Isaac Newton

Sir Isaac Newton (geboren am 25. Dezember 1642 jul. / 4. Januar 1643 greg. in Woolsthorpe-by-Colsterworth, Lincolnshire; gestorben am 20. März 1726 jul. / 31. März 1727 greg. in Kensington, London) war ein englischer Universalgelehrter und gilt als einer der einflussreichsten Wissenschaftler der Geschichte sowie als zentrale Figur der wissenschaftlichen Revolution. Sein Hauptwerk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica („Mathematische Grundlagen der Naturphilosophie"), erstmals veröffentlicht 1687, legte durch die Formulierung der Bewegungsgesetze und des Gravitationsgesetzes die Grundlagen der klassischen Mechanik. Newton leistete darüber hinaus bahnbrechende Beiträge zur Optik, entwickelte unabhängig von Gottfried Wilhelm Leibniz die Infinitesimalrechnung und wirkte als Münzmeister der Royal Mint sowie als Präsident der Royal Society. Sein Werk vereinheitlichte die Physik des Himmels und der Erde unter einem einzigen mathematischen Rahmen und begründete ein Naturwissenschaftsverständnis, das das abendländische Denken für mehr als zwei Jahrhunderte prägte.

Frühes Leben und Ausbildung

Isaac Newton kam als Frühgeborener am Weihnachtstag des Jahres 1642 (nach gregorianischer Kalenderrechnung der 4. Januar 1643) auf dem Gut Woolsthorpe Manor in Woolsthorpe-by-Colsterworth in der englischen Grafschaft Lincolnshire zur Welt. Sein gleichnamiger Vater, ein wohlhabender, jedoch des Lesens unkundiger Farmer, starb drei Monate vor der Geburt seines Sohnes. Als Newton drei Jahre alt war, heiratete seine Mutter Hannah Ayscough erneut und überließ den Jungen der Obhut seiner Großmutter mütterlicherseits – eine Erfahrung, die Biografen mit seiner lebenslangen Neigung zu Unsicherheit und Misstrauen in zwischenmenschlichen Beziehungen in Verbindung gebracht haben.

Newton besuchte die King's School in Grantham, wo er durch mechanisches Geschick auffiel, unter anderem durch den Bau von Modellen von Windmühlen und Sonnenuhren. Im Jahr 1659, nach dem zweiten Tod ihres Ehemannes, holte ihn seine Mutter nach Woolsthorpe zurück, um den Familienbesitz zu verwalten. Seine offensichtliche Unbegabung für die Landwirtschaft führte jedoch – unterstützt durch das Eingreifen seines Onkels William Ayscough und seines Schulleiters – zur Wiederaufnahme in die Schule. 1661 wurde Newton am Trinity College der Universität Cambridge aufgenommen, zunächst als sogenannter Subsizar, der sein Studium durch Dienstleistungen finanzierte.

In Cambridge begegnete Newton den Schriften von René Descartes, Johannes Kepler, Galileo Galilei und anderen Wegbereitern der neuen Naturphilosophie. 1665 erlangte er seinen Bachelor-Abschluss. Als die Universität im selben Jahr infolge der Großen Pest geschlossen wurde, kehrte Newton für zwei Jahre nach Woolsthorpe zurück – eine Zeit, die später als sein annus mirabilis („Wunderjahr") gefeiert wurde. In dieser Periode legte er die Grundlagen der Differential- und Integralrechnung, die er „Fluxionsmethode" nannte, führte Experimente zur Natur des Lichts und der Farben durch und begann die Untersuchungen, die schließlich zu seiner Gravitationstheorie führen sollten – berühmt, wenn auch möglicherweise nur Legende, inspiriert durch die Beobachtung eines herabfallenden Apfels in seinem Garten.

Mathematische Leistungen

Newtons früheste bedeutende mathematische Arbeit betraf den binomischen Lehrsatz, den er auf nicht-ganzzahlige und negative Exponenten verallgemeinerte. Darauf aufbauend entwickelte er um 1665–1666 seine Fluxionsmethode, ein Verfahren zur Berechnung momentaner Änderungsraten und von Flächen unter Kurven – im Kern die Differential- und Integralrechnung. Obwohl Leibniz in den 1670er Jahren unabhängig eine gleichwertige Infinitesimalrechnung entwickelte und diese zuerst veröffentlichte – was den berühmten Prioritätsstreit auslöste –, wandte Newton seine Methode in der eigenen physikalischen Forschung umfassend an. Darüber hinaus trug er zur numerischen Lösung von Gleichungen (das sogenannte Newton-Verfahren), zur Klassifikation kubischer Kurven und zur Interpolationstheorie bei.

Optik

Zwischen 1666 und 1672 führte Newton eine Reihe wegweisender optischer Experimente durch. Mit einem Glasprisma wies er nach, dass weißes Licht keine einheitliche Größe ist, sondern ein heterogenes Gemisch von Strahlen verschiedener Farben, die jeweils unter einem charakteristischen Winkel gebrochen werden. Diese Entdeckung widerlegte die bis dahin vorherrschende aristotelische und kartesische Auffassung, Farbe sei lediglich eine Modifikation des reinen weißen Lichts. Newton schloss daraus, dass die Dispersion des Lichts Linsenfernrohre grundsätzlich anfällig für chromatische Aberration mache, und erfand entsprechend das Spiegelteleskop, das er 1668 vollendete und das statt einer Linse einen gekrümmten Spiegel verwendet. 1672 übermittelte er der Royal Society eine Abhandlung zu seinen optischen Theorien, die scharfe Kritik hervorrief – insbesondere von Robert Hooke –, was seine Empfindsamkeit tief verletzte und zu seiner Zurückhaltung bei Veröffentlichungen beitrug. Seine Erkenntnisse fasste er später in der Opticks (1704) zusammen, die für ihre experimentellen „Queries" (Anfragen) bemerkenswert ist, mit denen er weitere Forschungslinien vorschlug.

Mechanik und Gravitation

Newtons Meisterwerk, die Principia Mathematica, erschien 1687 auf Anregung und mit finanzieller Unterstützung von Edmond Halley. Darin formulierte Newton die drei Bewegungsgesetze: das Trägheitsgesetz, das Gesetz, wonach Kraft gleich Masse mal Beschleunigung ist, sowie das Prinzip von actio und reactio („actio et reactio"), wonach jede Kraft eine gleich große Gegenkraft hervorruft. Aus diesen Axiomen, zusammen mit seinem Gravitationsgesetz – das besagt, dass sich zwei Körper gegenseitig mit einer Kraft anziehen, die proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihrer Abstände ist –, leitete Newton die Keplerschen Gesetze der Planetenbewegung her, erklärte die Gezeiten, begründete die Präzession der Äquinoktien und analysierte die Bahnen von Kometen. Indem er nachwies, dass ein einziges Naturgesetz sowohl die himmlischen als auch die irdischen Erscheinungen beherrscht, überwand Newton die aristotelische Trennung zwischen Himmel und Erde und ersetzte die qualitative Naturphilosophie durch eine mathematisch-quantitative Wissenschaft.

Spätere Laufbahn

In den 1690er Jahren verlagerten sich Newtons Interessen zunehmend auf öffentliche Verwaltung, biblische Chronologie und Alchemie. 1696 wurde er zum Warden (Aufseher) der Royal Mint ernannt und 1699 zum Master of the Mint befördert, weshalb er dauerhaft nach London übersiedelte. In dieser Funktion überwachte er die Große Münzreform (Great Recoinage) von 1696, verfolgte Münzfälscher mit bemerkenswertem Eifer – einschließlich einer ausgedehnten Kampagne aus Ermittlungen und Verhören – und leitete die Münzprägeanstalt bis zu seinem Tod mit Effizienz und Strenge. 1703 wurde er zum Präsidenten der Royal Society gewählt, ein Amt, das er bis zu seinem Lebensende innehatte und das er mit autoritärer Hand führte. Königin Anne schlug ihn 1705 zum Ritter, womit er der erste Wissenschaftler war, der für seine gelehrte Arbeit auf diese Weise geehrt wurde, wobei die Ehrung allerdings ebenso mit seinen politischen und münzbezogenen Aktivitäten verbunden war wie mit seiner Wissenschaft.

Theologie und Alchemie

Neben seiner wissenschaftlichen Arbeit widmete Newton erhebliche Aufmerksamkeit Themen, die er weitgehend geheim hielt. Er war ein tief religiöser, wenn auch heterodoxer Mensch, der das Dogma der Dreifaltigkeit ablehnte – eine Position (Antitrinitarismus), die, wäre sie offen bekannt worden, ihn seine Stellung in Cambridge gekostet hätte. Er schrieb ausführlich über biblische Auslegung, Prophetie und Chronologie und untersuchte die antike Theologie als Mittel zur Wiedererlangung einer prisca sapientia, einer ursprünglichen Weisheit, die, wie er glaubte, einst Wahrheiten enthalten hatte, die später verdorben worden seien. Darüber hinaus widmete sich Newton jahrzehntelang alchemistischen Forschungen und hinterließ über eine Million Wörter experimenteller Aufzeichnungen zur Goldherstellung (Chrysopoeia). Die moderne Forschung debattiert das Verhältnis dieser Betätigungen zu seiner Wissenschaft; viele Historiker argumentieren, dass seine Suche nach verborgenen Kräften der Natur – ob gravitative oder alchemistische – einem einheitlichen geistigen Forschungsprogramm entsprang.

Persönlichkeit und Kontroversen

Newton war berüchtigt für seine Geheimnistuerei, seine Empfindlichkeit gegenüber Kritik und seine Anfälligkeit für Prioritätsstreitigkeiten. Seine Auseinandersetzung mit Robert Hooke über die Optik und später über das Quadratwurzelgesetz – genauer: das Abstandsgesetz – der Gravitation war verbittert und langanhaltend. Die bekannteste Kontroverse war sein Streit mit Gottfried Wilhelm Leibniz um die Erfindung der Infinitesimalrechnung, der sich zu einem nationalistischen Zerwürfnis zwischen englischen und kontinentaleuropäischen Mathematikern auswuchs. Die Royal Society, unter Newtons Präsidentschaft, führte eine Untersuchung durch, die Newton die Priorität zusprach – aufgrund eines Berichts, der sich später als von Newton selbst verfasst herausstellte. Der Streit isolierte die englische Mathematik im achtzehnten Jahrhundert für längere Zeit von den Fortschritten des Kontinents. Newton heiratete nie und hatte nur wenige enge Freunde; zu seinen nächsten späteren Vertrauten zählten der junge Schweizer Mathematiker Nicolas Fatio de Duillier sowie der Ehemann seiner Nichte, John Conduitt, der ihm an der Mint half und Erinnerungen an sein Leben bewahrte.

Tod und Nachwirkung

Newton starb am 20. März 1727 (nach dem julianischen Kalender) im Schlaf in Kensington bei London und wurde mit großen Feierlichkeiten in der Westminster Abbey beigesetzt. Seiner Beisetzung wohnten führende Staatsmänner und Naturforscher bei, und Voltaire, der die Zeremonie beobachtete, bemerkte, dass England einen Mathematiker so ehrte, wie andere Nationen ihre Könige ehren.

Newtons Einfluss auf Wissenschaft und Denken lässt sich kaum überschätzen. Seine Synthese von Mechanik und Gravitation wurde zum Vorbild einer erfolgreichen wissenschaftlichen Theorie schlechthin, und das „newtonsche Weltbild" – ein Universum aus Materie, die sich im absoluten Raum und in absoluter Zeit nach deterministischen mathematischen Gesetzen bewegt – dominierte die Physik bis zu den Revolutionen der Relativitätstheorie und Quantenmechanik im zwanzigsten Jahrhundert. Selbst nach diesen Umwälzungen bleibt die newtonsche Mechanik der praktische Bezugsrahmen für Alltagsingenieurwesen, Ballistik und astronomische Navigation. Zu New Ehren ist die SI-Einheit der Kraft, das Newton (Einheitenzeichen N), benannt; ebenso tragen zahlreiche wissenschaftliche Institutionen und Preise sowie der mathematisch-physikalische Begriff der „newtonschen Flüssigkeit" seinen Namen. Alexander Popes berühmtes Epigramm fasste das zeitgenössische Urteil über Newtons Leistung zusammen: „Nature and Nature's laws lay hid in night: God said, Let Newton be! and all was light." („Die Natur und ihre Gesetze lagen verborgen in der Nacht: Gott sprach, Es werde Newton! Und es ward Licht.")