Ein Doodle enthüllt da Vincis frühe Dekonstruktion der Schwerkraft

Lange bevor Galileo und Newton überlegene Mathematik nutzten, um eine grundlegende Naturkraft zu untersuchen, berechnete Leonardo die Gravitationskonstante mit überraschender Genauigkeit.

Ein mysteriöses Dreieck auf Seite 143 des Notizbuchs „The Codex Arundel“ schien zu zeigen, wie Leonardo die Schwerkraft dekonstruierte. Credit...The British Library

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Von William J. Broad

Wenn Leonardo da Vinci nicht gerade ein Meisterwerk malte oder sich Flugmaschinen ausdachte, grübelte er über die Geheimnisse der Schwerkraft. Der Renaissance-Denker betrachtete sich sowohl als Mann der Wissenschaft als auch als Künstler und verbrachte unzählige Stunden damit, zu erforschen, wie die „Anziehung eines Objekts zu einem anderen“ Dinge wie den Flug von Vögeln und den Wasserfall beeinflussen könnte.

Jetzt haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Leonardo ein Jahrhundert vor Galileo und etwa zwei Jahrhunderte vor Newton detaillierte Experimente durchführte, um die Natur der Schwerkraft zu erhellen und ihre Untersuchung zu einer exakten Wissenschaft zu machen. Die Studie der Wissenschaftler über seine Gravitationsideen und Experimente wurde Anfang des Monats in der Zeitschrift „Leonardo“ veröffentlicht.

„Nichts konnte ihn aufhalten“, sagte Morteza Gharib, Autor des Papiers und Professor für Luftfahrt am California Institute of Technology, in einem Interview. „Er war in seinem Denken weit voraus. Es konnte nicht auf die Zukunft warten.“

Z. Jane Wang, Professorin für Physik an der Cornell University, die einige der bahnbrechenden Analysen von da Vinci studiert hat, aber nicht an der aktuellen Arbeit beteiligt war, sagte, die neue Studie habe gezeigt, dass ein Mann entschlossen sei, ein eisernes Naturgesetz zu finden, das Licht ins Dunkel bringen würde die Gesamtdynamik fallender Objekte.

„Es reicht nicht aus“, den Universalgelehrten einen Künstler zu nennen, sagte Dr. Wang. Genauer gesagt, fügte sie hinzu, sei er „ein Inbegriff“ eines Mannes der Renaissance gewesen, die sich nicht nur der Wiederbelebung von Kunst und Literatur, sondern auch der Wissenschaft und der Erkundung der Natur rühmte.

Leonardo ist seit langem für seinen technischen Einfallsreichtum und seine Vielseitigkeit sowie für seine Skizzen von Flugmaschinen und Kampffahrzeugen bekannt. Er machte auch Fortschritte in der Geologie, Optik, Anatomie, Technik und Hydrodynamik, dem Zweig der Wissenschaft, der das Verhalten von Flüssigkeiten erforscht.

Walter Isaacson berichtet in seiner Biografie über da Vinci, dass er als aufmerksamer Beobachter der Natur der Art und Weise, wie Vögel ihren Schwerpunkt verschieben, wenn sie sich im Wind drehen, drehen und manövrieren, große Aufmerksamkeit schenkte. Er sagte auch, dass Leonardo erkannte, dass die Anziehungskraft der Schwerkraft verhinderte, dass die Meere von der Erde fielen.

Dr. Gharib sagte, er habe von Leonardos Schwerkraftexperimenten erfahren, als er eine Online-Version des Codex Arundel untersuchte, benannt nach einem britischen Sammler, dem Earl of Arundel, der ihn Anfang des 17. Jahrhunderts erwarb. Da Vinci verfasste die Sammlung aus Hunderten von Schriften zwischen 1478 und 1518, also im Alter zwischen 26 und 66 Jahren, dem Jahr vor seinem Tod. Die Papiere befinden sich jetzt in der British Library. Die Sammlung umfasst seine berühmten Spiegelschriften sowie Diagramme, Zeichnungen und Texte zu verschiedenen Themen aus Kunst und Wissenschaft.

Was Dr. Gharibs Aufmerksamkeit erregte, war etwas, das er oben auf Seite 143 als „geheimnisvolles Dreieck“ bezeichnete. Seine Seltsamkeit lag darin, dass Leonardos Skizze einen daneben stehenden Krug und eine Reihe von Kreisen zeigte, die aus der Schnauze strömten und die Hypotenuse des Dreiecks bildeten. Dr. Gharib nutzte ein Computerprogramm, um das Dreieck und die angrenzenden rückwärts geschriebenen Bereiche umzudrehen.

Plötzlich schien das statische Bild zum Leben zu erwachen. „Ich konnte Bewegungen sehen“, erinnert sich Dr. Gharib. „Ich konnte sehen, wie er Sachen ausschüttete.“ Es war ein Aha-Moment, der Leonardos frühreifes Experiment enthüllte.

Die Auswirkungen der Schwerkraft werden typischerweise dadurch verursacht, dass etwas direkt nach unten fällt – sei es ein fallengelassener Ball oder Newtons apokryphischer Apfel. Beim Betrachten von Leonardos Zeichnung erkannte Dr. Gharib, dass es ihm gelungen war, die Auswirkungen der Schwerkraft in zwei Teile aufzuspalten, die einen normalerweise verborgenen Aspekt der Natur offenbarten.

Der erste Effekt war der natürliche Abwärtssog. Die zweite wurde hinzugefügt, als der Besitzer des Kruges ihn entlang einer geraden Bahn parallel zum Boden bewegte und dabei Sand oder etwas anderes ausschüttete. In der Zeichnung notierte Leonardo, wo die Bewegung des Werfers begonnen hatte, und markierte sie mit dem Großbuchstaben A. Um das fallende Material zu verdeutlichen, fügte er dann eine Reihe vertikaler Linien hinzu, die von der oberen Linie des Dreiecks nach unten führten, wobei die Reihe immer länger wurde als sich der Werfer immer weiter von seinem Ausgangspunkt entfernte. Ihre wachsende Länge definierte die Hypotenuse.

Der Aufbau verwandelte die verborgene Natur der Schwerkraft in sichtbare Inkremente. Das Pitcher-Experiment, sagte Dr. Gharib, habe ergeben, dass die Schwerkraft eine konstante Kraft sei, die zu einer stetigen Beschleunigung – einem stetigen Geschwindigkeitszuwachs – führe. Leonardo verdeutlichte den Gewinn dadurch, dass der Inhalt des Kruges mit der Zeit immer geringer wurde. Es gelang ihm, die Schwerkraft zu dekonstruieren.

Die Forscher sagen, Leonardo habe in dem Kodex geschrieben, dass er Zeuge sich schnell bewegender Wolken gewesen sei, aus denen Hagelkügelchen gefallen seien, was ihrer Meinung nach die Inspiration für das Experiment sei.

Dr. Gharib sagte, „das Faszinierende“ an Leonardos Leistung sei, dass er dadurch eine Naturkonstante abschätzen könne, die Gravitationskonstante, die heute in der Physik durch den Buchstaben G repräsentiert wird. Die Konstante quantifiziert die genaue Stärke der Schwerkraft und damit deren Geschwindigkeit kann ein Objekt beschleunigen.

Trotz der Grobheit seines Versuchsaufbaus vor 500 Jahren war da Vinci, sagte Dr. Gharib, in der Lage, die Gravitationskonstante mit einer Genauigkeit von 10 Prozent des modernen Wertes zu berechnen.

„Es ist umwerfend“, sagte Dr. Gharib. „Das ist das Schöne an dem, was Leonardo tut.“

Die Forscher sagen, dass Galileo und Newton die Gravitationsfrage besser beantworten könnten, weil sie über bessere mathematische Werkzeuge und bessere Methoden zur präzisen Messung der Zeit beim Fall von Objekten verfügten.

Dr. Gharib stimmte mit Dr. Wang darin überein, da Vinci weit mehr als nur einen Künstler zu sehen, und schlug vor, dass sein Ruhm als wegweisender Wissenschaftler sprunghaft ansteigen könnte, wenn mehr technisch versierte Experten den Codex Arundel und andere Quellen untersuchen würden. In seiner Biografie berichtet Herr Isaacson, dass bis heute mehr als 7.200 Seiten mit Notizen und Kritzeleien Leonardos erhalten sind.

Dr. Gharib sagte, er habe gezögert, einen tieferen Blick in den Codex Arundel zu werfen, um nicht in die Versuchung zu geraten, sich ausschließlich auf den Geist von Leonardo da Vinci zu konzentrieren. „Ich bin wie ein Kind in einem Spielzeugladen“, sagte er. „Ich habe Angst, es überhaupt anzusehen.“

Er sagte, viele Kunsthistoriker hätten den Codex Arundel untersucht – aber keine Wissenschaftler. „Es ist ein offenes Buch, das sie noch nicht angeschaut und noch nicht erkundet haben“, sagte er. „Es gibt noch so viele andere Dinge zu entdecken.“

William J. Broad ist Wissenschaftsjournalist und leitender Autor. Er kam 1983 zu The Times und hat mit seinen Kollegen zwei Pulitzer-Preise sowie einen Emmy Award und einen DuPont Award erhalten. Mehr über William J. Broad

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