Isaac Newton

Isaac Newton

*04.01.1643 — †31.03.1727

Portrait

Sir Isaac Newton [ˌaɪzək ˈnjuːtən] (nach Gregorianischem Kalender: * 4. Januar 1643 in Woolsthorpe-by-Colsterworth in Lincolnshire; † 31. März 1727 in Kensington – nach dem damals in England noch geltenden Julianischen Kalender: * 25. Dezember 1642; † 20. März 1727) war ein englischer Physiker, Mathematiker, Astronom, Alchemist, Philosoph und Verwaltungsbeamter.

In der Sprache seiner Zeit, die zwischen Naturwissenschaften und Philosophie noch nicht scharf trennte, wurde Newton als Philosoph bezeichnet.

Sir Isaac Newton ist der Verfasser der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, wo er mit seinem Gravitationsgesetz die universelle Gravitation und die Bewegungsgesetze beschrieb und damit den Grundstein für die klassische Mechanik legte. Newton ist ebenso einer der Begründer der Infinitesimalrechnung, die er fast zeitgleich mit (aber unabhängig von) Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelte. Auch hat er das Binomische Theorem auf beliebige reelle Exponenten mittels unendlicher Reihen verallgemeinert. 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 größten Wissenschaftler aller Zeiten. Die Principia Mathematica werden als eines der wichtigsten wissenschaftlichen Werke eingestuft.

Leben und Werk

Newtons Vater, ein Landwirt, starb vor der Geburt seines Sohnes. 1646 heiratete seine Mutter zum zweiten Mal und Isaac kam zu seiner Großmutter. Nach dem Tod seines Stiefvaters kehrte er nach Woolsthorpe zurück. Die neunjährige Trennung von der Mutter wird als Grund für seine schwierige Psyche genannt. Er besuchte die Grundschule 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 hat er in den Jahren 1665/1666 seine ersten weitreichenden Ahnungen oder wegweisenden Zusammenhangserlebnisse gehabt, die ihn auf die Spur seiner drei großen Theorien geführt haben: 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.[2] Außerdem beherrschte er bereits die Technik des Linsenschleifens, und er baute ein später nach ihm benanntes Spiegelteleskop, das er dem König vorführte, der beeindruckt war. Das war der erste Schritt zu seinem Ruhm. 1672 veröffentlichte er seine Niederschrift "New Theory about Light and Colours" in den Philosphical Transactions der Royal Society auf Anfrage Oldenburgs, worin er unter anderem die Brechung des Lichts erläuterte. Diese Niederschrift rief große Diskussionen hervor. Besonders zwischen ihm und Robert Hooke herrschte ein angespanntes Verhältnis, da beide angesehene Wissenschaftler waren, doch grundverschiedene Meinungen hatten und jeder auf sein Recht pochte.

Von 1675 bis 1682 befand sich Newton in einer Phase der Inaktivität und der Selbstzweifel. Danach stellte er das Gravitationsgesetz auf. Er verfasste eine weitere Niederschrift über seine physikalischen Entdeckungen, in der er auch das Problem löste, warum sich die Planeten auf elliptischen Bahnen bewegen. 1687 schrieb er sein Hauptwerk, die "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie). In diesem Werk vereinte er die Forschungen Galileo Galileis zur Beschleunigung und Johannes Keplers zu den Planetenbewegungen zu einer dynamischen Theorie der Gravitation und legte die Grundsteine der klassischen Mechanik, indem er die drei Grundgesetze der Bewegung formulierte. Wieder folgte ein Streit mit Hooke über das Gravitationsgesetz.

Zwei Jahre später starb seine Mutter und Newton fing an, einen theologischen Briefwechsel mit dem englischen Philosophen John Locke zu führen.

1696 wurde er zum Direktor der Königlichen Münze in London ernannt. Sein hartes Vorgehen gegen Falschmünzer war berüchtigt. Drei Jahre später (1699) wurde er an der Pariser Akademie zu einem von acht auswärtigen Mitgliedern berufen. Im Jahr 1700 erfand er mit der Newton-Skala eine eigene Temperaturskala. 1703 erhielt er den Titel "Präsident der Royal Society", den er bis zum Ende seines Lebens innehatte. Ein Jahr danach starb sein Erzfeind Hooke und er konnte endlich seine "Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light" („Optik oder eine Abhandlung über die Reflexion, Brechung, Krümmung und die Farben des Lichtes“) veröffentlichen. Am 16. April 1705 wurde er von Königin Anne wegen seiner Verdienste um die Wissenschaft zum Ritter geschlagen. Im selben Jahr begannen auch die Prioritätsschwierigkeiten mit Gottfried Wilhelm Leibniz über die Erfindung der Infinitesimalrechnung. In Newtons 1712 erschienenem Buch "Historia coelestis Britannica" verwendete dieser unautorisiert die von John Flamsteed stammenden sogenannten Flamsteed-Bezeichnungen, was ebenfalls einen Streit um das Urheberrecht nach sich zog.

Er bezog dann ein herrschaftliches Haus, das ein kleines Observatorium beherbergte und studierte alte Geschichte, Theologie und Mystik. Ab 1707 wurde Newtons Haus von seiner Halbnichte Catherine Barton geführt. Nach seinem Tod im Jahr 1727 wurde er unter großen Feierlichkeiten in der Westminster Abbey beigesetzt. Sein Bild prangte von 1978 bis 1984 auf der englischen 1-Pfund-Note.

Newton galt als recht zerstreut und bescheiden, reagierte jedoch häufig sehr scharf auf Kritik. Nicht unerwähnt bleiben sollte sein gestörtes und von boshafter Rivalität gekennzeichnetes Verhältnis zu anderen Wissenschaftlern wie dem bereits erwähnten Gottfried Wilhelm Leibniz, dem er "das Herz gebrochen" zu haben sich rühmte. Er lebte fast durchgängig in häuslicher Gemeinschaft mit anderen Männern. Es wird auch die Geschichte erzählt, dass Newton, der grübelnd unter einem Apfelbaum saß, ein Apfel auf den Kopf fiel, was ihn auf die Idee brachte, die Himmelsmechanik beruhe auf derselben Gravitation wie der Fall von Äpfeln auf die Erde. Dies geht jedoch nicht auf Newton selbst zurück, sondern auf Voltaire. Ob es sich wirklich so zugetragen hat, ist fraglich.

Forschung in Naturwissenschaft und Philosophie

Optik

Titelbild der Erstausgabe: Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light
Titelbild der Erstausgabe: Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light

Newton hatte seine Antrittsvorlesungen über seine Theorie der Farben gehalten. Als die Royal Society von seinem Spiegelteleskop erfuhr, konnte er es dort vorführen und stieß auf lebhaftes Interesse. In einem Brief an die Royal Society erwähnte er im Zusammenhang mit dem Bau des neuartigen Teleskops gegenüber dem damaligen Sekretär Henry Oldenburg eine neue Theorie des Lichtes. Das Ergebnis war die Veröffentlichung seiner Notizen On Colour, die später (1704) die Grundlage für das Hauptwerk "Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light" („Optik oder eine Abhandlung über die Reflexion, Brechung, Krümmung und die Farben des Lichtes“) bildeten.

Seit Keplers Schrift Paralipomena war die Optik ein zentraler Bestandteil der wissenschaftlichen Revolution des 17. Jahrhunderts. Ähnlich wie die Untersuchungen Galileis auf dem Gebiet der Mechanik hatte Descartes’ Entdeckung des Gesetzes der Lichtbrechung die Ansicht untermauert, dass der Kosmos insgesamt nach mathematischen Grundsätzen angelegt sei. Abweichend von der antiken Vorstellung, farbige Erscheinungen beruhten auf einer Veränderung des Lichtes (das von Natur aus weiß sei), kam Newton durch Experimente mit Lichtspalt und Prisma zu dem Ergebnis, dass weißes Licht zusammengesetzt ist und durch das Glas in seine Farben zerlegt wird. (Vorläufer hatten behauptet, das Prisma füge die Farben hinzu.) Auf diese Weise konnte er zwanglos die Entstehung des Regenbogens erklären.

Als Robert Hooke einige seiner Ideen kritisierte, war Newton so empört, dass er sich aus der öffentlichen Diskussion zurückzog. Die beiden blieben Feinde bis zu Hookes Tod.

Aus seiner Arbeit schloss Newton, dass jedes Linsenfernrohr 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 gebräuchlichen Linsenteleskopen nicht überlegen, da sein Hauptspiegel nicht parabolisiert war und daher unter sphärischer Aberration litt. Später wurden achromatische Linsenkombinationen 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.

In der Schrift Hypothesis of Light von 1675 führte Newton das Ätherkonzept ein: Lichtpartikel bewegen sich durch ein materielles Medium – dies war reiner Materialismus. Unter dem Einfluss seines Kollegen Henry More ersetzte er den Lichtäther jedoch bald durch – aus dem hermetischen Gedankengut stammende – okkulte Kräfte, die die Lichtpartikeln anziehen bzw. abstoßen.

Mit der Teilchentheorie des Lichtes war allerdings Phänomene wie die – von Newton selbst beschriebene und genutzte – Interferenz oder die Doppelbrechung (auf Grund von Polarisation, und von Erasmus Bartholin bereits im Jahr 1669 beschrieben) nicht erklärbar.

In der "New Theory about Light and Colours" vertrat Newton neben seiner Farb- auch seine Korpuskeltheorie. Dies führte zu einem wiederum erbittert ausgetragenen Disput mit Christiaan Huygens und dessen Wellentheorie des Lichtes, welchen er 1715 durch Desaguliers vor der Royal Society für sich entscheiden ließ. Nachdem Thomas Young im Jahre 1800, lange nach beider Tod, weitere Experimente zur Bestätigung der Wellentheorie durchführte, wurde diese zu herrschenden Lehre. Heute sind heute beide Theoriekonzepte in der Quantenmechanik mathematisch vereint – wobei allerdings das moderne Photonenkonzept mit Newtons Korpuskeln kaum etwas gemeinsam hat.

Mechanik

Er leitete in den "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica" das Gesetz der Gravitation ab und bewies dessen Bedeutung für die Keplerschen Gesetze, wodurch er in der Lage war, die Planetenbewegungen nicht nur wie Johannes Kepler zu beschreiben, sondern erstmals auch zu begründen. Auch die Grundsteine der klassischen Mechanik, die drei Grundgesetze der Bewegung und die Konzepte von absoluter Zeit, absolutem Raum, der Fernwirkung und so auch indirekt das Konzept des Determinismus wurden von ihm gelegt. Zusammen waren dies die wesentlichen Grundprinzipien der Physik und als solche bildeten sie für über 200 Jahre die Basis des naturwissenschaftlichen Weltbildes vieler Generationen, bis hin zur Relativitätstheorie Albert Einsteins.

Mathematik

Zusätzlich zu seinen fundamentalen Leistungen zur Physik ist er neben Gottfried Wilhelm Leibniz auch einer der Begründer der Infinitesimalrechnung und hat auch wichtige Beiträge zur Algebra erbracht. Während Newton vom physikalischen Prinzip der Momentangeschwindigkeit ausging, versuchte Leibniz eine mathematische Beschreibung des geometrischen Tangentenproblems zu finden.

Nach Newton sind das newtonsche Näherungsverfahren und die SI-Einheit der Kraft (Newton), die Newtonsche Axiome sowie die Newton-Cotes-Formeln benannt, außerdem der am 30. März 1908 von J. H. Metcalf in Taunton entdeckte Asteroid (662) Newtonia.

Von Newton stammt auch die erste Skizze eines Gerätes zur Winkelmessung mit Hilfe von Spiegeln und somit die Grundidee für den ein halbes Jahrhundert später erfundenen Sextanten.

Eine frühe Formel zur Abschätzung der Durchschlagskraft von Geschossen wurde von Isaac Newton entwickelt.

Der newtonsche Zeit- und Raumbegriff

Newton befasste sich 31 Jahre lang mit den Vorstellungen über Raum und Zeit. Seine eigene Auffassung entwickelte er aus seinen unitarischen Gottesvorstellungen heraus. In seinem Hauptwerk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica führt er über seine Gottesvorstellung aus: ". . . er währt stets fort und ist überall gegenwärtig, er existiert stets und überall, er macht den Raum und die Dauer aus." und in seinem Werk Opticks spricht er noch deutlicher von seinem unitarischen Gott: " . . ., der, da an allen Orten ist, mit seinem Willen die Körper besser bewegen kann . . . in seinem grenzenlosen, gleichförmigen Sensorium und dadurch die Teile des Universums zu gestalten und umzugestalten vermag wie wir durch unseren Willen die Teile unseres Körpers zu bewegen vermögen." Das Sensorium Gottes, durch das er zu allen Zeiten und an allen Orten zugleich anwesend ist: Die absolute Zeit, die unbeeinflußbar und gleichmäßig fortschreite und der absolute Raum, der unveränderlich feststehe, seien für den Menschen nicht sinnlich wahrnehmbar, da sie direkte Prädikate Gottes darstellten. Dadurch aber seien erst die relativen Maße der Zeit und des Raumes möglich, mit denen sich der Mensch zur Beschreibung seiner Welt zufrieden geben müsse.

Außerdem sei die Zeit als die Folge allen Geschehens so feststehend, dass sie von Anbeginn an geplant gewesen sein müsse, also auf einen Schöpfer hinweise. Die Zukunft, die Gegenwart und die Vergangenheit stünden also schon im vornherein fest, was im deterministischen Weltbild Newtons mündete. Dieses erscheint jedoch als nicht konfliktfrei mit dem christlichen Konzept des freien Willens und zudem ein Teilaspekt des Theodizeeproblems.

Newtons Zeitverständnis dominierte über 200 Jahre lang die Wissenschaft bis zu Albert Einsteins Relativitätstheorie und der heisenbergschen Unschärferelation.

Weitere Arbeiten

Weniger bekannt als seine wissenschaftlichen Errungenschaften aus heutiger Sicht sind Newtons Arbeiten in der christlichen Theologie und in der Alchemie als Vorgänger des modernen Naturwissenschaftsverständnisses.

In der Theologie lehnte Newton die Trinitätslehre ab, vertrat also eine antitrinitarische (fachsprachlich: unitarische, nicht zu verwechseln mit der gleichnamigen Religion) Ansicht. Er beschuldigte Athanasius, mit seinem Trinitätsdogma, die christliche Lehre verdorben zu haben ("Athanasius corruption of doctrine"), worauf bald danach die allgemeine Korruption des Christentums gefolgt sei. ("a universal corruption of Christianity had followed the central corruption of doctrine").

Neben seinen physikalischen Arbeiten verbrachte er auch viel Zeit mit der Suche nach dem Stein der Weisen, von dem man sich unter anderem versprach, Quecksilber und andere unedle Metalle in Gold umzuwandeln. 1728 erschienen seine chronologischen Berechnungen ("The Chronology of Ancient Kingdoms Amended"), in denen er versuchte, die klassische Chronologie (vgl. James Ussher) mit astronomischen Daten in Übereinstimmung zu bringen. Dabei kam er zu dem Ergebnis, dass die Welt 534 Jahre jünger sei als von Ussher berechnet.

Newtons Veröffentlichungen

* Method of Fluxions (1671)
* De Motu Corporum in Gyrum (1684)
* Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
* Opticks (1704)
* Arithmetica Universalis (1707)

Nach seinem Tod erschienen folgende Werke:

* Short Chronicle
* The System of the World
* Optical Lectures
* Universal Arithmetic
* The Chronology of Ancient Kingdoms, Amended
* De mundi systemate
* Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John (1733)
* An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture (Ein historischer Bericht über zwei bemerkenswerte Fälschungen der Schrift) (1754)
* De Gravitatione et Aequipondio Fluidorum

Textquelle: Artikel Isaac Newton. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 29. Dezember 2006, 19:00 UTC. URL: http://de.wikipedia.org... (Abgerufen: 30. Dezember 2006, 23:30 UTC) Lizenz: CC-by-SA-3.0
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