Die Entwicklung der Physik: Von Aristoteles bis zur Neuzeit

Wir blicken zurück auf Aristoteles, einen der Denker, dessen Theorien der Physik mehr geschadet haben. Aristoteles verstand das Universum so, dass die Erde in seinem Zentrum ruht und sich die anderen Planeten in gleichförmiger Kreisbewegung um sie drehen, da für die Griechen die Kreisbewegung die perfekte Bewegung war.

Für die Griechen war nichts unendlich. Aristoteles postulierte die Sphäre der Fixsterne. In diesem Bereich waren die Erde und die Sterne fest im Raum verankert. Die Verhältnisse des Mondes sind komplexer und sehr unterschiedlich. Alles, was sich innerhalb der Mondbahn befindet, nannte man sublunare Substanzen. Und alles, was jenseits der Mondbahn liegt, nannte man die Welt der translunaren Stoffe.

Aristoteles' geozentrisches Weltbild

Die sublunare und translunare Welt

Alles, was in der irdischen (sublunaren) Welt existiert, ist vergänglich, da alles entsteht und vergeht.

Alles, was in der translunaren Welt existiert, ist vollkommen, da sich die Dinge dort nicht verändern und nicht vergehen. Die Bewegung dort ist die perfekte Kreisbewegung.

Die Bewegung in der irdischen (sublunaren) Welt ist chaotisch und linear, während die Bewegung in der translunaren Welt perfekt und kreisförmig ist.

Aristoteles postulierte, dass die Himmelskörper aus einer Substanz bestehen, die eine nahtlose kreisförmige Bewegung ermöglichte – dem sogenannten Äther.

Die Theorie der natürlichen Orte

In der sublunaren Welt gibt es Bewegungen nach oben und unten, links und rechts; es gibt keine Kreisbewegung. Um diese Theorie zu erklären, stützte sich Aristoteles auf das Konzept der natürlichen Orte.

Empedokles sprach von vier Elementen, aus denen die Realität besteht: Erde, Luft, Wasser und Feuer. Die Kombination dieser Elemente lässt die Wirklichkeit entstehen. Aristoteles unterstützte diese Theorie und fügte hinzu, dass diese Elemente übereinander gelagert sind. Jedes Element strebt danach, sich mit dem Element zu verbinden, aus dem es entstanden ist, z.B. Steine mit Erde. Diese Theorie der natürlichen Orte erklärte für Aristoteles die Bewegung ausschließlich in der irdischen Welt.

Dieses System, das die Erde als Zentrum des Universums ansieht, wird geozentrisch genannt.

Das ptolemäische System

Die griechischen Astronomen erkannten jedoch eine Lücke in Aristoteles' Theorie: Die beobachteten Bewegungen der Planeten waren nicht perfekt kreisförmig.

Der Astronom Ptolemäus schlug vor, dass die Erde leicht vom Zentrum des Universums abweicht, um die nicht-kreisförmigen Bewegungen der Planeten zu erklären. Dadurch wurde das geozentrische System in das aristotelisch-ptolemäische System umbenannt.

Kopernikus und das heliozentrische Modell

Ab dem fünfzehnten Jahrhundert brachen viele Veränderungen an. Nikolaus Kopernikus, ein polnischer Priester, untersuchte astronomische Fragen. Kopernikus erkannte, dass die Bewegung der Planeten leichter zu erklären wäre, wenn man die Sonne in den Mittelpunkt des Universums stellte. Da Kopernikus' Theorie nicht nur Aristoteles, sondern auch der Kirche widersprach, veröffentlichte er die Ergebnisse seiner Arbeit zunächst nicht.

Galilei und der Konflikt mit der Kirche

Nach der Lektüre von Kopernikus' Werk kam Galileo Galilei zu dem Schluss, dass dessen Theorie stimmte: Die Sonne war das Zentrum des Universums, und die Erde war nur ein weiterer Planet, der sich um sie drehte.

Galilei verfasste eine Schrift, in der er diese These verteidigte. Hier begann seine Auseinandersetzung mit der Kirche.

Die Kirche verteidigte eine wörtliche Auslegung des Buches Josua, in dem Gott gebeten wurde, die Sonne an einem Tag des Kampfes stillstehen zu lassen, um einen Sieg zu ermöglichen. Dies impliziert, dass sich Sonne und Mond um die Erde bewegen. Im Streit Galileis mit der Kirche wurde der sehr wichtige Astronom Bellarmin beauftragt, Galilei zu widerlegen.

Galilei stand nicht nur der Kirche gegenüber, sondern auch den Humanisten, die den Menschen als Zentrum von allem verteidigten. Auch Physiker, die keine Bewegung der Erde wahrnahmen, waren gegen Galileis Theorie. Galilei wurde schließlich verurteilt.

Galileis Beiträge und Prinzipien

Galileis Beiträge zur Physik und Astronomie sind bis heute relevant, wie die Phänomene der Rotation und Translation oder die physikalische Bewegung des Pendels.

Eine Kritik Bellarmins an Galilei war, dass dieser seine These nicht empirisch beweisen konnte. Dennoch sollte Galileis These siegreich sein.

Galilei stützte sich auf das Konzept von Wilhelm von Ockham, dass Dinge so einfach wie möglich erklärt werden sollten (Prinzip der Sparsamkeit oder Ockhams Rasiermesser). Die Natur und Gott handeln so einfach wie möglich.

Die heliozentrische Theorie (Sonne als Mittelpunkt des Universums) war bereits viel früher von Aristarch von Samos aufgestellt worden, hatte aber keine Beachtung gefunden.

Die Geburt der neuen Wissenschaft

Dieses neue Weltbild, dieser neue physikalische Begriff, wurde als neue Wissenschaft geboren.

Merkmale der neuen Physik

• Alles Wissen muss in mathematischer Form ausgedrückt werden können; dies ist die Mathematisierung der Wirklichkeit.
• Alles Wissen beschränkt sich ausschließlich auf die Bewegung.
• Es gibt kein absolutes Bezugssystem, aber die Gesetze variieren nicht von einem System zum anderen.
• Jedes Phänomen wird durch entsprechende Ursachen und die Gesetze, die es bestimmen, erklärt.
• Die Welt wird als ein großer Mechanismus konzipiert, in dem der Mensch ein Teil ist, was der Physik einen deterministischen Charakter verleiht. Eine Weltsicht, die als große Maschine dient.