Die Neuzeit und die Entstehung der Naturwissenschaften

Galilei und Newton

Die bedeutendsten Vertreter der mathematisch-experimentellen Wissenschaft sind Galileo Galilei (1564—1642) und Isaac Newton (1643—1727). In ihren Werken nahm die neue Physik Gestalt an, die im Widerspruch zur aristotelischen Tradition stand. Wir haben bereits über die Begriffe der materiellen Teilchen, der mechanischen kausalen Erklärung und der hypothetisch-deduktiven Methode gesprochen, die wesentliche Bestandteile dieses neuen, mathematisch formulierten Naturverständnisses waren. Deshalb sei hier Kürze geboten.

Galilei, der zwei Generationen vor Newton lebte, war eine zentrale Figur im Kampf gegen die aristotelische Interpretation grundlegender wissenschaftlicher Begriffe und Erklärungsweisen. Er widerlegte diese nicht nur auf philosophischer Ebene, sondern entwickelte auch neue Ansätze zur wissenschaftlichen Forschung. Berühmt sind seine Experimente mit frei fallenden Körpern, die die Grundlage für die Formulierung von Bewegungsgesetzen schufen, die sich grundlegend von den entsprechenden Gesetzen der aristotelischen Physik unterschieden. Ebenso bekannt sind Galileis Unterstützung des kopernikanischen Systems und die darauf folgende Reaktion der Inquisition, die ihn zwang, seine wissenschaftlichen Überzeugungen öffentlich zu widerrufen.

Es stimmt, dass später Zweifel an Galileis experimenteller Methodik geäußert wurden. Hat er tatsächlich experimentelle Ergebnisse zur objektiven Überprüfung seiner Hypothesen verwendet, oder dienten diese eher der Illustration bereits auf theoretischer Ebene gewonnener Erkenntnisse? (Manche behaupten sogar, Galilei habe die Aufzeichnungen seiner Beobachtungen manipuliert.) Doch unabhängig davon gebührt ihm Anerkennung als Pionier bei der Entwicklung neuer physikalischer Begriffe und Forschungsmethoden.

Indem Galilei neue experimentelle Methoden und mechanische Begriffe entwickelte, maß er der Mathematik große Bedeutung bei, die er als die Sprache des “Buches der Natur“ verstand. “Die Philosophie ist geschrieben in einem grandiosen Buch, das vor unseren Augen geöffnet liegt. Wir können es jedoch nur lesen, wenn wir seine Sprache erlernen und die Zeichen verstehen, in denen es geschrieben ist. Und es ist geschrieben in der Sprache der Mathematik, deren Buchstaben Dreiecke, Kreise und andere geometrische Figuren sind. Ohne sie vermag der Mensch kein einziges Wort dieses Buches zu verstehen.“

Sir Isaac Newton, der in einer Familie von Kleinbauern geboren wurde, wurde Professor der Mathematik an der Universität Cambridge und Präsident der Royal Society. Er ist eine außergewöhnliche Gestalt sowohl in der Physik als auch in der gesamten Geistesgeschichte. Sein Hauptwerk, die Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie), erschien 1687.

Newton formulierte die drei Bewegungsgesetze sowie das Gesetz der universellen Gravitation, entwickelte die Infinitesimalrechnung (unabhängig, jedoch zeitgleich mit Leibniz) und begründete die Theorie der Farbzusammensetzung des natürlichen Lichts. Seine physikalischen Theorien stützten sowohl frühere astronomische Theorien (wie Keplers Planetenbewegungsgesetze) als auch mechanische Erkenntnisse (wie Galileis Gesetz des freien Falls).

Die newtonsche Physik untersuchte die Natur auf Grundlage des hypothetisch-deduktiven Verfahrens, bei dem dem Experiment eine entscheidende Rolle zukam. Sie bediente sich mathematisch formulierter Begriffe wie der materiellen Teilchen, des leeren Raums und der mechanischen Fernkräfte. Die Idee der Fernwirkung stand im Gegensatz zu gängigen Vorstellungen, wie sie etwa bei Descartes zu finden sind, dessen Werke Newton in seiner Jugend intensiv studierte.

Newtons Bewegungsgesetze

• Erstes Gesetz: Ein Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, solange keine äußere Kraft ihn zwingt, diesen Zustand zu ändern.
• Zweites Gesetz: Die Änderung der Bewegung ist der einwirkenden Kraft proportional und erfolgt in die Richtung der geraden Linie, in der diese Kraft wirkt.
• Drittes Gesetz: Jeder Aktion steht eine gleich große, entgegengesetzte Reaktion gegenüber, anders gesagt: Die Wechselwirkungen zweier Körper sind gleich und entgegengesetzt gerichtet.

Das newtonsche Gravitationsgesetz besagt, dass sich zwei Körper mit einer Kraft anziehen, die proportional zu ihren Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstandes ist.

Neben der Physik interessierte sich Newton für theologische Fragen und verfasste umfangreiche Abhandlungen zur Theologie. Auch der Alchemie widmete er sich, um Stoffe ineinander umzuwandeln, doch blieben seine Forschungen in der Chemie weniger fruchtbar als jene in Mathematik und Physik.

Newton verkörpert den Triumph der Wissenschaft über Tradition und Vorurteile. Mit ihm wurde die Physik zur Vorbotin der Aufklärung. Die Entstehung der Physik verdankte der Philosophie nicht nur die mechanistische Weltsicht, sondern auch die Entwicklung rationalistischer und empiristischer Positionen. Gleichzeitig verlieh Newton der Philosophie neue Impulse, wie etwa bei Kant, der versuchte, die neue Physik epistemologisch zu begründen. Kant argumentierte, dass Begriffe wie Raum und Zeit in den unveränderlichen Merkmalen unseres Erkenntnisvermögens wurzeln und dass die Kategorie der Ursache eine notwendige Form unseres Denkens darstellt.

In Newtons Werk spiegelt sich die Macht des menschlichen Geistes wider. Mit ihm wurde die Wissenschaft zur Verkörperung der Idee des Fortschritts, und Bacons Konzept von Wissen als Macht erhielt eine konkrete Umsetzung. Die Wissenschaft, nicht die Theologie, wurde zur höchsten Instanz der Wahrheit und zur weltlichen Macht, die die Naturprozesse beherrscht. Philosophie und Religion mussten ihren Platz im Verhältnis zur Wissenschaft neu bestimmen. Dies ist der soziale und intellektuelle Wert des mathematischen und experimentellen Naturverständnisses, zu dessen Entstehung Newton wesentlich beitrug — eine Bedeutung, die sich im 18. Jahrhundert in vollem Umfang offenbarte.