Biografie von Newton

Biografie von Newton
(im Wesentlichen übersetzt aus der Mathematiker-Datenbank der University of St. Andrews, Schottland)
Isaac Newton
geboren:
Ein Onkel, William Ayscough, entschied, dass Newton auf eine Universitätslaufbahn vorbereitet werden sollte,
und überredete seine Mutter 1660, ihn wieder zur Schule zu schicken. In dieser Zeit wohnte er bei Stokes, dem
Direktor der Schule, und dieser scheint Newtons Mutter dazu gebracht zu haben, ihn die Universität besuchen
zu lassen. Möglicherweise führte er ihn auch in Euklids „Elemente“ ein, doch gibt es auch andere Anzeichen,
dass Newton die „Elemente“ nicht vor 1663 gelesen hat. Am 5. Juni 1661 begann Newton sein Studium am
Trinity College in Cambridge, an dem auch sein Onkel studiert hatte. Trotz des Reichtums seiner Mutter
arbeitete er dort als Betreuer anderer Studenten.
4. Januar 1643 in Woolthorpe bei Grantham in Lincolnshire
gestorben: 31. März 1727 in London
Aus der Vorlesung bekannt durch
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Newton' sches Tangentenverfahren
Newton' sches Interpolationspolynom
Differential- und Integralrechnung
Isaac Newtons Leben kann in drei recht unterschiedliche Abschnitte unterteilt werden. Der erste ist seine
Kindheit und Jugend bis zum Ruf auf einen Lehrstuhl im Jahre 1669 (also im Alter von 26 Jahren). Der zweite
dauerte bis 1687 und war seine produktivste Zeit; in dieser Zeit war er Professor in Cambridge. Während des
dritten Abschnitts, der fast so lange dauerte wie die beiden ersten zusammen, war Newton ein hoch-bezahlter
Regierungsbeamter in London und zeigte wenig Interesse an weiteren mathematischen Untersuchungen.
Isaac Newton wurde im Herrenhaus von Woolsthorpe nahe Grantham in Lincolnshire geboren. Nach dem
damals in dieser Gegend gebräuchlichen Kalender wurde er am Weihnachtsabend des Jahres 1642 geboren,
doch nach dem (in England erst 1752 eingeführten) Gregorianischen Kalender war es der 4. Januar 1643. Sein
Vater, der ebenfalls Isaac hieß, starb drei Monate bevor sein Sohn geboren wurde. Obwohl er als Bauer soviel
Land und Tiere besaß, dass man ihn durchaus als reich bezeichnen konnte, hatte er keinerlei Erziehung genossen und konnte noch nicht einmal seinen eigenen Namen schreiben.
Als Newton zwei Jahre alt war, heiratete seine Mutter, Hannah Ayscough, Barnabas Smith, den Pfarrer von
North Witham, einem nahegelegenen Dorf. Newton wuchs bei den Eltern seiner Mutter auf, die ihn jedoch wie
ein Waisenkind behandelten, so dass Newton weder zu ihnen noch zu seiner Mutter und seinem Stiefvater ein
gutes Verhältnis hatte. Im Alter von 19 Jahren beichtete Newton, er habe „seine Eltern damit bedroht, sie und
ihr Haus zu verbrennen.“
Seit dem Tod seines Stiefvaters im Jahre 1653 lebte Newton mit seiner Mutter, seiner Großmutter, einem Halbbruder und zwei Halbschwestern zusammen. Ungefähr um diese Zeit ging Newton erstmals zur Schule, wo er
allerdings wenig akademisches Talent zeigte; seine Zeugnisse beschreiben ihn als faul und unaufmerksam.
Seine Mutter war eine einigermaßen wohlhabende Frau und wollte, dass Newton ihren Besitz ver- waltete.
Newton musste daher die Schule wieder verlassen, doch zeigte er wenig Interesse oder Talent in der Vermögensverwaltung.
Aristoteles
Sein Studienziel war zunächst ein juristisches Examen, und der Lehrplan machte ihn mit der Philosophie von Aristoteles vertraut. Im dritten Studienjahr
gewährte der Studienplan einige Wahlmöglichkeiten,
und Newton studierte die Werke von Descartes, Gassendi, Hobbes und besonders Boyle. Die Himmelsmechanik von Kopernikus und Galilei faszinierten ihn
und er las Keplers „Optik“. Er hielt seine eigenen Gedanken in einem Buch fest, dem er den Titel
„Quaestiones Quaedam Philosophicae“ gab; in der
Einleitung dieses Buchs schreibt er:
Plato
.
„Plato ist mein Freund, Aristoteles ist mein Freund, aber mein bester Freund ist die Wahrheit.“
Es ist unklar, wie Newton den Weg zur Mathematik fand. Nach de Moivre war es im Herbst 1663, als Newton
auf dem Jahrmarkt in Cambridge ein astronomisches Buch kaufte, dessen mathematische Methoden er nicht
verstehen konnte. Als er ein trigonometrisches Buch lesen wollte, erkannte er, dass ihm die geometrischen
Grundlagen fehlten, und er entschloss sich, Euklids „Elemente“ in der Ausgabe von Barrow zu lesen. Die ersten
Ergebnisse erschienen ihm so leicht, dass er fast nicht weitergelesen hätte, doch änderte er seine Mei-nung,
als er las, dass „Parallelogramme über der gleichen Basis und zwischen den gleichen Parallelen gleich sind“.
Dabei gewann er Respekt vor Euklid und las das Buch nochmals von Anfang an. Danach las er viele andere
bedeutende mathematische Werke und verschaffte sich so ein solides mathematisches Grundwissen.
1663 übernahm Barrow den Lehrstuhl in Cambridge, und zur gleichen Zeit legte Newton sein juristisches Vorexamen ab und begann seine mathematischen Studien. Doch ist dies wahrscheinlich nur ein zufälliges Zusammentreffen, und es dauerte wohl noch einige Jahre, bis Barrow erkannte, welches Genie er unter seinen Studenten hatte. Obwohl seine Lernerfolge in seinem Jurastudium nicht immer gut waren, erhielt Newton am 28.
April 1664 ein Stipendium und legte ein Jahr später sein Bachelor-Examen ab. Sein wissenschaftlicher Geist
scheint bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht zur vollen Entfaltung gekommen zu sein, doch tat er dies sehr plötzlich, als im Sommer 1665 wegen einer Pestepidemie die Universität geschlossen wurde und er für knapp zwei
Jahre nach Lincolnshire zurückkehren musste. In dieser Zeit, noch nicht 25 Jahre alt, begann er seine revolutionären Ideen in Mathematik, Optik, Physik und Astronomie zu entwickeln.
So legte er die Grundlagen für die Differential- und Integralrechnung, mehrere Jahre bevor sie unabhängig von
ihm von Leibniz entdeckt wurden. Die „Fluxionsmethode“, wie er sie nannte, basiert auf der entscheidenden Erkenntnis, dass die Integration die Umkehrung der Differentiation ist. Er entwickelte einfache analytische Methoden zur Berechnung von Flächen, Tangenten, Längen gekrümmter Kurven sowie Minima und Maxima. 1671
hielt er diese und andere Resultate in seinem Werk De Methodis Serierum et Fluxionum fest, doch veröffentlichte er es nicht. So erschien es erst 1736 in einer englischen Übersetzung von John Colson.
Als die Universität von Cambridge 1667 nach dem Ende der
Epidemie wieder öffnete, erhielt Newton eine Anstellung am Trinity
College, zunächst im Oktober als Junior-Assistent und im Juli 1668,
nachdem er seinen Master-Grad erhalten hatte, als SeniorAssistent. Im Juli 1669 wollte Barrow Newtons Ergebnisse in der
wissenschaftlichen Welt bekannt machen und schickte dessen Text
„De Analysi“ an Collins in London. In einem begleitenden Brief
schrieb er:
Barrow
Newton brachte mir eine Arbeit, in der er eine Methode beschrieb zur Berechnung von Größen, wie sie z. B.
Mercator bei der Betrachtung der Hyperbel betrachtet, aber sehr viel allgemeiner, und zum Lösen von
Gleichungen. Da ich annehme, dass sie Ihnen gefallen wird, werde ich sie Ihnen demnächst zusenden.
Collins korrespondierte mit allen führenden Mathematikern seiner Zeit, so dass Barrows Aktion schnellen Erfolg
versprach. Collins zeigte Newtons Ergebnisse mit dessen Genehmigung Brouncker, dem Präsidenten der
Königlichen Gesellschaft, doch anschließend bat Newton um Rücksendung seines Manuskripts, so dass auch
Collins im folgenden nur ungenau von Newtons Arbeit berichten konnte, so z.B. an Sluze und Gregory. 1669
verzichtete Barrow auf den Lukasischen Lehrstuhl um sich der Theologie zu widmen, und empfahl den 27jährigen Newton als seinen Nachfolger. Kurz danach besuchte Newton London und traf zweimal mit Collins
zusammen, woraus sich aber kein dauerhafter Kontakt entwickelte.
Als Lukasischer Professor arbeitete Newton zunächst auf dem Gebiet der Optik,
und dieses Thema machte er auch zum Gegenstand seiner ersten Vorlesung,
die im Januar 1670 begann. Während der beiden Pestjahre war er zu dem
Schluss gekommen, dass weißes Licht keine unteilbare Einheit darstellt, wovon
seit Aristoteles jeder Wissenschaftler überzeugt gewesen war, doch die chromatische Abberation des Lichts in der Linse eines Fernrohrs überzeugte ihn vom
Gegenteil. Er schickte einen dünnen Sonnenstrahl durch ein Glasprisma und
entdeckte das entstehende Farbenspektrum. Daraus schloss er, dass weißes
Licht eine Mischung verschiedener Arten von Strahlen ist, die um einen jeweils
leicht unterschiedlichen Winkel gebrochen werden und eine unterschiedliche
Spektralfarbe erzeugen. Dieser Gedankengang führte Newton zu der falschen
Schlussfolgerung, dass die Leistungsfähigkeit eines Linsenteleskops zwingend
durch die Aberration des Lichts beeinträchtigt sein müsse. Er entwickelte daher
die Grundlagen eines Spiegelteleskops und baute auch eines, woraufhin er im
Jahre 1672 zum Mitglied der Königlichen Gesellschaft gewählt wurde.
Newton hatte ein ambivalentes Verhältnis zu seinen eigenen Veröffentlichungen: einerseits strebte er nach
Ruhm und Anerkennung, andererseits fürchtete er die öffentliche Kritik, und der einfachste Wege ihr zu entgehen, war es, nichts zu veröffentlichen. Gewiss ist diese Reaktion auf Kritik irrational, und auch sein Ziel, Hooke
wegen dessen Auffassungen öffentlich zu demütigen, war nicht normal. Dennoch setzte sich seine Korpuskeltheorie durch (wohl aufgrund von Newtons Reputation), bis im 19. Jahrhundert auch die Wellentheorie
wiederauflebte (Welle-Teilchen-Dualismus).
Newtons Verhältnis zu Hooke verschlechterte sich weiter, als letzterer 1675 Newton das geistige Eigentum an
einigen seiner optischen Entdeckungen absprach. Obwohl die beiden durch einen freundlichen Briefwechsel
ihren Frieden schlossen, verließ Newton die Königliche Gesellschaft, zu deren Führern Hooke gehörte, und
veröffentlichte bis zum Tod von Hooke im Jahre 1703 keine weiteren optischen Arbeiten. Erst 1704 erschienen
die „Optics“, die von der Theorie des Lichts und der Farben handelt; u.a. sind Untersuchungen über die Farben
dünner Scheiben, “Newton’ sche Ringe“ und die Lichtbrechung enthalten. Zur Erklärung einiger Beobachtungen musste Newton dabei auch die Wellentheorie des Licht neben der von ihm bevorzugten Korpuskeltheorie benutzen.
1678 scheint Newton einen Nervenzusammenbruch erlitten zu haben, seine Mutter starb ein Jahr später und
er zog sich noch weiter in seine selbstgewählte Isolation zurück, um für mehrere Jahre so wenig Kontakt wie
möglich mit anderen Menschen zu haben.
Newtons größte Leistung war seine Arbeit auf dem Gebiet der Physik und der Himmelsmechanik, die in der
Theorie der universellen Schwerkraft ihren krönenden Abschluss fand. Schon 1666 hatte Newton frühere Versionen seiner 3 drei Bewegungsgesetze und eine Formel zur Berechnung der Zentrifugalkraft eines Körpers auf
einer Kreisbahn entdeckt, aber dennoch fehlte ihm das volle Verständnis der Mechanik der Kreisbewegung.
1666 hatte Newton die bahnbrechende Idee, dass die Schwer-kraft der
Erde die Mondbahn festlegt, indem sie genau die Fliehkraft des Mondes
ausgleicht. Daraus entwickelte Newton mit Hilfe des dritten
Kepler’schen Gesetzes über die Planeten-bewegung die Formel für die
Gravitationskraft, dass diese näm-lich umgekehrt proportional zum
Quadrat des Abstandes ist. 1679 entdeckte Newton, dass auch das
zweite Kepler’sche Ge-setz eine Folge der Schwerkraft ist, womit
dessen physikali-sche Bedeutung deutlich wird.
Abberation des Lichts .
an einer Linse
.
Ebenfalls 1672 veröffentlichte Newton seine erste wissenschaftliche Arbeit über Licht und Farbe in der
Philosophical Transactions of the Royal Society. Die Arbeit fand allgemein Anerkennung, doch Hooke und
Huygens beanstandeten, dass Newton nur aufgrund experimenteller Befunde zu beweisen versuchte, dass das
Licht aus kleinen bewegten Teilchen besteht anstatt aus Wellen.
Mondorbit um die Erde
1684 fragte Halley (der Entdecker des nach ihm benannten Kometen) Newton, welche Form die Bahnkurve eines Himmelskörpers unter dem Einfluss der Schwerkraft eines zentralen anderen Himmelskörpers habe, und
Newton antwortete sofort, dass es eine Ellipse sei. Völlig überrascht, dass Newton die Bahnkurve gar nicht
mehr berechnen musste, sondern bereits kannte, überredete Halley Newton, eine vollständige Abhandlung
über seine neue Physik und die Anwendungen auf die Astronomie zu schreiben, was Newton 1687 unter dem
Titel „Philosophiae naturalis prin-cipia mathematica“, bekannt als „Principia“, auch tat.
Die Principia gilt als das größte wissenschaftliche Buch, das je geschrieben wurde. Darin analysiert Newton die
Bewegung von Körpern unter dem Einfluss einer Schwerkraft sowohl im Vakuum als auch im Widerstand leistenden Medium. Die Ergebnisse wurden angewendet auf die Bahnkurven von Himmelskörpern und Geschossen (Ballistik), auf Pendel und den freien Fall in Erdnähe (Wurfparabel). Ferner zeigte Newton, dass die Planeten von der Sonne angezogen werden mit einer Kraft, deren Größe umgekehrt proportional ist zum Abstand,
und verallgemeinerte, dass sich alle Himmelskörper gegenseitig anziehen. Eine weitere Verallgemeinerung
führte zum Gesetz der universellen Gravitation:
Alle Körper ziehen einander an mit einer Kraft, deren Größe proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands voneinander ist.
Damit konnte Newton ein weites Feld von zuvor scheinbar zusammenhanglosen Phänomenen klären wie z.B. die exzentrischen Bahnen der Kometen,
die Gezeiten und ihre Veränderungen, die Präzession der Erdachse oder die
Störung der Mondbahn durch die Sonne. Newton wurde zum Führer der internationalen Wissenschaft. Dass man sich auf dem europäischen Festland
nicht seiner Auffassung anschloss, dass Kräfte über den leeren Raum hinweg wirken können (Fernwirkung) und mehr der Wirbel-Theorie Descartes’
folgte, wonach Kräfte nur über direkten Kontakt wirken können, änderte
nichts an der allgemeinen Bewunderung seiner technischen Kompetenz.
Descartes
Am 6. Februar 1685 wurde Jakob II König von Großbritannien. Er war 1669 zur römisch-katholischen Kirche
konvertiert, wurde als König aber zunächst genauso von den Anglikanern wie den Katholiken unterstützt. Als es
später aber dennoch zu Aufständen kam, die Jakob niederschlug, begann er den Protestanten zu misstrau-en
und ernannte Katholiken zu Offizieren. Später durften nur noch Katholiken Richter und Beamte werden, jede
frei werdende Professur in Oxford oder Cambridge wurde mit einem Katholiken besetzt. Newton war aber ein
standhafter Protestant und empfand dies als einen Angriff auf die Unabhängigkeit der Universität von Cambridge. Als der König durchzusetzen versuchte, dass ein Benediktinermönch berufen wurde ohne irgendeine
Prüfung abgelegt und ohne den geforderten Amtseid geleistet zu haben, schrieb Newton dem Vize-Kanzler:
Sei mutig und stehe fest zu den Gesetzen, dann kannst du nicht fehlen.
Der Vize-Kanzler befolgte Newtons Rat und verlor daraufhin seinen Posten. Dennoch setzte sich Newton unverändert dafür ein, dass die Universität an ihren wissenschaftlichen Berufungskriterien festhielt und ihre Professuren nicht nach den Wünschen des Königs besetzte.
Newton war auf der Höhe seines Ansehens, als Führer der Universität und als einer der bedeutendsten Mathematiker der Welt. Doch war seine Mitgliedschaft im Parlament vielleicht das einschneidendste Ereignis seines
Lebens: Er lernte in London ein neues Leben kennen, das ihm möglicherweise besser gefallen hat als die akademische Welt von Cambridge. Nachdem er 1693 einen zweiten Nervenzusammenbruch erlitten hatte, zog
sich Newton von der Forschung zurück. Seine Biographen haben viele mögliche Gründe für seinen Zusammenbruch angeführt: Chemikalienvergiftung durch seine alchemistischen Versuche, Unzufriedenheit mit seinen
Forschungen, das Ende seiner Freundschaft mit dem aus der Schweiz stammenden Mathematiker Fatio de
Duillier, und Schwierigkeiten aufgrund seiner religiösen Überzeugungen. Newton selbst machte einen Mangel
an Schlaf dafür verantwortlich, doch war dieser eher Folge als Ursache seiner Krankheit. Wahrscheinlich litt
Newton den größten Teil seines Lebens an Depressionen.
1696 wurde Newton einer der Direktoren und 1699 der Leiter der Königlichern Münzanstalt, woraufhin er 1701
seine Posten in Cambridge aufgab. Durch diese berufliche Tätigkeit und die Einkünfte aus seinem Landgut
wurde Newton zu einem außerordentlich reichen Mann. Dennoch ruhte er sich nicht auf seinen wissenschaftlichen Lorbeeren aus, sondern arbeitete äußerst intensiv für die Münzanstalt; insbesondere kämpfte er gegen
Falschmünzerei. 1703 wurde er zum Präsidenten der Königlichen Gesellschaft gewählt, und dies wiederholte
sich jährlich bis an sein Lebensende. 1705 schlug ihn Königin Anne zum Ritter; damit war Newton der erste,
dem diese Ehre für seine wissenschaftliche Leistung zu Teil wurde.
Dennoch war sein letzter Lebensabschnitt nicht leicht, sondern in vielfältiger Wiese überschattet von der Kontroverse mit Leibniz über die Frage, wer als erster die
Differential- und Integralrechnung entwickelt habe. Angesichts der Unbeherrschtheit, die Newton zeitlebens zeigte, wenn er kritisiert wurde, ist es nicht überraschend, dass er völlig überzogen gegenüber Leibniz reagierte. Zu etlichen Details
dieses Disputs sei auf die Biographie von Leibniz verwiesen; es sei hier nur
erwähnt, wie Newton seine Stellung als Präsident der Königlichen Gesellschaft
ausnutzte. Er ernannte ein „unparteiisches“ Komitee zur Klärung der Frage, ob er
oder Leibniz der Urheber sei. Er schrieb dann aber selbst den offiziellen Abschlussbericht dieses Komitees (der aber natürlich nicht unter seinem Namen erschien!) und sorgte dafür, dass er von der Königlichen Gesellschaft veröffentlicht
wurde. Dann schrieb er darauf noch eine Antwort (ebenfalls anonym), die in den
Leibniz
Philosophical Transactions of the Royal Society veröffentlicht wurde.
Zitate von und über Newton:
Wilhelm
von Oranien
Im November 1688 landete Wilhelm von Oranien auf Wunsch vieler protestantischer Führer
mit einer Armee in England um Jakob II zu bezwingen. Dieser floh nach Frankreich, als er
erkannte, dass die Protestanten nicht für ihn kämpfen würden (Glorreiche Revolution). Die
Universität von Cambridge, an der Newton nun hohes Ansehen genoss wegen seines Widerstands gegen Jakob II, schickte ihn als einen von zwei ihr zustehenden Abgesandten zur
Parlamentsversammlung am 15. Januar 1689. Das Parlament erklärte Jakob II für abgesetzt und bot im Februar 1689 die Krone Wilhelm von Oranien und seiner Frau Maria an.
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Legende: Als Newton unter einem Apfelbaum saß und einen Apfel herunterfallen sah, hatte er die Idee
der Gravitationskraft, mit der er die Himmelsmechanik erklärte.
...mit Hilfe dieser (meiner) Rechenmethoden erkläre ich Ihnen jetzt das Weltsystem.
Die ganze Natur zu erklären ist als Aufgabe zu schwer für einen einzelnen oder sogar für ein ganzes
Zeitalter. Viel besser ist es, kleinere Teile gründlich zu untersuchen und den Rest anderen zu überlassen, die später kommen.
Die meisten Autoren versuchen die Phänomene der Natur den Gesetzen der Mathematik unterzuordnen.
Durch die Kraft eines beinahe göttlichen Geistes erklärte er die Bahnkurven der Planeten und Kometen
genauso wie die Gezeiten des Meeres.
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Wenn ich die Fähigkeit hatte weiter zu sehen und mehr zu erkennen, dann nur, weil ich auf den Schultern von Riesen stand.
Ich weiß nicht, wie ich der Welt erscheine, aber mir selbst komme ich vor wie ein kleiner Junge, der am
Strand spielte und hin und wieder einen glatteren Stein oder eine hübschere Muschel entdeckte, während der große Ozean der Wahrheit unentdeckt vor ihm lag.
Gott erschuf alles aus Zahl, Gewicht und Maß.
Wahrheit findet man immer in der Einfachheit der Dinge und nicht in ihrer Kompliziertheit.
Newton war einer der verletzlichsten, vorsichtigsten und argwöhnischsten Charaktere, die ich je kannte.
Newtons Assistent Whiston, der Newton aus nächster Nähe kannte