Physik in der mittelalterlichen islamischen Welt

Die Naturwissenschaften erlebten während des Goldenen Zeitalters des Islam (etwa von der Mitte des 8. bis zur Mitte des 13. Jahrhunderts) verschiedene Fortschritte und bereicherten die Überlieferung der Klassiker um zahlreiche Neuerungen (wie Aristoteles , Ptolemäus , Euklid und den Neuplatonismus ). ^{[ 1 ]} In dieser Zeit förderte die islamische Theologie das Streben der Denker nach Erkenntnis. ^{[ 2 ]} Zu den Denkern dieser Epoche zählten Al-Farabi , Abu Bishr Matta , Ibn Sina , al-Hassan Ibn al-Haytham und Ibn Bajjah . ^{[ 3 ]} Diese Werke und die wichtigen Kommentare dazu bildeten die Grundlage der Wissenschaft im Mittelalter. Sie wurden ins Arabische , die damalige Verkehrssprache, übersetzt .

Die islamische Wissenschaftslehre hatte die aristotelische Physik von den Griechen geerbt und sie während des islamischen Goldenen Zeitalters weiterentwickelt. Die islamische Welt schätzte jedoch empirisch gewonnenes Wissen höher und glaubte, dass das Universum von einem einzigen Satz von Gesetzen beherrscht wird. Ihre Nutzung empirischer Beobachtung führte zur Entwicklung erster Formen der wissenschaftlichen Methode . ^{[ 4 ]} Das Physikstudium in der islamischen Welt begann im Irak und in Ägypten . ^{[ 5 ]} Zu den in dieser Zeit erforschten Gebieten der Physik gehörten Optik , Mechanik (einschließlich Statik , Dynamik , Kinematik und Bewegung ) und Astronomie .

Die islamische Gelehrsamkeit hatte die aristotelische Physik von den Griechen geerbt und sie während des islamischen Goldenen Zeitalters weiterentwickelt, wobei sie insbesondere Beobachtung und apriorisches Denken betonte und frühe Formen der wissenschaftlichen Methode entwickelte . In der aristotelischen Physik galt die Physik als den demonstrativen mathematischen Wissenschaften untergeordnet, aber im Hinblick auf eine umfassendere Erkenntnistheorie stand sie über der Astronomie, deren Prinzipien größtenteils aus Physik und Metaphysik stammen. ^{[ 6 ]} Das Hauptthema der Physik war laut Aristoteles die Bewegung oder Veränderung; drei Faktoren wirkten sich auf diese Veränderung aus: das zugrundeliegende Ding, der Mangel und die Form. In seiner Metaphysik glaubte Aristoteles, dass der Unbewegte Beweger für die Bewegung des Kosmos verantwortlich sei, was die Neuplatoniker später verallgemeinerten, indem sie die Ewigkeit des Kosmos annahmen. ^{[ 1 ]} Al-Kindi argumentierte gegen die Vorstellung eines ewigen Kosmos, indem er behauptete, die Ewigkeit der Welt führe zu einer anderen Art von Absurdität, die das Unendliche betreffe. Al-Kindi behauptete, der Kosmos müsse einen zeitlichen Ursprung haben, da es unmöglich sei, das Unendliche zu durchqueren.

Einer der ersten Kommentare zu Aristoteles’ Metaphysik stammt von Al-Farabi . In „Die Ziele der aristotelischen Metaphysik“ argumentiert Al-Farabi, dass die Metaphysik nicht auf natürliche Wesen beschränkt sei, sondern gleichzeitig eine höhere Universalität aufweise als die natürlichen Wesen. ^{[ 1 ]}

Ein Teilgebiet der Physik, die Optik , entwickelte sich in dieser Zeit rasant. Im 9. Jahrhundert gab es bereits Arbeiten zur physiologischen Optik sowie zu Spiegelreflexionen und zur geometrischen und physikalischen Optik. ^{[ 7 ]} Im 11. Jahrhundert verwarf Ibn al-Haytham nicht nur die griechische Vorstellung vom Sehen, sondern entwickelte auch eine neue Theorie. ^{[ 8 ]}

Ibn Sahl (ca. 940–1000), ein Mathematiker und Physiker am Hof ​​von Bagdad , verfasste 984 die Abhandlung „Über Brennspiegel und Linsen“, in der er sein Verständnis der Lichtbrechung durch gekrümmte Spiegel und Linsen darlegte . Ibn Sahl gilt als Entdecker des Brechungsgesetzes , heute allgemein als Snelliussches Brechungsgesetz bekannt . ^{[ 9 ] [ 10 ]} Mithilfe dieses Gesetzes entwickelte er die Form von Linsen, die Licht ohne geometrische Aberrationen bündeln – sogenannte anaklastische Linsen .

Ibn al-Haytham (in Westeuropa als Alhacen oder Alhazen bekannt ) ( 965–1040 ), oft als „Vater der Optik“ ^[ 11 ^] und Pionier der wissenschaftlichen Methode angesehen, formulierte „die erste umfassende und systematische Alternative zu den griechischen optischen Theorien“ ^{[12 ]} . ^{In seinem „Buch der Optik“ postulierte er ,} dass Licht an verschiedenen Oberflächen in unterschiedliche Richtungen reflektiert wird und dadurch unterschiedliche Lichtsignaturen für ein bestimmtes Objekt entstehen, das wir sehen ^{[ 13 ]} . Dies war ein anderer Ansatz als der zuvor von griechischen Gelehrten wie Euklid oder Ptolemäus vertretene , die glaubten, dass Lichtstrahlen vom Auge zum Objekt und wieder zurück ausgesendet werden . Mit dieser neuen optischen Theorie konnte al-Haytham die geometrischen Aspekte der Theorien des Sehzapfens untersuchen, ohne die Physiologie der Wahrnehmung erklären zu müssen. ^{[ 7 ]} Auch in seinem Buch über die Optik nutzte Ibn al-Haytham die Mechanik, um die Optik zu verstehen. Mithilfe von Projektilen beobachtete er, dass Objekte, die ein Ziel senkrecht treffen, eine viel größere Kraft ausüben als Projektile, die in einem Winkel auftreffen. Al-Haytham wandte diese Entdeckung auf die Optik an und versuchte zu erklären, warum direktes Licht im Auge schmerzt, da es senkrecht und nicht schräg einfällt. ^{[ 13 ]} Er entwickelte eine Camera obscura , um zu demonstrieren, dass Licht und Farbe verschiedener Kerzen geradlinig durch eine einzige Öffnung geleitet werden können, ohne sich dort zu vermischen. ^{[ 14 ]} Seine Theorien wurden im Westen verbreitet. ^{[ 12 ]} Seine Arbeit beeinflusste Roger Bacon , John Peckham und Vitello , die auf seinen Erkenntnissen aufbauten und sie schließlich an Kepler weitergaben . ^{[ 12 ]}

Taqī al-Dīn versuchte, die weit verbreitete Ansicht zu widerlegen, dass das Licht vom Auge und nicht vom betrachteten Objekt ausgeht. Er erklärte, dass es viel zu lange dauern würde, die Sterne zu beleuchten, als dass wir sie sehen könnten, während wir sie noch betrachten, wenn das Licht mit konstanter Geschwindigkeit von unseren Augen ausginge, da sie so weit entfernt sind. Daher müsse die Beleuchtung von den Sternen selbst ausgehen, damit wir sie sehen können, sobald wir die Augen öffnen. ^{[ 15 ]}

Das islamische Verständnis des astronomischen Modells basierte auf dem griechischen ptolemäischen System. Viele frühe Astronomen begannen jedoch, dieses Modell in Frage zu stellen. Es war in seinen Vorhersagen nicht immer präzise und überkompliziert, da Astronomen versuchten, die Bewegung der Himmelskörper mathematisch zu beschreiben. Ibn al-Haytham veröffentlichte „Al-Shukuk ala Batiamyus “ („Zweifel an Ptolemäus“), in dem er seine zahlreichen Kritikpunkte am ptolemäischen Paradigma darlegte. Dieses Buch ermutigte andere Astronomen, neue Modelle zu entwickeln, die die Himmelsbewegungen besser als Ptolemäus erklärten. ^{[ 16 ]} In seinem Werk „Buch der Optik“ argumentiert al-Haytham, dass die Himmelssphären nicht aus fester Materie bestünden und dass der Himmel eine geringere Dichte als Luft aufweise. ^{[ 17 ]} Einige Astronomen stellten auch Theorien über die Gravitation auf. Al-Khazini vermutete, dass die Gravitation eines Objekts von seiner Entfernung vom Zentrum des Universums abhänge. Das Zentrum des Universums bezieht sich in diesem Fall auf das Zentrum der Erde. ^{[ 18 ]}

Johannes Philoponus lehnte die aristotelische Bewegungslehre ab und argumentierte, dass ein Objekt eine Bewegungsneigung entwickelt, sobald eine Antriebskraft auf es einwirkt. Im 11. Jahrhundert übernahm Ibn Sina diese Idee im Wesentlichen und glaubte, dass ein sich bewegendes Objekt eine Kraft besitzt, die durch äußere Einflüsse wie den Luftwiderstand abgeschwächt wird. ^{[ 19 ]} Ibn Sina unterschied zwischen „Kraft“ und „Neigung“ (genannt „ Mayl “) und behauptete, dass ein Objekt Mayl erlangt , wenn es seiner natürlichen Bewegung entgegenwirkt. Daraus schloss er, dass die Fortsetzung der Bewegung auf die auf das Objekt übertragene Neigung zurückzuführen ist und dass sich das Objekt so lange bewegt, bis die Mayl aufgebraucht ist. Er behauptete auch, dass ein Projektil im Vakuum nicht zum Stillstand käme, solange keine äußere Kraft auf es einwirkt. Diese Bewegungsauffassung steht im Einklang mit Newtons erstem Bewegungsgesetz, dem Trägheitsgesetz, das besagt, dass ein Objekt in Bewegung in Bewegung bleibt, solange keine äußere Kraft auf es einwirkt. ^{[ 20 ]} Diese Idee, die der aristotelischen Ansicht widersprach, wurde im Grunde aufgegeben, bis sie von Johannes Buridan , der möglicherweise von Ibn Sina beeinflusst war, als „Impetus“ bezeichnet wurde. ^{[ 19 ] [ 21 ]}

In seinem Werk „ Schatten “ erkennt Abū Rayḥān al-Bīrūnī , dass ungleichförmige Bewegung eine Folge von Beschleunigung ist. ^{[ 22 ]} Ibn Sinas Theorie des Mayl versuchte, die Geschwindigkeit und das Gewicht eines sich bewegenden Objekts in Beziehung zu setzen; diese Idee ähnelte stark dem Konzept des Impulses. ^{[ 23 ]} Aristoteles’ Bewegungstheorie besagte, dass eine konstante Kraft eine gleichförmige Bewegung erzeugt. Abu'l-Barakāt al-Baghdādī widersprach dem und entwickelte seine eigene Bewegungstheorie. Darin zeigte er, dass Geschwindigkeit und Beschleunigung zwei unterschiedliche Größen sind und die Kraft proportional zur Beschleunigung, nicht aber zur Geschwindigkeit ist. ^{[ 24 ]}

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