Isaak Newton 25.12.1642 - 20.3.1727 (nach julian. Kalender)
Sir Isaac Newton ist einer der größten Wissenschaftler aller Zeiten. Er war auf vielerlei Gebieten aktiv, sodass wir ihn unter anderem als Physiker, Mathematiker, Astronom, Philosoph, Alchemist und Politiker bezeichnen können. Er ist der Begründer der klassischen Mechanik und der Infinitesimalrechnung, aber vor allem sein Gravitationsgesetz brachte die Wissenschaften Astronomie und Physik ein großes Stück voran.
Er begriff als Erster, dass sich Körper gegenseitig anziehen und mit ihrer Schwerkraft aufeinander einwirken. Das gilt sowohl für astronomische Körper wie Sterne und Planeten als auch für ganz irdische Dinge wie den berühmten Apfel, der zu Boden fällt, weil er von der Schwerkraft der Erde angezogen wird.
Während Johannes Kepler herausfand, WIE sich die Planeten bewegen, entdeckte Newton, WARUM sie sich so verhalten.
Kindheit und Jugend
Das Leben des Isaac Newton begann unter nicht gerade günstigen Verhältnissen. Als er im Jahre 1642 (nach dem damals in England noch gültigen julianischen Kalender) geboren wurde, war sein Vater, ein Landwirt, schon gestorben. Seine Mutter heiratete erneut und gab ihren Sohn für neun Jahre in die Obhut der Großmutter. Glücklicherweise wurde der Junge nach Cambridge geschickt, wo er studieren und seine Wissbegier stillen konnte.
Besonders angetan war er von der Naturphilosophie. Er las alles, was er dazu in die Finger bekam, obwohl vieles davon nicht im Rahmen des Studiums gelehrt wurde. So erarbeitete er sich selbständig ein breites Wissen über alles, was zu seiner Zeit auf dem Gebiet von Mathematik, Physik und Astronomie bekannt war.
Im Jahr 1665 brach in Cambridge die Pest aus, und Newton verließ die Universität. Er zog wieder nach Hause ins ländliche Woolsthorpe und verbrachte dort zwei einsame abgeschiedene Jahre, die er aber nicht ungenutzt verstreichen ließ. Obwohl er nur von einfachen Menschen umgeben war, legte er hier die Grundlage für sein späteres Werk. Viele seiner Erkenntnisse in Mathematik, Optik und der Gravitationstheorie erlangte er schon in Woolsthorpe, veröffentlichte sie aber erst Jahre später nach weiteren intensiven Forschungen und Überlegungen.
Experimente mit Licht
Newton experimentierte mit einem Prisma und beobachtete, was mit dem Lichtstrahl passiert, wenn es vom Prisma gebrochen wird. Dazu verdunkelte er sein Zimmer, bohrte ein kleines Loch in den Fensterladen, ließ den durchfallenden Lichtstrahl durch das Prisma laufen und fing das dahinter entstehende Bild mit einem weißen Schirm auf, den er in verschiedenen Abständen zum Prisma aufstellen konnte.
Dabei erkannte er, dass das weiße Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens aufgespalten wird. Er begriff, dass weißes Licht aus verschiedenen Komponenten zusammengesetzt ist. Außerdem bemerkte er, dass die einzelnen Bestandteile des Lichtes unterschiedliche Brechungswinkel haben. Damit die Farbflecken scharf abgebildet werden, musste er seinen Schirm für jede einzelne Lichtfarbe ein Stückchen verschieben.
Dieser Effekt stellte ein großes Problem bei herkömmlichen Teleskopen dar. In Linsenteleskopen läuft der Lichtstrahl durch eine Anordnung verschiedener Linsen und erzeugt dann am Ende des Fernrohrs nur ein vage scharfes Abbild. Der Brennpunkt verlagert sich bei größeren Linsen immer weiter nach hinten, die Rohre mussten dafür länger werden.
Deshalb dachte sich Newton ein Teleskop aus, bei dem das Licht nicht durch eine Linse fällt, sondern von einem Hauptspiegel auf einen Umlenkspiegel geworfen wird.
Das Bild auf dem Umlenkspiegel kann dann durch ein seitlich angebrachtes Okular betrachtet werden. Damit vermeidet Newton die Lichtbrechung im Teleskop und kann so wesentlich schärfere, deutlichere Bilder der Sterne erzeugen.
Seit den Zeiten Galileis wurden Fernrohre, um ihre Optik zu verbessern, immer länger, schwerer und unhandlicher. Man denke nur an Herschels 12 Meter langes Fernrohr inmitten einer gewagten Haltekonstruktion, das von mehreren Menschen bedient werden musste! Spiegelteleskope können bei gleicher Leistung wesentlich kleiner gehalten werden. Ihre Erfindung bedeutete eine große Erleichterung für aktive Astronomen.
Das Spiegelteleskop war keine Erfindung von Newton, schon vorher wurden solche Geräte gebaut. Newton aber war der Erste, der wirklich verstand, wie sie funktionierten. Er stellte seine Spiegel selbst her, wobei er einen gekrümmten Hauptspiegel verwendete, der die Lichtstrahlen auf einen kleineren ebenen Spiegel reflektiert. So konnte die Beobachtungstechnik entscheidend verbessert werden. Newton erhielt dafür große Anerkennung und wurde 1672 von der Royal Society zum Fellow gewählt.
Die Newtonschen Gesetze
Newtons Gravitationsgesetz
Jeder Körper zieht jeden anderen Körper an, mit einer Kraft, die mit der Masse des Körpers zunimmt und mit zunehmendem Abstand zwischen den Körpern abnimmt. Je mehr Masse ein Körper besitzt, desto größer ist seine Anziehungskraft. Diese Kraft nimmt im Quadrat der Entfernung ab.
Newtons Bewegungsgesetze
Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig-geradlinigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustandes gezwungen wird (ist heute als Trägheitsgesetz bekannt).
Die Bewegungsänderung ist proportional zur einwirkenden Bewegungskraft und geschieht in der Richtung der geraden Linie, in der jene Kraft wirkt.
Der einwirkenden Kraft wirkt eine gleich große Gegenkraft entgegen.