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Napier (Stephan Weiss) |
Chronist (Klaus Kühn) |
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1450 entstand in Mainz der Buchdruck mit beweglichen Metalllettern durch Johannes Gensfleisch, genannt Gutenberg (geboren um 1400 – gestorben 1468) 1492 erfolgte die Entdeckung Amerikas durch Christoph Kolumbus (um 1451 – 1506), als Beginn der Erschließung der Kontinente zur See über Sterne-Navigation – Dadurch wurde der weltweite Handel intensiviert. 1517 war Anschlag der 95 Thesen in Wittenberg durch Martin Luther (Augustinermönch in Erfurt, geboren 1483 – gestorben 1546) läutete die Reformation ein. 1518 veröffentlichte Adam Ries (1492/3 – 1559) die erste Ausgabe „Das Rechnen auf den Linien“ in deutscher Sprache und lehrte als Rechenmeister in Erfurt.
1543 brachte Nikolaus Kopernikus (1473 – 1543) „De revolutionibus orbium coelestium“ heraus, in dem er beschrieb, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Für diese Veröffentlichung spielte Georg Joachim Rheticus aus Feldkirch (1514 – 1574) eine wichtige Rolle.
1544 kam von Michael Stifel (1487 – 1567; zunächst Augustinermönch in Esslingen) die „Arithmetica Integra“ heraus, in der er das Prinzip der Logarithmen herausgearbeitet hat.
Was war zu dieser Zeit in England bzw. Schottland los ? In dieser Zeit wurde John Napier, Lord of Merchiston geboren. Wir haben das Glück, ihn über sein Leben ihn selbst zu befragen. |
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(Napier tritt auf) Über mein Leben gibt es nichts Wesentliches zu sagen.
Geboren wurde ich im Jahr 1550 in Merchiston Tower in Edinburgh, Schottland. Mein Vater war Sir Archibald Napier of Merchiston, meine Mutter Janet Bothwell. Beide waren bei meiner Geburt noch sehr jung. Ich hatte Bruder und Schwester. Ich habe spät, mit 13, zu studieren begonnen an der St. Andrews Universität und lebte im St. Salvator's College. Dort wurde mein Interesse an Theologie geweckt. Der übrige Lehrstoff konnte jedoch meinen Wissensdrang nicht befriedigen. Deshalb habe ich diese Schule verlassen, war dann unerkannt in Europa unterwegs und habe dabei an Universi-täten meine Studien vertieft. Im Alter von 21 bin ich nach Schottland zurückgekehrt, habe geheiratet und lebte zunächst ein paar Jahre an einem anderen Ort. Nach dem Tod meines Vaters 1608, Gott habe ihn selig, habe ich Merchiston Castle sowie ein beträchtliches Vermögen geerbt. |
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(Unterbricht) Übrigens - Merchiston Tower of the Castle steht heute noch und ist der Kern der 1964 gegründeten Napier University in Edinburgh. |
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Ich habe dieses Schloss dann niemals mehr verlassen, Reisen liegt mir nicht so. Ich lebte dort als Laird oder landlord, als Gutsherr. Theologie hat mich schon immer interessiert, vor allem in der Zeit religiöser Kontroversen und hierbei besonders die Offenbarung des Johannes. |
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(Einwurf) Die Bibliothek der Napiers wurde Ende des 17. Jhd. bei einem Brand zerstört, so dass wir keine direkten Hinweise auf die von ihm verwendete Literatur haben. |
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Seit etwa einhundert Jahren bekämpfen sich in England und in Schottland Römisch-Katholische und Reformierte. Es geht die Angst um, dass die spanische Armada uns nochmals angreift und dass die Spanier England und Schottland erobern. Nun zur Offenbarung des Johannes. Was ist uns offenbart worden? Hier nur zwei wesentliche Punkte: (redet sich in Rage). |
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(Unterbricht deutlich und scharf) Ich möchte das hier beenden. Wir wollen diesen Sachverhalt jetzt nicht weiter vertiefen. Das ist ihre Interpretation. Aber, Sir John, Sie haben doch auf dem Gebiet der Mathematik Wertvolles geleistet. Lassen Sie uns doch darüber sprechen. |
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Wenn ich neben dem Studium der Theologie Zeit fand, habe ich mich der Mathematik gewidmet. Für Astronomen gestalten sich Multiplikationen und Divisionen mehrstelliger Zahlen schwierig, weil sphärische Trigonometrie zu Grunde liegt.Sie verwenden derzeit die sogenannte prosthaphäretische Methode Das Wort leitet sich ab vom Griechischen prosthesis (Addition) und aphaeresis (Subtraktion) Sie stützt sich auf trigonometrische Beziehungen und vereinfacht Multiplikationen zu Additionen. Hier ein Beispiel, das sie sicher kennen: |
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sin a sin b = ½[cos(a - b) - cos(a + b)] Die Astronomen sind trotzdem froh, ein solches Hilfsmittel zur Verfügung zu haben und deswegen brauchen wir auch hochpräzise Winkelfunktionstafeln wie z.B. das Opus Palatinum von Georg Joachim Rheticus. Ich dachte mir, das müsste noch einfacher gehen. Es sind nämlich schon lange die besonderen Eigenschaften in der Gegenüberstellung einer arithmetischen und einer geometrischen Zahlenfolge bekannt. Gemma Frisius, Simon Jacob und besonders Michael Stifel haben darüber geschrieben. |
sin a sin b = ½[cos(a - b) - cos(a + b)] | |||||||||||||||||||||||||
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In der geometrischen Folge (oben) wird jeder Zahlenwert nach dem ersten durch Multiplizieren des vorherigen mit einem konstanten Zahlenwert gefunden. Das sind die Numeri. Für 2 Zahlenpaare (a, b) und (c, d) gilt (an der Tafel) Zu den sogenannten Logarithmen muss ich eines sagen: Diese Logarithmuszahlen sind über Verhältnisse definiert. Sie stellen künstliche Zahlen dar, numeri artificiales, erfunden zur Vereinfachung von Multiplikationen oder Divisionen, eine andere Bedeutung besitzen sie nicht ! |
a/b = c/d → log a – log b = log c – log d |
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(Einwurf) „Die Logarithmen haben das Leben der Astronomen verdoppelt, weil sie deren Arbeit halbiert haben“, sagte der berühmte Mathematiker und Astronom Pierre Simon Laplace (1749 – 1827) ca. 200 Jahre später. |
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Die Tafel oben im Beispiel ist zwar brauchbar, jedoch sind die Abstände zwischen den Eingängen zu groß, als dass man sie universell gebrauchen könnte. Ich habe mir überlegt, wie man eine derartige Gegenüberstellung mit genügend feiner Stufung konstruieren könnte. Etwa 1594 hatte ich die Prinzipien meiner Logarithmen erarbeitet. Für die Erstellung der Tafel bin ich von der Bewegung zweier Punkte ausgegangen. Einer bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit und stellt in bestimmten Zeitabständen die Numeri dar. Dann musste ich sehr lange Zeit rechnen, es müssen so um die 20 Jahre gewesen sein. Schließlich war die Tafel fertig gestellt. |
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(Unterbricht) Woher hatten Sie die Sinus-Werte? Oder haben Sie diese gar selbst berechnet? |
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Die sinus-Werte sind aus den Tabellen von Fincke 1583 und denen von Lansberg 1591. Zuweilen habe ich verglichen, um Fehler auszuschließen. Das Logarithmen-Werk ist 1614, also kürzlich erst, unter dem Titel Mirifici logarithmorum canonis descriptio herausgekommen. Beachten Sie bitte den doppelten vorangestellten Genitiv im Titel. Um Bruchzahlen zu vermeiden habe ich die Werte für einen Kreisradius von 10 Millionen angegeben. Log 1 ist ungleich 0. Aber: mit meinem System lassen sich trigonometrische Beziehungen leichter bearbeiten. Ich habe dazu einige trigonometrische Beziehungen den Logarithmen angepasst. Und: weil log sinus totus, d.h. sin 90° gleich Null ist vereinfachen sich manche Berechnungen mit Logarithmen, in denen der sinus totus vorkommt. Die Erläuterungen zu meinen Berechnungen mit dem Titel Mirifici logarithmorum canonis constructio sind auch schon fertig, sie werden demnächst erscheinen. Ergänzen muss ich noch, dass bei einem Treffen mit meinem verehrten Freund und Kollegen Henry Briggs, Professor der Geometrie am damals wenige Jahre alten Gresham College in London, im Jahr 1615 wir uns über wesentliche Änderungen an einer zukünftigen Logarithmentafel einig wurden. |
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(Chronist zieht ein blau/grau kariertes Sakko an und wird Henry Briggs) |
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Ehrenwerter Dr. Briggs, da muss ich ihnen Recht geben. | ||||||||||||||||||||||||||
Ich hatte an folgende Änderung gedacht. Man setzt log 1 = 10 bzw. 10 * Radius, log 10 = 9 bzw. 9 * Radius und so fort bis log (10 Milliarden) = 0. Das erleichtert das Rechnen in Stufen von 10. |
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Ich weiß, meine Wahl war zu sehr an den Anwendungen in der Trigonometrie orientiert. Ich hatte ebenfalls an eine derartige Änderung gedacht. Ihr Vorschlag hat den Vorteil der Zehnerstufung, werter Kollege Briggs. Aber wenn schon, dann würde ich log 1 = 0, log 10 = 1 bzw. 1 * Radius, log 100 = 2 bzw. 2 * Radius usw. setzen. Dann werden die Logarithmen für Zahlen größer 1 durchwegs positiv und der lästige Begleiter log 1 wird zu Null und tritt nicht mehr auf. Ich bin zu alt, um die Arbeit an einer solchen Tafel nochmals auf mich zu nehmen. |
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Wenn ich mir das überlege, ist Ihr Vorschlag besser als meiner, ich werde ihn in meiner neuen Tafel realisieren. (Chronist zieht sein Sakko wieder aus ) |
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John Napier war gesundheitlich leider nicht mehr in der Lage, die Berechnungen wieder aufzunehmen. So hat Henry Briggs eine Neuberechnung der Tafel nach dem Vorschlag von Napier in einer Zuordnung begonnen, wie wir sie heute noch benutzen – The First Chiliad of Logarithmes 1617. Zur Entwicklung und Wertung der Logarithmen sowie zu Napiers Ausführungen ist folgendes zu sagen: Die Veröffentlichung der constructio bzw. im vollen Titel Mirifici logarithmorum canonis constructio erlebt Napier nicht mehr, die veröffentlicht sein Sohn im Jahr 1619. Die Definition der Logarithmen als Proportion in der Gegenüberstellung einer arithmetischen mit einer geometrischen Folge hält sich bis Anfang des 18. Jahrhunderts. Erst mit Übernahme des Konzepts einer Funktion und mit der Verwendung des Begriffs der Potenz etwa in der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts erhalten die Logarithmen die Definition, die für sie heute noch verwendet wird. Die Logarithmen, die ehemals künstlichen Zahlen, sind längst keine solchen mehr, sie sind Bestandteil vieler Berechnungen und Formulierungen von Gesetzmäßigkeiten in Mathematik und Naturwissenschaften geworden. Hier sei kurz die Geschichte der Tafeln einiger wichtiger Tafelmacher (Logarithmenberechner) erwähnt: • Johannes Kepler (aus Deutschland) 1624 Ab dem 19. Jahrhundert erfolgt die Berechnung der Logarithmen mit mechanischer Hilfe, wie z.B. mit Differenzenmaschinen (Hamann und Thompson) oder mit Computern.
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Solche Rechenhilfen standen ihnen nicht zur Verfügung. Sir John, sie hatten keine Möglichkeiten, sich das Rechnen zu vereinfachen. |
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Nein, ich hatte keine, deswegen habe ich mir Multiplizierstäbe als Berechnungshilfen gebaut... Ich habe daher eine einfache Rechenhilfe entworfen, die Rabdologia, auch so ein Kunstwort aus griechischen mit rabdos = Stab und logia = Das Wissen über..., Die Kenntnis von.... Ich selbst hielt nichts Besonderes von meiner Erfindung, als ich sie jedoch Freunden zeigte, haben die mich gedrängt, meine Informationen zu diesen Stäbchen unbedingt zu veröffentlichen. Das ganze System besteht aus ein paar Stäben mit dem kleinen Einmaleins. Auf einer Stabseite stehen untereinander die 2- bis 9-fachen der Zahl oben. Wenn man die Stäbe zusammen legt, sodass die Ziffern oben eine mehrstellige Zahl ergeben, dann kann man in den Zeilen weiter unten die 2- bis 9-fachen dieser Zahl ablesen. Man muss nämlich nur die diagonalen Ziffern mit ihrem Übertrag addieren. Wichtig ist, dass man das kleine Einmaleins nicht unbedingt kennen muss, man muss nur addieren können. Die Stäbe werden zweckmäßig aus Holz oder aus Knochen bzw. Elfenbein hergestellt. Manche nennen sie deswegen Napier's bones. Ich weiß nicht so recht, was ich davon halten soll, da hat sich jemand einen Scherz gemacht. Wenn man das Prinzip der Rechenstäbchen auf zwei mehrstellige Produktfaktoren erweitern will kommt man zu einem System, das ich Promptuarium Multiplicationis genannt habe. Promptuarium ist --- kein von mir erfundener Name, den gibts schon, er bedeutet soviel wie Lager, sofort verfügbar. In der Arithmetica localis zeige ich, dass man unabhängig von einem Stellenwertsystem Zahlen auch in einem Additionssystem grafisch darstellen kann und mit Bewegungen in einem zweidimensionalen System rechnen kann. Inwieweit meine Rechenhilfen von Rechnern angenommen werden, kann ich nicht beurteilen. Ich habe sie nur zur Verfügung gestellt. |
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Der weitere Weg und die Wertung der Rechenhilfen sei hier kurz dargestellt: Napiers Rechenstäbchen erlangen einen hohen Bekanntheitsgrad, sie fehlen in der Folgezeit in keinem Lehrbuch der Arithmetik. Das Promptuarium hingegen bleibt so gut wie unbekannt. Es ist viel zu groß und unhandlich. Die Arithmetica localis ist eine rechentechnische Spielerei, sie wird in der nachfolgenden Literatur nicht mehr aufgegriffen. Neben den Rechenhilfen soll Napiers weitere Wirkung auf die Mathematik nicht unerwähnt bleiben. |
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(überlegt) Anfänglich hatte ich an einer ars logistica gearbeitet, die die Methodik der Arithmetik und der Algebra umfasst. Ich hielt dann aber die Arbeit an den Logarithmen für wichtiger und habe das Werk zurückgestellt. Ich weiß noch nicht, wann ich es herausbringen werde. Zum Dezimalbruch:
Ich bevorzuge wie schon andere auch einen Dezimalpunkt. Die Stellen ergeben sich dann aus der Anordnung der Ziffern und müssen nicht gekennzeichnet werden. In der Trigonometrie habe ich mich mit sphärischen Dreiecken befasst. Sie sind wichtig für Navigatoren und Astronomen. Mein Ziel war, die Beziehungen so umzustellen, dass sie dem Gebrauch der Logarithmen angepasst sind. Zudem konnte ich neue Beziehungen in sphärischen Dreiecken formulieren. |
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Die Ars logistica wurde erst Jahrhunderte später veröffentlicht, sodass sie trotz ihrer Modernität keinen Einfluss auf die zeitgenössische Mathematik leisten konnte. Ich komme nun zur Bewertung von Napiers Werk für die folgenden Jahrhunderte. Logarithmen sind die Voraussetzung für die Entwicklung der danach 350 Jahre lang genutzten Rechenschieber und Logarithmentafeln (von denen über 3000 in der Collectanea de Logarithmis dokumentiert sind) Logarithmen sind Bestandteil vieler Naturgesetze. Logarithmen sind auf vielfache Weise berechnet worden und haben dadurch die mathematische Denke bereichert. Logarithmen sind heutzutage immer noch im Einsatz, z.B. Logarithmen spielen außerdem in der Musik/Akustik und im High Performance Computing eine wichtige Rolle. Bei Betrachtung dieses umfangreichen und wichtigen mathematischen Werkes eines einzelnen Mannes stellt sich eine Frage, die er selbst beantworten soll. |
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Sir John, was war ihr größtes Werk? | ||||||||||||||||||||||||||
Mein größtes Werk? |
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(Vorhang) Vielen Dank für Ihr Kommen und Ihre Aufmerksamkeit |
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Bildquellen: Für den Dialog © Klaus Kühn und Stephan Weiss |
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