Nebularhypothese (Immanuel Kant)

Kommentierte Auszüge

Basiswissen

Immanuel Kant^[1]^[27] und dann gut 40 Jahre später der Mathematiker Pierre-Simon Laplace^[2] entwickelten unabhängig voneinander die Vorstellung, dass unser Sonnensystem aus einer Art Urnebel entstanden sein könnte, daher auch der Name Nebularhypothese, der im 19. Jahrhundert weite Verbreitung fand.^[23]^[24]^[25]^[28]. Diese Theorie wird heute weitgehend anerkannt Als physikalische Theorie gelten Kants Gedanken heute jedoch als als überholt und in Teilen auch falsch. Dennoch gibt es mehrere gute Gründe, seinen Text ganz oder in Auszügen zu lesen.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Das Titelblatt von Kants Schrift aus dem Jahr 1755 © Immanuel Kant ☛

Drei Gründe für eine Lektüre

Die Sprache von Immanuel Kant ist heute sehr gewohnsbedürftig und oft nicht klar zu deuten. Kant zu lesen ist aufwändig. Für wen könnte sich der Aufwand lohnen? Es gibt mindestens drei gute Gründe, bei entsprechendem Interesse, Kants Naturgeschichte ganz oder zumindest in Auszügen zu lesen.

Historisch

Kant schrieb in einer Zeit, als die Beschaffenheit der Welt weitgehend noch als ein Werk Gottes gesehen wurde. Gott, so die gängige Vorstellung, hat die Welt mit all ihren heute sichtbaren Details mehr oder minder dauerhaft eingerichtet. Indem Kant annahme, dass Gott nicht Urheber eines jeden Details der Welt, etwa der Bewegungsrichtung der Planeten, gewesen sein könnte, konnte zu der Zeit schon als Gottlosigkeit vorgeworfen werfen. Diesen Vorwurf versucht Kant vor allem in der Vorrede, einem langen Vorwort, von sich zu weisen. Historisch kann man Kants Werk der Gedankenströmung der Aufklärung zuordnen. Das Werk zeigt schön, wie nicht nur direkt politische oder gesellschaftliche Gedanken gefährlich werden konnten, sondern vermeintlich auch ganz unpolitische Überlegungen.

Didaktisch

Kant benutzt gerne für uns heute ungewohnte Worte und seine Sätze waren lang und verschachtelt. Das macht ihn schwer verständlich. Aber davon abgesehen breitet Kant seine Themen gut verständlich immer so aus, dass er am Anfang klar und deutlich sagt, welche Phänomene er betrachten will, welche Probleme er lösen will. Und durch sein ganzes Werk zieht sich als roter Faden ein Grundprinzip, das er immer wieder erwähnt: die Entstehung von Ordnung aus minimalistischsten Prinzipien, nämlich der Gültigkeit von Newtons Anziehungskraft. Wer ein Gespür dafür entwickeln will, was gute von schlechten Erklärtexten unterscheidet, dem sei Kants Naturgeschichte ans Herz gelegt. Man kann beim Lesen sich selbst gut beobachten und eine Reihe von positiven und negativen Effekten gut spüren.

Physikalisch

Kants Argumente gelten heute als weitgehend überholt. Für physikalisch interessierte Leser dürften unter anderem zwei Aspekte besonders interessant sein. a) Kant argumentiert nirgends mit Formeln. Er denkt und argumentiert nirgends quantitativ, das heißt mit Zahlen. Damit steht Kant außerhalb der naturwissenschaftlichen Tendenz seiner Zeit. Spätestens seit Galilei galten Rechnungen und quantitative Überlegungen aus Gütesiegel naturphilosophischen Denkens. Kants Denkweise könnte man als phänomenologisch und qualitativ bezeichnen. b) Im Maschinenhaus seiner Ideenfabrik, der Entstehung der Drehbewegung aus einem anfänglich unbewegten Urnebel, begeht Kant einen fundamentalen Fehler. Er fabuliert eine Erklärung zusammen, die ganz ohne den Satz von der Erhaltung des Drehimpulses auskommt. Damit verkennt Kant aber die wahren Ursachen der Rotation seines Sonnensystems. Stattdessen liefert er eine Scheinerklärung. Physikalisch sind dann vor allem jene Stellen interessant, in denen Kant die Entstehung von Drehungen beschreibt, aber dabei ohne den Drehimpuls auskommt.

Kant als Naturphilosoph

Der preußische Philosoph Immanuel Kant (1724 bis 1804) war nicht nur Philosoph alleine sondern er war auch als Naturwissenschaftler tätig. So beschäftigte er sich zum Beispiel mit dem katastrophalen Erdbeben von Lissabon im Jahr 1755^[3], den Vulkanen auf der Oberfläche des Mondes^[4] oder dem Einfluss des Mondes auf das irdische Wetter^[5]. Einer seiner bleibenden Beiträge zur Astronomie ist seine Nebularhypothese^[6]^[7] dazu, wie unserer Sonnensystem entstanden sein könnte. Kants Gedanken sollen hier anhand von Zitaten aus seiner originalen Schrift aus dem Jahr 1755 nachgedacht werden.

Zurückweisung der Gottlosigkeit

In der Vorrede zu seiner Schrift versucht Kant zunächst jeden Vorwurf der Gottlosigkeit zu entkräften. Dazu muss er das Gedankenspiel rechtfertigen, dass unserer Sonnensystem nicht das direkte Werk eines Schöpfergottes ist, sondern dass es nach Naturgesetzen aus einem ursprünglichen Chaos, dem Urnebel entstanden sein könnte:

ZITAT:

"Wenn der Weltbau mit aller Ordnung und Schönheit nur eine Wirkung der ihren allgemeinen Bewegungsgesetzen überlassenen Materie ist, wenn die blinde Mechanik der Naturkräfte sich aus dem Chaos so herrlich zu entwickeln weiss und zu solcher Vollkommenheit von selber gelangt: so ist der Beweis des göttlichen Urhebers, den man aus dem Anblicke der Schönheit des Weltgebäudes zieht, völlig entkräftet, die Natur ist sich selbst genugsam, die göttliche Regierung ist unnöthig".

Das ist der Vorwurf, den Kant entkräften muss: wo bleibt noch Platz für einen Schöpfergott, den göttlichen Urheber, wenn doch die wundervolle Bewegung der Planeten um die Sonne von ganz alleine entsteht? Kant muss verhindern, dass man ihm vorwirft, mit seiner Naturphilosophie Gott "wegerklären" zu wollen.

Denn, so ein gängiger Gedanken seiner Zeit, gerade an der guten Einrichtung der Welt erkennt man die ständig mitgestaltende Tätigkeit Gottes:

ZITAT:

"Man ist gewohnt die Übereinstimmungen, die Schönheit, die Zwecke und eine vollkommene Beziehung der Mittel auf dieselbe in der Natur zu bemerken und herauszustreichen. [...] Diese Wohlgereimheit, sagt man, ist ihr fremd, sie würde, ihren allgemeinen Gesetzen überlassen, nichts als Unordnung zuwege bringen. Die Übereinstimmungen zeigen eine fremde Hand, die eine von aller Regelmässigkeit verlassene Materie in einen weisen Plan zu zwingen gewusst hat.

Die Natur ohne die ständige Wirkung Gottes, würde aus sich keine Ordnung hervorbringen. Nun will Kant mit seiner Nebularhypothese aber genau das zeigen: wie aus einem ungeordneten Urnebel das wohlgeordnete Sonnensystem entstehen kann. Zwei hundert Jahre nach Kant spräche man von Intelligent Design einerseits und von Emergenz und Selbstorganisation andererseits.

Kant löst das Problem dann damit auf, dass er Gottes Weisheit gerade noch dadurch steigert, dass seine ursprüngliche Schöpfung sozusagen dann von alleine auf ihrend Endzweck hinstrebt:

ZITAT:

"wenn die allgemeinen Wirkungsgesetze der Materie gleichfalls eine Folge aus dem höchste Entwurfe sind, so können sie vermuthlich keine andere Bestimmungen haben, als die den Plan von selber zu erfüllen trachten, den die höchste Weisheit sich vorgesetzt hat".

Dieser Gedanke besticht. Wenn Gott ein Universum schafft, das seinen eigenen Gesetzen folgend dem gewollten Ziel zustrebt, so ist dieser Gott doch vielleicht sogar intelligenter als ein Gott, der selbst lange nach der Schöpfung noch ständig korrigierend eingreifen muss.

Gott kann die einmal erschaffene Welt guten Vertrauens sich selbst überlassen 👉 Deismus

Gott muss in der von ihm erschaffenen Welt ständig tätig und präsent bleiben 👉 Theismus

Über 100 Jahre später nach Kants Nebularhypothese sollte in England Darwins Evolutionstheorie veröffentlicht werden. In der Diskussion wird man wieder dieselben Argument hin und her geschoben finden: kann die Natur aus dem Chaos der Ursuppe durch ihr eigenes Spiel so etwas intelligentes wie uns Menschen alleine hervor bringen? Ist die Idee einer von alleine ablaufenden Evolution nicht genauso eine Lästerung Gottes wie die Selbst-Entstehung eines Sonnensystem mit sauberen Kepler-Bahnen aus einem diffusen Urnebel?

Dass Kant den Vorwurf eines versteckten Atheismus oder Gotteszweifels in seiner Vorrede so ausführlich von sich abweisen will, hat gute Gründe. In einer späteren Schrift gelang ihm das nicht mehr.^[8] Im Jahr 1794, Kant ist dann schon 70 Jahre alt und in Frankreich wütet die Revolution, wirft ihm der preußische Staatsminister Wöllner "Entstellung" und "Herabwürdigung" sowohl "der Heiligen Schrift" wie des "Christentums" vor. Unter Androhung von "unserer höchsten Ungnade" muss Kant unterschreiben, sich nicht mehr auf solche Weisen zu äußern.^[9]

Ordnung aus Chaos

Nun, nachdem Kant glaubt, sich gut gegen Vorwürfe des Atheismus gewappent zu haben, beginnt er seinen naturwissenschaftlichen Gedanken zu entwickeln. Er strebt eine Kosmogonie - Entstehung des Kosmos - ganz auf der Grundlage der damals noch recht neuen Lehre von Isaac Newton an.

ZITAT:

"Ich nehme die Materie aller Welt in einer allgemeinen Zerstreuung an und mache aus derselben ein vollkommenes Chaos. Ich sehe nach den ausgemachten Gesetzen der Attraction den Stoff sich bilden und durch die Zurückstossung ihre Bewegung modificiren. Ich geniesse das Vergnügen ohne Beihülfe willkürlicher Dichtungen unter der Veranlassung ausgemachter Bewegungsgesetze sich ein wohlgeordnetes Ganze erzeugen zu sehen, welches demjenigen Weltsystem so ähnlich sieht, das wir vor Augen haben, dass ich mich nicht entbrechen kann es für dasselbe zu halten."

Kant will also als Urzustand des Universums eine völlig chaotisch und zufällig mehr oder minder gleich im Raum verteilte Materie annehmen. Nur die physikalischen Gesetze der Anziehung und Abstoßung sollen genügen, dass von alleine daraus das Sonnensystem entsteht. Der Gedanke ist kühn und modern. Was Anderes machen heute Kosmologen, wenn sie einem Superrechner einen hypothetischen Urzustand des Kosmos kurz nach dem Urknall einfüttern, ihn dann tagelangen Simulationen rechnen lassen, um am Ende zu sehen, ob dabei in etwa die Welt aus Galaxien entsteht, wie wir sie am Himmel beobachten?

Kant setzt dann bei den Antiken Atomisten an.

ZITAT:

"Ich werde es also nicht in Abrede sein, dass die Theorie des Lucrez oder dessen Vorgänger, des Epikurs, Leucipps, und Demokritus, mit der meinigen viele Ähnlichkeit habe. Ich setze den ersten Zustand der Natur, so wie jene Weltweise in der allgemeinen Zerstreuung des Urstoffs aller Weltkörper, oder der Atomen, wie sie bei jenen genannt werden."

Für die Physik interessant ist dann, wie Kant die Brücke schlägt zwischen den antiken atomistischen Vorstellungen Epikurs und der in seiner Zeit modernen Physik Newtons.

ZITAT:

"Epikur setzte eine Schwere, die diese elementarische Theilchen zum Sinken trieb, und dieses scheint von der Newtonischen Anziehung, die ich annehme, nicht sehr verschieden zu sein"

Und weiter:

ZITAT:

"[Epikur] gab ihnen auch eine gewisse Abweichung von der geradlinichten Bewegung des Falles, ob er gleich in Ansehung der Ursache derselben und ihrer Folgen ungereimte Einbildungen hatte: diese Abweichung kommt einigermassen mit der Veränderung der geradlinichten Senkung, die wir aus der Zurückstossungskraft der Theilchen herleiten, überein"

Was Kant hier beschreibt sind sehr wahrscheinlich die sogenannten Clinamen, kleinste Abweichungen von einer geradlinigen Bewegung. Anders als Epikur gibt Kant aber eine natürliche Ursache für solche Abweichungen an, nämlich abstoßende Kräfte zwischen den Atomen. Kant schreibt an Epikur gerichtet vorwurfsvoll: "Epikur war gar so unverschämt, dass er verlangte, die Atomen wichen von ihrer geraden Bewegung ohne alle Ursache ab, um einander begegnen zu können." Siehe mehr zu diesem Gedanken der alten Atomisten unter 👉 Clinamen

Und schlussendlich braucht Kant für seine Nebulartheorie auch die Entstehung von Wirbeln, also von letztendlich dauerhaften mehr oder minder kreisförmigen Bewegungen:

ZITAT:

"endlich waren die Wirbel, die aus der verwirrten Bewegung der Atomen entstanden, ein Hauptstück in dem Lehrbegriffe des Leucipps und Demokritus, und man wird sie auch in dem unsrigen antreffen."

Kant grenzt sich dann aber auch klar gegen die alten griechischen und römischen Denker ab, die sogar so weit gegangen sein sollen, die Entstehung von Intelligenz aus dem Chaos ableiten zu wollen:

ZITAT:

"Alle [die antiken Atomisten] insgesammt trieben diese Ungereimtheit so weit, dass sie den Ursprung aller belebten Geschöpfe eben diesem blinden Zusammenlauf beimassen und die Vernunft wirklich aus der Unvernunft herleiteten."

Kant greift hier wieder gedanklich dem Jahrhunderte später dauerhaft schwelenden Streit um Darwins Gedanken zur Evolution voraus: kann die Evolution durch das Spiel von blindem Zufall und Selektion so etwas erzeugen wie bewusste Menschen? Symptomatisch für diese Sicht steht vielleicht das Buch "The Blind Watchmaker: Why the Evidence of Evolution Reveals a Universe without Design" von Richard Dawkins aus dem Jahr 1986.

Modellannahmen

Kant legt die physikalischen Annahmen, die er trift, sehr deutlich aus. Er stellt sich die Bausteine des Sonnensystems so, dass sie im Sinne einer mechanistischen Deutung der Newtonschen Mechanik zugänglich werden:

ZITAT:

"Die Himmelskörper sind rund Massen, also von der einfachsten Bildung, die ein Körper, dessen Ursprung man sucht, nur immer haben kann. Ihre Bewegungen sind gleichfalls unvermischt. Sie sind nichts als eine freie Fortsetzung eines einmal eingedrückten Schwunges, welcher, mit der Attraction des Körpers im Mittelpunkte verbunden, kreisförmicht wird. Überdem ist der Raum, darin sie sich bewegen, leer, die Zwischenweiten, die sie von einander absondern, ganz ungemein gross und also alles sowohl zur unverwirrten Bewegung, als auch deutlichen Bemerkung derselben auf das deutlichste aus einander gesetzt."

Kant macht mit diesem Argument die Himmelskörper zu Massenpunkten, die man besonders leicht mechanisch berechnen kann. Durch den Hinweis auf die großen Entfernungen und die Leere zwischen den Himmelskörper idealisiert er weiter. Reibung und gegenseitige Einflusnahmen der Planeten untereinander werden beide möglichst klein gehalten. Damit weicht er im Voraus dem (sehr schweren) Dreikörperproblem sowie dem schwer handhabbaren Einfluss von Reibung aus.

Die Planeten und Sonnen als 👉 Massenpunkt

Die Bewegung der Himmelskörper ohne 👉 Reibung

Kant hat vor, gleichsam aus dem Ist-Zustand rückwärts zu überlegen, was nötige gewesen sein muss, dass genau dieser Zustand entsteht. Logisch kommt das der Denkfigur einer Abduktion nahe: welche Prämisse müsste gelten, dass die beobachteten Tatsachen nicht mehr überraschen würden? In den Worten Kants:

ZITAT:

"Man weiss, was dazu gehört, dass ein Körper eine kugelrunde Figur erlange, man begreift, was erfordert wird, dass frei schwebende Kugeln eine kreisförmige Bewegung um den Mittelpunkt anstellen, gegen den sie gezogen werden. Die Stellung der Kreise gegeneinander, die Übereinstimmung der Richtung, die Excentricität, alles kann auf die einfachsten mechanischen Ursachen gebracht werden, und man darf mit Zuversicht hoffen sie zu entdecken".

Kants Verweis im Zitat oben auf die "einfachsten mechanischen Ursachen" ist ein passendes Tribut an den Zeitgeist des mechanischen Denkens. Noch bis weit ins 19. Jahrhundert und sogar bis ins frühe 20. Jahrhundert sollten Physiker versuchen, die Welt als Mechanik zu verstehen. Die Idee der kreisförmigen Bewegung in einer Scheibe, die unser Sonnensystem ja ganz gut beschreibt, passt aber auch ganz gut auf das System der Sterne in ihrer Gesamtheit:

ZITAT:

"Herr Wright von Durham, dessen Abhandlung ich aus den Hamburgischen freien Urtheilen vom Jahr 1751 habe kennen lernen, hat mir zuerst Anlass gegeben, die Fixsterne nicht als ein ohne sichtbare Ordnung zerstreutes Gewimmel, sondern als ein System anzusehen, welches mit einem planetischen die grösste Ähnlichkeit hat, so dass, gleichwie in diesem die Planeten sich einer gemeinschaftlichen Fläche sehr nahe befinden, also auch die Fixsterne sich in ihren Lagen auf eine gewisse Fläche, die durch den ganzen Himmel muss gezogen gedacht werden, so nahe als möglich beziehen und durch ihre dichteste Häufung zu derselben denjenigen lichten Streif darstellen, welcher die Milchstrasse genannt wird."

Hier beschreibt Kant die Form unserer eigenen Heimatgalaxie. Dass es neben unserer Galaxie auch noch weitere gibt war Kant noch nicht bekannt. Und Kant bemerkt dann, dass es Hinweise aus Beobachtungen gibt, dass die Fixsterne ihre Positionen gar nicht fix haben. Der Arkturus, ein heller Stern am Sommerhimmel etwa, habe sich über längere Zeit so in seiner Position am Himmel verändert, dass es nicht mehr durch Beobachtungsfehler zu erklären sei.

Gelungene Vorhersagen

Unklar war zur Zeit Kant, was es mit den Nebelflecken auf sich hat. Tatsächlich ist der Nebelfleck im Gürtel der Andromeda eine eigene Galaxie. Kant erwähnt unter anderem die Flecken im Gürtel des Orion und der Andromea. Die meisten der damals sichtbaren Nebelflecke aber sind anderer Natur und sie befinden sich im Inneren unserer Galaxie. Zur Zeit Kants konnte man darüber nur spekulieren:

ZITAT:

Es geht um "diejenige lichte Stellen am Himmel, welche neblichte Sterne genannt und für einen Haufen kleiner Fixsterne gehalten werden. Allein die Astronomen haben durch vortreffliche Ferngläser sie nur als grosse länglichtrunde Plätzchen, die etwas lichter als der übrige Theil des Himmels wären, befunden."

Interessant sind die Vermutungen anderer Astronomen, die mit biblischen Phänomenen argumentieren. So würde ein Astronom in den Nebelflecken einen Beleg der "Mosaischen Schöpfungsgeschichte" sehen, dass "nämlich [...] das Licht eher als die Sonne erschaffen sei". Ein anderer, Derham, "vergleicht sie Öffnungen, dadurch eine andere unermessliche Gegend und vielleicht der Feuerhimmel durchscheine." Man sieht an diesen Zitaten, wie wenig über die wahre Beschaffenheit der Himmelskörper in der Mitte des 18. Jahrhunderts bekannt war. Kant aber hatte den richtigen Riecher für manche dieser Nebelflecken, die oft nicht "zirkelrunde, sondern elliptische Figuren abbilden, und dass sie wegen ihres blossen Lichts unbegreiflich weit von uns abstehen". Damit trifft er recht genau das Wesen uns ferner Galaxien, wie wir sie heute kennen.

Kant kehrt dann noch einmal zurück zu einer seiner modellhaften Prämisse, dass nämlich zwischen den Teilen der Materie nur zwei Kräfte anzunehmen sind. Es gibt eine abstoßend und eine anziehende Kraft. Über diese schreibt er:

ZITAT:

"Beide [Kräfte] sind aus der Newtonischen Weltweisheit entlehnt. Die erstere ist ein nunmehr ausser Zweifel gesetztes Naturgesetz. Die zweite, welcher vielleicht die Naturwissenschaft des Newton nicht so viel Deutlichkeit als der ersteren gewähren kann, nehme ich hier nur in demjenigen Verstande an, da sie niemand in Abrede ist, nämlich bei der feinsten Auflösung der Materie, wie z. E. bei den Dünsten. Aus diesen so einfachen Gründen habe ich auf eine ungekünstelte Art, ohne andere Folgen zu ersinnen, als diejenigen, worauf die Aufmerksamkeit des Lesers ganz von selber verfallen muss, das folgended System hergeleitet."

Hier wird es für einen Leser aus dem 21. Jahrhundert interessant. Kant benötigt für seine Überlegungen nicht nur die anziehende Gravitationskraft sondern auch eine abstoßende Kraft. Diese aber ist nach Newton nicht bekannt. Auch heute kennen wir keine abstoßende Kraft, die auf größere Distanz zwischen den Sternen wirkt. In die Nähe käme die rein hypothetische Dunkle Energie. Aber deren Eigenschaft ist weniger die eine einer negativer Gravitatinskraft als vielmehr einer Kraft, die die Raumzeit selbst auseinandertreibt. Davon konnte Kant noch keinerlei Ahnung haben.

Gegenstände

Am Ende der Vorrede fasst Kant die verschiedenen Phänomene auf, die er in seiner eigentlichen Abhandlung erklären möchte. Diese sind hier kurz aufgelistet:

"Theorie der Fixsternensysteme"

"Hypothese von der Beschaffenheit der neblichten Sterne"

"Entwurfe von der mechanischen Erzeugungsart des Weltbaues"

"Theorie von dem Saturnsringe"

"Bestimmung der Verhältnisse der Excentricität"

"die Vergleichung der Massen der Planeten"

"die mancherlei Abweichungen der Kometen"

"die Bildung neuer Welten und den Untergang der alten"

Damit endet die Vorrede. Im Ersten Teil seiner weiter Abhandlung beschreibt Kant dann wie die Planeten und Kometen auf Ellipsen um die Sonne wandern und wie die "Gravität", die er auch "Senkungskraft" oder "Centripetalkraft" nennt quadatisch mit der Entfernung zur Sonne abnimmt. Damit steigt er in die Himmelsmechanik von Kepler und Newton ein.

Ellipsenbahnen

Zunächst geht Kant auf den senkrechten, freien Fall nach unten ein. Er beschreibt korrekt, dass ein frei fallender Gegenstand bis zum Moment des Aufschlags ständig an Geschwindigkeit zunimmt. Interessant ist, was Kant nicht mit angibt.

ZITAT:

"Wenn ein Körper also diesem Antriebe, der ihn zum Sinken gegen die Sonne oder irgend einen Planeten treibt, frei überlassen wird: so wird er in stets beschleunigter Bewegung zu ihm niederfallen und in kurzem sich mit desselben Masse vereinigen.

Was Kant unterschlägt, aus welchem Grund auch immer, sind formelmäßige Angaben. In einem modernen Lehrbuch des 21. Jahrhunderts käme an dieser Stelle der Argumentation wohl recht schnell ein mathematischer Zusammenhang wie v=at. Dabei wäre v zum Beispiel die Geschwindigkeit in Metern pro Sekunden nach t Sekunden Falldauer (ausgehend von der Ruhelage) und einer Fallbeschleunigung a, auf der Erde zum Beispiel die üblichen 9,81 m/s². Aber Kant argumntiert nicht quantitiv mit Rechnungen sondern qualitativ mit Effekten, Phänomenen und Analogien. Lesen wir, wie Kant die Entstehung der Ellipsenbewegung erklärt.

ZITAT:

"Wenn er aber einen Stoss nach der Seite hin bekommen hat, so wird er, wenn dieser nicht so kräftig ist, dem Drucke des Sinkens genau das Gleichgewicht zu leisten, sich in einer gebogenen Bewegung zu dem Centralkörper hinein senken, und wenn der Schwung, der ihm eingedrückt worden, wenigstens so stark gewesen, ihn, ehe er die Oberfläche desselben, berührt, von der senkrechten Linie um die halbe Dicke des Körpers im Mittelpunkte zu entfernen, so wird er nicht dessen Oberfläche berühren, sondern, nachdem er sich dichte um ihn geschwungen hat, durch die vom Falle erlangte Geschwindigkeit sich wieder so hoch erheben, als er gefallen war, um in beständiger Kreisbewegung um ihn seinen Umlauf fortzusetzen."

Echte Kreisbahnen gibt es nicht:

ZITAT:

"Der Unterschied zwischen den Laufkreisen der Kometen und Planeten besteht also in der Abwiegung der Seitenbewegung gegen den Druck, der sie zum Fallen treibt; welche zwei Kräfte je mehr sie der Gleichheit nahe kommen, desto ähnlicher wird der Kreis der Cirkelfigur, und je ungleicher sie sind, je schwächer die schiessende Kraft in Ansehung der Centralkraft ist, desto länglichter ist der Kreis, oder wie man es nennt, desto excentrischer ist er, weil der Himmelskörper in einem Theile seiner Bahn sich der Sonne weit mehr nähert, als im andern."

Und zur gemeinsamen Bahnenebene im Sonnensystem:

ZITAT:

"Die Kreise der Planeten beziehen sich so nahe wie möglich auf eine gemeinschaftliche Fläche, nämlich auf die verlängerte Äquatorsfläche der Sonne; die Abweichung von dieser Regel findet nur bei der äussersten Grenze des Systems, da alle Bewegungen allmählich aufhören, statt."

Im Bezug auf die vielen Sonnen und Sonnensystem der Milchstraße glaubt Kant, dass sie infolge der gegenseitigen Anziehungskraft einmal in "Klumpen" zusammenfallen werden:

ZITAT:

Nach Kant drohen "alle Weltsysteme[] in der Verfassung, durch die gegenseitige Annäherung, die unaufhörlich und durch nichts gehindert ist, über kurz oder lang in einen Klumpen zusammen zu fallen, wofern diesem Ruin nicht so wie bei den Kugeln unsers planetischen Systems durch die den Mittelpunkt fliehende Kräfte vorgebeugt worden" ist.

Kant wusste noch nichts davon, dass sich die Sterne der Milchstraße so um das Zentrum der Milchstraße bewegen wie auch die Planeten um die Sonne. Durch diese Bahnbewegung erhalten sie dann die nötige "Fliehkraft", um den "Ruin" zu verhindern. Bemerkenswerterwiese ist die Stabilität der Milchstraße heute aber immer noch ein offenes Problem. Die Astronom Vera Rubin hatte beobachtet, dass einige der Sterne der Milchstraße viel zu schnell sind, als dass man ihre Bewegung über die Newtonschen Gesetze erklären könnten. Demzufolge müssten die Sterne der Milchstraße eher sogar auseinander treiben und nicht zusammenfallen. Da sie es aber nicht tun, die Sterne, nimmt man heute eine unsichbare Masse an, die für die nötige Anziehungskraft sorgt. Das ist die Geburtsidee der Dunklen Materie.^[10]

Und noch einmal betont Kant, dass er den Aufbau der Milchstraße für ähnlich wie den Aufbau des Sonnensystems hält. Dieses Denken in Analogien ist typisch für dieses Schriftstück Kants.

ZITAT:

"Die Gestalt des Himmels der Fixsterne hat also keine andere Ursache, als eben eine dergleichen systematische Verfassung im Grossen, als der planetische Weltbau im Kleinen hat".

Es tritt aber ein Problem auf: die Fixsterne am Himmel scheinen sich nicht zu bewegen, daher ja auch ihr Name: ihre Position am Himmel ist fix, fixiert, also wie festgenagelt. Kant führt nun ein Gedankenexperiment. Er will zeigen, dass die Bewegungslosigkeit der Fixsterne nur scheinbar sein könnte. Dazu lässt er nach den bekannten Gesetzen Newtons einen Stern in großem Abstand um unsere Sonne laufen:

ZITAT:

"Lasset uns die Wahrscheinlichkeit diess Begriffes durch die Ausrechnung der Bewegung schätzen, die ein unserer Sonne naher Fixstern haben würde, wenn wir setzen, dass unsere Sonne der Mittelpunkt seines Kreises wäre. Wenn seine Weite nach dem Huygen über 21000mal grösser, als der Abstand der Sonne von der Erde angenommen wird: so ist nach dem ausgemachten Gesetze der Umlaufszeiten, die im Verhältniss der Quadratwurzel aus dem Würfel der Entfernungen vom Mittelpunkte stehen, die Zeit, die er anwenden müsste, seinen Zirkel um die Sonne einmal zu durchlaufen, von mehr als anderthalb Millionen Jahre, und dieses würde in 4000 Jahren eine Verrückung seines Orts nur um einen Grad setzen."

Während der Pluto als äußerer Zwergplanet eine Umlaufzeit von 240 Jahren um die Sonne hat, käme ein weiter entfernter Stern also auf 1,5 Millionen Jahre. Um eine Verschiebung am Himmel um 1° zu beobachten, müssten 4000 Jahre vergehen. Tatsächlich würde die meisten Astronomen zur Zeit Kant von einer solch langsamen Bewegung nichts merken. Die Bewegung würde erst duch den Vergleich mit sehr alten historischen Aufzeichnungen erkennbar.

Kant vermutet dann ganz richtig, dass "die Bewegung der Sonnen des Sternenhimmels um einen gemeinschaftlichen Mittelpunkt gehe". Heute wissen wir, dass dies das Zentrum unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße ist und dass in diesem Zentrum möglicherweise ein Schwarzes Loch liegt.

Und tatsächlich scheint man eine ganz langsame Bewegung von Fixsternen relativ zueinander zu erkennen: "De la Hire bemerkt in den Mémoires der Akademie zu Paris vom Jahr 1693, er habe sowohl aus eigenen Beobachtungen, als auch aus Vergleichung derselben mit des Ricciolus seinen eine starke Änderung in den Stellungen der Sterne des Siebengestirns wahrgenommen." Das Siebengestirn lässt sich leicht mit dem bloßen Auge am Winterhimmel ausmachen. Und heute weiß man, dass die Sterne in diesem echten Sternhaufen tatsächlich eine sichtbare Bewegung zueinander haben.

Wer Kants Schrift über die Theorie des Himmels liest, findet darin immer wieder die Denkfigur der Extrapolation, des Fortsetzens einmal begonnener Gedanken hin zu möglichen Folgerungen. Damit lag Kant erstaunlich oft richtig. Zu seiner Zeit waren weder die Planeten Uranus, Neptun noch die Zwergplaneten Pluto, Quaoar, Eris oder Makemake bekannt. Doch mit seiner Denkweise konnte er ihre Existenz und eine starke Exzentrizität ihrer Bahn vorhersagen:

ZITAT:

"Sollte zwischen dem Saturn, dem äussersten unter den Wandelsternen, die wir kennen, und dem am wenigsten excentrischen Kometen, der vielleicht von einer 10 und mehrmal entlegenern Entfernung zu uns herabsteigt, kein Planet mehr sein, dessen Bewegung der kometeischen näher als jener käme? Und sollten nicht noch andere mehr durch eine Annäherung ihrer Bestimmungen vermittelst einer Reihe von Zwischengliedern die Planeten nach und nach in Kometen verwandeln und die letztere Gattung mit der erstern zusammenhängen? Das Gesetz, nach welchem die Excentricität der Planetenkreise sich in Gegenhaltung ihres Abstandes von der Sonne verhält, unterstützt diese Vermuthung. Die Excentricität in den Bewegungen der Planeten nimmt mit derselben Abstande von der Sonne zu, und die enfernten Planeten kommen dadurch der Bestimmung der Kometen näher."

Hier ist eine Liste der Planeten und Zwergplaneten wie man gut 270 Jahre nach Kant kannte. Nach dem Namen kommt die Länge der großen Halbachse in astronomischen Einheiten (AU). Diese Zahl steht für die Entfernung des Himmelskörpers von der Sonne. Die letzte Zahl ist die sogenannte Exzentrizität. Je näher sie bei 0 ist, desto kreisförmiger ist die Umlaufbahn. Je größer die Exzentrizität als Zahl ist, desto exzentrischer, das heißt desto ellipsenförmiger ist auch die Umlaufbahn:^[11]

Kant bekannt

Merkur | 0,387 AU | 0,206

Venus | 0,723 AU | 0,007

Erde | 1,000 AU | 0,017

Mars | 1,527 AU | 0,093

Jupiter | 5,203 AU | 0,048

Saturn | 9,539 AU | 0,056

Kant unbekannt

Uranus | 19,191 AU | 0,046

Neptun | 30,061 AU | 0,010

Ceres | 2,766 AU | 0,080

Pluto | 39,529 AU | 0,248

Haumea | 43,1 AU | 0,19

Makemake | 45,8 AU | 0,16

Eris | 68,0 AU | 0,44

Sedna | 518 AU | 0,85

Salacia | 42,184 AU | 0,10636

Kant hatte vorhergesagt, dass man über den Saturn hinaus noch andere Himmelskörper würde finden können. Und er hatte vermutet, dass ihre Exzentrizität mit der Entfernung zur Sonne wächst. Es gibt zwar Ausnahmen. Kant selbst hatte schon auf die hohe Exzentrizität von Merkur und Mars hingewiesen. Aber man kann Kants Vorhersage vorsichtiger vielleicht so formulieren: je größer die Durchmesser der Umlaufbahnen um die Sonne werden, desto größer ist auch die Wahrscheinlichkeit, dort Himmelskörper mit großer Exzentrizität anzutreffen.

Kants Urnebel

Kommen wir nun zu Kants zentraler Hypothese: die Entstehung rotierender Systeme aus einem Urnebel. Heute wissen wir, dass Kants Grundidee zutrifft: Sonnen und Sonnensysteme entstehen aus Wolken von Molekülen.

ZITAT:

"Ich nehme an: dass alle Materien, daraus die Kugeln, die zu unserer Sonnenwelt gehören, alle Planeten und Kometen, bestehen, im Anfange aller Dinge, in ihren elementarischen Grundstoff aufgelöset, den ganzen Raum des Weltgebäudes erfüllt haben, darin jetzt diese gebildete Körper herumlaufen."

Und was gibt den ersten Anstoß, dass der Urnebel sich verändert?

ZITAT:

"Allein die Verschiedenheit in den Gattungen der Elemente trägte zu der Regung der Natur und zur Bildung des Chaos das Vornehmste bei, als wodurch die Ruhe, die bei einer allgemeinen Gleichheit unter den zerstreuten Elementen herrschen würde, gehoben wird und das Chaos in den Punkten der stärker anziehenden Partikeln sich zu bilden anfängt."

Heute würde man von Inhomogenitäten sprechen, Schwankungen der Dichte im Urnebel. Genau dieselben Überlegungen stellt man heute übrigens im Zusammenhang mit der Verteilung der Galaxien im Weltraum an. Auch die Galaxien sind nicht zufällig über den Weltraum verstreut. Sie bilden vielmehr gigantische Strukturen aus Bändern und Hohlräumen. Man führt das auf Dichteschwankungen im ursprünglichen Universum kurz nach dem Urknall zurück, ganz in Analogie zu den Dichteschwankungen des Kantschen Urnebels.

ZITAT:

"Die von grösster specifischen Dichtigkeit und Anziehungskraft, welche an und für sich weniger Raum einnehmen und auch seltener sind, werden daher bei der gleichen Austheilung in dem Raume der Welt zerstreuter, als die leichtern Arten sein. Elemente von 1000 mal grösserer specifischen Schwere sind tausend-, vielleicht auch millionenmal zerstreuter, als die in diesem Masse leichtern. "

In diesem Zitat nimmt Kant die Idee einer statistischen Verteilung vorweg. Man meint fast schon die erst viel später gefasste Idee einer Normalverteilung zu erkennen.

Wenn es aber Bereiche unterschiedlicher Dichte gibt, dann folgt es, dass die Bereiche höherer Dichte den Rest um sich herum anziehen. So könnte aus einem Urnebel eine Ansammlung von Klumpen entstehen:

ZITAT:

"Die zerstreuten Elemente dichterer Art sammlen vermittelst der Anziehung aus einer Sphäre rund um sich alle Materie von minder specifischer Schwere; sie selber aber zusammt der Materie, die sie mit sich vereinigt haben, sammlen sich in den Punkten, da die Theilchen von noch dichterer Gattung befindlich sind, diese gleichergestalt zu noch dichteren und so fortan. Indem man also dieser sich bildenden Natur in Gedanken durch den ganzen Raum des Chaos nachgeht, so wird man leichtlich inne: dass all Folgen dieser Wirkung zuletzt in der Zusammensetzung verschiedener Klumpen bestehen würden".

Entstehung der Kreisbewegung

Nun muss Kant erklären, woher die Bewegung der Klumpen von Materie umeinander stammt. Dazu benötigt er neben den anziehenden Kräften, der Gravitationskraft, noch weitere, nämlich abstoßende Kräfte:

ZITAT:

"Allein die Natur hat noch andere Kräfte im Vorrath, welche sich vornehmlich äussern, wenn die Materie in feine Theilchen aufgelöset ist, als woduch selbige einander zurück stossen und durch ihren Streit mit der Anziehung diejenige Bewegung hervor bringen, die gleichsam ein dauerhaftes Leben der Natur ist."

Und was erzeugt die abstoßenden Kräfte? Kant nennt die "Elasticität der Dünste", den "Ausflusse starkriechender Körper" und die "Ausbreitung aller geistigen Materien"

Auch dieser Gedanke der Entstehung abstoßender Kräfte durch "Dünste" ist durchaus modern. Kometen, so weiß man heute, verdampfen bei Annäherung an die Sonne Teile ihrer Materie. Daraus entstehen die Schweife der Kometen. Und durch den Rückstoß der entweichenden Dünste erfahren die Kometen tatsächlich eine Beschleunigung.

Und aus dem Zusammenspiel der anziehenden und der abstoßenden Kräfte entstehen nun die Kreis- und Ellipsenbewegungen der Himmelskörper im Sonnensystem.

ZITAT:

Es "werden die zu ihren Anziehungspunkten sinkende Elemente durcheinander von der geradlinichten Bewegung seitwärts gelenkt, und der senkrechte Fall schlägt in Kreisbewegungen aus, die den Mittelpunkt der Senkung umfassen."

Und auch die gegenseitige Abstoßung der Teilchen bei Stößen lenkt sie von der geradlinigen Bewegung ab:

ZITAT:

"Wenn die Masse dieses Centralkörpers so weit angewachsen ist, dass die Geschwindigkeit, womit er die Theilchen von grossen Entfernungen zu sich zieht, durch die schwachen Grade der Zurückstossung, womit selbige einander hindern, seitwärts gebeugt, in Seitenbewegungen ausschlägt, die den Centralkörper vermittelst der Centerfliehkraft in einem Kreise zu umfassen im Stande sind: so erzeugen sich grosse Wirbel von Theilchen, deren jedes für sich krumme Linien durch die Zusammensetzung der anziehenden und der seitwärts gelenkten Umwendungskraft beschreibt; welche Arten von Kreisen alle einander durchschneiden, wozu ihnen ihre grosse Zerstreuung in diesem Raume Platz lässt."

Kant, dem die Physik Newtons durchaus bekannt war, denkt hier ganz auf der Grundlage des ersten Newtonschen Axioms. Diesem Grundsatz zufolge bewegt sich ein Körper solange geradeaus, wie keine Kraft seitwärts auf ihn einwirkt.

Bis jetzt hat Kant nur gezeigt, dass die Teilchen des Urnebels bei ihrem Weg hin zu bereits größeren Masseklumpen nicht geradlinig sondern auf Bahnen von Wirbeln unterwegs sind. Davon ausgehend muss Kant jetzt die gleichgesinnte mehr oder kreisförmige Bewegung alles Teilchen um das Zentralgestirn erklären. Das ist eigentlich die zentrale Stelle, der wesentliche Baustein im Fundament der gesamten Nebularhypothese. Kann Kant überzeugend die Entstehung einer gleich gerichteten Kreisbewegung erklären?

ZITAT:

"Indessen sind diese auf macherlei Art unter einander streitende Bewegungen natürlicher Weise bestrebt, einander zur Gleichheit zu bringen, das ist, in einen Zustand, da eine Bewegung der andern so wenig als möglich hinderlich ist. Dieses geschieht erstlich, indem die Theilchen eines des andern Bewegung so lange einschränken, bis alle nach einer Richtung fortgehen; zweitens, dass die Partikeln ihre Verticalbewegung, vermittelst der sie sich dem Centro der Attraction nähern, so lange einschränken, bis sie, alle horizontal d. i. in parallel laufenden Zirkeln um die Sonne als ihren Mittelpunkt bewegt, einander nicht mehr durchkreuzen und durch die Gleichheit der Schwungskraft mit der senkenden sich in freien Zirkelläufen in der Höhe, da sie schweben, immer erhalten: so dass endlich nur diejenige Theilchen in dem Umfange des Raumes schweben bleiben, die durch ihr Fallen eine Geschwindigkeit und durch die Widerstehung der andern eine Richtung bekommen haben, dadurch sie eine freie Zirkelbewegung fortsetzen können."

Kant postuliert hier also, dass die gegenseitige Beeinflussung der Teilchen zu einem Ausgleich aller Unterschiede der Bewegung führen müsste. Ist das so? Gibt es einen anerkannten Grundatz der Physik, nach dem das so sein sollte? Könnte man das mit den heutigen Mitteln einer Simulation an einem Computer nachstellen? Wie dem auch sei, für Kant ist das gewünschte Endergebnis erreicht:

ZITAT:

"In diesem Zustande, da alle Theilchen nach einer Richtung und in parallellaufenden Kreisen, nämlich in freien Zirkelbewegungen, durch die erlangte Schwungskräfte um den Centralkörper laufen, ist der Streit und der der Zusammenlauf der Elemente gehoben, und alles ist in dem Zustande der kleinsten Wechselwirkung."

Bemerkenswert ist hier die Erwähnung einer kleinsten Wechselwirkung. Was meint Kant damit? Heute kennen wir das Fermatsche Prinzip und das Hamiltonische Prinzip, die mathematisch so etwas ähnliches fassen: von allen möglichen Wegen nimmt ein Objekt denjenigen Weg, bei dem eine irgendwie definierte Wechselwirkung möglichst klein ist. Fermat lebte vor Kant. Verwandt damit ist auch das Maupertuis-Prinzip, benannt nach Pierre Louis Maupertuis (1698 – 1759). Auch dort werden aus einer Vielzahl möglicher Bewegungsbahnen die möglichen nach streng mechanischen Kriterien herausgegriffen.

Kant diskutiert dann, wie es zu ausgewählten Planeten kommt die auf ansonsten von ihnen leer geräumten Bahne um die Sonne laufen. Was Kant in der Sprache seiner Zeit "Same zu Planeten" oder den "Anfang der sich bildenden Planeten" nannte, bezeichnet man heute als Planetisimale. Kant erklärt, wie der Raum auf der Bahn der Planeten und zwischen den Planeten leer gemacht wird. Tatsächlich ist die Leerräumung der eigenen Umlaufbahn heute ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zwischen Planeten und zum Beispiel Asteroiden oder Kometen.

Dass Kant hier nicht ganz sauber argumentiert hat, behandelte auch der US-amerikanische Astronom Percival Lowell (1855 bis 1916). In einer Vorlesung aus dem Jahr 1902 geht er - wie Kant - zunächst auf einige bemerkenswerte Eigenschaften unseres Sonnensystems ein:

In the solar system, as we find it to-day, are several remarkable congruities which are quite independent of gravitation, and bespeak a cause.

I. The central body is much larger than its attendants.

II. The planets move in orbits nearly circular.

III. They travel nearly in one plane.

IV. And in the same sense (direction).

As for the planets themselves

V. Their planes of rotation nearly coincide with their orbital planes (except Uranus and Neptune).

VI. They rotate also in the same direction that they revolve, counter-clockwise, all of them (except Uranus and Neptune).

VII. Their satellites revolve nearly in the planes of their primaries' equators (so far as we can see).

VIII. And in the same direction.

IX. They rotate in the same plane (so far as we can see).

X. In the same direction (so far as we can see).

Lowell geht dann ausdrücklich auf Kants pseudo-rationale Erklärung ein und klärt auch den Fehler der fehlenden Anfangsrotation:

ZITAT:

"Immanuel Kant war der Erste, der eine annähernd rationale Erklärung für diesen höchst merkwürdigen und eleganten Sachverhalt vorschlug. Er beging jedoch den Fehler anzunehmen, dass die Rotation des Ganzen durch Stöße seiner Teile hervorgerufen werden könne; doch kann durch die Wechselwirkung von Teilen eines Systems kein Drehimpuls entstehen, da innere Kräfte paarweise auftreten und ihre Momente um jede beliebige Achse gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind."^[22]

ANMERKUNG:

An dieser entscheidenden Stelle der Nebularhypothese, der Entstehung der Drehbewegung, bleibt Kant schwammig und unsauber und er liegt auch falsch. Er zitiert keinen anderen Physiker, kein zu seiner Zeit allgemeines Axiom oder anerkannten Lehrsatz. Stattdessen bemüht Kant eine Art Naturgesetz, dass "untereinander streitende Bewegungen auf eine natürliche Weise bestrebt seien, einander zur Gleichheit zu bringen". Vielleicht ist Kant hier der Denkweise der Abduktion zu kritiklos verfallen: wenn etwas schwer zu erklären ist, wie hier die Kreisbewegung, dann nimmt man mehr oder minder ac hoc etwas an, bei dessen Gültikgeit das zu erklärende Phänomen, das Explikandum, nicht mehr überraschen würde. Wesentlich für die Entstehung einer Kreisbewegung ist die Erhaltung des Drehimpulses. Frühe Überlegungen hin zu diesem Erhaltungsatz verweisen auf das Jahr 1746, also 9 Jahre vor Kants Veröffentlichung.^[21] Aber erst im 19. Jahrhundert wurde die Erhaltung des Drehimpulses klar ausformuliert. Man kann Kant nicht vorwerfen, dass er diese neue Entwicklung nicht kannte. Aber es bleibt als säuerlicher Beigeschmack übrig, dass Kant an entscheidenden Stellen seiner Argumentation die nötige Selbstkritik vermissen lässt.

Basiswissen

Drei Gründe für eine Lektüre

Historisch

Didaktisch

Physikalisch

Kant als Naturphilosoph

Zurückweisung der Gottlosigkeit

Ordnung aus Chaos

Modellannahmen

Gelungene Vorhersagen

Gegenstände

Ellipsenbahnen

Kants Urnebel

Entstehung der Kreisbewegung

Dichte der Planeten

Leichtigkeit der Zentralkörper

Bahn der Kometen

Monde

Eigenrotation des Mondes

Eigenrotation der Planeten

Jupiterrotation

Mondachsenneigung

Planetenachsenneigung

Erklärungsanspruch der Nebularhypothese

Fußnoten