Das heliozentrischen Weltbild ist die Anschauung, dass sich die Planeten um die Sonne drehen. Es steht im Gegensatz zum geozentrischen Weltbild, in dem die Erde als Zentrum des Universums betrachtet wird. Das Wort selbst wird aus dem Griechischen abgeleitet (helios, Sonne, und kentron, Zentrum).
Heliozentrische Theorien gab es schon in der Antike (600 v. Chr.) und wurden zum Beispiel von Aristarchos von Samos und Seleukos von Seleukia vertreten, allerdings setzte sich das geozentrische Weltbild durch, das auch Aristoteles vertrat und Ptolemäus sogar als Grundlage für eine wissenschaftliche Theorie – das heißt eine Theorie, mit der Aussagen über die Zukunft möglich sind – genommen hat.
Erst Nikolaus Kopernikus nahm wegen mathematischer Zweifel im 16. Jahrhundert wieder ein heliozentrisches Weltbild an, das Galileo Galilei physikalisch zu belegen versuchte. Beide gingen jedoch davon aus, die Planeten wanderten in einer Kreisbahn um die Sonne, was zu Ungereimtheiten zwischen Theorie und Beobachtung führte, die erst durch Johannes Keplers Idee, dass sich die Planeten nicht auf einer Kreisbahn um die Sonne, sondern auf elipsenartigen Laufbahnen um das Zentrum drehen, geklärt werden konnten.
Ein weiterer Vertreter dieses Weltbildes war Giordano Bruno.
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Galileo Galilei (* 15. Februar 1564 in Pisa; † 8. Januar 1642 in Arcetri bei Florenz) war ein italienischer Mathematiker, Physiker und Astronom, der bahnbrechende Entdeckungen auf mehreren Gebieten der Naturwissenschaften machte.
Wissenschaftliche Leistungen
Methodisches
Galilei gehörte zu den ersten Wissenschaftlern, die die von Francis Bacon theoretisch eingeforderte experimentelle Methode befolgten (dies tat er jedoch, bevor Bacon seine Forderung veröffentlicht hatte); zugleich aber bestand Galilei auf einer streng mathematischen Beschreibung der Naturgesetze, wenn gleich er die uns heute geläufige algebraische Notation noch nicht verwendete. Galileis Überlegenheitsgefühl gegenüber Aristoteles gründete vielleicht primär darauf, dass er meinte, der bessere Mathematiker zu sein.
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, s.o.) 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 der vier Tage der Discorsi e Demonstrazioni von 1636/38.
Eng damit zusammen hängt das Relativitätsprinzip, das in der modernen Physik Galilei-Invarianz genannt wird 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 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, Niccolò Tartaglia, Giovan Battista Benedetti, Francesco Maurolico, Bernardino Baldi, Guidubaldo del Monte, Michael Varro (De motu, Genf 1584) und Francesco Buonamicida (De motu, Florenz 1591).
Christiaan Huygens entwickelte später seine Idee einer von einem Pendel gesteuerten Uhrmechanik zur Praxisreife.
Elastizitätstheorie
Wie aus dem Titel der discorsi hervor geht, veröffentlichte Galilei seine Ergebnisse über die Elastizität 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 Elastizitätstheorie 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. Die heute Neutralfläche genannte Menge aller Drehachsen 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 ausführlich gewürdigt worden.
Christiaan Huygens erkannte, dass hinter der „Dreigestalt“ des Planeten Saturn tatsächlich ein Ring steckt.
Galileis Versuche, mittels der Jupitermonde das Längenproblem zu lösen, setzte Ole Römer fort (auch er hier erfolglos), der dabei jedoch „nebenbei“ die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes (grob) ermittelte. Die erste präzise Messung der Lichtgeschwindigkeit auf der Erde gelang erst 1849 Fizeau.
Die von Galilei vorgeschlagene Methode zur Parallaxenbestimmung wurde 1837 von Friedrich Wilhelm Bessel genutzt, die Entfernung eines Fixsterns mit überzeugender Genauigkeit zu messen.
Vermischte 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 Besteck verwendet werden konnte und eine Art Vorläufer des Kugelschreibers. Der von ihm entwickelte Temperaturmesser wurde von Fahrenheit (1714) entscheidend verbessert.
Galilei als Schriftsteller
Revolutionär war nicht nur, dass Galilei von 1613 an in der Volkssprache Italienisch publizierte, sondern auch wie: Er schrieb ein vorbildlich schönes Italienisch, das stilbildend auf die wissenschaftliche Prosa gewirkt hat.
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