Wissenschaft

Eine Geschichte der antiken griechischen Physik

In der Antike war das systematische Studium grundlegender Naturgesetze kein großes Problem. Die Sorge blieb am Leben. Die Wissenschaft, wie sie zu dieser Zeit existierte, bestand hauptsächlich aus Landwirtschaft und schließlich Ingenieurwesen, um das tägliche Leben der wachsenden Gesellschaften zu verbessern. Das Segeln eines Schiffes nutzt zum Beispiel den Luftwiderstand, das gleiche Prinzip, das ein Flugzeug in der Luft hält. Die Alten konnten herausfinden, wie Segelschiffe ohne genaue Regeln für dieses Prinzip gebaut und betrieben werden sollten.

 

Blick auf Himmel und Erde

Die Alten sind vielleicht am besten für ihre Astronomie bekannt. die uns bis heute stark beeinflusst. Sie beobachteten regelmäßig die Himmel, von denen angenommen wurde, dass sie ein göttliches Reich sind, in dessen Zentrum die Erde steht. Es war sicherlich für alle offensichtlich, dass sich Sonne, Mond und Sterne in regelmäßigen Abständen über den Himmel bewegten, und es ist unklar, ob ein dokumentierter Denker der Antike daran dachte, diesen geozentrischen Standpunkt in Frage zu stellen. Unabhängig davon begannen die Menschen, Sternbilder am Himmel zu identifizieren und verwendeten diese Tierkreiszeichen, um Kalender und Jahreszeiten zu definieren.

Die Mathematik entwickelte sich zuerst im Nahen Osten, obwohl die genauen Ursprünge je nachdem, mit welchem ​​Historiker man spricht, variieren. Es ist fast sicher, dass der Ursprung der Mathematik in der einfachen Aufzeichnung in Handel und Regierung lag.

Ägypten machte tiefgreifende Fortschritte bei der Entwicklung der Grundgeometrie, da nach der jährlichen Überschwemmung des Nils das landwirtschaftliche Gebiet klar definiert werden musste. Auch in der Astronomie fand die Geometrie schnell Anwendung.

 

Naturphilosophie im antiken Griechenland

Als die griechische Zivilisation entstand, gab es jedoch endlich genug Stabilität – trotz der Tatsache, dass es immer noch häufige Kriege gibt -, um eine intellektuelle Aristokratie, eine Intelligenz, zu entwickeln, die sich der systematischen Untersuchung dieser Angelegenheiten widmen konnte. Euklid und Pythagoras sind nur einige der Namen, die im Laufe der Jahrhunderte in der Entwicklung der Mathematik aus dieser Zeit mitschwingen.

In den Naturwissenschaften gab es auch Entwicklungen. Leukipp (5. Jahrhundert v. Chr.) Weigerte sich, die alten übernatürlichen Erklärungen der Natur zu akzeptieren, und proklamierte kategorisch, dass jedes Ereignis eine natürliche Ursache habe. Sein Schüler Demokrit setzte dieses Konzept fort. Die beiden waren Befürworter eines Konzepts, dass alle Materie aus winzigen Teilchen besteht, die so klein waren, dass sie nicht aufgebrochen werden konnten. Diese Teilchen wurden Atome genannt, nach einem griechischen Wort für „unteilbar“. Es würde zwei Jahrtausende dauern, bis die atomistischen Ansichten Unterstützung fanden, und noch länger, bis es Beweise gab, die die Spekulation stützten.

 

Die Naturphilosophie des Aristoteles

Während sein Mentor Platon (und  sein  Mentor Sokrates) sich viel mehr mit Moralphilosophie befassten, hatte Aristoteles ‚Philosophie (384 – 322 v. Chr.) Weltlichere Grundlagen. Er befürwortete das Konzept, dass die Beobachtung physikalischer Phänomene letztendlich zur Entdeckung von Naturgesetzen führen könnte, die diese Phänomene regeln, obwohl Aristoteles im Gegensatz zu Leukipp und Demokrit glaubte, dass diese Naturgesetze letztendlich göttlicher Natur seien.

Seine Naturphilosophie war eine Beobachtungswissenschaft, die auf Vernunft beruhte, aber nicht experimentierte. Er wurde zu Recht wegen mangelnder Strenge (wenn nicht völliger Nachlässigkeit) in seinen Beobachtungen kritisiert. Für ein ungeheuerliches Beispiel stellt er fest, dass Männer mehr Zähne haben als Frauen, was sicherlich nicht wahr ist.

Trotzdem war es ein Schritt in die richtige Richtung.

 

Die Bewegungen von Objekten

Eines von Aristoteles ‚Interessen war die Bewegung von Objekten:

  • Warum fällt ein Stein, während Rauch aufsteigt?
  • Warum fließt Wasser nach unten, während Flammen in die Luft tanzen?
  • Warum bewegen sich die Planeten über den Himmel?

Er erklärte dies, indem er sagte, dass alle Materie aus fünf Elementen besteht:

  • Feuer
  • Erde
  • Luft
  • Wasser
  • Äther (göttliche Substanz des Himmels)

Die vier Elemente dieser Welt tauschen sich aus und beziehen sich aufeinander, während Äther eine völlig andere Art von Substanz war. Diese weltlichen Elemente hatten jeweils natürliche Bereiche. Zum Beispiel existieren wir dort, wo das Erdreich (der Boden unter unseren Füßen) auf das Luftreich trifft (die Luft um uns herum und so hoch wie wir sehen können).

Der natürliche Zustand der Objekte war für Aristoteles in Ruhe, an einem Ort, der im Gleichgewicht mit den Elementen stand, aus denen sie zusammengesetzt waren. Die Bewegung von Objekten war daher ein Versuch des Objekts, seinen natürlichen Zustand zu erreichen. Ein Stein fällt, weil das Erdreich unten ist. Wasser fließt nach unten, weil sich sein natürlicher Bereich unter dem Erdbereich befindet. Rauch steigt auf, weil er sowohl aus Luft als auch aus Feuer besteht, und versucht daher, das Reich des hohen Feuers zu erreichen, weshalb sich die Flammen auch nach oben erstrecken.

Es gab keinen Versuch von Aristoteles, die von ihm beobachtete Realität mathematisch zu beschreiben. Obwohl er die Logik formalisierte, betrachtete er Mathematik und die natürliche Welt als grundlegend unabhängig. Seiner Ansicht nach befasste sich die Mathematik mit unveränderlichen Objekten, denen die Realität fehlte, während sich seine Naturphilosophie darauf konzentrierte, Objekte mit einer eigenen Realität zu verändern.

 

Mehr Naturphilosophie

Zusätzlich zu dieser Arbeit über den Antrieb oder die Bewegung von Objekten führte Aristoteles umfangreiche Studien in anderen Bereichen durch:

  • ein Klassifizierungssystem geschaffen, das Tiere mit ähnlichen Merkmalen in „Gattungen“ unterteilt.
  • studierte in seiner Arbeit Meteorologie nicht nur die Natur von Wettermustern, sondern auch Geologie und Naturgeschichte.
  • formalisierte das mathematische System namens Logik.
  • umfangreiche philosophische Arbeit über die Natur der Beziehung des Menschen zum Göttlichen sowie ethische Überlegungen

Aristoteles ‚Werk wurde im Mittelalter von Gelehrten wiederentdeckt und zum größten Denker der Antike erklärt. Seine Ansichten wurden zur philosophischen Grundlage der katholischen Kirche (in Fällen, in denen sie der Bibel nicht direkt widersprach), und in den kommenden Jahrhunderten wurden Beobachtungen, die nicht Aristoteles entsprachen, als Ketzer denunziert. Es ist eine der größten Ironien, dass ein solcher Befürworter der Beobachtungswissenschaft dazu verwendet wird, solche Arbeiten in Zukunft zu verhindern.

 

Archimedes von Syrakus

Archimedes (287 – 212 v. Chr.) Ist am bekanntesten für die klassische Geschichte, wie er beim Baden die Prinzipien der Dichte und des Auftriebs entdeckte und sofort nackt durch die Straßen von Syrakus rannte und „Eureka!“ Schrie. (was grob übersetzt „Ich habe es gefunden!“ bedeutet). Darüber hinaus ist er für viele andere bedeutende Leistungen bekannt:

  • skizzierte die mathematischen Prinzipien des Hebels, einer der ältesten Maschinen
  • schuf ausgefeilte Flaschenzugsysteme, die angeblich in der Lage waren, ein Schiff in voller Größe durch Ziehen an einem einzigen Seil zu bewegen
  • definierte das Konzept des Schwerpunkts
  • schuf das Gebiet der Statik, indem er die griechische Geometrie verwendete, um Gleichgewichtszustände für Objekte zu finden, die für moderne Physiker eine Belastung darstellen würden
  • angeblich viele Erfindungen gebaut, darunter eine „Wasserschraube“ für Bewässerungs- und Kriegsmaschinen, die Syrakus im Ersten Punischen Krieg gegen Rom half. Einige schreiben ihm vor, den Kilometerzähler in dieser Zeit erfunden zu haben, obwohl dies nicht bewiesen wurde.

Die vielleicht größte Errungenschaft von Archimedes bestand jedoch darin, Aristoteles ‚großen Fehler bei der Trennung von Mathematik und Natur in Einklang zu bringen. Als erster mathematischer Physiker zeigte er, dass detaillierte Mathematik mit Kreativität und Vorstellungskraft sowohl für theoretische als auch für praktische Ergebnisse angewendet werden kann.

 

Hipparchus

Hipparchus (190 – 120 v. Chr.) Wurde in der Türkei geboren, obwohl er Grieche war. Er wird von vielen als der größte Beobachtungsastronom des antiken Griechenland angesehen. Mit von ihm entwickelten trigonometrischen Tabellen wandte er die Geometrie rigoros auf das Studium der Astronomie an und konnte Sonnenfinsternisse vorhersagen. Er studierte auch die Bewegung von Sonne und Mond und berechnete ihre Entfernung, Größe und Parallaxe genauer als alle anderen vor ihm. Um ihn bei dieser Arbeit zu unterstützen, verbesserte er viele der Werkzeuge, die für Beobachtungen mit bloßem Auge der damaligen Zeit verwendet wurden. Die verwendete Mathematik weist darauf hin, dass Hipparchus möglicherweise babylonische Mathematik studiert hat und dafür verantwortlich war, einen Teil dieses Wissens nach Griechenland zu bringen.

Hipparchus soll vierzehn Bücher geschrieben haben, aber das einzige direkte Werk, das übrig bleibt, war ein Kommentar zu einem populären astronomischen Gedicht. Geschichten erzählen von Hipparchus, der den Umfang der Erde berechnet hat, aber dies ist umstritten.

 

Ptolemaios

Der letzte große Astronom der Antike war Claudius Ptolemaeus (der Nachwelt als Ptolemäus bekannt). Im zweiten Jahrhundert n. Chr. Schrieb er eine Zusammenfassung der alten Astronomie (stark von Hipparchus entlehnt – dies ist unsere Hauptquelle für das Wissen über Hipparchus), die in ganz Arabien als  Almagest  (die größte) bekannt wurde. Er skizzierte formell das geozentrische Modell des Universums und beschrieb eine Reihe konzentrischer Kreise und Kugeln, auf denen sich andere Planeten bewegten. Die Kombinationen mussten außerordentlich kompliziert sein, um die beobachteten Bewegungen zu berücksichtigen, aber seine Arbeit war ausreichend, um sie für vierzehn Jahrhunderte als umfassende Aussage über die himmlische Bewegung zu betrachten.

Mit dem Fall Roms starb jedoch die Stabilität, die solche Innovationen unterstützt, in der europäischen Welt aus. Ein Großteil des Wissens der Antike ging im Mittelalter verloren. Zum Beispiel existieren von den 150 bekannten aristotelischen Werken heute nur 30, und einige davon sind kaum mehr als Vorlesungsunterlagen. In dieser Zeit lag die Entdeckung des Wissens im Osten: in China und im Nahen Osten.

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