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Austausch,

 

1) Makrophysik: der wechselseitige Übergang von Materie (Stoffaustausch), Wärmeenergie (Wärmeübertragung) und Impuls (Impulsaustausch) zwischen zwei oder mehreren Systemen oder deren Systemkomponenten (v. a. in der Thermodynamik und Strömungslehre), beruhend u. a. auf der thermischen Eigenbewegung der Atome und Moleküle, auf Konvektion, Turbulenz, Abstrahlung und chemischen Reaktionen.

 

 2) Meteorologie und Ozeanographie: die durch kleinräumige, schnell wechselnde Luftbewegung (aufgrund von Konvektion und Turbulenz) bewirkte Durchmischung der atmosphärischen Luft, wobei zwischen benachbarten Schichten Luftmengen »ausgetauscht« werden und damit ein Austausch von Masse, Wärme, Energie und auch von Beimengungen wie Wasserdampf und Staub stattfindet, und zwar auch quer zur mittleren Windrichtung. Dieser Austausch ist ein Vorgang, bei dem jede austauschbare Größe zu einem entsprechenden, dem Gradienten dieser Größe proportionalen physikalischen Fluss führt; insbesondere haben die zugehörigen Massen- und Wärmeflüsse in vertikaler Richtung gegenüber denen der molekularen Diffusion und Wärmeleitung eine 10⁶fach höhere Stärke und Reichweite. - Der Austausch sucht eine adiabatische Schichtung mit in allen Höhen gleicher potenzieller Temperatur zu erreichen. Er ist u. a. verantwortlich für die Ausbreitung der täglichen Temperaturwelle vom Erdboden nach oben und für die vertikale Windgeschwindigkeit. In horizontaler Richtung zielt er auf den Ausgleich der Temperaturunterschiede zwischen Pol und Äquator. Entsprechende Durchmischungs- und Transportvorgänge laufen im Meerwasser ab.

 

 3) Mikrophysik: quantenmechanischer Austausch, bei atomaren und subatomaren Systemen auftretende, auf der Nichtunterscheidbarkeit gleichartiger Teilchen beruhende Erscheinung, die mit besonderen physikalischen Effekten (Austauscheffekte), v. a. mit zusätzlichen Kraftwirkungen (Austauschkraft), verbunden ist und sich nur mit der Quantentheorie erklären lässt: Die den jeweiligen Quantenzustand des betrachteten mikrophysikalischen Systems beschreibende quantenmechanische Wellenfunktion (in der Quantenfeldtheorie der Zustandsvektor) wechselt bei Vertauschung der Orts-, Spin- oder sonstigen Koordinaten gleichartiger Teilchen unter Beibehaltung der ihren Zustand charakterisierenden Quantenzahlen höchstens ihr Vorzeichen, sodass ihr Absolutquadrat (als die quantenmechanische Wahrscheinlichkeit des betreffenden Zustandes) unverändert bleibt. Daher ist es niemals feststellbar, welches von diesen Teilchen sich an welchem Ort beziehungsweise in welchem Quantenzustand befindet. Bei einer näherungsweisen Behandlung eines quantenmechanischen Systems mit gleichwertigen Konfigurationen, die sich nur durch eine Vertauschung gleichartiger Teilchen unterscheiden und demzufolge gleiche Energiewerte besitzen, spricht man von Austauschentartung. Diese wird bei Berücksichtigung von weiteren Wechselwirkungen aufgehoben. Es besteht immer eine gewisse Wahrscheinlichkeit für Übergänge (quantenmechanische Resonanz) zwischen solchen Konfigurationen (z. B. der zwei Elektronen des Heliumatoms), die zur Folge haben, dass bei den Observablen (z. B. Energie, Kräfte, magnetischer Moment) zusätzlich zu den klassisch interpretierbaren Anteilen bestimmte Austauschterme hinzukommen.