Douglas Palmer - Big Ideas. Das Wissenschafts-Buch

»Mir selbst komme ich nur wie ein Junge vor, der am Strand spielt…, während das große Meer der Wahrheit gänzlich unerforscht vor mir liegt. «

Isaac Newton

Hooke und Newton hatten sich bereits wegen Hookes Kritik an Newtons Lichttheorie zerstritten, und nach der Veröffentlichung der Principia verloren Hookes Arbeiten zur Planetenbewegung weitgehend ihre Bedeutung. Hooke hatte jedoch nicht als Einziger an diesem Thema gearbeitet und er hatte auch nicht gezeigt, dass seine Theorie funktionierte. Newton hingegen hatte nachgewiesen, dass sein Gravitationsgesetz und die Bewegungsgesetze für eine mathematische Beschreibung der Planetenbahnen taugten und dass sie mit den Beobachtungen übereinstimmten.

Mit den Newton’schen Gesetzenkonnten die Bahnen der Himmelskörper berechnet werden – auch die des Halley’schen Kometen, hier dargestellt auf dem Teppich von Bayeux nach seinem Auftauchen im Jahr 1066.

Newtons Ideen über Gravitation wurden nicht überall begrüßt. Die »Fernwirkung« der Gravitationskraft wurde als »okkult« geschmäht, weil ihr Zustandekommen unerklärlich war. Newton selbst lehnte es ab, über das Wesen der Gravitation zu spekulieren. Ihm genügte es, gezeigt zu haben, dass seine Idee einer mit dem Abstandsquadrat abnehmenden Kraft die Planetenbewegung erklärte. Die Newton’schen Gesetze ließen sich aber auf so viele Phänomene anwenden, dass sie bald weithin akzeptiert waren. Heute ist die internationale Krafteinheit nach ihm benannt.

»Warum sollte dieser Apfel immer senkrecht zu Boden fallen, dachte er bei sich selbst … «

William Stukeley, Freund und Biograf Newtons

Edmond Halley berechnete mit Newtons Gleichungen die Bahn eines Kometen, der 1682 entdeckt worden war, und zeigte, dass es sich um denselben Kometen handelte wie 1531 und 1607. Er heißt heute Halley’scher Komet. Halley sagte auch voraus, dass er 1758 wiederkehren würde – erlebt hat er das nicht mehr, er starb 16 Jahre vorher. Zum ersten Mal war gezeigt worden, dass ein Komet die Sonne umkreist. Er nähert sich alle 75–76 Jahre der Erde und war beispielsweise schon 1066 vor der Schlacht bei Hastings beobachtet worden.

Die Gleichungen taugten ebenfalls für die Entdeckung eines neuen Planeten. Uranus, der siebte Planet unseres Sonnensystems, wurde 1781 von dem deutschstämmigen englischen Astronomen Friedrich Wilhelm Herschel bei einer sorgfältigen Durchmusterung des Nachthimmels entdeckt. Mit weiteren Beobachtungen wurde die Bahn berechnet und eine Tabelle mit Positionen für zukünftige Beobachtungszeitpunkte erstellt. Die Vorhersagen waren aber nicht immer korrekt. Das führte zu der Idee, es gebe jenseits von Uranus noch einen weiteren Planeten, dessen Gravitation die Uranusbahn stört. Bis 1845 hatten die Astronomen berechnet, wo sich dieser Planet befinden sollte – und als »Neptun« wurde er 1846 entdeckt.

Der sonnennächste Punkt eines Planeten mit elliptischer Umlaufbahn heißt Perihel. Wenn nur ein einziger Planet um die Sonne laufen würde, bliebe dessen Perihel immer am selben Ort. Doch da sich alle Planeten unseres Sonnensystems gegenseitig beeinflussen, laufen ihre Perihelien um die Sonne – man spricht von Präzession. Das gilt auch für das Perihel von Merkur, doch dessen Präzession lässt sich mit den Newton’schen Bewegungsgleichungen allein nicht erklären. Dieses Problem wurde 1859 erkannt. Über 50 Jahre später beschrieb Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation als eine Krümmung der Raumzeit. Berechnungen auf der Grundlage dieser Theorie konnten die beobachtete Präzession der Merkurbahn – und weitere bis dahin unerklärliche Phänomene – endlich zufriedenstellend begründen.

Die Newton’schen Gesetze bilden die Grundlage der sogenannten Klassischen Mechanik, in der die Wirkungen von Kräften und Bewegungen berechnet werden. Ihre Gleichungen wurden zwar längst durch die Relativitätstheorie abgelöst, doch solange die betrachteten Geschwindigkeiten weit unter der Lichtgeschwindigkeit liegen, stimmen beide Theorien sehr gut überein. Für alle Alltagszwecke – von der Konstruktion von Fahrzeugen bis zum Bau von Wolkenkratzern – reichen die Gleichungen der Klassischen Mechanik völlig aus und sind weit einfacher anzuwenden. Selbst wenn sie streng genommen nicht ganz korrekt sind, werden diese Gleichungen noch immer weithin verwendet.

»Natur und der Natur Gesetz waren in Nacht gehüllt; Gott sprach: Es werde Newton! Und das All ward lichterfüllt. «

Alexander Pope

Die Präzession(Änderung der Drehachse) der Merkurbahn war das erste Phänomen, das sich nicht mit den Newton’schen Gesetzen erklären ließ.

Isaac Newton

Obwohl sein Vater schon vor seiner Geburt gestorben war, konnte Newton die Schule besuchen und studierte bis 1665 am Trinity College in Cambridge. In seinem langen Leben war Newton Mathematikprofessor in Cambridge, Wardein der Königlichen Münze, Parlamentarier und Präsident der Royal Society. Doch er war ein schwieriger Charakter, zerstritten mit Hooke und in einen Prioritätsstreit mit dem deutschen Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz über die Erfindung der Analysis verwickelt.

Neben seinem wissenschaftlichen Werk arbeitete Newton an alchemistischen Untersuchungen und Bibelauslegungen. Obgleich frommer, wenn auch unorthodoxer Christ, vermied er aber die Priesterweihe, die für einige seiner Ämter eigentlich Voraussetzung gewesen wäre.

Hauptwerke

1684 De Motu Corporum in Gyrum (Über die Bewegung von Körpern in Umlaufbahnen)

1687 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica

1704 Opticks

1727

Der englische Geistliche Stephen Hales schreibt Vegetable Statick und demonstriert den Wurzeldruck.

1735

George Hadley erklärt in einer lange unbeachtet gebliebenen Schrift das Verhalten der Passatwinde.

1749

Der erste Band der Histoire Naturelle von George-Louis Leclerc, dem späteren Comte de Buffon,erscheint.

1766

Henry Cavendish erzeugt durch Lösen von Zink in Säure Wasserstoff(»brennbare Luft«).

1735

Das Werk Systema Naturae des schwedischen Botanikers Carl von Linné markiert den Beginn der Klassifikation von Flora und Fauna.

1738

Daniel Bernoulli schreibt Hydrodynamica und legt damit die Grundlage für die kinetische Gastheorie.

1754

Joseph Blacks Doktorarbeit über Carbonate ist bahnbrechend für die quantitative Chemie.