Galileischer Bruch oder Beginn der modernen Physik

Beschreibung des Bildes: Aristoteles‘ Werke beschreiben eine „intuitive“ Welt, die in zwei Teile geteilt ist, die sublunäre Welt (unter dem Mond, einschließlich der Erde) und die supralunare Welt (hinter dem Mond, der Rest des Universums). Die sublunäre Welt ist veränderlich, unvollkommen, vergänglich, sie ist der Ort von Wasser, Luft, Erde und Feuer. Die supralunare Welt ist der Ort des Äthers, unveränderlich, perfekt und unvergänglich. Aristoteles war ein griechischer Logiker, Wissenschaftler und Philosoph, geboren 384 v. Chr. Chr. und starb 322 v. Chr. n. Chr. in Chalkis. Als Schüler und Schüler Platons ist Aristoteles einer der einflussreichsten Denker der westlichen Welt. Seine monumentalen Schriften umfassen einen Großteil des philosophischen und wissenschaftlichen Wissens der Zeit. Die Unterscheidung zwischen Philosophie und Wissenschaft gab es zur Zeit des Aristoteles noch nicht, sie stammt aus dem Ende des 18. Jahrhunderts. Bildquelle:astronoo.com

Geschichte des Galiläischen Bruchs

Wissenschaftshistoriker sind sich einig, dass der Galileische Bruch den Beginn der modernen Physik markiert. Seit dem antiken Griechenland, etwa 4 Jahrhunderte v. Chr., bis zum Ende des Mittelalters (15. Jahrhundert), ist die Weltanschauung stabil, es ist die des großen griechischen Philosophen und Wissenschaftlers Aristoteles (-384–322 v. Chr.). Seine Arbeit im metaphysischen und physischen Bereich ist so umfangreich, dass sie zahlreiche Zivilisationen beeinflussen wird.

Das Denken des Aristoteles wird sich in den Schriften zahlreicher Denker und verschiedener Schulen verbreiten. Aristoteles‘ Werke beschreiben eine „intuitive“ Welt, die in zwei Teile geteilt ist, die sublunäre Welt (unter dem Mond einschließlich der Erde) und die supralunare Welt (hinter dem Mond der Rest des Universums). Die sublunäre Welt ist veränderlich, unvollkommen und vergänglich, sie ist der Ort von Feuer, Luft, Wasser und Erde. Die supralunare Welt ist der Ort des Äthers, unveränderlich, perfekt und unvergänglich.

Die Welt ist also geozentrisch und die Erde steht im Raum, jeder akzeptiert dies, weil es den Beobachtungen der Zeit entspricht. Diese Weltanschauung wird von allen Kommentatoren propagiertAristoteliker(zur Zeit des Aristoteles), derNeuplatoniker(von etwa 300 bis 540), dieAraberin der Mitte des Mittelalters (von etwa 980 bis 1200) wurde dieJuden(von etwa 1130 bis 1200), dieByzantiner(von etwa 1040 bis 1140) und dieMittelalterliche Kommentatoren(von etwa 1180 bis 1280). Natürlich standen einige Mathematiker, Physiker, Astronomen, Philosophen und Popularisierer der Wissenschaft des Spätmittelalters insbesondere dieser geozentrischen Welt skeptisch gegenüberNicole Oresme(1320-1382) undJean Buridan (1292-1363).

Die aristotelische Welt war an ihre Grenzen gestoßen, aber niemand würde sie in Frage stellen, weil sie perfekt zu den „Heiligen Schriften“ des Mittelalters passte. Mit Nikolaus Kopernikus (1473-1543) wird die Welt auf den Kopf gestellt. Der polnische Kanoniker, Arzt und Astronom wird eine Theorie entwickeln, die die Sonne in den Mittelpunkt des Universums stellt (Heliozentrismus), um die sich die Planeten drehen. Die Erde war nicht mehr zentral und unbeweglich, sondern ein Planet wie jeder andere.

Tiefgreifender Paradigmenwechsel

Sein 1543 erschienenes Buch mit dem Titel „De Revolutionibus Orbium Coelestium„wird „weit verbreitet“ verbreitet. Dieser tiefgreifende, sowohl philosophische als auch wissenschaftliche Paradigmenwechsel, den Kopernikus auferlegte, wird als „Kopernikanische Revolution„Aber es war Galileo (1564-1642), der die Wissenschaft in die moderne Welt brachte.

Wenn wir an Galileo denken, stellen wir uns vor, wie er sein Teleskop auf die unebenen Oberflächen des Mondes, die Sterne der Milchstraße, die Monde des Jupiter, die Phasen der Venus oder auf Saturn richtet. Aber es war nicht der Einsatz des Teleskops in der Astronomie, der den Beginn der modernen Physik markierte.

Der Galileische Bruch wird mit der Aussage des markiertGesetz vom Fall der Körperzu Beginn des 17. Jahrhunderts um 1604. Sie sagt: Die erreichte Geschwindigkeit ist proportional zur Dauer des Sturzes und unabhängig von der Masse und Beschaffenheit des Körpers. Dies ist das erste Mal, dass ein physikalisches Gesetz mit dem Parameter „Zeit“ ausgedrückt wurde. Nach Angaben des französischen Physikers Etienne Klein (1958-) ist dies der Galileische Schnitt. Zeit wird zu einer mathematischen Größe und wird in der modernen Physik eine entscheidende Rolle spielen.

Galileis Gesetz der fallenden Körper ist revolutionär, weil es unseren Sinnen zuwiderläuft. Die intuitive Theorie des Aristoteles erscheint uns zutreffender, da sie erklärt, dass schwere Körper schneller fallen als leichte Körper. Aber es ist falsch.

Dialog über die beiden großen Systeme der Welt

Um seine Entdeckungen bekannter zu machen, schrieb Galilei 1632:DIALOG", ein Dialog über die beiden großen Systeme der WeltPtolemaios(90-168) und das vonKopernikus(1473-1543). Er verfasste dieses Werk zum besseren Verständnis auf Italienisch und nicht auf Latein, das damals die Sprache der Veröffentlichungen war. Er wird dafür drei Zeichen verwenden. Für dieses Buch ist diePapst Urban VIII(1548-1644) wird Galilei am 22. Juni 1633 verurteilen.

Auszüge aus dem Buch Galileo mit drei Charakteren über 4 Tage,EinfachheitVerteidiger der Theorie des Aristoteles,Sagredo, ehrlicher Mann, offen und kultiviert undSalviatiwelches die Ideen repräsentiert, die Galileo verbreiten möchte.

Simplicio: Aristoteles hat gezeigt, dass Objekte unterschiedlicher Masse im selben Medium mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fallen und dass diese Geschwindigkeiten proportional zu den Massen der Objekte sind. [...] Sie wollen uns immer noch nicht beweisen, dass eine Kugel aus Kork mit der gleichen Geschwindigkeit fällt wie eine Kugel aus Blei? [...]

Salviati: Ich bezweifle sehr, dass Aristoteles dies auf Erfahrung stützt, um dies zu behaupten. [...]

Simplicio: Seine eigenen Worte zeigen jedoch, dass er das Phänomen beobachtet hat, denn er sagt: „Wir sehen, dass das Schwerste …“ ist. Dieses „wir sehen“ bezieht sich auf eine Erfahrung.

Sagredo: Aber ich, der es prüft, Signor Simplicio, versichere Ihnen, dass eine Kanonenkugel von einhundert oder zweihundert Pfund oder noch mehr bei ihrer Ankunft auf dem Boden nicht die Führung einer Handfläche gegenüber einer Musketenkugel von einem halben Pfund übernommen haben wird, selbst wenn die Fallhöhe hundert Ellen beträgt! [...]

Simplicio: Ich kann kaum glauben, dass ein Bleiriss so schnell fallen kann wie eine Kanonenkugel.

Salviati: [...] Ich möchte nicht, Signor Simplicio, dass Sie sich wie so viele andere auf etwas konzentrieren, das ich gesagt habe und das um ein Haar von der Wahrheit abweicht, um nicht den Fehler zu sehen, der so groß ist wie eine Festmacherleine, den Aristoteles gemacht hat. Aristoteles schreibt: „Eine hundert Pfund schwere Eisenkugel, die aus einer Höhe von hundert Ellen fällt, erreicht den Boden, bevor eine ein Pfund schwere Kugel eine einzige Elle hinabgestiegen ist.“ Ich sage, sie kommen zur gleichen Zeit an. Sie müssen nur experimentieren, und Sie werden feststellen, dass, wenn der große Ball den Boden berührt, der andere nur zwei Finger entfernt ist. Und Sie möchten nun hinter diesen beiden Fingern die neunundneunzig Ellen des Aristoteles verbergen und, meinen minimalen Fehler bemerkend, seinen enormen Fehler schweigend übergehen.

Simplicio: Wie auch immer, ich kann nicht glauben, dass im Vakuum, wenn Bewegung möglich wäre, eine Wollflocke so schnell fallen würde wie ein Stück Blei.

Salviati: Sanft, Signor Simplicio [...], hören Sie sich stattdessen diese Argumentation an, die Sie aufklären wird. Wir untersuchen, was mit Objekten sehr unterschiedlicher Masse in einem Medium ohne Widerstand passieren würde. [...] Nur ein absolut luftfreier Raum würde es uns ermöglichen, eine Reaktion wahrzunehmen. Da ein solcher Raum nicht existiert, werden wir beobachten, was in weniger widerstandsfähigen Umgebungen im Vergleich zu widerstandsfähigeren Umgebungen passiert; und wenn wir feststellen, dass verschiedene Objekte immer weniger unterschiedliche Geschwindigkeiten haben, wenn die Medien immer leichter zu passieren sind, [...] dann werden wir meiner Meinung nach mit großer Wahrscheinlichkeit zugeben können, dass im Vakuum alle Geschwindigkeiten gleich wären. [...] Das Experiment, bei dem man zwei Objekte mit sehr unterschiedlicher Masse aus einer bestimmten Höhe fallen lässt, um zu beobachten, ob ihre Geschwindigkeiten gleich sind, bringt einige Schwierigkeiten mit sich. Wenn die Höhe nämlich groß ist, wird die Umgebung das Lichtobjekt viel stärker behindern und das Lichtobjekt bleibt dann über eine weite Distanz zurück. [...] Wenn wir jedoch zwei Objekte derselben Form und aus demselben Material nehmen und gleichzeitig die Masse eines Objekts und seine Oberfläche verringern, tritt keine Geschwindigkeitsreduzierung auf. [...] Ich komme daher zu dem Schluss, dass alle Objekte mit gleicher Geschwindigkeit fallen würden, wenn wir den Widerstand des Mediums vollständig beseitigen würden.

Hinweis: Galileo stellte sich Experimente mit verlangsamten Stürzen vor, sodass sie mit bloßem Auge leicht messbar waren. Dazu verlangsamt er den Fall von Körpern, indem er sie auf eine glatte, schiefe Ebene legt. Dadurch wird die Wirkung der Schwerkraft reduziert und die perfekt polierten und kugelförmigen Bronzekugeln rollen langsam, angetrieben durch ihr eigenes Gewicht. Nach zahlreichen Tests gelang es Galilei, die Gesetze über den Fall von Körpern zu formulieren.