Isaak Newton und die Lehren der Gravitation, des Lichtes und der Mathematik

Im vorhergehenden Blog erfuhren wir, dass eine Vielzahl der physikalischen Erkenntnisse des Aristoteles erst rund 2000 Jahre später durch den italienischen Physiker und Astronomen Galileo Galilei (1564 – 1641) widerlegt wurden. Fast nahtlos trat mit Isaac Newton (1643 – 1727) danach ein weiterer Universalgelehrter auf den Plan, der die Physik mit Erkenntnissen revolutionierte, die größtenteils bis heute Bestand haben.

Isaac Newton on engraving from the 1800s. One of the most influential scientists in history. Engraved by Freeman from the original painting by Sir Godfrey Kneller and published by Arch. Fullarton & Co Glasgow.

Als Verfasser der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) läutete der englische Physiker, Mathematiker, Astronom und Philosoph Isaac Newton das moderne Zeitalter der Physik und der klassischen Mechanik ein. Er entwickelte unter anderem die drei berühmten Bewegungsgesetze, die Lehre von der Gravitationskraft und gilt als Entdecker der Zusammensetzung des Lichts. Darüber hinaus betrieb er erfolgreiche Grundlagenforschung in Aerodynamik und Akustik und entwickelte in der Mathematik die Differential- und Integralrechnung. Auch wichtige chemische, alchemistische und theologische Schriften gehören zu Newtons Gesamtwerk. Bereits im Alter von 27 Jahren war er Professor für Mathematik, neben dem er parallel noch viele andere Dinge herausfand, zum Beispiel, dass es auf der Sonne Flecken gibt und dass das weiße Licht aus einer Mischung aus farbigen Lichtkomponenten besteht.

Gravitation und Schwerkraft

Seinen größten Bekanntheitsgrad verdankt Newton jedoch seinem Gravitationsgesetz, mit dem er erstmals die Schwerkraft erklärte. Er erkannte, dass Massenkörper sich gegenseitig anziehen und dass die Anziehungskraft dem Quadrat der Entfernung umgekehrt proportional ist. Newton schloss daraus, dass die Schwerkraft auch auf den Mond wirkt, der sich durch die Zentrifugalkraft in seiner Erdumlaufbahn hält. Um die Kräfte, die die Gestirne auf ihren Bahnen halten, zu berechnen, entwickelte er eine völlig neue mathematische Methode, die Infinitesimalrechnung, die seitdem den Beginn der höheren Mathematik darstellt. Konnte man bis dahin nur mit festen Größen wie Zahlen umgehen, eröffnete Newtons Entwicklung nun Möglichkeiten, auch zeitlich veränderliche Größen wie physikalische Kräfte oder Geschwindigkeiten in Zahlen auszudrücken. Erst die späteren Erkenntnisse aus dem Elektromagnetismus sowie die Relativitätstheorie Albert Einsteins rückten Newtons Mechanik in ein anderes Licht.

Bis heute gültige Theorie

Black hole star in deep space, Physically accurate 3D illustration

Bis heute gilt Newtons Mechanik Generationen von Wissenschaftlern und Historikern nach wie vor als fundamentaler Beitrag im Sinne rationaler Beschreibung der Realität durch ein universales Prinzip. Das galt im 17. Jahrhundert und gilt auch noch im 21. Jahrhundert. Und da die Natur ein höchst komplexes Phänomen darstellt, ist es fast immer unmöglich, diese Komplexität exakt in einem theoretischen Modell abzubilden. Newtons Theorie der Gravitation überzeugt vielmehr dadurch, dass sie in der Lage ist, die Realität exakt zu beschreiben, so, dass wir heute damit Raketen ins Weltall und Raumsonden zu anderen Planeten schicken können. Einsteins Theorie und die der ihm nachfolgenden Quantenphysiker sind daher aus Sicht der meisten Wissenschaftler weniger eine Widerlegung als vielmehr eine Erweiterung der Beschreibungen Newtons. Innerhalb der Grenzen ihrer Gültigkeit ist seine Theorie der Gravitation heute genau so gut wie sie es immer schon war. Die klassische Mechanik und die Gravitationstheorie von Newton werden immer noch überall in der Naturwissenschaft verwendet. Weil sie in den allermeisten Fällen brauchbare Modelle der Realität sind, mit dem sich wunderbar genau Beschreibungen und Vorhersagen treffen lassen.

Rüdiger Lehmann

Fotos. I-Stock, Quellen: Wikipedia

http://avg-trier.de/experimentell/PHYSIKER/NEWTON/ISAAC_LEBENSLAUF.HTM

http://www.whoswho.de/bio/isaac-newton.html