Thomas Heichele

Im Folgenden möchte ich mich ein wenig eingehender mit dem aktuellen Beitrag des Quantenmechanikers Joachim Schulz von WISSENSlogs auseinandersetzen und gleichzeitig Nikolaus Kopernikus und sein Werk näher vorstellen.

Der Grund meiner Untersuchungen sind (teilweise) die einmal mehr festzustellenden Ungenauigkeiten bzw. Vereinfachungen, die in oben genanntem Beitrag wie auch grundsätzlich häufig anzutreffen sind, wenn von (zweifelsohne guten) Fachwissenschaftlern oder -journalisten über (relativ fachfremde) wissenschaftshistorische Aspekte gesprochen wird (diese Unkenntnis möchte ich Schulz nicht unterstellen). Allerdings ist auch mir klar, dass aus Gründen der einfachen bzw. schnellen Wissensvermittlung Abstriche in der Detailtiefe gemacht werden müssen. So will ich meinen Beitrag weniger als Kritik, sondern vielmehr als Ergänzung verstanden wissen.

Schulz bezieht sich in seinem Blog auf das Kopernikanische Prinzip und jüngste Bestrebungen der experimentellen Überprüfung aus der Zeitschrift Physical Review Letters.

Hierbei ist - vor einer wissenschaftshistorischen Analyse der kopernikanischen Leistung - zuallererst festzustellen, dass Schulz allem Anschein nach das Kopernikanische Prinzip mit dem Kosmologischen Prinzip gleichsetzt. Er schreibt gleich zu Beginn, dass das Kopernikanische Prinzip die  „Annahme [sei], dass wir nicht an einem besonderen Punkt im Universum (dem Zentrum) leben, sondern der Kosmos von jedem Punkt gleich aussieht“. Der erste Teil ist nun zweifelsohne Bestandteil des Kopernikanischen Prinzips, das besagt, dass wir uns an keiner ausgezeichneten Stelle im Universum befinden. Die Homogenität (bzw. auch Isotropie) des Universums, auf die Schulz auch noch einmal im letzten Absatz verweist, ist allerdings eindeutig Bestandteil des Kosmologischen Prinzips. Meines Erachtens darf eine Gleichsetzung dieser beiden Prinzipien nicht geschehen, die im Übrigen auch hinsichtlich der Formulierung unterschiedliche Entstehungsgeschichten haben: das Kosmologische Prinzip wurde 1935 durch Milne und das Kopernikanische Prinzip 1952 von Bondi „ins Leben gerufen“.

Schulz schreibt, die Ablehnung, die Kopernikus hinsichtlich seines heliozentrischen Modells (Anm.: das nicht neu war, vgl. z.B. das Modell von Aristarch von Samos in der Antike) entgegengebracht wurde, sei „nicht nur aus religiösen Motiven“ entstanden. An diesem Punkt gibt es mit Sicherheit Diskussionsspielraum, doch in meinen Augen müsste man eher sagen, „auch“ aus religiösen Motiven – war das bis zu Kopernikus vorherrschende aristotelisch-ptolemäische Modell unseres Universums doch (u.a.) stark auf die Aristotelische Elementenlehre gestützt, aus der sich der Mittelpunkt der Erde im Universum als Konsequenz der Physik ergibt. Und obschon es eine enge Verbindung zwischen Aristotelismus und Religion (Christentum) gab, war es doch, wie auch bei Galilei, vor allem die aristotelisch geprägte Wissenschaftsgemeinde, die sich gegen die Neuerungen stellte – und an ihr klebend und sich auf sie berufend auch Vertreter der Kirche. Hier scheint auch wieder der Mythos von Kopernikus als dem großen Revolutionär aufzutauchen (vgl. zum Folgenden auch hier):

Nikolaus Kopernikus ist aber bei genauerer Betrachtung weit weniger ein Revolutionär, als es der erste Eindruck und die nach ihm benannte „Kopernikanische Wende“ vermuten lassen. Wie tief Kopernikus (einerseits) im antiken Gedankensystem verwurzelt war, zeigt sich mit Blick auf seine Beweggründe, die ihn letztendlich dazu veranlassten, der Erde eine Bewegung um die Sonne und um die eigene Achse zuzuschreiben. Er war tief vom eudoxisch-platonischen Axiom der gleichförmigen Kreisbewegung überzeugt und stieß sich in Folge dessen insbesondere an der Notwendigkeit des Ausgleichspunktes im ptolemäischen Modell. Der Beseitigung von Ausgleichspunkt und Ausgleichskreis räumte er fortan oberste Priorität ein. Für Kopernikus, der seine Konzeption im Gegensatz zum kinematisch-mathematischen Charakter des ptolemäischen Systems als Beschreibung der realen Verhältnisse verstand, ist die Entfernung der Erde aus dem Weltmittelpunkt dabei keine a-priori-Bedingung, sondern Resultat rationaler Überlegungen. Auf diese Weise wurde mit Kopernikus aus dem Planetensystem ein Sonnensystem.

Der Heliozentrismus sah sich seit der Antike einer Reihe von Einwänden ausgesetzt, die lange Zeit seine Akzeptanz verhinderten – Schulz bezieht sich vor allem auf die fehlende Parallaxe. Bereits die Alten Griechen erklärten die Bewegung der Erde als kaum nachvollziehbar, da man beispielsweise ansonsten auf der Erde enorme Winde feststellen müsste. Ebenso könne ein von einem Turm oder senkrecht in die Luft geworfener Stein nicht im Lot auf den Boden fallen. Für die Erklärung, dass die Erde die gesamte Luft mitsamt den fallenden Steinen mit sich führt, fehlte das entsprechende Verständnis des Trägheitssatzes. Ein weiterer Aspekt, der gegen die Erdbewegung sprach, war eben das Fehlen einer Fixsternparallaxe. Sollte die Erde nicht ruhen, müsste bei den Fixsternen eine scheinbare Bewegung festzustellen sein. Diese Messung gelang jedoch erst 1838 Friedrich Willhelm Bessel. Kopernikus schloss, was auch Schulz besonders hervorhebt, aus der nicht beobachteten Fixsternparallaxe korrekt, dass das Universum wesentlich größer sein musste, als bis zu diesem Zeitpunkt angenommen. Obschon sein Modell nicht mit der zu seiner Zeit geltenden (aristotelischen) Physik in Einklang zu bringen war, sah er nicht die Notwendigkeit einer (erst von Newton realisierten) neuen Physik. Er meinte, Modifikationen des bestehenden Systems reichten aus. In der Genese seines heliozentrischen Modells lassen sich zwei markante Stationen angeben.

Ungefähr 1510 – 1514 verfasst Kopernikus eine kleine Schrift, „Commentariolus“, in der er in sieben Sätzen die Grundzüge seines Weltmodells vorstellt. Im „Commentariolus“ nimmt Kopernikus einige Modifikationen des ptolemäischen Modells vor. Die ptolemäische Exzenter- und Ausgleichsbewegung eines Planeten wird durch zwei Epizykeln ersetzt, die gleichförmig rotieren. Der Mittelpunkt M1 des ersten Epizykels umkreist die Sonne, die das (unbewegliche) Zentrum des Universums ist. Dieser Epizykel ersetzt den Exzenter mit Zentrum M und bewegt sich wie der Deferent um E, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Auf dem Epizykel bewegt sich der Mittelpunkt M2 des zweiten Epizykels mit dem Planeten P (einschließlich der Erde). Mit diesem sich mit doppelter Geschwindigkeit bewegenden Epizykel wird die Ausgleichsbewegung überflüssig. Wurde bei Ptolemaios noch eine scheinbare Verdoppelung der Exzentrizität erreicht, indem Exzenter- und Ausgleichspunkt im gleichen Abstand zum Kreismittelpunkt lagen, wird sie bei Kopernikus auf beide Epizykeln verteilt. Der Radius r1 des ersten Epizykels ist eineinhalb Mal so groß wie die Exzentrizität e des ptolemäischen Deferenten, der Radius r2 des zweiten einhalbmal so groß. Mit dem daraus resultierenden Verhältnis der Radien r1 : r2 = 3 : 1 kann praktisch dieselbe Bahn wie bei Ptolemaios erreicht werden.

In seinem Hauptwerk „De revolutionibus orbium coelestium“ verbessert Kopernikus seine im „Commentariolus“ dargelegten Überlegungen weiter. Der erste Epizykel verschwindet mit dem konzentrischen Deferenten und wird durch einen kinematisch äquivalenten exzentrischen Deferenten ersetzt. Der Grund für diese Modifikation ist die durch Kopernikus entdeckte Veränderung der Absidenlinie der Erde wie bei den übrigen Planeten. Somit stand der einheitlichen Darstellung durch Exzenterpunkte nichts mehr im Weg. Als Konsequenz dieser „Operation“ steht nun die Sonne nicht mehr exakt im Zentrum der Planetenbahnen, sondern auf einem Exzenterpunkt. Streng genommen handelt es sich also bei Kopernikus ebenso wenig um ein heliozentrisches Modell, wie bei Ptolemaios um ein geozentrisches.

Wenngleich Kopernikus immer noch mit Epizykeln und Exzenterpunkten arbeitete, benötigte er zumindest keine Ausgleichspunkte mehr. Sein Modell ist geometrisch gesehen einfacher als das des Ptolemaios, ohne jedoch hinsichtlich der Prognosen bessere Werte zu liefern. Ein eindeutiger Vorteil des kopernikanischen Modells gegenüber dem ptolemäischen System ist allerdings in der nun einfacheren Erklärung der scheinbar rückläufigen Planetenbewegungen zu sehen, die sich nun als ein durch die jährliche Rotation der Erde um die Sonne auftretender Effekt deuten lassen. Nach Kopernikus bewegt sich dabei die Erde schneller als die äußeren Planeten und langsamer als die inneren.

An dieser Stelle sei der Vollständigkeit wegen noch darauf hingewiesen, dass das kopernikanische Universum kugelförmig und endlich ist. Die Kugelförmigkeit hat ihren Grund zum Teil darin, „weil diese Form, als die vollendete, keiner Fuge bedürftige Ganzheit, die vollkommenste von allen ist, theils weil sie die geräumigste Form bildet, welche am meisten dazu geeignet ist, Alles zu enthalten und zu bewahren; oder auch weil alle in sich abgeschlossene Theile der Welt, ich meine die Sonne, den Mond, und die Planeten, in dieser Form erscheinen“ (Kopernikus, Nikolaus: De Revolutionibus. Hildesheim 1984, S. 7. Dt. Übers. nach Koyré, Alexandre: Von der geschlossenen Welt zum unendlichen Universum. Frankfurt am Main 1980, S. 39.). Hinsichtlich eines möglicherweise unendlichen Kosmos verweist Kopernikus zwar auf die für diese Frage zuständigen Naturphilosophen, seine gesamte Konzeption zeugt jedoch von der Endlichkeit der Welt.

Kommen wir noch einmal zum Kopernikanischen Prinzip und der „Verlorenheit“ des Menschen und der Erde im Universum zurück – um den Rahmen hier nicht zu sprengen jedoch nur im unmittelbaren zeitlichen „Umfeld“ von Kopernikus (Vgl. zu einer ausführlichen Debatte über das Kopernikanische Prinzip: Jung, Tobias: Jenseits von Zentrum und Rand - Eine wissenschaftshistorische Untersuchung zur Entstehung und Entwicklung des Kopernikanischen und des Kosmologischen Prinzips, Beiträge zur Astronomiegeschichte 8, 2005, akzeptiert). Lässt man somit antike Diskussionen nun einmal außen vor, so sollte unbedingt auf Cusanus verwiesen werden, der knapp 100 Jahre vor Kopernikus über eine sich bewegende Erde (allerdings ohne Heliozentrismus) und die Unendlichkeit des Universums nachgedacht hatte. Um die Erde ihrer bevorzugten Stellung zu berauben, musste allerdings zunächst einmal die noch bei Kopernikus bestehende Fixsternsphäre aufgelöst werden. Neben den Arbeiten von Cusanus und vor allem Bruno zu einem unendlichen Universum ist es insbesondere Thomas Digges, der hier Bahnbrechendes leistet.

Mit Digges bekennt sich zum ersten Mal ein (bis auf die Frage nach der Unendlichkeit der Welt) strenger Vertreter des Kopernikanismus zu einem unendlichen Universum. Digges, der in England maßgeblich zur Verbreitung des heliozentrischen Weltbildes beigetragen hat, verwirft in seiner 1576 erschienenen Schrift „A Perfit Description of the Caelestiall Orbes“ die Vorstellung einer materiellen Fixsternsphäre. Digges übersetzte Kopernikus’ „De revolutionibus“ und fügte dabei etliche Zusätze an. Er erkannte dabei unter anderem, dass das kopernikanische Modell einer Fixsternsphäre nicht mehr bedurfte. Da die beobachtbare Bewegung der Fixsterne im heliozentrischen Modell nun auf die Eigenbewegung der Erde zurückgeführt werden konnte, bestand für Digges kein Anlass mehr, an der eine Einheit generierenden Fixsternsphäre festzuhalten.

Nachdem die Erde ihren bevorzugten Platz im Universum an die Sonne abtreten musste und das All in den verschiedenen Modellen durch immer bessere Instrumente größer und größer wurde, kam auch bald der Sonne kein besonderes Privileg mehr zu, sie war ein Stern unter vielen in der Milchstraße (Vgl. dazu insbesondere auch die wegweisenden Leistungen Galileis, mit dem Teleskop die Milchstraße in einzelne Sterne aufzulösen). Die Vertreibung des Menschen macht(e) allerdings auch hier keinen Halt, bedenkt man nur die Entdeckung der enormen Zahl an Galaxien(haufen) und die zeitgenössischen Debatten über Multi- und Paralleluniversen.