Читать книгу Newtons Apfel - Группа авторов - Страница 30

Galilei gilt damit als Hauptbegründer der modernen Naturwissenschaft, die auf systematischen Beobachtungen und Experimenten, quantitativen Messungen, mathematischen Analysen der Messergebnisse sowie einer gesetzmäßigen Naturbeschreibung beruht. Es war Isaac Newton in England, der die diversen Einsichten in eine einheitliche Theorie integrierte und damit die entscheidende Grundlage der Klassischen Physik schuf, einschließlich des Relativitäts- und Trägheitsprinzips, der Bewegungsgesetze und des Gravitationsgesetzes. Außerdem leistete Newton auch mathematische Pionierarbeit. So begründete er die Infinitesimalrechnung, die er für seine physikalischen Beschreibungen benötigte, und lieferte wichtige Beiträge zur Algebra. In seiner Schrift „Opticks“ veröffentlichte Newton 1704 auch Überlegungen zur Theorie des Lichts. Mit Prisma-Experimenten erklärte er den Regenbogen. Er argumentierte für eine Teilchentheorie des Lichts und gegen die unter anderem von Christiaan Huygens (ab 1678) verfochtene Wellentheorie. Außerdem postulierte er 1675 einen mechanischen Äther als Medium der Lichtübertragung. 1672 erfand er das Spiegelteleskop.

Nach Vorarbeiten in seiner Schrift „De Motu Corporum“ von 1684 publizierte Newton 1687 sein epochales Werk „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ („Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie“). Darin formulierte er seine drei Grundgesetze der Bewegung, die zusammen mit dem Gravitationsgesetz den Kern der Klassischen Physik ausmachen. Sie beschreiben die Beziehung zwischen Körpern mit Masse und Impuls und den darauf wirkenden Kräften sowie den daraus resultierenden Bewegungen. Vereinfacht ausgedrückt lauten die Gesetze: 1. Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich geradlinig und gleichförmig, also mit konstanter Geschwindigkeit, wenn keine äußeren Kräfte wirken. 2. Eine Bewegungsänderung ist proportional zur einwirkenden Kraft und entspricht deren Richtung; Kraft ist also gleich Masse mal Beschleunigung. 3. Eine Kraft von einem Körper auf einen zweiten geht mit einer gleich großen, entgegen gerichteten Kraft von dem zweiten auf den ersten einher. Als Zusatz beschrieb Newton das oft als viertes Gesetz bezeichnete Superpositionsprinzip der Mechanik: Wirken auf einen starren Körper mehrere Kräfte, so addieren sich diese vektoriell zu einer resultierenden Kraft.

Newton erkannte auch, dass Massen aufeinander einwirken mit einer anziehenden Gravitationskraft F, die entlang der Verbindungslinie der Massenmittelpunkte gerichtet ist und sich in ihrer Stärke proportional zum Produkt der beiden Massen m₁ und m₂ sowie umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands r verhalten. Die Gravitationskonstante G haben erst 1873 Alfred Cornu und Jean-Baptistin Baille explizit eingeführt, zuvor wurden nur die Proportionalitäten verwendet. Henry Cavendish gelang es 1797 mit einer empfindlichen Drehwaage erstmals, die wechselseitige Anziehung zweier Körper bekannter Masse zu messen und so Newtons Gravitationsgesetz experimentell zu bestätigen.

Es ermöglichte eine viel präzisere Berechnung der Planeten-Positionen als zuvor. Die mit den Modellen von Ptolemäus oder Kopernikus vorhergesagten Himmelsorte wichen von den Beobachtungen oft um 10 Bogenminuten ab, also um rund ein Drittel des Monddurchmessers; auch Keplers Gesetze führten noch zu Ungenauigkeiten in der Größenordnung einer Bogenminute. Überdies zeigte Newton, dass sich Himmelskörper nicht nur auf ellipsenförmigen Bahnen bewegen können, sondern auch auf Parabeln und Hyperbeln.

1705 berechnete Edmond Halley in Oxford, dass der 1682 beobachtete Komet auf einer stark elliptischen Bahn durchs Sonnensystem zieht. Drei frühere Kometen-Erscheinungen von 1456, 1531 und 1607 identifizierte Halley als dasselbe Objekt und sagte dessen Wiederkehr für das Jahr 1758 voraus – die tatsächlich eintrat. Das bedeutete einen großen Triumph für Newtons Gravitationstheorie. Ähnlich auch die Voraussage eines achten Planeten 1846 durch den Mathematiker Urbain Le Verrier, Direktor des Observatoire de Paris. Er berechnete die Position aufgrund schon länger bekannter Bahnstörungen des Planeten Uranus und bat Johann Gottfried Galle, Observator an der Berliner Sternwarte, danach zu suchen. Der fand den später Neptun genannten Planeten tatsächlich rasch – nur etwa ein Grad von der vorhergesagten Stelle am Himmel entfernt.