Vor gut 100 Jahren stellte Emmy Noether die Verbindung zwischen Symmetrien und Erhaltungsgrößen her. Dies stellt seither einen wesentlichen Grundpfeiler der Physik dar.

Nach einer Einführung in den Lagrange-Formalismus, der dem Noether-Theorem zugrunde liegt, haben die Teilnehmenden im Kurs die Möglichkeit, verschiedene Symmetrien und die sich daraus ergebenden Erhaltungsgrößen zu erforschen.

In Kleingruppen erarbeiten sich die Teilnehmenden unterschiedliche Anwendungen von Symmetrien und Erhaltungsgrößen zunächst in der klassischen Physik und schließlich in der Quantenmechanik. In der klassischen Mechanik ist die Impulserhaltung eine Konsequenz der Symmetrie unter Verschiebungen im Raum, die Drehimpulserhaltung folgt aus der Invarianz unter Drehungen und die Energieerhaltung ist eine Folge der Unabhängig der Naturgesetze von der Zeit. Die Relativitätstheorie vereinheitlicht Raum und Zeit zur Raumzeit und untersucht deren Symmetrien. In der Quantenmechanik folgt die Ladungserhaltung aus Symmetrien der Wellenfunktion. Spektren aus der Atomphysik können durch quantenmechanische Betrachtung der Drehimpulserhaltung verstanden werden. In der Teilchenphysik führten Symmetrieüberlegungen zur Vorhersage neuer Teilchen. Es zeichnet sich ab, dass sämtliche Modelle der modernen Physik eine fundamentale Symmetrie besitzen: CPT (Ladungskonjugation, Parität und Zeitinversion).

Symmetrien sind somit ein wichtiges Hilfsmittel, um Naturgesetze systematisch zu verstehen, konkrete Vorhersagen aus mathematischen Modellen abzuleiten und eine physikalische Intuition zu entwickeln.

Grundkenntnisse der Differential- und Integralrechnung (insbesondere Ableiten) sind unabdingbar. Die Bereitschaft zum Durcharbeiten eines Vorbereitungsskripts wird erwartet.