Martin Carrier WS 02/03 Die Copernicanische Revolution T8-200

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Martin Carrier
Die Copernicanische Revolution
WS 02/03
T8-200
Einleitung
Kennzeichnend für die gegenwärtige Sicht:
– Übergreifende Theoriebildungen sind für die Wissenschaft wesentlich.
– Wissenschaftsgeschichte Abfolge größerer theoretischer Zusammenhänge oder Forschungstraditionen.
=> Aufgabe der Wissenschaftsgeschichtsschreibung: Rekonstruktion dieser theoretischen Zusammenhänge und ihrer Entwicklung.
Rekonstruktion von Entwicklungen: Erfassung der begrifflichen und theoretischen Dynamik einer
Disziplin.

Kognitiver, interner Zugang: Abfolge von Problemen und Argumenten: Theorieinhalte in ihrer
Beziehung zu Problemen und Daten.

Psychologisch-sozialer, externer Zugang: Genese von Ideen und Auswahl von Problemstellungen, möglicherweise auch Einfluss auf Geltungseinschätzung.
Möglicher Beitrag wissenschaftshistorischer Untersuchungen:
Verständnis der „Funktionsweise“ der Wissenschaft;
Grundlage einer Studie in angewandter Erkenntnistheorie.
Kognitiv-interne Zugangsweise: Zwei Orientierungen:
(1) Ergründung der Herausbildung des gegenwärtigen Kenntnisstands.
(2) Rekonstruktion vor dem Hintergrund des jeweiligen zeitgenössischen Lehrgebäudes.
Ansetzen an der Binnenperspektive der zugehörigen Epoche.
Doppelnatur der Grundsätze wissenschaftlicher Theoriebildungen:
Einerseits:
Ausdruck „metaphysischer“ Ideen von der Beschaffenheit der Naturprozesse; Anschluss an geistesgeschichtliche Strömungen.
Andererseits:
Tauglichkeit für konkrete Problemlösungen; Erfolg im Labor.
Übergreifende wissenschaftliche Grundsätze sind auf vielfältige Weise mit den Tatsachen (oder
deren Interpretationen) verwoben.
Weltbilder sind von holistischer Beschaffenheit.
Ziel: Erhellung der epistemischen Anatomie einer konzeptionellen Revolution.
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1. Wissenschaftsgeschichte und Wissenschaftsgeschichtsschreibung
(1) Orientierung der Wissenschaftsgeschichtsschreibung an wissenschaftstheoretischen Annahmen: Jene hebt hervor, was systematisch als für Wissenschaftlichkeit charakteristisch gilt.
(2) Traditionell: Primäres Kennzeichen von Wissenschaftlichkeit: Vorurteilsfreies Registrieren
von Tatsachen.
=> Wissenschaftsgeschichte als „Chronologie der Entdeckungen“.
(3) Revidierbarkeit von Tatsachen durch Theorien.
(4) Theoriebildungen sind für den Gang der Wissenschaft wesentlich.
Wissenschaftsgeschichtsschreibung dient der Erhellung übergreifender Theorieansätze.
Die Akkumulationstheorie des wissenschaftlichen Fortschritts
„Anachrone“ Historiographie: Gegenwart als Ausgangspunkt des Interesses an der Vergangenheit.
Dominanz der rückblickenden Perspektive.
Verknüpfung mit der Akkumulationstheorie der Wissenschaftsgeschichte: Wachstum des Wissens
als Prozess des Anhäufens zutreffender theoretischer Einsichten.
Dabei theoretische Rücknahmen von lediglich zweierlei Art:
– Modifikation oder Ersetzung von Illustrationen der Gesetze oder von anschaulichen Modellvorstellungen,
– Einschränkung des Geltungsbereichs der Gesetze.
=> Eingrenzungstheorie: Fortschritt als Gewahrwerden von Geltungsgrenzen.
=> Erhaltung der Gültigkeit im Grenzfall.
Anachrone und diachrone Historiographie
Akkumulationstheorie als Grundlage der Wissenschaftsgeschichtsschreibung:
Verengung der Perspektive durch Konzentration auf Aspekte, die sich als Vorstufen des gegenwärtigen Kenntnisstands deuten lassen.
Erzeugung einer „Pappelalleeperspektive“:
Rückverlängerung der Gegenwart.
Primäres Interesse: Identifikation von Vorläufern.
Anachrone Zugangsweise als Deutung der Vergangenheit aus der Perspektive der Gegenwart.
„Whig-History“: Historiographische Zugangsweise, die Ereignisse für seinerzeit bedeutsam hält,
weil sie Teil einer Entwicklung sind, deren Konsequenzen jetzt als wichtig gelten.
Dagegen „diachron“ geprägte Historiographie: Maßstab der Rekonstruktion ist die Epoche der
Formulierung und Akzeptanz der Theorie.
Diachrone Historiographie als das gegenwärtige „Paradigma“ der Wissenschaftsgeschichtsschreibung:
(1) Übergreifende Theoriebildungen sind für die Wissenschaftsgeschichte wesentlich.
(2) Die jeweils akzeptierten Theorien sind im Verlauf der Wissenschaftsgeschichte einem fundamentalen Wandel unterworfen.
=> Absage an die Akkumulationstheorie.
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(3) Diese wechselnden Theoriebildungen sind in deren jeweiligem Selbstverständnis zu rekonstruieren.
Keine „Vorläuferperspektive“, sondern „Binnenperspektive“: Rekonstruktion von Theorien als
in sich stimmige Aussagensysteme.
Andererseits begrenzte Berechtigung der anachronen Perspektive:
(1) Angemessenheit der rückblickenden Perspektive: Durch sie wird die Brücke von der Gegenwart in die Vergangenheit geschlagen.
Allerdings Beachtung des Unterschieds zwischen gegenwärtiger und zeitgenössischer Relevanz
erforderlich.
(2) Aufweis von Entwicklungslinien nur möglich durch Herstellung epochenübergreifender Zusammenhänge und damit Lösung von einer strikt kontemporären Perspektive.
Anhaltende Unterschiede:
(a) Anachron kausale Rekonstruktion von Entwicklungen versus diachron teleologische Rekonstruktion.
(b) Diachroner Einschluss von Entwicklungslinien, die nicht in der Gegenwart enden.
(3) Nicht-Realisierbarkeit eines strikt diachronen Zugangs und Nicht-Mitteilbarkeit der durch einen solchen gewonnenen Ergebnisse.
(4) Geltungsfragen entziehen sich häufig der Einschätzung der Zeitgenossen.
Über Wahrheit und Falschheit wird aus der gegenwärtigen Perspektive entschieden.
Maxime: Soviel Binnenperspektive wie möglich und soviel retrospektive Rekonstruktion wie nötig.
Wissenschaftsgeschichte und Hermeneutik
Anwendung der Grundsätze der Hermeneutik auf die Wissenschaftsgeschichtsschreibung:
(1) Prinzip der Kohärenz: Unterstellung von Einklang und Zusammenhang.
(2) Prinzip der Nachsicht: Unterstellung von empirischer Bestätigung und Plausibilität.
Wissenschaftsgeschichte als Abfolge unterschiedlicher, in sich stimmiger Ansätze der Naturbeschreibung.
(a) Rekonstruktion aus dem zeitgenössischen Blickwinkel.
(b) Anbindung an den Verstehenshorizont des gegenwärtigen Betrachters.
Hermeneutischer Zugang zur Wissenschaftsgeschichtsschreibung:
Hélène Metzger
Alexandre Koyré
Thomas Kuhn.
=> Symmetrieprinzip der Wissenschaftsgeschichtsschreibung.
Beobachtung: Wahrheit einer Behauptung nicht als plausible Erklärung für die Überzeugung von
ihrer Wahrheit.
„Symmetrieprinzip“: Wahre und falsche Behauptungen werden aus gleichartigen Beweggründen
akzeptiert.
=> Bei der Untersuchung der Entwicklung wissenschaftlicher Auffassungen sollte man davon absehen, ob diese Auffassungen im heutigen Verständnis zutreffend sind oder nicht.
Wissenssoziologie und „Strong Programme“
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Zwei Zugangsweisen zur Wissenschaftsgeschichte:
(1) Kognitiv bzw. intern: Betonung der Abfolge von Problemen und Argumenten sowie des Bezugs auf die Datenlage.
(2) Psychologisch-sozial bzw. extern: Gewichtung des geistes- und sozialgeschichtliche Umfelds
auf den wissenschaftlichen Wandel.
„Externalistische These“:
Geistes- und sozialgeschichtliche Faktoren beeinflussen nicht allein die Auswahl der Problemstellungen, sondern auch die Beurteilung der Angemessenheit von Lösungsvorschlägen.
=> „Wissenssoziologie“.
— Sozialkonstruktivismus:
Die wissenschaftlich relevanten Tatsachen sind nicht vorgegeben, sondern kulturell erzeugt.
Die Ermittlung der Tatsachen unterliegt „sozialen Aushandlungsprozessen“.
— „Strong Programme“:
Die Annahme wissenschaftlicher Theorien gründet sich wesentlich auf den Einfluss gesellschaftlicher Faktoren.
Die Einschätzung der Geltung wissenschaftlicher Theorien orientiert sich an den politischen und
wirtschaftlichen Interessen der jeweils einflussreichen sozialen Gruppen.
Wissenschaftsgeschichte ist wesentlich Sozialgeschichte.
Gesellschaftliche Gründe bestimmen die Akzeptanz wahrer und falscher Hypothesen auf gleiche
Weise.
Symmetrieprinzip als Grundlage einer wissenschaftssoziologische Deutung der Theorienentwicklung, wenn es mit der Behauptung verknüpft wird, dass nicht allein Wahrheit für die Annahme
einer Hypothese irrelevant ist, sondern alle evidentiellen Gründe.
Doppelte Bestimmung wissenschaftlicher Theoriebildungen:
(1) Sie bringen übergreifende Ideen von der Beschaffenheit der Naturprozesse zum Ausdruck und
weisen eine Anbindung an Geistesgeschichte und Philosophie auf.
(2) Sie sollen konkrete Erklärungen von Phänomenen bereitstellen; sie müssen daher ihre Tauglichkeit im Labor unter Beweis stellen und sind durch die Tatsachen beschränkt.
Besseres Verständnis der Geltungsgründe durch die Betrachtung derjenigen Gründe, aus denen die
betreffenden Lehrmeinungen akzeptiert wurden.
2. Die Astronomie der Alten Welt
2.1 Einleitung: Die Kopernikanische Revolution und die moderne Welt
Nikolaus Kopernikus, Nicolaus Copernicus, Niklas Koppernigk: Urheber der heliozentrischen Revolution in der neuzeitlichen Astronomie.
Heliozentrische Astronomie als Anfangspunkt eines geistesgeschichtlichen Prozesses, in dessen
Verlauf der Mensch seine kosmische Zentralstellung verliert.
Traditionell: Die Welt ist nach menschlichem Maß gemacht, als Herausforderung und als Prüfung
für ihn.
Der Mensch wird zwar figürlich und buchstäblich aus dem Zentrum der Welt verstoßen, aber gerade dadurch auch erwachsen und zum Herrn seines Schicksals.
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Kosmologisches Prinzip: Es gibt weder ausgezeichnete Orte noch ausgezeichnete Richtungen; die
Welt sieht von jedem Ort und in jede Richtung gleich aus.
Kosmologisches Prinzip als finale Verallgemeinerung des Kopernikanismus.
2.2 Die Anfänge der Astronomie und die astronomische Datengrundlage
2.2.1 Die Bewegung der Sonne und der Sterne
Zwei Folgen der ägyptischen Ausrichtung auf periodischen Bewegungen der Sterne:
(1) Annahme eines Sternenkalenders oder Sonnenkalenders.
(2) Beobachteter Zusammenhang zwischen der Sternenbewegung und dem täglichen und jährlichen Sonnenlauf auf der einen Seite und den irdischen Lebensvorgängen auf der anderen: Vorstellung, die Stellung der Gestirne und die Position der Sonne habe Auswirkungen auf das menschliche Leben.
Deutung der Korrelation zwischen himmlischem und irdischem Geschehen als Kausalität: Astrologie.
Astronomie nicht als kontemplative, sondern als aktive Disziplin: Grundlage der Astrologie, die
als angewandte Wissenschaft der Beratung in Fragen der Lebensführung und der Politik diente.
Sonnenkalender: Praktische Probleme:
(1) Empirische Schwierigkeit der Ermittlung der Jahreslänge.
(2) Das Jahr umfasst keine ganze Zahl von Tagen.
„Tropisches Jahr“: 365,24220 mittlere Sonnentage  365 + ¼ - 1/128 Tage.
Ägypter: 365 Tage.
Julianischer Kalender (45 v. Chr.): 365 + ¼ Tage.
Gregorianischer Kalender (1582): Berücksichtigung des überzähligen 1/128-Tages.
Synodische Umlaufzeit:
Gleiche Sonnenstände (etwa von Mittag bis Mittag): 24:00 h.
Siderische Umlaufzeit:
Gleiche Sternenposition: 23:56 h.
Die Sternbewegung und der Lauf der Sonne durch den Tierkreis:
Beobachtungsbefund:
Die tägliche Rotation der Sonne und der Sterne stimmt weitgehend überein.
Bezug der Bewegung der Sonne auf die Sterne statt auf ein erdfestes Koordinatensystem.
=> Die Sonne wandert im Laufe eines Jahres durch den Tierkreis.
Mitte des Tierkreises: Ekliptik.
Bewegung der Sonne als Überlagerung zweier Kreisbewegungen um die Erde:
(a) Zusammen mit dem Sternenhimmel tägliche Rotation in westlicher Richtung;
(b) Langsame Jahresbewegung relativ zu den Sternen entlang der Ekliptik in östlicher Richtung.
Zwei-Kugel-Universum
Fixsternsphäre und Erdkugel.
Die Sterne sind auf der Fixsternsphäre befestigt; die Sphäre führt einen Umlauf in 23 h 56 min.
aus; sie kreist um die Erde, die sich in ihrem Zentrum befindet.
Fixsternsphäre und Sonne führen gleichförmig durchlaufene Kreisbewegungen aus (Winkelgeschwindigkeit unverändert).
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Überlagerung zweier gleichförmig durchlaufener Kreisbewegungen bei Sonne, Mond und Planeten: Gegenläufiger Tages- und Jahresumlauf als Fundamentalbewegungen im Universum.
Die Präzession der Äquinoktien
Hipparchos von Nikaia: Verschiebung des Himmelspols relativ zu den Sternen: ca. 1,50 pro Jahrhundert.
=> Gleichartige Bewegung des Frühlingspunkts.
Grund: Kegelförmige Bewegung der Erdachse.
Präzession der Äquinoktien als wesentliches Hindernis für die Erstellung eines korrekten Kalenders: Unsicherheit der Jahreslänge.
Komplikation: Wechselnde Beobachtungsdaten.
=> THABIT IBN QURRA (836-901) : Veränderlichkeit der Präzession: „Trepidation“.
=> Copernicus: Auf die Äquinoktien ist die Jahreslänge nicht angemessen zu gründen.
=> Auszeichnung der Fixsterne als Bezugssystem („siderisches Jahr“).
Die heliozentrische Theorie Aristarchs
ARISTARCHOS VON SAMOS (310–230 v. Chr.):
Archimedes: „Es wird nämlich angenommen, daß die Fixsterne und Sonne unbeweglich seien, die
Erde sich um die Sonne, die in der Mitte der Erdbahn liege, in einem Kreise bewege, die Fixsternsphäre aber, deren Mittelpunkt im Mittelpunkt der Sonne liege, so groß sei, dass die Peripherie der
Erdbahn sich zum Abstande der Fixsterne verhalte, wie der Mittelpunkt der Kugel zu ihrer Oberfläche“ (Hamel 1994, 58).
2.2.2 Planetenbewegung und Gleichförmigkeitspostulat
Planet: Veränderung der Position relativ zu den Fixsternen.
Sieben Planeten: Mond, Sonne, Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn.
Die Erde ist kein Planet: Kein Himmelskörper.
Planetenbewegung:
Ähnlich der Sonnenbewegung:
tägliche Rotation in westlicher Richtung;
mehrmonatiger oder mehrjähriger Umlauf in östlicher Richtung.
Alle Planetenbahnen verlaufen im Bereich der Ekliptik.
Die Reihenfolge der Planeten
Grundbefund; Planeten bewegen sich ähnlich wie die Sonne:
tägliche Rotation in westlicher Richtung;
jährlicher Umlauf in östlicher Richtung.
Ermittlung der Reihenfolge durch das Ausmaß der Verschiebung gegen den Sternenhimmel.
Jupiter, Saturn: geringfügige Positionsänderung relativ zu den Fixsternen.
=> Sie rotieren am ehesten mit den Sternen.
=> Sie weisen die schnellste Umlaufbewegung auf.
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Prinzip: benachbarte Himmelskörper weisen ähnliche Rotationsgeschwindigkeiten auf.
=> Je näher ein Himmelskörper der Fixsternsphäre ist desto mehr teilt er ihre Bewegung und desto
schneller läuft er also um die Erde.
=> Saturn ist am weitesten von der Erde entfernt.
=> Reihenfolge: Mond, Sonne, Mars, Jupiter, Saturn.
Die Ungleichheiten der Planetenbewegung
Empirische Besonderheiten der Planetenbahnen:
– Erste Ungleichheit: Wechsel der scheinbaren Umlaufgeschwindigkeiten.
– Zweite Ungleichheit: Retrograde Bewegung: schleifenförmige Bahn.
Merkur, Venus:
Beschränkte maximale Elongation
Mars, Jupiter, Saturn:
Retrograde Bewegung bei Opposition; Helligkeitsanstieg; Zunahme der Häufigkeit von Retrogression vom Mars zum Saturn.
Beschränkung der maximalen Elongation als Grund für das Versagen der Methode der Umlaufgeschwindigkeiten zur Bestimmung der Reihenfolge der Planeten.
=> Unklarheit über die Position von Merkur und Venus.
Ptolemäus: Platzierung von Merkur und Venus zwischen Mond und Sonne.
Platons Auszeichnung gleichförmiger Kreisbewegungen
PLATON (428/427 - 347 v. Chr.): Timaios: Kugelförmigen Körpern ist die gleichförmige Kreisbewegung angemessen; diese bildet die vernunftgemäßte Bewegungsform der Fixsternsphäre.
Platons Postulat (in Kenntnis der abweichenden Beobachtungen): Die Planeten bewegen sich auf
gleichförmig durchlaufenen Kreisen.
=> Aufgabenstellung der Astronomie:
Konstruktion der Planetenbewegungen aus Überlagerungen gleichförmiger Kreisbewegungen.
EUDOXOS VON KNIDOS (ca. 408-355 v. Chr.):
System der homozentrischen Sphären:
Jedem Planeten wird eine Mehrzahl von Kugelschalen zugeordnet; deren Zentrum ist übereinstimmend die Erde.
Die Aristotelische Auszeichnung der gleichförmigen Kreisbewegung
=> ARISTOTELES (384-328 v. Chr.):
Übernahme der Platonischen der gleichförmigen Kreisbewegung und des Eudoxischen Systems
der homozentrischen Sphären.
Keine Möglichkeit anhaltender, ununterbrochener Bewegung entlang einer Geraden.
Kreisbewegung als einziger einheitlicher Prozes von unendlicher Dauer.
Auszeichnung der gleichförmigen Kreisbewegung: Unterscheidung zwischen natürlicher Bewegung (motus naturalis) und erzwungener Bewegung (motus violentus):
Natürliche Bewegungen streben auf den dem Körper eigentümlichen „natürlichen Ort“ zu (locus
naturalis).
Erzwungene Bewegungen ergeben sich durch Einwirkung eines äußeren Antriebs.
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Die natürliche Kreisbewegung verläuft als einzige natürliche Bewegung gleichförmig.
Die Fortdauer und die naturgemäße Beschaffenheit der Bewegungen der Himmelskörper zeigen an,
dass sie gleichförmige Kreisbewegungen ausführen.
=> Aristotelische Auszeichnung dieser Bewegungsform für die Himmelskörper mit physikalischen
Gründen.
2.2.3 Antike und mittelalterliche Kosmologie
Aristotelische Kosmologie: Eudoxisches homozentrisches System als Grundlage: Arrangement
von 55 konzentrischen Kugelschalen.
Neue Annahme, dass die Schalen dicht an einander anschließen.
=> Aristotelischer Kosmos als Plenum.
Aristoteles: wechselnde Ansichten zu den Ursachen der Bewegung der Kugelschalen:
– Anfangs Selbstbewegung des Äthers als des Elements der Himmelskörper; später Rückführung
der Bewegung auf den „Ersten Beweger“.
– Einerseits Sterne als Lebewesen, andererseits stärker physikalisch orientierte Ansatz: Übertragung der Rotation der äußersten Sphäre von Kugelschale zu Kugelschale nach innen.
Mit wachsender Entferung von der Sternensphäre bleiben die Bewegungen der Himmelskörper
zunehmend hinter deren Umlauf zurück.
Unwandelbarkeit der Bewegungen der Himmelskörper.
Prägung der antiken und mittelalterlichen Kosmologie durch das Eudoxisch-Aristotelische System.
Aristotelische Unterscheidungen
Aristotelische Kosmologie: Unterscheidung zwischen zwei Wirklichkeitsbereichen:
– irdischer Bereich: sublunar;
– himmlischer Bereich: supralunar.
Unterschiedlichkeit hinsichtlich der stofflichen Beschaffenheit und der ausgezeichneten Bewegungsformen.
Stoffliche Beschaffenheit:
Sublunar: Aristotelische Elemente: Erde, Wasser, Feuer, Luft: Keine empirisch faßbaren Substanzen, sondern Träger von Eigenschaften.
Supralunar: Äther, quinta essentia.
Aristotelische Physik: Natürliche Bewegung als Bestreben der Körper zur Annäherung an ihren
jeweiligen natürlichen Ort.
Natürliche Bewegungen kommen den Körpern ihrer Beschaffenheit nach zu.
Charakterisierung der Elemente durch unterschiedliche natürliche Orte und Bewegungen: Schwere
Elemente: Erde und Wasser: Mittelpunkt des Kosmos als natürlicher Ort.
=> Natürliche Bewegung abwärts gerichtet.
Leichte Elemente: Luft und Feuer: Mondbahn als natürlicher Ort.
=> Natürliche Bewegung aufwärts gerichtet.
Ausgezeichnete Bewegungsformen:
Sublunar: Geradlinig-radial.
Supralunar: Gleichförmig-kreisförmig.
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Gleich- und Verschiedenartigkeit in der Aristotelischen Physik:

Natürliche Fall- und erzwungene Wurfbewegung von kategorial verschiedener Art.

Natürliche Bewegung als Gesamtheit der Veränderungen, die der Natur der betreffenden Körper entsprechen:
Wachstum, Temperaturausgleich, Gesundung.
=> Einsinnige Veränderungen wie das Streben der Körpers zu ihrem natürlichen Ort.
Modern: freier Fall und Wurf gleichartig: Bewegungen unter dem Einfluss konstanter äußerer
Kräfte.
Aristoteles: Klasse der „Fall- und Wurfbewegungen“ heterogen.
=> Übergang zur modernen Sicht als begriffliche Vereinheitlichung.
Modern: Verschiedenartigkeit der Elemente der Klasse der natürlichen Bewegungen.
Übergang zur modernen Sicht als Ausdifferenzierung oder Verlust an Einheitlichkeit.
2.3 Das Ptolemäische Weltsystem
Klaudios Ptolemaios; Claudius Ptolemaeus,
Alexandria ca. 100 – 170 n. Chr.
Grundansatz: Zwei-Kugel-Universum:
Geozentrisches System.
Ziel: Vorhersage der Position jedes Himmelskörpers zu jedem Zeitpunkt.
Wichtige Vorarbeiten durch:
Apollonios von Perge (ca. 240 v. Chr. - ca.170 v. Chr.): Epizykel;
Hipparchos von Nikaia (ca.190 v. Chr.- ca.125 v. Chr.): Exzenter.
Almagest (ca. 150 n. Chr.): Geometrische Rekonstruktion der Planetenbewegungen.
Planetenhypothesen: Weiterer kosmologischer Rahmen.
Almagest:
     ,  al-majisti  almagestum.
Ptolemäus:
Aristotelische Physik und Kosmologie als Rahmen aller astronomischen Theoriebildung.
Herausforderung, der Planetenbewegung im Detail Rechnung zu tragen: Rückführung der Anomalien auf die Überlagerung gleichförmiger Kreisbewegungen.
2.3.1 Epizykel und Exzenter
Erklärungsproblem bei der Planetenbewegung: Variable Umlaufgeschwindigkeiten und Auftreten
retrograder Bewegungen.
Das Deferent-Epizykel-System
Apollonius: Deferent-Epizykel-System:
Gleichförmige Bewegung des Deferenten (Tragekreis), auf welchem ein Epizykel (Aufkreis)
gleichförmig rotiert.
=> Beobachtete Planetenbewegung als Überlagerung zweier gleichförmiger Kreisbewegungen.
Das Deferent-Epizykel-System erklärt:
— die Veränderlichkeit der Umlaufgeschwindig-
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keiten,
— das Auftreten von retrograden Bewegungen,
— das Eintreten des Helligkeitsmaximums bei
Retrogression.
Exzentrische Bewegung: Die Sonnenbahn
Apollonius: Erklärung der Veränderlichkeit der Umflaufgeschwindigkeit der Sonne durch Annahme eines exzentrischen Umlaufs.
Die Erde befindet sich nicht im Zentrum des Sonnendeferenten.
Wechselnde Abstände von Erde und Sonne: Anschein der ungleichförmigen Bewegung.
Die Bewegung ist bezogen auf den Kreismittelpunkt gleichförmig; sie erscheint von der exzentrisch gelagerten Erde aus ungleichförmig.
Apollonius: Äquivalenz zweier Konstruktionen: Statt Einführung eines Exzenters auch Annahme
eines konzentrischen Kreises mit einem Epizykel möglich.
=> Allgemeiner Äquivalenzbeweis für Erklärungen durch Exzenter und durch Epizykel (Adrastos
von Aphrodisias um Christi Geburt).
=> Deren Gültigkeit ist anhand der Erfahrung allein nicht eindeutig beurteilbar.
Korrekturepizykeln können Abweichungen von der einfachen gleichförmigen Kreisbewegung
Rechnung tragen.
Voll entwickelte Ptolemäische Theorie: etwa 50 Korrekturepizykel.
2.3.2 Planetenbewegung im Ptolemäischen System
Erste auch in quantitativer Hinsicht empirisch erfolgreiche Theorie der Planetenbewegung.
Traditionelles begriffliches Instrumentarium:
Epizykel:
– große Epizykel: Retrogression,
– kleine Epizykel: Ungleichförmigkeiten.
Exzenter: Wechselnde Winkelgeschwindigkeiten.
Erklärung der Marsbewegung:
Grundmodell: Deferent-Epizykel-System.
Problem: Wahl der Umlaufparameter anhand der retrograden Bewegungen.
=> Dem empirischen Anschein nach
(1) bewegt sich das Epizykelzentrum ungleichförmig,
(2) verändert sich der Epizykelradius.
Erster Lösungsversuch:
Kombination von Epizykel und Exzenter.
Zusätzlich: Exzentrizität der Erde mit Bezug auf den Marsdeferenten.
(1) Unterschiedlichen Abstände zum Mars
=> Unterschiede in den gemessenen Winkelgeschwindigkeiten.
(2) Wechselnde Abstände zum Epizykel
=> Unterschiedliche scheinbare Größe der retrograden Schleifen.
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Jedoch: Quantitative Diskrepanzen.
Behebung durch Äquanten oder Ausgleichskreis:
Exzentrizität wird so angesetzt, daß der Epizykeldurchmesser konstant bleibt.
Beseitigung der verbleibende Ungleichförmigkeit:
Die Rotation auf dem Deferenten verläuft nicht bezogen auf dessen Zentrum gleichförmig, sondern
relativ zu einem ebenfalls exzentrisch gelegenen Punkt: punctum aequans oder Äquant.
Wählbarkeit des Äquanten so, dass er auf der Verbindungslinie von Erde und Deferentenzentrum
liegt und den gleichen Abstand zum Zentrum besitzt wie die Erde.
Mit Hilfe des Äquanten gelang zum ersten Mal eine umfassende Beschreibung der Planetenbewegung.
Jedoch: Auffassung des Äquanten als Verletzung des Platonischen Gleichförmigkeitspostulats.
Die Verknüpfung der Planetenbewegung mit dem Sonnenumlauf
Empirischer Befund: Verknüpfung des Umlaufs der Planeten mit dem Rotation der Sonne.
Mars, Jupiter, Saturn:
Retrogression bei Opposition.
Erklärung durch Parellelitätspostulat:
Verbindungslinie Epizykelzentrum—Planet stets parallel zur Verbindungslinie Erde—Sonne.
Perigäum: Erde, Planet und Sonne bilden eine Gerade:
=> Retrogression.
Parallelitätshypothese als besondere, zusätzliche Annahme, die nicht aus den Grundsätzen der geozentrischen Theorie folgt.
Erklärung der Zunahme der Häufigkeit des Auftretens von Retrogression vom Mars über den Jupiter zum Saturn:
Festlegung durch die Rotationsdauer des betreffenden Epizykels, die ihrerseits nicht durch theoretische Bedingungen bestimmt ist.
Merkur, Venus: Beschränkung der maximalen Elongation.
Erklärung durch Postulat:
Die Epizykelmittelpunkte befinden sich stets auf der Verbindungslinie Erde — Sonne.
=> Die Deferenten benötigen ein Jahr für einen Umlauf.
Auch bei den inneren Planeten lässt sich der empirisch gefundenen Bindung an die Sonnenbewegung zwar theoretisch Rechnung tragen, jedoch nur durch eine besondere, zusätzliche Hypothese.
Aus Ptolemäischem Blickwinkel ist kein theoretischer Grund angebbar – weder für die Kopplung
an die Sonnenbewegung noch für die Verschiedenheit ihrer Umsetzung für die inneren und die
äußeren Planeten.
Die Messung des Epizykelradius
Die empirisch erzwungene Kopplung der Planetenbewegung an den Sonnenumlauf ermöglicht bei
den inneren Planeten die empirische Ermittlung der relativen Größe des Epizykels:
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Der maximale Winkelabstand des Planeten von der Sonne, gibt Aufschluss über das Verhältnis der
Radien von Epizykel und Deferent.
2.3.3 Empirische Leistungsfähigkeit und kosmologische Einbindung
Ptolemäische Astronomie: Erste quantitativ erfolgreiche Erklärung eines Phänomenbereichs.
Problem der Fehlerhaftigkeit der überlieferten Beobachtungen:
=> Auch eine korrekte Theorie des Planetensystems hätte nicht alle relevanten Daten erklären können.
Durch Überlagerung epizyklischer Bewegungen wären die Positionen der Himmelskörper präzise
ableitbar gewesen.
Die kosmlogische Einbindung des Ptolemäischen Weltsystems
Wiederauffinden der Planetenhypothesen: Ptolemäus vertrat eine kosmologische Deutung der mathematischen Modelle des Almagest.
Universum als Anordnung von aneinander anschließenden Kugelschalen mit einer gewissen Dicke.
Die Epizykel rotieren innerhalb der Kugelschalen und werden von deren Umlauf mitgeführt.
=> Physikalische Deutung der geometrisch-abstrakten Konstruktionen der Ptolemäischen Astronomie.
Grundlegendes Element der Kosmologie:
Kugelschalen (und die von ihnen umschlossenen Epizyklen), nicht Planetenbahnen.
Rotation der Himmelskugeln als Gegenstand von Kosmologie und Astronomie.
Allerdings: Die komplexe Ptolemäische Kosmologie fand kaum Eingang in die vorherrschende
Sicht des Universums.
Die vorherrschende Kosmologie blieb Aristotelisch-Eudoxisch: Universum als System erdzentrierter Kugelschalen.
=> Die technischen Hilfsmittel der geometrischen Astronomie – also Exzenter und Epizykel – finden keinen Niederschlag in der Kosmologie.
=> Graben zwischen Eudoxisch-Aristotelischer Kosmologie und Ptolemäischer Astronomie.
Allerdings gemeinsame Verpflichtungen Eudoxisch-Aristotelischer Kosmologie und Ptolemäischer Astronomie:
– näherungsweise Zentralstellung der Erde;
– Gleichförmige Kreisbewegungen der Himmelskörper;
– Kugelschalen als Tragekörper.
Die Rettung der Phänomene
Mittelalter, frühe Neuzeit:
Entschärfung des inhaltlichen Bruchs zwischen Kosmologie und mathematischer Astronomie
durch instrumentalistische Deutung der Astronomie:
Astronomische Theorien dienen allein der „Rettung der Phänomene“, verschaffen aber keinen
Einblick in den realen Aufbau des Kosmos.
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Rettung der Phänomene (  , apparentes salvare):
POSEIDONIUS (135 – 51 v. Chr.): Rückführung der Himmelserscheinungen auf explizit hypothetische Konstruktionen der Überlagerung gleichförmiger Kreisbewegungen.
Keine Beliebigkeit der Grundsätze, sondern Verpflichtung auf gleichförmige Kreisbewegungen.
=> Grund für die Rückstufung des Wirklichkeitsanspruchs der Ptolemäischen Astronomie: Gegensatz zur Aristotelischen Kosmologie.
Spezifischer Grund gegen die realistische Interpretation astronomischer Theorien:
Äquivalenz von exzentrischer und epizyklischer Theorie der Sonnenbewegung.
Empirische Gleichwertigkeit verschiedenartiger Erklärungsansätze:
=> Über deren Gültigkeit kann anhand der Erfahrungen nicht geurteilt werden.
Aristoteles: Analytica posteriora: methodologische Unterscheidung zwischen „Analyse“
(‛ότι/quia) und Synthese („διότι/propter quid“).
Analyse: Schluss von Wirkungen auf Ursachen.
Synthese: Ableitung von Wirkungen aus den Ursachen.
Dreischrittiges Aristotelisches Verfahren:
(a) Entfaltung des Spektrums möglicher Ursachen durch quia-Argumente.
(b) Ausscheiden unzutreffender Ursachen durch weitere Argumente unter Rückgriff auf übergeordnete Disziplinen.
(c) Bestätigung der ausgezeichneten Ursache durch Propter-quid-Beweis, dass diese Ursache den
fraglichen Effekt tatsächlich hervorbringen kann.
Astronomie: Da unterschiedliche Kombinationen von Bewegungen die gleichen Himmelsphänomene erzeugen können, sind die wahren Ursachen nicht eindeutig ermittelbar.
Beschränktheit der menschlichen Beobachterperspektive: keine Identifizierbarkeit von Ursachen:
Unvermeidbarkeit der Mehrdeutigkeit des Rückschlusses von der Wirkung auf die Ursache.
=> Vorrang von Kosmologie und Physik gegenüber der Astronomie.
2.4 Das arabische Physikalisierungsprogramm der mathematischen Astronomie
Kulturelle Blüte der islamischen Welt zwischen dem 10. und dem 13. Jahrhundert.
THABIT IBN QURRA (836-901): Trepidation: Veränderlichkeit der Präzession der Äquinoktien.
Erklärung durch zusätzliche Bewegung der Fixsternsphäre.
=> Umschließende neunte Sphäre (Kristallhimmel), die unbeweglich verharrt und den Angelpunkt
des Universums bildet.
Tragendes Motiv der arabischen Tradition: stärkere Anpassung der Konstruktionen der mathematischen Astronomie an physikalische Grundsätze.
Physikalisierungsprogramm: IBN AL-HAYTHAM, lat. ALHAZEN (965 – ca. 1040):
Betonung der kosmologischen Modelle der Planetenhypothesen gegenüber den abstrakten Konstruktionen des Almagest.
Ausschluss des Äquanten aus physikalischen Gründen:
Ungleichförmige Bewegungen verlangten Schalen, die sich mit wechselnder Geschwindigkeit um
ihre Rotationsachse drehten; dafür ist kein Mechanismus denkbar.
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Bestreben: stärkerer Einklang der mathematischen Astronomie des Ptolemäus mit deren physikalischen Grundlagen.
Physikalisierungsprogramm als Versuch einer konsequenteren Umsetzung des Ptolemäischen Ansatzes.
Alternative Ausprägung des Physikalisierungsprogramms: IBN-RUSHD, lat. AVERROËS (1126 –
1198):
Restauration des Eudoxisch-Aristotelischen Systems.
Nicht allein gegen Äquanten, sondern auch gegen Exzenter und Epizykel.
Auch Averroës: Himmelsbewegungen als Rotation wirklicher Körper.
Aber kompromissloser Aristotelismus, der keine Bindung mehr an Ptolemäische Tradition der mathematischen Astronomie zuließ.
Problem: Mangel an empirischen Erklärungserfolgen.
Stärkere Verbreitung des gemäßigten Physikalisierungsprogramms Ibn al-Haythams.
Prominentester Vertreter: Nasir al-Dīn al-Tūsī (1201 – 1274): Marāgha-Schule.
„Tusi-Paar“ als Ersatz für den unakzeptablen Äquanten.
Copernicus: Vertrautheit mit den wesentlichen Leistungen der Marāgha-Schule.
2.5 Die europäische Astronomie am Ende des 15. Jahrhunderts
Mitte des 15. Jahrhunderts Hinwendung zu antiken Quellen zu und Öffnung für den arabischen
Einfluss.
Lateinische Übersetzung des Almagest und Rezeption der Ptolemäischen Astronomie in der Darstellung des Regiomontanus.
=> Wiederaufleben der mathematischen Astronomie.
Daneben zunehmende Verbreitung anschaulicher kosmologische Modelle:
Georg Peurbach, Theoricae novae planetarum, verfasst 1454, gedruckt 1472: Erschließung der
kosmologischen Modelle der Planetenhypothesen für einen breiteren Leserkreis.
Umsetzung der Konstruktionen des Almagest durch theoricae: System ineinander geschachtelter
Kugelschalen, das auch den Details der mathematischen Astronomie Rechnung trägt.
Urteil um 1500: Peurbach hat eine Synthese zwischen „Naturphilosophie“ (Aristotelischer Kosmologie) und „Astronomie“ (Ptolemäischem System) erreicht: Die vollständigen Schalen liegen konzentrisch, die Teilschalen exzentrisch und epizyklisch.
Eintritt des arabischen Physikalisierungsprogramms in seiner doppelten Gestalt in den europäischen Fokus.
Peurbachs Theoricae qualifizieren sie sich nicht als adäquate Umsetzung auch nur der moderaten
Version dieses Physikalisierungsprogramms: sie enthalten sämtliche beanstandeten Elemente: Exzenter, Epizykel und Äquanten.
Copernicus:
Radikaler Averroismus scheitert an der Erfahrung, herkömmlicher Ptolemäismus an seinem Gegensatz zu den physikalischen Prinzipien.
=> Mittlerer Kurs einer wirklichkeitsnäheren Beschreibung der Planetenbewegungen ohne Aufgabe das quantitativen Exaktheitsanspruchs.
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=> Gemäßigtes Physikalisierungsprogramm der Marāgha-Schule, das sich Copernicus nach Ziel
und Methodik zu eigen macht.