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Galilei


Galilei

Galileo Galilei (* 15. Februar 1564 in Pisa; † 29. Dezember 1641jul./ 8. Januar 1642greg. in Arcetri bei Florenz) war ein italienischer Philosoph, Mathematiker, Physiker und Astronom, der bahnbrechende Entdeckungen auf mehreren Gebieten der Naturwissenschaften machte.

Leben und Werk

Herkunft und Lehrjahre

Galileo Galilei stammte aus einer verarmten Florentiner Patrizierfamilie. Sein Familienzweig hatte den Namen eines bedeutenden Vorfahren angenommen, des Arztes Galileo Bonaiuti (15. Jahrhundert). Galileis Vater Vincenzo war Tuchhändler, Musiker und Musiktheoretiker und hatte mathematische Kenntnisse und Interessen; er untersuchte den Zusammenhang zwischen Saitenspannung und Tonhöhe und erkannte dabei eine nichtlineare Beziehung der Physik.

Galilei wurde als Novize im Kloster der Vallombrosaner erzogen und zeigte Neigung, in den Benediktinerorden einzutreten, wurde aber von seinem Vater nach Hause geholt und 1580 zum Medizin-Studium nach Pisa geschickt.

Nach vier Jahren brach er sein Studium ab und ging nach Florenz, um bei Ostilio Ricci, einem Gelehrten aus der Schule von Nicolo Tartaglia, Mathematik zu studieren. Er bestritt seinen Lebensunterhalt mit Privatunterricht, beschäftigte sich mit angewandter Mathematik, Mechanik und Hydraulik und begann, in den gebildeten Kreisen der Stadt mit Vorträgen und Manuskripten auf sich aufmerksam zu machen. Vor der Accademia Fiorentina glänzte er mit einem geometrisch-philologischen Referat über die Topografie von Dantes Hölle (Due lezioni all’Accademia fiorentina circa la figura, sito e grandezza dell’Inferno di Dante, 1588). 1585/86 veröffentlichte er erste Ergebnisse zur Schwere fester Körper (Theoremata circa centrum gravitatis solidorum) und löste ein antikes Problem (Heron) durch Konstruktion einer hydrostatischen Waage zur Bestimmung des spezifischen Gewichts (La bilancetta, Manuskript).

Hofmathematiker in Florenz, ab 1610

Im Herbst 1610 ernannte der Großherzog der Toskana und ehemalige Schüler Galileis Cosimo II. de’ Medici ihn zum Hofmathematiker, Hofphilosophen und zum ersten Mathematikprofessor in Pisa ohne jede Lehrverpflichtung. Galilei bekam damit volle Freiheit, sich ganz seinen Forschungen zu widmen.

Spätestens bei der Umsiedlung nach Florenz trennte sich Galilei von Marina Gamba, seiner Haushälterin, mit der er drei Kinder hatte: Virginia (Ordensname: Maria Celeste; 1600–1634), Livia (Ordensname: Arcangela; 1601–1659) und Vincenzio (1606–1669). Mit Hilfe eines Bewunderers, des Kardinals Maffeo Barberini und späteren Papstes Urban VIII., brachte Galilei seine Töchter noch vor Erreichen des Mindestalters in einem Kloster unter, denn sie hatten als uneheliche Kinder kaum Aussichten auf eine standesgemäße Heirat. Der Sohn wurde 1613 zu seinem Vater nach Florenz geschickt, nachdem Marina Gamba einen Mann namens Giovanni Bartoluzzi geheiratet hatte. Galilei legitimierte ihn später.

Astronomische Entdeckungen

Galilei setzte seine astronomischen Beobachtungen fort und fand heraus, dass der Planet Venus Phasengestalten wie der Mond zeigt. Die Venussichel und die volleren Phasen interpretierte er derart, dass die Venus zeitweise zwischen Sonne und Erde steht, zu anderen Zeiten aber jenseits der Sonne. Darüber korrespondierte er mit den römischen Jesuiten um Christophorus Clavius (mit diesem hatte er bereits 1587 eine kontroverse Diskussion geführt), welche die Phasengestalt der Venus bereits unabhängig von ihm entdeckt hatten. Über die kosmologischen Konsequenzen und darüber, dass das ptolemäische Weltbild nicht mehr länger haltbar war, waren sich der jesuitische Mathematiker und der Astronom mehr oder weniger im Klaren.

In seiner Begeisterung über seine wissenschaftlichen Erkenntnisse sandte er in seiner Werkstatt gefertigte Fernrohre an Freunde und andere Wissenschaftler. Jedoch erreichten nur wenige Exemplare das gewünschte Auflösungsvermögen. So konnte es geschehen, dass manche die Jupitermonde und andere seiner Entdeckungen nicht erkennen konnten und ihm Täuschungsabsichten unterstellten.

Im Jahr 1611 besuchte Galilei Rom. Er wurde für seine Entdeckungen hoch geehrt und machte mittels seines Teleskops seinen Freunden – darunter auch Jesuiten – unverzüglich „le cose nuove del cielo“ (die neu entdeckten Gegenstände am Himmel) zugänglich: den Jupiter mit seinen vier Begleitern, den gebirgigen, zerklüfteten Mond, die „gehörnte“, d. h. sichelförmige Venus und den „dreifachen“ Saturn. Er wurde daraufhin zum sechsten Mitglied der Accademia dei Lincei ernannt. Diese Ehre war ihm so wichtig, dass er sich fortan Galileo Galilei Linceo nannte.

Bei diesem Aufenthalt hatte er eine Audienz bei Papst Paul V. und traf seinen alten Bewunderer Maffeo Barberini. Ein Jahr später war Barberini dabei, als Galilei eine weitere, unhaltbare Behauptung des Aristoteles mit einem simplen, aber überzeugenden Experiment widerlegte: Eis schwimmt auf Wasser nicht deswegen, weil es zwar schwerer, aber flach ist, sondern weil es leichter ist.

Zwischen Ende 1610 und Mitte 1611 beobachtete Galilei erstmals mit dem Teleskop dunkle Flecken auf der Sonnenscheibe. Diese Entdeckung der Sonnenflecken verwickelte ihn in eine Auseinandersetzung mit dem Jesuiten Christoph Scheiner: Man stritt sowohl um die Priorität als auch um die Deutung. Um die Vollkommenheit der Sonne zu retten, nahm Scheiner an, dass die Flecken Satelliten seien, wogegen Galilei die Beobachtung anführte, dass Sonnenflecken entstehen und vergehen. Er veröffentlichte diese Erkenntnis 1613 in Lettere solari, einem der ersten wissenschaftlichen Werke, die nicht in lateinischer Sprache, sondern in Umgangssprache verfasst wurden.

Für Galilei war es offensichtlich, dass seine astronomischen Beobachtungen das heliozentrische Weltbild des Nikolaus Kopernikus stützten, aber keinen zwingenden Beweis lieferten: Sämtliche Beobachtungen wie etwa die Venusphasen waren auch mit dem Weltmodell des Tycho Brahe vereinbar, wonach sich Sonne und Mond um die Erde, die übrigen Planeten aber um die Sonne drehen. Tatsächlich gelang es erst James Bradley im Jahre 1729, mit der stellaren Aberration die Eigenbewegung der Erde gegenüber der Fixsternsphäre nachzuweisen.

Galilei hielt sich bei der Interpretation seiner astronomischen Beobachtungen zunächst zurück. Jedoch war ihm wohl schon in seiner Zeit in Pisa der Gedanke gekommen, die Drehungen (revolutiones) der Erde um ihre Achse und um die Sonne seien die Ursache für die Gezeiten: „die Gewässer würden dabei beschleunigt und hin- und herbewegt“. Damit glaubte er, einen Beweis für das kopernikanische Weltbild in Händen zu haben. Erst Isaac Newton konnte jedoch beweisen, dass neben der Zentrifugalkraft auch die Anziehungskräfte der Massen von Mond und Sonne für Ebbe und Flut ursächlich sind.

Kontroverse Diskussionen am Florentiner Hof veranlassten Galilei zu erklären, dass eine mit dem kopernikanischen System verträgliche Bibelauslegung möglich sei (Brief an seinen Schüler und Nachfolger in Pisa, Benedetto Castelli, 21. Dezember 1613; Brief an die Großherzogin-Mutter Christine von Lothringen, 1615, jedoch erst 1636 veröffentlicht). Der Brief an Castelli wurde in fehlerhafter Abschrift der Inquisition zugespielt, was Galilei veranlasste, eine korrekte Abschrift hinterherzusenden und selbst nach Rom zu reisen, um seinen Standpunkt zu vertreten.

Im März 1614 gelang es Galilei, das spezifische Gewicht der Luft als ein 660stel des Gewichts des Wassers zu bestimmen – herrschende Meinung war bis zu diesem Zeitpunkt, dass Luft keinerlei Gewicht hat. Dies war eine weitere Widerlegung aristotelischer Anschauungen. In dieser Zeit war er häufig als Gutachter für den Großherzog in technisch-physikalischen Fragen tätig. Als Forscher beschäftigte er sich insbesondere mit Hydrodynamik, Lichtbrechung in Glas und Wasser sowie Mechanik mit der mathematischen Beschreibung der Beschleunigung beliebiger Körper.

In den Jahren 1610–1614 hielt er sich häufig auf dem Landgut seines Freundes Filippo Salviati auf, um seine seit Jahren angeschlagene Gesundheit wiederherzustellen.

Nachgeschichte, Nachruhm

Der Inquisitionsprozess gegen Galilei hat zu endlosen historischen Kontroversen und zahlreichen literarischen Bearbeitungen angeregt; unter anderem in Bertolt Brechts Leben des Galilei.

1741 gewährte die römische Inquisition auf Bitte Benedikts XIV. das Imprimatur auf die erste Gesamtausgabe der Werke Galileis. Unter Pius VII. wurde 1822 erstmals ein Imprimatur auf ein Buch erteilt, das das kopernikanische System als physikalische Realität behandelte. Der Autor, ein gewisser Settele, war Kanoniker. Für Nicht-Kleriker war das Interdikt wohl längst belanglos geworden.

1979 beauftragte Johannes Paul II. die Päpstliche Akademie der Wissenschaften, den berühmten Fall aufzuarbeiten. Am 31. Oktober 1992 wurde der Kommissionsbericht übergeben, und Johannes Paul II. hielt eine Rede, in der er seine Sicht des Verhältnisses von kirchlicher Lehre und Wissenschaft darstellte. Am 2. November 1992 wurde Galileo Galilei von der römisch-katholischen Kirche formal rehabilitiert. Er soll eine Statue im Vatikan erhalten. Im November 2008 distanzierte sich der Vatikan erneut von der Verurteilung Galileis durch die päpstliche Inquisition. Der damalige Papst Urban VIII. habe das Urteil gegen Galilei nicht unterzeichnet, Papst und Kurie hätten nicht geschlossen hinter der Inquisition gestanden.

Galilei wurde wiederholt vorgeworfen, einige der von ihm beschriebenen und als Beleg für die Korrektheit seiner Theorien ausgegebenen Experimente niemals selbst durchgeführt zu haben. Siehe dazu: Betrug und Fälschung in der Wissenschaft

Der Journalist und Schriftsteller Hans Conrad Zander wirft Galilei unter anderem vor, dass dieser durch die Behauptung „perspicilli nuper a se reperti“ die Erfindung des Fernrohrs wider besseren Wissens für sich beansprucht habe.

Wissenschaftliche Leistungen

Methodisches

In methodischer Hinsicht ist die streng mathematische, und zwar geometrische Vorgehensweise Galileis bemerkenswert. Seine wichtigste Arbeit zur Bewegungslehre, die Lehre De motu locali „Über die örtliche Bewegung“ im „Dritten Tag“ der Discorsi von 1638, beginnt mit der „gleichförmigen Bewegung“ (de motu aequabili). Zu ihrer Darstellung bedient er sich zweier skalierter Linien IK und GH, wobei IK „die Zeit an sich“ und GH „den Raum an sich“ repräsentiert. An diesen Linien – als absoluten, invarianten Maßstäben – misst er sodann variable „relative Räume“ und „relative“ Zeiten der Bewegung, aus deren Verhältnis zueinander sich die „Geschwindigkeit“ der Bewegung ergibt. Zugrunde liegt dem eine geometrische Messtheorie von „relativen Räumen“ am absoluten Raum und von „relativen Zeiten“ an der absoluten Zeit, die zu einer Definition der Geschwindigkeit absoluter oder wirklicher geradlinig-gleichförmiger Bewegung nach dem Muster einer viergliedrigen Proportion (tetraktys) führt: Die Wege s und die Zeiten t verhalten sich zueinander ebenso, wie die Elemente S und T der absoluten Maßstäbe „Raum“ und „Zeit“ sich zueinander verhalten. Das Verhältnis S/T ist konstant, da die Maßstäbe unveränderlich sind. Damit tritt in diesem geometrischen Beweis des Maßes der Geschwindigkeit gleichförmig-geradliniger Bewegung erstmals eine Naturkonstante auf; ihre Dimension ist [Raumelement durch Zeitelement, oder L/T]. Sie bindet die Bewegungslehre an ein metrisches absolutes raumzeitliches Maß- und Bezugssystem. In den später üblich gewordenen und in Lehrbüchern zu findenden analytisch-algebraischen Darstellungen der Bewegungslehre Galileis und Newtons ist diese Konstante verloren gegangen; sie erscheint erst wieder in der modernen Physik – jetzt unter der Bezeichnung „Vakuumlichtgeschwindigkeit“.

Kinematik

Die gleichmäßig beschleunigte Bewegung beschäftigte Galilei über vierzig Jahre lang. Seine experimentelle Innovation bestand in der Verwendung der schiefen Ebene, mit der er die Fallgesetze auf einer verlangsamten Zeitskala studieren und – über seinen Puls oder mit Wasseruhren – quantitativ überprüfen konnte.

In seinem frühen Manuskript De motu (1590) vertrat er noch die Meinung, die Beschleunigung hänge von der Dichte ab. Später kam er dann zum Schluss, dass im Vakuum alle Körper die gleiche Beschleunigung erfahren. Im Zusammenhang mit dem Turmargument finden sich kinematische Überlegungen im Dialog über die zwei Weltsysteme; voll ausgearbeitet werden die Fallgesetze im dritten und vierten Tag der vier Tage der Discorsi e Demonstrazioni von 1636/38.

Mit den Fallgesetzen hängt auch das Relativitätsprinzip eng zusammen. Es wird in der modernen Physik durch die Galilei-Invarianz beschrieben und besagt, dass ein gleichmäßig bewegter Beobachter die gleichen physikalischen Gesetze wahrnimmt wie ein ortsfester. Galilei kam bei seinen Schlussfolgerungen dem ersten Bewegungsgesetz Isaac Newtons recht nahe. Das zweite Gesetz nahm er in gewisser Weise bereits vorweg, was Newton später selbst zugab.

Neuere wissenschaftsgeschichtliche Arbeiten betonen, dass Galilei mit seinen Forschungen zur Kinematik nicht alleine stand. Mit dem Thema befassten sich unter anderem Alessandro Piccolomini, Nicolo Tartaglia, Giovanni Battista Benedetti, Francesco Maurolico, Bernardino Baldi, Guidobaldo del Monte, Michel Varro (De motu, Genf 1584) und Francesco Buonamici (De motu, Florenz 1591).

Christiaan Huygens entwickelte später seine Idee einer von einem Pendel gesteuerten Uhrmechanik zur Praxisreife.

Festigkeitslehre

Wie aus dem Titel der Discorsi hervorgeht, veröffentlichte Galilei seine Ergebnisse über die Festigkeit eines Balkens mit dem vollen Bewusstsein, damit eine neue Wissenschaft zu begründen. Die weitere Entwicklung hat ihm recht gegeben; sein Beitrag kann tatsächlich als Begründung der Festigkeitslehre gelten.

Galilei stellte fest, dass die Tragfähigkeit eines Balkens größer ist, wenn man ihn hochkant, nicht flachkant stellt. Er setzte als Erster die äußere Belastung in Relation zu den inneren Spannungen. Eine quantitative Theorie konnte er allerdings noch nicht aufstellen. Den heute Neutralfläche genannten Bereich verschwindender Zug- bzw. Druckspannung ordnete er am unteren Rand des eingespannten Balkens statt in der Mitte des Balkenquerschnittes an. Korrekturen dieses Irrtums konnten sich im 17. und 18. Jahrhundert nicht durchsetzen; erst Anfang des 19. Jahrhundert sorgte Navier erfolgreich für eine Richtigstellung.

Astronomie

Galileis astronomische Entdeckungen sind im biografischen Teil bereits aufgeführt. Einige davon zogen bahnbrechende Erkenntnisse der Geisteswissenschaften nach sich:

- Supernovae finden nicht sublunar statt, sondern weit entfernt: Die Fixsternsphäre ist nicht unveränderlich.

- Die Oberfläche des Mondes ist rau und die Sonne zeigt Flecken: Körper am Himmel sind nicht perfekt.

- Jupiter umkreisen vier Monde. Io, Europa, Kallisto und Ganymed.

- Es gibt weder undurchdringliche kristallene Himmelssphären, noch dreht sich der Äther ewig kreisförmig um die Erde.

- Die Venus zeigt Phasen: Sie muss daher um die Sonne kreisen, nicht um die Erde.

Monde

Weitere Erfindungen

Mehrere von Galileis Erfindungen sind heute nur in seinen Aufzeichnungen und Skizzen erhalten. Er zeichnete unter anderem Skizzen von Geräten wie einer Kombination aus Kerze und Spiegel, um damit das Licht durchs ganze Haus leiten zu können, einen automatischen Tomatenpflücker, einen Taschenkamm, der auch als Essbesteck verwendet werden konnte, und eine Art Vorläufer des Kugelschreibers. Der von ihm entwickelte Temperaturmesser wurde von Fahrenheit 1714 entscheidend verbessert.

(Last Modified: 26. February 2017 10:21:58)
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