und diese Aufführung den vorgegebenen Rahmen nicht übersteigt, sondern lediglich dem weitgehenden Konsens der Physikergemeinde entspricht.
Diese Inhalte sind: Experimentalphysik Mechanik, Schwingungen und Wellen, Akustik, Spezielle Relativitätstheorie Elektrizitätslehre und Magnetismus Optik (Grundzüge) Wärmelehre Atomphysik Kern- und Teilchenphysik Theoretische Physik Mechanik: Newtonsche Mechanik, Analytische Mechanik (Lagrange-Formalismus), Galilei-Transformationen, Hamiltonfunktion, Spezielle Relativitätstheorie Elektrodynamik: Elektrostatik, Magnetostatik, elektromagnetische Wellen, Maxwell-Axiome Quantenmechanik: Schrödinger-Gleichung, Heisenbergsche Unschärferelation, Wellenfunktionen, Wasserstoffatom, Heliumatom Thermodynamik und statistische Physik: Wärmelehre, Quantenstatistik, Vielteilchentheorie Mathematik (nicht in 2-Fächer-Bachelor, etwa den Lehrerausbildungsmodellen) Analysis (Differential- und Integralrechnung in einer und mehreren Dimensionen, Differentialgleichungen) Lineare Algebra (Vektor- und Matrizenrechnung) Differentialgeometrie (konkret oder zumeist abstrakt wie in der klassischen Ausbildung) Diese Auflistung gilt zunächst für den in der Physik vorgesehenen und teilweise eingeführten Ein-Fach-Bachelor (Bachelor of Science), Modelle für einen Bachelor (of Arts) mit 2 Fächern, von denen eines Physik sein kann, werden aber ebenfalls erprobt – im Zusammenhang mit den Modellen zur gestuften Lehramtsausbildung. Die bisher existierenden Modelle umfassen jedoch, ausgenommen den mathematischen Anteil, in etwa diesen Kanon.
Masterstudium