Isaac Newton

Zusammenfassung

Sir Isaac Newton (25. Dezember 1642 – 20. März 1727 nach dem in England bis 1752 gültigen julianischen Kalender; bzw. 4. Januar 1643 – 31. März 1727 nach dem gregorianischen Kalender) war ein englischer Physiker, Mathematiker, Mechaniker und Astronom, einer der Begründer der klassischen Physik. Autor des grundlegenden Werks „Mathematische Anfänge der Naturphilosophie“, in dem er das Gesetz der universellen Gravitation und drei Gesetze der Mechanik aufstellte, die die Grundlage der klassischen Mechanik bilden. Er entwickelte die Differential- und Integralrechnung, die Farbtheorie, legte die Grundlagen der modernen physikalischen Optik und schuf viele weitere mathematische und physikalische Theorien.

Mitglied (1672) und Präsident (1703-1727) der Royal Society of London.

Die ersten Jahre

Isaac Newton wurde in dem Dorf Woolsthorpe in Lincolnshire am Vorabend des Bürgerkriegs geboren. Newtons Vater, Isaac Newton (1606-1642), ein kleiner, aber wohlhabender Bauer, erlebte die Geburt seines Sohnes nicht mehr. Der Junge war eine Frühgeburt und kränklich, so dass es lange dauerte, bis er getauft wurde. Doch er überlebte, wurde getauft (1. Januar) und in Erinnerung an seinen Vater auf den Namen Isaac getauft. Die Tatsache, dass er am Weihnachtstag geboren wurde, wurde von Newton als besonderes Zeichen angesehen. Trotz seiner schlechten Gesundheit im Kindesalter wurde er 84 Jahre alt.

Newton glaubte wirklich, dass seine Familie von schottischen Adligen aus dem 15. Jahrhundert abstammte, aber Historiker haben herausgefunden, dass seine Vorfahren im Jahr 1524 arme Bauern waren. Ende des 16. Jahrhunderts war die Familie wohlhabend geworden und in die Kategorie der Freibauern (Grundbesitzer) aufgestiegen. Newtons Vater erbte eine große Summe von 500 Pfund und mehrere hundert Hektar fruchtbares Land mit Feldern und Wäldern.

Im Januar 1646 heiratete Newtons Mutter, Anne Ayscough (1623-1679), erneut. Mit ihrem neuen Mann, einem 63-jährigen Witwer, hatte sie drei Kinder und kümmerte sich nur noch wenig um Isaac. Der Mäzen des Jungen war sein Onkel mütterlicherseits, William Ayscough. Als Kind war Newton nach Aussagen seiner Zeitgenossen schweigsam, zurückgezogen und isoliert, er las gern und baute technische Spielzeuge: eine Sonnenuhr, eine Wasseruhr, eine Mühle usw. Sein ganzes Leben lang fühlte er sich einsam.

Der Stiefvater starb 1653 und ein Teil seines Erbes ging auf Newtons Mutter über und wurde von ihr sofort auf Isaac eingetragen. Die Mutter kehrte nach Hause zurück, aber ihr Hauptaugenmerk galt ihren drei jüngsten Kindern und dem umfangreichen Haushalt; Isaac war noch immer auf sich allein gestellt.

Im Jahr 1655 wurde der 12-jährige Newton auf eine nahe gelegene Schule in Grantham geschickt, wo er im Haus des Apothekers Clark wohnte. Schon bald zeigte der Junge herausragende Fähigkeiten, doch 1659 gab ihn seine Mutter Anne auf das Gut zurück und versuchte, dem 16-jährigen Sohn einen Teil der Haushaltsführung anzuvertrauen. Der Versuch war erfolglos – Isaac zog das Lesen von Büchern, das Schreiben von Gedichten und vor allem das Konstruieren verschiedener Mechanismen allen anderen Aktivitäten vor. Zu dieser Zeit wurde Anna von Stokes, Newtons Lehrer, angesprochen und begann, sie zu überreden, ihren ungewöhnlich begabten Sohn weiter zu unterrichten; dieser Bitte schlossen sich Onkel William und ein Bekannter von Isaac aus Grantham (ein Verwandter von Clark, dem Chemiker), Humphrey Babington, ein Mitglied des Trinity College in Cambridge, an. Mit vereinten Kräften setzten sie sich schließlich durch. In 1661 Newton erfolgreich absolvierte die Schule und ging, um seine Ausbildung an der Universität Cambridge.

Trinity College (1661-1664)

Im Juni 1661 kam der 18-jährige Newton in Cambridge an. Der Urkunde zufolge wurde er in Latein geprüft, woraufhin ihm mitgeteilt wurde, dass er in das Trinity College (Holy Trinity College) der Universität Cambridge aufgenommen worden war. Mehr als 30 Jahre von Newtons Leben sind mit dieser Einrichtung verbunden.

Das Kollegium, wie auch der Rest der Universität, machte schwierige Zeiten durch. Die Monarchie war in England gerade erst wiederhergestellt worden (1660), König Karl II. verzögerte häufig die Zahlungen an die Universität und entließ die meisten der während der Revolution ernannten Lehrkräfte. Insgesamt lebten 400 Menschen im Trinity College, darunter Studenten, Bedienstete und 20 Bedürftige, denen das College laut Satzung Almosen geben musste. Der Bildungsprozess befand sich in einem beklagenswerten Zustand.

Newton war als „Sizar“-Student immatrikuliert, für den (wahrscheinlich auf Anraten Babingtons) keine Studiengebühren erhoben wurden. Nach den damaligen Normen war ein Sizer verpflichtet, sein Studium durch verschiedene Arbeiten an der Universität oder durch Dienstleistungen für wohlhabendere Studenten zu finanzieren. Von diesem Lebensabschnitt sind nur wenige Dokumente oder Erinnerungen erhalten. In diesen Jahren nahm Newtons Charakter endgültig Gestalt an – sein Wunsch, den Dingen auf den Grund zu gehen, seine Intoleranz gegenüber Betrug, Verleumdung und Unterdrückung sowie seine Gleichgültigkeit gegenüber öffentlichem Ruhm. Er hatte immer noch keine Freunde.

Im April 1664 wurde Newton, nachdem er seine Prüfungen bestanden hatte, in eine höhere Kategorie von Oberschülern (scholars) befördert, was ihn zu einem Stipendium und zur Fortsetzung seiner Studien am College berechtigte.

Trotz der Entdeckungen Galileis wurden Wissenschaft und Philosophie in Cambridge immer noch nach Aristoteles gelehrt. In Newtons erhaltenen Notizbüchern werden jedoch bereits Galilei, Kopernikus, der Kartesianismus, Kepler und die Atomtheorie von Gassendi erwähnt. Nach diesen Notizbüchern zu urteilen, baute er weiterhin (vor allem wissenschaftliche Instrumente) und interessierte sich für Optik, Astronomie, Mathematik, Phonetik und Musiktheorie. Nach den Erinnerungen seines Mitbewohners widmete sich Newton mit ganzem Herzen seinen Studien und vergaß dabei Essen und Schlafen; es war wohl, trotz der Schwierigkeiten, die Lebensweise, die er sich selbst wünschte.

Das Jahr 1664 war auch reich an anderen Ereignissen in Newtons Leben. Newton erlebte einen schöpferischen Umbruch, begann seine eigene wissenschaftliche Tätigkeit und stellte eine umfangreiche Liste (von 45 Punkten) ungelöster Probleme in der Natur und im menschlichen Leben zusammen (Questiones quaedam philosophicae). Später erschienen ähnliche Listen mehrfach in seinen Arbeitsbüchern. Im März desselben Jahres begannen die Vorlesungen in der neu gegründeten (1663) mathematischen Abteilung des Colleges mit einem neuen Dozenten, dem 34-jährigen Isaac Barrow, einem bedeutenden Mathematiker, Newtons künftigem Freund und Lehrer. Newtons Interesse an der Mathematik nahm dramatisch zu. Er machte seine erste große mathematische Entdeckung: die Binomialerweiterung für jeden rationalen Exponenten (einschließlich negativer Exponenten), und durch sie kam er zu seiner wichtigsten mathematischen Methode – der Erweiterung einer Funktion in eine unendliche Reihe. Ganz am Ende des Jahres wurde Newton Student.

Newtons wissenschaftliche Grundlage und Inspiration für seine Arbeit wurde am stärksten von den Physikern Galilei, Descartes und Kepler beeinflusst. Newton vervollständigte ihre Schriften, indem er sie zu einem universellen System der Welt zusammenfasste. Andere Mathematiker und Physiker hatten einen kleineren, aber bedeutenden Einfluss: Euklid, Fermat, Huygens, Wallis und sein unmittelbarer Lehrer Barrow. In Newtons Schülerheft findet sich eine programmatische Formulierung:

Es kann keinen Souverän in der Philosophie geben außer der Wahrheit… Wir sollten Kepler, Galileo und Descartes goldene Denkmäler setzen und auf jedes einzelne schreiben: “Platon ist ein Freund, Aristoteles ein Freund, aber der wichtigste Freund ist die Wahrheit“.

„Die Pestjahre (1665-1667)

Am Weihnachtsabend 1664 tauchten an den Londoner Häusern rote Kreuze auf – die ersten Anzeichen der Großen Pest. Im Sommer hatte sich die tödliche Epidemie erheblich ausgeweitet. Am 8. August 1665 wurde der Unterricht am Trinity College ausgesetzt und das Personal bis zum Ende der Epidemie aufgelöst. Newton ging nach Hause nach Woolsthorpe und nahm die wichtigsten Bücher, Notizbücher und Instrumente mit.

Es waren katastrophale Jahre für England – eine verheerende Pest (ein Fünftel der Bevölkerung starb allein in London), ein verheerender Krieg mit Holland und der Große Brand von London. Doch ein Großteil von Newtons wissenschaftlichen Entdeckungen wurde in der Abgeschiedenheit der „Pestjahre“ gemacht. Aus den erhaltenen Notizen geht hervor, dass der 23-jährige Newton bereits die grundlegenden Methoden der Differential- und Integralrechnung beherrschte, einschließlich der Entwicklung von Funktionen in Reihen und der später so genannten Newton-Leibniz-Formel. Er führte eine Reihe raffinierter optischer Experimente durch und bewies, dass die weiße Farbe eine Mischung aus den Farben des Spektrums ist. Newton erinnerte sich später an diese Jahre:

Zu Beginn des Jahres 1665 fand ich die Methode der ungefähre Serie und die Regel der Transformation von jeder Macht eines Polynoms in eine solche Serie … im November bekam ich die direkte Methode der Fluktuationen; im Januar des folgenden Jahres bekam ich die Theorie der Farben, und im Mai habe ich über die inverse Methode der Fluktuationen … Zu diesem Zeitpunkt war ich in meiner besten Jugend und war mehr Interesse an Mathematik und Philosophie als je zuvor.

Seine wichtigste Entdeckung in diesen Jahren war jedoch das Gesetz der universellen Gravitation. Später, im Jahr 1686, schrieb Newton an Halley:

In Papieren, die ich vor mehr als 15 Jahren geschrieben habe (ein genaues Datum kann ich nicht nennen, aber das war auf jeden Fall, bevor ich meine Korrespondenz mit Oldenburg begonnen habe), habe ich die inverse quadratische Proportionalität der Gravitation der Planeten gegenüber der Sonne als Funktion der Entfernung ausgedrückt und das richtige Verhältnis zwischen der Schwerkraft der Erde und dem conatus recedendi des Mondes zum Erdmittelpunkt berechnet, wenn auch nicht genau.

Die von Newton erwähnte Ungenauigkeit war darauf zurückzuführen, dass Newton die Abmessungen der Erde und den Wert der Erdbeschleunigung aus Galileis Mechanica übernommen hatte, wo sie mit einer beträchtlichen Fehlermarge angegeben waren. Später erhielt Newton die genaueren Daten von Picard und war schließlich von der Richtigkeit seiner Theorie überzeugt.

Es ist eine bekannte Legende, dass Newton das Gravitationsgesetz entdeckte, indem er beobachtete, wie ein Apfel von einem Ast fiel. Newtons Apfel wurde zum ersten Mal von William Stukeley, Newtons Biograph (Memoirs of Newton“s Life, 1752), gesehen:

Nach dem Mittagessen war das Wetter warm, und wir gingen in den Obstgarten und tranken im Schatten der Apfelbäume Tee. Er erzählte mir, dass ihm der Gedanke an die Schwerkraft genau so gekommen sei, als er unter einem Baum saß. Er war in einer nachdenklichen Stimmung, als plötzlich ein Apfel von einem Ast fiel. „Warum fallen Äpfel immer senkrecht auf den Boden?“ – dachte er.

Die Legende wurde dank Voltaire populär. Wie aus den Arbeitsbüchern Newtons hervorgeht, entwickelte sich seine Theorie der universellen Gravitation schrittweise. Ein anderer Biograph, Henry Pemberton, zitiert Newtons Argumentation (ohne den Apfel zu erwähnen) ausführlicher: „Durch den Vergleich der Perioden mehrerer Planeten und ihrer Entfernungen von der Sonne stellte er fest, dass … diese Kraft in quadratischer Proportionalität mit zunehmender Entfernung abnehmen muss“. Mit anderen Worten: Newton entdeckte, dass aus Keplers drittem Gesetz, das die Perioden der Planetenbahnen mit ihrer Entfernung von der Sonne in Beziehung setzt, die „inverse Quadratformel“ für das Gravitationsgesetz (in der Näherung einer Kreisbahn) folgt. Die endgültige Formulierung des Gravitationsgesetzes, die in den Lehrbüchern zu finden ist, wurde von Newton später verfasst, nachdem ihm die Gesetze der Mechanik klar geworden waren.

Diese und viele der späteren Entdeckungen wurden 20-40 Jahre später veröffentlicht als sie gemacht wurden. Newton war nicht auf der Suche nach Ruhm. Im Jahr 1670 schrieb er an John Collins: „Ich sehe nichts Erstrebenswertes im Ruhm, selbst wenn ich ihn mir verdienen könnte. Es würde vielleicht die Zahl meiner Bekannten erhöhen, aber gerade das möchte ich unbedingt vermeiden.“ Seine erste wissenschaftliche Arbeit wurde erst 300 Jahre später gefunden.

Der Beginn des wissenschaftlichen Ruhms (1667-1684)

Im März und Juni 1666 besuchte Newton Cambridge. Im Sommer zwang ihn jedoch eine neue Welle der Pest, wieder nach Hause zu gehen. Anfang 1667 klang die Epidemie schließlich ab, und im April kehrte Newton nach Cambridge zurück. Am 1. Oktober wurde er zum Mitglied des Trinity College gewählt und 1668 zum Master ernannt. Ihm wurde ein geräumiges, separates Zimmer zugewiesen, er erhielt ein Gehalt (2 £ pro Jahr) und wurde einer Gruppe von Studenten zugeteilt, mit denen er mehrere Stunden pro Woche fleißig akademische Standardfächer bearbeitete. Doch weder damals noch später wurde Newton als Lehrer berühmt; seine Vorlesungen waren schlecht besucht.

Nachdem er seine Position gestärkt hatte, reiste Newton nach London, wo kurz zuvor, im Jahr 1660, die Royal Society of London gegründet worden war – eine maßgebliche Organisation prominenter Wissenschaftler, eine der ersten Akademien der Wissenschaften. Das Presseorgan der Royal Society war die Zeitschrift Philosophical Transactions.

In 1669 mathematische Papiere mit Zersetzungen in unendlichen Reihen begann zu erscheinen in Europa. Obwohl die Tiefe dieser Entdeckungen nicht mit der von Newton vergleichbar war, bestand Barrow darauf, dass sein Schüler seine Priorität in dieser Angelegenheit aufzeichnete. Newton schrieb eine kurze, aber recht vollständige Zusammenfassung dieses Teils seiner Entdeckungen, die er als Analyse mittels Gleichungen mit einer unendlichen Anzahl von Begriffen. Barrow sandte diese Abhandlung nach London. Newton bat Barrow, den Namen des Autors des Werks nicht preiszugeben (aber er ließ ihn durchblicken). „Analysis“ verbreitete sich unter Fachleuten und erlangte in England und darüber hinaus einige Berühmtheit.

Im selben Jahr nahm Barrow die Einladung des Königs an, Hofkaplan zu werden, und legte seine Lehrtätigkeit nieder. Am 29. Oktober 1669 wurde der 26-jährige Newton zu seinem Nachfolger als „Lucas Professor“ für Mathematik und Optik am Trinity College gewählt. In dieser Position erhielt Newton ein Gehalt von 100 Pfund pro Jahr, ohne weitere Prämien und Stipendien von Trinity. Der neue Posten gab Newton auch mehr Zeit für seine eigene Forschung. Barrow hinterließ Newton ein umfangreiches alchemistisches Labor; in dieser Zeit interessierte sich Newton ernsthaft für die Alchemie und führte eine Vielzahl chemischer Experimente durch.

Gleichzeitig setzte Newton seine Experimente zur Optik und Farbtheorie fort. Newton untersuchte sphärische und chromatische Aberration. Um sie zu minimieren, baute er ein gemischtes Spiegelteleskop: eine Linse und einen konkaven sphärischen Spiegel, den er selbst herstellte und polierte. James Gregory (1663) schlug erstmals den Entwurf eines solchen Teleskops vor, aber die Idee wurde nie verwirklicht. Newtons erster Entwurf (1668) erwies sich als erfolglos, aber der nächste, mit einem sorgfältiger polierten Spiegel, lieferte trotz seiner geringen Größe eine 40fache Vergrößerung von ausgezeichneter Qualität.

Das neue Instrument sprach sich schnell in London herum, und Newton wurde eingeladen, seine Erfindung der wissenschaftlichen Gemeinschaft vorzustellen. Ende 1671 oder Anfang 1672 wurde der Reflektor dem König und anschließend der Royal Society vorgeführt. Das Gerät wurde von allen Seiten gelobt. Wahrscheinlich spielte auch die praktische Bedeutung der Erfindung eine Rolle: Die astronomische Beobachtung diente zur Bestimmung der genauen Zeit, die für die Navigation auf See unerlässlich war. Newton wurde berühmt und im Januar 1672 wurde er zum Fellow der Royal Society gewählt. Später wurden verbesserte Reflektoren zu den wichtigsten Werkzeugen der Astronomen und wurden zur Entdeckung des Planeten Uranus, anderer Galaxien und der Rotverschiebung eingesetzt.

Zunächst schätzte Newton die Gemeinschaft der anderen Mitglieder der Royal Society, der neben Barrow auch James Gregory, John Wallis, Robert Hooke, Robert Boyle, Christopher Wren und andere bekannte Persönlichkeiten der englischen Wissenschaft angehörten. Allerdings kam es bald zu ermüdenden Konflikten, die Newton sehr missfielen. Insbesondere gab es eine heftige Kontroverse über die Natur des Lichts. Es begann damit, dass Newton im Februar 1672 in den Philosophical Transactions eine ausführliche Beschreibung seiner klassischen Prismenexperimente und seiner Farbtheorie veröffentlichte. Hooke, der zuvor eine eigene Theorie veröffentlicht hatte, argumentierte, dass er von Newtons Ergebnissen nicht überzeugt sei und wurde von Huygens mit der Begründung unterstützt, dass Newtons Theorie „der konventionellen Weisheit“ widerspreche. Newton antwortete erst sechs Monate später auf ihre Kritik, doch zu diesem Zeitpunkt hatte sich die Zahl der Kritiker bereits deutlich erhöht.

Die Lawine von inkompetenten Angriffen irritierte und deprimierte Newton. Newton bat den Sekretär der Oldenburger Gesellschaft, ihm keine kritischen Briefe mehr zu schicken, und gelobte für die Zukunft, sich nicht in wissenschaftliche Streitigkeiten einzumischen. In den Briefen beklagte er sich, dass er vor der Wahl stand, entweder seine Entdeckungen nicht zu veröffentlichen oder seine ganze Zeit und Energie darauf zu verwenden, unfreundliche Kritik von Laien abzuwehren. Am Ende entschied er sich für die erste Option und reichte seinen Rücktritt aus der Royal Society ein (8. März 1673). Oldenburg überredete ihn nicht ohne Schwierigkeiten, weiterzumachen, aber der wissenschaftliche Kontakt mit der Gesellschaft wurde lange Zeit auf ein Minimum beschränkt.

Im Jahr 1673 fanden zwei wichtige Ereignisse statt. Erstens: Per königlichem Dekret kehrte Isaac Barrow, Newtons alter Freund und Förderer, an das Trinity College zurück, nun als Leiter („Master“) des Colleges. Zweitens: Leibniz, der damals als Philosoph und Erfinder bekannt war, interessierte sich für die mathematischen Entdeckungen von Newton. Nachdem er 1669 Newtons Werk über unendliche Reihen erhalten und eingehend studiert hatte, entwickelte er seine eigene Version der Analyse. Im Jahr 1676 tauschten Newton und Leibniz Briefe aus, in denen Newton eine Reihe seiner Methoden erläuterte, Leibniz“ Fragen beantwortete und auf die Existenz noch allgemeinerer, bisher unveröffentlichter Methoden hinwies (gemeint ist die allgemeine Differential- und Integralrechnung). Der Sekretär der Royal Society, Henry Oldenburg, drängte Newton zum Ruhm Englands, seine mathematischen Entdeckungen über die Analyse zu veröffentlichen, aber Newton antwortete, dass er seit fünf Jahren an einem anderen Thema arbeite und nicht abgelenkt werden wolle. Newton antwortete nicht auf Leibniz“ nächsten Brief. Die erste kurze Veröffentlichung über Newtons Version der Analyse erschien erst 1693, als Leibniz“ Version bereits weit in Europa verbreitet war.

Das Ende der 1670er Jahre war für Newton traurig. Im Mai 1677 starb Barrow, 47 Jahre alt, unerwartet. Im Winter desselben Jahres brach in Newtons Haus ein großes Feuer aus und ein Teil von Newtons Manuskriptarchiv brannte nieder. Im September 1677 starb Oldenburg, Newtons bevorzugter Sekretär der Königlichen Gesellschaft, und Hooke, der Newton ungünstig behandelte, wurde der neue Sekretär. Im Jahr 1679 erkrankte Annas Mutter schwer; Newton ließ alles stehen und liegen, um sich um sie zu kümmern, aber der Zustand ihrer Mutter verschlechterte sich rapide und sie starb. Mutter und Barrow gehörten zu den wenigen Menschen, die Newtons Einsamkeit aufhellten.

„Die mathematischen Anfänge der Naturphilosophie (1684-1686)

Die Geschichte dieses Werks, das zu den berühmtesten in der Geschichte der Wissenschaft gehört, begann 1682, als der Durchgang des Halleyschen Kometen ein starkes Interesse an der Himmelsmechanik auslöste. Edmond Halley versuchte, Newton zur Veröffentlichung seiner „allgemeinen Bewegungstheorie“ zu bewegen, über die in der wissenschaftlichen Gemeinschaft schon lange gemunkelt wurde. Newton weigerte sich, da er sich nicht in neue wissenschaftliche Streitigkeiten und Auseinandersetzungen einmischen wollte.

Im August 1684 kam Halley nach Cambridge und erzählte Newton, dass er, Wren und Hooke darüber diskutierten, wie man die Elliptizität der Planetenbahnen aus der Formel für das Gravitationsgesetz ableiten könne, aber nicht wüssten, wie man sich der Lösung nähern sollte. Newton sagte, er habe bereits einen solchen Nachweis, und im November schickte er das fertige Manuskript an Halley. Er erkannte sofort den Wert des Ergebnisses und der Methode, besuchte Newton sofort wieder und schaffte es diesmal, ihn zur Veröffentlichung seiner Ergebnisse zu überreden. Am 10. Dezember 1684 erschien ein historischer Eintrag in den Protokollen der Royal Society:

Mr. Halley … sah kürzlich Mr. Newton in Cambridge und zeigte ihm eine interessante Abhandlung „De motu“. Auf Wunsch von Herrn Halley versprach Newton, die Abhandlung an die Gesellschaft zu senden.

Die Arbeit an diesem Buch dauerte von 1684 bis 1686. Nach den Erinnerungen von Humphrey Newton, einem Verwandten des Wissenschaftlers und seinem Assistenten während dieser Jahre, schrieb Newton die „Elemente“ zunächst zwischen den alchemistischen Experimenten, denen er die meiste Aufmerksamkeit widmete, dann aber allmählich mit Begeisterung und widmete sich mit Enthusiasmus der Arbeit an dem wichtigsten Buch seines Lebens.

Die Publikation sollte von der Royal Society finanziert werden, aber Anfang 1686 veröffentlichte die Gesellschaft eine Abhandlung über die Geschichte der Fische, die nicht gefragt war und so ihr Budget erschöpfte. Halley kündigte daraufhin an, dass er die Kosten für die Veröffentlichung des Buches übernehmen würde. Die Gesellschaft nahm dieses großzügige Angebot dankend an und stellte Halley 50 Exemplare der Abhandlung über die Geschichte der Fische als Teilentschädigung kostenlos zur Verfügung.

Newtons Werk – vielleicht in Analogie zu Descartes“ Anfängen der Philosophie (1644) oder, nach Ansicht einiger Wissenschaftshistoriker, als Herausforderung an die Cartesianer – wurde Mathematische Anfänge der Naturphilosophie (lateinisch Philosophiae Naturalis Principia Mathematica) genannt, d. h. in moderner Sprache: Mathematische Grundlagen der Physik.

Am 28. April 1686 wurde der erste Band von Mathematical Beginnings der Royal Society vorgelegt. Alle drei Bände wurden 1687 veröffentlicht, nachdem sie vom Autor überarbeitet worden waren. Die Auflage (etwa 300 Exemplare) war innerhalb von vier Jahren ausverkauft – sehr schnell für die damalige Zeit.

Sowohl physikalisch als auch mathematisch ist Newtons Arbeit allen seinen Vorgängern qualitativ überlegen. Es fehlt die aristotelische oder kartesische Metaphysik mit ihrer vagen Argumentation und ihren vage formulierten, oft weit hergeholten „Grundursachen“ für Naturphänomene. Newton zum Beispiel verkündet nicht, dass das Gravitationsgesetz in der Natur wirkt, er beweist diese Tatsache strikt anhand der beobachteten Bewegungsmuster der Planeten und ihrer Satelliten. Newtons Methode besteht darin, ein Modell des Phänomens zu erstellen, „ohne Hypothesen zu erfinden“, und dann, wenn die Daten ausreichend sind, nach den Ursachen zu suchen. Dieser Ansatz, der von Galilei begonnen wurde, bedeutete das Ende der alten Physik. Die qualitative Beschreibung der Natur wich der quantitativen – Berechnungen, Zeichnungen und Tabellen nehmen einen beträchtlichen Teil des Buches ein.

In seinem Buch definierte Newton klar die Grundbegriffe der Mechanik und führte mehrere neue Begriffe ein, darunter so wichtige physikalische Größen wie Masse, äußere Kraft und Bewegungsgröße. Die drei Gesetze der Mechanik wurden formuliert. Es wird eine strenge Herleitung aller drei Keplerschen Gesetze der Gravitation gegeben. Man beachte, dass auch hyperbolische und parabolische Bahnen von Himmelskörpern, die Kepler unbekannt waren, beschrieben wurden. Newton diskutiert die Wahrheit des kopernikanischen heliozentrischen Systems nicht direkt, sondern deutet sie an; er schätzt sogar die Abweichung der Sonne vom Massenschwerpunkt des Sonnensystems. Mit anderen Worten: In Newtons System ruht die Sonne, anders als in Keplers System, nicht, sondern gehorcht den allgemeinen Bewegungsgesetzen. Das allgemeine System umfasst auch Kometen, deren Umlaufbahnen damals sehr umstritten waren.

Ein Schwachpunkt der Newtonschen Gravitationstheorie war nach Ansicht vieler Wissenschaftler der damaligen Zeit das Fehlen einer Erklärung für die Natur dieser Kraft. Newton stellte nur den mathematischen Apparat auf und ließ die Fragen nach der Ursache der Gravitation und ihrem materiellen Träger offen. Für eine wissenschaftliche Gemeinschaft, die mit der Philosophie von Descartes aufgewachsen war, war dies ein ungewohnter und herausfordernder Ansatz, und erst der Siegeszug der Himmelsmechanik im 18. Jahrhundert zwang die Physiker, sich vorübergehend mit Newtons Theorie zu arrangieren. Die physikalische Grundlage der Gravitation wurde erst mehr als zwei Jahrhunderte später mit der Allgemeinen Relativitätstheorie klar.

Der mathematische Apparat und die allgemeine Struktur des Buches wurden von Newton so nah wie möglich an dem von seinen Zeitgenossen anerkannten Standard wissenschaftlicher Strenge – Euklids Elemente – konstruiert. Er vermied es absichtlich, fast überall mathematische Analysen zu verwenden – die Anwendung neuer, ungewohnter Methoden hätte die Glaubwürdigkeit der Ergebnisse in Frage gestellt. Diese Vorsicht entwertete jedoch Newtons Darstellungsweise für spätere Generationen von Lesern. Newtons Buch war das erste Werk über die neue Physik und gleichzeitig eines der letzten ernsthaften Werke, in denen die alten Methoden der mathematischen Untersuchung verwendet wurden. Alle Anhänger Newtons nutzten bereits die leistungsstarken Methoden der mathematischen Analyse, die er entwickelt hatte. D“Alambert, Euler, Laplace, Clero und Lagrange waren die größten direkten Nachfolger von Newtons Arbeit.

Das Buch wurde zu Lebzeiten des Autors dreimal veröffentlicht, wobei jede Neuauflage wesentliche Ergänzungen und Korrekturen des Autors enthielt.

Verwaltung (1687-1703)

Das Jahr 1687 war nicht nur durch die Veröffentlichung des großen Buches, sondern auch durch Newtons Konflikt mit König James II. gekennzeichnet. Im Februar ordnete der König in einem konsequenten Schritt zur Wiederherstellung des Katholizismus in England an, dass die Universität Cambridge einem katholischen Mönch, Alban Francis, einen Master-Abschluss verleiht. Die Universitätsleitung zögerte, da sie weder gegen das Gesetz verstoßen noch den König verärgern wollte. Bald darauf wurde eine Delegation von Wissenschaftlern, darunter auch Newton, einberufen, um Lord High Justice George Jeffreys, der für seine Unhöflichkeit und Grausamkeit bekannt war, zurechtzuweisen. Newton lehnte jeden Kompromiss ab, der die Autonomie der Universitäten einschränkte, und überzeugte die Delegation davon, einen prinzipiellen Standpunkt einzunehmen. Schließlich wurde der Vizekanzler der Universität entlassen, aber der Wunsch des Königs wurde nie erfüllt. In einem seiner Briefe aus diesen Jahren legte Newton seine politischen Grundsätze dar:

Jeder ehrliche Mensch ist nach den Gesetzen Gottes und der Menschen dazu verpflichtet, die rechtmäßigen Befehle des Königs zu befolgen. Aber wenn Seine Majestät den Rat hat, etwas zu verlangen, was gesetzlich nicht möglich ist, sollte niemand Schaden erleiden, wenn er einer solchen Forderung nicht nachkommt.

1689, nach dem Sturz von König James II., wurde Newton erstmals von der Universität Cambridge ins Parlament gewählt und saß dort etwas mehr als ein Jahr lang. Von 1701 bis 1702 war er erneut Mitglied des Parlaments. Eine beliebte Anekdote besagt, dass er nur einmal im Unterhaus das Wort ergriff und darum bat, ein Fenster zu schließen, um einen Luftzug zu vermeiden. In der Tat erfüllte Newton seine parlamentarischen Pflichten mit der gleichen Integrität, mit der er alle seine Angelegenheiten behandelte.

Um 1691 erkrankte Newton schwer (wahrscheinlich wurde er bei chemischen Experimenten vergiftet, aber es gibt auch andere Versionen: Überarbeitung, Schock nach einem Brand, der zum Verlust wichtiger Ergebnisse führte, und altersbedingte Krankheiten). Angehörige fürchteten um seine geistige Gesundheit; mehrere seiner erhaltenen Briefe aus dieser Zeit zeigen Anzeichen einer psychischen Störung. Erst Ende 1693 erholte sich Newtons Gesundheit vollständig.

1679 lernte Newton in Trinity Charles Montague (1661-1715) kennen, einen 18-jährigen Aristokraten, der Wissenschaft und Alchemie liebte. Newton machte wahrscheinlich einen starken Eindruck auf Montague, denn 1696, nachdem er Lord Halifax, Präsident der Royal Society und Schatzkanzler (d. h. Finanzminister Englands) geworden war, schlug Montague dem König vor, Newton als Kurator der Münzanstalt zu ernennen. Der König gab seine Zustimmung, und 1696 trat Newton das Amt an, verließ Cambridge und zog nach London.

Zunächst untersuchte Newton die Münztechnik gründlich, brachte Ordnung in den Papierkram und gestaltete die Buchführung der letzten 30 Jahre neu. Gleichzeitig förderte Newton energisch und fachkundig die laufende Währungsreform von Montague und stellte das Vertrauen in das englische Währungssystem wieder her, das von seinen Vorgängern gründlich vernachlässigt worden war. In England wurden in diesen Jahren fast ausschließlich unvollständige, und in nicht geringer Menge auch gefälschte Münzen verwendet. Das Abblättern der Ränder von Silbermünzen war weit verbreitet, und neu geprägte Münzen verschwanden, sobald sie in Umlauf kamen, weil sie massenhaft eingeschmolzen, ins Ausland exportiert und in Kisten versteckt wurden. Montague kam daraufhin zu dem Schluss, dass die Situation nur durch die Wiedereinführung aller in England umlaufenden Münzen und das Verbot des Umlaufs von geschnittenen Münzen geändert werden könne, was eine drastische Steigerung der Produktivität der königlichen Münzanstalt erforderte. Dazu bedurfte es eines kompetenten Verwalters, und genau dieser Mann wurde im März 1696 von Newton zum Münzverwalter ernannt.

Dank Newtons energischen Handelns wurde 1696 ein Netz von Zweigstellen der Münzanstalt in Städten in ganz England eingerichtet, insbesondere in Chester, wo Newton seinen Freund Halley als Zweigstellenleiter einsetzte und so die Produktion von Silbermünzen um den Faktor 8 erhöhte. Newton führte die Verwendung von eingeschriebenen Körnern in die Münztechnik ein, wodurch das kriminelle Schleifen des Metalls praktisch unmöglich wurde. Die alten, mangelhaften Silbermünzen wurden vollständig aus dem Verkehr gezogen und innerhalb von zwei Jahren neu geprägt, die Produktion neuer Münzen wurde erhöht, um der Nachfrage gerecht zu werden, und ihre Qualität wurde verbessert. Bei ähnlichen Reformen mussten die Menschen das alte Geld nach Gewicht umtauschen, woraufhin sich die Bargeldmenge sowohl bei Privatpersonen als auch im ganzen Land verringerte, während die Zins- und Kreditverbindlichkeiten gleich blieben, was zu einer Stagnation der Wirtschaft führte. Newton schlug vor, Geld zum Nennwert umzutauschen, wodurch diese Probleme vermieden wurden, und die unvermeidlichen Engpässe wurden durch Anleihen im Ausland (vor allem in den Niederlanden) ausgeglichen. Die Inflation ging zurück, aber die Auslandsverschuldung des Staates stieg bis zur Mitte des Jahrhunderts auf ein in der Geschichte Englands noch nie dagewesenes Ausmaß. In dieser Zeit kam es jedoch zu einem beträchtlichen Wirtschaftswachstum, das zu einem Anstieg der Steuerzahlungen an die Staatskasse führte (in gleicher Höhe wie in Frankreich, obwohl Frankreich 2,5 Mal so viele Einwohner hatte), so dass die Staatsschulden nach und nach getilgt werden konnten.

Im Jahr 1699 war die Neuprägung der Münzen abgeschlossen, und offenbar als Belohnung für seine Dienste wurde Newton in diesem Jahr zum Leiter („Master“) der Münzanstalt ernannt. Ein ehrlicher und kompetenter Mann an der Spitze der Münzanstalt war jedoch nicht jedermanns Sache. Schon in den ersten Tagen gab es Beschwerden und Anklagen gegen Newton, und ständig tauchten Prüfungskommissionen auf. Wie sich herausstellte, stammten viele der Denunziationen von Fälschern, die durch Newtons Reformen irritiert waren. Newton war im Allgemeinen gleichgültig gegenüber Verleumdungen, vergab aber nie, wenn sie seine Ehre und seinen Ruf beeinträchtigten. Er war persönlich an Dutzenden von Ermittlungen beteiligt, und mehr als 100 Geldfälscher wurden aufgespürt und verurteilt; wenn keine erschwerenden Umstände vorlagen, wurden sie meist in die nordamerikanischen Kolonien verbannt, aber einige Rädelsführer wurden hingerichtet. Die Zahl der gefälschten Münzen in England ging erheblich zurück. Montague lobte in seinen Memoiren Newtons außergewöhnliche administrative Fähigkeiten, die den Erfolg der Reform sicherten. Die von dem Gelehrten durchgeführten Reformen verhinderten also nicht nur eine Wirtschaftskrise, sondern führten Jahrzehnte später zu einem erheblichen Anstieg des Wohlstands des Landes.

Im April 1698 besuchte der russische Zar Peter I. im Rahmen der „Großen Botschaft“ dreimal die Münze; leider sind die Einzelheiten seines Besuchs und der Kommunikation mit Newton nicht erhalten geblieben. Es ist jedoch bekannt, dass im Jahr 1700 in Russland eine Münzreform durchgeführt wurde, ähnlich wie in England. Und 1713 wurden die ersten sechs gedruckten Exemplare der 2. Auflage der Elemente von Newton an Zar Peter in Russland geschickt.

Das Symbol von Newtons wissenschaftlichem Triumph wurden zwei Ereignisse im Jahr 1699: Er begann, das Newtonsche Weltsystem in Cambridge (ab 1704 – und Oxford) zu lehren, und die Pariser Akademie der Wissenschaften, ein Bollwerk seiner Gegner, der Cartesianer, wählte ihn zu ihrem ausländischen Mitglied. Während dieser ganzen Zeit war Newton immer noch als Mitglied und Professor des Trinity College aufgeführt, aber im Dezember 1701 trat er offiziell von allen seinen Posten in Cambridge zurück.

Im Jahr 1703 starb der Präsident der Royal Society, Lord John Somers, der während seiner fünfjährigen Präsidentschaft nur zweimal teilgenommen hatte. Im November wurde Newton zu seinem Nachfolger gewählt und leitete die Gesellschaft für den Rest seines Lebens – mehr als zwanzig Jahre. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern nahm er persönlich an allen Sitzungen teil und setzte sich dafür ein, dass die britische Royal Society einen Ehrenplatz in der wissenschaftlichen Welt einnahm. Die Mitgliederzahl der Gesellschaft wuchs (neben Halley waren dies Denis Papin, Abraham de Moivre, Roger Cotes und Brooke Taylor), interessante Experimente wurden durchgeführt und diskutiert, die Qualität der Zeitschriftenartikel verbesserte sich erheblich und die finanziellen Probleme wurden gelindert. Die Gesellschaft erhielt bezahlte Sekretäre und ein eigenes Haus (in der Fleet Street); Newton bezahlte die Kosten für den Umzug aus eigener Tasche. In diesen Jahren wurde Newton häufig als Berater zu verschiedenen Regierungskommissionen eingeladen, und Prinzessin Caroline, die spätere Königin von Großbritannien (Ehefrau von Georg II.), verbrachte Stunden mit ihm im Palast in Gesprächen über philosophische und religiöse Themen.

Die letzten Jahre

Im Jahr 1704 veröffentlichte er (erstmals in englischer Sprache) eine Monographie über die Optik, die die Entwicklung dieser Wissenschaft bis zum Beginn des 19. Es enthielt einen Anhang, auf die Quadratur von Kurven, die erste und ziemlich vollständig Exposition von Newtons Version der mathematischen Analyse. Es ist in der Tat Newtons letztes Werk über die Naturwissenschaften, obwohl er noch mehr als 20 Jahre lebte. Der Katalog der Bibliothek, die er hinterließ, enthielt hauptsächlich Bücher über Geschichte und Theologie, denen Newton den Rest seines Lebens widmete. Newton blieb Verwalter der Münzanstalt, denn dieses Amt erforderte im Gegensatz zu dem des Aufsehers keine besondere Aktivität. Zweimal pro Woche reiste er zur Münzanstalt, einmal pro Woche zu einer Sitzung der Royal Society. Newton ist nie außerhalb Englands gereist.

1705 wurde Newton von Königin Anne zum Ritter geschlagen. Von nun an war er Sir Isaac Newton. Es war das erste Mal in der englischen Geschichte, dass der Titel eines Ritters für wissenschaftliche Verdienste verliehen wurde; das nächste Mal geschah dies erst mehr als ein Jahrhundert später (1819, in Bezug auf Humphrey Davy). Einige Biographen sind jedoch der Meinung, dass die Königin nicht durch die Wissenschaft, sondern durch die Politik motiviert war. Newton erwarb sein eigenes Wappen und einen nicht sehr zuverlässigen Stammbaum.

Im Jahr 1707 veröffentlichte Newton eine Sammlung von Vorlesungen über Algebra namens Universal Arithmetic. Die darin enthaltenen numerischen Methoden waren die Geburtsstunde einer viel versprechenden neuen Disziplin, der numerischen Analyse.

Im Jahr 1708 begann ein offener Prioritätsstreit mit Leibniz (siehe unten), in den sogar die königliche Familie verwickelt war. Diese Fehde zwischen den beiden Genies kam die Wissenschaft teuer zu stehen – die englische mathematische Schule war bald ein Jahrhundert lang nicht mehr aktiv, während die europäische Schule viele von Newtons herausragenden Ideen ignorierte und erst viel später wiederentdeckte. Der Konflikt war auch nach Leibniz“ Tod (1716) nicht erloschen.

Die erste Ausgabe von Newtons Elementen war schon lange vergriffen. Newtons jahrelange Arbeit zur Vorbereitung der 2. Auflage, die geklärt und ergänzt wurde, war 1710 von Erfolg gekrönt, als der erste Band der neuen Ausgabe erschien (der letzte, dritte – 1713). Die erste Auflage (700 Exemplare) reichte offensichtlich nicht aus, so dass 1714 und 1723 weitere Exemplare nachgedruckt wurden. Bei der Fertigstellung des zweiten Bandes musste Newton ausnahmsweise zur Physik zurückkehren, um die Diskrepanz zwischen der Theorie und den experimentellen Daten zu erklären, und er machte sofort eine wichtige Entdeckung: die hydrodynamische Kontraktion eines Strahls. Die Theorie stimmte nun gut mit dem Experiment überein. Newton fügte am Ende des Buches eine „Ermahnung“ mit einer vernichtenden Kritik an der „Wirbeltheorie“ hinzu, mit der seine kartesischen Gegner die Bewegung der Planeten zu erklären versuchten. Auf die natürliche Frage „Wie ist es wirklich?“ folgt die berühmte und ehrliche Antwort: „Den Grund… für die Eigenschaften der Gravitation habe ich noch nicht aus den Phänomenen ableiten können; ich stelle keine Hypothesen auf“.

Im April 1714 fasste Newton seine Erfahrungen mit der Finanzregulierung zusammen und reichte seinen Artikel „Observations on the Value of Gold and Silver“ beim Schatzamt ein. Der Artikel enthielt konkrete Vorschläge zur Anpassung des Wertes von Edelmetallen. Diese Vorschläge wurden teilweise angenommen und wirkten sich günstig auf die englische Wirtschaft aus.

Kurz vor seinem Tod war Newton eines der Opfer eines großen, von der Regierung unterstützten Finanzbetrugs der South Seas Trading Company. Er kaufte die Wertpapiere des Unternehmens für eine große Summe und bestand auch darauf, dass sie von der Royal Society erworben wurden. Am 24. September 1720 erklärte die Bank der Gesellschaft ihren Konkurs. Seine Nichte Catherine erinnerte sich in ihren Aufzeichnungen daran, dass Newton über 20.000 Pfund verlor, woraufhin er sagte, er könne zwar die Bewegung von Himmelskörpern berechnen, nicht aber den Wahnsinn von Menschenmengen. Viele Biographen sind jedoch der Meinung, dass Katharina sich nicht auf einen tatsächlichen Verlust bezog, sondern darauf, dass der erwartete Gewinn ausblieb. Nachdem das Unternehmen in Konkurs gegangen war, bot Newton an, die Royal Society aus seiner eigenen Tasche zu entschädigen, doch sein Angebot wurde abgelehnt.

Newton widmete die letzten Jahre seines Lebens dem Schreiben von The Chronology of the Ancient Kingdoms, das er etwa 40 Jahre lang vorbereitete, um die dritte Auflage von Beginnings, die 1726 herauskam. Im Gegensatz zur zweiten Auflage wurden in der dritten Auflage nur geringfügige Änderungen vorgenommen – hauptsächlich die Ergebnisse neuer astronomischer Beobachtungen, einschließlich eines ziemlich vollständigen Leitfadens zu den seit dem vierzehnten Jahrhundert beobachteten Kometen. Unter anderem wurde die berechnete Bahn des Halleyschen Kometen vorgestellt, dessen erneutes Erscheinen zu dieser Zeit (1758) die theoretischen Berechnungen von (damals bereits verstorbenen) Newton und Halley eindeutig bestätigte. Die Auflage des Buches war für eine wissenschaftliche Publikation jener Jahre enorm: 1.250 Exemplare.

Im Jahr 1725 begann Newtons Gesundheit merklich nachzulassen, und er zog nach Kensington bei London, wo er in der Nacht zum 20. (31.) März 1727 im Schlaf starb. Er ist in der Westminster Abbey begraben. Fernando Savater beschreibt laut Voltaires Briefen die Beerdigung Newtons auf diese Weise:

Ganz London nahm daran teil. Zunächst wurde der Leichnam in einem prunkvollen, von riesigen Lampen flankierten Leichenwagen öffentlich zur Schau gestellt, dann wurde er in die Westminster Abbey gebracht, wo Newton inmitten von Königen und prominenten Staatsmännern beigesetzt wurde. An der Spitze des Trauerzuges stand der Lordkanzler, gefolgt von allen königlichen Ministern.

Charaktereigenschaften

Es ist schwierig, ein psychologisches Porträt von Newton zu zeichnen, da selbst seine Sympathisanten ihm oft unterschiedliche Eigenschaften zuschreiben. Man muss den Newton-Kult in England berücksichtigen, der die Autoren von Memoiren dazu zwang, den großen Wissenschaftler mit allen erdenklichen Tugenden auszustatten und dabei die tatsächlichen Widersprüche in seinem Wesen zu ignorieren. Darüber hinaus entwickelte Newtons Charakter gegen Ende seines Lebens Eigenschaften wie Gutmütigkeit, Herablassung und Geselligkeit, die vorher nicht für ihn charakteristisch waren.

Newton war klein, von kräftiger Statur und hatte gewelltes Haar. Er war kaum je krank, behielt dichtes Haar (mit 40 Jahren bereits ziemlich grau) und bis ins hohe Alter alle seine Zähne bis auf einen. Er trug nie (anderen Berichten zufolge fast nie) eine Brille, obwohl er etwas kurzsichtig war. Er hat kaum gelacht oder sich geärgert, es gibt keine Aufzeichnungen darüber, dass er Witze gemacht oder sonst einen Sinn für Humor gezeigt hätte. Er war vorsichtig und sparsam im Umgang mit Geld, aber nicht geizig. Er war nie verheiratet. Gewöhnlich war er in tiefer innerer Konzentration, was ihn oft geistesabwesend machte: Als er beispielsweise einmal Gäste einlud, ging er in die Speisekammer, um Wein zu holen, doch dann kam ihm eine wissenschaftliche Idee, und er eilte in sein Arbeitszimmer. Sport, Musik, Kunst, Theater und Reisen waren ihm gleichgültig. Sein Assistent erinnerte sich: „Er gönnte sich keine Ruhe und Erholung … betrachtete jede Stunde, die nicht der Beschäftigung gewidmet ist, als verloren … Ich glaube, er war traurig über die Notwendigkeit, Zeit für Essen und Schlaf aufzuwenden. Trotz alledem gelang es Newton, weltliche Sachlichkeit und gesunden Menschenverstand miteinander zu verbinden, was sich in seiner erfolgreichen Leitung der Münzanstalt und der Royal Society zeigte.

Newton, der in der Tradition der Puritaner aufgewachsen ist, hat sich eine Reihe von strengen Prinzipien und Selbstbeschränkungen auferlegt. Und er war nicht bereit, anderen zu verzeihen, was er sich selbst nicht verziehen hätte; dies war der Grund für viele seiner Konflikte (siehe unten). Er war warmherzig zu Verwandten und vielen Kollegen, hatte aber keine engen Freunde, suchte nicht die Gesellschaft anderer, blieb distanziert. Newton war jedoch nicht gefühllos oder gleichgültig gegenüber der Notlage anderer. Als nach dem Tod seiner Halbschwester Anne deren Kinder ohne Mittel zum Lebensunterhalt zurückblieben, setzte Newton minderjährige Kindergeld ein, und später übernahm Tochter Anne, Catherine, die Kindererziehung. Auch anderen Verwandten half er regelmäßig. „Da er sparsam und umsichtig war, ging er gleichzeitig sehr großzügig mit Geld um und war immer bereit, einem Freund in Not zu helfen, ohne aufdringlich zu sein. Besonders großzügig war er gegenüber jungen Menschen. Viele berühmte englische Wissenschaftler – Stirling, McLaren, der Astronom James Pound und andere – erinnerten sich mit großer Dankbarkeit an die Hilfe, die ihnen Newton zu Beginn ihrer wissenschaftlichen Laufbahn gewährt hatte.

Konflikte

Im Jahr 1675 schickte Newton der Gesellschaft seine Abhandlung mit neuen Forschungen und Spekulationen über die Natur des Lichts. Robert Hooke erklärte bei dem Treffen, dass alles, was in der Abhandlung von Wert sei, bereits in Hookes zuvor veröffentlichtem Buch Mikrographie enthalten sei. In privaten Gesprächen beschuldigte er Newton des Plagiats: „Ich habe gezeigt, dass Herr Newton meine Hypothesen über Impulse und Wellen benutzt hat“ (aus Hookes Tagebuch). Hooke bestritt die Priorität aller Entdeckungen Newtons auf dem Gebiet der Optik, mit Ausnahme derer, mit denen er nicht einverstanden war. Oldenburg informierte Newton sofort über diese Anschuldigungen, und dieser betrachtete sie als Unterstellungen. Diesmal wurde der Konflikt beigelegt, und die Wissenschaftler tauschten Versöhnungsbriefe aus (1676). Von diesem Zeitpunkt an und bis zum Tod von Hooke (1703) veröffentlichte Newton jedoch keine Arbeiten zur Optik, obwohl er eine riesige Menge an Material angesammelt hatte, das er in seiner klassischen Monographie Optics (1704) systematisierte.

Ein weiterer wichtiger Streitpunkt war die Entdeckung des Gravitationsgesetzes. Bereits 1666 kam Hooke zu dem Schluss, dass die Bewegung der Planeten eine Überlagerung des Auftreffens auf die Sonne aufgrund der Schwerkraft der Sonne und der Bewegung durch Trägheit tangential zur Flugbahn des Planeten ist. Seiner Meinung nach ist diese Überlagerung von Bewegungen für die elliptische Form der Bahn des Planeten um die Sonne verantwortlich. Allerdings konnte er nicht beweisen, es mathematisch und schickte einen Brief an Newton in 1679, bietet seine Zusammenarbeit bei der Lösung des Problems. In dem Schreiben wird auch darauf hingewiesen, dass die Anziehungskraft auf die Sonne umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung abnimmt. Newton antwortete darauf, dass er sich zuvor mit dem Problem der Planetenbewegung befasst hatte, diese Studien aber aufgegeben hatte. Wie die später gefundenen Dokumente zeigen, befasste sich Newton bereits 1665-1669 mit dem Problem der Planetenbewegung, als er auf der Grundlage von Keplers Gesetz III feststellte, dass „die Tendenz der Planeten, sich von der Sonne zu entfernen, umgekehrt proportional zum Quadrat ihrer Entfernung von der Sonne ist“. Die Idee, dass die Umlaufbahn eines Planeten allein das Ergebnis der Gleichheit der Gravitationskräfte gegenüber der Sonne und der Zentrifugalkraft ist, wurde von ihm zu diesem Zeitpunkt jedoch noch nicht vollständig entwickelt.

Die Korrespondenz zwischen Hooke und Newton brach daraufhin ab. Hooke kehrte zu dem Versuch zurück, die Flugbahn des Planeten nach dem Gesetz der umgekehrten Quadrate zu berechnen. Doch auch diese Versuche blieben erfolglos. In der Zwischenzeit kehrte Newton zum Studium der Planetenbewegung zurück und löste das Problem.

Als Newton seine Elemente für die Veröffentlichung vorbereitete, verlangte Hooke, dass Newton im Vorwort Hookes Priorität für das Gravitationsgesetz festlegte. Newton wandte ein, dass Bullwald, Christopher Wren und Newton selbst unabhängig voneinander und vor Hooke zu der gleichen Formel gelangt waren. Es entbrannte ein Konflikt, der das Leben beider Wissenschaftler vergiftete.

Moderne Autoren zollen sowohl Newton als auch Hooke Anerkennung. Hookes Priorität liegt darin, das Problem der Konstruktion der Flugbahn des Planeten durch die Überlagerung seines Sturzes zur Sonne nach dem Gesetz der umgekehrten Quadrate und der Bewegung durch Trägheit zu lösen. Es ist auch möglich, dass es Hookes Brief war, der Newton direkt ermutigte, das Problem zu lösen. Hooke selbst löste das Problem jedoch nicht, noch vermutete er die Universalität der Schwerkraft,

Wenn man alle Annahmen und Gedanken von Hooke über die Bewegung der Planeten und die Gravitation, die er fast 20 Jahre lang geäußert hat, miteinander verbindet, stößt man auf fast alle Hauptschlussfolgerungen von Newtons „Elementen“, nur in unsicherer und wenig beweisbarer Form ausgedrückt. Ohne das Problem zu lösen, fand Hooke die Antwort. Was wir vor uns haben, ist jedoch kein zufälliger Gedanke, sondern zweifellos das Ergebnis jahrelanger Arbeit. Hooke hatte die brillante Intuition eines Physikers, der in einem Labyrinth von Fakten die wahren Zusammenhänge und Gesetze der Natur erkennt. Auf eine ähnlich seltene Intuition des Experimentators treffen wir in der Wissenschaftsgeschichte noch bei Faraday, aber Hooke und Faraday waren keine Mathematiker. Der ziellose Kampf mit Newton um die Priorität warf einen Schatten auf den ruhmreichen Namen von Hooke, aber nach fast drei Jahrhunderten ist es an der Zeit, beide zu würdigen. Hooke konnte nicht den geraden, makellosen Weg von Newtons mathematischen Anfängen beschreiten, aber auf seinen Umwegen, von denen wir heute keine Spur mehr finden, kam er an denselben Ort.

Newtons Beziehung zu Hooke blieb danach angespannt. Als zum Beispiel Newton der Gesellschaft eine neue Konstruktion des von ihm erfundenen Sextanten vorstellte, sagte Hooke sofort, dass er ein solches Gerät mehr als 30 Jahre zuvor erfunden hatte (obwohl er nie einen Sextanten gebaut hatte). Newton war sich jedoch des wissenschaftlichen Wertes der Entdeckungen von Hooke bewusst und erwähnte seinen inzwischen verstorbenen Gegner mehrfach in seiner Optik.

Neben Newton hatte Hooke vorrangige Streitigkeiten mit vielen anderen englischen und kontinentalen Wissenschaftlern, darunter Robert Boyle, den er beschuldigte, sich eine Verbesserung der Luftpumpe angeeignet zu haben, und der Sekretär der Royal Society, Oldenburg, der behauptete, Huygens habe die Idee der Spiralfederuhr von Hooke über Oldenburg gestohlen.

Der Mythos, dass Newton angeblich die Zerstörung des einzigen Porträts von Hooke angeordnet hat, wird weiter unten behandelt.

John Flemsteed, der bedeutende englische Astronom, traf Newton in Cambridge (1670), als Flemsteed noch Student und Newton Master war. Doch fast zeitgleich mit Newton wurde auch Flemsteed berühmt – 1673 veröffentlichte er astronomische Tabellen von herausragender Qualität, wofür ihm der König eine persönliche Audienz und den Titel „Königlicher Astronom“ gewährte. Außerdem ließ der König in Greenwich bei London ein Observatorium errichten und stellte es Flemstead zur Verfügung. Der König hielt das Geld für die Ausstattung der Sternwarte jedoch für eine unnötige Ausgabe, und fast das gesamte Einkommen von Flemsteed wurde für den Bau von Instrumenten und den Betrieb der Sternwarte verwendet.

Zunächst war das Verhältnis zwischen Newton und Flemsteed gutmütig. Newton war die Vorbereitung einer zweiten Auflage der Elemente und dringend benötigt genaue Beobachtungen des Mondes zu konstruieren und (die erste Ausgabe der Theorie der Bewegung des Mondes und Kometen war unbefriedigend. Sie war auch wichtig für die Bestätigung der Newtonschen Gravitationstheorie, die von den Cartesianern auf dem Kontinent stark kritisiert wurde. Flemstead gab ihm bereitwillig die angeforderten Daten, und 1694 teilte Newton Flemstead stolz mit, dass ein Vergleich der berechneten und experimentellen Daten ihre praktische Übereinstimmung zeige. In einigen Briefen forderte Flemstead Newton auf, bei der Verwendung von Beobachtungen seine, Flemsteads, Priorität festzulegen; dies galt in erster Linie für Halley, den Flemstead nicht mochte und der wissenschaftlichen Unredlichkeit verdächtigte, konnte aber auch einen Mangel an Vertrauen in Newton selbst bedeuten. In Flemsteads Briefen wird der Unmut deutlich:

Ich stimme zu: Der Draht ist wertvoller als das Gold, aus dem er gemacht ist. Ich habe dieses Gold jedoch gesammelt, gereinigt und gewaschen, und ich wage nicht zu glauben, dass Sie meine Hilfe so wenig schätzen, nur weil Sie sie so leicht erhalten haben.

Der offene Konflikt begann mit einem Brief von Flemsteed, in dem er sich dafür entschuldigte, dass er eine Reihe von systematischen Fehlern in einigen der Newton gegebenen Daten gefunden hatte. Dies bedrohte Newtons Theorie des Mondes und zwang ihn, die Berechnungen zu revidieren, während die Glaubwürdigkeit der anderen Daten ebenfalls erschüttert wurde. Newton, der Unehrlichkeit nicht tolerieren konnte, war äußerst verärgert und vermutete sogar, dass Flemsteed die Fehler absichtlich gemacht hatte.

Im Jahr 1704 besuchte Newton Flemstead, der zu diesem Zeitpunkt neue, äußerst genaue Beobachtungsdaten erhalten hatte, und bat ihn, diese Daten weiterzugeben; im Gegenzug versprach Newton, Flemstead bei der Veröffentlichung seines Hauptwerks, des Großen Sternkatalogs, zu helfen. Flemsteed begann jedoch aus zwei Gründen zu zögern: Der Katalog war noch nicht vollständig, und er vertraute Newton nicht mehr und fürchtete den Diebstahl seiner unschätzbaren Beobachtungen. Flemstead nutzte die erfahrenen Rechenmaschinen, die ihm für seine Arbeit zur Verfügung standen, um die Positionen der Sterne zu berechnen, während Newton sich vor allem für den Mond, die Planeten und die Kometen interessierte. Schließlich begann 1706 der Druck des Buches, aber Flemstead, der an schmerzhafter Gicht litt und immer misstrauischer wurde, verlangte, dass Newton die versiegelte Kopie der maschinengeschriebenen Kopie vor dem Druck nicht öffnete; Newton, der die Daten dringend benötigte, ignorierte diese Anweisung und schrieb die richtigen Werte heraus. Die Spannung wuchs. Flemstead gab Newton einen Skandal, weil er versucht hatte, persönlich kleinere Fehlerkorrekturen vorzunehmen. Der Druck des Buches verlief äußerst langsam.

Aufgrund finanzieller Schwierigkeiten zahlte Flemstead seinen Mitgliedsbeitrag nicht und wurde aus der Royal Society ausgeschlossen; ein neuer Schlag kam von der Königin, die, offenbar auf Newtons Wunsch, die Kontrolle über das Observatorium an die Gesellschaft übertrug. Newton stellte Flemsteed ein Ultimatum:

Sie haben einen unvollkommenen Katalog vorgelegt, in dem viele Dinge fehlen, Sie haben die Positionen der Sterne nicht angegeben, die wünschenswert wären, und ich habe gehört, dass der Druck jetzt eingestellt wurde, weil sie nicht zur Verfügung gestellt wurden. Es wird also folgendes von Ihnen erwartet: Entweder Sie schicken das Ende Ihres Katalogs an Dr. Arbetnott, oder Sie schicken ihm zumindest die für das Ende notwendigen Beobachtungsdaten, damit der Druck erfolgen kann.

Newton drohte auch damit, dass weitere Verzögerungen als Ungehorsam gegenüber den Befehlen Ihrer Majestät angesehen würden. Im März 1710 übergab Flemsteed nach heftigen Beschwerden über die Ungerechtigkeit und Intrigen seiner Feinde dennoch die letzten Blätter seines Katalogs, und Anfang 1712 wurde der erste Band mit dem Titel Himmelsgeschichte veröffentlicht. Es enthielt alle Daten, die Newton benötigte, und ein Jahr später erschien eine überarbeitete Ausgabe von Iniquity mit einer viel genaueren Theorie des Mondes, die ebenfalls nicht lange auf sich warten ließ. Ein rachsüchtiger Newton verzichtete auf eine Danksagung an Flemsteed und strich alle Verweise auf ihn, die in der ersten Ausgabe enthalten waren. Flemsteed verbrannte daraufhin alle unverkauften 300 Exemplare des Katalogs in seinem Kamin und begann mit der Vorbereitung einer zweiten Auflage, die bereits seinem Geschmack entsprach. Er starb 1719, aber dank der Bemühungen seiner Frau und seiner Freunde wurde diese bemerkenswerte Ausgabe, der Stolz der englischen Astronomie, 1725 veröffentlicht.

Flemsteads Nachfolger am Royal Observatory war Halley, der ebenfalls sofort alle seine Beobachtungen klassifizierte, um zu verhindern, dass seine Rivalen die Daten stahlen. Es gab keinen Konflikt mit Halley, aber auf den Sitzungen der Gesellschaft tadelte Newton Halley wiederholt wegen seiner mangelnden Bereitschaft, die von Newton benötigten Daten zu liefern.

Wissenschaftshistoriker haben anhand erhaltener Dokumente festgestellt, dass Newton die Differential- und Integralrechnung bereits 1665-1666 entwickelte, sie aber erst 1704 veröffentlichte. Leibniz entwickelte seine Version der Analysis unabhängig (ab 1675), obwohl die Initialzündung für sein Denken wahrscheinlich von Gerüchten ausging, dass Newton bereits eine solche Rechnung hatte, sowie von wissenschaftlichen Gesprächen in England und der Korrespondenz mit Newton. Im Gegensatz zu Newton veröffentlichte Leibniz seine Version sofort und warb anschließend zusammen mit Jacob und Johann Bernoulli in ganz Europa für diese bahnbrechende Entdeckung. Die meisten Wissenschaftler auf dem Kontinent hatten keinen Zweifel daran, dass Leibniz die Analysis entdeckt hatte.

Als Antwort auf die Bitten seiner Freunde, die an seinen Patriotismus appellierten, sagte Newton im 2. Buch seiner Elemente (1687):

In Briefen, die ich vor etwa zehn Jahren mit einem sehr geschickten Mathematiker, Herrn Leibniz, wechselte, teilte ich ihm mit, dass ich eine Methode zur Bestimmung von Maxima und Minima, zum Zeichnen von Tangenten und zur Lösung ähnlicher Fragen besitze, die sowohl für rationale als auch für irrationale Terme gleichermaßen anwendbar sei, und ich verbarg die Methode, indem ich die Buchstaben des folgenden Satzes änderte: „Wenn eine Gleichung gegeben ist, die eine beliebige Anzahl von Stromgrößen enthält, finde die Fluide und umgekehrt“. Der vornehmste Ehemann antwortete mir, dass auch er eine solche Methode angreife und teilte mir seine Methode mit, die sich kaum von der meinen zu unterscheiden schien, und zwar nur in den Begriffen und in der Schreibweise der Formeln.

1693, als Newton schließlich die erste Zusammenfassung seiner Version der Analysis veröffentlichte, tauschte er freundliche Briefe mit Leibniz aus. Newton berichtete:

Unsere Wallis hat seiner soeben erschienenen Algebra einige der Briefe beigefügt, die ich seinerzeit an Sie geschrieben habe. Dabei verlangte er von mir, dass ich die Methode, die ich Ihnen damals durch die Umstellung der Buchstaben verheimlicht hatte, offen darlege; ich tat dies so kurz wie möglich. Ich hoffe, dass ich nichts geschrieben habe, was Ihnen unangenehm wäre, und falls doch, bitte ich Sie, es mir mitzuteilen, denn Freunde sind mir lieber als mathematische Entdeckungen.

Nach der ersten ausführlichen Veröffentlichung von Newtons Analyse (mathematischer Anhang zu Optica, 1704) erschien eine anonyme Rezension in Leibniz“ Acta eruditorum mit beleidigenden Anspielungen auf Newton. In der Rezension wird eindeutig festgestellt, dass Leibniz der Autor der neuen Infinitesimalrechnung ist. Leibniz selbst bestritt vehement, dass die Rezension von ihm verfasst wurde, aber Historikern ist es gelungen, einen Entwurf in seiner Handschrift zu finden. Newton ignorierte Leibniz“ Artikel, aber seine Schüler reagierten entrüstet, woraufhin ein gesamteuropäischer Prioritätenkrieg ausbrach, „der schändlichste Streit in der gesamten Geschichte der Mathematik“.

Am 31. Januar 1713 erhielt die Royal Society einen Brief von Leibniz, der einen versöhnlichen Wortlaut enthielt: Er stimmte zu, dass Newton zu seiner eigenen Analyse „auf allgemeinen Prinzipien, die den unseren ähnlich sind“, gelangt war. Ein wütender Newton forderte die Einsetzung einer internationalen Kommission zur Klärung der Priorität. Es dauerte nicht lange: Eineinhalb Monate später erkannte die Kommission nach dem Studium der Korrespondenz Newtons mit Oldenburg und anderer Dokumente einstimmig die Priorität Newtons an, und zwar in einer Formulierung, die diesmal Leibniz beleidigte. Die Entscheidung der Kommission wurde in den „Proceedings of the Society“ abgedruckt, wobei alle Unterlagen beigefügt wurden. Stephen Hawking und Leonard Mlodinow stellen in Eine kurze Geschichte der Zeit fest, dass der Ausschuss nur aus Newton-treuen Wissenschaftlern bestand und dass die meisten Artikel zu Newtons Verteidigung von ihm selbst verfasst und dann im Namen von Freunden veröffentlicht wurden.

Als Reaktion darauf wurde Europa ab Sommer 1713 mit anonymen Pamphleten überschwemmt, die Leibniz“ Vorrang verteidigten und behaupteten, dass „Newton sich die Ehre aneignet, die einem anderen zusteht“. In den Pamphleten wurde Newton auch beschuldigt, die Ergebnisse von Hooke und Flemsteed zu stehlen. Newtons Freunde ihrerseits beschuldigten Leibniz selbst des Plagiats; ihrer Version zufolge hatte Leibniz während seines Aufenthalts in London (1676) Newtons unveröffentlichte Papiere und Briefe in der Royal Society gelesen, woraufhin Leibniz die Ideen dort veröffentlichte und sie als seine eigenen ausgab.

Der Krieg ging unvermindert weiter, bis im Dezember 1716 der Abt von Antonio Schinella Conti zu Newton sagte: „Leibniz ist tot – der Streit ist vorbei“.

Newtons Arbeit markiert eine neue Ära in der Physik und Mathematik. Er vollendete die von Galilei begonnene Entwicklung der theoretischen Physik, die sich einerseits auf experimentelle Daten und andererseits auf quantitative und mathematische Beschreibungen der Natur stützt. In der Mathematik entstanden leistungsfähige analytische Methoden. In der Physik wurde die Konstruktion adäquater mathematischer Modelle von Naturprozessen und die intensive Untersuchung dieser Modelle unter systematischer Einbeziehung aller Möglichkeiten des neuen mathematischen Apparates zur Hauptmethode der Naturforschung. Die folgenden Jahrhunderte haben die außerordentliche Fruchtbarkeit dieses Ansatzes bewiesen.

Philosophie und die wissenschaftliche Methode

Newton lehnte den populären Ansatz von Descartes und seinen kartesischen Anhängern am Ende des 17. Jahrhunderts entschieden ab, der vorschrieb, dass man bei der Erstellung einer wissenschaftlichen Theorie zunächst durch die „Unterscheidung des Geistes“ die „Grundursachen“ des untersuchten Phänomens finden müsse. In der Praxis führte dieser Ansatz oft zu weit hergeholten Hypothesen über „Substanzen“ und „verborgene Eigenschaften“, die nicht durch Erfahrung verifiziert werden konnten. Newton glaubte, dass in der „Naturphilosophie“ (d.h. der Physik) nur solche Annahmen („Prinzipien“, heute bevorzugt „Naturgesetze“) erlaubt sind, die direkt aus zuverlässigen Experimenten folgen und deren Ergebnisse verallgemeinern; Annahmen, die nicht ausreichend durch Experimente belegt sind, nannte er Hypothesen. „Alles …, was sich nicht aus den Phänomenen ableiten lässt, muss als Hypothese bezeichnet werden; Hypothesen über metaphysische, physikalische, mechanische, verborgene Eigenschaften haben in der experimentellen Philosophie keinen Platz“. Beispiele für Prinzipien sind das Gravitationsgesetz und die 3 Gesetze der Mechanik in den „Elementen“; das Wort „Prinzipien“ (Principia Mathematica, traditionell übersetzt als „mathematische Prinzipien“) ist auch im Titel seines Hauptwerks enthalten.

In einem Brief an Pardis formulierte Newton die „goldene Regel der Wissenschaft“:

Die beste und sicherste Methode des Philosophierens sollte meines Erachtens darin bestehen, zunächst die Eigenschaften der Dinge gewissenhaft zu erforschen und diese Eigenschaften durch Experimente festzustellen, um dann allmählich zu Hypothesen zu gelangen, die diese Eigenschaften erklären. Hypothesen können nur nützlich sein, wenn es darum geht, die Eigenschaften der Dinge zu erklären, aber es besteht keine Notwendigkeit, sie mit der Verantwortung zu belasten, diese Eigenschaften über die durch das Experiment aufgedeckten Grenzen hinaus zu definieren… schließlich können viele Hypothesen erfunden werden, um jede neue Schwierigkeit zu erklären.

Ein solcher Ansatz stellte nicht nur spekulative Phantasien außerhalb der Wissenschaft (z. B. die kartesianischen Überlegungen zu den Eigenschaften der „subtilen Materie“, die elektromagnetische Phänomene erklären sollten), sondern war auch flexibler und fruchtbarer, da er die mathematische Modellierung von Phänomenen ermöglichte, für die noch keine Ursache entdeckt worden war. Dies war bei der Gravitation und der Lichttheorie der Fall – ihre Natur wurde erst viel später klar, was die erfolgreiche Anwendung der Newtonschen Modelle über Jahrhunderte nicht behinderte.

Der berühmte Satz „Hypotheses non fingo“ bedeutet natürlich nicht, dass Newton die Bedeutung der Suche nach „Grundursachen“ unterschätzt hat, wenn diese durch die Erfahrung eindeutig bestätigt werden. Die aus dem Experiment abgeleiteten allgemeinen Grundsätze und ihre Folgerungen müssen ebenfalls experimentell überprüft werden, was zu einer Korrektur oder sogar zu einer Änderung der Grundsätze führen kann. „Die ganze Schwierigkeit der Physik … besteht darin, aus den Bewegungserscheinungen die Kräfte der Natur zu erkennen und dann die anderen Erscheinungen durch diese Kräfte zu erklären“.

Newton glaubte wie Galilei, dass alle natürlichen Prozesse auf mechanischer Bewegung beruhen:

Es wäre wünschenswert, aus den Prinzipien der Mechanik den Rest der Phänomene der Natur abzuleiten … denn viele Dinge führen mich zu der Annahme, dass alle diese Phänomene durch einige Kräfte verursacht werden, mit denen die Teilchen von Körpern, aus noch unbekannten Gründen, entweder zueinander neigen und sich zu regelmäßigen Figuren zusammenschließen, oder sich gegenseitig abstoßen und sich voneinander entfernen. Da diese Kräfte nicht bekannt sind, sind die Versuche der Philosophen, die Phänomene der Natur zu erklären, bisher erfolglos geblieben.

Newton formulierte seine wissenschaftliche Methode in seinem Buch Optics:

Wie in der Mathematik, so muss auch bei der Prüfung der Natur, bei der Untersuchung schwieriger Fragen, die analytische Methode der synthetischen Methode vorausgehen. Diese Analyse besteht darin, allgemeine Schlussfolgerungen aus Experimenten und Beobachtungen durch Induktion abzuleiten und keine Einwände gegen sie zuzulassen, die sich nicht aus Experimenten oder anderen zuverlässigen Wahrheiten ergeben würden. Denn Hypothesen werden in der experimentellen Philosophie nicht berücksichtigt. Auch wenn die durch Induktion aus Experimenten und Beobachtungen gewonnenen Ergebnisse noch nicht als Beweis für allgemeine Schlussfolgerungen dienen können, so ist dies doch die beste Art, Schlussfolgerungen zu ziehen, die die Natur der Dinge zulässt.

Buch 3 der Anfänge (das erste Buch ist eine Variante von Occam“s Razor:

Regel I. Es sollten keine anderen Ursachen in der Natur akzeptiert werden als die, die wahr und ausreichend sind, um die Phänomene zu erklären … die Natur tut nichts vergeblich, aber es wäre vergeblich, durch viele zu erreichen, was durch weniger erreicht werden kann. Die Natur ist einfach und schwelgt nicht in überflüssigen Ursachen der Dinge…

Newtons mechanistische Ansichten erwiesen sich als falsch – nicht alle Naturphänomene sind auf mechanische Bewegungen zurückzuführen. Seine wissenschaftliche Methode hat sich jedoch in der Wissenschaft durchgesetzt. Die moderne Physik hat erfolgreich Phänomene untersucht und angewandt, deren Natur noch nicht geklärt ist (z. B. Elementarteilchen). Seit Newton hat die Naturwissenschaft die feste Überzeugung entwickelt, dass die Welt bekannt ist, weil die Natur nach einfachen mathematischen Prinzipien organisiert ist. Diese Gewissheit ist zur philosophischen Grundlage für den enormen Fortschritt in Wissenschaft und Technik geworden.

Mathematik

Newton machte seine ersten mathematischen Entdeckungen noch während seines Studiums: die Klassifizierung algebraischer Kurven der Ordnung 3 (Kurven der Ordnung 2 wurden von Fermat untersucht) und die Binomialerweiterung beliebigen (nicht notwendigerweise ganzzahligen) Grades, mit der Newtons Theorie der unendlichen Reihen beginnt – ein neues und äußerst leistungsfähiges Werkzeug der Analyse. Newton betrachtete die Reihenerweiterung als die grundlegende und allgemeine Methode zur Analyse von Funktionen, und in diesem Bereich erreichte er den Gipfel der Exzellenz. Er benutzte Reihen zur Berechnung von Tabellen, zur Lösung von Gleichungen (einschließlich Differentialgleichungen) und zur Untersuchung des Verhaltens von Funktionen. Newton war in der Lage zu erhalten Zerlegungen für alle dann Standard-Funktionen.

Newton entwickelte die Differential- und Integralrechnung zur gleichen Zeit wie G. Leibniz (etwas früher) und unabhängig von ihm. Vor Newton waren die Operationen mit Infinitesimalzahlen nicht in eine einheitliche Theorie integriert und hatten den Charakter von verstreuten Witzeleien (siehe Methode des Unteilbaren). Die Schaffung einer systematischen mathematischen Analyse reduzierte die Lösung der entsprechenden Probleme in erheblichem Maße auf eine technische Ebene. Es entstand eine Reihe von Konzepten, Operationen und Symbolen, die den Ausgangspunkt für die weitere Entwicklung der Mathematik bildeten. Das folgende achtzehnte Jahrhundert war ein Jahrhundert der raschen und äußerst erfolgreichen Entwicklung analytischer Methoden.

Wahrscheinlich kam Newton auf die Idee der Analyse durch Differenzmethoden, mit denen er sich ausgiebig und eingehend beschäftigte. Der Ausgangspunkt für die Differential- und Integralrechnung waren die Arbeiten von Cavalieri und vor allem von Fermat, der bereits in der Lage war (für algebraische Kurven), Tangenten zu zeichnen, Extrema, Wendepunkte und die Krümmung der Kurve zu finden und die Fläche des Kurvenabschnitts zu berechnen. Von den anderen Vorgängern nannte Newton selbst Wallis, Barrow und den schottischen Wissenschaftler James Gregory. Das Konzept einer Funktion gab es noch nicht; er behandelte alle Kurven kinematisch als Trajektorien eines sich bewegenden Punktes.

Schon als Student erkannte Newton, dass Differenzierung und Integration wechselseitige Operationen sind. Dieses Grundtheorem der Analysis hatte sich bereits in den Arbeiten von Torricelli, Gregory und Barrow mehr oder weniger deutlich herauskristallisiert, aber erst Newton erkannte, dass auf dieser Basis nicht nur einzelne Entdeckungen gemacht werden konnten, sondern ein mächtiges systematisches Kalkül, ähnlich der Algebra, mit klaren Regeln und gigantischen Möglichkeiten.

Newton kümmerte sich fast 30 Jahre lang nicht um die Veröffentlichung seiner Version der Analyse, obwohl er in Briefen (insbesondere an Leibniz) bereitwillig vieles von dem, was er erreicht hatte, mitteilte. In der Zwischenzeit ist Leibniz“ Version seit 1676 in Europa weithin und offen im Umlauf. Erst 1693 erscheint die erste Darstellung von Newtons Version – als Anhang zu Wallis“ Treatise on Algebra. Man muss zugeben, dass Newtons Terminologie und Symbolik im Vergleich zu der von Leibniz eher unbeholfen sind: fluxia (Ableitung), fluenta (erste Form), Moment der Menge (Differential) usw. Nur die Newtonsche Schreibweise „o“ für infinitesimales dt hat in der Mathematik überlebt (dieser Buchstabe wurde jedoch schon von Gregor im gleichen Sinne verwendet), und der Punkt über dem Buchstaben als Symbol für die Zeitableitung.

Newton veröffentlichte eine hinreichend vollständige Erklärung der Grundsätze der Analyse nur in der Quadratur von Kurven (1704), im Anhang zu seiner Monographie Optik. Fast das gesamte Material wurde in den 1670er bis 1680er Jahren fertiggestellt, aber erst jetzt überredeten Gregory und Halley Newton, das Werk zu veröffentlichen, das mit 40 Jahren Verspätung Newtons erstes gedrucktes Werk über die Analyse wurde. Hier erscheint Newton Ableitungen höherer Ordnung, findet Werte von Integralen einer Vielzahl von rationalen und irrationalen Funktionen und gibt Beispiele für Lösungen von Differentialgleichungen 1.

Im Jahr 1707 wurde ein Buch mit dem Titel Universal Arithmetic veröffentlicht. Es enthält eine Vielzahl von numerischen Methoden. Newton schenkte den Näherungslösungen von Gleichungen stets große Aufmerksamkeit. Newtons berühmte Methode ermöglichte es, die Wurzeln von Gleichungen mit einer bis dahin unvorstellbaren Geschwindigkeit und Präzision zu finden (veröffentlicht in Wallis“ Algebra, 1685). Die moderne Form der Newtonschen Iterationsmethode wurde von Joseph Raphson (1690) entwickelt.

Im Jahr 1711 wurde schließlich „Analysis by means of equations with an infinite number of terms“ gedruckt, 40 Jahre später. In dieser Arbeit erforscht Newton sowohl algebraische als auch „mechanische“ Kurven (Zykloide, Quadratrix) mit gleicher Leichtigkeit. Es erscheinen partielle Ableitungen. Im selben Jahr wurde die „Methode der Differenzen“ veröffentlicht, in der Newton eine Interpolationsformel für den Durchgang durch (n + 1) Datenpunkte mit gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilten Abszissen des Polynoms n-ter Ordnung vorschlug. Dies ist die Differenzformel, die der Taylorschen Formel entspricht.

Im Jahr 1736 veröffentlichte er posthum sein letztes Werk „Methode der Fluktuationen und unendlichen Reihen“, das im Vergleich zur „Analyse mittels Gleichungen“ deutlich weiterentwickelt wurde. Es enthält zahlreiche Beispiele zur Bestimmung von Extremwerten, Tangenten und Normalen, zur Berechnung von Radien und Krümmungsmittelpunkten in kartesischen und polaren Koordinaten, zur Bestimmung von Wendepunkten usw. In der gleichen Arbeit werden auch Quadrate und Begradigungen von verschiedenen Kurven hergestellt.

Newton entwickelte die Analyse nicht nur in vollem Umfang, sondern versuchte auch, ihre Grundsätze rigoros zu begründen. Während Leibniz zur Idee der tatsächlichen Infinitesimale tendierte, schlug Newton (in den Elementen) eine allgemeine Theorie der Grenzübergänge vor, die er etwas blumig „die Methode der ersten und letzten Beziehungen“ nannte. Es ist der moderne Begriff „Grenze“ (lat. limes), der verwendet wird, obwohl es keine verständliche Beschreibung des Wesens des Begriffs gibt, was ein intuitives Verständnis voraussetzt. Die Theorie der Grenzen ist in 11 Lemmata des Buches I der Anfänge gegeben; ein Lemma ist auch in Buch II. Die Arithmetik der Grenzwerte fehlt, es gibt keinen Beweis für die Einzigartigkeit des Grenzwerts und seine Beziehung zu den Infinitesimalen wird nicht offenbart. Newton weist jedoch zu Recht auf die größere Strenge dieses Ansatzes im Vergleich zu der „groben“ Methode des Unteilbaren hin. In Buch II führt Newton jedoch durch die Einführung von „Momenten“ (Differentialen) erneut Verwirrung stiften, indem er sie tatsächlich als infinitesimale Größen behandelt.

Es ist bemerkenswert, dass Newton war überhaupt nicht daran interessiert, in der Zahl der Theorie. Offenbar interessierte er sich viel mehr für Physik als für Mathematik.

Mechanik

Newton wird die Lösung von zwei grundlegenden Problemen zugeschrieben.

Darüber hinaus beendete Newton endgültig die seit der Antike verbreitete Vorstellung, dass die Bewegungsgesetze von irdischen und himmlischen Körpern völlig unterschiedlich sind. In seinem Modell der Welt unterliegt das gesamte Universum einem einzigen Gesetz, das sich mathematisch formulieren lässt.

Newtons Axiomatik bestand aus drei Gesetzen, die er selbst wie folgt formulierte.

1. Jeder Körper verharrt in einem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen und geradlinigen Bewegung, bis er durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern. 2. Die Änderung der Bewegungsgröße ist proportional zur aufgebrachten Kraft und erfolgt in Richtung der Geraden, entlang der die Kraft wirkt. 3. Zu einer Aktion gibt es immer eine gleichwertige und entgegengesetzte Gegenaktion, andernfalls sind die Wechselwirkungen zweier Körper miteinander gleich und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet.

Das erste Gesetz (Trägheitsgesetz) wurde in weniger klarer Form von Galilei veröffentlicht. Galilei erlaubte die freie Bewegung nicht nur in einer geraden Linie, sondern auch im Kreis (offenbar aus astronomischen Gründen). Galilei formulierte auch das wichtigste Relativitätsprinzip, das Newton nicht in seine Axiomatik aufnahm, da dieses Prinzip eine direkte Folge der Gleichungen der Dynamik für mechanische Prozesse ist (Folge V in den Elementen). Darüber hinaus betrachtete Newton Raum und Zeit als absolute Begriffe, die für das gesamte Universum einheitlich sind, und wies in seinen Elementen ausdrücklich darauf hin.

Newton gab auch strenge Definitionen von physikalischen Begriffen wie Bewegungsmenge (von Descartes nicht eindeutig verwendet) und Kraft. Er führte in die Physik das Konzept der Masse als Maß für die Trägheit und gleichzeitig für die Gravitationseigenschaften ein. Zuvor hatten die Physiker das Konzept des Gewichts verwendet, aber das Gewicht eines Körpers hängt nicht nur von ihm selbst ab, sondern auch von seiner Umgebung (z. B. der Entfernung vom Erdmittelpunkt), so dass eine neue, unveränderliche Eigenschaft benötigt wurde.

Euler und Lagrange vollendeten die Mathematisierung der Mechanik.

Universelle Gravitation und Astronomie

Aristoteles und seine Anhänger sahen in der Schwerkraft den Drang der Körper aus der „sublunaren Welt“ an ihren natürlichen Ort. Einige andere antike Philosophen (darunter Empedokles und Platon) betrachteten die Schwerkraft als die Tendenz verwandter Körper, sich zu verbinden. Im 16. Jahrhundert wurde diese Ansicht von Nikolaus Kopernikus unterstützt, dessen heliozentrisches System die Erde nur als einen der Planeten betrachtete. Ähnliche Ansichten vertraten auch Giordano Bruno und Galileo Galilei. Johannes Kepler glaubte, dass nicht der innere Antrieb des Körpers ihn zu Fall bringt, sondern die Anziehungskraft der Erde: Nicht nur die Erde zieht den Stein an, sondern auch der Stein zieht die Erde an. Seiner Meinung nach reicht die Schwerkraft mindestens bis zum Mond. In seinen späteren Schriften schlug er vor, dass die Schwerkraft mit der Entfernung abnimmt und dass alle Körper im Sonnensystem einer gegenseitigen Anziehung unterliegen. Die physikalische Natur der Schwerkraft wurde von René Descartes, Gilles Roberval, Christiaan Huygens und anderen Wissenschaftlern des 17.

Kepler war der erste, der vorschlug, dass die Bewegung der Planeten durch Kräfte gesteuert wird, die von der Sonne ausgehen. In seiner Theorie gab es drei solcher Kräfte: eine, kreisförmig, schiebt den Planeten entlang der Bahn und wirkt tangential zur Flugbahn (aufgrund dieser Kraft bewegt sich der Planet), die andere zieht den Planeten an und stößt ihn von der Sonne ab (aufgrund dieser Kraft ist die Bahn des Planeten elliptisch) und die dritte wirkt quer zur Ekliptikebene (die Bahn des Planeten liegt also in einer Ebene). Er ging davon aus, dass die kreisförmige Kraft im umgekehrten Verhältnis zur Entfernung von der Sonne abnimmt. Keine dieser drei Kräfte wurde mit der Schwerkraft identifiziert. Keplers Theorie wurde von dem führenden theoretischen Astronomen der Mitte des 17. Jahrhunderts, Ismael Bulliald, abgelehnt, der erstens glaubte, dass sich die Planeten nicht unter dem Einfluss von Kräften, die von der Sonne ausgehen, sondern durch interne Bewegung um die Sonne bewegen, und zweitens, dass, wenn es eine kreisförmige Kraft gäbe, diese umgekehrt zur zweiten Potenz der Entfernung abnehmen würde, nicht zur ersten Potenz, wie Kepler glaubte. Descartes glaubte, dass die Planeten von riesigen Wirbeln um die Sonne getragen wurden.

Jeremy Horrocks schlug vor, dass es eine Kraft von der Sonne gibt, die die Bewegung der Planeten steuert. Nach Giovanni Alfonso Borelli gehen drei Kräfte von der Sonne aus: eine, die den Planeten auf seiner Umlaufbahn vorantreibt, eine, die ihn zur Sonne hin anzieht, und eine, die ihn abstößt (Zentrifugalkraft). Die elliptische Umlaufbahn eines Planeten ist das Ergebnis der Opposition der beiden letzteren. Robert Hooke schlug 1666 vor, dass die Anziehungskraft der Sonne allein ausreicht, um die Planetenbewegung zu erklären. Wir müssen nur annehmen, dass die Planetenbahn das Ergebnis einer Kombination (Überlagerung) aus dem Fallen auf die Sonne (aufgrund der Anziehungskraft) und der Bewegung durch Trägheit (tangential zur Bahn des Planeten) ist. Seiner Meinung nach ist diese Überlagerung von Bewegungen für die elliptische Form der Bahn des Planeten um die Sonne verantwortlich. Ähnliche Ansichten, wenn auch in einer etwas unsicheren Form, wurden auch von Christopher Wren geäußert. Hooke und Wren vermuteten, dass die Gravitationskraft umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der Sonne abnimmt.

Vor Newton war jedoch niemand in der Lage gewesen, den Zusammenhang zwischen dem Gravitationsgesetz (Kraft umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung) und den Gesetzen der Planetenbewegung (Keplersche Gesetze) eindeutig und mathematisch zu beweisen. Außerdem war es Newton, der als Erster vermutete, dass die Schwerkraft zwischen zwei beliebigen Körpern im Universum wirkt; die Bewegung eines fallenden Apfels und die Drehung des Mondes um die Erde werden von derselben Kraft bestimmt. Schließlich veröffentlichte Newton nicht nur die angebliche Formel für das Gesetz der universellen Gravitation, sondern schlug ein vollständiges mathematisches Modell vor:

Zusammengenommen reicht dieser Dreiklang aus, um die komplexesten Bewegungen von Himmelskörpern vollständig zu untersuchen und damit die Grundlagen der Himmelsmechanik zu schaffen. So beginnt erst mit Newtons Schriften die Wissenschaft der Dynamik, einschließlich ihrer Anwendung auf die Bewegung von Himmelskörpern. Bis zur Schaffung der Relativitätstheorie und der Quantenmechanik waren keine grundlegenden Änderungen des betreffenden Modells erforderlich, obwohl der mathematische Apparat erheblich weiterentwickelt werden musste.

Das erste Argument, das für das Newtonsche Modell sprach, war die strenge Ableitung der empirischen Gesetze Keplers aus diesem Modell. Der nächste Schritt war die Theorie der Bewegung von Kometen und des Mondes, die in Inception dargelegt wurde. Später wurden mit Hilfe der Newtonschen Gravitation alle beobachteten Bewegungen von Himmelskörpern mit hoher Genauigkeit erklärt; großes Verdienst gebührt Euler, Clero und Laplace, die dafür die Störungstheorie entwickelten. Die Grundlagen dieser Theorie wurden von Newton gelegt, der die Bewegung des Mondes mit seiner üblichen Methode der Reihenentwicklung analysierte; auf diese Weise entdeckte er die Gründe für die damals bekannten Unregelmäßigkeiten (Ungleichmäßigkeiten) in der Bewegung des Mondes.

Das Gravitationsgesetz löste nicht nur die Probleme der Himmelsmechanik, sondern auch eine Reihe von physikalischen und astrophysikalischen Problemen. Newton gab eine Methode zur Bestimmung der Massen von Sonne und Planeten an. Er entdeckte die Ursache der Gezeiten: die Anziehungskraft des Mondes (selbst Galilei hielt die Gezeiten für eine Zentrifugalwirkung). Außerdem berechnete er die Masse des Mondes mit einer guten Genauigkeit, nachdem er jahrelang Daten über die Höhe der Gezeiten gesammelt hatte. Eine weitere Folge der Gravitation war die Präzession der Erdachse. Newton entdeckte, dass die Erde in der Nähe der Pole abgeflacht ist und ihre Achse durch die Anziehungskraft des Mondes und der Sonne in einer konstanten, langsamen Drift mit einer Periode von 26.000 Jahren gezogen wird. Auf diese Weise fand das antike Problem der „vorauseilenden Tagundnachtgleichen“ (erstmals von Hipparchus festgestellt) eine wissenschaftliche Erklärung.

Newtons Gravitationstheorie führte zu einer langjährigen Debatte und Kritik an ihrem weitreichenden Konzept. Die herausragenden Erfolge der Himmelsmechanik im 18. Jahrhundert bestätigten jedoch die Auffassung, dass das Newtonsche Modell ausreichend war. Die ersten beobachtbaren Abweichungen von der Newtonschen Theorie in der Astronomie (Perihelverschiebung des Merkurs) wurden erst 200 Jahre später entdeckt. Diese Abweichungen wurden bald durch die allgemeine Relativitätstheorie erklärt (die Newtonsche Theorie erwies sich als Näherung). GR füllte auch die Theorie der Gravitation mit physikalischem Inhalt, indem sie einen materiellen Träger der Gravitationskraft – die Raum-Zeit-Metrik – spezifizierte und es ermöglichte, die Fernwirkung loszuwerden.

Optik und Lichttheorie

Newton machte grundlegende Entdeckungen in der Optik. Er baute das erste Spiegelteleskop (Reflektor), bei dem es im Gegensatz zu reinen Linsenteleskopen keine chromatische Aberration gab. Er untersuchte auch eingehend die Streuung des Lichts und zeigte, dass weißes Licht beim Durchgang durch ein durchsichtiges Prisma aufgrund der unterschiedlichen Brechung der Strahlen verschiedener Farben in eine kontinuierliche Reihe von Strahlen verschiedener Farben zerfällt; damit legte Newton den Grundstein für die korrekte Theorie der Farben. Newton schuf die mathematische Theorie der von Hooke entdeckten Interferenzringe, die seitdem als „Newtonsche Ringe“ bezeichnet werden. In einem Brief an Flemsteed erläuterte er eine detaillierte Theorie der astronomischen Brechung. Seine Hauptleistung bestand jedoch darin, die Grundlagen der physikalischen (und nicht nur der geometrischen) Optik als Wissenschaft zu schaffen und ihre mathematische Basis zu entwickeln, indem er die Theorie des Lichts von einer zufälligen Ansammlung von Fakten in eine Wissenschaft mit reichem qualitativen und quantitativen Inhalt verwandelte, die experimentell gut begründet ist. Newtons optische Experimente wurden für Jahrzehnte zum Vorbild für tiefgreifende physikalische Untersuchungen.

In dieser Zeit gab es viele spekulative Theorien über das Licht und die Farbigkeit; vor allem Aristoteles („die verschiedenen Farben sind eine Mischung aus Licht und Dunkelheit in unterschiedlichen Anteilen“) und Descartes („die verschiedenen Farben entstehen durch die Rotation von Lichtteilchen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten“) hatten damit zu kämpfen. Hooke in seiner Mikrographie (1665) bot eine Variante der aristotelischen Sichtweise an. Viele glaubten, dass Farbe kein Attribut des Lichts ist, sondern eines beleuchteten Objekts. Die allgemeine Uneinigkeit wurde durch eine Kaskade von Entdeckungen des 17. Jahrhunderts verschärft: Beugung (1665, Grimaldi), Interferenz (1665, Hooke), Doppelstrahlenbrechung (1670, Erasmus Bartolin, untersucht von Huygens), Schätzung der Lichtgeschwindigkeit (1675, Römer). Es gab keine Theorie des Lichts, die mit all diesen Tatsachen vereinbar gewesen wäre.

In seiner Rede vor der Royal Society widerlegte Newton sowohl Aristoteles als auch Descartes und bewies überzeugend, dass weißes Licht nicht primär ist, sondern aus farbigen Komponenten mit unterschiedlichem „Brechungsgrad“ besteht. Diese Komponenten sind primär – kein Trick von Newton könnte ihre Farbe verändern. Das subjektive Farbempfinden hatte also eine feste objektive Grundlage – in der modernen Terminologie die Wellenlänge des Lichts, die durch den Grad der Brechung beurteilt werden konnte.

1689 hörte Newton auf, auf dem Gebiet der Optik zu publizieren (obwohl er seine Forschungen fortsetzte) – einer populären Legende zufolge hatte er sich geschworen, zu Lebzeiten von Hooke nichts auf diesem Gebiet zu veröffentlichen. Auf jeden Fall wurde 1704, ein Jahr nach Hookes Tod, seine Monographie Optics (in englischer Sprache) veröffentlicht. Im Vorwort wird der Konflikt mit Hooke deutlich: „Um nicht in Streitigkeiten über verschiedene Fragen hineingezogen zu werden, habe ich diese Veröffentlichung hinausgezögert und hätte sie weiter hinausgezögert, wenn nicht meine Freunde darauf bestanden hätten. Zu Lebzeiten des Autors erlebten die Optica, wie auch die Elemente, drei Ausgaben (1704, 1717, 1721) und zahlreiche Übersetzungen, darunter drei ins Lateinische.

Historiker unterscheiden zwei Gruppen von Hypothesen über die Natur des Lichts zu dieser Zeit.

Newton wird oft als Verfechter der Korpuskeltheorie des Lichts angesehen; tatsächlich hat er nicht, wie es seine Gewohnheit war, eine „Hypothese“ aufgestellt und bereitwillig zugegeben, dass Licht auch mit Wellen im Äther in Verbindung gebracht werden kann. In einer Abhandlung, die er 1675 der Royal Society vorlegte, schreibt er, dass Licht nicht einfach Schwingungen im Äther sein kann, denn dann könnte es sich zum Beispiel durch eine gekrümmte Röhre ausbreiten, wie es der Schall tut. Andererseits vermutet er, dass die Ausbreitung des Lichts Schwingungen im Äther hervorruft, die zu Beugung und anderen Welleneffekten führen. Im Wesentlichen schlägt Newton, der sich der Vor- und Nachteile beider Ansätze bewusst ist, einen Kompromiss vor, die Korpuskular-Wellen-Theorie des Lichts. In seinen Werken beschrieb Newton ausführlich ein mathematisches Modell der Lichtphänomene, wobei er die Frage nach dem physikalischen Träger des Lichts beiseite ließ: „Meine Lehre von der Lichtbrechung und den Farben besteht nur in der Feststellung einiger Eigenschaften des Lichts ohne jegliche Hypothese über seinen Ursprung. Die Wellenoptik, als sie aufkam, verwarf die Newtonschen Modelle nicht, sondern übernahm sie und erweiterte sie auf einer neuen Grundlage.

Trotz seiner Abneigung gegen Hypothesen stellte Newton eine Liste ungelöster Probleme und möglicher Antworten an das Ende von Optics. In jenen Jahren konnte er es sich jedoch leisten – Newtons Autorität war nach den „Elementen“ unbestritten, und nur wenige wagten es, ihn mit Einwänden zu belästigen. Eine Reihe seiner Hypothesen erwies sich als prophetisch. Newton sagte insbesondere voraus:

Andere Arbeiten in der Physik

Newton war der erste, der die Schallgeschwindigkeit in einem Gas auf der Grundlage des Boyle-Mariotte-Gesetzes berechnete. Er wies auf die Existenz des Gesetzes der viskosen Reibung hin und beschrieb die hydrodynamische Kompression eines Strahls. Er schlug die Formel für das Gesetz des Widerstands eines Körpers in einem verdünnten Medium (Newtonsche Formel) vor und betrachtete auf ihrer Grundlage eines der ersten Probleme in Bezug auf die günstigste Form des stromlinienförmigen Körpers (Newtonsche aerodynamische Aufgabe). In den Elementen formulierte und argumentierte er die richtige Annahme, dass ein Komet einen festen Kern hat, dessen Verdampfung unter dem Einfluss der Sonnenwärme einen ausgedehnten Schweif bildet, der stets der Sonne entgegengesetzt ist. Newton beschäftigte sich auch mit der Wärmeübertragung, wobei eines der Ergebnisse als Newton-Richmann-Gesetz bezeichnet wird.

Newton sagte die Ebenheit der Erde an den Polen voraus und schätzte sie auf etwa 1:230. Newton verwendete zur Beschreibung der Erde das Modell einer homogenen Flüssigkeit, wandte das Gesetz der universellen Gravitation an und berücksichtigte die Zentrifugalkraft. Zur gleichen Zeit führte Huygens, der nicht an die weitreichende Kraft der Gravitation glaubte und das Problem rein kinematisch betrachtete, ähnliche Berechnungen durch. Dementsprechend sagte Huygens eine mehr als halb so starke Kompression voraus wie Newton, nämlich 1:576. Außerdem bewiesen Cassini und andere Kartesianer, dass die Erde nicht gestaucht war, sondern sich an den Polen wie eine Zitrone ausdehnte. Anschließend, wenn auch nicht sofort (die tatsächliche Kompression beträgt 1:298. Der Grund für den Unterschied zwischen diesem Wert und dem von Newton vorgeschlagenen Huygens-Wert liegt darin, dass das Modell der homogenen Flüssigkeit noch nicht ganz genau ist (die Dichte nimmt mit der Tiefe deutlich zu). Eine genauere Theorie, die ausdrücklich die Abhängigkeit der Dichte von der Tiefe berücksichtigt, wurde erst im 19. Jahrhundert entwickelt.

Studenten

Streng genommen hatte Newton keine direkten Schüler. Allerdings wuchs eine ganze Generation englischer Wissenschaftler mit seinen Büchern und in Kontakt mit ihm auf, so dass sie sich als Schüler Newtons betrachteten. Zu den bekanntesten von ihnen gehören:

Chemie und Alchemie

Parallel zu den Forschungen, die den Grundstein für die heutige wissenschaftliche (physikalische und mathematische) Tradition legten, verbrachte Newton viel Zeit mit der Alchemie und der Theologie. Bücher über Alchemie machten ein Zehntel seiner Bibliothek aus. Er veröffentlichte keine Werke über Chemie oder Alchemie, und das einzige bekannte Ergebnis dieser langjährigen Faszination war Newtons schwere Vergiftung im Jahr 1691. Als Newtons Leiche exhumiert wurde, fand man in seinem Körper gefährliche Mengen an Quecksilber.

Stukeley erinnert daran, dass Newton eine Abhandlung über die Chemie schrieb, in der er „die Grundsätze dieser geheimnisvollen Kunst auf der Grundlage experimenteller und mathematischer Beweise erläuterte“, doch leider verbrannte das Manuskript bei einem Feuer, und Newton unternahm keinen Versuch, es zu retten. Die überlieferten Briefe und Notizen deuten darauf hin, dass Newton über die Möglichkeit einer Vereinigung der Gesetze der Physik und der Chemie zu einem einheitlichen System der Welt nachdachte; er stellte mehrere Hypothesen zu diesem Thema am Ende der Optik auf.

Б. Kuznetsov glaubt, dass Newtons alchemistische Studien Versuche waren, die atomistische Struktur der Materie und andere Formen der Materie (z.B. Licht, Wärme, Magnetismus) aufzudecken. Newtons Interesse an der Alchemie war uninteressiert und eher theoretisch:

Seine Atomistik basiert auf der Idee einer Hierarchie von Teilchen, die durch immer weniger intensive Kräfte der gegenseitigen Anziehung von Teilen gebildet werden. Diese Idee einer unendlichen Hierarchie diskreter Materieteilchen ist mit der Idee der Einheit der Materie verbunden. Newton glaubte nicht an die Existenz von Elementen, die sich nicht ineinander umwandeln können. Vielmehr ging er davon aus, dass die Vorstellung von der Unzerlegbarkeit der Teilchen und folglich von qualitativen Unterschieden zwischen den Elementen mit den historisch begrenzten Möglichkeiten der experimentellen Technik zusammenhängt.

Diese Annahme wird durch Newtons eigene Aussage bestätigt: „Die Alchemie beschäftigt sich nicht mit Metallen, wie die Unwissenden denken. Diese Philosophie gehört nicht zu denen, die der Eitelkeit und dem Betrug dienen, sondern sie dient vielmehr dem Nutzen und der Erbauung, während die Hauptsache hier die Erkenntnis Gottes ist“.

Theologie

Als tief religiöser Mensch betrachtete Newton die Bibel (wie auch alles andere) aus einer rationalistischen Perspektive. Newtons Ablehnung der Trinität Gottes scheint mit diesem Ansatz zusammenzuhängen. Die meisten Historiker sind der Ansicht, dass Newton, der viele Jahre lang am College of the Holy Trinity arbeitete, selbst nicht an die Dreifaltigkeit glaubte. Forscher seiner theologischen Werke haben festgestellt, dass Newtons religiöse Ansichten dem häretischen Arianismus nahe standen (siehe Newtons Artikel „A Historical Tracing of Two Notable Distortions of Holy Scripture“).

Der Grad der Nähe von Newtons Ansichten zu den verschiedenen von der Kirche verurteilten Irrlehren wurde auf unterschiedliche Weise beurteilt. Der deutsche Historiker Fiesenmayer schlug vor, dass Newton die Dreifaltigkeit akzeptierte, aber näher am östlichen, orthodoxen Verständnis davon. Der amerikanische Historiker Stephen Snobelin wies diese Ansicht unter Berufung auf eine Reihe von Belegen entschieden zurück und stufte Newton als Sozinianer ein.

Nach außen hin blieb Newton jedoch der staatlichen Kirche von England treu. Dafür gab es einen guten Grund: Das Gesetz von 1697 über die Unterdrückung von Gotteslästerung und Pietätlosigkeit bei Leugnung einer der Personen der Dreifaltigkeit sah den Verlust der Bürgerrechte und im Wiederholungsfall eine Gefängnisstrafe vor. So wurde zum Beispiel Newtons Freund William Whiston 1710 wegen seiner Behauptung, das Glaubensbekenntnis der frühen Kirche sei arianisch gewesen, seiner Professorenwürde enthoben und von der Universität Cambridge verwiesen. In Briefen an Gleichgesinnte (Locke, Halley und andere) war Newton jedoch recht offen.

Neben dem Antitrinitarismus enthält Newtons religiöse Anschauung auch Elemente des Deismus. Newton glaubte an die materielle Präsenz Gottes an jedem Punkt des Universums und nannte den Raum „den fühlenden Gott“ (lat. sensorium Dei). Diese pantheistische Idee vereint die wissenschaftlichen, philosophischen und theologischen Ansichten Newtons zu einem einzigen Ganzen, „alle Bereiche der Newtonschen Interessen, von der Naturphilosophie bis zur Alchemie, stellen verschiedene Projektionen und zugleich verschiedene Kontexte dieser zentralen Idee dar, die ihn ungeteilt besaß“.

Newton veröffentlichte (teilweise) die Ergebnisse seiner theologischen Studien spät im Leben, aber sie begannen viel früher, spätestens 1673. Newton schlug seine eigene Version der biblischen Chronologie vor, hinterließ Werke zur biblischen Hermeneutik und schrieb einen Kommentar zur Apokalypse. Er studierte die hebräische Sprache und untersuchte die Bibel mit wissenschaftlichen Methoden, indem er astronomische Berechnungen im Zusammenhang mit Sonnenfinsternissen, linguistische Analysen usw. anstellte, um seine Ansichten zu untermauern. Nach seinen Berechnungen wird das Ende der Welt nicht vor 2060 eintreten.

Newtons theologische Manuskripte werden heute in Jerusalem in der Nationalbibliothek aufbewahrt.

Die Inschrift auf Newtons Grab lautet:

Hier ruht Sir Isaac Newton, der mit einer fast göttlichen Vernunftkraft als erster mit seiner mathematischen Methode die Bewegungen und Formen der Planeten, die Bahnen der Kometen und die Gezeiten der Ozeane erklärte.

Auf einer Statue, die 1755 für Newton im Trinity College errichtet wurde, sind Verse von Lukrez eingemeißelt:

Newton selbst schätzte seine Leistungen eher bescheiden ein:

Ich weiß nicht, wie die Welt mich wahrnimmt, aber ich stelle mir vor, dass ich ein Junge bin, der am Strand spielt und sich damit vergnügt, ab und zu einen bunten Kieselstein oder eine schöne Muschel zu suchen, während sich der große Ozean der Wahrheit unerforscht vor mir ausdehnt.

Lagrange sagte: „Newton war der glücklichste aller Sterblichen, denn es gibt nur ein Universum, und Newton hat dessen Gesetze entdeckt.

Die alte russische Aussprache des Nachnamens von Newton ist „Nevton“. Zusammen mit Plato wird er von M. V. Lomonosov in seinen Gedichten respektvoll erwähnt:

A. Einstein zufolge „war Newton der erste, der versuchte, elementare Gesetze zu formulieren, die den zeitlichen Ablauf einer breiten Klasse von Vorgängen in der Natur mit einem hohen Grad an Vollständigkeit und Genauigkeit regeln“ und „… durch seine Schriften einen tiefen und mächtigen Einfluss auf die Weltanschauung als Ganzes ausübte“.

Zum Jahreswechsel 1942/1943, während der dramatischsten Tage der Schlacht um Stalingrad, wurde Newtons 300. Eine Sammlung von Artikeln und ein biografisches Buch von S.I. Vavilov wurden veröffentlicht. Als Dank an das sowjetische Volk schenkte die Royal Society of Great Britain der Akademie der Wissenschaften der UdSSR ein seltenes Exemplar der ersten Ausgabe von Newtons Mathematischen Prinzipien (1687) und einen Entwurf (einen von drei) von Newtons Brief an Alexander Menshikov, in dem er ihn über seine Wahl in die Royal Society of London informiert:

Der Königlichen Gesellschaft ist seit langem bekannt, dass Ihr Kaiser die Künste und Wissenschaften in seinem Reich gefördert hat. Und nun haben wir mit großer Freude von englischen Kaufleuten erfahren, dass Ihre Exzellenz, die größte Höflichkeit, hervorragenden Respekt für die Wissenschaften und Liebe zu unserem Land beweist, beabsichtigt, Mitglied unserer Gesellschaft zu werden.

Newton ist nach ihm benannt:

Einige gängige Legenden wurden bereits erwähnt: der „Newton-Apfel“, sein einziger Auftritt im Parlament.

Die Legende besagt, dass Newton zwei Löcher in seine Tür gebohrt hat, ein größeres und ein kleineres, damit seine beiden Katzen, eine große und eine kleine, das Haus alleine betreten konnten. In Wirklichkeit hat Newton nie Katzen oder andere Haustiere gehalten.

Ein anderer Mythos beschuldigt Newton, das einzige Porträt von Hooke zerstört zu haben, das sich einst im Besitz der Royal Society befand. In Wirklichkeit gibt es keinen einzigen Beweis, der eine solche Anschuldigung stützt. Allan Chapman, Hookes Biograf, beweist, dass es kein einziges Porträt von Hooke gab (was angesichts der hohen Kosten für Porträts und Hookes anhaltender finanzieller Schwierigkeiten nicht überrascht). Die einzige Quelle für den Hinweis auf ein solches Porträt ist ein Verweis auf ein Porträt eines deutschen Gelehrten, Zacharias von Uffenbach, der 1710 die Royal Society besuchte, aber Uffenbach sprach kein Englisch und bezog sich wahrscheinlich auf ein anderes Mitglied der Gesellschaft, Theodore Haak. Das Porträt von Haak existierte tatsächlich und ist bis heute erhalten geblieben. Ein zusätzliches Argument für die Ansicht, dass Hookes Porträt nie existierte, ist die Tatsache, dass Hookes Freund und Sekretär Richard Waller 1705 eine posthume Sammlung von Hookes Werken mit hervorragenden Illustrationen und einer ausführlichen Biografie veröffentlichte, jedoch ohne ein Porträt von Hooke; auch alle anderen Werke von Hooke enthalten kein Porträt des Gelehrten.

Newton wird manchmal ein Interesse an der Astrologie nachgesagt. Wenn doch, dann wurde sie schnell von Desillusionierung abgelöst.

Aus der Tatsache, dass Newton unerwartet zum Leiter der Münzanstalt ernannt wurde, haben einige Biographen geschlossen, dass Newton Mitglied einer Freimaurerloge oder eines anderen Geheimbundes war. Es wurden jedoch keine Belege gefunden, die diese Hypothese stützen.

Kanonische Ausgaben

Die klassische Gesamtausgabe von Newtons Schriften in 5 Bänden in der Originalsprache:

Ausgewählte Korrespondenz in 7 Bänden:

Übersetzungen ins Russische

Quellen

  1. Ньютон, Исаак
  2. Isaac Newton
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