Galileo Galilei

Erste Untersuchungen von Fall- und Wurfbewegungen

Aus Briefen und anderen Äußerungen geht hervor, dass GALILEI sich in der Zeit seines Wirkens in Pisa und Padua schon intensiv mit der Untersuchung von Fall und Wurf befasst hat. Seine älteste Schrift dazu unter dem Titel „Über die Bewegung“ („De motu“) blieb 1590 zunächst unveröffentlicht, sie stellt jedoch die Ausgangsposition seiner mechanischen Arbeiten dar. Dazu nutzte er Erkenntnisse, die er durch frühe Beobachtungen von Tierbewegungen gewonnen hatte.

Bis zum Jahre 1609 hatte GALILEI die Fallbewegung als eine beschleunigte Bewegung, bei der die Geschwindigkeit des fallenden Körpers in gleichen Zeiten um gleiche Beträge zunimmt, erkannt. Dennoch handelt es sich bei den GALILEI zugeschriebenen Fallversuchen am schiefen Turm von Pisa offenbar um Legenden.

Bau eines Fernrohrs und astronomische Entdeckungen

Im Jahre 1609 erhielt GALILEI Kunde vom Bau eines Fernrohrs in den Niederlanden. Er konstruierte sofort auch ein solches Instrument (galileisches Fernrohr) und berichtete davon in seinem ersten herausragenden Buch, der „Botschaft von den Sternen“ (1610):

„Zunächst stellte ich mir ein Fernrohr aus Blei her, an dessen Ende ich zwei Glaslinsen anbrachte, beide auf der einen Seite eben, auf der anderen die eine kugelförmig konvex, die andere konkav. Als ich dann das Auge an das Hohlglas brachte, sah ich die Gegenstände beträchtlich groß und nahe …“

Zunächst erprobte und demonstrierte er sein Fernrohr an irdischen Objekten, danach richtete er es als einer der ersten Naturforscher gegen den Himmel. So beschrieb er in der genannten Schrift die gebirgige Struktur der Mondoberfläche und schätzte aufgrund der durch das Sonnenlicht bedingten Schatten der Mondgebirge sogar deren Höhe.

Er bestätigte auch die schon von DEMOKRIT geäußerte Ansicht, dass die Milchstraße eine Anhäufung von Sternen sei. Eine der wichtigsten Entdeckungen GALILEIs auf astronomischem Gebiet war im Januar 1610 die von vier Jupitermonden. Er hielt sie zunächst für kleine Fixsterne. Dann bemerkte er ihre Ortsveränderung gegen den Jupiter und untereinander, schließlich konnte er die Dauer ihrer Umläufe bestimmen.

GALILEIs Entdeckungen zeigten die überragende Bedeutung des Fernrohres für die Astronomie. Die in der „Botschaft von den Sternen“ vorgelegten astronomischen Erkenntnisse waren eine wichtige Stütze für das heliozentrische Weltbild (Sonne steht im Zentrum des Universums). Dessen Gegner, die Anhänger von ARISTOTELES, misstrauten jedoch diesen Angaben. Sie waren im geozentrischen Weltbild (Erde steht im Zentrum des Universums) so befangen, dass sie sich weigerten, durch das Fernrohr zu schauen und darin Gaukelei und optische Täuschung vermuteten.

Als Philosoph und Mathematiker in Florenz

Seine wissenschaftlichen Erfolge brachten GALILEI im September 1610 die Stelle als „Philosoph und Erster Mathematiker des Großherzogs von Toscana“ in Florenz ein. Um diese Anstellung hatte er sich seit längerer Zeit bemüht, da er, frei von den Verpflichtungen eines Universitätslehrers und materiell gesichert, sich nur noch der wissenschaftlichen Arbeit widmen wollte.

In Florenz setzte GALILEI die astronomischen Beobachtungen fort. Das Ringsystem des Saturns konnte er mit seinem Fernrohr noch nicht auflösen. Er glaubte, drei nebeneinanderstehende Himmelskörper zu sehen und sprach deshalb von der „Dreigestalt“ des Saturns. Er entdeckte die Venusphasen, die die Bewegung dieses Planeten um die Sonne bewiesen. Wie es zu seiner Zeit üblich war, unterrichtete GALILEI Freunde und Fachkollegen, darunter auch KEPLER, über diese Erkenntnisse in Form eines lateinischen Anagramms (Buchstabenrätsels), um sich die Priorität an seiner Entdeckung zu sichern.

Im Frühjahr 1611 reiste GALILEI nach Rom, wo er mit seinen Vorträgen und astronomischen Demonstrationen auch bei den Mathematikern und Astronomen des Collegium Romanum, der zentralen wissenschaftlichen Instanz des Jesuitenordens, großen Erfolg hatte. Man bestätigte die von ihm beschriebenen Erscheinungen. Der Zusammenhang mit der kopernikanischen Lehre wurde dabei allerdings nicht berührt.

Aufgrund seines gesamten wissenschaftlichen Werks wurde GALILEI als Mitglied in die Accademia die Lincei (Akademie der Luchse) zu Rom aufgenommen. Sie wurde wenige Jahre zuvor gegründet und war damals die bedeutendste wissenschaftliche Vereinigung seines Landes.

Auseinandersetzung mit Kirche und Inquisition

Im Jahre 1613 äußerte sich GALILEI in Briefen erstmalig über die Stellung der Bibel zu seinen astronomischen Entdeckungen. Obwohl überzeugter Katholik, glaubte er, zur Rechtfertigung der kopernikanischen Lehre gewisse Bibelstellen auf seine Weise auslegen zu dürfen. Damit hatte er jedoch in die unmittelbare Kompetenz der katholischen Kirche eingegriffen, was diese auch angesichts des damaligen Abwehrkampfes gegen den Protestantismus im Interesse ihrer Macht nicht dulden wollte. Die Auseinandersetzungen um die Trennung von Theologie und Naturwissenschaften spitzten sich zu.
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Am 19. Februar 1616 waren von der Inquisitionsbehörde theologische Sachverständige des Heiligen Offiziums zur Beurteilung der folgenden zwei kopernikanischen Thesen aufgefordert worden:

• Die Sonne ist der Mittelpunkt der Welt und besitzt keinerlei örtliche Bewegung.
• Die Erde ist nicht der Mittelpunkt der Welt. Sie bewegt sich als Ganzes sowie in täglicher Umdrehung um sich selbst.

Bereits am 24. Februar 1616 veröffentlichte man das Gutachten. Die erste These wurde als philosophisch töricht und absurd, außerdem formell ketzerisch angesehen. Die zweite These wurde zusätzlich als irrig im Glauben beurteilt. Daraufhin verbot man im Dekret vom 5. März 1616 die kopernikanische Lehre. GALILEI wurde ermahnt, von der Verteidigung dieser Lehre abzusehen. Der Widerspruch zwischen theologischem Dogma und wissenschaftlicher Wahrheit war unüberbrückbar geworden.

Das Werk „Dialog über die beiden Weltsysteme“

Im August 1623 wurde Kardinal BARBERINI als URBAN VIII. zum Papst gewählt. Da dieser GALILEIs Förderer war, mit dem er sich seit Jahren in einem angeregten wissenschaftlichen Gespräch befand, glaubte GALILEI, unter Verkennung der gesellschaftlichen Situation, die Aufhebung des genannten Verbots bewirken zu können. Er hielt die Zeit für gekommen, einen schon sehr lang gehegten Plan zu verwirklichen und ein Buch über die beiden Weltsysteme zu schreiben. Dieses erschien 1632 im Druck, wozu nach mehreren Einsprüchen die päpstliche Zensur ihre Genehmigung gegeben hatte. GALILEI musste allerdings in einem Vorwort und in einem Schlussabschnitt den hypothetischen Charakter seiner Gedanken betonen. Der Titel lautete: „Dialog über die beiden hauptsächlichen Weltsysteme, das ptolemäische und das kopernikanische“.

Dieser „Dialog“, auch literarisch ein hervorragendes Werk, war nicht in lateinischer, sondern italienischer Sprache geschrieben. GALILEI konnte so nicht nur von den Gelehrten, sondern von vielen Menschen verstanden werden.
Gesprächspartner in diesem Dialog sind SALVIATI, der die neuen Gedanken vorträgt und verteidigt, und SAGREDO, der gebildete und aufgeschlossene Laie, der von GALILEI belehrt und gewonnen werden soll, sowie SIMPLICIO, der Anhänger der aristotelischen Lehre. Das Werk gliedert sich in vier Tage, an denen mehr oder weniger geschlossene Teilgebiete behandelt werden.

Am ersten Tag wird die Gleichwertigkeit von irdischen und himmlischen Körpern und Erscheinungen behandelt, am zweiten die Rotation der Erde um ihre Achse, am dritten die jährliche Bewegung der Erde um die Sonne. Am vierten und letzten Tag wird eine neue Theorie der Gezeiten erörtert. In der Darstellung von physikalischen und astronomischen Sachverhalten wird auch GALILEIs methodisches Vorgehen deutlich, das aus einer ausgewogenen Kombination von Induktion und Deduktion bestand. Charakteristisch ist sein Bestreben, die Mathematik seiner Zeit, geometrische Darstellungen und Proportionen, zur Naturbeschreibung heranzuziehen.

In einigen Punkten war GALILEI noch der alten Denkweise verhaftet. So glaubte er z. B., dass auch im kopernikanischen System die Welt durch eine Kugel abgeschlossen ist. Obwohl Kepler bereits im Jahre 1609 Ellipsenbahnen für die Planeten angenommen hatte, hielt GALILEI an Kreisbahnen fest.

Abschwörung vor dem Inquisitionsgericht

Der „Dialog“ wurde von Kreisen der katholischen Kirche sofort sehr heftig diskutiert und angegriffen. Er stellte einen offenen Bruch mit den religiösen Dogmen dar. Seine weltanschauliche Sprengkraft äußerte sich darin, dass sich der gläubige Christ GALILEI gezwungen sah, die Anerkennung von Naturgesetzen über das biblische Bekenntnis zu stellen. Außerdem sah sich der Papst selbst in der Person des SIMPLICIO lächerlich gemacht. Bereits im August 1632 wurde der weitere Vertrieb des Werkes verboten.

Am 12. April 1633 begann das Inquisitionsgericht gegen GALILEI zu verhandeln. Er wurde für schuldig befunden, an der verbotenen Lehre des KOPERNIKUS festgehalten und diese verteidigt zu haben. Am 22. Juni 1633 hat er den verlangten Schwur gegen diese Lehre geleistet. In der ihm vorgelegten Abschwörungsformel hieß es unter anderem:

„… so bin ich demnach als der Ketzerei schwer verdächtig erachtet worden, das heißt: festgehalten und geglaubt zu haben, dass die Sonne das Zentrum der Welt und unbeweglich, und die Erde nicht Zentrum sei und sich bewege. … Darum, da ich nun Euren Eminenzen und jedem katholischen Christen diesen starken, mit Recht gegen mich gefassten Verdacht nehmen möchte, so schwöre ich ab, verwünsche und verfluche ich mit aufrichtigem Herzen und ungeheucheltem Glauben die genannten Irrtümer und Ketzereien …“.

Der Prozess gegen GALILEI stellte im Konflikt zwischen dem kirchlichen Dogma und dem wissenschaftlichen Weltbild einen Höhepunkt dar. Das Problem der Bewegung der Erde und der Planeten stellte über die Astronomie hinaus auch die religiösen Vorstellungen vom Bau des Himmels und damit den Wahrheitsanspruch der von der Kirche getragenen theologischen und gesellschaftlichen Auffassungen in Frage. Im Jahre 1600 wurde GIORDANO BRUNO (1548–1600) u. a. für die Verbreitung der kopernikanischen Lehre noch hingerichtet. GALILEI wurde, auch wegen seines großen wissenschaftlichen Ansehens, schon vorsichtiger behandelt. Bereits 1635 erschien das verbotene Werk in der niederländischen Stadt Leiden in lateinischer Sprache.

GALILEIs letzte Jahre – Schaffung einer neuen Mechanik

Nach seiner Verurteilung lebte GALILEI als Gefangener der Inquisition in einem Haus auf dem Landgut Arcetri bei Florenz. Hier vollendete er, schon über 70 Jahre alt, seine Bewegungslehre. Er schrieb ein Werk mit dem Titel „Unterredungen und mathematische Demonstrationen über zwei neue Wissenschaften, die Mechanik und die lokale Bewegung betreffend“.

Das Buch mit dem Titel „Discorsi“ ist mit den schon genannten Gesprächspartnern wieder in Dialogform geschrieben, obwohl es mehr den Charakter eines physikalischen Lehrbuches hat. Es gliedert sich in vier Tage. Nach GALILEIs Tod wurden aus seinem Nachlass für die zweite Auflage noch zwei weitere Tage hinzugefügt. In diesem Werk äußerte er sich aber auch noch über eine Reihe mathematischer Probleme (mengentheoretische Betrachtungen, geometrische Konstruktionen).

Angeregt durch ballistische Studien und Untersuchungen von Pendelbewegungen, bildeten die Herleitung und die experimentelle Bestätigung der Fallgesetze den Hauptteil der „Unterredungen“. GALILEI überwand die Begriffe der „natürlichen“ und der „erzwungenen“ Bewegung von ARISTOTELES und führte die für die Kinematik wesentlichen Begriffe der gleichförmigen und der gleichmäßig beschleunigten Bewegung ein und stellte die dafür geltenden Gesetze dar.

Die Wurfbewegung analysierte GALILEI als Überlagerung einer gleichförmigen mit der gleichmäßig beschleunigten Bewegung des freien Falls, wobei er als Wurfbahn die Parabel fand. Er stellte eine Tabelle über Schusshöhen und Schussweiten unter verschiedenen Erhebungswinkeln zusammen. So wurden erste wissenschaftliche Grundlagen für die Ballistik gelegt.

Bei GALILEI finden sich auch erste Gedanken für die Formulierung des Trägheitsgesetzes. Er nahm an, dass ein Körper ohne Einwirkung einer Kraft den Betrag seiner Geschwindigkeit beibehalten, jedoch eine Kreisbahn um den Erdball beschreiben müsse. Diese könne aber im Hinblick auf Bewegungen näherungsweise als geradlinig angesehen werden.

Da in den katholischen Ländern kein Werk von GALILEI mehr erscheinen durfte, gelang es mit Unterstützung von Freunden, das Manuskript der „Unterredungen“ in die protestantischen Niederlande zu bringen. Hier wurde das Buch in Leiden im Juli 1638 veröffentlicht. Es wurde das erste Lehrbuch der neueren Mechanik.

GALILEIs Tod und sein wissenschaftlicher Nachlass

Am 8. Januar 1642 starb GALILEI, nachdem er schon einige Jahre erblindet war. An seinem Lager standen seine Schüler VIVIANI, der auch sein erster Biograf war, und TORRICELLI, der sein Nachfolger am Hofe von Florenz wurde. Eine Bestattung in der Familiengruft wurde ihm verweigert. Erst 1737, fast hundert Jahre nach seinem Tode, wurden seine sterblichen Überreste in ein Mausoleum umgebettet.

Im Jahre 1835 hat die katholische Kirche den „Dialog“ von der Liste der verbotenen Bücher gestrichen

In den achtziger Jahren des 20. Jahrhunderts wurde durch Papst JOHANNES PAUL II. eine Überprüfung des Falls GALILEI angeordnet. 1992, am 350. Todestag des Gelehrten führte dies zu einer Rehabilitierung durch die Kirche. Der Papst erklärte, dass der Fall GALILEI für die Kirche eine bleibend aktuelle Lehre im Umgang mit den Wissenschaften sei. Es gäbe eben zwei Bereiche des Wissens:

„Der eine hat seine Quelle in der Offenbarung, der andere aber kann von der Vernunft mit ihren eigenen Kräften entdeckt werden. … Beim Fall GALILEI habe es sich um ein „schmerzliches Missverständnis zwischen Wissenschaft und Glauben gehandelt“.

Mit den „Unterredungen“ hatte GALILEI seinen Weg der Überwindung der alten aristotelischen Naturlehre und Weltanschauung konsequent fortgesetzt. Er bemühte sich um weitere mechanische Beweise für das heliozentrische Weltbild. Indem sich seine astronomischen und mechanischen Forschungen gegenseitig förderten, legte er wichtige Grundlagen für die Umgestaltung des gesamten naturwissenschaftlichen Weltbildes.