Galileo Galilei: Beiträge zur modernen Wissenschaft

Galileos Beiträge zur Physik

Grundlagen der Galileischen Relativitätstheorie

• Das Pendel
• Die gleichförmige Bewegung
• Der freie Fall von Geschossen

Diese Konzepte bilden die Grundlagen der Galileischen Relativitätstheorie.

Zerstörung der Aristotelischen Physik

Mit diesen Beiträgen zerstörte Galileo die aristotelische Physik in mehreren Punkten:

• Die Falschheit der Unterscheidung zwischen schweren und leichten Körpern: Alle Körper sind schwer. Die Schwerkraft (oder Leichtigkeit) hängt nicht von der Art des Körpers ab, sondern von seiner Position in Bezug auf andere umgebende Körper.
• Bewegung und Ruhe sind keine intrinsischen Eigenschaften der Körper, sondern Zustände, die für die Bewegung oder Ruhe gleichgültig sind. Das heißt, die Natur eines Körpers bleibt dieselbe, ob er sich bewegt oder nicht; das Einzige, was sich ändert, ist seine Position relativ zu anderen Körpern.
• Die Unterscheidung zwischen natürlichen und gewaltsamen Bewegungen ist unzureichend.
• Die wissenschaftliche Revolution der Renaissance wendet sich gegen die Vorstellung von perfekten und imperfekten Bewegungen.
• Die Bewegung als solche benötigt keinen ständigen Antrieb und setzt sich fort.
• Die Geschwindigkeit, die Körper im freien Fall erreichen, hängt nicht von ihrem Gewicht ab, sondern von der Fallzeit.

Die Transformation durch moderne Wissenschaft

Die Beiträge der modernen Wissenschaft transformierten die Zukunft der westlichen Gesellschaft. Im Bereich des Wissens lassen sich folgende Punkte festhalten:

Wichtige Erkenntnisse und Entwicklungen

• Die neue Sicht des Universums

  Der geschlossene, geozentrische Kosmos des Aristoteles wird durch ein mechanistisches Universum ersetzt, in dem alles durch Materie in Bewegung erklärt wird. Metaphysische Aspekte der Natur (wie Ziele und Ursachen) verschwinden, und das Konzept der Weltseele wird durch physikalische Kräfte ersetzt.

• Die neue wissenschaftliche Methodik

  Sie wird zu einem Modell und Ideal für Wissenschaftler und Philosophen späterer Jahrhunderte. Insbesondere die mathematisch orientierten Rationalisten folgen dieser Methode, während die britischen Empiristen den experimentellen Ansatz betonen.

• Grundsätze für die Zukunft der Wissenschaft

  • Rationalismus

    Die Struktur der Realität zeigt sich nicht so, wie unsere Sinne sie wahrnehmen, sondern wird bei Bedarf durch unsere Vernunft erschlossen.

  • Mathematizismus

    Die Struktur der Realität ist mathematisch, ebenso wie die unseres Geistes. Wenn alles richtig funktioniert, ist sie mathematisch unfehlbar und Ausdruck der Realität.

  • Phänomenologie

    Die Aufgabe der Wissenschaft ist es nicht, zu untersuchen, warum und wofür eine Reihe von Phänomenen existiert, sondern wie sie ablaufen, und dabei nur das Quantifizierbare zu berücksichtigen.

  • Simplizität

    Die Natur arbeitet auf die einfachste Weise (man soll nicht viele Dinge annehmen, die mit weniger erklärt werden können), daher ist die einfachste Erklärung der komplexen vorzuziehen.

  • Veränderung des Ursachenbegriffs

    Antike und mittelalterliche Philosophen betrachteten die Ursache-Wirkung-Beziehung überwiegend aus einer ontologischen Perspektive. Für Aristoteles ist die Ursache das, wodurch etwas ist und sich so verhält, wie es ist, und somit alles Notwendige zu seiner Erklärung liefert. Oft wurde der Begriff der Ursache in enger Beziehung zur Substanz untersucht.

    Im Gegensatz dazu lässt sich für die Untersuchung der Ursache in der Renaissance und der frühen Neuzeit grob sagen, dass ein prinzipieller Unterschied zu den meisten antiken und mittelalterlichen Vorstellungen besteht, insbesondere hinsichtlich der Idee der Entscheidungen. Die Art der Ursache, die in der neuen Physik zum Ausdruck kommt, stellt eine scharfe Trennlinie dar. Vor Galileo war die Vorstellung von Ursache hauptsächlich eine Erklärung für die Dinge selbst. Mit Galileo bezieht sich der Begriff der Ursache auf messbare und mathematisch ausdrückbare Variationen und Verschiebungen. Die moderne Physik verzichtet darauf, die ontologische Natur des Wandels zu erklären, sondern konzentriert sich auf die messbare Bewegung.

    Es wird eine Denkrichtung eingeführt, die versucht, den Ursachenbegriff den Vorstellungen von Status, Beziehungen, Gesetz und Funktion anzunähern. Parallel zur empirischen Methode als Wissensquelle hat sich eine Definition etabliert, die heute breite Akzeptanz findet: Eine Ursache hat keine Wirkung ohne einen Präzedenzfall, ohne den die betreffende Wirkung niemals eingetreten wäre. Dies ist ein mechanistischer Kausalitätsbegriff, der in wissenschaftlichen Kreisen sehr populär ist. Im Zusammenhang mit dieser neuen mechanistischen Weltanschauung wird von den vier von Aristoteles entwickelten Aspekten der Kausalbeziehung nur noch die effiziente Ursache beibehalten. In diesem Konzept beschreibt Ursache eine Reihe von Ereignissen, die auf die eine oder andere Weise zu einem weiteren Ereignis führen, das als Wirkung bezeichnet wird. Doch das Ergebnis der Ursache oder "Sache" ist genau der Punkt, über den Schulen und Autoren unterschiedlich denken.

Die resolutiv-kompositive Methode: Analyse und Synthese

Obwohl der Begriff nicht vollständig auf Galileo zurückgeht, war er es, der ihn systematisierte und legitimierte. Diese wissenschaftliche Arbeitsweise setzt bestimmte Grundsätze voraus, wie:

• a) Die Ablehnung von Autoritätskriterien.
• b) Das Prinzip der Einfachheit der Natur (Ökonomie).
• c) Die Möglichkeit, die Natur durch Mathematik zu erklären.
• d) Phänomene: Es wird versucht, das zu erklären, was beobachtet und gemessen werden kann, abgesehen von metaphysischen Überlegungen.
• e) Die Notwendigkeit des Experiments: Das Erlebnis kann nur eine subjektive Beobachtung von Tatsachen sein. Das Experiment hingegen ist ein mathematisches Projekt, das im Voraus die relevanten und quantifizierbaren Eigenschaften eines Phänomens auswählt und alle anderen verwirft. Nicht quantifizierbare Eigenschaften oder Merkmale bezeichnete Galileo als sekundäre Qualitäten, im Gegensatz zu den messbaren primären Qualitäten.

Struktur der Methode

1. Auflösung (Analyse)

   Das zu untersuchende Phänomen wird analysiert und auf seine wesentlichen Eigenschaften reduziert (oder fokussiert), wobei alle anderen verworfen werden. Unter wesentlichen Eigenschaften versteht man hierbei Daten, die das Phänomen erklären können. Es wird betont, dass nur die primären Qualitäten berücksichtigt werden, aber viele davon werden verworfen, wenn sie für die Erklärung des Phänomens nicht relevant sind. Dies beginnt einen Prozess der Abstraktion, der Vorsicht und wiederholte Beobachtung der Fakten erfordert.

2. Zusammensetzung (Synthese)

   Dies umfasst wiederum zwei Schritte: die mathematische Formulierung einer Hypothese, die das Phänomen erklärt, und die Ableitung von Konsequenzen aus dieser Hypothese, die experimentell überprüft werden können. Dies ist der entscheidende Moment des Verfahrens und wird später als hypothetisch-deduktive Methode bezeichnet.

3. Experimenteller Test

   Die Hypothese wird durch Experimente getestet, um die Richtigkeit der erklärenden Hypothese zu überprüfen. Es ist wichtig, die Bedeutung der Methode für den Aufbau eines mentalen Modells zur Erklärung der Phänomene zu betonen. Es ist unbestreitbar, dass Naturgesetze nur durch Experimente bestätigt werden können. Wenn eine Hypothese nicht bestätigt wird, bleibt der mathematisch gültige Erklärungswert bestehen, wird nicht rückgängig gemacht, sondern erwartet weitere experimentelle Fortschritte. Andererseits nutzt die Vernunft die Natur, um ihre eigenen Erklärungen zu überprüfen. Diese Haltung prägt den modernen Rationalismus (z.B. Descartes): Die Vernunft wird über die Erfahrung gestellt und schließt jede Autorität aus, sei es Tradition oder die Sinne.