Geschichte der Physik: Weltmodelle. Präkopernikanische Astronomie. Jörn Wilms. Vor Babylon, I. Einführung. Sommersemester 2007

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1 D D D S D X Geschichte der Physik: Weltmodelle Jörn Wilms Sommersemester 2007 Büro: Dr. Karl emeis-sternwarte, Bamberg Ó ÖÒºÛ ÐÑ Ø ÖÒÛ ÖØ ºÙÒ ¹ ÖÐ Ò Òº mail: Tel.: (0951) ØØÔ»» ØÖÓºÙÒ ¹ØÙ Ò Òº» Û Ðѻػ Ø riedrich lexander Universität rlangen ürnberg D D D D S D X 1 1 Präkopernikanische stronomie D X S D D D S D X inführung S D X or Babylon, 1 2 Zusammen mit der Theologie ist stronomie eine der ältesten Berufe der Welt n Hedu anna ( 2350 B, Babylon): Tochter des Sargon, ondpriesterin; erste namentlich bekannte stronomin a und? stronomische Beobachtungen sind entscheidend an der ntwicklung unseres erständnisses von unserer Stellung im Universum beteiligt. Trotz radikalen eränderungen in diesem erständnis sind viele historische Gepflogenheiten heute immer noch vorhanden = Kulturgeschichte. Ziel dieser zwei Doppelstunden ist es, die ntwicklung des astronomischen Weltbildes seit den Babyloniern bis nach der kopernikanischen evolution aufzuzeichnen. Geschichte 3 or Babylon: keine ufzeichnungen bekannt ber: Himmelsbeobachtungen müssen schon immer eine olle gespielt haben! dorant aus dem Geißenklösterle bei Blaubeuren (kr. Ulm; 3.8 cm 1.4 cm); ückseite zeigt instiche, wird von manchen als ondkalender interpretiert. or Griechenland 1

2 D D D D D D S D X or Babylon, 1 3 S D X Ägypten 1 5 Deckel eines ägyptischen Sargs mit zwei stronomie-ssistenten, B; Hieroglyphen listen Sterne auf, deren ufgang den Beginn jeder Stunde in der acht beschreibt ( decans ). Was schon früh bekannt gewesen sein muß: Sterne, Sonne, ond bewegen sich über den Himmel ( 24 h ) Unterschied zwischen Sonnentag und siderischem Tag Jahreszyklen ( Sonnentage) ondzyklus ( d) = Zyklen, Kalender (braucht Bruchrechnung!) (veni, 1993, p. 42) 2000 B: 365 d Kalender (12 30 d plus 5 d extra), Start bei den ilfluten (heliakaler ufgang des Sirius), Sternuhren. heliakaler ufgang: erstes rscheinen eines Sterns am östlichen Himmel bei orgendämmerung. or Griechenland 2 or Griechenland 4 D D S D X Babylon 1 4 S D X rühes Griechenland 1 6 Babylon: rüheste astronomische ufzeichnungen ( 1800 B), hat weiterhin großen influß auf uns: 360 d Jahr = Sexagesimalsystem [360:60:60], 24 h Tag, d Kalender,... numa lish ythos ( 1100B): Universum als Platz einer Schlacht zwischen der rde und dem Himmel, geboren von Himmelseltern Beachte ähnlichen ythos in der Genesis... Bild: ul.pin Keilschrift (British useum, B 86378, 8 cm high), beschreibt den uf- und Untergang der Konstellationen während des babylonischen Jahres. Zusammenfassung des astronomischen Wissens mit Stand von 690 B. tlas arnese, 2c.D., useo rcheologico azionale, apoli rühe Griechische stronomie: Sagen (Hesiod (730?? B), Werke und Tage). Konstellationen. Thales ( B): Die rde ist flach und von Wasser umgeben naxagoras ( B): Die rde ist flach und schwimmt im ichts. Sterne sind weit weg und auf einer Kugel fixiert, die sich um uns dreht. ondfinsternisse werden durch den Schatten der rde verursacht. Sonne ist glühendheiße isenkugel. = ommon sense stronomie or Griechenland 3 Griechen 1

3 D D D D D S D X udoxus, 1 7 S D X essungen 1 9 udoxus ( B): rstes echtes odell für Planetenbewegungen!! ersucht, die folgenden beobachteten Bewegungen zu beschreiben: 1. m Himmel bewegt sich alles innerhalb von 24 h einmal von Ost nach West. 2. ond, Sonne und Planeten bewegen sich vergleichsweise langsamer, d.h., gegenüber den Sternen langsam von West nach Ost. 3. etrograde Bewegung (Problem für sehr lange Zeit!) Dazu werden Systeme konzentrischer ( homozentrischer ) Kugeln benutzt, die um das Zentrum der rde rotieren. n der Zeit der Bildung der odelle werden auch erste ersuche unternommen, Größenskalen zu bestimmen: ristarch ( B): Bestimmung der elativentfernung zwischen ond und Sonne: Sonne ist 20 weiter entfernt als der ond. Wahrheit: 400 ratosthenes von yrene ( B): rdradius: bstandsmessung zwischen yrene (ssuan) und lexandria, rdumfang beträgt Stadien s ist nicht genau bekannt, wie lang ein Stadium ist. Griechen 2 Griechen 4 D S D X ristoteles, 1 10 Prinzipien des odells von udoxus: insgesamt 33 Kugeln Kugeln haben verschiedene chsenrichtungen Kugeln haben verschiedene otationsgeschwindigkeiten Plato: ettet die Phänomene etzterer Punkt kann nicht einfach mit diesem odell erfüllt werden (änge der Jahreszeiten,... ) = udoxus achfolger fügten große Zahl von Hilfskreisen hinzu. = Zentrale Philosophie bis 1450D! ristotles ( B, de caelo): erfeinerung des odell des udoxus: Kugeln, die glatte Bewegung ermöglichen = Das Universum ist mit kristallinen Kugeln gefüllt (Die atur verabscheut das akuum). Äther in himmlischen Sphären versus rde (alles fällt, aber Planeten und Sterne nicht!) Sterne sind weit weg, da sie keine Parallaxen zeigen Griechen 5

4 D D D D D S D X ristoteles, 1 11 S D X Ptolemaeus 1 13 Ptolemaeus ( 140D): Syntaxis (auch lmagest): Weitere erbesserung des odells von ristoteles, um echnungen durchführen zu können. Grundlage der stronomie bis Kopernikus. = Ptolemäisches System. Planet quant arth (veni, 1993, p. 58) Griechen 6 Griechen 8 D S D X Hipparcus 1 12 Hipparchus (?? 127 B): rster wirklicher stronom (und nicht aturphilosoph): Sternkatalog mit 850 Sternen agnitudenskala ondparallaxe Tabelle von Sehnen (=frühe Trigonometrie) ntdeckung der Präzession Unterschied der änge des siderischen und des tropischen Jahres [ /300 d vs /400 d], durch ergleich mit babylonischen essungen Jahreszeiten sind ungleich lang geozentrischen ristotelschen odell in ein Werkzeug, um orhersagen zu machen (pizykel). Griechen 7 ach Hipparcos endet die goldene Zeit der antiken stronomie. Griechische Werke werden in der olge von den rabern übernommen und weiter verfeinert. ristotelesche Philosophie bleibt Grundlage der Wissenschaft des ittelalters und wird (in uropa) weniger hinterfragt als noch unter den Griechen.

5 D D 1 14 veni,.., 1993, ncient stronomers, (Washington, D..: Smithsonian Books) ehler in den ptolemäischen lfonsinischen Tafeln (erkurposition) D D S D X 2 1 S D X opernicus 2 3 Die Kopernikanische evolution icolaus opernicus ( ): Das geozentrische System ist zu kompliziert, ein heliozentrisches System ist eleganter. opernicus 2

6 X D D O D 2 3 SG opernicus icolaus opernicus ( ): Das geozentrische System ist zu kompliziert, ein heliozentrisches System ist eleganter: De revolutionibus orbium coelestium: uf keine andere rt sehen wir die klare harmonische Beziehung zwischen den Bewegungen der Planeten und den Größen ihrer Bahnen [besser]. (Gingerich, 2005) Das zensierte xemplar Galileo Galileis Kopernikanisches Prinzip: Die rde ist nicht im Zentrum des Universums. usgestrichen: Wahrlich, so gros ist dieses erhabene Werk des besten und höchsten Gottes Geändert: on der rklärung der dreifachen Bewegung der rde = Über die Hypothese der dreifachen Bewegung der rde (Gingerich, 1993, p. 165) 4 opernicus (Gingerich, 2005) Das zensierte xemplar Galileo Galileis (Gingerich, 2005, Bibl. lorenz) erteilung der zensierten xemplare des De revolutionibus

7 X D D O D 2 7 SG Brahe Tycho Brahe ( ): isuelle Bestimmung der Planetenpositionen zeigt ehler in den Ptolemäischen orhersagen auf. Brahe Übersetzung der lateinischen Texte auf dem Stich von icolli (von oben nach unten): Dies diei eructat uerbu et nox nocti indicat scientiam inger an Hand Gottes: umerus, ensura, Pondus idebo aelos tuos, opera digitor tuor on nclinabitur in saeculum saeculi rigo dum corrigar Ponderibus librata suis zimutalquadrant der Sternwarte Kassel ( 1560) Der Tag des Tags (=der jüngste Tag) wirft das Wort von sich oder Der Tag der Tage speit das Wort aus. Und eine acht teilt der anderen das Wissen mit oder Die acht der ächte zeigt die Wissenschaft Weisheit Salomos (pokryphe Schriften des lten Testaments, Kapitel 11,21): ber du [Gott] hast alles nach aß, Zahl und Gewicht geordnet Schöpfungstheologisch/kosmologische Kernstelle der Bibel ch werde deine Himmel erkennen können, ich verteidige sehr würdig deine Werke oder ich werde deine Himmel sehen... r wird mir in wigkeit keine andere (falsche) ichtung geben werden. ch werde aufgerichtet/ermutigt werden indem ich verbessert werde it ihren Gewichten wird sie kräftig geschwungen oder it seinen Gewichten im Gleichgewicht gehalten.

8 D D D D D S D X Kepler 2 10 S D X Kepler 2 12 Johannes Kepler ( ): , Weil der Stadt Studium Tübingen bei aestlin : Graz Johannes Kepler ( ): , Weil der Stadt Studium Tübingen bei aestlin : Graz 1596: ysterium osmographicum Johannes Kepler : ysterium osmographicum : Prag, bei Brahe, Hofastrologe, Planetentheorie, ntdeckung der Supernova von 1604, : stronomia ova Johannes Kepler 3 D S D X Kepler 2 13 Keplers Theorie der Bahnbewegung: stronomia nova (Prag, 1609) ysterium osmographicum (1596): erteidigung des heliozentrischen Weltbildes aus philosophischer Sicht. Jeder Planet ist mit einem platonischen Körper verbunden. Kritik an der pizykeltheorie: panis quadragesimalis (Osterbrezel) = Unelegant! stronomia ova, Kapitel 1: Bewegung des ars in der pizykeltheorie Johannes Kepler 4

9 Kepler: Ovoide sind in der Ptolemäischen Planetentheorie schon sehr deutlich (erweis auf Peurbach s Theoricae novae planetarium) Keplers otizbuch. Zeichnung von ars in Opposition Umkreist: ine der wenigen Positionsmessungen von Brahe, die Kepler verwenden durfte. Georg Peurbach ( ) (Gingerich, 1993) (Gingerich, 1993, achdruck von 1558) X D D O D 2 17 SG Kepler Tabulae udolphinae, 1627 Genaueste Planetenpositionen (ehler nur noch 5!) Kepler: ine erformung der arsbahn in ein Ovoid ist in allen angenommenen Weltmodelle notwendig (Gingerich, 2005) (Gingerich, 1993) Johannes Kepler 8

10 ergleich der Positionen, Kepler vs. Kopernikanische Theorie = extreme erbesserung! (Gingerich, 1993) Keplers Horoskop für Wallenstein (1628) X D D O D 2 21 SG Kepler Johannes Kepler ( ): , Weil der Stadt Studium Tübingen bei aestlin : Graz 1596: ysterium osmographicum : Prag, bei Brahe, Hofastrologe, Planetentheorie, ntdeckung der Supernova von 1604,... Genauigkeit der udolphinische Tafeln 1609: stronomia ova : gestorben in egensburg Johannes Kepler 12

11 D D D D D D S D X Galileo Galilei, 2 22 S D X Galileo Galilei, 2 24 Galileo Galilei ( ): Teleskop = Beobachtungen! = Siderius uncius (1610) Galilei 1 Der ond hat Oberflächenmerkmale, Schatten, wackelt (ibration!). Galilei 3 D D S D X Galileo Galilei, 2 23 S D X Galileo Galilei, 2 25 Die onde des Jupiter bewegen sich um Jupiter (= ähnlich zum heliozentrischen odell!)... Galilei 2 ntdeckung der enusphasen (l Saggiatore, 1623) Galilei 4

12 D D D S D X Galileo Galilei, Gingerich, O., 1993, The ye of Heaven Ptolemy, opernicus, Kepler, (ew York: merican nstitute of Physics) Gingerich, O., 2005, The book nobody read, (ondon: arrow books) ewton,., 1730, Opticks, ol. 4th, (ondon: William nnys), reprint: Dover Publications, 1952 Die beobachtete bfolge der enusphasen ist nicht erklärbar durch das geozentrische Weltbild, nur durch das heliozentrische Weltbild oder das tychonische! Galilei 5 D S D X ewton 2 27 saac ewton ( ): ewton sche Gesetze, die Gravitation ist die Ursache für die Bahnform der Planeten (De Philosophiae aturalis Principia athematica, 1687). = Beginn der modernen, physikbasierten stronomie. (ewton, 1730) Galilei 6