Einfžhrung i n die Astrophysik Teil 1

434 ANHANG B. GESCHICHTE DER PHYSIK
1. Was ist Materie?
2. Was ist Licht?
3. Welches sind die Kräfte, die auf die Materie wirken?
4. Wie werden die Kräfte durch den Raum übertragen?
Im folgenden werden wir erläutern, wie diese Fragen von den jeweiligen Protagonisten (Atomisten)
und ihren Antagonisten (Plenisten) behandelt wurden. Im Zentrum der Diskussion stehen dabei neben
der Gravitation das (klassisch paradoxe) Verhalten von Licht und die Existenz des Atoms (bzw.
Moleküls). Dazu kommen und kamen zwei weitere Fragen, die bis dato unbeantwortet geblieben sind
1. Was zeichnet den Raum aus?
2. Was ist Zeit?
Allerdings wurden sie von Einstein auf eine einzige Frage reduziert: Was bestimmt die Raum-Zeit?
Kepler und die Geometrie
Bei den Griechen (Empedokles) waren die Ur-Elemente Wasser, Luft, Feuer und Erde. Die Himmelsmechanik
war weitgehend Philosophie: die Planeten und Sterne bestanden aus einem besonderen Stoff:
dem Äther (oder der quinta essentia). Die Bahnen waren perfekt (nämlich
Harmonia Mundi Kreise), die Bewegung harmonisch (daher die Sphärenklänge). Das Wort
Astronomie leitet sich aus dem Griechischen ab, von astro = Stern und nomos
= Gesetz. Vor Newton war Astronomie im wesentlichen Geometrie und es galt, die Sphärenharmonie
zu erkennen. Bis Kepler versuchte man, nur mit der einfachsten geometrischen Figur auszukommen,
dem Kreis. Da dies die Beobachtung nicht korrekt wiedergab, benutzte man Epizyklen (Kreise auf
Kreisen), um die Bewegung der Planeten zu beschreiben. Kepler markiert das Ende dieser Harmonia
Mundi.
Johann Kepler (1571 - 1630) gelangte nach vielen Versuchen (mindestens 70!) zu der Einsicht, daß die
wahren Bahnen Ellipsen sind, geometrische Figuren, die erstmals von Appolonius von Perge beschrieben
worden waren. Die Keplerschen Gesetze sind die ältesten physikalischen Gesetze, die unverändert
heute noch so gelehrt werden. Sie lauten:
I Jeder Planet bewegt sich in einer elliptischen Bahn, in deren einem
Brennpunkt die Sonne steht. (Geometrie)
II Der von der Sonne zum Planeten gezogene Leitstrahl überstreicht in
gleichen Zeiten gleiche Flächen. (Flächensatz)
III Die Quadrate der Umlaufszeiten zweier Planeten verhalten sich wie die
Kuben der Radien. (Periode - Radius Relation)
Kepler entwickelt die bereits im Altertum formulierte Korpuskulartheorie des Lichts weiter. Bei ihm
sind die Korpuskel masselos. Er hat als erster eine dynamische Auffassung von der Bewegung der
Gestirne: die Bewegungen sind Folge von Kräften. Seit Kepler gehören Astronomie und Physik eng
zusammen und die Sonderstellung des Himmels ist aufgehoben. Die mathematische Formulierung der
Gravitationskraft, welche Kepler als Ursache für die Bewegung der Planeten ansah, gelang ihm noch
nicht.
Galilei
Galilei (1564 - 1642) begründet die moderne Physik. Forschung (Experiment und Beobachtung) und
Lehre bilden für ihn eine Einheit. Auf ihn gehen die korrekte Beschreibung der Fall- und Wurfbe-