Galileo Galilei, de vasthoudende

Galileo Galilei was een van de belangrijkste wegbereiders van de Wetenschappelijke Revolutie. Dankzij zijn ontdekkingen met de telescoop zorgde Galilei dat het oude wereldbeeld op losse schroeven kwam te staan. Maar zijn felle en soms ontactische optreden zorgde dat hij uiteindelijk frontaal botste met de katholieke inquisitie. Kennislink deed een ‘fictief interview’ met de wereldberoemde Toscaan.

door

Soul_galileo

Galileo Galilei

‘Het boek van de natuur is geschreven in de taal van de wiskunde’. Wie de natuur wil begrijpen, moest volgens de Italiaanse geleerde Galileo Galilei (1564-1642) bereid zijn een nieuwe taal te leren, die van de wiskunde. De Bijbel als bron van kennis over de natuur had wat Galilei betreft afgedaan. ‘De Bijbel vertelt je hoe je naar de hemel komt, maar niet hoe de hemel beweegt’.

Het werk van Galilei was het prille begin van de ‘mechanisering van het wereldbeeld’, een proces dat zijn hoogtepunt had in het werk van Isaac Newton. Ook ontdekte Galilei dat je door zelf te observeren veel meer over de wereld kan leren dan door keer op keer dezelfde oude autoriteiten te lezen.

Mijnheer Galilei, wat fijn dat u ons thuis wilde ontvangen. U kon niet naar onze redactie komen omdat u sinds een aantal jaar onder huisarrest staat. Daar komen we later op terug. Laten we het eerst over uw jeugdjaren hebben. Wat betreft uw latere wetenschappelijke carrière heeft u veel te danken aan uw vader Vincenzo Galilei, nietwaar?
“Wees welkom, gaat u zitten. Het klopt wat u zegt. Mijn vader verdiende de kost als luitspeler en componist. Hij speelde letterlijk altijd en overal. Als ik aan mijn jeugd denk, hoor ik zijn muziek. Daarnaast schreef hij boeken over muziektheorie en harmonieleer. Heel interessant, muziek zit namelijk vol wiskunde. Een mooi voorbeeld is de vraag naar de wiskundige verhouding tussen de spanning op een snaar en de toon die de snaar geeft. Dat geeft inzicht op de opbouw van het octaaf. Ik weet nog goed dat mijn vader bij ons thuis experimenten deed door gewichtjes aan snaren te hangen. Mede hierdoor ontdekte ik dat je theoretische vraagstukken kan oplossen door zelf te experimenteren.”

3060719

Het klooster van Vallombrosa

Wist u sindsdien al dat u zelf onderzoeker wilde worden?
Nee, zo ging dat niet. In 1574 verhuisde onze familie van mijn geboortestad Pisa naar Florence. Mijn moeder bracht me onder in het klooster van Vallombrosa, waar zeer geleerde monniken woonden. De rust en het leven in het klooster spraken me enorm aan. Het voelde zo vertrouwd dat ik me aanmeldde als novice, voor mijn officiële proeftijd als monnik. Ik zag een teruggetrokken leven als monnik helemaal voor me. Het was echter mijn vader die me er na korte tijd weghaalde. Hij gruwde van het idee dat ik mijn hele leven weggestopt zou zitten in het klooster. Hij zag liever dat ik medicijnen ging studeren en arts zou worden, want onze familie had hard geld nodig."

“Toen ik zestien werd schreef mijn vader me in bij de faculteit geneeskunde aan de Universiteit van Pisa. Een van de belangrijkste vaardigheden van een arts was kennis van astrologie om horoscopen te kunnen trekken. Immers, de stand van de sterren vertelt een arts precies wat het beste medicijn is tegen een kwaal, dat zult u natuurlijk met mij eens zijn. Het kleine beetje meetkunde en wiskunde dat we daarvoor kregen interesseerde me veel meer dan medicijnen. Ondanks de lage reputatie van het vak – omdat het over abstracties ging werd het vooral als hulpmiddel gezien voor de natuurkunde en de astrologie – besloot ik me in de wiskunde te specialiseren.”

Stradano_inferno__map_of_whole_hell

Weergave van de Hel, getekend door Giovanni Stradano. Ver verhoudingen van de cirkels in de trechtervormige hel zijn berekend door Galilei.

Zoals waarschijnlijk iedereen in uw tijd, bent u altijd een religieus man geweest. Heeft dat invloed op uw vroege wiskundige werk gehad?
“Zeker. Ik zal een voorbeeld geven. De grote schrijver Dante Alighieri had in zijn Goddelijke Komedie (1314) een beschrijving van de hel gegeven. De hel van Dante bestond uit een gigantische ondergrondse trechtervormige holle ruimte, ontstaan toen God de opstandige Lucifer uit de hemel smeet. De stad Jeruzalem ligt precies boven het middelpunt van die ruimte. Binnen die ruimte zijn dan verschillende concentrische cirkels waar de zondigen gestraft worden.”

“Op basis van de schaarse informatie die Dante over de geometrie van de hel gaf hadden verschillende wiskundigen geprobeerd de afmetingen ervan vast te stellen. Een zekere Antonio Manetti dacht dat hij de oplossing had. Volgens zijn berekeningen was de Dante’s hel een gigantische kegelvormige ruimte, die zich uitstrekt tot het middelpunt van de aarde. Ik wist echter aan te tonen dat zo’n grote kegel zou instorten onder zijn eigen gewicht. Als de hel inderdaad tot het middelpunt van de aarde reikt en een kegelvorm heeft, dan moet de indeling met concentrische cirkels heel anders berekend worden om zijn eigen gewicht te kunnen dragen. Ze hadden er niet bij stilgestaan dat iets wat groot is, niet op dezelfde manier in elkaar kan steken als iets wat kleiner is.”

Galileo_galilei_pisa_duomo_dome

Volgens de overlevering kreeg Galilei zijn inzicht over de regelmatige beweging van een slinger toen hij in de kathedraal van Pisa naar een heen en weer zwaaiende lamp keek. De lamp hangt er nog steeds.

Wij kunnen ons het belang van dit soort discussies nauwelijks meer voorstellen, maar in ieder geval ontdekte u een belangrijk wiskundig en bouwkundig principe. Waarmee hield u zich in die tijd verder bezig?
“Vanalles. Als student ontdekte ik dat de tijd waarin een gewicht heen en weer zwaait regelmatig is, het is en onafhankelijk van de amplitude van die slinger. Ik realiseerde mij direct dat dit toepassingen had in tijdmeting. Maar belangrijker zijn mijn ideeën over beweging.”

“Volgens het heersende, Aristoteliaanse wereldbeeld (zie kader, red.) werd de valsnelheid van een object bepaald door zijn massa. Een voorwerp van tien kilo zou al op de grond zijn terwijl een voorwerp van één kilo pas een tiende van die afstand zou hebben afgelegd. Maar als je die twee voorwerpen nu aan elkaar vast zou maken? Zou het lichtere voorwerp dan het zwaardere afremmen? Of zou je de twee gewichten bij elkaar op moeten tellen? Dat had vreemd genoeg nooit iemand geprobeerd.”

Het Aristoteliaanse wereldbeeld

Het wereldbeeld in de tijd van Galilei was grotendeels gebaseerd op de ideeën van de klassieke Griekse filosoof Aristoteles. In zijn kosmologie plaatste Aristoteles de aarde in het middelpunt van het universum. Essentieel was de onderverdeling in het ‘ondermaanse’ en het ‘bovenmaanse’.

583px-ptolemaicsystem-small

Het ondermaanse was onderhevig aan verandering, vergankelijkheid, leven en dood. Het bestond uit vier elementen: water, vuur, aarde en lucht. Elk element had zijn vaste plaats, of streefde daar in ieder geval naar. Het element aarde was het zwaarst. Een steen bestaat voornamelijk uit het element aarde en valt daarom naar beneden, naar zijn natuurlijke rustpunt in het midden van de kosmos. Hoe zwaarder een voorwerp is, hoe harder het streeft naar zijn vaste plaats en hoe sneller het dus valt.
Het bovenmaanse bestond uit een vijfde element, dat Aristoteles ether noemde. Het bovenmaanse was het domein van het onveranderlijke en het goddelijke. Het bestond uit ‘sferen’, die voorgesteld werden als concentrische, perfect ronde, harde kristallen bollen waarin de planeten, de zon, en de vaste sterren rondom de aarde draaiden.

Asptolem

Aristoteles had groot gezag, maar al snel werd duidelijk dat de beweging van de planeten langs het uitspansel niet klopte met zijn perfecte cirkelbanen. Planeten bewogen zich ogenschijnlijk soms sneller of langzamer, of zelfs achteruit. Om deze bewegingen te verklaren haalde de astronoom Claudius Ptolemaeus allerlei wiskundige trucs met extra hulpcirkels. uit, waardoor het geheel erg ingewikkeld werd.

“Ik nam de proef op de som door zware en lichtere ballen met hetzelfde volume van een grote hoogte te laten vallen – de scheve toren van Pisa leende zich daar uitstekend voor – en de tijd te meten die ze nodig hadden om op de grond te komen. Het bleek dat ze ongeacht hun massa vrijwel tegelijk op de grond belandden. Dat was voor mij het eerste krachtige bewijs dat er iets niet klopte aan de oude ideeën van Aristoteles.”

418px-suor_maria_celeste

Portret van (vermoedelijk) Galilei’s dochter Maria Celeste.

Even tussendoor, het lijkt alsof u als jongeman vooral aan het werk was, had u wel tijd voor de geneugten des levens?
“Zoals iedereen die wat voorstelt in mijn tijd verdiepte ik me graag in kunst en poezië. Maar ik ben inderdaad nooit getrouwd, als u dat bedoelt. Op een van mijn reizen naar Venetië ontmoette ik wel een hele lieve vrouw, Marina Gamba. Maar ik ben nooit met haar getrouwd, en dus ook geen kinderen…”

We zijn in uw eigen woning, u kunt toch wel toegeven dat u haar drie kinderen heeft geschonken?
“U heeft gelijk (gaat wat zachter praten, red.). Ik heb haar drie kinderen geschonken, twee dochters en een zoon. Omdat Marina en ik nooit getrouwd zijn was het moeilijk de dochters een goed leven te geven. Ze zitten in een klooster. Met mijn dochter Maria Celeste heb ik overigens goed contact. Ze schrijft me lange brieven, waarin ze me steunt in mijn werk of wanneer ik weer eens ziek ben, wat de laatste jaren helaas vaak voorkomt.

514px-nikolaus_kopernikus

Nicolaas Copernicus (1473-1543)

Dank u voor uw openheid. Terug naar de wetenschap dan maar. Een van de onwrikbare ideeën van de Aristoteliaanse filosofie was dat de aarde het middelpunt van het universum vormde (geocentrisme). Vertelt u eens over de grote ontdekkingen die u deed met de telescoop?
“Iedereen die de moeite nam om na te denken kon zien dat er van dat beeld weinig klopte! Volgens Aristoteles bewogen de planeten in perfecte cirkels rond de aarde. Maar iedereen kon zien dat de planeet Mars soms achteruit leek te bewegen langs de hemel. Ook de tabellen die astronomen gebruikte om zons- en maansverduisteringen te voorspellen waren niet nauwkeurig genoeg.”

“De Poolse arts en wiskundige Nicolaas Copernicus loste deze problemen grotendeels op door in zijn De revolutionibus orbium coelestium (over de omwentelingen van de hemellichamen) een systeem voor te stellen waarbij niet de aarde maar de zon het middelpunt vormde. Het werk van Copernicus deed weinig stof opwaaien, omdat het inging tegen alles wat we over de kosmos dachten te weten. Wiskundig was het echter elegant, en dat was de reden dat ik zijn werk wilde verdedigen. Het boek der natuur is immers geschreven in de taal van de wiskunde.”

G_telescope

Een van de bewaard gebleven telescopen, waarmee Galilei zijn ontdekkingen deed.

Dat is een van uw beroemde citaten! Maar welke rol speelt de telescoop hier nu in?
“In 1608 ontdekte de Hollander Hans Lipperhey hoe je door lenzen achter elkaar kunt zetten verre objecten kan vergroten. Zijn oorspronkelijke telescoop vergrootte drie maal. Ik verbeterde het instrument een jaar later zodat het maar liefst twintig maal vergrootte. Ik ontdekte vier manen rond de planeet Jupiter, kraters en bergen op de maan en schijngestalten van Venus.”

“Het oude idee dat het bovenmaanse perfect en onveranderlijk achtte ik onomstotelijk weerlegd. Bovendien konden de schijngestalten van Venus alleen optreden als de planeet om de zon zou draaien, en steeds vanuit een andere hoek beschenen zou worden. In mijn boek Sterrenbode schreef ik al mijn bevindingen voor een zo groot mogelijk publiek op. Ik droeg de Sterrenbode op aan mijn vriend Cosimo de Medici.

Galilei op de maan

Galilei’s conclusie dat een zwaar en een licht voorwerp precies even snel vallen lijkt vreemd. Laat maar eens een baksteen en een veertje tegelijk los. De baksteen is wel degelijk eerder op de grond. Dit heeft echter niets te maken met het verschil in massa. Een veertje ondervindt door zijn vorm veel meer luchtweerstand. Hoewel hij het niet goed kon testen vermoedde Galilei dat zonder de storende invloed van de lucht de twee precies gelijk zouden vallen. Het leek de astronauten van de Apollo 15 in 1971 leuk om dat eens te proberen. Op de maan, waar de invloed van de atmosfeer verwaarloosbaar klein is, lieten ze een hamer en een veer tegelijk vallen. Benieuwd wat er gebeurde? Van de test is een “filmpje”:

gemaakt.

En u claimde het recht om de manen een naam te geven. U koos voor Medici-sterren. Wilde u soms iets van de invloedrijke Medici-familie?
“Vooruit, laat ik het maar toegeven, ik was uit op een baan als hofmathematicus bij de Hertog van Florence. De Medici’s hadden daar connecties. Sinds de dood van mijn vader in 1591 moest ik mijn moeder en broers en zussen onderhouden. Als hoogleraar wiskunde verdiende ik daarvoor eigenlijk niet genoeg. Ik hoop dat u begrijpt dat ik altijd hogerop probeerde te komen. Slijmen bij invloedrijke types was zeer belangrijk in mijn tijd.”

Al gauw werd er overal driftig gediscussieerd over uw Sterrenbode. En u ging verder, want u ontdekte ook dat zelfs de zon niet zo volmaakt was als altijd werd gedacht.
“Ik zag vreemde donkere vlekken op het oppervlak van de zon, die uit het niets leken te komen, met de zon mee roteerden en daarna weer verdwenen. Daarover had ik een intensieve correspondentie met een zekere Christoph Scheiner, een Jezuïtische astronoom uit Ingelstadt. Hij probeerde wanhopig het oude wereldbeeld te redden door op allerlei manieren te betogen dat de vlekken planeten waren die rond de zon draaiden. Belachelijk! In mijn brieven aan hem bleef ik beleefd hoor, maar eigenlijk vond ik hem een simpele ziel, en dat vertelde ik ook in mijn omgeving.”

391px-galileo.script.arp.600pix.jpg

Brief waarin Galilei de publicatie van zijn ‘Sterrenbode’ aankondigt. Rechtsonder zijn eerste schetsen van de vier manen van Jupiter.

U bent wel fel en misschien wat ontactisch voor iemand met gewaagde ideeën voor die tijd…
“Ja, ik ben zou eenmaal erg overtuigd van mijn gelijk. Helaas maakte met mijn optredens vijanden. Enkele conservatieve geestelijken in Florence tipten in 1616 de kerkelijke inquisitie over mijn verdediging van het systeem van Copernicus. Ik probeerde ze uit te leggen dat ze het echt verkeerd zagen, maar dat schoot in het verkeerde keelgat. Het werk van Copernicus, het idee dat de zon daadwerkelijk in het middelpunt van het heelal stond werd als ketterij bestempeld. Ik werd gedwongen zijn ideeën niet langer te verkondigen”

En daarmee was de zaak afgedaan?
“In eerste instantie wel. Ik mocht het wiskundige werk van Copernicus blijven gebruiken en verdedigen, zolang ik maar niet beweerde dat de zon werkelijk in het middelpunt van het universum stond. Ik wist echter dat ik gelijk had en dacht dat ik op invloedrijke vrienden kon rekenen die mij zouden beschermen. In 1632 publiceerde ik daarom Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo (Dialoog over de twee belangrijke wereldsystemen). Daarin liet ik twee figuren, Salvati en Simplicio debatteren over het oude en het nieuwe beeld van de kosmos.”

“Simplicio was natuurlijk voorstander van het oude, en hij verloor het dispuut. Op bevel van de inquisitie werd ik opgesloten in mijn eigen huis, alwaar we nu hebben gesproken. Waarschijnlijk zal ik onder huisarrest sterven. De mensen geloven houden nog te zeer vast aan de oude ideeën, en voor de kerk staat er nou eenmaal veel op het spel… Maar tóch denk ik dat ze beweegt! (de aarde, red.)”

Dit artikel maakt onderdeel uit van de serie ‘Knappe koppen op de koffie’ waarbij acht beroemde natuurkundigen ‘fictief geïnterviewd’ worden. Bekijk hier de andere artikelen.

Bronnen:

  • J.L. Heilbron, Galileo (New York, 2010)
  • Dava Sobel, De dochter van Galilei (Amsterdam, 2000)
  • The Galileo Project