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Isaac Newton

Sir Isaac Newton [ˌaɪzək ˈnjuːtən] (* 25. Dezember 1642^jul./ 4. Januar 1643^greg. in Woolsthorpe - by - Colsterworth in Lincolnshire; † 20. März 1726^jul./ 31. März 1727^greg. in Kensington) war ein englischer Naturforscher und Verwaltungsbeamter. In der Sprache seiner Zeit, die zwischen natürlicher Theologie, Naturwissenschaften und Philosophie noch nicht scharf trennte, wurde Newton als Philosoph bezeichnet.

Isaac Newton ist der Verfasser der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, in denen er mit seinem Gravitationsgesetz die universelle Gravitation und die Bewegungs- gesetze beschrieb und damit den Grundstein für die klassische Mechanik legte.

Isaac Newton

Fast gleichzeitig mit Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelte Newton die Infinitesimalrech- nung. Er verallgemeinerte das Binomishe Theorem mittels unendlicher Reihen auf beliebige reelle Exponenten. Bekannt ist er auch für seine Leistungen auf dem Gebiet der Optik: die von ihm verfochtene Teilchentheorie des Lichtes und die Erklärung des Spektrums. Aufgrund seiner Leistungen, vor allem auf den Gebieten der Physik und Mathematik, gilt Sir Isaac Newton als einer der bedeutendsten Wissenschaftler aller Zeiten. Die Principia Mathematica werden als eines der wichtigsten wissenschaftlichen Werke eingestuft.

Biographie

Newtons Vater, ein erfolgreicher Schafzüchter und Inhaber des Titels Lord of the Manor, starb vor der Geburt seines Sohnes. 1646 heiratete seine Mutter zum zweiten Mal und Isaac blieb bei seiner Großmutter in Woolsthorpe, um den Titel zu erhalten. Nach dem Tod seines Stiefvaters kehrte seine Mutter nach Woolsthorpe zurück. Die neunjährige Trennung von der Mutter wird als Grund für seine schwierige Psyche genannt. Er besuchte die Kings School in Grantham und mit 18 Jahren das Trinity College in Cambridge, das kurz nach dem Abschluss seines Studiums 1665 wegen der Großen Pest geschlossen werden musste. Also kehrte er abermals zurück in sein Elternhaus, wo er in den folgenden beiden Jahren an Problemen der Optik, der Algebra und der Mechanik arbeitete. Nach seinem eigenen Bezeugen in den Quaestiones hatte er in den Jahren 1665/1666 seine ersten weitreichenden Ahnungen oder wegweisenden Zusammenhangserlebnisse, die ihn auf die Spur seiner drei großen Theorien führten:

Die Infinitesimalrechnung, die Theorie des Lichts und die Gravitationstheorie. Wie weit er aber mit seinen theoretischen Ansätzen in dieser frühen Zeit schon war, ist unklar. Kritik an seinen Veröffentlichungen konnte Newton nicht ertragen, daher zog er sich mehr und mehr aus der wissenschaftlichen Gemeinde zurück und konzentrierte sich auf seine alchimistischen Versuche. Um 1673 begann er, die Texte der Heiligen Schrift und der Kirchenväter intensiv zu studieren – eine Tätigkeit, die ihn bis zu seinem Tod in Anspruch nehmen sollte. Seine Studien führten ihn zu der Überzeugung, dass die Dreifaltigkeitslehre eine Häresie sei, die den Christen im 4. Jahrhundert eingeredet wurde. 1675 erwirkte er einen Dispens von der Verpflichtung, die Weihen zu empfangen – wohl weil dies seinen unorthodoxen Ansichten widersprochen hätte.

Ein weiterer Streit – mit englischen Jesuiten in Lüttich – brachte 1678 das Fass zum Überlaufen: Newton erlitt einen Nervenzusammenbruch; im folgenden Jahr starb seine Mutter. Sechs Jahre lang, bis 1684, befand sich Newton in einer Phase der Isolation und der Selbstzweifel. 1679 kehrte er zu seinen früheren Überlegungen zur Mechanik zurück; seine Schrift „De Motu Corporum“ von 1684 enthielt die Grundzüge dessen, was er drei Jahre später in den Principia darlegen sollte. In diesem Werk vereinte er die Forschungen Galileo Galileis zur Beschleunigung, Johannes Keplers zu den Planetenbewegungen und Descartes’ zum Trägheitsproblem zu einer dynamischen Theorie der Gravitation und legte die Grundsteine der klassischen Mechanik, indem er die drei Grundgesetze der Bewegung formulierte. Newton wurde nun international anerkannt; junge Wissen- schaftler, die seine unorthodoxen naturwissenschaftlichen (und auch theologischen) Ansichten teilten, scharten sich um ihn. Wieder folgte ein Streit mit Hooke – dieses Mal über das Gravitationsgesetz. (Hooke behauptete, Newton habe ihm die Idee, dass die Schwerkraft mit dem Quadrat der Entfernung abnimmt, gestohlen – s.u. „Mechanik“.)

Entdeckungen

Aus seiner Arbeit schloss Newton, dass jedes mit Linsen aufgebaute Fernrohr unter der Dispersion des Lichtes leiden müsse und schlug ein Spiegelteleskop vor, um die Probleme zu umgehen. 1672 baute er ein erstes Exemplar (siehe Abb.). Der von ihm vorgeschlagene (und später nach ihm benannte) Typ sollte für viele Generationen das Standardgerät für Fachleute wie für Amateurastronomen werden. Allerdings war Newtons Prototyp den damals gebräuch- lichen Linsenteleskopen nicht überlegen, da sein Hauptspiegel nicht parabolisiert war und daher unter sphärischer Aberration litt. Später wurden achromatische Linsen- kombinationen aus Gläsern verschiedener Brechungseigenschaften entwickelt.

Seine Feststellung, dass einzelne Lichtstrahlen unveränderliche Eigenschaften haben, führte ihn zu der Überzeugung, Licht bestehe aus (unveränderlichen und atomähnlichen) Lichtteilchen. Damit wich er grundlegend von Descartes ab, der Licht als Bewegung in Materie beschrieben hatte und weißes Licht als ursprünglich (und sich damit nicht so weit von Aristoteles entfernt hatte). Nach Newton entsteht der Eindruck der Farben durch Korpuskeln unterschiedlicher Größe. Auch die Grundsteine der klassischen Mechanik, die drei Grundgesetze der Bewegung und die Konzepte von absoluter Zeit, absolutem Raum und der Fernwirkung (und so auch indirekt das Konzept des Determinismus) wurden von ihm gelegt. Zusammen waren dies die wesentlichen Grundprinzipien der Physik seiner Zeit. Newton lehrte eine dualistische Naturphilosophie – beruhend auf der Wechselwirkung von aktiven immateriellen „Naturkräften“ mit der absolut passiven Materie -, welche zur Basis des naturwissenschaftlichen Weltbildes vieler Gener- ationen wurde. Erst die Relativitätstheorie Albert Einsteins machte deutlich, dass Newtons Mechanik einen Spezialfall behandelt.

Newton war der Erste, der Bewegungsgesetze formulierte, die sowohl auf der Erde wie auch am Himmel gültig waren – ein entscheidender Bruch mit den Ansichten der traditionellen Lehre von Aristoteles – und späterer Peripatetiker -, wonach die Verhältnisse im Himmel grundlegend andere seien als auf der Erde. Darüber hinaus lieferte er die geometrische Argumentation für Keplers drei Gesetze, führte sie auf einheitliche Ursachen (Fernwirkung der Schwerkraft und Trägheit) zurück und erweiterte sie dahingehend, dass nicht nur Ellipsen, sondern sämtliche Kegelschnitte möglich seien (Georg Samuel Dörffel hatte allerdings bereits 1681 gezeigt, dass Kometen sich auf hyperbolischen Bahnen bewegen). Mit seinen drei Beweg- ungsgesetzen und der Einführung der allgemein wirkenden Schwerkraft (auch das Wort Gravitation geht auf ihn zurück) hatte Newton die Arbeiten von Kopernikus, Kepler und Galilei überzeugend bestätigt.

1679 suchte Hooke den Kontakt mit Newton zu erneuern und erwähnte in einem Brief seine Theorie der Planetenbewegung. Darin war die Rede von einer Anziehungskraft, die mit der Entfernung abnimmt; Newtons Antwort ging von konstanter Schwerkraft aus. Dieser Briefwechsel (der sich mit einem Experiment auf der Erde befasste) war Ausgangspunkt des späteren Plagiatsvorwurfs von Hooke an Newton. Newton musste zugeben, dass Hooke ihn auf den richtigen Weg geführt habe: 1. eine Bahnellipse rührt von einer (mit dem Quadrat der Entfernung von einem Brennpunkt) abnehmenden Anziehungskraft her und 2. erklärt dieses Konzept außerirdische, also planetarische Bewegung. Jedoch beruhte Hookes Vorschlag abnehmender Schwerkraft auf Intuition, nicht – wie bei Newton – auf Beobachtung und logischer Ableitung. Außerdem hatte Newton selbst das Konzept quadratisch abnehmender Schwerkraft bereits 1665/66 entwickelt. Andererseits kam Newton auf den Gedanken der universellen (also außerirdischen) Wirkung der Schwerkraft erst deutlich nach 1680.

Es wird auch die Geschichte erzählt, dass Isaac Newton durch die Betrachtung eines Apfels am Apfelbaum, evtl. auch des Falls des Apfels vom Baum, im Garten von Woolsthorpe Manor auf die Idee kam, die Himmelsmechanik beruhe auf derselben Gravitation wie der Fall von Äpfeln auf die Erde. Dies geht auf die Memoires of Sir Isaac Newton’s Life von William Stukeley zurück; mit ähnlichen Worten schilderte Voltaire die legendäre Entdeckung. Ob es sich wirklich so zugetragen hat, bleibt fraglich. Fachleute halten es für möglich, dass Newton selbst in späteren Jahren die Geschichte erfunden hat, um darzulegen, wie er Einsichten aus Alltags Beobachtungen gewonnen habe.

Isaac Newtons Erfindungen und Erklärungen

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by Klaus     www.mysterylands.eu