Es ist so einfach, Atomien zu zählen, wie die Sätze eines Liebhabers aufzulösen.
-William Shakespeare, Wie es dir gefällt, 3. Akt, Szene 2 (1599)
Die Idee, dass Materie aus Atomen besteht, ist in der modernen Kultur allgegenwärtig, obwohl niemand sie jemals direkt gesehen hat. Eines der besten und interessantesten Bilder, die wir haben, wurde 1989 produziert. Es wurde mit einem Rastertunnelmikroskop am IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien, erhalten. Ein Strahl aus Xenonatomen wurde auf einen gekühlten Nickelkristall geschossen, und die Atome, die am Kristall hafteten, wurden von der Sonde des Mikroskops in das unten gezeigte Muster manipuliert:
“ IBM“ buchstabiert in 35 Atomen. Mit freundlicher Genehmigung von IBM.
SLICING AND DICING MATTER
Die Realität der Atome beantwortet eine grundlegende Frage, die einfach genug zu stellen ist: Wenn irgendein materielles Objekt in immer kleinere Stücke geschnitten wird, gäbe es dann eine Grenze, nach der keine weiteren Schnitte mehr gemacht werden könnten, oder wäre das Material unendlich schneidbar?
Alten Griechen. Verwendet mit Genehmigung von Sidney Harris.
Um diese Frage auf den Punkt zu bringen, müssen wir zurück, zurück, zurück. Wie weit? Wie viele Wags vorgeschlagen haben, „dachten die alten Griechen zuerst an alles.“ Atome sind ein typisches Beispiel.
Leucippus (fünftes Jahrhundert v. Chr.). Von Wikimedia Commons, Benutzer Jean-Jacques MILAN.
Demokrit (460 v. Chr.-370 v. Chr.). Von Antoine Coypel (1661-1722). Aus Wikimedia Commons, Benutzer Fæ.
DEMOKRIT: MATERIE IST DISKONTINUIERLICH
Demokrit (460 v. Chr.—370 v. Chr.) wurde im hohen Norden Griechenlands in Abdera geboren. Er wurde von Leucippus gelehrt, und viele seiner und Leucippus ‚Ideen sind so miteinander verwoben, dass sie schwer zu trennen sind. Als junger Mann reiste Demokrit viel und gab einen großen Teil seines Erbes von einem wohlhabenden Vater aus. Er besuchte Asien, Äthiopien, Indien und verbrachte lange Zeit in Ägypten. Demokrits Schriften sind nicht intakt erhalten, daher existieren nur sekundäre Quellen, um seine Ideen zu vermitteln.
Ich bin der am meisten gereiste aller meiner Zeitgenossen; ich habe mein Forschungsfeld weiter als jeder andere ausgedehnt; Ich habe mehr Länder und Gefilde gesehen und mehr Reden gelehrter Männer gehört.1
Obwohl er in Athen praktisch unbekannt war (er besuchte einmal Anaxagoras und wurde ignoriert), schätzten ihn seine Schüler und Nachbarn in Abdera sehr, weil er ausnahmslos fröhlich und bereit war, die humorvolle Seite des Lebens zu sehen. Er wurde als „Lachender Philosoph“ bezeichnet.“ Er und Leukippus waren Materialisten, da sie eher nach mechanistischen Erklärungen von Phänomenen als nach tieferen Ursachen suchten. Sie dachten, die Wahrnehmung durch die Sinne sei so subjektiv, dass sie unzuverlässig sei, und schlossen Beobachtungen als relevante Beweise ab.
Demokrit (und im weiteren Sinne Leukippus) beantwortete die grundlegende Frage nach der Teilbarkeit der Materie, indem er die Existenz einer untrennbaren Einheit namens Atom (griechisch a = „nicht“, tomos = „schneiden“) als grundlegende Einheit der Materie postulierte.
Die ersten Prinzipien des Universums sind Atome und leerer Raum; alles andere wird nur gedacht, um zu existieren.2
Aristoteles (384 v. Chr.-322 v. Chr.). Von Raphael (1483-1520). Von Wikimedia Commons, Benutzer Dencey ~ commonswiki.
ARISTOTELES: MATERIE IST KONTINUIERLICH
Aristoteles (384-322 v. Chr.) wurde in der kleinen Stadt Stagira im Nordosten Griechenlands geboren und studierte an Platons Akademie in Athen, wo er im Alter von etwa siebzehn Jahren begann. Platon (427-347 v. Chr.) wiederum war ein Schüler von Sokrates (469-399 v. Chr.). Nach Platons Tod verließ Aristoteles Athen für etwa zwölf Jahre. Während dieser Zeit unterrichtete er junge Leute, die Könige wurden, darunter Alexander (der Große). Nach seiner Rückkehr nach Athen um 335 v. Chr. gründete Aristoteles eine Schule namens Lyceum.
Athen war das kulturelle Zentrum Griechenlands und hatte eine Tradition der Diskussion aller großen und kleinen Themen. Aristoteles und seine Schüler gingen, während sie redeten, ihnen den Titel „Peripatetische Philosophen“ eintragen.“ Obwohl Aristoteles Platon in vielen Dingen zustimmte, hatten er und Platon auch erhebliche Meinungsverschiedenheiten. Zum Beispiel war Platons Argumentation insofern deduktiv, als sie von allgemeinen Prinzipien zu bestimmten Fällen überging. Zum Beispiel haben alle Stühle vier Beine, daher hat dieser Stuhl vier Beine. Andererseits war Aristoteles ‚Argumentation insofern induktiv, als sie sich vom Spezifischen zum Allgemeinen ausbreitete. Zum Beispiel habe ich fünf Tische gesehen, die alle vier Beine haben. Daher haben alle Tische vier Beine. Aristoteles ‚Betonung der Besonderheiten führte ihn zu systematischen Beobachtungen über Lebewesen, insbesondere Meereslebewesen, die die Biologie auf eine solide Grundlage stellten, die Jahrhunderte dauerte.
Aristoteles erfand und systematisierte die Logik als Werkzeug für wissenschaftliche Untersuchungen. Der von Aristoteles verwendete wissenschaftliche Gesamtprozess war einer der sorgfältigen Beobachtung, gefolgt von logischem Denken über Ursachen. Trotz seiner außerordentlich weitreichenden Gelehrsamkeit, die den Grundstein für viele intellektuelle Bestrebungen während seiner eigenen Zeit und lange danach legte, machte selbst ein Mann, der so scharfsinnig war wie Aristoteles, überraschenderweise ein paar Fehler. Seine Analysen der Bewegung im Allgemeinen und der Planetenbewegung im Besonderen waren beide fehlerhaft, was zu späteren Schwierigkeiten führte, wie wir in den folgenden Kapiteln sehen werden. Ein besonderer Fehler scheint ziemlich eklatant zu sein, nämlich:
Männer haben bei Männern, Schafen, Ziegen und Schweinen mehr Zähne als Frauen.3
Mit seiner Betonung der sorgfältigen Beobachtung haben sich viele gefragt, warum Aristoteles nicht einfach die Zähne beider Geschlechter gezählt und einen richtigen Vergleich gemacht hat.
Aristoteles werden mehr als zweihundert Abhandlungen zugeschrieben. Die einunddreißig überlebenden Werke stehen im Verdacht, grobe Vorlesungsnotizen zu sein, vielleicht sogar von Studenten gemacht und nicht zur Veröffentlichung bestimmt. Die meisten davon gingen für eine Weile verloren, wurden aber später ins Arabische übersetzt und von muslimischen Gelehrten ausführlich analysiert. Einige denken, Aristoteles sei der letzte Mensch gewesen, der alles wusste, was zu seiner Zeit bekannt sein konnte.
Aristoteles‘ Gehirn. Verwendet mit Genehmigung von Sidney Harris.
Bei der Analyse der Frage nach den Grundbestandteilen der Materie spricht sich Aristoteles entschieden dagegen aus, dass es eine kleinste Einheit gibt:
Es gibt auch keinen kleinsten Teil dessen, was klein ist, aber es gibt immer einen kleineren (denn es ist unmöglich, dass das, was ist, aufhören sollte zu sein). Ebenso gibt es immer etwas Größeres als das, was groß ist.4
Aristoteles dachte, dass Materie aus den vier Elementen besteht, die von einem seiner Vorgänger namens Empedokles vorgeschlagen wurden, der sie als Feuer, Luft, Erde und Wasser identifizierte. Aristoteles fügte ein weiteres Element hinzu, æther, das Material der Himmelskörper.
Aristoteles‘ Elemente. Diese Datei stammt von Wellcome Images, einer Website, die von Wellcome Trust, einer globalen gemeinnützigen Stiftung mit Sitz in Großbritannien, betrieben wird. Aus Wikimedia Commons, Benutzer Fæ.
DEMOKRIT GEGEN ARISTOTELES
Es gibt keine Aufzeichnung von Demokrit und Aristoteles, die sich jemals getroffen haben, jedoch wusste Aristoteles von Demokrit und seinen Ideen und argumentierte energisch gegen sie. Eine seiner Abhandlungen trug den Titel „Über Demokrit“, aber leider ist nur ein Kommentar erhalten.
Hier ist ein Beispiel für Aristoteles ‚Argument gegen die Atomtheorie des Demokrit:
Er (Demokrit) schreibt die Entstehung und die ihr entgegengesetzte Trennung nicht nur Tieren, sondern auch Pflanzen und Welten und damit allen sinnlichen Körpern zu. Wenn also Genesis eine Kombination von Atomen und eine Trennung von ihnen ist, dann muss sogar nach Demokrit „Genesis“ eine Veränderung der Qualität sein. In der Tat sagt auch Empedokles, dass das, was entsteht, nicht dasselbe ist, außer in der Art, mit dem, was zugrunde gegangen ist, und doch sagt Alexander, dass Empedokles die Existenz einer Veränderung der Qualität annimmt, nicht des Entstehens. Sollen wir also sagen, dass das All aus unteilbaren Substanzen besteht? Einige Denker gaben tatsächlich beiden Argumenten nach. Dem Argument, dass alle Dinge eins sind, wenn Sein eins bedeutet, räumten sie ein, dass Nicht-Sein ist; Dem aus der Halbierung gaben sie nach, indem sie atomare Größen setzten. Aber offensichtlich ist es nicht wahr, dass, wenn das Sein eine Sache bedeutet und nicht gleichzeitig das Gegenteil davon bedeuten kann, es nichts geben wird, was nicht ist, denn selbst wenn das, was nicht ist, nicht ohne Qualifikation sein kann, gibt es keinen Grund, warum es nicht ein bestimmtes Nicht-Sein sein sollte. Zu sagen, dass alle Dinge eins sein werden, wenn es nichts anderes gibt, als sich selbst zu sein, ist absurd. Denn wer begreift das „Sein selbst“ als etwas anderes als eine bestimmte Substanz? Aber wenn das so ist, gibt es nichts zu verhindern, dass es viele Wesen gibt, wie gesagt wurde. Es ist also offensichtlich unmöglich, in diesem Sinne eins zu sein.5
Obwohl uns dies verwirrend erscheinen mag, machte es zu Aristoteles’Zeiten vielleicht mehr Sinn.
Aristoteles ‚Lehrer Platon soll in seiner Opposition zu Demokrit noch extremer sein. Obwohl Platons Schriften Demokrit nie namentlich erwähnten, schrieb Aristoteles ‚Schüler Aristoxenus, dass Platon Demokrit’s Bücher verbrennen wollte, aber sie waren zu weit verbreitet, um seine Idee erfolgreich zu machen. Ironischerweise ist der Hauptgrund, warum wir über Demokrits Ideen Bescheid wissen, ihre Erwähnung in den Schriften der Schüler von Aristoteles. Da Aristoteles in Athen lehrte und viele Studenten und Anhänger hatte, hätten seine Ideen jeden Beliebtheitswettbewerb mit denen von Demokrit gewonnen.
Bonusmaterial: Aristoteles/Demokrit Internet Interview. Sehen Sie, um tiefer für Details zu graben.
UND DER GEWINNER IST …
Tatsächlich hatten weder Demokrit noch Aristoteles völlig Recht.
In der modernen Sichtweise besteht Materie aus kleinen Einheiten, normalerweise Molekülen. Moleküle bestehen wiederum aus Atomen, aber diese Atome sind nicht unteilbar, wie Demokrit dachte. Atome haben eine äußere Wolke negativ geladener Elektronen, die sich um einen positiv geladenen Kern bewegen. Der Kern enthält positiv geladene Protonen und neutrale Neutronen. Beides sind jedoch keine fundamentalen Teilchen. Sie bestehen wiederum aus noch kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks. Und Quarks bestehen aus … nun, wir wissen es noch nicht. Im Gegensatz zur Situation im antiken Griechenland erfordern die heutigen wissenschaftlichen Ideen die Unterstützung experimenteller Beweise, die ziemlich aufwändig sein können, ganz zu schweigen von den Kosten für die Durchführung von Experimenten, um solche Beweise zu erhalten.
Ideen standen in der griechischen Zeit an erster Stelle, aber es gab kein System der gegenseitigen Kontrolle in der Wissenschaft, wie es in der modernen Welt funktioniert. Das nächste Kapitel nimmt uns mit auf eine manchmal schmerzhafte Reise in Richtung des modernen Systems.
Philosoph-Wissenschaftler. Verwendet mit Genehmigung von Sidney Harris.