Gymnasium Francisceum Zerbst

Autor: Eric Wesenberg
Fach: Physik
Kurs. Leistungskurs Physik

Kurshalbjahr: 13/1

Studienauftrag
Das Leben und Wirken des Galileo Galilei
-,,Und sie bewegt sich doch"-

Eric Wesenberg

Inhaltsverzeichnis

1. Das Leben von Galileo Galilei
1.1 Der Prozess (1632-1633)
1.2 Der Gefängnisaufenthalt

2. Die Weltbilder
2.1 Das geozentrische Weltbild
2.2 Das heliozentrische Weltbild

3. Seine Wissenschaftlichen Erkenntnisse

4. Quellenangabe

Einleitung

Galileo Galilei war Mathematiker, Physiker und Astronom. Er war der erste Wissenschaftler, der seine Forschungen nur auf seine Beobachtungen und Messungen bezog. Er leistete damit einen Teil zur Entwicklung wissenschaftlicher Methoden. Sein Drang der Unterstützung des heliozentrischen Weltbildes brachte ihm später dann den Prozess wo zu unbefristeter Haft, durch die Inquisition, verurteilt wurde. Sein Ausspruch ,,Und sie bewegt sich doch" wurde berühmt.

1. Das Leben von Galileo Galilei

Galileo Galilei wurde am 15. Februar 1564 in Pisa geboren. Es war fast 21 Jahre nach dem Tod des Kopernikus und drei Tage vor dem Tod Michelangelos. Vincenzios Galilei war sein Vater. Er war Musiktheoretiker und Komponist und er spielte in der Musikgeschichte eine wichtige Rolle bei dem Übergang von der erstarrten mittelalterlichen Musik zu einer neuen, freien Kompositionstechnik.

Im Jahr 1575 siedelt die Familie Galilei nach Florenz um.

Galileo Galilei wurde in Vallombrosa von Mönchen unterrichtet. 1582 schrieb er sich an der Universität von Pisa für ein Medizinstudium ein. Er studierte dort 4 Jahre Medizin. Danach wandte sich Galileo Galilei der Philosophie und der Mathematik zu. Er erhielt 1589 einen Lehrauftrag für Mathematik in Pisa. Dort widerlegte er unter anderem die irrtümlich aristotelische Lehrmeinung, nach der die Fallgeschwindigkeit zu dem Gewicht eines Körpers proportional sei.
Galileos Vater Vincenzio starb im Jahre 1591. Nun wurde aber auch sein Vertrag in Pisa nicht verlängert, vermutlich weil er im Zwist mit den Gelehrten stand, welche die aristotelische Meinung vertraten. Allerdings bekam er noch im selben Jahr einen Lehrauftrag in Padua bis 1610. Dort erfand er unter anderem einen Proportionalzirkel, zur praktischen Lösung mathematischer Probleme. Er richtete sich in seinem Haus eine feinmechanische Werkstatt ein, fand die Gesetze für das Fadenpendel und er leitete in reinen Gedankenexperimenten die Fallgesetze her. Zur Bestätigung seiner Theorie entwickelte er die Fallrinne.
Galileo baute ein Fernrohr nach, das ein Jahr zuvor in Holland erfunden wurde. Er benutzte es für erste astronomische Beobachtungen und er veröffentlichte seine ersten Ergebnisse 1610 in seinem Buch ,,Sidereus nuncius" (Sternenbotschaft"). Galileo entdeckte unter anderem die bergige Natur des Mondes, das Sternenreichtum unserer Galaxis, die Phasen der Venus, die vier größten Jupitermonde (7.1.1610), die Saturnringe sowie 1611 die Sonnenflecken. Diese Beobachtungen widersprachen dem an der aristotelischen Lehre ausgerichteten Weltbild zum Teil.
Im Jahre 1610 arbeitete er als Hofmathematiker und Hofphilosoph für den Großherzog in Florenz. Erst dort trat er für das heliozentrische Weltsystem nach N. Kopernikus ein .
1613 entwickelte er einen Brief an B. Castelli. Dort beschrieb er seine Vorstellungen über das Verhältnis der Bibel zur Naturkenntnis und vor allem zum kopernikanischen Weltbild.
Dies führte zu den ersten Problemen und Auseinandersetzungen mit der römischen Kirche. Der Papst sprach ein Verbot dieser Lehre im Jahr 1616 aus. Daraufhin widmete sich Galileo der Widerlegung der aristotelischen Physik. 1618 verfasste Galileo, im Rahmen eines Streits über Kometen, seine wohl geistvollste Abhandlung: den ,,Saggiatore" (,,Prüfer der Goldwaage") . Diese Schrift war an den Papst Urban VIII. gewidmet, in der Hoffnung das Galileo ihn vom heliozentrischen Weltbild überzeugen könnte. 1632 erschien sein Buch, ,,Dialogo sopra i due massimi sistemi" zu Deutsch den ,,Dialog über die beiden hauptsächlichen Weltsysteme, das ptolemäische und das kopernikanische", in Florenz, das er vorher in Rom zur Prüfung vorlegte. Allerdings wurde das Buch, auf kirchlichen Befehl, wieder eingezogen. Daraufhin kam es zum Prozess.

1.1 Der Prozess (1632-1633)

Der Prozess kam zustande, da sich Galileo Galilei stark für ein neues, das kopernikanische Weltbild, einsetzte. Er behauptete, dass sich die Sonne im Mittelpunkt unseres Planetensystems befinde und die Erde und alle anderen Planeten sie umkreist. Den Tag- und Nachtwechsel erklärte er damit das sich die Erde um ihre eigene Achse dreht. Damit rückte Galileo Galilei die Erde aus dem Zentrum des Universums heraus.
Der Prozess endete am 22.6. 1633 mit der Abschwörung seiner Vermutungen und der Verurteilung auf unbefristete Haft. Das wohl berühmteste Zitat des Physikers und Mathematikers Galileo Galilei ist wohl der Ausspruch: ,,Und sie (die Erde) bewegt sich doch"

1.2 Der Gefängnisaufenthalt

Galileo erhielt am 23. Juni 1633 vom Papst die Erlaubnis das Gefängnis verlassen zu dürfen. Er siedelte daraufhin in den Palast des Großherzogs der Toskana in Rom über. Galilei durfte dort an stelle eines Gefängnisses leben. Der Befehl zum Hausarrest wurde bis zu dem Tode von Galileo Galilei aufrechterhalten, trotz zahlreicher Bemühungen und Ersuchens um die Aufhebung. Der Papst wachte darüber, dass diese Vorschriften eingehalten wurden.

Am 30. Juni wurde es Galilei gestattet Rom zu verlassen und seinen Wohnsitz nach Siena zu verlegen. Der Richter in Florenz rief zu einer außerordentlichen Versammlung zusammen, zu der er die in Florenz ansässigen Wissenschaftler, zum grossteil Physiker, Mathematiker und Philosophen einlud. Diese Versammlung hatte das Ziel Galilei ein für allemal in der Öffentlichkeit zu zeichnen. Allerdings verfehlte die Versammlung ihr Ziel, das die, doch sehr zahlreichen, Freunde Galileis den Kontakt zu ihm abbrachen. Stattdessen nahm, zum Beispiel, ein Erzbischof in Siena, Galilei für ein halbes Jahr in sein Palais auf um ihn innerlich wieder herzurichten.
Galilei erblindete im Jahre 1637 und lebte bis zu seinem Tode in seinem Landhaus in Arcetri (heute zu Florenz)

2. Die Weltbilder

Bevor ich mit den Weltbildern beginne möchte ich anmerken, das ich mich bei dieser Abhandlung nur auf die beiden wichtigsten Weltbilder beziehen werde, nämlich nur auf das geozentrische und das heliozentrische. Begründen möchte ich dies damit, da dies eine Abhandlung über das Leben und Wirken des Galileo Galileis ist und er auf das babylonische Weltbild zum Beispiel keinen Einfluss hatte, sondern sein Hauptaugenmerk darauf lag die Welt weg vom geozentrischen Weltsystem zum heliozentrischen Weltsystem zu führen.

Die Anfänge der Astronomie liegen im Dunkeln. Aber aufgrund lang anhaltender, systematischer Himmelsbeobachtungen konnten die frühen Hochkulturen (Ägypter und Babylonier) bereits besondere astronomische Ereignisse vorausberechnen, wie zum Beispiel Finsternisse und die Planetenbewegung. In dieser Zeit diente die Astronomie vor allem der Kalender- und Zeitbestimmung.

2.1 Das geozentrische Weltsystem

Zuerst nahm man an, die Sonne ist ein Wagen, der um die Erde (die damals noch als Scheibe angesehen wurde) fährt. Jedesmal wenn sie untergeht, beginnt ein Kampf in der Unterwelt. Doch was geschähe wenn die Sonne den Kampf mal verlieren würde? Es wäre für immer dunkel. Dies wandelte sich dann dazu, das man meinte, Das Aufgehen und Untergehen der Sonne, sei eine Laune Gottes.
Doch dem Mensch des 21. Jahrhunderts bereitet es Schwierigkeiten, die Auffassung der damaligen Kosmologie zu glauben.

Das erste Universum, das dem unseren immerhin schon in Ansätzen ähnelt, entwarfen die Griechen. Ausgehend war ein griechischer Astronom mit dem Namen Claudius Ptolemäus. Er lebte im 2. Jahrhundert nach Christus in Alexandria.
Sein Universum sah so aus: Aufgebaut ist das Universum aus Sphären, wobei die Erde den Mittelpunkt des Universums darstellt. Um die Erde herum drehen sich kristallene Sphären, die Mond, Sonne und die anderen Planeten tragen. In seinem Universum bewegte sich jede Sphäre mit einer eigenen Geschwindigkeit, um den Bezug zu den Fixsternen zu erklären, die auf der äußersten Sphäre liegen. Diese bewegt sich mit etwas mehr als eine Umdrehung pro Tag. Durch die eine Umdrehung konnte man erklären, warum sich die Sterne am Nachthimmel bewegen, und das Extra sorgte dafür, das am Winter- und Sommerhimmel verschiedene Sterne zusehen waren.
Das Universum des Ptolemäus beruht auf 2 Gedanken der damaligen Zeit.
Erstens: Der Geozentrismus, die Erde ist der Mittelpunkt des Universums
Zweitens: Die himmlische Bewegung verläuft auf Kreisen

Nur wenn die Erde der Mittelpunkt wäre, ließe sich das Universum auf einen relativ kleinen Raum beschränken. Wenn die Erde allerdings um die Sonne kreist, muss das Universum einfach größer sein. Erklären lässt sich dieser Sachverhalt mit einem Effekt, den man Parallaxe nennt.

Zu erklären ist dies einfach an einem Beispiel:
Man streckt seinen rechten Arm aus, und zeigt mit dem Zeigefinger auf irgendein Objekt. Schließen sie nun ein Auge (z.B. das Rechte), und richten sie ihren Finger wieder nach dem Objekt aus. Nun öffnen sie das andere Auge (das Rechte), und schließen sie das erste (das Linke Auge). Sie werden bemerken, dass sie nicht mehr auf den gleichen Punkt zeigen. Dies ist aber keine Magie, sondern einfache Geometrie.

Im Mittelalter passte das Universum des Ptolemäus perfekt in das Denken hinein, so dass es ohne große Überlegungen integriert wurde.
Doch irgendwann musste dieses Bild des Universums vertrieben werden. Man bemerkte Mängel. Wenn man versucht hat, die Position von Planeten zu berechnen, und man stellte dann fest, dass die gar nicht dort sein dürften.

Dann kam Nikolaus Kopernikus, eigentlich eher ein Mathematiker als Astronom, der versuchte das System umzustellen, nach einem Universum das genauso gut funktionieren würde wie das des Ptolemäus, aber wo sich die Erde um die Sonne dreht.

2.2 Das Heliozentrische Weltsystem

Die Erneuerung der Astronomie nahm ihren Lauf in Deutschland des 15. Jahrhunderts.
Man versuchte die Position von Sternen und Planeten zu berechnen, doch die Ergebnisse stimmten mit dem Beobachtungen nicht überein. Die Planeten waren nicht dort wo sie hätten sein müssen. Genauso die Diskrepanz zwischen dem Julianischen Kalender und dem tatsächlichen Sonnenlauf verlangten nach einer Neubesinnung.
N. Kopernikus schuf um 1510 das heliozentrische Weltsystem. Er rückte die Erde aus dem Mittelpunkt und setzte stattdessen die Sonne dorthin. Allerdings konnte auch N. Kopernikus sich nicht von der klassischen Vorstellung der Kreisbahnen lösen, so musste auch er sich zahlreicher Epizykel bedienen.
Erst J. Kepler, der mit seinen Keplerschen Gesetzen die Ellipsennatur der Planetenbewegung zeigen konnte. Daraus ergab sich dann die ungleichförmige Bewegung der Planeten ohne irgendwelche Hilfsmittel. Die richtige Anerkennung aber erfuhr das kopernikanische Weltsystem erst dank eines Physikers, namens I. Newton. Dieser Schuf mit seinem Gravitationsgesetz eine theoretische Grundlage zur Berechnung der Planetenbewegung. Der letzte Beweis für die Bewegung der Erde um die Sonne war die Eigenbewegung der Fixsterne, die E. Halley entdeckte. J. Bradley erkannte die Abberation des Lichtes und F. W. Herschel entdeckte die Eigenbewegung des Sonnensystems.

Galileo Galilei war Überzeugt von der Richtigkeit des kopernikanischen Weltbildes. Es gebe wohl auch keine andere Erklärung warum er sich sonst mit der römischen Kirche und der Inquisition angelegt hatte. Immerhin bekam er durch seine Überzeugung lebenslangen Hausarrest. Durch seine vielen Bücher verbreitete er sein Denken über die Weltbilder. Auch er war der Meinung das ptolemäische Weltbild war längst überholt und falsch. Er war ein Verfechter des heliozentrischen Weltbildes was ihm im Jahre 1632 den Prozess einbrachte der mit seiner Verurteilung und Abschwörung endete.

3. Seine wissenschaftlichen Erkenntnisse

Von dem Physiker und Mathematiker Galileo Galilei stammen zweifelsohne wichtige Grundsteine auf den Gebieten der Physik, der Mathematik und der Mechanik. Einige seiner frühen Erfindungen sind zum Beispiel die Wasserwaage zur Bestimmung des spezifischen Gewichts, die Fallgesetze und das Thermoskop.

Weiterhin entdeckte Galilei das Pendelgesetz. Darüber berichtet folgende Anekdote:
Er besuchte eine Messe im Dom von Pisa. Dabei beobachtete er einen zufällig in Bewegung geratenen Kronleuchter. Dieser pendelte hin und her. Er misst die Zeit für das Hin- und Herpendeln des Kronleuchters mit Hilfe seines Pulsschlages. Dabei stellte er fest, das die Zeit die der Kronleuchter brauchte stets gleich zu bleiben schien. Allerdings wurden die Ausschläge des Pendels immer geringer. Daraus (und nach weiteren Experimenten) formulierte Galilei das Pendelgesetz. Es besagt das die Schwingungsdauer eines Pendels allein von der Pendellänge und der Erdanziehungskraft abhängt, nicht aber von der Auslenkung des Pendels.

Ich möchte hier jetzt einige von Galileo Galileis Entdeckungen aufzählen:

Mechanik

,,Wenn man die Bewegung nicht begreift, kann man auch die Natur nicht begreifen"
Neben der Entdeckung des Pendelgesetzes beschäftigte sich Galileo Galilei auch mit dem freien Fall von Körpern. Dafür lies er, in zahlreichen Experimenten, verschiedene Objekte vom schiefen Turm von Pisa fallen. Er begann die Bewegung fallender Körper zu studieren. Eine Kugel aus Metall scheint schneller zu fallen als eine Baumwollkugel. Doch presst man die Baumwollkugel zusammen und nimmt ein Metallblättchen so fällt die Baumwollkugel schneller. Galilei schloss daraus, dass alle Körper mit der gleichen Geschwindigkeit fallen, wenn man sie in einem luftleeren Raum fallen lässt. Im Gegensatz zu Aristoteles, der nach dem ,,Warum" fragte, fragte Galileo Galilei nach dem ,,Wie". Und trotz der mangelnden Mittel der damaligen Zeit gelang es Galileo Galilei dennoch, einfache Gesetze der Bewegungen zu formulieren. Weiterhin formulierte Galilei die parabelförmige Flugbahn von Geschossen.

Astronomie

Nein, das fernroh stammt nicht wirklich von Galileo Galilei. Vielmehr stammt es von den Holländern, die die ersten Mikroskope gebaut hatten. Aus einigen wenigen Informationen über diese Mikroskope baute Galileo Galilei ein Fernrohr nach. Sein Fernrohr ist etwa so zu beschreiben:
Ein Rohr aus Weißblech, das außen mit einem Überzug aus karmesinroten, mit Baumwolle vermischten Wollstoff bekleidet ist. Es war etwa 60 cm lang und hatte 2 Gläser, das eine hohl, das andere nicht.
Mit diesem Fernroh entdeckte er die Sonnenflecken, 4 Monde des Planeten Jupiters, Berge und Täler auf dem Erdmond und am Himmel vorbeiziehende Kometen. Er vermutete das die Körper auf der Erde, sowie die Körper außerhalb der Erde den gleichen Naturgesetzen unterliegen.

Thermometer

Galileo Galilei entdeckte auch das Thermometer und er benutzte es für den Nachweis, das die Körperwärme des Menschen, welcher gesund ist, stets konstant ist. Sein ,,Thermoskop" war wie folgend aufgebaut:
Es bestand aus einer Glaskugel mit einer angesetzten Röhre, welche er mit dem unteren Ende in gefärbtes Wasser eintauchte. Bei einer Erwärmung dehnte sich die Luft in der Glaskugel aus, und die Wassersäule wurde in der Glasröhre nach unten gedrückt.

Nebenbei ist noch zu sagen dass sich Galileo Galilei auch mit dem Studium von Magneten beschäftigte. Er versuchte die Kraft von Magneten mit Hilfe spezieller Armaturen zu erhöhen.

Da Galileo Galilei versuchte das ,,Wie" zu erklären, kam er nicht herum seine Vermutungen durch Experimente zu bestätigen oder wieder zu verwerfen. Neben Pendelexperimenten und Experimenten zum Fall von Körpern, führte er auch Experimente an der schiefen Ebene durch. So tat er es nicht anderen Physikern nach, die nur durch bloßes Überlegen versuchten physikalische Gesetze zu erkennen, sondern Galileo Galilei belegte seine Vermutungen anhand von Experimenten.

An der schiefen Ebene führte Galileo Galilei unter anderem folgendes Experiment durch was ich näher erläutern möchte.

Er lies eine Kugel mit einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit die schiefe Ebene herunterrollen und beobachtete dabei das die Kugel weiter beschleunigt wird.

Im zweiten Versuch lies Galileo Galilei eine Kugel, mit einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit die schiefe Ebene hinaufrollen.

Im 3. Versuch lies er die Kugel auf einer Horizontalen rollen.

Galileo Galilei schloss darauf, dass die Bewegung der Kugel von der Erdanziehungskraft beeinflusst wird. Allerdings muss man erwähnen dass diese Versuche reibungsfrei ablaufen!!!
Mit Hilfe seiner Ergebnisse formulierte Galilei seinen ersten Trägheitssatz:
Ein Körper behält seine Geschwindigkeit bei, wenn keine Ursachen für eine Bewegungsänderung vorhanden sind.

4. Quellenangabe

Bücher und Lexika

Brockhaus Enzyklopädie (Band 2, 8, 17, 24)

Hausarbeiten

Eric Wesenberg - Galaxien-Entstehung und Schicksal
http://www.hausarbeiten.de/faecher/hausarbeit/ast/20729.html

Melanie Elser - Das Leben des Galileo Galilei
http://www.hausarbeiten.de/rd/faecher/hausarbeit/big/19438.html

Internetadressen

http://www.galilei.schulnetz.hamm.de/info/galilei/galilei.html
http://www-pluto.informatik.uni-oldenburg.de/~gymwhs/fach/ge/galilei/galilei.htm
http://home.t-online.de/home/MWS.AB.FW/galilei.htm
http://www.zum.de/Faecher/D/BW/gym/Brecht/biografi.htm