Kosmologie und Physik: Eine historische Übersicht

Einführung in Weltbilder

Definition: Weltanschauung

Eine Weltanschauung ist eine Interpretation der Realität, die eine kohärente und systematische Sichtweise der Welt darstellt und hilft, sie zu verstehen.

Arten von Weltbildern

Sie können poetisch, religiös, philosophisch oder wissenschaftlich sein.

Merkmale des christlich-mittelalterlichen Weltbildes

Der Mensch nimmt das Zentrum der Schöpfung ein und ist eng mit der Gottheit verbunden.

Merkmale des klassischen griechischen Weltbildes

Es ist eine Welt, die von Göttern bevölkert ist, die willkürlich in menschliche Angelegenheiten eingreifen und deren Phänomene durch göttlichen Zorn erklärt werden.

Was bedeutet der Ausdruck des Soziologen Max Weber?

Er drückt die Entzauberung der Welt aus, bei der die magischen Beziehungen zwischen Welt und Mensch durch rationales Denken und Wissenschaft ersetzt werden.

Was ist ein wissenschaftliches und/oder philosophisches Weltbild?

Es ist ein kohärentes Bild des Universums, das sich aus der kausalen Erklärung von Phänomenen durch die Gesetze, die sie regieren, und der Vorhersage ihrer Erscheinungen basierend auf Erfahrungen ergibt.

Welche Wissenschaften tragen zum wissenschaftlichen Weltbild bei?

Astronomie, Astrologie und Physik.

Wie können historisch bedingte Weltanschauungen klassifiziert werden?

Antike, moderne und zeitgenössische.

Antike Kosmologie und Philosophie

Eratosthenes' Begründung zur Berechnung des Erdradius

1. Beobachtung der Rechtwinkligkeit der Sonnenstrahlen in Syene (Assuan) während der Sommersonnenwende.
2. Annahme, dass Syene und Alexandria auf demselben Meridian liegen.
3. Berechnung des Winkels des Meridianbogens zwischen diesen beiden Städten.
4. Lineare Messung der Entfernung dieses Bogens.
5. Bestimmung des Erdumfangs aus linearen und Winkelmaßen.
6. Anwendung der Formel L = 2πR zur Ableitung von R.

Worauf basierte der Glaube der Griechen, dass Himmel und Erde verschiedene Welten sind?

Auf der Beobachtung, dass die Bewegung der Sterne regelmäßig und ewig ist, während die Bewegung auf der Erde unregelmäßig ist.

Wie erklärten die Griechen die Vielfalt der Substanzen?

Durch die sukzessive Umwandlung von einem oder mehreren Urprinzipien (Archai).

Theorien über die Prinzipien der Realität

Die Milesier identifizierten das Urprinzip (Arché) als einzigartig, z.B. mit Wasser oder Luft. Die Pluralisten führten verschiedene Prinzipien ein.

Wie stellten sich die ersten Philosophen die Erde vor?

Sie dachten, sie sei flach und vom Ozean umgeben, aber die Pythagoreer schlossen im 5. Jahrhundert v. Chr. auf die Kugelform.

Drei Grundsätze der griechischen Astronomie

1. Die Bewegung der Sterne ist kreisförmig.
2. Das Universum ist geozentrisch.
3. Das Universum ist endlich und durch die letzte Sphäre begrenzt.

Was war laut Gerald Holton das größte Problem der griechischen Astronomie?

Die Erklärung der unregelmäßigen Bewegung der Planeten (das Wort "Planet" kommt von "planetes", was "Wanderer" oder "Landstreicher" bedeutet).

Was war Platons Problem?

Die Bestimmung, welche Art von gleichmäßiger und geordneter Kreisbewegung jedem Planeten zugeschrieben werden sollte, um den scheinbar unregelmäßigen jährlichen Weg zu erklären.

Die Theorie des Eudoxos

Theorie der homozentrischen Sphären. Das Universum besteht aus 27 Sphären (4 Sphären für jeden der Planeten, 3 für den Mond und die Sonne, plus die Fixsternsphäre).

Welche Theorie schlug Aristarch von Samos vor?

Aristarch war der einzige Astronom vor Kopernikus, der die heliozentrische Theorie verteidigte.

Warum war die Theorie des Aristarch nicht überzeugend?

Weil wir die Sonne über dem Horizont aufgehen sehen und weil wir nicht fühlen, dass sich die Erde bewegt.

Was ist das Weltbild der Antike?

Das Weltbild, das Aristoteles im 4. Jahrhundert v. Chr. entwickelte und das bis ins 16. Jahrhundert n. Chr. vorherrschte.

Welchen Charakter hat die irdische Welt bei Aristoteles?

Es ist eine vergängliche Welt der vier Elemente, in der die Bewegungen natürlich oder gewaltsam sein können.

Die wissenschaftliche Revolution und das moderne Weltbild

Theorie, dass es sich nicht notwendigerweise bewahrheitet.

Vertreter des modernen Weltbildes im 16. und 17. Jahrhundert

Kopernikus, Galileo, Kepler, Tycho Brahe.

Kopernikus' Gründe für die Ersetzung des ptolemäischen Systems durch ein heliozentrisches

Jedes Mal, wenn eine neue Beobachtung gemacht wurde, sahen sich die Astronomen gezwungen, neue Epizykel einzuführen. So war die Astronomie mit Kreisen überladen, während das heliozentrische System mathematisch einfacher war.

Im System des Kopernikus hat die Erde drei Arten von Bewegungen

Rotation, Translation und Präzession.

Unterschied zwischen dem griechischen und dem modernen Weltbild (nach A. Koyré)

Das moderne Weltbild (nach A. Koyré) ersetzt die Unterscheidung zwischen der unbestechlichen und unabänderlichen supralunaren Welt und der irdischen Welt des Chaos und der Unordnung durch eine Welt ohne Hierarchien.

Die astronomischen Bewegungen der Erde und die Erklärung der Phänomene durch die Translation

Die Translation ersetzte die Epizykel und die Retrogression. Sie erklärt den Unterschied in der Helligkeit und die rückläufige Bewegung der Planeten als optischen Effekt, der auf die unterschiedlichen Entfernungen zur Sonne zurückzuführen ist.

Galileis Beiträge zur Physik, die der neuen Astronomie entspricht

• Der Beitrag des Teleskops.
• Die Entdeckung der Mediceischen Monde (Jupitermonde).

Zuordnung: Geozentrisch (G) oder Heliozentrisch (H)

Aristoteles_G, Galileo_H, Aristarch von Samos_H, Ptolemäus_G, Brahe_G, Kepler_H, Kopernikus_H, Eudoxos_G.

Wichtige Einwände gegen das heliozentrische Modell

1. Wir nehmen keine Bewegung der Erde wahr.
2. Wir sehen keine Parallaxe bei den Fixsternen.
3. Es wurde nicht erklärt, warum sich die Planeten so bewegten. Es gab keine physikalischen Erklärungen, um seine Behauptungen zu beweisen.

Zwei wichtige Aspekte der neuen Physik

1. Der Triumph des heliozentrischen Weltbildes, da es besser mit den neu entdeckten physikalischen Prinzipien übereinstimmte.
2. Die Vereinigung von Himmel und Erde, da die Gesetze der Himmelsmechanik und der Bewegung irdischer Körper identisch waren.

Drei wichtige Gesetze der neuen Physik

Das Trägheitsprinzip, das Gesetz der universellen Gravitation und das Relativitätsprinzip.

Merkmale des modernen Weltbildes

1. Mechanismus
2. Determinismus
3. Die Verringerung der Rolle Gottes in der Kosmologie
4. Die Bedeutung der Natur
5. Die Macht der Vernunft

Das moderne Weltbild und die Physik: Der Mechanismus – Eine neue Art, die Welt zu verstehen

Er besteht darin, das Universum wie ein Uhrwerk zu erklären, basierend auf materiellen Ursachen und Bewegungen, die mathematisch beschrieben werden können. Während die Erklärung des griechischen Kosmos teleologisch war und die Welt als einen riesigen Organismus mit einer eigenen Seele betrachtete.

Was ist Determinismus?

Er besagt, dass man durch Differentialgleichungen, die in die Bewegungsgesetze geschrieben werden, und die Anfangsbedingungen den Zustand der Welt zu jeder Zeit in der Vergangenheit oder Zukunft vorhersagen kann.

Inwiefern begünstigte die wissenschaftliche Revolution den Atheismus?

Die moderne Wissenschaft benötigte Gott nicht mehr, um das Universum zu erklären.

Die Entwicklung der Physik von Galilei und Newton im 18. und 19. Jahrhundert

Die Physik diente als Modell für andere Wissenschaften. Doch im 20. Jahrhundert transformierten zwei völlig neue Modelle die Physik: die Relativitätstheorie und die Quantenphysik.

Einsteins Werke zur Relativitätstheorie

Einstein veröffentlichte 1905 die Spezielle Relativitätstheorie, die die Relativität in einem rein kinetischen Kontext erklärte. Im Jahre 1916 formulierte er seine Allgemeine Relativitätstheorie.

Moderne Physik: Relativität und Quantenmechanik

Der Kernpunkt von Einsteins Spezieller Relativitätstheorie im Gegensatz zur klassischen Physik

Die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit: Die Lichtgeschwindigkeit ist konstant, unabhängig von der Bewegung oder Ruhe des Bezugssystems, aus dem sie gemessen wird.

Wovon hängen Raum und Zeit laut Einstein ab?

Von der Geschwindigkeit, mit der sich das System bewegt, in dem die Messung beobachtet wird.

Die Relativitätstheorie besagt, dass Raum und Zeit ein vierdimensionales Kontinuum bilden

Demnach sind Raum und Zeit keine unabhängigen und absoluten Größen mehr.

Was ist Zeitdilatation?

Die Zeit vergeht in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich das System bewegt, in dem sie gemessen wird, und ist von der Lichtgeschwindigkeit abhängig.

Wie beeinflusst die Gravitation die Raumzeit in der Relativitätstheorie?

Sie krümmt die Raumzeit. Während die Spezielle Relativitätstheorie die Zeit geometrisiert und sie auf eine weitere Dimension des Raumes reduziert, geometrisiert die Allgemeine Relativitätstheorie die Gravitationskraft, die die Krümmung der Raumzeitlinien in der Nähe von massereichen Objekten bewirkt.

Gibt es momentane Gravitation?

Nein, da keine physikalische Interaktion eine Geschwindigkeit größer als die des Lichts haben kann. Dies zwang Einstein, Newtons Gravitationstheorie zu überarbeiten.

Was ist eine Geodäte?

Es ist ein Weg minimaler Krümmung, also der kürzeste Weg zwischen zwei Punkten auf einer gekrümmten Oberfläche. Die Bahnen der Planeten sind Geodäten.

Eine theoretische Folge der Relativitätstheorie ist die Expansion des Universums. Wer hat sie tatsächlich nachgewiesen?

Der US-amerikanische Astronom Edwin Hubble, indem er beobachtete, dass das Lichtspektrum entfernter Galaxien zum Roten hin verschoben ist.

Drei Theorien der Quantenphysik

1. Die Theorie des Welle-Teilchen-Dualismus.
2. Die Unschärferelation.
3. Die Theorie der Quanten-Superposition.

Entwicklung der Theorie des Welle-Teilchen-Dualismus

1. Planck wies 1900 nach, dass ein schwarzer Körper Energie nicht kontinuierlich, sondern in diskreten Paketen (Quanten) freisetzt.
2. Einstein identifizierte diese Lichtquanten als Photonen.
3. De Broglie bewies, dass sich nicht nur Photonen, sondern alle Teilchen sowohl als Teilchen als auch als Wellen verhalten.

Was besagt die Heisenbergsche Unschärferelation?

Dass es unmöglich ist, gleichzeitig die genaue Position und Geschwindigkeit eines Elementarteilchens wie des Elektrons zu bestimmen.

Was ist das Superpositionsprinzip?

Ein Teilchen kann gleichzeitig verschiedene Werte für dieselbe Größe annehmen.

Was ist der Kollaps der Wellenfunktion?

Der Kollaps der Wellenfunktion bedeutet, dass die überlagerten Zustände verschwinden und nur einer der möglichen Zustände erscheint. Dies geschieht, wenn wir ein quantenmechanisches System beobachten wollen, wie es die Unschärferelation impliziert.

Worin besteht das Paradox von Schrödingers Katze?

Dieses Paradoxon erklärt, was passieren würde, wenn die Wellenfunktion nicht kollabieren würde: Die in der Box eingesperrte Katze wäre gleichzeitig tot und lebendig.

Philosophische Implikationen des quantenphysikalisch-relativistischen Weltbildes

1. Aufhebung der Subjekt-Objekt-Trennung.
2. Indeterminismus und Bruch mit dem Zufall.
3. Infragestellung des gesunden Menschenverstandes.

Warum ist es unmöglich, Subjekt und Objekt zu trennen?

Weil der Versuch, ein Objekt zu beobachten, bedeutet, mit ihm zu interagieren.

Welches Phänomen stellt den Zufall grundsätzlich in Frage?

Radioaktiver Zerfall ist ein Phänomen, das spontan auftritt, ohne eine bestimmte Ursache zu haben.