Physik Galileo Galilei: Theorie geet net ouni Praxis

De Galileo Gallilei ass net ëmsoss ee vun de bekanntesten Nimm aus der Geschicht vun der Physik an der Astronomie. An dat net nëmme well hie kee Konflikt mam Vatikan a mat der Inquisitioun gescheit huet.

Supernova, Stären, Kosmos, Astronomie, Galaxie
D'Supernova vun 1604 war e Beweis dofir, datt net alles fir d'Éiwegkeet ass

De Galileo war net nëmmen e Pionéier an der Astronomie, e war och ee vun den éischte wierklech experimentelle Physiker: Theorie ass a sengen Aen net ouni d’Praxis gaang – an ëmgedréint.  

Zum Galileo senger Zäit huet virun allem d’Weltbild vum Aristoteles dominéiert. Praktesch Versich, déi iwwer einfach Observatioune vun der Natur erausginn, hunn dozou net gehéiert. Réischt mam Ufank vun der der Renaissance ass dëse blanne Glawe lues a lues a Fro gestallt ginn.

Déi éischt Iddi déi an d’Wackele geroden ass, war déi vun engem onverännerlechen a konstanten Universum. 1604 nämlech war op eemol scheinbar en neie Stär um Firmament ze gesinn. Zwar war et eigentlech kee Stär mee eng Supernova, also d'Resultat vun der Explosioun vun engem Stär, mee dat huet gewisen, dass eben net alles fir all Éiwegkeet ass.

En himmlescht Wiesen oder Polenta?

Vun engem streng aristotelesche Standpunkt war d’Optauche vun deem Stär schwéier erklärbar, a mat den Erklärungsversich vun der aler Schoul ass schnell – a ganz ëffentlech – de Geck gemaach ginn. Am "Dialogo di Cecco", engem vun dësem sarkasteschen Text aus der Zäit, bei deem de Galileo zimlech sécher matgeschriwwen hat, gëtt d'Roll vum Fuerscher op eng méi humoristesch Manéier duergestallt. Den Astronom, sou gëtt hei geschriwwen, probéiert bei sou engem neie Phänomen eventuell d'Positioun ze moossen an erauszefannen ob et en Himmelskierper oder e meteorologesche Phänomen ass. Hie spekuléiert awer net, a probéiert net ze roden ob dësem Objet en himmlescht Wiesen ass oder ob en eventuell aus Polenta besteet!

Noutwendegerweis war d'Astronomie eigentlech eng relativ abstrakt Wëssenschaft, an deem Sënn dass zwar Observatiounen als Basis benotzt ginn, mee keng wierklech organiséiert Experimenter méiglech waren. An den éischte Joren no 1600 huet de Galileo dunn awer ugefang sech fir en aneren Deel vun der Physik z'interesséieren, dee sech ganz gutt fir eng méi praktesch Approche eegent: d'Bewegung vu Kierper, hier Vitesse an d'Ännerung vun dëser Vitesse.

Aalt Weltbild vum Aristoteles, nei Iddië vum Galileo

Dobäi muss een sech awer elo zréck an dem Galileo seng Zäit versetzen: dem Aristoteles no falen Objeten no ënne well do hier 'natierlech Plaz' ass, an d'Natur sou den Equiliber sicht. Doriwwer eraus ass ugeholl ginn, dass e Kierper dee sech beweegt, eng Kugel beispillsweis déi iwwer den Dësch rullt, eng bannescht Kraaft huet déi en undreift.

De Galileo huet awer eng aner Iddi proposéiert: e Géigestand, sou seet hien, ass "indifferent" vis-à-vis zu senger Bewegung, a Rou a Bewegung sinn eigentlech net fundamental ënnerschiddlech. Fir dass eng Kugel ufänkt ze rullen oder e Steen iwwer e gefruerene Séi rëtscht, gëtt eng Kraaft gebraucht. Ma des Kraaft ass just fir den Ufank vun der Bewegung wichteg, a si ass och nëmme soulaang do wéi eis Hand a Kontakt mam Géigestand ass.

An grad wéi e Géigestand, deen net ugestouss ginn ass, leie bleift, sou géif och eng Bewegung, wann se bis am Gang ass, einfach onendlech weider goen. Wann also keng Reiwung an och soss kee Widderstand do wär, dee bremst, dann ass keen Ënnerscheed méi tëscht der Bewegung an der Rou.

D'Graf vum Galileo Galilei zu Florenz

Algebra nach onbekannt

Des Iddi ass natierlech eng ganz couragéiert Abstraktioun vun der Realitéit: alles ronderëm eis kënnt iergendwann zur Rou. D'Schwieregkeet war dunn natierlech fir des Iddiën tatsächlech an der Praxis beweisen ze kënnen. An och hei ass et nees wichteg sech an der Zäit zréck ze versetzen: well de ganzen Arsenal vun Hëllefsmëttel déi mir haut als selbstverständlech huelen, stoungen dem Galileo net zur Verfügung.

De Problem fänkt scho mol un mat der mathematescher Method: Den Ist-Gleich-Zeechen, dee mir als selbstverständlech an eise Rechnunge benotzen, war réischt 7 Joer virum Galileo senger Gebuert vum walisesche Mathematiker Robert Recorde agefouert ginn, mee wierklech duerchsetze sollt sech dës Notatioun réischt eng 100 Joer méi spéit.

An och d'Algebra, an d'Méiglechkeet fir Formelen opzestellen an ze veränneren, ass réischt nom Galileo sengem Doud an de Gebrauch komm. Wa mir also haut d'Vitesse als eng Streck gedeelt duerch eng Zäit schreiwe – v = s/t – da war dëst fir de Galileo nach net an enger symbolescher Notatioun méiglech.

Zäit moossen duerch Taktgefill...

Di eenzeg wierklech praktikalel Approche war also fir Vitessen indirekt ze vergläichen. Zwou Bewegunge konnten also nëmme verglach ginn, andeems di zeréckgeluechten Distanzen ënnerteneen an déi néideg Zäitintervallen ënnert sech verglach goufen. Des Proportiounen hunn dann en – relativ ëmständleche – Verglach vun de Vitessen erlaabt.

A wann dëst net scho schwiereg genuch gewiescht wär, de Galileo hat nach mat engem ganz praktesche Problem ze dinn: wéi nämlech kann een Zäite genau genuch moossen? Ëmmerhi goung et jo drëm fir den Afloss vu Reiwungen an ähnleche Widderstänn ze moossen. Ma fir do eppes wierklech Sënnvolles aussoen ze kënnen, ass et wichteg dass d'Miessungen sou genau wéi méiglech waren.

Duerch déi musikalesch Ausbildung, déi en als Kand kritt hat, war dem Galileo säin Taktgefill gutt ausgebilt, an dëst war dofir och en éischte méiglechen Usaz fir Zäit ze moossen. Eng aner Approche, déi en ausprobéiert hat, war fir säi Bols als eng Zort Taktgeber ze benotzen. A béide Fäll awer waren d'Miessungen engersäits ze vill ongenau, well kuerz Zäite kaum miessbar waren, an anerersäits war et natierlech ganz schwéier fir sécher ze sinn, dass all Zäitintervall (all Takt also) wierklech grad sou laang war wéi deen aneren. Schnell goufen dofir och aner Manéieren ausprobéiert. Sou gouf beispillsweis Waasser duerch e klengt Lach aus engem Gefäss oflafe gelooss an dunn opgefaang: de Verglach tëscht dëse gesammelte Quantitéiten huet (och rëm indirekt) e Verglach tëscht den Zäiten erlaabt. Ma méi a méi huet de Galileo sech fir de Pendel interesséiert fir op dësem Wee méi a méi kuerz Zäitintervaller moossen ze kënnen.

... an en Ofdrock am Sand

Nieft dësen direkte Versich fir d'Vitesse ze moossen, huet de Galileo eng aner Approche probéiert: wann eng Kugel um Buedem opschléit, sou seng Iwwerleeung, dann hannerléisst se en Ofdrock. Wann een also eng Kugel aus verschiddenen Héichten op e Sandbuedem fale léisst, da kinnt ee jo mat Hëllef vun der Déift vun dësem Ofdrock op d'Vitesse virum Opschlag schléissen.

Den nächste Schrëtt war dunn natierlech de Versuch, fir dës Faalbewegung als Ganzt ze analyséieren, an net nëmmen de läschte Moment, just virum Opschlag. Eng Fro déi sech hei nämlech gestallt huet war déi, wéi d'Vitesse während dem Fall ännert: ass et sou wéi laang ugeholl ginn ass, dass d'Kugel ganz am Ufank quasi direkt op d'Schlussvitesse kënnt, oder gëtt se während dem Fale graduell méi schnell?

Och hei ass de Galileo mat Experimenter un d'Saach erugaang. An amplaz nëmmen e vertikale Fall ze kucken huet en sech och fir di méi generell Fro interesséiert wéi d'Fluchbunn vun enger Kugel ausgesäit, déi eng schif Bunn erofrullt an dann um Enn fräi weiderfléie kann.

Des Bewegung ass natierlech relativ schnell, a fir di genau Bunn festzehalen huet de Galileo en Trick benotzt, deen en aneren italienesche Fuerscher, de Guidobaldo del Monte, proposéiert hat: amplaz d'Kugel direkt op de Buedem falen ze loossen huet hien eng Holzplaënnert der Bunn placéiert. Wann een d'Kugel elo mat Tënt fierft, dann hannerléisst se beim Opschlag e Punkt um Holz. Wann een dann de Versuch e puer mol widderhëlt an dobäi d'Plaque all Kéiers e Stéck méi déif ubréngt, da kritt een eng ganz Rëtsch Punkten aus deenen een dann di vertikal Bunn vun der Kugel rekonstruéiere kann.

Pendelen als Zäitmiesser

Duerch sou Versich a mat senge méi a méi perfektionéierte Pendelen als Zäitmiesser konnt de Galileo weisen, dass d'Bunn vun der Kugel beim Falen eng Form huet, déi schonns säit der Zäit vun de griichesche Mathematiker gutt bekannt war, nämlech eng Parabole.

Während der selwechter Zäit, huet de Galileo awer och ugefaang sech méi a méi fir di nei erfonnten Teleskopen ze interesséieren. Elo konnt hien net nëmmen d'Bewegung vu Kugelen a Pendele genau ënnersichen, mee och déi vu Mounden ronderëm Planéite wéi dem Jupiter. An domat ass och seng Iwwerzeegung gewuess, dass dem Aristoteles seng Doktrin falsch war: et gouf keng ënnerschiddlech Gesetzer fir d'Bewegung vun den himmleschen an de sublunare Bewegungen. Dat wat op der Äerd gëllt, dat ass grad sou wouer bei de Planéiten an de Stären. Dat ganz Weltbild huet missen iwwerduecht ginn...

 

Net verpassen

Dossieren

  • Klimakonferenz zu Glasgow

    Déi gréissten Weltklimakonferenz zanter Paräis fënnt tëscht dem 31. Oktober an 12. November zu Glasgow statt. Fir eis op der Plaz ass eise Korrespondent Philip Crowther.

  • Verfassungsreform

    D'Verfassung vun 1868 soll duerch eng nei Verfassung ersat ginn. 2009 gouf dëse Reformprozess formell lancéiert an nach ass d'Aarbecht net ofgeschloss. Et ass nach e Referendum iwwer den neien Text geplangt.

Iwwert eis

De radio 100,7 ass deen eenzegen ëffentlech-rechtleche Radio zu Lëtzebuerg. E proposéiert Programmer op Lëtzebuergesch mat engem Fokus op Informatioun, Kultur, Divertissement a mat Akzent op d’klassesch Musek.

Weider liesen