Frühe Weltbilder in der Physik

Hinweis: In der christlichen Weltanschauung gilt die allgemeine Ansicht der Schöpfungsgeschichte, doch darauf wird in dieser Zusammenfassung nicht weiter eingegangen. Diese Zusammenfassung beschäftigt sich ausschliesslich mit den Weltbildern aus physikalischer Sicht und wie sich diese im Laufe der Zeit gewandelt haben.

Sicherlich ist dir allgemein bekannt, dass sich die Sonne im Mittelpunkt unseres Sonnensystems befindet und sich die acht Planeten des Systems, zu welchen auch die Erde zählt, um die Sonne drehen. Vermutlich weisst du bereits, dass sich der Mond um die (in etwa kugelförmige) Erde dreht und die Erde zusätzlich um ihre eigene Achse rotiert. Doch wie kam man zu all diesen Erkenntnissen? Welche Vorstellungen hatten die Menschen früher von unserem Sonnensystem? 

Vorstellungen in der Antike (800 v. Chr.- 140 n. Chr.)

Die ersten Erkenntnisse bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise des Sonnensystems erlangten die Menschen der Antike,  genauer gesagt die Chaldäer und die Pythagoräer, durch den Blick in den Himmel. Sie beobachteten, dass die Sonne jeden Tag auf und in der entgegengesetzten Richtung wieder unterging. Sie beobachteten den Lauf der Sterne.  Es wurde angenommen, dass die Erde die Form einer Scheibe hat und der Himmel eine Art Decke ist, an manchen Stellen wurde der Himmel auch als kuppelartige Decke dargestellt. Oft hat man auch angenommen, dass es gigantische Säulen geben müsste, welche die Himmelskuppel stützten. 

In etwas späteren Phasen der Antike wurde das Weltbild von den Griechen etwas modifiziert. Die Himmelskuppel wurde durch eine Himmelskugel ersetzt, auf welcher sich die Sterne und die Sonne befanden. Diese drehte sich um die Erde. In einigen Quellen findet man sogar, dass die Erde als Kugel beschrieben wurde, wobei die Himmelskugel mit der Erde durch eine starre Achse verbunden ist, welche durch die damals noch unerreichbaren Pole der Erde verlaufen sollte. 

Die Sterne drehten sich einfach mit der Himmelskugel mit, aber die Planeten bewegten sich in diesem Weltbild auf komplizierten Bahnen fort.

Ptolemäisches Weltbild (140 - 1400)

Das Ptolemäische Weltbild wurde vom Mathematiker und Astronomen Claudius Ptolemäus (100-160) ausgearbeitet. Dabei handelt es sich um ein geozentrisches Weltbild, da die Erde dabei im Zentrum des Sonnensystems stand. Ptolemäus Vorstellung zufolge umkreisten die Planeten des Sonnensystems, ebenso wie die Sonne, die Erde in Kreisbahnen. Die Kreisbahnen, welche alle in derselben Ebene verliefen,  hatten alle unterschiedliche Radien, sodass man zwischen näheren und ferneren Planeten unterscheiden konnte. Die Reihenfolge der die Erde umkreisenden Himmelskörper, vom nächstem zum fernsten war dabei die folgende: Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter und Saturn. (Weitere Planeten waren damals nicht bekannt)

Ausserhalb der Bahn des Saturns gab es dann die Himmelskugel, auf welcher sich die sonstigen Sterne befanden, ähnlich zu der Himmelskugel im Antiken Weltbild. Die Himmelskugelsphäre im ptolemäischen Weltbild stellt eine Fixsternsphäre dar, was bedeutet, dass die Sterne auf dieser fixiert sind. Dahinter gab es eine weitere Sphäre, welche dafür zuständig gewesen ist, sämtliche Bewegungen der Planeten und der ersten Sphäre anzutreiben.

Ptolemäus selbst sind allerdings kleine Widersprüche in seinem Weltbild aufgefallen: Einige Himmelskörper bewegen sich nicht auf einer Kreisbahn um die Erde. Dies ist bereits aus Beobachtungen ersichtlich gewesen. Dafür hat er sein Weltbild etwas modifiziert, wonach einige Planeten, wie beispielsweise der Mars eine komplizierte Schleifenbahn ausführt. Diese hat Ptolemäus beschrieben durch mehrere Kreisbahnen (die Epizykel), welche ihren Ursprung auf einer weiteren, viel grösseren, Kreisbahn haben. Die zweite Kreisbahn (der Deferent) hat im Zentrum die Erde stehen. Durch diesen komplizierten Bewegungsablauf kommt es dazu, dass sich der Mars am Himmel entlang einer Schleifenbahn bewegt. 

Auch wenn dieses Weltbild viele Fehler in sich trägt, allein schon wegen der Tatsache, dass die Erde im Zentrum stehen soll und nicht die Sonne, so hat es dennoch rechnerisch oft gute Ergebnisse gegeben, welche zu den Beobachtungen am Himmel gepasst haben. Dies ist einer der Gründe dafür, warum sich das Weltbild über mehr als tausend Jahre gehalten hat. Ein weiterer Grund war die allgemeine Situation im Mittelalter. In Europa herrschte das Christentum vor. Die Kirche war diejenige Instruktion, welche grosse Macht besass. Nach dem christlichen Glauben hat Gott die Welt in 7 Tagen erschaffen und der Hauptakt seiner Schöpfung war der Mensch. Da grossflächig dieser Glauben vorherrschte, kamen die Menschen lange Zeit gar nicht auf die Idee, dass die Erde, also damit verbunden auch die Menschen, eben nicht im Zentrum der Welt stehen könnten. 

Legende

Kopernikanisches Weltbild (1400-1600)

Das Kopernikanische Weltbild geht zurück auf den Astronom und Arzt Nikolaus Kopernikus (1473-1543). Dieses Weltbild wird auch heliozentrisches Weltbild genannt, weil darin die Sonne im Mittelpunkt steht und sich um diese die Planten drehen. 

Die Idee wurde vermutlich von Aristarch von Samos (310-230 v. Chr.) inspiriert. Kopernikus versetzte sich gedanklich in die Perspektive der Sonne und erkannte, dass aus diesem Blickwinkel die Planeten sich alle um die Sonne drehten. Durch diesen Perspektivenwandel sank die Erde auf den Status eines Planeten zurück. Von der Sonne aus bewegten sich die Planten auf Kreisbahnen um die Sonne herum, wobei die Kreisbahnen verschiedene Radien besassen. Von innen nach aussen waren die Planeten in der folgenden Reihenfolge angeordnet: Merkur, Venus, Erde (um welche sich der Mond dreht), Mars, Jupiter, Saturn. (weitere Planeten waren auch zu seiner Zeit noch nicht entdeckt)

Zwei wesentliche Elemente (welche sich heutzutage als falsch herausstellten), behielt Kopernikus allerdings bei. Das Eine waren die Kreisbahnen, welche die Planeten durchlaufen und das Zweite war die Fixsternsphäre, welche sich ausserhalb des fernsten Planeten erstreckte.

Das Kopernikanische Weltbild stellte einen revolutionären Durchbruch dar in der mittelalterlichen Welt. Von den Vertretern des Christentums wurde sein neues Weltbild grundlegend abgelehnt. 

Erst gegen 1700 wurde das heliozentrische Weltbild von den meisten Menschen akzeptiert. 

Legende

Weltbild von Galilei und Kepler (ab 1600)

Die beiden Astronomen Galileo Galilei (1564-1642) und Johannes Kepler (1571-1630) zählten zu den Befürwortern und Unterstützern des heliozentrischen Weltbildes nach Kopernikus. 

Galilei beobachtete den Mond mit einem Fernrohr, welche zu der Zeit gerade aufkamen, und bemerkte, dass der Mond eine krateratige Struktur hatte und wegen seiner Oberflächenbeschaffenheit der Erde ähnelte. Daraus schlussfolgerte er, dass die Erde ebenso ein Himmelskörper sein musste, wie der Mond. Des Weiteren entdeckte er einige Jupitermonde, was er ebenfalls als Beweis nahm, dass die Erde nicht das Zentrum allen astronomischen Bewegungen sein konnte.

Galilei protestierte öffentlich gegen die Kirche, welche am ptolemäischen Weltbild festhielt. Im Zuge dessen kam es zu einer Aufsehen erregenden Prozess gegen Galilei. Die Kirche zwang ihn dazu, öffentlich seine bisherigen Lehren zu widerrufen. Erst im Jahr 1992 wurde Galilei von der Kirche offiziell rehabilitiert und damit auch das Kopernikanische Weltbild von ihr offiziell akzeptiert.

Kepler erneuerte das Kopernikanische Weltbild um ein weiteres Element. Er erkannte, dass die Annahme, die Planeten bewegten sich allesamt auf kreisförmigen Bahnen nicht ganz zutreffend war. Stattdessen erkannte er, dass die Planeten sich in Wirklichkeit auf ellipsenförmigen Bahnen bewegen und im Brennpunkt der Bahnen die Sonne steht. Im Laufe seiner Arbeit entwickelte Kepler verschiedene Gesetze, welche heute als die drei Keplerschen Gesetze bekannt sind. Ausserdem lieferte er Isaac Newton (1643-1727) die Grundlage zur Formulierung des Gravitationsgesetzes.

Legende

Die Nummerierung ist gleich wie im Bild zum kopernikanischem Weltbild.