III. Seine Erkenntnisse und Erfindungen

Galileo Galilei entdeckte und erkannte zahlreiche naturwissenschaftliche Dinge in den Gebieten der Mathematik, Physik und Astronomie. Seine wahren Leistungen waren aber eigentlich gar nicht nur seine Entdeckungen, mindestens genauso wichtig für alle, die ihm folgten war Galileis Weg zu Erkenntnissen zu gelangen.
AristotelesSo war das revolutionäre an seiner Arbeit zum einen seine Art der Forschung und zum anderen seine Art der Ergebnisse; seine Vorgehensweise war neuartig: Galilei entdeckte dass Experiment als wesentliches Mittel zur Erkenntnis von Gesetzmäßigkeiten der Natur. Seine Fragen stellte er daraufhin an das Experiment, seinen Verlauf und sein Ergebnis und nicht an die reine menschliche Vernunft oder den menschlichen Glauben. Die Wissenschaftler vor ihm – besonders auch Aristoteles – fragten stets nach dem „warum“ eines physikalischen Vorgangs; Galilei aber fragte nun nach dem „wie“ eines Prozesses. Außerdem war Galilei der erste, der die Gesetze der Physik in mathematische Formeln umsetzte. Dementsprechend sagt man er habe Folgendes als sein Forschungsprinzip angegeben:
„Wer wissenschaftliche Fragen ohne Hilfe der Mathematik lösen will, unternimmt Undurchführbares. Man muß messen, was messbar ist, und messbar machen, was noch nicht messbar ist.“

Somit nennt man ihn heute sowohl den „Begründer des experimentellen Denkens aller Naturwissenschaftler“, als auch den „Vater der klassischen Physik“, denn er leitete mit seiner Art der Forschung ein neues Zeitalter der Wissenschaft ein.

Was ebenfalls neu war an Galilei, war seine Darstellungsweise: er war einer der ersten Italiener, der seine Forschungsergebnisse fast ausschließlich in seiner Muttersprache darstellte. Zuvor wurde Latein als Sprache der Gelehrten verwendet, wodurch dem „einfachen“ Volk nicht möglich war, die Lehren zu verfolgen oder gar zu beginnen unliebsame Fragen zu stellen. Galilei aber wollte das Volk miteinbeziehen und in gewisser Form vom richtigen Verständnis und Wissen überzeugen. So bereitete er seine Forschungsergebnisse in leicht verständlichen Dialogen aber gleichzeitig in vorbildlich schönem, stilvollen Italienisch auf.


Galileis Erkenntnisse, Entdeckungen und Entwicklungen:

    • Widerlegung der aristotelischen Lehrmeinung zur Fallgeschwindigkeit:
      PisaLaut Aristoteles sei die Fallgeschwindigkeit proportional zum Gewicht eines Körpers. Galilei aber zeigt, dass verschieden schwere Kugeln gleich schnell fallen. Man sagt er habe dies mit Hilfe eines Experiments am Schiefen Turm von Pisa demonstriert: Er soll vor Augen seiner Studenten zwei unterschiedlich schwere Körper herunterfallen lassen haben. In Galileis Schriften und Manuskripten findet sich jedoch kein Hinweis auf solche Versuche, was mangels hinreichend genauer Uhren quantitativ ohnehin so gut wie nicht auswertbar gewesen wäre.
      Seinen Ergebnissen wurde aber von Seiten der Gelehrten keine Beachtung geschenkt. Man war der Auffassung ein solch junger und wohl noch unerfahrener Mann – er war gerade 26 Jahre alt – habe nicht an den Fundamenten der Wissenschaft zu rütteln.
  • Entdeckung der Pendelgesetze:
    Er fand heraus, dass die Dauer einer Pendelschwingung mit einer bestimmten Pendellänge unabhängig von der Bogenlänge oder Amplitude immer gleich lang ist (nur wenn die Amplitude sehr groß wird, hängt die Schwingungsdauer des Pendels von der Amplitude ab). Es bestimmt also nur die Länge des Pendels die Schwingungsdauer. Galileo erkannte die Bedeutung dieser als Isochronie bezeichneten Erscheinung für die Zeitmessung und beschäftigte sich sein Leben lang mit der Frage, wie man diese Entdeckung zur Konstruktion einer Pendeluhr nutzen könne.
  • Entdeckung der Fall- und Trägheitsgesetze:
    Diese Gesetze stellen das eigentliche Hauptwerk Galileis dar. Er erschuf sie während seiner Zeit auf dem Landgut Arceti und veröffentlicht sie außerhalb der Landesgrenzen in dem Buch „Discorsi e dimonstrationi matematiche" (er ließ es nach Holland schmuggeln).
    Schiefe EbeneGalilei stellte fest, dass ein Stein beim Fallen erst ganz langsam ist und dann immer schneller wird. Da er nicht bestätigen kann, dass die Geschwindigkeit in gleichen Wegabschnitten um gleiche Beträge wächst, schlussfolgert er, dass seine Annahme, die Geschwindigkeit sei proportional zu den Zeitabschnitten, richtig ist. Daraus ergab sich v = a t (aus der Ruhelage heraus). Auf Grund seiner Annahme, die Durchschnittsgeschwindigkeit betröge ½ a t, ergab sich somit für den Weg s = ½ a t t; er wächst also mit dem Quadrat der Zeit. Hiermit entdeckte Galilei also die Beschleunigung und die Tatsache, dass diese etwas von der Geschwindigkeit völlig verschiedenes ist.
    Zur Untersuchung dieser Gesetze, führte Galilei als Versuchsanordnung die schiefe Ebene mit Kugeln aus verschiedenen Materialien ein. Somit war es erstmals möglich, die Geschwindigkeit der langsam anrollenden Kugeln zu messen. So stellte er fest, dass auch die Geschwindigkeit auf schiefen Ebenen zunimmt.

 

 

  • Entdeckungen zur heutigen Elastizitätstheorie:
    Auch wenn Galilei noch keine quantitative Theorie aufstellen konnte, entdeckte er, dass die Tragfähigkeit eines Balkens größer ist, wenn man ihn hochkant, nicht flachkant stellt und war der Erste, der die äußere Belastung in Relation zu den inneren Spannungen setzte.
  • Erkenntnisse zur bogenförmigen Bewegung eines Geschosses:
    Galilei wies nach, dass diese Bewegung aus zwei Komponenten besteht. So stellte er fest, dass hier eine von der Trägheit bestimmte horizontale und eine von stetiger Beschleunigung bestimmte nach unten gerichtete Komponente zusammenwirken. Daraus ergibt sich dann die parabelförmige Flugbahn.
  • Bestimmung des Gewichtes von Luft:
    Galilei widerlegte 1614 die bisher vorherrschende Meinung von gewichtsloser Luft und bestimmte ihr spezifisches Gewicht als ein 600stel des Gewichts von Wasser. Auch hiermit entkräftete er eine aristotelische Anschauung.
  • Erbauung eines leistungsstarken Fernrohres und in dessen Folge zahlreiche Entdeckungen am Himmel:
    Er baute mit Hilfe seiner erlernten Schleifkunst aus Brillenlinsen – nach dem Vorbild des in Holland von Jan Lippershey erfundenen Fernrohrs – ein einfaches Fernrohr mit zunächst 4-facher und später bis zu 33-facher Vergrößerung und beobachtete den Himmel:
    - er entdeckte die vier Monde des Jupiter (Io, Europa, Ganymed und Kallisto)
    - er erkannte die Phasengestalt der Venus (Sichel und Dichotomie)
    - er beschrieb die Ringe des Saturn
    - er beobachtete die Schatten der Mondgebirge
    - er sah die Sonnenflecken und damit die Rotation der Sonne
    - er nahm wahr, dass die Milchstraße nicht ein nebliges Gebilde ist, sondern aus einzelnen Sternen besteht
    Galilei Mond- er bemerkte, dass der Mond nicht leuchtet, sondern von der Sonne angeleuchtet wird
    - er stellte fest, dass die Planeten - im Gegensatz zu den Fixsternen - als Scheiben zu sehen sind
    All diese Beobachtungen und eine Federzeichnung der Mondoberfläche veröffentlichte er im Sidereus Nuncius, der Galilei berühmt machte.
    Außerdem bestätigten sie ihn in seiner ohnehin schon für ihn feststehenden Überzeugung von der Richtigkeit des kopernikanischen Weltbildes.
  • Entwicklung eines Thermometers (noch sehr ungenau arbeitend)
  • Erfindung der hydrostatischen Waage:
    1586 konstruierte Galilei – angeregt durch die Arbeiten von Archimedes – eine hydrostatische Waage, mit der man spezifische Gewichte bestimmen konnte und löste damit ein antikes Problem. 
  • Erfindung einer Rechenmaschine:
    Mit dieser Rechenmaschine kann man aus der Stellung der Jupitermonde den geographischen Standpunkt bestimmen.
  • Entdeckung der Libration des Mondes:
    Kurz vor seiner Erblindung stellte er die schwankende Bewegung des Mondes (Libration) fest. Diese Libration setzt sich aus folgenden vier Anteilen zusammen: Libration in der Länge durch die Ellipsenbahn; Libration in der Breite durch die Neigung der Rotationsachse; parallaktische Libration durch den Blickwinkel und schließlich die physische Libration durch die Mondform (der Mond ist keine ideale Kugel).
  • Einige nützliche Erfindungen:
    Man fand Skizzen von Geräten wie einer Kombination aus Kerze und Spiegel, um damit das Licht durchs ganze Haus leiten zu können; einem automatischen Tomatenpflücker; einem Taschenkamm, der auch als Besteck verwendet werden konnte oder einer Art Vorläufer des Kugelschreibers.
  • Erkenntnisse bezüglich des Weltbildes:
    Galilei war von folgenden Tatsachen überzeugt:
    - die Sonne steht im Mittelpunkt des Planetensystems
    - die Erde ist ein Planet wie Merkur , Venus und Mars
    - alle Körper auf Erden und im Weltall bewegen sich nach festen Gesetzen

Galileis wichtige Werke:

  • Sidereus nuncius, 1610
    deutsch: Nachricht von neuen Sternen
  • Saggiatore 1623
    deutsch: Prüfer mit der Goldwaage
  • Dialogo sopra i due massimi sistemiFlorenz 1632
    deutsch: Dialog über die beiden hauptsächlichen Weltsysteme
  • Discorsi e dimostrazioni matematicheLeiden 1638
    deutsch: Unterredung und mathematische Demonstration über zwei neue Wissenszweige die Mechanik und die Fallgesetze betreffend

Raumsonde Galiliei

Galilei zu Ehren wurden folgende Dinge nach ihm benannt:

  • im cgs-System die Einheit für die Erdbeschleunigung „Gal“
  • ein Krater auf dem Mond
  • das Galileo-Thermometer
  • die Raumsonde Galileo, gebaut zur Erforschung des Planeten Jupiter
  • das zukünftige Satellitennavigationssystem Galileo
  • eine dimensionslose Kennzahl der Strömungsmechanik (Galilei-Zahl)
  • die vier größten Monde des Jupiter (die Galileischen Monde)

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