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Kein Teleskop für Galilei

Von Christian Pinter

Reflexionen

Was wäre aus Galileo Galilei geworden, hätte er nie ein Fernrohr besessen? - Leben und Wirken eines großen Forschers, dessen Geburtstag sich am 15. Februar zum 450. Mal jährt.


Als Galileo Galilei vor 450 Jahren, am 15. Februar 1564 in Pisa geboren wird, dreht sich vermeintlich noch alles um die Erde. Tagtäglich rast der ganze Kosmos um den Menschen herum, mit all seinen Sternen, der Sonne und den Planeten. Unsere Welt bildet das ruhende Zentrum des Universums. Seit 1543 gibt es allerdings einen radikalen Gegenentwurf: Nikolaus Kopernikus lehrt die tägliche Rotation der Erde. Gleichzeitig schickt er diese auf eine jährliche Bahn um die Sonne - und macht sie so erst zu einem Planeten.

Doch den allermeisten Zeitgenossen Galileis erscheint dieses sonnenzentrierte Modell absurd. Sie beharren auf der zentralen Sonderstellung der Erde. Mithilfe des Fernrohrs wird der Italiener ab 1610 alles versuchen, um unsere eigene Welt mit anderen Wandelgestirnen gleichzusetzen und so ihren planetaren Charakter zu unterstreichen. Erst nach Abschluss seiner ersten Teleskopbeobachtungen wagt er es, öffentlich für Kopernikus einzutreten.

Die raue, mutmaßlich erdähnliche Oberfläche des Mondes, die vier Monde des Jupiter und später noch die Lichtphasen der Venus - all das führt Galilei lauthals als Beleg für das kopernikanische Modell ins Treffen. Solange dieses bloß als reine Hypothese gegolten hatte, waren Widersprüche zum Wortlaut der Bibel nicht entscheidend gewesen. Doch jetzt, als Galilei so tut, als könne er Kopernikus tatsächlich beweisen, fühlt sich der Vatikan im Zugzwang: Die neue Kosmologie wird 1616 verboten; und zwar mit den gleichen theologischen Argumenten, die Martin Luther im Jahrhundert davor gebraucht hatte. Als Galilei 1633 gegen das römische Dekret verstößt, kommt es zum Inquisitionsprozess. Der Schuldspruch macht ihn zur Legende.

Was aber wäre geschehen, hätten holländische Brillenmacher das Fernrohr im Jahr 1608 gar nicht erfunden? Wenn Galilei es somit niemals mit Linsen aus Murano-Glas nachgebaut, verbessert und zum Sternenhimmel gerichtet hätte? Ohne dieses mächtige Forschungsinstrument wäre sein Leben viel weniger dramatisch verlaufen. Würden wir uns seiner dann überhaupt noch erinnern?

Schon als Lektor für Mathematik in Pisa lässt Galilei Lote schwingen, mit verschiedenen Längen und ungleich schweren Gewichten. Er erkennt: Obwohl die Weite des Ausschlags mit der Zeit abnimmt, behält das Pendel doch seine Schwingungsperiode bei. Diese wird von der Länge des Pendels bestimmt.

Rätsel des freien Falls

Misst das Pendel einen Meter, braucht es für jede Halbschwingung einen Herzschlag lang. Außer dem Puls und einer speziellen Wasseruhr gibt es damals kaum Mittel, um kurze Zeitintervalle sicher zu bestimmen. Deshalb übt sich Galilei im gleichmäßig raschen Sprechen von Silben und im Singen rhythmischer Lieder. Beim Versuch, seine Pendelgesetze auch in klingende Münze zu verwandeln, scheitert Galilei. Seine "Pendeluhr" bleibt stehen.

Das Gewicht des Pendelkörpers beeinflusst die Schwingungsfrequenz nicht. Das veranlasst Galilei, über den freien Fall nachzudenken. Nach damaliger Auffassung streben irdische Objekte zum Zentrum des Universums, also zum Erdmittelpunkt - und zwar umso rascher, je größer ihr Gewicht ist. Generationen von Professoren haben diesen Lehrsatz des Aristoteles ungeprüft an ihre Studenten weitergegeben.

Galilei lässt diverse Gegenstände in die Tiefe fallen und kommt zum gegenteiligen Schluss: Grundsätzlich stürzen leichte und schwere Körper genau gleich schnell hinab. Abweichungen sind bloß dem Luftwiderstand zuzuschreiben.

Dann möchte Galilei herausfinden, wie sich die Geschwindigkeit während des Fallens verändert. Dazu muss er den Vorgang erheblich verlangsamen. Also lässt er Kugeln eine leicht geneigte Ebene hinabrollen. Neuerlich abstrahiert er, denkt sich die Reibung weg. So formuliert er schließlich exakte mathematische Regeln - die Fallgesetze: Das Tempo des herabstürzenden Körpers steigt demnach im gleichen Verhältnis wie die Fallzeit; die zurückgelegte Wegstrecke wächst proportional mit dem Quadrat der Zeit. Der Körper erfährt im Fallen eine Beschleunigung. Die ist konstant, und nicht sein Tempo. Galilei entwickelt die Grundlagen der Kinematik. Sie beschreibt die Bewegung von Körpern anhand ihrer Position, ihrer Geschwindigkeit und ihrer Beschleunigung.

Über das Wesen jener Kraft, die Irdisches zu Boden zwingt, kann Galilei nichts sagen. Einmal ahnt er jedoch: Es ist dieselbe Kraft, die auch den Erdmond und die Planeten in ihre Bahnen zwingt! Isaac Newton wird diese Mutmaßung später lesen: Die Erkenntnisse Galileis und Keplers ermöglichen es dem Engländer, das Gravitationsgesetz zu finden.

Dass die Himmelskörper nicht auf die Erde fallen, hatte Aristoteles noch mit deren vermeintlich speziellem Aufbau erklärt. Sie sollten aus einem idealen fünften Element bestehen und damit ohne Schwere sein. Die Himmelslichter würden letztlich von einem "unbewegten Beweger" in Schwung gehalten. Die Christen haben Gott an dessen Stelle gerückt.

Wie aber, so werfen Kritiker ein, wolle Kopernikus seinen schweren "Planeten Erde" in beständiger Fahrt halten? Galileis Antwort: Ein einmal in Schwung geratener Körper bewegt sich ewig weiter, sofern er nicht gehemmt wird oder eine äußere Kraft auf ihn wirkt. Ein "Anschieber" ist somit überflüssig - für die Erdkugel und für die anderen Planeten. Diese Aussage nimmt gewissermaßen Newtons Trägheitsgesetz vorweg.

Galileis Zeitgenossen beantworten wissenschaftliche Fragen noch gern, indem sie Aristoteles konsultieren. Galilei kritisiert weniger die großen Vordenker, als das blinde Vertrauen in sie. Man sollte die antiken Autoren zwar eifrig studieren, betont er, nicht aber an ihren Lippen kleben; selbst tausend Autoritäten machten keine falsche Sache wahr. Der menschliche Verstand habe die Lehrsätze vielmehr immer kritisch zu überprüfen: und zwar mittels einer Beobachtung oder mit einem gezielten Experiment.

Kopernikus hat die Erde in rasante Fahrt versetzt. Später wird man ihre Geschwindigkeit ganz genau ermitteln: Sie schießt mit 107.220 km/h um die Sonne. Der irdische Beobachter wirbelt außerdem noch mit bis zu 1672 km/h um den Erdmittelpunkt herum. Gegnern des kopernikanischen Weltbilds schwindelt es geradezu. Wir Menschen sollten derart rapide Umschwünge doch spüren, werfen sie ein: Der rasenden Erde wegen müsste ein hochspringender Mensch meilenweit hinter seinem Absprungsort landen. Der Vogel fände sein Nest nicht wieder, und Kanonenschüsse reichten, je nach Zielrichtung, unterschiedlich weit.

Galilei weiß es besser: Was die Erde einmal berührt hat, so argumentiert er, bewegt sich fortan mit ihr. Er vergleicht die Erde mit einem Schiff, das von Venedig nach Aleppo segelt. Dessen Ladung bleibt auch nicht in der Lagune zurück, die Kisten behalten ihre Lage bei. Luftsprünge und Kanonenschüsse taugen nicht, um Kopernikus zu widerlegen

Im windgeschützten Bauch des Schiffs würde man die Reisegeschwindigkeit überhaupt nicht wahrnehmen, sofern keine Beschleunigungen auftreten. Bei völlig ruhiger See und gleichmäßigem Wind wüsste der Passagier unter Deck also nicht, ob er sich gerade in einem ruhenden oder in einem gleichförmig bewegten Bezugssystem befände. Betrachtet man bloß Objekte, die mit dem eigenen Bezugssystem verbunden sind, lässt sich kein Befund über die Bewegung ausstellen: Diese Überlegung wird später als das Galileische Relativitätsprinzip bekannt.

Galilei untersucht das Gewicht der Luft und probiert zumindest, die Lichtgeschwindigkeit abzustecken; er ruft seine Zeitgenossen auf, alles zu messen, was irgendwie messbar ist. Was es nicht ist, sollten sie gefälligst messbar machen. Das Buch der Natur sei nämlich in der Sprache der Mathematik verfasst. Die Wirklichkeit lasse sich daher am besten mit Zahlen beschreiben.

Auch diesem Appell Galileis wird die Naturwissenschaft folgen. Konzentriert man sich auf mathematisch erfassbare Größen, erlangen Aussagen eine besondere Exaktheit und Gewissheit; sie können immer wieder kritisch nachgeprüft werden. Das gilt auch in ganz anderen Wissenschaftsgebieten: Um Galileis Forderung dort umzusetzen, muss man bloß die passenden Indikatoren finden; oft sind es mehrere.

Messbarkeit der Liebe

Als Galilei zum Hofphilosophen der Medici in Florenz aufstieg, ließ er seine langjährige Geliebte in Padua zurück; sie passte nun nicht mehr zu seinem Stand. Daher drängt sich die Frage auf: Könnte man sogar "Liebe" messen? Idealisten würden das ganz entschieden bestreiten. Dennoch machen Neurowissenschaftler heute die Gehirnaktivitäten von Verliebten sichtbar, und zwar mithilfe der Magnetresonanztomographie. Es geht aber auch ohne Hi-Tech: Jeder von uns besitzt eine Vorstellung von lieblosem und von liebevollem Verhalten. Psychologen können Verhaltensformen kategorisieren - und so deren Häufigkeit bestimmen.

Indem sie sich im Galileischen Sinn auf messbare Aspekte konzentriert, gießt die Wissenschaft heute selbst Phänomene wie das Vertrauen oder das Glücklichsein in Zahlen. Die Beschränkung aufs objektiv Messbare fordert freilich auch immer wieder Kritik am wissenschaftlichen Denken heraus.

Fazit: Selbst ohne seine Teleskopbeobachtungen hätte sich Galilei ins Buch der Geschichte eingetragen - zwar nicht als Märtyrer der Wissenschaft, aber in jedem Fall als richtungsweisender Physiker. Er starb am 8. Januar 1642 in Arcetri bei Florenz, völlig erblindet und im Hausarrest.

Zum 450. Geburtstag liest der Autor das Kapitel über Galileis Fernrohrbeobachtungen aus seinem Buch "Helden des Himmels" an folgenden Terminen:15. Februar 2014, 17.00 Uhr:Literarische Gesellschaft Mödling.21. März 2014, 19.30 Uhr:Stadtbücherei Seyring.26. März 2014, 19:30 Uhr:Evangelisches Museum Oberösterreich (Rutzenmoos).2. April 2014, 20:00 Uhr:Klub logischer Denker (Wien).23. April 2014, 19:00 Uhr:VHS in der Bücherei Krems.Christian Pinter, geboren 1959, lebt als Fachjournalist für Astronomie in Wien. 2009 erschien sein Buch "Helden des Himmels" (Verlag Kremayr & Scheriau, Wien). www.himmelszelt.at