Philosophie der Neuzeit

Von der Renaissance bis Hume

Die Entwicklung der Wissenschaft

Fast alles, was die heutige Zeit von früheren Jahrhunderten unterscheidet, ist auf die Wissenschaft zurückzuführen, die im 17. Jahrhundert ihre erstaunlichsten Erfolge erzielte. Die italienische Renaissance gehört, obwohl sie nicht zum Mittelalter gehört, auch nicht zur Neuzeit; man kann sie mit der besten Periode Griechenlands vergleichen. Das 16. Jahrhundert, mit seiner Dominanz der Theologie, ist mittelalterlicher als die Welt Machiavellis. Die Neuzeit beginnt, was die geistigen Werte betrifft, mit dem 17. Jahrhundert. Es gibt keinen Italiener der Renaissance, den Platon oder Aristoteles nicht verstanden hätten; Luther hätte Thomas von Aquin entsetzt, aber es wäre dem Letzteren nicht schwergefallen, ihn zu verstehen. Im 17. Jahrhundert ist die Sache anders: Platon und Aristoteles, Thomas von Aquin und Ockham hätten Newton nicht verstehen können.

Die neuen Konzepte, die die Wissenschaft hervorbrachte, beeinflussten die neue Philosophie tiefgreifend. Descartes, der in gewissem Sinne der Begründer der neuen Philosophie war, war selbst einer der Schöpfer der Wissenschaft des 17. Jahrhunderts. Um die geistige Atmosphäre der Zeit zu verstehen, in der die neue Philosophie entstand, muss man zumindest kurz über die Methoden und die erzielten Ergebnisse in der Astronomie und Physik sprechen.

Bei der Entstehung der Wissenschaft kommt vier großen Persönlichkeiten eine herausragende Stellung zu: Kopernikus, Kepler, Galilei und Newton. Von ihnen lebte Kopernikus im 16. Jahrhundert, hatte aber zu seinen Lebzeiten wenig Einfluss.

Kopernikus (1473–1543) war ein polnischer Priester von untadeligem Glauben. In seiner Jugend reiste er durch Italien und sog die Atmosphäre der Renaissance in sich auf. Im Jahr 1500 war er Professor für Mathematik in Rom, kehrte aber 1503 in seine Heimat zurück, wo er Kanoniker in Frauenburg wurde. Er widmete offenbar viel Zeit dem Kampf gegen die Deutschen und der Reform des Geldsystems, aber seine Freizeit widmete er der Astronomie. Bald gelangte er zu der Überzeugung, dass die Sonne das Zentrum des Universums sei und dass die Erde eine doppelte Bewegung habe: eine tägliche Rotation und eine jährliche Kreisbewegung um die Sonne. Die Angst vor der kirchlichen Zensur ließ ihn die Veröffentlichung seiner Ansichten aufschieben, obwohl er nicht verhinderte, dass sie bekannt wurden. Sein Hauptwerk „Über die Umschwünge der himmlischen Sphären“ wurde im Jahr seines Todes (1543) mit einem Vorwort seines Freundes Osiander veröffentlicht, in dem behauptet wurde, die heliozentrische Theorie sei nur als Hypothese aufgestellt worden. Es ist nicht genau bekannt, inwieweit Kopernikus diese Aussage autorisierte, aber diese Frage ist nicht allzu wichtig, da er selbst eine ähnliche Aussage in seinem Buch machte. Das Buch war dem Papst gewidmet und wurde vom Katholizismus bis zur Zeit Galileis nicht offiziell verurteilt. In den Jahren, als Kopernikus lebte, war die Kirche liberaler, als sie wurde, nachdem das Konzil von Trient, die Jesuiten und die wiederbelebte Inquisition ihr Werk getan hatten.

Dem Geist nach ist Kopernikus' Werk nicht modern; man könnte es wohl als pythagoreisch bezeichnen. Er nimmt als Axiom an, dass alle Himmelsbewegungen kreisförmig und gleichmäßig sein müssen, und gerät, ähnlich den Griechen, unter den Einfluss ästhetischer Motive. In seinem System gibt es immer noch Epizykel, obwohl sich deren Zentren auf der Sonne oder vielmehr in der Nähe der Sonne befinden. Die Tatsache, dass die Sonne nicht genau im Zentrum positioniert ist, beeinträchtigte die Einfachheit seiner Theorie. Obwohl er einiges über pythagoreische Lehren wusste, kannte er anscheinend nichts von der heliozentrischen Theorie des Aristarchos von Samos, aber in seinen Konstruktionen gibt es nichts, wozu ein griechischer Astronom nicht hätte gelangen können. Tatsächlich war das Wichtige an seiner Arbeit die Entlarvung der Vorstellung von der Erde als besonderem geometrischem Zentrum. Letztendlich wurde es auf der Grundlage der Kopernikanischen Theorie schwierig, dem Menschen die kosmische Bedeutung zuzuerkennen, die ihm die christliche Theologie zugeschrieben hatte, aber solche Schlussfolgerungen aus seiner Theorie wären von Kopernikus nicht akzeptiert worden, dessen orthodoxer Glaube aufrichtig war und der gegen die Ansicht protestierte, seine Theorie widerspreche der Bibel.

Es gab auch echte Schwierigkeiten in Kopernikus' Theorie, von denen die größte das Fehlen einer Sternparallaxe war. Wenn sich die Erde an einem beliebigen Punkt ihrer Umlaufbahn in einer Entfernung von 283.664.000 km von dem Punkt befindet, an dem sie in sechs Monaten sein wird, müsste dies Veränderungen in der scheinbaren Anordnung der Sterne bewirken, genauso wie ein Schiff auf dem Meer, das direkt nördlich eines Punktes an der Küste liegt, nicht direkt nördlich eines anderen liegen kann. Aber es wurde keine Parallaxe beobachtet, und Kopernikus schloss korrekterweise, dass die Fixsterne viel weiter von uns entfernt sein müssen als die Sonne. Erst im 19. Jahrhundert, als die Messtechnik hinreichend genau wurde, war es möglich, Sternparallaxen zu beobachten, und das auch nur bei wenigen der nächstgelegenen Sterne.

Eine weitere Schwierigkeit ergab sich in Bezug auf fallende Körper. Wenn sich die Erde ständig von West nach Ost dreht, kann ein Körper, der aus einer bestimmten Höhe fallen gelassen wird, nicht an einem Punkt landen, der streng vertikal zu dem Ort liegt, von dem aus sein Fall begann, sondern wird etwas weiter westlich fallen, da die Erde während der Fallzeit des Körpers eine gewisse Strecke zurücklegen wird. Eine Antwort auf diese Schwierigkeit fand man mithilfe des Trägheitsgesetzes von Galilei, aber zu Kopernikus' Zeiten konnte keine Antwort gefunden werden.

Es gibt ein interessantes Buch von E. A. Burtt mit dem Titel „The Metaphysical Foundations of Modern Physical Science“ (1925), in dem überzeugend über viele unbegründete Annahmen berichtet wird, die von den Begründern der modernen Wissenschaft gemacht wurden. Er weist völlig richtig darauf hin, dass zu Kopernikus' Zeiten keine Fakten bekannt waren, die zur Annahme seines Systems gezwungen hätten, aber es war eine Reihe von Fakten bekannt, die dagegen sprachen. „Moderne Empiristen hätten, wenn sie im 16. Jahrhundert gelebt hätten, die neue Philosophie des Universums als Erste verspottet.“ Das Hauptziel des Buches ist es, die moderne Wissenschaft zu diskreditieren, indem angenommen wird, dass ihre Entdeckungen glückliche Zufälle waren, die aus Aberglauben entstanden sind, der so tief war wie der Aberglaube des Mittelalters. Ich denke, dies offenbart ein Missverständnis der wissenschaftlichen Herangehensweise durch den Autor des Buches: Den Wissenschaftler zeichnet nicht aus, was er glaubt, sondern wie und warum er daran glaubt. Seine Überzeugungen sind nicht dogmatisch, sondern empirisch. Sie basieren auf Beweisen und nicht auf Autorität oder Intuition. Kopernikus war im Recht, seine Theorie als Hypothese zu bezeichnen; seine Gegner irrten sich, als sie neue Hypothesen für unerwünscht hielten.

Die Begründer der modernen Wissenschaft besaßen zwei Vorzüge, die nicht immer miteinander einhergehen: enorme Geduld bei Beobachtungen und großen Mut beim Aufstellen von Hypothesen. Den Letzteren besaßen die frühen griechischen Philosophen, der Erstere war in hohem Maße bei den späteren Astronomen der Antike vorhanden. Aber keiner der Alten, außer vielleicht Aristarchos, besaß beide Vorzüge, und auch im Mittelalter besaß sie niemand gleichzeitig. Kopernikus, wie auch seine großen Nachfolger, besaß beide Vorzüge. Er wusste alles, was man über die sichtbaren Bewegungen der Himmelskörper auf der Himmelssphäre mit den ihm zur Verfügung stehenden Instrumenten wissen konnte, und er verstand, dass die Hypothese der täglichen Rotation der Erde ökonomischer war als die Hypothese der kreisförmigen Rotation aller Himmelssphären. Nach modernen Ansichten, die alle Bewegung als relativ betrachten, ist die Einfachheit der einzige Gewinn aus der Kopernikanischen Hypothese, aber weder er noch seine Zeitgenossen dachten so. Was die jährliche Rotation der Erde betrifft, so gab es auch hier eine Vereinfachung, aber nicht so auffällig wie im Falle der täglichen Rotation. Schließlich benötigte Kopernikus immer noch Epizykel, wenn auch in geringerem Maße als im System des Ptolemäus. Erst nach der Entdeckung der Keplerschen Gesetze erlangte die neue Theorie ihre endgültige Einfachheit.

Neben dem revolutionierenden Einfluss auf das Verständnis des Kosmos hatte die neue Astronomie noch zwei große Vorzüge: der erste ist die Erkenntnis, dass alles, was seit der Antike geglaubt wurde, falsch sein könnte; der zweite ist, dass die Überprüfung der wissenschaftlichen Wahrheit die geduldige Sammlung von Fakten zusammen mit der kühnen Vermutung über die Gesetze, die die Fakten vereinen, ist. Keiner dieser beiden Vorzüge war bei Kopernikus so vollständig entwickelt wie bei seinen Nachfolgern, aber beide manifestieren sich bereits vollständig in seiner Arbeit.

Einige von denen, denen Kopernikus seine Theorie bekannt machte, waren deutsche Lutheraner, aber als Luther davon erfuhr, war er zutiefst schockiert. „Die Leute“, sagte er, „hören auf einen Emporkömmling-Astrologen, der sich bemüht zu zeigen, dass sich die Erde dreht und nicht der Himmel oder die Himmelskuppel, die Sonne und der Mond. Jeder, der klüger erscheinen will, muss irgendein neues System erfinden, das natürlich von allen Systemen das beste ist. Dieser Narr will die gesamte Astronomie umstürzen, aber die Heilige Schrift sagt uns, dass Josua der Sonne befahl, stillzustehen, und nicht der Erde.“ In ähnlicher Weise, nämlich durch einen Text aus der Bibel, widerlegte auch Calvin Kopernikus: „Darum ist der Erdkreis fest, er wanket nicht“ (Psalm 93,1) – und rief aus: „Wer wagt es, die Autorität des Kopernikus über die Autorität des Heiligen Geistes zu stellen?“ Der protestantische Klerus war mindestens ebenso fanatisch wie der katholische; dennoch entstand in protestantischen Ländern bald eine wesentlich größere Freizügigkeit des Denkens als in katholischen, weil der Klerus dort weniger Macht hatte. Die wichtige Seite des Protestantismus war nicht die Häresie, sondern die Spaltung, da Letztere zur Schaffung von Nationalkirchen führte, und Nationalkirchen besaßen nicht genügend Stärke, um die weltliche Macht zu kontrollieren. Im Großen und Ganzen kann dies als ein Gewinn betrachtet werden, da die Kirchen praktisch überall jedem Fortschritt entgegenstanden, soweit sie konnten, der zur Steigerung des Glücks oder des Wissens hier auf Erden diente.

Kopernikus hatte keine Möglichkeit, einen erschöpfenden Beweis für seine Hypothese zu liefern, und lange Zeit lehnten Astronomen sie ab. Der nächste bedeutende Astronom war Tycho Brahe (1546–1601), der eine Zwischenposition einnahm: Er glaubte, dass sich die Sonne und der Mond um die Erde drehten, aber die Planeten um die Sonne. Was die Theorie betrifft, war er nicht sehr originell. Er brachte jedoch zwei gute Argumente gegen die Ansichten des Aristoteles vor, dass alles in der übermondischen Welt unveränderlich sei. Eines davon war das Auftreten eines neuen Sterns im Jahr 1572, von dem festgestellt wurde, dass er keine tägliche Parallaxe hatte und daher weiter entfernt sein musste als der Mond. Das zweite Argument ergab sich aus der Beobachtung von Kometen, von denen festgestellt wurde, dass sie ebenfalls weiter entfernt waren als der Mond. Der Leser erinnert sich an die Theorie des Aristoteles, dass Veränderung und Zerstörung nur der untermondischen Welt eigen seien; diese Theorie, wie auch andere Theorien des Aristoteles zu wissenschaftlichen Fragen, behinderte den wissenschaftlichen Fortschritt.

Tycho Brahe ist nicht als Theoretiker, sondern als Beobachter von Bedeutung: Zuerst vom König von Dänemark, dann von Kaiser Rudolf II. gefördert, erstellte er einen Sternkatalog und zeichnete die Positionen der Planeten über viele Jahre hinweg auf. Gegen Ende seines Lebens wurde Kepler, damals noch ein junger Mann, sein Assistent. Für Kepler waren diese Beobachtungen von unschätzbarem Wert.

Kepler (1571–1630) ist eines der herausragendsten Beispiele dafür, was man durch Geduld erreichen kann, ohne ein Genie zu sein. Er war der erste bedeutende Astronom nach Kopernikus, der die heliozentrische Theorie annahm; die Beobachtungen von Tycho Brahe zeigten jedoch, dass sie in der Form, die Kopernikus ihr gegeben hatte, nicht vollständig richtig sein konnte. Kepler war vom Pythagoreismus beeinflusst und neigte mehr oder weniger unfreiwillig zur Sonnenverehrung, obwohl er ein guter Protestant war. Diese Motive veranlassten ihn zweifellos, an der heliozentrischen Hypothese festzuhalten. Sein Pythagoreismus neigte jedoch dazu, wie Platon im „Timaios“, den fünf regelmäßigen Polyedern kosmische Bedeutung beizumessen. Er verwendet sie, um Hypothesen aufzustellen, die seinen Ansichten entsprechen, und schließlich funktionierte eine davon dank eines glücklichen Zufalls.

Die größte Leistung Keplers war die Entdeckung der drei Gesetze der Planetenbewegung. Zwei davon veröffentlichte er 1609, das dritte 1619. Sein erstes Gesetz besagt: Die Planeten bewegen sich auf Ellipsen, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht. Das zweite Gesetz: Die Linie, die den Planeten mit der Sonne verbindet, überstreicht in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen. Sein drittes Gesetz besagt: Die Quadrate der Umlaufzeiten der Planeten sind proportional zu den Kuben ihrer mittleren Abstände von der Sonne.

Es sollten einige Worte zur Erklärung der Bedeutung dieser Gesetze gesagt werden.

Die ersten beiden Gesetze konnten zu Keplers Zeiten nur in Bezug auf den Mars bewiesen werden; was die anderen Planeten betrifft, so zeigten die Beobachtungen an ihnen, dass ihre Bewegungen den ersten beiden Gesetzen gehorchten, aber nicht so weit, dass man von einer genauen Übereinstimmung der Beobachtungsdaten mit den Gesetzen sprechen könnte. Bald jedoch fand sich eine entscheidende Bestätigung.

Die Entdeckung des ersten Gesetzes, wonach sich die Planeten auf Ellipsen bewegen, erforderte größere Anstrengungen zur Befreiung von Traditionen, als ein moderner Mensch dies klar verstehen kann. Das Einzige, worin sich ausnahmslos alle Astronomen einig waren, war, dass alle Himmelsbewegungen kreisförmige Bewegungen sind oder sich aus Kreisen zusammensetzen. Dort, wo festgestellt wurde, dass Kreise zur Erklärung der Planetenbewegungen unzureichend waren, wurden Epizykel verwendet. Ein Epizykel ist eine Kurve, die von einem Punkt eines Kreises beschrieben wird, der auf einem anderen Kreis rollt. Nehmen Sie zum Beispiel ein Rad und befestigen Sie es flach auf dem Boden; nehmen Sie dann ein anderes, kleineres Rad, in dessen Felge ein Nagel eingeschlagen ist, und rollen Sie das kleinere Rad (ebenfalls flach auf dem Boden) um das große Rad herum, so dass die Spitze des Nagels den Boden berührt. Die Spur des Nagels auf dem Boden ist dann ein Epizykel. Die Umlaufbahn des Mondes in Bezug auf die Sonne ist ungefähr dieser Art: Die Erde beschreibt einen nahezu kreisförmigen Weg um die Sonne, und der Mond beschreibt währenddessen einen Kreis, indem er sich auf seiner Umlaufbahn um die Erde dreht. Aber dies ist nur annähernd richtig; als die Beobachtungen genauer wurden, stellte man fest, dass kein System von Epizykeln genau der Realität entsprach. Die Hypothese Keplers in der von ihm aufgestellten Form stimmte viel besser mit der Bewegung des Mars überein als die Hypothese des Ptolemäus oder sogar die Hypothese des Kopernikus.

Die Ersetzung von Kreisen durch Ellipsen bedeutete die Aufgabe der ästhetischen Neigung, von der die Astronomie seit Pythagoras geleitet wurde. Der Kreis war die perfekte Figur, und die Himmelskörper waren perfekte Körper (ursprünglich Gottheiten) und selbst bei Platon und Aristoteles eng mit Gottheiten verbunden. Es schien offensichtlich, dass sich ein perfekter Körper auf einer perfekten Figur bewegen musste. Darüber hinaus musste ihre Bewegung, da sich die Himmelskörper frei und ohne äußere Einwirkung bewegen, „natürlich“ sein. Nun war es leicht anzunehmen, dass gerade im Kreis und nicht in der Ellipse etwas „Natürliches“ liegt. So mussten viele tief verwurzelte Vorurteile abgelegt werden, bevor das erste Keplersche Gesetz akzeptiert werden konnte. Kein Antiker – nicht einmal Aristarchos von Samos – hatte eine solche Hypothese vorhergesehen.

Das zweite Gesetz bezieht sich auf die Änderung der Geschwindigkeit des Planeten an verschiedenen Punkten seiner Umlaufbahn. Wenn S die Sonne ist, P1, P2, P3, P4, P5 aufeinanderfolgende Positionen des Planeten in gleichen Zeitintervallen sind, sagen wir, in einem Monat, dann besagt das Keplersche Gesetz, dass die Flächen P1SP2, P2SP3, P3SP4, P4SP5 gleich sind. Daher bewegt sich der Planet mit der größten Geschwindigkeit, wenn er der Sonne am nächsten ist, und mit der geringsten Geschwindigkeit, wenn er am weitesten von ihr entfernt ist. Dies verstieß erneut gegen alle bestehenden Vorstellungen: Ein Planet musste zu majestätisch sein, um seine Bewegung bald zu beschleunigen, bald zu verlangsamen.

Das dritte Gesetz ist wichtig, weil es die Bewegungen verschiedener Planeten vergleicht, während die ersten beiden Gesetze nur mit einzelnen Planeten verbunden sind. Das dritte Gesetz besagt: Wenn r der mittlere Abstand des Planeten von der Sonne ist und T die Dauer seines Jahres, dann ist das Verhältnis $r^3/T^2$ für alle Planeten gleich. Dieses Gesetz liefert den Beweis (soweit es das Sonnensystem betrifft) für das Newtonsche Gesetz der umgekehrten Proportionalität der Anziehungskraft zum Quadrat der Entfernung. Aber darüber wird später die Rede sein.

Galilei (1564–1642) ist, mit Ausnahme Newtons, der größte der Begründer der modernen Wissenschaft. Er wurde fast an dem Tag geboren, an dem Michelangelo starb, und starb in dem Jahr, in dem Newton geboren wurde. Ich empfehle diese Fakten jenen (falls es überhaupt welche gibt), die immer noch an die Seelenwanderung glauben. Er ist von großer Bedeutung als Astronom, aber vielleicht noch größer als Begründer der Dynamik.

Galilei entdeckte als Erster die Bedeutung der Beschleunigung in der Dynamik. „Beschleunigung“ bedeutet eine Änderung der Geschwindigkeit entweder in Betrag oder in Richtung; so hat ein Körper, der sich gleichmäßig im Kreis bewegt, in jedem Moment eine zum Kreismittelpunkt gerichtete Beschleunigung. In den Ausdrücken, die in der Zeit vor Galilei üblich waren, könnten wir sagen, dass er die gleichmäßige Bewegung in einer geraden Linie als die einzig „natürliche“ sowohl auf der Erde als auch in den Himmeln betrachtete. Früher dachte man, dass es für Himmelskörper „natürlich“ sei, sich im Kreis zu bewegen, und für irdische Körper, sich geradlinig zu bewegen; aber man nahm an, dass sich bewegende irdische Körper allmählich aufhören würden, sich zu bewegen, wenn sie sich selbst überlassen würden. Im Gegensatz zu dieser Ansicht glaubte Galilei, dass jeder Körper, wenn er sich selbst überlassen wird, sich weiterhin mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Linie bewegen würde; jegliche Änderung entweder der Geschwindigkeit oder der Bewegungsrichtung wird durch die Wirkung einer „Kraft“ erklärt. Dieses Prinzip wurde von Newton als das „Erste Bewegungsgesetz“ verkündet. Es wird auch als das Trägheitsgesetz bezeichnet. Ich werde später auf seinen Inhalt zurückkommen, hier ist es jedoch notwendig, auf einige Details der Entdeckungen Galileis einzugehen.

Galilei stellte als Erster das Fallgesetz auf. Dieses Gesetz, das das Konzept der Beschleunigung einführt, ist äußerst einfach. Es besagt, dass, wenn ein Körper frei fällt, seine Beschleunigung konstant ist, wenn man den Widerstand, den die Luft leisten kann, nicht berücksichtigt; ferner ist die Beschleunigung für alle Körper gleich, ob schwer oder leicht, groß oder klein. Aber es war unmöglich, dieses Gesetz erschöpfend zu beweisen, bis die Luftpumpe erfunden wurde, was um 1654 geschah. Danach wurde es möglich, den Fall von Körpern unter Bedingungen zu beobachten, die praktisch als nahe am Vakuum betrachtet werden konnten, und es wurde festgestellt, dass Federn mit der gleichen Geschwindigkeit fallen wie Blei. Galilei bewies also, dass es keinen spürbaren Unterschied zwischen einem großen und einem kleinen Stück desselben Materials gibt. Vor ihm wurde angenommen, dass ein großes Stück Blei schneller fallen würde als ein kleines, aber Galilei bewies experimentell, dass dies nicht der Fall ist. Die Messung war zu seiner Zeit nicht so genau, wie sie später wurde; aber trotzdem gelangte er zur richtigen Formulierung des Fallgesetzes. Wenn ein Körper im Vakuum frei fällt, erhöht sich seine Geschwindigkeit um einen konstanten Betrag. Am Ende der ersten Sekunde beträgt seine Geschwindigkeit 9,8 m/s, am Ende der zweiten 19,6 m/s, am Ende der dritten 29,4 m/s und so weiter. Die Beschleunigung, das heißt der Betrag, um den die Geschwindigkeit zunimmt, ist immer konstant: Jede Sekunde nimmt die Geschwindigkeit um ungefähr 9,8 m/s zu.

Galilei untersuchte auch den Flug von Projektilen – ein wichtiges Thema für seinen Arbeitgeber, den Herzog der Toskana. Damals dachte man, dass ein horizontal abgeschossenes Projektil eine Zeit lang horizontal fliegen und dann plötzlich vertikal fallen würde. Galilei zeigte, dass, wenn man den Luftwiderstand vernachlässigt, die horizontale Geschwindigkeit gemäß dem Trägheitsgesetz konstant bleibt und die vertikale Geschwindigkeit gemäß dem Fallgesetz zunimmt. Um herauszufinden, wie sich das Projektil während eines kurzen Zeitraums, sagen wir, während einer Sekunde, bewegen wird, nachdem es bereits eine gewisse Zeit geflogen ist, geht man wie folgt vor. Erstens, wenn es nicht fallen würde, würde es eine bestimmte horizontale Strecke zurücklegen, die gleich der Strecke ist, die es in der ersten Sekunde seines Fluges zurückgelegt hat. Zweitens, wenn es sich nicht horizontal bewegen, sondern einfach fallen würde, würde es vertikal mit einer Geschwindigkeit fallen, die proportional zur seit dem Start verstrichenen Zeit zunimmt. Tatsächlich ist die Änderung seiner Position so, als hätte es sich zuerst eine Sekunde lang horizontal mit einer der Anfangsgeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit bewegt und wäre dann eine Sekunde lang vertikal mit einer Geschwindigkeit gefallen, die proportional zu der Zeit zunimmt, in der es sich im Flug befand. Eine einfache Rechnung zeigt, dass die resultierende Flugbahn eine Parabel ist, was durch Beobachtungen bestätigt wurde, soweit der Luftwiderstand ausgeschlossen werden konnte.

Das Obige liefert ein einfaches Beispiel für ein Prinzip, das sich in der Dynamik als äußerst nützlich erwiesen hat – das Prinzip, das besagt, dass wenn mehrere Kräfte gleichzeitig wirken, die Wirkung so ist, als hätte jede Kraft nacheinander gewirkt. Dies ist Teil eines allgemeineren Prinzips, das als Parallelogrammgesetz bezeichnet wird. Angenommen, Sie befinden sich auf dem Deck eines fahrenden Schiffes und gehen quer darüber. Während Sie gingen, hat das Schiff eine gewisse Strecke zurückgelegt, so dass Sie sich relativ zum Wasser sowohl entlang als auch quer zur Fahrtrichtung des Schiffes bewegt haben. Wenn Sie wissen möchten, wo Sie sich relativ zum Wasser befinden, können Sie annehmen, dass Sie zuerst stillgestanden haben, während sich das Schiff bewegte, und dann während des gleichen Zeitraums das Schiff stillstand, während Sie in die querende Richtung gingen. Dasselbe Prinzip gilt für Kräfte. Dies ermöglicht es, das Gesamtergebnis der Wirkung einer ganzen Reihe von Kräften zu ermitteln und physikalische Phänomene zu analysieren, indem die speziellen Gesetze der mehreren Kräfte aufgedeckt werden, denen sich bewegende Körper unterziehen. Gerade Galilei führte diese außerordentlich fruchtbare Methode ein.

Oben habe ich mich bemüht, so weit wie möglich die Sprache des 17. Jahrhunderts zu verwenden. Die moderne Sprache weist wesentliche Unterschiede auf, aber um die Errungenschaften des 17. Jahrhunderts zu erklären, ist es wünschenswert, die Ausdrucksweise dieser Zeit zu übernehmen.

Das Trägheitsgesetz erklärte jenes Rätsel, das das Kopernikanische System vor Galilei nicht erklären konnte. Wie oben erwähnt, fällt ein Stein, wenn Sie ihn von der Spitze eines Turms werfen, zu dessen Fuß und nicht irgendwo westlich davon; wenn sich die Erde jedoch dreht, müsste sie während der Fallzeit des Steins eine gewisse Strecke zurückgelegt haben. Der Grund, warum der Stein nicht abgelenkt wird, liegt darin, dass der Stein die Rotationsgeschwindigkeit beibehält, die er mit allen anderen Körpern auf der Erdoberfläche gemeinsam hat. Tatsächlich würde, wenn der Turm hoch genug wäre, das entgegengesetzte Ergebnis eintreten, als die Gegner des Kopernikus erwarteten. Die Spitze des Turms, die weiter vom Erdmittelpunkt entfernt ist als sein Fundament, bewegt sich schneller, und daher müsste der Stein etwas östlich vom Fuß des Turms fallen. Dieses Ergebnis ist jedoch zu geringfügig, um gemessen werden zu können.

Galilei verteidigte das heliozentrische System leidenschaftlich; er korrespondierte mit Kepler und stimmte seinen Entdeckungen zu. Als er hörte, dass ein Holländer ein Teleskop erfunden hatte, baute Galilei selbst ein Teleskop und entdeckte sehr schnell eine Reihe wichtiger Phänomene. Er fand heraus, dass die Milchstraße aus vielen einzelnen Sternen besteht. Er beobachtete die Phasen der Venus, deren Existenz Kopernikus bereits vermutet hatte, die das bloße Auge jedoch nicht wahrnehmen konnte. Er entdeckte die Jupitermonde, die er zu Ehren seines Gönners „Mediceische Sterne“ nannte. Es wurde festgestellt, dass diese Monde den Keplerschen Gesetzen gehorchten. Es ergab sich jedoch eine Schwierigkeit. Es gab immer sieben Himmelskörper: fünf Planeten, die Sonne und der Mond; sieben ist also eine heilige Zahl. Ist der Sonntag nicht der siebte Tag? Sind die Leuchter nicht siebenzweigig und die Kirchen in Asien nicht sieben? Was könnte dann passender sein, als dass es auch sieben Himmelskörper geben muss? Aber wenn man die vier Jupitermonde hinzurechnet, werden es elf – eine Zahl, die keine mystischen Eigenschaften besitzt. Auf dieser Grundlage verunglimpften Traditionalisten das Teleskop, weigerten sich, hineinzuschauen, und behaupteten, dass alles, was durch das Teleskop entdeckt wurde, eine Illusion sei. Galilei schrieb an Kepler über seinen Wunsch, über die Dummheit der „Menge“ zu lachen; am Ende seines Briefes stellt sich heraus, dass die „Menge“ Professoren der Philosophie waren, die versuchten, die Jupitermonde zu vertreiben, indem sie „Sophismen benutzten, als wären sie magische Beschwörungen“.

Galilei wurde bekanntermaßen von der Inquisition verurteilt, zuerst heimlich im Jahr 1616 und dann öffentlich im Jahr 1633; in diesem letzteren Fall widerrief er seine Theorien und versprach, niemals wieder zu behaupten, dass sich die Erde um ihre Achse oder um die Sonne dreht. Der Inquisition gelang es, die Entwicklung der Wissenschaft in Italien zu beenden, die sich dort jahrhundertelang nicht wiederbelebte. Es gelang ihr jedoch nicht, Wissenschaftler daran zu hindern, die heliozentrische Theorie anzunehmen, und durch ihre Engstirnigkeit fügte sie der Kirche erheblichen Schaden zu. Glücklicherweise gab es protestantische Länder, in denen Priester, die sich ebenfalls nach Kräften bemühten, der Wissenschaft zu schaden, die Kontrolle über den Staat nicht erlangen konnten.

Newton (1642–1727) errang den endgültigen und vollständigen Triumph, den Kopernikus, Kepler und Galilei vorbereitet hatten. Ausgehend von seinen drei Bewegungsgesetzen (von denen er die ersten beiden Galilei verdankte) bewies er, dass die drei Keplerschen Gesetze gleichbedeutend mit der Aussage sind, dass jeder Planet zu jedem gegebenen Zeitpunkt eine Beschleunigung hat, die auf die Sonne gerichtet ist und umgekehrt proportional zum Quadrat seiner Entfernung von ihr ist. Er zeigte, dass die Beschleunigung in Richtung Erde und Sonne nach derselben Formel die Bewegung des Mondes erklärt und dass die Beschleunigung der auf die Erdoberfläche fallenden Körper gemäß dem Gesetz der umgekehrten Proportionalität zum Quadrat der Entfernung mit der Beschleunigung des Mondes verwandt ist. Er definierte „Kraft“ als die Ursache für die Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit, das heißt der Beschleunigung. So konnte er sein Gesetz der universellen Gravitation formulieren: „Jeder Körper zieht jeden anderen Körper mit einer Kraft an, die direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.“ Aus dieser Formulierung konnte er alles andere in der Planetentheorie ableiten: die Bewegung der Planeten und ihrer Monde, die Kometenbahnen, die Gezeiten. Später stellte sich heraus, dass selbst die geringsten Abweichungen von den elliptischen Bahnen der Planeten durch die Newtonschen Gesetze erklärt wurden. Der Triumph war so vollständig, dass Newton in Gefahr geriet, ein zweiter Aristoteles und ein unüberwindliches Hindernis für den Fortschritt zu werden. In England befreiten sich die Menschen erst ein Jahrhundert nach seinem Tod ausreichend von seiner Autorität, um wirklich originelle Arbeiten zu den Themen zu schaffen, die er bearbeitet hatte.

Das 17. Jahrhundert war nicht nur im Bereich der Astronomie und Dynamik bemerkenswert, sondern auch in vielen anderen Bereichen, die mit der Wissenschaft verbunden sind.

Wenden wir uns zunächst der Frage der wissenschaftlichen Instrumente zu. Das zusammengesetzte Mikroskop wurde kurz vor Beginn des 17. Jahrhunderts, um 1590, erfunden. Im Jahr 1608 wurde das Teleskop vom Holländer Lippershey erfunden, obwohl Galilei es als Erster ernsthaft für wissenschaftliche Zwecke nutzte. Galilei erfand auch das Thermometer, zumindest scheint dies am wahrscheinlichsten zu sein. Sein Schüler Torricelli erfand das Barometer. Guericke (1602–1686) erfand die Luftpumpe. Uhren wurden, wenn auch nicht neu erfunden, im 17. Jahrhundert erheblich verbessert, vor allem durch die Arbeit von Galilei selbst. Dank dieser Erfindungen wurden wissenschaftliche Beobachtungen wesentlich genauer und umfangreicher als jemals zuvor.

Weiterhin gab es wichtige Arbeiten auch in anderen Wissenschaften außer der Astronomie und Dynamik. Gilbert (1540–1603) veröffentlichte sein großes Buch über den Magneten im Jahr 1600. Harvey (1578–1657) entdeckte den Blutkreislauf und veröffentlichte seine Entdeckung im Jahr 1628. Leeuwenhoek (1632–1723) entdeckte die Spermien, obwohl Stephen Ham sie anscheinend einige Monate früher entdeckt hatte; Leeuwenhoek entdeckte auch Protozoen oder einzellige Organismen und sogar Bakterien. Robert Boyle (1627–1691) war, wie Kinder in den Jahren meiner Jugend lernten, „der Vater der Chemie und der Sohn des Earl of Cork“; heute ist er hauptsächlich durch das „Boyle-Gesetz“ bekannt, das besagt, dass bei einer gegebenen Gasmenge und einer gegebenen Temperatur der Druck umgekehrt proportional zum Volumen ist.

Ich habe bisher nichts über die Fortschritte der reinen Mathematik gesagt, die jedoch wirklich sehr groß und für die erfolgreiche Arbeit in den physikalischen Wissenschaften notwendig waren. Im Jahr 1614 veröffentlichte Napier seine Erfindung der Logarithmen. Die analytische Geometrie resultierte aus den Arbeiten mehrerer Mathematiker des 17. Jahrhunderts, wobei der größte Beitrag von Descartes geleistet wurde. Die Differential- und Integralrechnung wurde unabhängig voneinander von Newton und Leibniz erfunden. Sie wurde zum Werkzeug fast der gesamten höheren Mathematik. Dies sind nur die herausragendsten Leistungen in der reinen Mathematik, aber es gab viele weitere wichtige Entdeckungen.

Die Folge der von uns betrachteten wissenschaftlichen Tätigkeit war, dass sich die Ansichten gebildeter Menschen völlig änderten. Zu Beginn des Jahrhunderts nahm Thomas Browne an einem Hexenprozess teil; am Ende des Jahrhunderts wäre so etwas völlig unmöglich gewesen. Zu Shakespeares Zeiten waren Kometen immer noch ein Wunder; nach der Veröffentlichung von Newtons „Principia“ im Jahr 1687 wusste man, dass er und Halley die Umlaufbahnen einiger Kometen berechnet hatten und dass Kometen dem Gravitationsgesetz genauso unterworfen waren wie die Planeten. Die Herrschaft des Gesetzes etablierte ihre Dominanz über die Gedanken und machte Dinge wie Magie und Zauberei unglaubwürdig. Im Jahr 1700 war das Weltbild gebildeter Menschen völlig modern, während es im Jahr 1600, mit Ausnahme sehr weniger, größtenteils noch mittelalterlich war.

Im restlichen Teil des Kapitels werde ich versuchen, kurz die philosophischen Ansichten zu beleuchten, die anscheinend eine Folge der Wissenschaft des 17. Jahrhunderts waren, sowie einige Aspekte, die die moderne Wissenschaft von der Wissenschaft Newtons unterscheiden.

Das Erste, was man bemerken muss, ist die Eliminierung fast aller Spuren des Animismus aus den Gesetzen der Physik. Die Griechen hielten, obwohl sie nicht ganz klar darüber sprachen, die Kraft der Bewegung offensichtlich für ein Zeichen des Lebens. Dem vernünftigen Beobachter scheint es, dass Tiere sich selbst bewegen, während tote Materie sich nur bewegt, wenn sie von einer äußeren Kraft dazu gezwungen wird. Die Seele des Tieres hat laut Aristoteles verschiedene Funktionen, und eine davon ist, den Körper des Tieres zu bewegen. Die Sonne und die Planeten waren nach Ansicht der Griechen würdig, Götter zu sein oder zumindest von Göttern regiert und bewegt zu werden. Anaxagoras dachte anders, aber er war ein Atheist. Demokrit dachte auch anders, aber er wurde von allen außer den Epikureern zugunsten von Platon und Aristoteles vernachlässigt. Die 47 oder 55 unbewegten Beweger des Aristoteles waren göttliche Geister und die ursprüngliche Quelle aller Bewegung in den Himmeln. Sich selbst überlassen, würde jeder unbeseelte Körper bald unbeweglich werden; daher musste die Wirkung der Seele auf die Materie kontinuierlich sein, damit die Bewegung nicht aufhört.

Die Entdeckung des Ersten Bewegungsgesetzes änderte diese Vorstellung. Unbelebte Materie, einmal in Bewegung gesetzt, bewegt sich weiter, bis eine äußere Ursache sie stoppt. Darüber hinaus erwiesen sich die äußeren Ursachen der Bewegungsänderung selbst als materiell, wann immer sie eindeutig festgestellt werden konnten. Jedenfalls behielt das Sonnensystem seine Bewegung durch seine eigene Bewegungsmenge und seine eigenen Gesetze bei; es war kein äußeres Eingreifen erforderlich. Wahrscheinlich schien es damals noch notwendig, dass Gott den gesamten Mechanismus in Gang setzte; die Planeten wurden laut Newton ursprünglich von der Hand Gottes in Bewegung gesetzt. Aber als Gott die Planeten in Bewegung gesetzt und das Gesetz der Gravitation festgelegt hatte, lief alles von selbst, ohne dass eine weitere göttliche Intervention erforderlich war. Als dann Laplace vermutete, dass dieselben Kräfte, die jetzt wirken, möglicherweise die Entstehung der Planeten verursacht haben, die sich unter der Einwirkung dieser Kräfte von der Sonne ablösten, nahm die Rolle Gottes in der Entwicklung der Natur noch weiter ab. Er konnte der Schöpfer bleiben, aber selbst das war zweifelhaft, da unklar war, ob die Welt einen Anfang in der Zeit hatte. Obwohl die meisten Wissenschaftler ein Beispiel für Frömmigkeit waren, stellte die Ansicht, die sich unter dem Einfluss ihrer wissenschaftlichen Tätigkeit entwickelte, eine Bedrohung für die Religion dar, und es war ganz natürlich, dass die Theologen beunruhigt waren.

Eine weitere wichtige Folge der Entwicklung der Wissenschaft war eine tiefgreifende Veränderung der Vorstellung vom Platz des Menschen im Universum. Im Mittelalter galt die Erde als das Zentrum des Himmels, und alles diente dem Menschen. In der Newtonschen Welt war die Erde ein unbedeutender Planet, nicht einmal ein besonders auffälliger Stern; die astronomischen Entfernungen waren so enorm, dass die Erde im Vergleich dazu nur ein Stecknadelkopf war. Es schien unwahrscheinlich, dass dieser ganze gigantische Mechanismus zum Wohle einiger armseliger Kreaturen eingerichtet wurde, die auf diesem Stecknadelkopf lebten. Darüber hinaus wurde der Zweck, der seit Aristoteles die innere Seite wissenschaftlicher Konzepte bildete, nun aus dem wissenschaftlichen Prozess ausgeschlossen. Vielleicht glaubte noch mancher, dass die Himmel existierten, um die Ehre des Herrn zu verkünden, aber niemand durfte diese Überzeugung in astronomische Berechnungen einfließen lassen. Vielleicht hatte die Welt einen Zweck, aber er konnte bei der wissenschaftlichen Erklärung der Welt nicht mehr berücksichtigt werden.

Die Kopernikanische Theorie hätte den menschlichen Stolz demütigen sollen, aber tatsächlich trat das Gegenteil ein, da der Triumph der Wissenschaft den menschlichen Stolz wiederbelebte. Die sterbende antike Welt litt unter einem Gefühl der Sünde und vererbte es als schwere Last an das Mittelalter. Demütig vor Gott zu sein, war sowohl richtig als auch vernünftig, da Gott den Hochmut bestrafen würde. Epidemien, Überschwemmungen, Erdbeben, Türken, Tataren und Kometen verwirrten diese düsteren Jahrhunderte, und es wurde angenommen, dass nur durch immer größere Demut diese tatsächlichen oder drohenden Katastrophen verhindert werden könnten. Aber demütig zu bleiben, als die Menschen solche Erfolge erzielt hatten, wurde unmöglich.

Die Natur und ihre Gesetze lagen in Nacht versteckt,
Bis Gott sprach: „Es werde Newton“, und es ward Licht.

Und was die ewige Verdammnis betrifft, so hatte der Schöpfer eines solch riesigen Universums wahrscheinlich wichtigere Dinge zu tun, als Menschen wegen geringfügiger Abweichungen von der Religion in die Hölle zu schicken. Man konnte Judas Iskariot zur ewigen Verdammnis verurteilen, aber nicht Newton, obwohl er Arianer war.

Natürlich gab es für die Menschen viele andere wichtige Gründe, mit sich selbst zufrieden zu sein. Die Tataren wurden in Asien in Schach gehalten, die Türken hörten auf, eine Bedrohung zu sein, Halley machte Kometen durch seine Entdeckung harmlos, und was Erdbeben betrifft, so waren sie, obwohl immer noch furchteinflößend, so interessant, dass Wissenschaftler sie kaum bedauern konnten. Die Westeuropäer wurden schnell reich und wurden Herren der ganzen Welt: Sie eroberten Nord- und Südamerika, waren allmächtig in Afrika und Indien, wurden in China respektiert und in Japan gefürchtet. Wenn zu all dem noch der Sieg der Wissenschaft hinzukam, ist es nicht verwunderlich, dass sich die Menschen des 17. Jahrhunderts als lebendige Menschen fühlten und nicht als unglückliche Sünder, wie sie sich in den Sonntagsgottesdiensten immer noch nannten.

In mancher Hinsicht unterscheiden sich die Konzepte der modernen theoretischen Physik von den Ansichten des Newtonschen Systems. Zunächst wurde festgestellt, dass der Begriff „Kraft“, der eines der führenden Konzepte im 17. Jahrhundert war, nicht notwendig ist. „Kraft“ ist bei Newton die Ursache für die Änderung der Bewegung in Betrag oder Richtung. Der Begriff der Ursache wird als wichtig angesehen, und Kraft, bildlich verstanden, ist so etwas wie das, was wir erleben, wenn wir schieben oder ziehen. Bei diesem Verständnis der Kraft entstand der Einwand gegen die Anerkennung der Gravitation, da sie über eine Distanz wirkte, und Newton selbst räumte ein, dass es ein Medium geben müsse, durch das sie übertragen wird. Allmählich wurde festgestellt, dass alle Gleichungen geschrieben werden konnten, ohne Kraft einzuführen. Was der Beobachtung zugänglich war, war die Beziehung zwischen Beschleunigung und Position; zu sagen, dass diese Beziehung durch eine „Kraft“ erzeugt wird, bedeutete, nichts zu unserem Wissen hinzuzufügen. Die Beobachtung zeigt, dass Planeten in jedem Moment eine auf die Sonne gerichtete Beschleunigung haben, die umgekehrt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung von der Sonne variiert. Zu sagen, dass dies der „Kraft“ der Gravitation geschuldet ist, ist lediglich eine Redewendung, es ist dasselbe, wie zu sagen, dass Opium Menschen einschläfert, weil es eine einschläfernde Eigenschaft besitzt. Daher stellt der moderne Physiker einfach die Formel auf, die die Beschleunigung bestimmt, und vermeidet gleichzeitig das Wort „Kraft“. Das Konzept „Kraft“ ist ein verschwommener Geist vitalistischer Ansichten über die Ursachen der Bewegung, und dieser Geist wurde allmählich ausgetrieben.

Bis zum Aufkommen der Quantenmechanik gab es in der Wissenschaft keine Entdeckungen, die den grundlegenden Sinn der ersten beiden Bewegungsgesetze in irgendeiner Weise verändert hätten, nämlich dass die Gesetze der Dynamik in Begriffen der Beschleunigung formuliert werden müssen. In dieser Hinsicht sind Kopernikus und Kepler immer noch mit den Alten in eine Gruppe einzureihen; sie suchten nach Gesetzen, die die Form der Bahnen der Himmelskörper bestimmten. Newton zeigte deutlich, dass in dieser Form formulierte Gesetze nur annähernd richtig sein können. Planeten bewegen sich wegen der durch den Einfluss anderer Planeten verursachten Störungen nicht exakt auf Ellipsen. Und die Bahnen der Planeten wiederholen sich aus demselben Grund niemals exakt. Aber das mit den Beschleunigungen verbundene Gravitationsgesetz war sehr einfach und galt zwei Jahrhunderte nach Newton als vollkommen genau. Als es von Einstein korrigiert wurde, blieb es immer noch ein Gesetz, das mit Beschleunigungen verbunden war.

Zwar ist das Gesetz von der Erhaltung der Energie ein Gesetz, das mit Geschwindigkeiten und nicht mit Beschleunigungen verbunden ist. Aber in Berechnungen, in denen dieses Gesetz verwendet wird, wird die Beschleunigung immer noch berücksichtigt.

Was die durch die Quantenmechanik eingeführten Änderungen betrifft, so sind sie sehr tiefgreifend, aber die Frage ist noch bis zu einem gewissen Grad widersprüchlich und unbestimmt.

Es gibt eine Änderung im Vergleich zur Newtonschen Philosophie, die jetzt erwähnt werden sollte – die Ablehnung des absoluten Raumes und der absoluten Zeit. Der Leser erinnert sich an die Erwähnung dieser Frage im Zusammenhang mit Demokrit. Newton glaubte an einen aus Punkten bestehenden Raum und eine aus Momenten bestehende Zeit, die unabhängig von den Körpern und Ereignissen existieren, die sich in ihnen befinden. In Bezug auf den Raum untermauerte er seinen Standpunkt, indem er sich auf das empirische Argument stützte, nämlich dass physikalische Phänomene uns die Unterscheidung absoluter Rotation ermöglichen. Wenn Wasser in einem Eimer rotiert, steigt es an den Rändern und sinkt in der Mitte, aber wenn der Eimer und nicht das Wasser rotiert, tritt dieses Ergebnis nicht ein. Später wurde von Jean Foucault ein Experiment mit einem Pendel durchgeführt, das einen vermeintlichen Beweis für die Erdrotation liefert. Selbst aus der Sicht der modernsten Ansichten stellt die Frage der absoluten Rotation Schwierigkeiten dar. Wenn alle Bewegung relativ ist, dann ist der Unterschied zwischen der Hypothese, dass sich die Erde dreht, und der Hypothese, dass sich die Himmel drehen, rein wörtlich – er ist nicht größer als der Unterschied zwischen den Sätzen „John ist der Vater von James“ und „James ist der Sohn von John“. Aber wenn sich die Himmel drehen, müssten sich die Sterne mit einer Geschwindigkeit bewegen, die die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, was als unmöglich gilt. Man kann nicht sagen, dass die moderne Lösung dieser Schwierigkeiten völlig zufriedenstellend ist, aber sie ist zufriedenstellend genug, um fast alle Physiker dazu zu bringen, den Standpunkt zu akzeptieren, dass Bewegung und Raum rein relativ sind. Dies hat zusammen mit der Verbindung von Raum und Zeit zur Raumzeit unsere Sicht auf das Universum im Vergleich zu der, die sich aus den Arbeiten von Galilei und Newton ergab, wesentlich verändert. Aber auf diesen Punkt, wie auch auf die Quantenmechanik, werde ich nicht weiter eingehen.