Sir Isaac Newton (; 4. Januar [O.S. 25. Dezember] 1643 – 31. März [O.S. 20. März] 1727) war ein angesehener englischer Universalgelehrter, dessen vielfältige Fachkenntnisse Mathematik, Physik, Astronomie, Alchemie, Theologie, Autorschaft und Erfindungswesen umfassten. Er spielte sowohl in der wissenschaftlichen Revolution als auch in der darauffolgenden Ära der Aufklärung eine entscheidende Rolle. Sein bahnbrechendes Werk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie), das erstmals 1687 veröffentlicht wurde, markierte die erste große Vereinheitlichung der Physik und legte die Grundprinzipien der klassischen Mechanik fest. Newtons bedeutende Beiträge erstreckten sich auch auf das Gebiet der Optik, und ihm wird gemeinsam mit dem deutschen Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz die Entwicklung der Infinitesimalrechnung zugeschrieben, obwohl Newton sie mehrere Jahre zuvor formuliert hatte. Darüber hinaus hat Newton die wissenschaftliche Methode weiterentwickelt und verfeinert, wobei sein Gesamtwerk weithin als das einflussreichste Werk für die Entstehung der modernen Wissenschaft gilt.
Sir Isaac Newton ( ; 4. Januar [O.S. 25. Dezember] 1643 – 31. März [O.S. 20. März] 1727) war ein englischer Universalgelehrter, Mathematiker, Physiker, Astronom, Alchemist, Theologe, Autor und Erfinder. Er war eine Schlüsselfigur der wissenschaftlichen Revolution und der darauf folgenden Aufklärung. Sein 1687 erstmals veröffentlichtes Buch Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie) erreichte die erste große Vereinheitlichung der Physik und begründete die klassische Mechanik. Newton leistete auch wegweisende Beiträge zur Optik und teilt mit dem deutschen Mathematiker Gottfried Wilhelm Leibniz das Verdienst, die Infinitesimalrechnung formuliert zu haben, obwohl er die Infinitesimalrechnung schon Jahre vor Leibniz entwickelte. Newton trug zur wissenschaftlichen Methode bei und verfeinerte sie, und seine Arbeit gilt als die einflussreichste für die Weiterentwicklung der modernen Wissenschaft.
Auf den Seiten seiner Principia artikulierte Newton die Grundgesetze der Bewegung und der universellen Gravitation, die jahrhundertelang das vorherrschende wissenschaftliche Paradigma darstellten, bis sie schließlich durch die Relativitätstheorie ersetzt wurden. Dennoch liefern diese Gesetze weiterhin hochpräzise Näherungen für die meisten physikalischen Phänomene, die durch niedrige Geschwindigkeiten (deutlich unter der Lichtgeschwindigkeit) und schwache Gravitationsfelder gekennzeichnet sind. Unter Verwendung seines mathematischen Rahmens für die Schwerkraft leitete Newton erfolgreich Keplers Gesetze der Planetenbewegung ab, erklärte Gezeitenmuster, Kometenbahnen, die Präzession der Tagundnachtgleichen und verschiedene andere Himmelsphänomene und begründete damit endgültig das heliozentrische Modell des Sonnensystems. Er löste das Zweikörperproblem und führte anschließend das komplexere Dreikörperproblem ein. Newton zeigte, dass die Bewegung von Erd- und Himmelsobjekten von identischen Prinzipien bestimmt wird. Seine Hypothese, dass die Erde ein abgeflachter Sphäroid ist, wurde anschließend durch geodätische Messungen von Alexis Clairaut, Charles Marie de La Condamine und anderen Forschern bestätigt, die die Mehrheit der europäischen Wissenschaftler von der Überlegenheit der Newtonschen Mechanik im Vergleich zu früheren theoretischen Rahmenwerken überzeugten. Darüber hinaus war er der Erste, der das Alter der Erde experimentell bestimmte und eine frühe Form des modernen Windkanals konzipierte. Darüber hinaus war Newton der erste, der eine quantitative Schätzung der Sonnenmasse vorlegte.
Newton baute das erste Spiegelteleskop und formulierte eine fortschrittliche Farbtheorie, die auf der Beobachtung beruhte, dass ein Prisma weißes Licht in sein sichtbares Spektrum zerlegt. Seine umfangreichen Forschungen zum Thema Licht wurden in seiner 1704 veröffentlichten Abhandlung Opticks zusammengefasst. Er leistete Pionierarbeit bei der Verwendung von Prismen als Strahlaufweiter und in Mehrfachprismenanordnungen, Komponenten, die sich später als entscheidend für die Weiterentwicklung abstimmbarer Laser erwiesen. Newton entwickelte auch einen doppelt reflektierenden Quadranten und postulierte als erster den Goos-Hänchen-Effekt. Darüber hinaus stellte er ein empirisches Kühlgesetz auf, das die ursprüngliche Formulierung der Wärmeübertragung darstellte und als formale Grundlage für die konvektive Wärmeübertragung diente; er führte die erste theoretische Berechnung der Schallgeschwindigkeit durch; und er führte die Konzepte einer Newtonschen Flüssigkeit und eines schwarzen Körpers ein. Er war auch der Erste, der den Magnus-Effekt aufklärte. Darüber hinaus führte er die erste Analyse des Couette-Flusses durch. Über seine bahnbrechende Entwicklung der Analysis hinaus waren Newtons mathematische Beiträge enorm. Er verallgemeinerte den Binomialsatz für jeden reellen Exponenten, führte die Puiseux-Reihe ein, formulierte als Erster den Bézout-Satz, klassifizierte systematisch die meisten kubischen Ebenenkurven, trug wesentlich zur Untersuchung von Cremona-Transformationen bei, entwickelte eine Methodik zur Approximation von Funktionswurzeln, entwickelte die Newton-Cotes-Formeln für die numerische Integration und lieferte die früheste explizite Formulierung der allgemeinen Taylor-Reihe. Darüber hinaus leistete Newton Pionierarbeit auf dem Gebiet der Variationsrechnung, formulierte und löste das ursprüngliche Problem der geometrischen Wahrscheinlichkeit, konzipierte die früheste Iteration der linearen Regression und war eine grundlegende Figur der Vektoranalyse.
Newton hatte Positionen als Fellow des Trinity College inne und wurde im Alter von 26 Jahren zum zweiten Lucasian-Professor für Mathematik an der University of Cambridge ernannt. Obwohl er ein gläubiger Christ war, lehnte er insgeheim die Trinitätslehre ab, eine unorthodoxe Haltung, die dazu führte, dass er im Gegensatz zu den meisten seiner Cambridge-Fakultätskollegen die heiligen Weihen in der Church of England ablehnte. Über seine bedeutende Arbeit in den mathematischen Wissenschaften hinaus widmete Newton erhebliche Anstrengungen dem Studium der Alchemie und der biblischen Chronologie, obwohl ein Großteil dieser Forschung bis lange nach seinem Tod unveröffentlicht blieb. Er war politisch mit den Whigs verbunden und diente zwei kurze Amtszeiten als Parlamentsabgeordneter der Universität Cambridge, von 1689–1690 und 1701–1702. 1705 wurde er von Königin Anne zum Ritter geschlagen. Die letzten drei Jahrzehnte seines Lebens verbrachte er in London, wo er als Aufseher (1696–1699) und dann als Meister (1699–1727) der Royal Mint fungierte, wo er die Genauigkeit und Sicherheit der britischen Münzprägung verbesserte. Von 1703 bis 1727 war er außerdem Präsident der Royal Society.
Frühes Leben
Isaac Newton wurde am Weihnachtstag, dem 25. Dezember 1642, nach dem damals in England gebräuchlichen julianischen Kalender (oder am 4. Januar 1643, New Style) im Woolsthorpe Manor in Woolsthorpe-by-Colsterworth, einem Weiler in Lincolnshire, geboren. Sein Vater, ebenfalls Isaac Newton genannt, war drei Monate vor seiner Geburt gestorben. Newton wurde zu früh geboren und war ein kleines Kind; Seine Mutter, Hannah Ayscough, behauptete Berichten zufolge, er hätte in einen Literbecher gepasst. Als Newton drei Jahre alt war, heiratete seine Mutter erneut Reverend Barnabas Smith, zog zu ihm und überließ ihren Sohn der Obhut seiner Großmutter mütterlicherseits, Margery Ayscough (geb. Blythe). Newton entwickelte eine starke Abneigung gegen seinen Stiefvater und hegte Groll gegenüber seiner Mutter wegen ihrer Wiederverheiratung, ein Gefühl, das in einem Eintrag aus einer Liste von Sünden zum Ausdruck kommt, die er bis zu seinem 19. Lebensjahr begangen hatte: „Ich drohte meinem Vater und meiner Mutter Smith, sie und das Haus darüber niederzubrennen.“ Newtons Mutter hatte später drei Kinder – Mary, Benjamin und Hannah – aus ihrer zweiten Ehe.
Die Schule des Königs
Im Alter von etwa zwölf bis siebzehn Jahren erhielt Newton seine Ausbildung an der King's School in Grantham, wo er Latein und Altgriechisch lernte und sich wahrscheinlich eine umfangreiche mathematische Grundlage aneignete. Seine Mutter nahm ihn daraufhin von der Schule und er kehrte im Oktober 1659 nach Woolsthorpe zurück. Nachdem er zum zweiten Mal verwitwet war, versuchte seine Mutter, ihn zur Landwirtschaft zu zwingen, einem Beruf, den er zutiefst verabscheute. Henry Stokes, der Lehrer an der King's School, und Reverend William Ayscough, Newtons Onkel, überzeugten jedoch erfolgreich seine Mutter, ihm die Wiederaufnahme seines Studiums zu erlauben. Angetrieben von dem Wunsch nach Vergeltung gegen einen Tyrannen auf dem Schulhof, den Newton in einer körperlichen Auseinandersetzung besiegte und demütigte, brillierte er akademisch, wurde der beste Schüler und zeichnete sich insbesondere durch den Bau von Sonnenuhren und Windmühlenmodellen aus.
Universität Cambridge
Im Juni 1661 wurde Newton auf Empfehlung seines Onkels, Reverend William Ayscough, der ein Cambridge-Absolvent war, in das Trinity College der Universität Cambridge aufgenommen. Zunächst schrieb sich Newton als Subsizar ein und finanzierte seine Ausbildung durch Kammerdienerdienste, bis er 1664 ein Stipendium erhielt. Dieses Stipendium deckte seine Universitätskosten für weitere vier Jahre, die zum Abschluss seines Master of Arts führten. Zu dieser Zeit waren Cambridges Lehren überwiegend aristotelisch, eine Philosophie, die Newton zusammen mit zeitgenössischeren Denkern, darunter René Descartes, und Astronomen wie Galileo Galilei und Thomas Street studierte. In seinem Notizbuch dokumentierte er eine Reihe von „Quaestiones“ zur mechanischen Philosophie. 1665 entdeckte er den verallgemeinerten Binomialsatz und begann mit der Formulierung einer mathematischen Theorie, die später zur Infinitesimalrechnung werden sollte. Kurz nachdem Newton im August 1665 seinen Bachelor of Arts in Cambridge erlangte, wurde die Universität als Vorsichtsmaßnahme gegen die Große Pest vorübergehend geschlossen.
Obwohl seine akademischen Leistungen als Cambridge-Student nicht besonders herausragend waren, wurden Newtons Privatstudien und die Jahre unmittelbar nach seinem Bachelor-Abschluss als „die reichhaltigsten und produktivsten, die ein Wissenschaftler jemals erlebt hat“ beschrieben. Allein in den folgenden zwei Jahren, die er in seinem Haus in Woolsthorpe verbrachte, entwickelte er seine Theorien über Infinitesimalrechnung, Optik und das Gravitationsgesetz. Der Physiker Louis Trenchard More erklärt: „Es gibt in der Geschichte der Wissenschaft keine anderen Beispiele für Erfolge, die mit denen von Newton in diesen beiden goldenen Jahren vergleichbar wären.“
Newton wurde als akribisch organisierter Mensch charakterisiert, der Notizen machte und wichtige Seiten systematisch markierte. Seine alphabetisch nach Themen gegliederten Register ähneln modernen Indexsystemen. Newtons umfangreiche Bibliothek spiegelte seine vielfältigen intellektuellen Aktivitäten wider und er wurde als „janusianischer Denker“ beschrieben, der in der Lage war, scheinbar unterschiedliche Disziplinen zu vereinen, um innovative Fortschritte zu fördern. William Stukeley beobachtete Newtons Fähigkeiten sowohl im Umgang mit mechanischen Instrumenten als auch im Schreiben und beschrieb detailliert, wie die Wände von Newtons Zimmer in Grantham mit sorgfältig gezeichneten Bildern von „Vögeln, Tieren, Menschen, Schiffen und mathematischen Schemata“ geschmückt waren. Stukeley hob auch Newtons „außergewöhnliche Fähigkeiten und Fleiß in mechanischen Arbeiten“ hervor.
Newton kehrte im April 1667 an die Universität Cambridge zurück und sicherte sich im Oktober desselben Jahres die Wahl zum Fellow des Trinity College. Während Stipendiaten in der Regel als anglikanische Priester geweiht werden mussten, wurde dieses Mandat während der Restaurationszeit nicht strikt durchgesetzt; eine Konformitätserklärung gegenüber der Church of England genügte. Newton verpflichtete sich förmlich und erklärte: „Ich werde entweder die Theologie zum Gegenstand meines Studiums machen und die Weihen entgegennehmen, wenn die in diesen Statuten vorgeschriebene Zeit [7 Jahre] abgelaufen ist, oder ich werde aus dem College ausscheiden.“ Zuvor hatte Newton religiöse Angelegenheiten nur begrenzt berücksichtigt, da er sich zweimal den Neununddreißig Artikeln angeschlossen hatte, die die Grundlehre der Church of England bilden. Im Jahr 1675 wurde das Problem jedoch unumgänglich, da seine heterodoxen religiösen Ansichten ein erhebliches Hindernis darstellten.
Newtons wissenschaftliche Beiträge erregten die Bewunderung von Isaac Barrow, dem Lucasian-Professor, der seine eigene religiöse und administrative Karriere vorantreiben wollte (Barrow wurde zwei Jahre später Master des Trinity College). Im Jahr 1669, nur ein Jahr nach Abschluss seines MA, trat Newton die Nachfolge von Barrow in der Professur an. Newton machte geltend, dass seine Professur ihn von der Ordinationspflicht befreien sollte. König Karl II., dessen königliche Zustimmung erforderlich war, akzeptierte diese Begründung und verhinderte so einen direkten Konflikt zwischen Newtons persönlichen religiösen Überzeugungen und der anglikanischen Orthodoxie. Diese Ernennung erfolgte, als Newton 26 Jahre alt war.
Trotz seiner tiefgreifenden theoretischen Leistungen erwies sich Newton als ineffizienter Pädagoge, dessen Vorlesungen durchweg nur minimal besucht wurden. Humphrey Newton, sein Sizar (Assistent), bemerkte, dass Newton pünktlich eintraf und, wenn der Hörsaal frei war, seine Vorlesungsdauer von 30 auf 15 Minuten halbierte, den leeren Raum ansprach und sich dann in sein Labor zurückzog, um Experimente durchzuführen und damit seinen vertraglichen Pflichten nachzukommen. Newton seinerseits zeigte keinerlei Begeisterung dafür, zu unterrichten oder mit Studenten zu interagieren. Im Laufe seiner akademischen Laufbahn wurden ihm nur drei Studenten als Privatlehrer zugeteilt, von denen keiner eine nennenswerte Auszeichnung erlangte.
Im Jahr 1672 wurde Newton zum Fellow der Royal Society (FRS) gewählt.
Revision von Geographia Generalis
Die Lucasian-Professur für Mathematik in Cambridge umfasste die Aufgabe, Geographie zu lehren. Sowohl 1672 als auch 1681 beaufsichtigte Newton die Veröffentlichung überarbeiteter, korrigierter und ergänzter Ausgaben von Geographia Generalis, einem Geographielehrbuch, das ursprünglich 1650 vom verstorbenen Bernhardus Varenius veröffentlicht wurde. Im Rahmen der Geographia Generalis bemühte sich Varenius um die Etablierung eines theoretischen Rahmens, der wissenschaftliche Prinzipien mit klassischen geografischen Konzepten verband und die Geographie als eine Verschmelzung von Wissenschaft und reiner Mathematik definierte, die auf die Quantifizierung der Merkmale der Erde angewendet wurde. Obwohl ungewiss bleibt, ob Newton jemals Vorlesungen über Geographie gehalten hat, heißt es in der englischen Übersetzung von Dugdale und Shaw aus dem Jahr 1733, dass Newton das Buch für die Verwendung durch Studenten während seiner Vorlesungen zu diesem Thema veröffentlicht habe. Die Geographia Generalis wird von einigen Gelehrten als die Abgrenzung zwischen antiken und modernen Traditionen in der Geschichte der Geographie angesehen, wobei Newtons Beiträge zu seinen späteren Ausgaben weithin als entscheidend für seinen nachhaltigen Einfluss angesehen werden.
Wissenschaftliche Studien
Mathematik
Newtons Beiträge sind weithin dafür anerkannt, dass sie alle zu seiner Zeit vorherrschenden mathematischen Disziplinen erheblich vorangebracht haben. Seine grundlegenden Arbeiten zur Analysis, die er Fluxionen nannte, begannen 1664. Ein Manuskript vom 20. Mai 1665 zeigt, dass Newton in der Analysis bereits weit genug fortgeschritten war, um Tangenten und Krümmungen für jeden Punkt auf einer kontinuierlichen Kurve zu berechnen. Im Jahr 1665 gipfelten seine Bemühungen in einem systematischen Kalkül, der Differenzierung und Integration integrierte. Er wandte diesen Rahmen auf die dynamische Analyse algebraischer und transzendentaler Kurven an, eine Methodik, die der Gelehrte Tom Whiteside als „radikal neuartig, tatsächlich beispiellos“ bezeichnete und die später die theoretische Grundlage für Zentralkraftbahnen lieferte, die in den Principia beschrieben werden. Ein weiteres Manuskript vom Oktober 1666 wurde seitdem in Newtons gesammelten mathematischen Arbeiten veröffentlicht. Eine maßgebliche Abhandlung über Infinitesimalrechnung wurde von Newton in seinem „Waste Book“ dokumentiert. Newton war Autodidakt in Mathematik und führte seine Forschungen autonom durch. Der Gelehrte Richard S. Westfall bestätigt dies mit der Aussage: „Nach allen uns vorliegenden Hinweisen hat Newton seine Ausbildung in Mathematik und sein Forschungsprogramm völlig alleine durchgeführt.“ Seine Abhandlung, De analysi per aequationes numero terminorum infinitas, die Isaac Barrow im Juni 1669 an John Collins übermittelte, wurde später von Barrow in einem Augustbrief an Collins als das Produkt „eines außergewöhnlichen Genies und Könnens in diesen Dingen“ beschrieben.
Anschließend geriet Newton in einen bemerkenswerten Streit mit dem deutschen Universalgelehrten Gottfried Wilhelm Leibniz über den Vorrang bei der Entwicklung der Infinitesimalrechnung. Beide Gelehrte sind heute dafür bekannt, dass sie unabhängig voneinander Analysis entwickelten, wenn auch unterschiedliche mathematische Notationen verwendeten. Dennoch bestätigen historische Beweise, dass Newton die Infinitesimalrechnung deutlich früher formulierte als Leibniz. Trotz Newtons früherer Entwicklung wurde die Notation von Leibniz als praktischer anerkannt, was dazu führte, dass sie von kontinentaleuropäischen Mathematikern und nach 1820 auch von britischen Mathematikern übernommen wurde.
A. Rupert Hall, ein angesehener Wissenschaftshistoriker, stellt fest, dass Leibniz zwar Anerkennung für seine unabhängige Formulierung der Infinitesimalrechnung verdient, Newton jedoch eindeutig der Vorreiter bei deren Entwicklung war und behauptet:
Diese Überlegungen sind jedoch von untergeordneter Bedeutung, wenn man sie mit der seit langem allgemein anerkannten Grundwahrheit vergleicht, dass Newton die Kerntechniken der Infinitesimalrechnung Ende 1666 beherrschte, fast neun Jahre vor Leibniz. Newtons Behauptung, er habe die neue Infinitesimalrechnung lange vor Leibniz beherrscht und sogar bereits 1671 mit einer veröffentlichungsfähigen Darstellung darüber begonnen, wird durch umfangreiche Beweise untermauert. Obwohl Leibniz und seine Mitarbeiter versuchten, Newtons Behauptungen abzuschwächen, ist die Richtigkeit dieser Zeitleiste in den letzten 250 Jahren weitgehend unbestritten geblieben.
Hall bemerkt außerdem, dass Newton innerhalb der Principia geschickt „Probleme durch die Integration von Differentialgleichungen formulierte und löste“ und „tatsächlich hat er in seinem Buch viele Ergebnisse vorweggenommen, die spätere Vertreter von die Infinitesimalrechnung betrachteten sie als ihre eigenen neuartigen Errungenschaften.“ Hall hebt Newtons beschleunigte Fortschritte in der Infinitesimalrechnung im Vergleich zu seinen Zeitgenossen hervor und behauptet, dass Newton „schon lange vor 1690 ... ungefähr den Punkt in der Entwicklung der Infinitesimalrechnung erreicht hatte, den Leibniz, die beiden Bernoullis, L'Hospital, Hermann und andere durch gemeinsame Anstrengungen im frühen 17. Jahrhundert in gedruckter Form erreicht hatten.“
Ungeachtet der wahrgenommenen Bequemlichkeit der Leibniz‘-Notation wurde beobachtet, dass Newtons Notationssystem besaß das Potenzial zur Entwicklung multivariater Techniken, wobei seine Punktnotation in der zeitgenössischen Physik weiterhin vorherrschend war. Mehrere Wissenschaftler haben den enormen Reichtum und die Tiefe von Newtons Beiträgen hervorgehoben. Beispielsweise bemerkte der Physiker Roger Penrose, dass „Newtons geometrische Methoden in den meisten Fällen nicht nur prägnanter und eleganter sind, sondern auch tiefere Prinzipien offenbaren, als dies durch die Verwendung formaler Methoden der Infinitesimalrechnung deutlich werden würde, die heutzutage direkter erscheinen.“ Der Mathematiker Vladimir Arnold brachte es auf den Punkt: „Vergleicht man die Texte Newtons mit den Kommentaren seiner Nachfolger, fällt auf, dass Newtons ursprüngliche Darstellung moderner, verständlicher und ideenreicher ist als die von Kommentatoren vorgenommene Übersetzung seiner geometrischen Ideen in die formale Sprache der Infinitesimalrechnung von Leibniz.“
Newtons umfangreiche Arbeit umfasste die Infinitesimalrechnung geometrisch und stützte sich dabei auf die Grenzwerte von Verhältnissen verschwindend kleiner Größen. In den Principia demonstrierte Newton diesen Ansatz ausdrücklich, indem er ihn „die Methode der ersten und letzten Verhältnisse“ nannte, und begründete seine Darstellung mit der Feststellung seiner Äquivalenz mit der „Methode der Unteilbarkeiten“. Folglich gelten die Principia heute als „ein Buch voller Theorie und Anwendung der Infinitesimalrechnung“, eine Charakterisierung, die mit den zeitgenössischen Ansichten zu Newtons Ära übereinstimmt, als „fast alles davon von dieser Infinitesimalrechnung handelt“. Diese Methodik, die „eine oder mehrere Ordnungen des unendlich Kleinen“ beinhaltete, zeigte sich in seinem 1684 erschienenen Werk „De motu corporum in gyrum“ und in seinen verschiedenen Aufsätzen über Bewegung, die „in den zwei Jahrzehnten vor 1684“ veröffentlicht wurden.
Einige Wissenschaftler haben postuliert, dass Newtons Verständnis von Grenzen entweder ungenau oder eingeschränkt war. Umgekehrt argumentiert der Mathematiker Bruce Pourciau, dass Newtons Principia ein fortgeschritteneres Verständnis von Grenzen offenbart, als allgemein angenommen wird, insbesondere weil es der erste war, der ein Epsilon-Argument einführte.
Newton zögerte zunächst, seinen Kalkül zu veröffentlichen, da er mögliche Kontroversen und Kritik fürchtete. Er pflegte eine enge Verbindung zum Schweizer Mathematiker Nicolas Fatio de Duillier. Im Jahr 1691 begann Duillier mit der Arbeit an einer überarbeiteten Ausgabe von Newtons „Principia“ und führte einen Briefwechsel mit Leibniz. Bis 1693 verschlechterte sich die Beziehung zwischen Duillier und Newton, was zur Aufgabe des Buchprojekts führte. Ab 1699 bezichtigte Duillier Leibniz öffentlich des Plagiats. Die Situation eskalierte 1708 noch weiter, als der Mathematiker John Keill in einer Zeitschrift der Royal Society den Plagiatsvorwurf gegen Leibniz wiederholte. Der Streit brach 1711 völlig aus, als eine Studie der Royal Society Newton zum wahren Entdecker erklärte und Leibniz als Betrüger brandmarkte; Später wurde bekannt, dass Newton selbst die Schlussbemerkungen der Studie zu Leibniz verfasst hatte. Dies markierte den Beginn einer langwierigen und erbitterten Kontroverse, die das Leben beider Personen bis zum Tod von Leibniz im Jahr 1716 überschattete.
Newtons erster bedeutender mathematischer Beitrag war der zwischen 1664 und 1665 formulierte verallgemeinerte Binomialsatz, der auf jeden Exponenten anwendbar ist und als „einer der mächtigsten und bedeutendsten in der gesamten Mathematik“ gelobt wurde. Er entwickelte auch Newtons Identitäten (wahrscheinlich ohne Kenntnis von Albert Girards früheren Arbeiten aus dem Jahr 1629), Newtons Methode, das Newton-Polygon und systematisch kategorisierte kubische ebene Kurven (Polynome dritten Grades mit zwei Variablen). Darüber hinaus gilt Newton als Begründer der Theorie der Cremona-Transformationen und leistete wesentliche Beiträge zur Theorie der endlichen Differenzen, was ihm durch seine zahlreichen formeltechnischen Innovationen die Auszeichnung „der bedeutendste Mitwirkende an der Interpolation endlicher Differenzen“ einbrachte. Er war der Erste, der den Satz von Bézout formulierte, gebrochene Indizes verwendete und Koordinatengeometrie zur Lösung diophantischer Gleichungen anwendete. Zu seinen Arbeiten gehörte die Approximation von Teilsummen harmonischer Reihen mithilfe von Logarithmen, eine Technik, die Eulers Summationsformel vorwegnahm, und er leistete Pionierarbeit bei der sicheren Anwendung und Umkehrung von Potenzreihen. Er stellte auch die Puisseux-Serie vor. Die früheste explizite Formulierung der allgemeinen Taylor-Reihe stammt ebenfalls von ihm und erschien 1691–1692 in einem Entwurf seines Werks „De Quadratura Curvarum“. Er entwickelte die Newton-Cotes-Formeln für die numerische Integration. Newtons Untersuchungen zu unendlichen Reihen wurden von Simon Stevins Arbeiten über Dezimalzahlen beeinflusst. Er begründete auch das Gebiet der Variationsrechnung und war der erste, der ein darin enthaltenes Problem formulierte und löste: Newtons Problem des minimalen Widerstands, das er 1685 stellte und löste und anschließend 1687 in Principia veröffentlichte. Dieses Problem gilt als eines der anspruchsvollsten Probleme, mit denen sich Variationsmethoden vor dem 20. Jahrhundert befassten. Anschließend wandte er die Variationsrechnung an, um 1697 das Brachistochron-Kurvenproblem zu lösen, eine Herausforderung, die Johann Bernoulli 1696 gestellt hatte, und löste sie bekanntermaßen über Nacht und leistete damit mit seiner Arbeit an diesen beiden Problemen Pionierarbeit auf dem Gebiet. Darüber hinaus war er ein Pionier der Vektoranalyse, indem er die Anwendung des Parallelogrammgesetzes zur Summierung verschiedener physikalischer Größen demonstrierte und erkannte, dass diese Größen entlang jeder Richtung in Komponenten zerlegt werden können. Ihm wird die Einführung des Vektorkonzepts in seinen „Principia“ zugeschrieben, indem er vorschlug, physikalische Größen wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Impuls und Kraft als gerichtete Größen zu konzeptualisieren und damit Newton als „wahren Urheber dieses mathematischen Objekts“ zu etablieren.
Newton leistete wahrscheinlich Pionierarbeit bei der Entwicklung eines streng analytischen Systems von Polarkoordinaten, wobei seine Beiträge zu diesem Thema alle anderen zu seinen Lebzeiten sowohl an Allgemeingültigkeit als auch an Flexibilität übertrafen. Sein 1671 erschienenes Werk Method of Fluxions erschien vor Jacob Bernoullis erster Veröffentlichung zu diesem Thema im Jahr 1691. Er gilt auch als strenger Begründer der bipolaren Koordinaten.
Ein privates Manuskript von Newton aus den Jahren 1664 bis 1666 enthält das früheste bekannte Problem im Bereich der geometrischen Wahrscheinlichkeit. Bei diesem Problem ging es um die Wahrscheinlichkeit, dass ein vernachlässigbarer Ball in einem von zwei ungleichen Kreissektoren landet. In seiner Analyse schlug er vor, die Aufzählung von Vorkommen durch eine quantitative Bewertung zu ersetzen und die Schätzung des Flächenanteils durch eine Punktezählung zu ersetzen, was zu seiner Anerkennung als Begründer der Stereologie führte.
Newton wird der moderne europäische Ursprung der Gaußschen Eliminierung zugeschrieben. Zwischen 1669 und 1670 stellte Newton fest, dass zeitgenössische Algebra-Texte keine Anweisungen zum Lösen simultaner Gleichungen enthielten, ein Mangel, den er später behob. Obwohl seine Notizen jahrzehntelang unveröffentlicht blieben, führte ihre schließliche Veröffentlichung dazu, dass sein Lehrbuch großen Einfluss erlangte, indem es die Methode der Substitution etablierte und die entscheidende Terminologie der „Ausrottung“ einführte (heute als Eliminierung bekannt).
In den 1660er und 1670er Jahren identifizierte Newton 72 der 78 „Arten“ kubischer Kurven, klassifizierte sie in vier verschiedene Typen und systematisierte seine Ergebnisse in nachfolgenden Veröffentlichungen. Dennoch ergab ein später analysiertes Manuskript aus den 1690er Jahren, dass Newton alle 78 Kubikkurven identifiziert hatte, sich jedoch aus unbekannten Gründen dafür entschied, die restlichen sechs nicht zu veröffentlichen. Im Jahr 1717 zeigte James Stirling, wahrscheinlich mit Newtons Unterstützung, dass alle kubischen Kurven zu einem dieser vier Typen gehörten. Stirling behauptete, dass diese vier Typen durch ebene Projektion aus einem einzigen abgeleitet werden könnten, eine Behauptung, die 1731, vier Jahre nach Newtons Tod, untermauert wurde.
Im Jahr 1693 beschäftigte sich Newton kurz mit der Wahrscheinlichkeitstheorie und korrespondierte mit Samuel Pepys über das Newton-Pepys-Problem. Dieses Problem betraf die Wahrscheinlichkeit, mit einer bestimmten Anzahl an Würfeln Sechsen zu würfeln. Ergebnis A wurde definiert als mindestens eine Sechs aus sechs Würfeln, Ergebnis B als mindestens zwei Sechsen aus zwölf Würfeln und Ergebnis C als mindestens drei Sechsen aus achtzehn Würfeln. Newton identifizierte Ergebnis A korrekt als das wahrscheinlichste, während Pepys fälschlicherweise Ergebnis C wählte. Newtons intuitive Begründung seiner Lösung enthielt jedoch Mängel.
Optik
Im Jahr 1666 beobachtete Newton, dass das Farbspektrum, das aus einem Prisma an der Position der minimalen Abweichung austritt, länglich erschien, selbst wenn der einfallende Lichtstrahl kreisförmig war. Dies deutete darauf hin, dass das Prisma in unterschiedlichen Winkeln unterschiedliche Farben brach. Diese Beobachtung führte ihn zu dem Schluss, dass Farbe eine intrinsische Eigenschaft des Lichts ist, ein Konzept, das zuvor Gegenstand erheblicher Debatten gewesen war.
Von 1670 bis 1672 hielt Newton Vorlesungen über Optik und untersuchte dabei die Lichtbrechung. Er zeigte, dass das von einem Prisma erzeugte mehrfarbige Bild, das er Spektrum nannte, mithilfe einer Linse und eines zweiten Prismas in weißes Licht umgewandelt werden konnte. Zeitgenössische Forschung legt nahe, dass Newtons Analyse und Resynthese des weißen Lichts von der Korpuskularalchemie beeinflusst wurden.
In seiner Arbeit über Newtons Ringe aus dem Jahr 1671 wandte er eine im 17. Jahrhundert beispiellose Methodik an. Er mittelte alle beobachteten Unterschiede und berechnete anschließend die Abweichung zwischen diesem Durchschnitt und dem Wert für den ersten Ring und führte damit eine heute standardmäßige Technik zur Minderung des Messrauschens ein, eine Methode, die zu diesem Zeitpunkt an keiner anderen Stelle dokumentiert war. Später weitete er diese „Fehlervernichtungsmethode“ im Jahr 1700 auf seine Studien über Tagundnachtgleichen aus, ein Ansatz, der als „völlig beispiellos“ beschrieben wurde. Diese Anwendung unterschied sich darin, dass Newton „gute Werte für jeden der ursprünglichen Äquinoktialzeiten benötigte und daher eine Methode entwickelte, die es ihnen sozusagen ermöglichte, sich selbst zu korrigieren“. Newton entwickelte auch eine Technik, die heute als lineare Regressionsanalyse anerkannt ist. Er formulierte die erste der beiden „Normalgleichungen“, die mit den gewöhnlichen kleinsten Quadraten verbunden sind, mittelte einen Datensatz 50 Jahre vor Tobias Mayer (der traditionell als der früheste Praktiker galt) und sorgte dafür, dass die Residuen zu Null summiert wurden, wodurch die Regressionsgerade durch den Mittelwertpunkt gezwungen wurde. Er unterschied zwischen zwei unterschiedlichen Datensätzen und hat möglicherweise eine optimale Lösung hinsichtlich der Verzerrung in Betracht gezogen, wenn auch nicht explizit im Hinblick auf die Wirksamkeit.
Newton zeigte, dass farbiges Licht seine intrinsischen Eigenschaften unabhängig von seiner Interaktion mit Objekten behält. Indem er einen farbigen Strahl isolierte und auf verschiedene Oberflächen richtete, zeigte er, dass die Farbe des Lichts unabhängig davon, ob es reflektiert, gestreut oder durchgelassen wird, konstant bleibt. Folglich postulierte er, dass Farbe durch die Interaktion von Objekten mit bereits vorhandenem farbigem Licht entsteht und nicht durch Objekte, die selbst Farbe erzeugen. Dieses Konzept ist als Newtons Farbtheorie bekannt. Seine Arbeit über die Natur von weißem Licht und Farben aus dem Jahr 1672 legte den grundlegenden Rahmen für alle nachfolgenden Forschungen zu Farbe und Farbsehen fest.
Newtons Forschungen führten ihn zu dem Schluss, dass brechende Teleskoplinsen von Natur aus unter chromatischer Aberration, der Streuung von Licht in verschiedene Farben, leiden. Um dieses Problem zu umgehen, entwarf und konstruierte er ein Teleskop, das anstelle von Linsen reflektierende Spiegel als Objektive verwendete. Die Entwicklung dieses Instruments, das heute als das erste funktionsfähige Spiegelteleskop gilt und als Newton-Teleskop bekannt ist, erforderte die Bewältigung von Herausforderungen im Zusammenhang mit der Identifizierung eines geeigneten Spiegelmaterials und der Perfektionierung von Formungstechniken. Frühere Entwürfe für Spiegelteleskope blieben entweder theoretisch oder erwiesen sich als erfolglos, sodass Newtons Gerät das erste wirklich funktionsfähige Gerät war. Newton schliff seine Spiegel sorgfältig aus einer maßgeschneiderten Legierung aus hochreflektierendem Spekulummetall und nutzte dabei das Phänomen der Newtonschen Ringe, um die optische Qualität seiner Teleskope zu beurteilen. Ende 1668 stellte er erfolgreich dieses erste Spiegelteleskop her, ein etwa zwanzig Zentimeter langes Instrument, das klarere und vergrößerte Bilder lieferte. Newton dokumentierte seine Beobachtungen und verwies auf seine Fähigkeit, mit seinem neuen Spiegelteleskop die vier Galiläischen Monde des Jupiter und die Halbmondphase der Venus zu erkennen. Im Jahr 1671 forderte die Royal Society eine Demonstration seiner Erfindung. Dieses Interesse veranlasste ihn, seine vorläufigen Notizen Of Colours zu veröffentlichen, die er anschließend zum bahnbrechenden Werk Opticks erweiterte. Nachdem Robert Hooke einige Konzepte Newtons kritisiert hatte, zog sich Newton beleidigt zunächst aus dem öffentlichen Diskurs zurück. Dennoch kam es 1679–80 zu einer kurzen Korrespondenz zwischen ihnen, die von Hooke, dem damaligen Sekretär der Royal Society, initiiert wurde, um Newtons Beiträge zu den Transaktionen der Gesellschaft zu erbitten. Diese Wechselwirkung veranlasste Newton schließlich dazu, einen Beweis zu formulieren, der zeigt, dass die elliptischen Bahnen der Planetenbahnen aus einer Zentripetalkraft entstehen, die umgekehrt proportional zum Quadrat des Radiusvektors ist.
Auf dem Gebiet der Astronomie ist Newton auch für seine Erkenntnis bekannt, dass erhöhte Standorte bessere Beobachtungsbedingungen bieten. Er führte diesen Vorteil auf die „ruhigste und ruhigste Luft“ über den dichteren, turbulenten Schichten der Atmosphäre zurück, die er als „gröbere Wolken“ bezeichnete, wodurch der funkelnde Effekt von Sternen abgeschwächt wurde.
Newton ging davon aus, dass Licht aus Teilchen oder Korpuskeln besteht, die beim Eintritt in ein dichteres Medium durch Beschleunigung eine Brechung erfahren. Während er sich einer wellenartigen Erklärung für die in dünnen Filmen beobachteten periodischen Reflexions- und Transmissionsmuster näherte (Opticks Bk. II, Props. 12), hielt er gleichzeitig an seiner Theorie der „Anpassungen“ fest, die Korpuskeln entweder für Reflexion oder Transmission prädisponierten (Props.13). Ungeachtet seiner erklärten Präferenz für eine Teilchentheorie räumte Newton in Opticks ein, dass Licht sowohl teilchenartige als auch wellenartige Eigenschaften aufwies. Er stellte die Theorie auf, dass Teilchen mit Wellen innerhalb eines Mediums interagieren müssen, um Interferenzmuster und das umfassendere Phänomen der Beugung zu erklären.
In seinem 1675 erschienenen Werk Hypothese des Lichts schlug Newton die Existenz eines Äthers als Medium zur Übertragung von Kräften zwischen Teilchen vor. Seine Auseinandersetzung mit dem platonischen Philosophen Henry More aus Cambridge weckte sein Interesse an der Alchemie neu. Anschließend ersetzte Newton das Ätherkonzept durch okkulte Kräfte und stützte sich dabei auf die hermetischen Prinzipien der Anziehung und Abstoßung zwischen Teilchen. Es ist unbedingt zu erkennen, dass seine wissenschaftlichen Beiträge untrennbar mit seinen alchemistischen Untersuchungen verbunden sind, insbesondere angesichts der historischen Zeit, in der es noch keine klare Abgrenzung zwischen Alchemie und Wissenschaft gab.
Newton brachte das Studium des Astigmatismus voran, indem er seine mathematischen Grundlagen festlegte. Er entdeckte, dass die Brechung schräger Lichtbündel zur Bildung zweier unterschiedlicher Bildpunkte führt, eine Entdeckung, die später die Forschung von Thomas Young beeinflusste.
Im Jahr 1704 veröffentlichte Newton Opticks, ein Werk, das seine Korpuskulartheorie des Lichts ausarbeitete. Die Abhandlung endete mit einer Reihe von Fragen, die sowohl als ungelöste Fragen als auch als positive Aussagen präsentiert wurden. Im Einklang mit seiner Teilchentheorie stellte Newton die Hypothese auf, dass gewöhnliche Materie aus „gröberen Teilchen“ bestehe, und spekulierte über eine Form der alchemistischen Transmutation, wie in Frage 30 dargelegt: „Sind grobe Körper und Licht nicht ineinander umwandelbar, und erhalten Körper möglicherweise nicht einen Großteil ihrer Aktivität von den Lichtteilchen, die in ihre Zusammensetzung eingehen?“ Darüber hinaus führte Abfrage 6 das grundlegende Konzept eines schwarzen Körpers ein. Opticks wird häufig als eines der „frühesten Beispiele experimenteller Verfahren“ bezeichnet.
Im Jahr 1699 stellte Newton der Royal Society eine verbesserte Version seines reflektierenden Quadranten, auch Oktant genannt, vor, ein Gerät, das er wahrscheinlich bereits 1677 konzipiert hatte. Dieses Instrument ist von Bedeutung, weil es der erste Quadrant war, der zwei Spiegel enthielt, ein Merkmal, das die Messgenauigkeit erheblich steigerte, indem es gleichzeitig eine stabile Perspektive sowohl auf den Horizont als auch auf Himmelsobjekte bot. Obwohl Newtons Quadrant konstruiert wurde, scheint er bis heute nicht überdauert zu haben. Anschließend entwickelte John Hadley seinen eigenen doppelt reflektierenden Quadranten, der eine bemerkenswerte Ähnlichkeit mit Newtons ursprünglichem Entwurf aufwies. Dennoch wusste Hadley wahrscheinlich nichts von Newtons früherer Erfindung, was in der Vergangenheit zu Unklarheiten hinsichtlich des wahren Urhebers des Geräts geführt hat.
Im Jahr 1704 konstruierte Newton einen brennenden Spiegel und stellte ihn der Royal Society vor. Dieser Apparat bestand aus sieben konkaven Glasspiegeln mit einem Durchmesser von jeweils etwa einem Fuß. Seine maximale potenzielle Strahlungsenergie wird auf 460 W cm⁻² geschätzt, eine Leistung, die als „thermisch sicherlich heller als tausend Sonnen (1.000 × 0,065 W cm⁻²)“ charakterisiert wird, abgeleitet von einer geschätzten Sonnenstrahlungsintensität von 0,065 W cm⁻² in London im Mai 1704. Folglich lässt die maximale Strahlungsintensität, die dieser Spiegel möglicherweise erreicht, darauf schließen, dass Newton „möglicherweise die größte verursachte Strahlungsintensität erzeugt hat“. durch menschliches Handeln vor der Ankunft der Atomwaffen im Jahr 1945.“ Zeitgenössische Berichte von David Gregory weisen darauf hin, dass der Spiegel Metalle zum Rauchen brachte, Gold zum Sieden brachte und die Verglasung von Schiefer verursachte. William Derham betrachtete ihn als den mächtigsten brennenden Spiegel Europas dieser Zeit.
Newton führte auch bahnbrechende Untersuchungen zur Elektrizität durch und konstruierte insbesondere einen rudimentären elektrostatischen Reibungsgenerator unter Verwendung einer Glaskugel. Dies war das erste Mal, dass Glas für ein solches Gerät verwendet wurde, im Gegensatz zu Schwefelkugeln, die zuvor von Wissenschaftlern wie Otto von Guericke verwendet wurden. Im Jahr 1675 dokumentierte er ein Experiment, das zeigte, dass das Reiben einer Seite einer Glasscheibe, um eine elektrische Ladung zu induzieren, dazu führte, dass „Lichtkörper“ von der gegenüberliegenden Seite angezogen wurden. Er interpretierte dieses Phänomen als Beweis dafür, dass elektrische Kräfte Glas durchdringen könnten. Darüber hinaus informierte Newton die Royal Society darüber, dass Glas bei der Erzeugung statischer Elektrizität wirksam sei, und stufte es Jahrzehnte bevor diese Eigenschaft weitverbreitete Anerkennung erlangte, als „gut elektrisch“ ein. Sein Vorschlag in Opticks, der besagt, dass optische Reflexion und Brechung aus Wechselwirkungen über eine gesamte Oberfläche resultieren, gilt als Vorläufer der Feldtheorie der elektrischen Kraft. Er erkannte auch die grundlegende Rolle der Elektrizität in der Natur an und führte ihr verschiedene Phänomene zu, darunter die Emissions-, Reflexions-, Brechungs-, Beugungs- und Erwärmungseffekte des Lichts. Newton ging davon aus, dass Elektrizität ein wesentlicher Bestandteil der menschlichen Körperempfindungen ist und Prozesse von der Muskelbewegung bis zur Gehirnfunktion beeinflusst. Seine Theorie der Nervenübertragung hatte erhebliche Auswirkungen auf die Forschung von Luigi Galvani, da sich Newtons Hypothese auf Elektrizität als potenziellen Vermittler von Nervenimpulsen konzentrierte und damit die damals vorherrschende kartesische Hydrauliktheorie in Frage stellte. Er war auch der Erste, der eine umfassende und ausgewogene Theorie formulierte, die die synergistische Wirkung sowohl elektrischer als auch chemischer Mechanismen im Nervensystem erklärt. Newtons Massendispersionsmodell, ein Vorläufer der erfolgreichen Anwendung des Prinzips der kleinsten Wirkung, bot einen robusten Rahmen zum Verständnis der Brechung, insbesondere durch seinen impulsbasierten Ansatz.
Im Rahmen von Opticks war Newton Pionier des Konzepts von Prismen, die als Strahlaufweiter und Mehrfachprismenanordnungen fungieren. Diese prismatischen Konfigurationen wurden anschließend fast 278 Jahre später in abstimmbare Laser übernommen, bei denen sich Strahlaufweiter mit mehreren Prismen als entscheidend für die Entwicklung von Systemen mit schmaler Linienbreite erwiesen. Die Anwendung dieser prismatischen Strahlaufweiter führte schließlich zur Theorie der Mehrfachprismendispersion.
Newton war der erste, der den Goos-Hänchen-Effekt vermutete, ein optisches Phänomen, das durch eine geringfügige seitliche Verschiebung von linear polarisiertem Licht bei Totalreflexion gekennzeichnet ist. Er untermauerte diese Theorie sowohl mit experimentellen Beobachtungen als auch mit einem theoretischen Rahmen, der von einem mechanischen Modell abgeleitet wurde.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft unterschied schließlich zwischen der subjektiven Farbwahrnehmung und den objektiven Prinzipien der mathematischen Optik. Während der deutsche Universalgelehrte Johann Wolfgang von Goethe die Newtonschen Prinzipien weitgehend akzeptierte, erkannte er einen entscheidenden Fehler in Newtons Behauptungen. Newton ging davon aus, dass Brechung ohne Farbe unerreichbar sei, und kam daraus zu dem Schluss, dass Teleskopobjektive aufgrund der Inkompatibilität von Achromatismus und Brechung von Natur aus fehlerhaft bleiben würden. Dollond wies jedoch später nach, dass diese Schlussfolgerung unzutreffend war.
Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica
Newtons grundlegende Arbeiten zur Gravitationstheorie begannen bereits 1665. 1679 nahm er seine Untersuchungen zur Himmelsmechanik wieder auf und analysierte den Einfluss der Gravitation auf Planetenbahnen in Verbindung mit Keplers Gesetzen der Planetenbewegung. Seine erneute Auseinandersetzung mit astronomischen Phänomenen wurde durch das Auftauchen eines Kometen im Winter 1680–1681 weiter vorangetrieben, was zu einem Briefwechsel mit John Flamsteed führte. Nach Gesprächen mit Robert Hooke formulierte Newton einen Beweis, der zeigte, dass elliptische Planetenbahnen aus einer Zentripetalkraft entstehen, die umgekehrt proportional zum Quadrat des Radiusvektors ist. Diese Erkenntnisse wurden anschließend Edmond Halley und der Royal Society in De motu corporum in gyrum vorgelegt, einer prägnanten Abhandlung von etwa neun Seiten, die im Dezember 1684 offiziell im Registerbuch der Royal Society eingetragen wurde. In diesem Werk führte Newton auch den Begriff „Zentripetalkraft“ ein. Diese Abhandlung diente als grundlegender Kern, den Newton später ausarbeitete und zu den monumentalen Principia erweiterte.
Das bahnbrechende Werk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica wurde am 5. Juli 1687 veröffentlicht, ermöglicht durch die Ermutigung und finanzielle Unterstützung von Edmond Halley. In dieser Abhandlung formulierte Newton die drei universellen Bewegungsgesetze. Zusammengenommen beschreiben diese Gesetze das Zusammenspiel zwischen einem Objekt, den auf es ausgeübten Kräften und seiner anschließenden Bewegung und bilden damit das Fundament der klassischen Mechanik. Diese Prinzipien trieben während der industriellen Revolution unzählige technologische Fortschritte voran und blieben über zwei Jahrhunderte lang unangefochten. Eine beträchtliche Anzahl dieser Grundkonzepte unterstützt weiterhin zeitgenössische nichtrelativistische Technologien. Newton verwendete den lateinischen Begriff gravitas (bedeutet „Gewicht“), um das Phänomen zu beschreiben, das später als Schwerkraft bezeichnet wurde, und formulierte gleichzeitig das Gesetz der universellen Gravitation. Diese monumentale Leistung stellte die erste große Vereinigung auf dem Gebiet der Physik dar. Er löste erfolgreich das Zwei-Körper-Problem und führte anschließend das komplexere Drei-Körper-Problem ein.
In derselben Veröffentlichung führte Newton eine kalkülähnliche Methode der geometrischen Analyse ein, die „erste und letzte Verhältnisse“ verwendet. Er lieferte auch die erste analytische Bestimmung der Schallgeschwindigkeit in Luft, abgeleitet aus dem Boyle-Gesetz, und leitete daraus die Abgeflachtheit der Kugelform der Erde ab. Darüber hinaus erklärte er die Präzession der Tagundnachtgleichen als Folge des gravitativen Einflusses des Mondes auf die abgeplattete Form der Erde, begann mit der gravitativen Untersuchung von Unregelmäßigkeiten der Mondbewegung und präsentierte neben zahlreichen anderen Beiträgen einen theoretischen Rahmen für die Vorhersage von Kometenbahnen. Newtons Biograf David Brewster dokumentierte, dass die komplexe Anwendung seiner Gravitationstheorie auf die Mondbewegung erhebliche Auswirkungen auf Newtons Gesundheit hatte. Während seiner Arbeit an diesem Problem in den Jahren 1692–93 wurde Newton Berichten zufolge „appetit- und schlaflos“ und vertraute dem Astronomen John Machin an, dass „sein Kopf nie schmerzte, außer wenn er sich mit dem Thema befasste“. Brewster berichtete weiter, dass Edmond Halley John Conduitt darüber informiert habe, dass Newton, als er ihn drängte, seine Analyse fertigzustellen, stets antwortete, dass sie ihm Kopfschmerzen bereitete und ihn „so oft wach hielt, dass er nicht mehr daran denken wollte“. Darüber hinaus führte er die erste experimentelle Berechnung des Erdalters durch und konzipierte einen Vorläufer des heutigen Windkanals.
Newton beschrieb zwei Hauptszenarien der Gravitationsanziehung: das umgekehrte Quadratgesetz und eine zentrale Kraft, die direkt proportional zur Entfernung ist. Er zeigte, dass beide Prinzipien zu stabilen Kegelschnittbahnen führen und dass sich kugelsymmetrische Objekte so verhalten, als ob ihre gesamte Masse in einem einzigen Punkt konzentriert wäre. In der zeitgenössischen Physik ist dieses lineare Kraftgesetz mathematisch analog zu der Kraft, die mit der kosmologischen Konstante verbunden ist.
Newton brachte die Strömungsmechanik durch Buch II seiner Principia erheblich voran. Nachfolgende Analysen bestätigen die Richtigkeit fast aller 53 Thesen, wobei nur wenige noch umstritten sind. Die Thesen 1–18 stellen die erste umfassende Untersuchung der Bewegung dar, die einem Widerstand unterliegt, der proportional zur Geschwindigkeit oder ihrem Quadrat ist. Dies veranlasste den Gelehrten Richard S. Westfall zu der Behauptung, dass Newton „fast ohne Präzedenzfall die wissenschaftliche Behandlung von Bewegung unter Widerstandsbedingungen, das heißt von Bewegung, wie sie in der Welt vorkommt, geschaffen hat“. Bemerkenswert ist, dass Proposition 15 zeigte, dass ein Körper auf einer kreisförmigen Umlaufbahn, der in einer Atmosphäre, in der die Dichte umgekehrt mit der Entfernung abnimmt, einem Widerstand ausgesetzt ist, einer gleichwinkligen Spirale folgen würde, ein Befund, der später unabhängig von Morduchow und Volpe (1973) bestätigt wurde. In Abschnitt IX von Buch II stellte Newton die lineare Beziehung zwischen viskosem Widerstand und Geschwindigkeitsgradienten fest, die heute eine Newtonsche Flüssigkeit charakterisiert, obwohl seine Experimente nur begrenzte direkte Beweise für die Viskosität lieferten. Darüber hinaus untersuchte Newton die Kreisbewegung von Flüssigkeiten und leistete Pionierarbeit bei der Analyse der Couette-Strömung, zunächst in Proposition 51 für einen einzelnen rotierenden Zylinder und anschließend in Folgerung 2 erweitert, um die Strömung zwischen zwei konzentrischen Zylindern einzubeziehen. Er war auch der Erste, der den Widerstand analysierte, auf den achsensymmetrische Körper beim Durchqueren eines verdünnten Mediums stoßen.
Im Rahmen der Principia präsentierte Newton die erste quantitative Schätzung der Sonnenmasse. Nachfolgende Ausgaben, die präzisere Messungen integrieren, verfeinerten seine Berechnung des Sonnen-Erde-Massenverhältnisses, um moderne Werte anzunähern. Darüber hinaus berechnete er die Massen und Dichten von Jupiter und Saturn und erstellte so eine einheitliche Vergleichsskala für diese vier Himmelskörper: Sonne, Erde, Jupiter und Saturn. Diese besondere Leistung von Newton wurde als „überragender Ausdruck der Lehre gelobt, dass ein Satz physikalischer Konzepte und Prinzipien für alle Körper auf der Erde, die Erde selbst und Körper überall im Universum gilt.“
Newton formulierte eine heliozentrische Perspektive des Sonnensystems, die für seine Zeit besonders fortschrittlich war, da er bereits Mitte der 1680er Jahre die „Abweichung der Sonne“ vom Schwerpunkt des Sonnensystems festgestellt hatte. Laut Newton war der wahre stationäre Punkt nicht genau der Mittelpunkt der Sonne oder eines anderen einzelnen Himmelskörpers. Stattdessen postulierte er, dass „der gemeinsame Schwerpunkt der Erde, der Sonne und aller Planeten als Mittelpunkt der Welt anzusehen ist“ und dieser Schwerpunkt „entweder ruht oder sich gleichmäßig in einer rechten Linie vorwärts bewegt“. Newton favorisierte die „in Ruhe“-Interpretation und stimmte mit dem vorherrschenden Konsens überein, dass das Zentrum des Universums, unabhängig von seiner genauen Position, stationär bleibt.
Newton wurde kritisiert, weil er „okkulte Kräfte“ in den wissenschaftlichen Diskurs einbezog, insbesondere aufgrund seiner Postulierung einer unsichtbaren Kraft, die über riesige Entfernungen wirken kann. Anschließend wies Newton diese Kritik in der zweiten Auflage der Principia von 1713 in einem abschließenden General Scholium entschieden zurück. Er behauptete, dass die beobachteten Phänomene die Anziehungskraft der Schwerkraft hinreichend bewiesen, auch wenn sie die zugrunde liegende Ursache nicht enthüllten. Folglich hielt er es für überflüssig und unangemessen, Hypothesen zu Aspekten zu formulieren, die nicht direkt durch empirische Beobachtungen impliziert werden. In diesem Zusammenhang formulierte er bekanntermaßen den Satz "Hypotheses non fingo".
Die Veröffentlichung der Principia brachte Newton internationale Anerkennung ein. Anschließend zog er eine Schar von Bewunderern an, darunter den in der Schweiz geborenen Mathematiker Nicolas Fatio de Duillier.
Andere wichtige Beiträge
Newton untersuchte die Wärme- und Energieübertragung und entwickelte ein empirisches Abkühlungsgesetz. Dieses Gesetz besagt, dass die Abkühlungsrate eines Objekts direkt proportional zum Temperaturunterschied zwischen dem Objekt und seiner Umgebung ist. Dies wurde erstmals im Jahr 1701 formuliert und stellte die erste Formalisierung der Wärmeübertragung dar und legte die Grundprinzipien der konvektiven Wärmeübertragung fest, die später in die Arbeit von Joseph Fourier integriert wurden.
Isaac Newton lieferte die erste qualitative Beschreibung dessen, was später offiziell als Magnus-Effekt anerkannt wurde, und zwar fast zwei Jahrhunderte vor den experimentellen Untersuchungen von Heinrich Magnus. In einem Text aus dem Jahr 1672 dokumentierte Newton seine Beobachtung von Tennisspielern am Cambridge College und notierte die gekrümmte Flugbahn eines Tennisballs, der schräg mit einer Drehbewegung geschlagen wurde. Er postulierte, dass das Zusammenspiel der Rotations- und Translationsbewegungen des Balls dazu führte, dass eine Seite eine stärkere Interaktion mit der umgebenden Luft ausübte, was zu einer „verhältnismäßig größeren Zurückhaltung und Reaktion der Luft“ auf dieser Seite führte. Dies stellte eine frühe Einsicht in den Druckunterschied dar, der die seitliche Ablenkung erzeugt.
Philosophie der Wissenschaft
Isaac Newtons philosophische Beiträge waren äußerst einflussreich, und ein umfassendes Verständnis des philosophischen Milieus des späten 17. und frühen 18. Jahrhunderts erfordert die Anerkennung seiner zentralen Rolle. Im Laufe der Geschichte galt Newton weithin als eine grundlegende Figur der modernen Philosophie. Beispielsweise stellte Johann Jakob Bruckers Historia Critica Philosophiae (1744), die als die erste umfassende moderne Geschichte der Philosophie gilt, Newton als zentralen philosophischen Intellekt heraus. Diese Darstellung hatte erheblichen Einfluss auf die Konzeptualisierung der modernen Philosophie unter prominenten Denkern der Aufklärung, darunter Denis Diderot, Jean le Rond d'Alembert und Immanuel Kant.
Beginnend mit der zweiten Auflage seines wegweisenden Werkes Principia fügte Newton einen abschließenden Abschnitt hinzu, der der Philosophie oder Methodologie der Wissenschaft gewidmet war. In diesem Abschnitt formulierte er bekanntermaßen in lateinischer Sprache „hypotheses non fingo“, was übersetzt „Ich täusche keine Hypothesen vor“ bedeutet. In diesem Zusammenhang sprach sich Newton gegen die Formulierung unbegründeter Hypothesen in der wissenschaftlichen Forschung aus. Newtons Behauptung „hypotheses non fingo“ unterstrich seine Weigerung, sich auf Spekulationen über Ursachen einzulassen, die nicht direkt durch beobachtbare Phänomene untermauert werden. Harper erläutert, dass Newtons experimentelle Philosophie eine klare Unterscheidung zwischen Hypothesen, die als unbestätigte Vermutungen definiert werden, und aus Phänomenen abgeleiteten und anschließend durch induktives Denken verallgemeinerten Aussagen vorschreibt. Newton behauptete, dass authentische wissenschaftliche Untersuchungen eine strikte Grundlage von Erklärungen ausschließlich auf empirischen Daten erfordern, anstatt sich auf spekulative Überlegungen zu verlassen. Folglich argumentierte Newton, dass das Vorbringen von Hypothesen ohne empirische Unterstützung die Integrität der experimentellen Philosophie gefährdet, da Hypothesen ausschließlich als vorläufige Vorschläge fungieren sollten, die Beobachtungsbeweisen unterworfen sind.
In seinem lateinischen Originaltext heißt es:
Rationem vero harum gravitatis proprietatum ex phaenomenis nondum potui deducere, & Hypothesen nicht fingo. Quicquid enim ex phaenomenis non deducitur, hypothesis vocanda est; &Ampere Hypothesen, seu metaphysicae, seu physicae, seu qualitatum occultarum, seu mechanisch, in philosophia experimenti locum non habent. In hac philosophia propositiones deducuntur ex phaenomenis, et redduntur generales per inductionem.
Diese Passage bedeutet übersetzt:
"Bisher war ich nicht in der Lage, die Ursache dieser Eigenschaften der Schwerkraft anhand von Phänomenen zu entdecken, und ich stelle keine Hypothesen auf, denn alles, was nicht aus den Phänomenen abgeleitet wird, ist eine Hypothese zu nennen; und Hypothesen, ob metaphysisch oder physisch, ob okkulter Qualität oder mechanisch, haben keinen Platz in der experimentellen Philosophie. In dieser Philosophie werden bestimmte Aussagen aus den Phänomenen abgeleitet und anschließend durch verallgemeinert Induktion".
Newton hat die wissenschaftliche Methode erheblich weiterentwickelt und verfeinert. Seine Untersuchungen zu den Eigenschaften des Lichts in den 1670er Jahren waren ein Beispiel für seinen rigorosen methodischen Ansatz. Dabei ging es darum, Experimente systematisch durchzuführen, Beobachtungen akribisch aufzuzeichnen, präzise Messungen vorzunehmen und auf der Grundlage erster Erkenntnisse weitere Experimente zu konzipieren. Anschließend formulierte er eine Theorie, entwickelte zusätzliche Experimente, um sie gründlich zu testen, und dokumentierte schließlich den gesamten Prozess so detailliert, dass andere Wissenschaftler jede Phase nachvollziehen konnten.
In seiner Abhandlung Principia von 1687 stellte Newton vier grundlegende Regeln dar: Die erste Regel besagt: „Wir dürfen nicht mehr Ursachen natürlicher Dinge zulassen als solche, die sowohl wahr als auch ausreichend sind, um ihre Erscheinungen zu erklären.“ Die zweite Regel besagt: „Den gleichen natürlichen Wirkungen müssen wir, soweit möglich, die gleichen Ursachen zuordnen.“ Die dritte Regel besagt: „Die Eigenschaften von Körpern, die weder eine Steigerung noch eine Reduzierung von Graden zulassen und von denen festgestellt wird, dass sie zu allen Körpern im Bereich unserer Experimente gehören, sind als die universellen Eigenschaften aller Körper überhaupt anzusehen.“ Schließlich heißt es in der vierten Regel: „In der experimentellen Philosophie müssen wir Sätze, die durch allgemeine Induktion aus Phänomenen abgeleitet werden, als genau oder nahezu wahr betrachten, ungeachtet etwaiger gegenteiliger Hypothesen, die man sich vorstellen kann, bis zu dem Zeitpunkt, an dem andere Phänomene auftreten, durch die sie entweder genauer gemacht werden oder Ausnahmen unterliegen.“ Diese Prinzipien bildeten später die Grundprinzipien moderner wissenschaftlicher Methoden.
Newtons wissenschaftliche Methodik ging durch drei entscheidende Verbesserungen deutlich über die bloße Vorhersage hinaus und erweiterte damit den grundlegenden hypothetisch-deduktiven Rahmen. Erstens wurde ein anspruchsvollerer Standard für die empirische Validierung eingeführt, der erfordert, dass beobachtete Phänomene theoretische Variablen präzise quantifizieren. Zweitens wurden abstrakte theoretische Untersuchungen in Fragen umgewandelt, die einer empirischen Lösung durch Messung zugänglich waren. Drittens wurden vorläufig akzeptierte Hypothesen verwendet, um Untersuchungen zu leiten, was einen Prozess sukzessiver Annäherungen ermöglichte, bei dem Diskrepanzen die Entwicklung verfeinerterer Modelle veranlassten. Dieser leistungsstarke Ansatz, der sich durch theoriebasierte Messungen auszeichnet, wurde später von seinen Anhängern für die Anwendung seiner Theorien auf die Astronomie übernommen und stellt weiterhin einen Eckpfeiler der zeitgenössischen Physik dar.
Späteres Leben
Royal Mint
In den 1690er Jahren verfasste Newton mehrere religiöse Abhandlungen, in denen er sowohl die wörtliche als auch die symbolische Interpretation der Bibel untersuchte. Ein Manuskript, das Newton an John Locke schickte, stellte die Authentizität von 1. Johannes 5:7 – bekannt als das Johanninische Komma – und seine Übereinstimmung mit den ursprünglichen Manuskripten des Neuen Testaments in Frage; Dieses Werk wurde erst 1785 veröffentlicht.
Newton war 1689 und 1701 auch Parlamentsabgeordneter der Universität Cambridge im englischen Parlament. Anekdotische Berichte deuten darauf hin, dass seine einzigen Beiträge zum parlamentarischen Diskurs darin bestanden, sein Unbehagen über einen kalten Luftzug zum Ausdruck zu bringen und die Schließung eines Fensters zu fordern. Dennoch dokumentierte der Tagebuchschreiber Abraham de la Pryme aus Cambridge, dass Newton Studenten zurechtwies, die die Anwohner alarmierten, indem sie behaupteten, in einem bestimmten Haus spuke es.
Im Jahr 1696 zog Newton nach London, um unter König Wilhelm III. die Rolle des Münzaufsehers zu übernehmen, eine Position, die er sich durch die Schirmherrschaft von Charles Montagu, 1. Earl of Halifax, der damals Schatzkanzler war, sicherte. Er beaufsichtigte die umfangreichen Umprägungsbemühungen Englands, geriet in Konflikt mit Robert Lucas, 3. Baron Lucas von Shenfield, dem Gouverneur des Tower, und sorgte dafür, dass Edmond Halley stellvertretender Rechnungsprüfer der provisorischen Niederlassung in Chester wurde. Nach dem Tod von Thomas Neale im Jahr 1699 stieg Newton zum Münzmeister auf, eine Rolle, die er in den letzten drei Jahrzehnten seines Lebens innehatte und für die er weithin Anerkennung erlangte. Obwohl diese Ernennungen normalerweise als Pfründe angesehen wurden, ging Newton mit großem Engagement an sie heran. Im Jahr 1701 gab er seine Aufgaben in Cambridge auf und nutzte seine Befugnisse, um Währungsreformen durchzuführen und Personen zu verfolgen, die an Abschneiden und Fälschen beteiligt waren.
In seiner Funktion als Aufseher und späterer Meister der Royal Mint schätzte Newton, dass etwa 20 Prozent der während der Großen Neuprägung von 1696 gesammelten Münzen gefälscht waren. Fälschung stellte Hochverrat dar, ein Verbrechen, das mit Erhängen, Ziehen und Einvierteln geahndet wurde. Ungeachtet der Schwere der Strafe stellte es erhebliche Herausforderungen dar, eine Verurteilung selbst der schlimmsten Straftäter herbeizuführen, doch Newton zeigte bei diesem Unterfangen bemerkenswerte Effizienz.
Newton nahm die Gestalt eines häufigen Gastes von Bars und Tavernen an und sammelte persönlich einen erheblichen Teil der belastenden Beweise. Trotz der verfahrensrechtlichen Hürden bei der Strafverfolgung und der Gewaltenteilung behielt das englische Recht beeindruckende und alte Autoritätstraditionen bei. Newton sorgte für seine eigene Ernennung zum Friedensrichter in allen Heimatbezirken. Ein vorläufiger Brief zu diesem Thema findet sich in Newtons persönlicher Erstausgabe von Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, die er zu dieser Zeit vermutlich kommentierte. Anschließend führte er zwischen Juni 1698 und Weihnachten 1699 über 100 Kreuzverhöre mit Zeugen, Informanten und Verdächtigen durch. Seine Bemühungen führten zur erfolgreichen strafrechtlichen Verfolgung von 28 Münzprägen, darunter insbesondere dem produktiven Fälscher William Chaloner, der anschließend durch Erhängen hingerichtet wurde.
Zusätzlich zu seinen Bemühungen gegen Fälscher verbesserte Newton die Prägetechnologie und senkte die Standardabweichung der Guinea-Gewichte von 1,3 Gramm auf 0,75 Gramm. Ab 1707 führte er die Praxis ein, während des Pyx-Tests eine kleine Probe von einem Pfund Münzen zu testen, was dazu beitrug, die zulässige Fehlertoleranz zu minimieren. Letztendlich sparten seine Innovationen, die bis in die 1770er Jahre wirksam blieben, dem Finanzministerium damals schätzungsweise 41.510 Pfund ein, was etwa 3 Millionen Pfund im Jahr 2012 entsprach, und verbesserten so die Präzision der britischen Münzprägung. Er steigerte die Produktivität der Münze erheblich und steigerte die wöchentliche Münzproduktion von 15.000 Pfund auf 100.000 Pfund. Newton ist auch dafür bekannt, frühe Formen von Zeit- und Bewegungsstudien initiiert zu haben, obwohl seine Beiträge eher theoretische Berechnungen der physischen Leistungsfähigkeit als die Entwicklung eines standardisierten industriellen Produktivitätsmodells beinhalteten.
Newtons Engagements bei der Royal Mint beeinflussten maßgeblich die aufkommenden wissenschaftlichen und kommerziellen Interessen in Disziplinen wie Numismatik, Geologie, Bergbau, Metallurgie und Metrologie im frühen 18. Jahrhundert.
Newton vertrat eine fortschrittliche wirtschaftliche Perspektive und betrachtete Papierkredite wie Staatsschulden als pragmatische und vernünftige Lösung für die Zwänge, die einem rein metallischen Währungssystem innewohnen. Er ging davon aus, dass eine erweiterte Ausgabe solcher Papierkredite die Zinssätze senken und dadurch die Geschäftstätigkeit fördern und Beschäftigungsmöglichkeiten schaffen könnte. Newton vertrat auch die unkonventionelle Minderheitsmeinung, dass die Bewertung sowohl von Metall- als auch von Papierwährungen von der öffentlichen Wahrnehmung und dem Vertrauen bestimmt werde.
Newton übernahm 1703 die Präsidentschaft der Royal Society und wurde Mitglied der französischen Académie des Sciences. In seiner Funktion bei der Royal Society verärgerte Newton den königlichen Astronomen John Flamsteed, indem er Flamsteeds Historia Coelestis Britannica vorzeitig veröffentlichte, ein Werk, das Newton in seinen eigenen Forschungen verwendet hatte.
Rittertum
Königin Anne verlieh Newton während eines königlichen Ritterschlags den Ritterschlag. Diese Auszeichnung war wahrscheinlich eher auf politische Erwägungen im Zusammenhang mit den Parlamentswahlen im Mai 1705 zurückzuführen als auf eine Anerkennung seiner wissenschaftlichen Beiträge oder seiner Dienste als Münzmeister. Nach Francis Bacon war er der zweite Wissenschaftler, der zum Ritter geschlagen wurde.
Nach einem Bericht, den Newton am 21. September 1717 den Lords Commissioners of His Majesty's Treasury vorlegte, änderte eine königliche Proklamation am 22. Dezember 1717 das Bimetallverhältnis zwischen Gold- und Silbermünzen und verbot den Umtausch von Goldguineen gegen mehr als 21 Silberschilling. Diese Maßnahme führte unbeabsichtigt zu einer Silberknappheit, da für Importzahlungen Silbermünzen verwendet wurden, während Exporte in Gold abgerechnet wurden. Dadurch wurde Großbritannien effektiv von einem Silberstandard auf seinen ersten Goldstandard umgestellt. Ob dieses Ergebnis beabsichtigt war, bleibt Gegenstand wissenschaftlicher Debatten. Einige Gelehrte behaupten, dass Newton seine Verantwortung bei der Münze als eine Erweiterung seiner alchemistischen Aktivitäten ansah.
Newton hielt Investitionen in die South Sea Company und erlitt nach deren Zusammenbruch um 1720 Verluste von mindestens 10.000 £, möglicherweise sogar über 20.000 £ (entspricht 4,4 Millionen £ im Jahr 2020). Trotz dieser Verluste sorgte Newtons beträchtlicher Reichtum vor der Blase dafür, dass er bei seinem Tod wohlhabend blieb. sein Nachlass hat einen Wert von etwa 30.000 £.
In seinen späteren Jahren wohnte Newton gelegentlich im Cranbury Park in der Nähe von Winchester, dem Landsitz seiner Nichte und ihres Mannes, obwohl sein Hauptwohnsitz weiterhin in London blieb. Seine Halbnichte Catherine Barton fungierte als seine Gastgeberin für gesellschaftliche Anlässe in seiner Residenz in der Jermyn Street in London. Ein erhaltener Brief aus dem Jahr 1700, der während ihrer Genesung von den Pocken verfasst wurde, endet mit Newtons Satz „Ihr sehr liebender Onkel“, ein Ausdruck familiärer Fürsorge, der für die Briefkonventionen des 17. Jahrhunderts charakteristisch ist. Die Historikerin Patricia Fara bemerkt, dass der Tenor des Briefes liebevoll und väterlich ist und ohne romantische Untertöne medizinischen Rat und Sorge um ihr Aussehen während der Genesung bietet.
Reichtum
Newton investierte regelmäßig aktiv und beteiligte sich insbesondere an der South Sea Bubble. Nach seinem Tod wurde sein Nachlass auf etwa 30.000 Pfund geschätzt, was in heutiger Währung fast einer Milliarde Pfund entspricht.
Tod
Newton starb am 20. März 1727 (NS 31. März 1727) im Alter von 84 Jahren im Schlaf in London. Er empfing ein Staatsbegräbnis, was die erste derartige Ehre in England für eine Person darstellte, die vor allem für ihre intellektuellen Leistungen gefeiert wurde. Als Sargträger fungierten der Lordkanzler, zwei Herzöge und drei Grafen, begleitet von der Mehrheit der Royal Society. Seine sterblichen Überreste lagen acht Tage lang in der Westminster Abbey, bevor sie im Kirchenschiff beigesetzt wurden. Newton war der erste Wissenschaftler, der in der Abtei beigesetzt wurde. Es wird angenommen, dass Voltaire an seiner Beerdigung teilgenommen hat. Als Junggeselle hatte er in seinen letzten Lebensjahren einen erheblichen Teil seines Nachlasses an Verwandte verteilt und starb ohne Testament. Seine persönlichen Papiere wurden John Conduitt und Catherine Barton vermacht.
Nach seinem Tod wurde eine Gips-Totenmaske von Newton gegossen. Diese Maske wurde später vom flämischen Bildhauer John Michael Rysbrack verwendet, um eine Skulptur von Newton zu schaffen. Die Royal Society besitzt dieses Artefakt derzeit.
Eine posthume Untersuchung von Newtons Haaren ergab das Vorhandensein von Quecksilber, was wahrscheinlich auf seine alchemistischen Bemühungen zurückzuführen ist. Als mögliche Erklärung für Newtons exzentrisches Verhalten in seinen späteren Jahren wurde eine Quecksilbervergiftung vorgeschlagen.
Persönlichkeit
Newton wurde als außergewöhnlich motivierter und disziplinierter Mensch beschrieben, der sein Leben seinen intellektuellen Aktivitäten widmete. Er ist für seine bemerkenswerte Arbeitsfähigkeit bekannt, die für ihn Vorrang vor seinem persönlichen Wohlergehen hatte. Newton übte auch eine strenge Kontrolle über seine körperlichen Wünsche aus, indem er beim Verzehr von Speisen und Getränken enthaltsam war und sich in seinen späteren Jahren vegetarisch ernährte. Obwohl Newton eine zurückgezogene und neurotische Persönlichkeit war, wird er nicht als psychotisch oder bipolar eingestuft. Er wurde als „außergewöhnlicher Universalgelehrter“ beschrieben, der „überaus vielseitig“ war. Seine ersten Untersuchungen umfassten die Entwicklung eines phonetischen Alphabets und einer universellen Sprache.
Das breite Spektrum von Newtons intellektuellen Aktivitäten wird in seiner persönlichen Bibliothek deutlich, die 1.752 identifizierbare Bände umfasst. Ein erheblicher Anteil bestand aus theologischen Texten (27,2 % oder 477 Bücher), gefolgt von Werken zur Alchemie (9,6 %, 169 Bücher), zur Mathematik (7,2 %, 126 Bücher), zur Physik (3,0 %, 52 Bücher) und schließlich zur Astronomie (1,9 %, 33 Bücher). Bemerkenswerterweise machten Bände, die sich direkt auf seine berühmten wissenschaftlichen Beiträge bezogen, weniger als 12 % der gesamten Sammlung aus.
Trotz Behauptungen über eine frühere Verlobung blieb Newton zeitlebens unverheiratet. Voltaire, der bei Newtons Beerdigung in London anwesend war, behauptete, dass Newton „nie für Leidenschaften empfänglich war, nicht den allgemeinen Schwächen der Menschheit unterworfen war und auch keinen Verkehr mit Frauen hatte – ein Umstand, der mir von dem Arzt und Chirurgen versichert wurde, der ihn in seinen letzten Augenblicken betreute.“
Newton pflegte eine enge Freundschaft mit dem Schweizer Mathematiker Nicolas Fatio de Duillier, den er um 1689 in London traf; Teile ihrer Korrespondenz sind noch erhalten. Ihre Verbindung endete abrupt und aus unerklärlichen Gründen im Jahr 1693, als Newton einen Nervenzusammenbruch erlebte, der sich in der Versendung unberechenbarer und anklagender Briefe an seine Bekannten Samuel Pepys und John Locke äußerte. In seiner Mitteilung an Locke behauptete Newton, dass Locke versucht habe, ihn mit „Frauen und anderen Mitteln“ zu „verwickeln“.
Newton äußerte sich in Bezug auf seine Leistungen relativ bescheiden und erklärte in einer späteren Abhandlung: „Ich weiß nicht, wie ich der Welt erscheinen werde, aber mir selbst kommt es vor, als wäre ich nur wie ein Junge gewesen, der am Meeresufer spielte und sich ab und zu damit beschäftigte, einen glatteren Kieselstein oder eine hübschere Muschel als gewöhnlich zu finden.“ Der große Ozean der Wahrheit lag völlig unentdeckt vor mir.“ Dennoch zeigte er ein starkes Konkurrenzdenken und hegte gelegentlich Ressentiments gegenüber seinen intellektuellen Gegnern, wobei er bei strategischen Vorteilen auf persönliche Angriffe zurückgriff – eine Eigenschaft, die bei vielen seiner Zeitgenossen weit verbreitet war. In einem an Robert Hooke im Februar 1675 gerichteten Brief gab er beispielsweise zu: „Wenn ich weiter gesehen habe, dann nur dadurch, dass ich auf den Schultern von Riesen gestanden habe.“ Einige Historiker haben postuliert, dass diese Aussage, die während einer Zeit des Streits zwischen Newton und Hooke über optische Entdeckungen verfasst wurde, eine indirekte Beleidigung von Hooke darstellte, der angeblich kleinwüchsig und bucklig war, und nicht nur ein Ausdruck von Demut. Umgekehrt vermittelt der bekannte Aphorismus über das Stehen auf den Schultern von Riesen, der in Werken wie Jacula Prudentum (1651) des Dichters George Herbert aus dem 17 'Zwerg' mit überlegener Sicht.
Theologie
Religiöse Ansichten
Trotz seiner anglikanischen Erziehung hatte Newton in seinem dritten Jahrzehnt heterodoxe Überzeugungen formuliert, was den Historiker Stephen Snobelen dazu veranlasste, ihn als Ketzer zu charakterisieren. Dennoch galt Newton zu seinen Lebzeiten als tiefgründiger und anspruchsvoller Theologe, der sich bei seinen Zeitgenossen Respekt einfand, wie Thomas Tenison, der damalige Erzbischof von Canterbury, mit der Bemerkung zu ihm bewies: „Sie kennen mehr Göttlichkeit als wir alle zusammen.“ Ich kenne nur wenige seinesgleichen. Im Jahr 1680 hatte er einen festen Platz in der Bibelwissenschaft. John Mill bat ihn um Rat bezüglich einer kritischen Ausgabe des Neuen Testaments, und sie führten einen kurzen Briefwechsel über die Interpretation der ersten Kapitel der Genesis. Thomas Burnet konsultierte Newton zu vorläufigen Versionen von Telluris theoria sacra und führte Gespräche mit Henry More in Cambridge über die Interpretation der Apokalypse.
William Stukeley dokumentierte Newtons Fleiß beim Lesen und Studieren der Bibel:
Newtons tiefe Auseinandersetzung mit der Bibel war in England beispiellos, was durch seine veröffentlichten Werke, zahlreiche unveröffentlichte Manuskripte und den außergewöhnlich abgenutzten Zustand seiner persönlichen Bibel belegt wird, der auf umfangreiches und häufiges Studium hinweist.
Ab 1672 dokumentierte Newton seine theologischen Untersuchungen akribisch in privaten Notizbüchern, die bis zu ihrer öffentlichen Veröffentlichung im Jahr 1972 unzugänglich blieben. Mehr als die Hälfte davon Newtons umfangreiche Schriften konzentrierten sich auf Theologie und Alchemie, wobei die meisten davon unveröffentlicht blieben. Diese Dokumente belegen seine tiefe Vertrautheit mit den Texten der frühen Kirche und zeigen seine Nähe zu Arius, der die orthodoxe Trinitätslehre in Frage stellte und im theologischen Streit um das Glaubensbekenntnis von Athanasius besiegt wurde. Newton betrachtete Christus als einen göttlichen Mittler zwischen Gott und der Menschheit, der dem Vater untergeordnet ist, der ihn erschaffen hat. Sein besonderes Interesse galt der Prophezeiung, doch er betrachtete den Trinitarismus als den „großen Abfall vom Glauben“.
Newtons Versuche, sich eine der beiden Stipendien zu sichern, die eine Befreiung von der Ordinationspflicht vorsahen, scheiterten zunächst. Im Jahr 1675 erhielt er jedoch schließlich eine Ausnahmegenehmigung der Regierung, die sowohl ihn als auch alle späteren Inhaber des Lucasianischen Lehrstuhls von dieser Verpflichtung befreite.
Newton betrachtete die Verehrung Jesu Christi als Gott als Götzendienst, eine Praxis, die er als Grundsünde ansah. Im Jahr 1999 behauptete Snobelen: „Isaac Newton war ein Ketzer. Aber ... er gab nie eine öffentliche Erklärung seines privaten Glaubens ab – was die Orthodoxen als äußerst radikal angesehen hätten. Er verbarg seinen Glauben so gut, dass Gelehrte immer noch dabei sind, seine persönlichen Überzeugungen zu enträtseln.“ Snobelens Analyse legt nahe, dass Newton zumindest ein Socinian-Sympathisant war (bewiesen durch den Besitz und die gründliche Lektüre von mindestens acht Socinian-Texten), möglicherweise ein Arianer und mit ziemlicher Sicherheit ein Antitrinitarier.
Während Newtons Bewegungsgesetze und die universelle Gravitation seine berühmtesten Entdeckungen sind, warnte er davor, das Universum als rein mechanistisches System, ähnlich einer großen Uhr, zu interpretieren. Er formulierte: „Dann kann die Schwerkraft die Planeten in Bewegung setzen, aber ohne die göttliche Kraft könnte sie sie niemals in eine solche zirkulierende Bewegung versetzen, wie sie es um die Sonne tut.“
Neben seinem wissenschaftlichen Ruf waren Newtons umfangreiche Studien der Bibel und der frühen Kirchenväter gleichermaßen bedeutsam. Er verfasste textkritische Werke, darunter vor allem An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture und Observations on the Prophecies of Daniel, and the Apocalypse of St. John. Newton berechnete die Kreuzigung Jesu Christi auf den 3. April 33 n. Chr., ein Datum, das mit einer traditionell akzeptierten historischen Schätzung übereinstimmt.
Newton vertrat den Glauben an eine rational immanente Welt, lehnte jedoch ausdrücklich den Hylozoismus ab, der den Philosophien von Gottfried Wilhelm Leibniz und Baruch Spinoza innewohnt. Er behauptete, dass das geordnete und dynamisch strukturierte Universum durch aktive Vernunft verständlich sei und tatsächlich ein Verständnis erfordere. In seiner Korrespondenz erklärte Newton, dass sein Ziel beim Verfassen der Principia darin bestand, „solche Prinzipien festzulegen, die bei der Betrachtung der Menschen für den Glauben an eine Gottheit funktionieren könnten“. Er erkannte Beweise für intelligentes Design innerhalb der kosmischen Ordnung und behauptete, dass „einer so wunderbaren Einheitlichkeit im Planetensystem die Wirkung der Wahl zugestanden werden muss.“ Newton behauptete jedoch, dass aufgrund der allmählichen Anhäufung von Instabilitäten letztendlich ein göttliches Eingreifen erforderlich sei, um das System zu korrigieren. Als Antwort verspottete Leibniz diese Ansicht und bemerkte: „Gott, der Allmächtige, möchte seine Uhr von Zeit zu Zeit aufziehen, sonst würde sie aufhören, sich zu bewegen. Er hatte offenbar nicht genug Voraussicht, um daraus ein Perpetuum mobile zu machen.“
Newtons Haltung wurde später von seinem Anhänger Samuel Clarke in einer bemerkenswerten Korrespondenz verteidigt. Ein Jahrhundert später lieferte Pierre-Simon Laplaces Abhandlung Himmlische Mechanik eine naturalistische Erklärung für die Stabilität der Planetenbahnen und machte damit die Notwendigkeit eines regelmäßigen göttlichen Eingreifens überflüssig. Der starke Kontrast zwischen Laplaces mechanistischer Kosmologie und Newtons Perspektive wird am deutlichsten durch die berühmte Antwort des französischen Wissenschaftlers an Napoleon veranschaulicht, der in Mécanique céleste das Fehlen eines Schöpfers kritisiert hatte: „Sire, j'ai pu me passer de cette hypothèse“ („Sir, ich kann ohne diese Hypothese auskommen“).
Die Gelehrtengemeinschaft debattierte ausführlich über Isaac Newtons Haltung zur Trinitätslehre. David Brewster, Newtons erster Biograph und Verfasser seiner Manuskripte, schlug vor, dass Newton die Authentizität bestimmter Passagen zur Unterstützung der Dreifaltigkeit in Frage stellte, die Lehre selbst jedoch nicht ausdrücklich ablehnte. Doch im 20. Jahrhundert offenbarte die Entschlüsselung von Newtons verschlüsselten Manuskripten, die von John Maynard Keynes und anderen erworben wurden, seine endgültige Ablehnung des Trinitarismus.
Isaac Newton unterstützte im Allgemeinen die zukünftige Wiederherstellung des jüdischen Volkes im Land Israel und betrachtete sie als ein Element der biblischen Prophezeiung, vermied es jedoch, ein genaues Datum anzugeben. Diese Perspektive war unter Theologen und Naturphilosophen des 17. und frühen 18. Jahrhunderts weit verbreitet und umfasste Personen, die mit der Royal Society und akademischen Institutionen verbunden waren. Für Newton und seine Zeitgenossen, darunter John Locke und Daniel Whitby, diente die Überzeugung von einer künftigen Restauration in erster Linie als theologisches Gegenargument zur Kritik am Deismus und nicht als Kommentar zu zeitgenössischen jüdischen Gemeinden. Ziel war es, die messianischen Behauptungen des Christentums zu untermauern, indem es sich sowohl auf erfüllte als auch auf erwartete Prophezeiungen bezog.
Religiöses Denken
Die von Isaac Newton und Robert Boyle vertretene mechanische Philosophie wurde von rationalistischen Pamphletisten als glaubwürdige Alternative zum Pantheismus und religiösen Enthusiasmus propagiert. Dieser Ansatz stieß sowohl bei orthodoxen als auch bei dissidenten Predigern, darunter auch bei Laien, auf vorsichtige Akzeptanz. Die wahrgenommene Klarheit und Einfachheit der wissenschaftlichen Forschung galt als wirksam, um den emotionalen und metaphysischen Auswüchsen abergläubischer Leidenschaft und der wahrgenommenen Bedrohung durch den Atheismus entgegenzuwirken. Gleichzeitig nutzte die zweite Welle englischer Deisten Newtons Entdeckungen, um die Machbarkeit einer „natürlichen Religion“ zu veranschaulichen.
Kritiken, die auf das „magische Denken“ vor der Aufklärung und die mystischen Dimensionen des Christentums abzielten, fanden ihre Grundlage in Robert Boyles mechanischem Verständnis des Universums. Newton entwickelte Boyles Konzepte weiter, lieferte eine mathematische Untermauerung und sorgte maßgeblich dafür, dass diese Ideen weit verbreitet wurden.
Alchemie
Ungefähr eine Million Wörter in Newtons geschätzten zehn Millionen Wörtern an vorhandenen Schriften sind der Alchemie gewidmet. Ein wesentlicher Teil von Newtons alchemistischen Schriften besteht aus kommentierten Kopien anderer Manuskripte. Alchemistische Texte verbinden typischerweise praktisches handwerkliches Wissen mit philosophischer Forschung und verwenden häufig Wortspiele, Allegorien und komplizierte Bilder, um esoterische Handwerksgeheimnisse zu schützen. Bestimmte Elemente in Newtons Nachlässen könnten von kirchlichen Autoritäten als ketzerisch angesehen worden sein.
Im Jahr 1888, nach 16 Jahren der Katalogisierung von Newtons Nachlässen, behielt die Universität Cambridge eine begrenzte Auswahl und gab den Rest an den Earl of Portsmouth zurück. 1936 bot ein Nachkomme diese Papiere bei Sotheby's zum Verkauf an, wo die Sammlung aufgelöst und für etwa 9.000 Pfund verkauft wurde. John Maynard Keynes gehörte zu den etwa drei Dutzend Bietern, die Teile der Sammlung bei einer Auktion erwarben. Anschließend stellte Keynes schätzungsweise die Hälfte von Newtons alchemistischen Schriften wieder zusammen, bevor er seine Sammlung 1946 der Universität Cambridge vermachte.
Alle dokumentierten alchemistischen Schriften von Isaac Newton werden derzeit durch ein Projekt der Indiana University mit dem Titel „The Chymistry of Isaac Newton“ digitalisiert und online zugänglich gemacht und wurden auch in einem veröffentlichten Buch zusammengefasst.
Isaac Newtons grundlegende wissenschaftliche Beiträge umfassen die Quantifizierung der Gravitationsanziehung, die Entdeckung, dass weißes Licht aus unveränderlichen Spektralfarben besteht, und die Entwicklung der Analysis. Es gibt jedoch einen weniger verstandenen und rätselhafteren Aspekt von Newtons Leben, der einen Tätigkeitsbereich von etwa dreißig Jahren umfasst, den er vor seinen Zeitgenossen und Kollegen weitgehend verheimlichte. Dies bezieht sich auf Newtons Auseinandersetzung mit der Alchemie oder „Chymistik“, wie sie im England des 17. Jahrhunderts häufig genannt wurde.
Im Juni 2020 wurden zwei bisher unveröffentlichte Seiten mit Anmerkungen von Isaac Newton zu Jan Baptist van Helmonts Buch De Peste über die Pest von Bonhams zur Online-Auktion angeboten. Laut Bonhams stellt Newtons Untersuchung dieses Textes, die er in Cambridge während seiner Selbstisolation aufgrund der Londoner Beulenpest-Epidemie 1665–66 durchführte, seinen umfangreichsten bekannten schriftlichen Kommentar zur Pest dar. In Bezug auf therapeutische Ansätze dokumentierte Newton, dass „das Beste eine Kröte ist, die drei Tage lang an den Beinen in einem Schornstein aufgehängt wurde, die schließlich Erde mit verschiedenen Insekten darin auf eine Schüssel mit gelbem Wachs erbrach und kurz darauf starb. Durch die Kombination von Krötenpulver mit den Ausscheidungen und dem zu Lutschtabletten verarbeiteten Serum, das über die betroffene Stelle getragen wurde, wurde die Ansteckung vertrieben und das Gift herausgezogen.“
Legacy
Anerkennung
Joseph-Louis Lagrange, ein bekannter Mathematiker und Physiker, postulierte häufig, dass Newton den Höhepunkt menschlichen Genies darstelle. Er bemerkte weiter, dass Newton „der größte Glückspilz war, denn wir können nicht mehr als einmal ein System der Welt etablieren.“ Der berühmte englische Dichter Alexander Pope verfasste das berühmte Epitaph:
Die Natur und ihre Gesetze lagen in der Nacht verborgen.
Gott sagte: Lass Newton sein! und alles war leicht.
Diese Inschrift war jedoch auf Newtons Denkmal in der Westminster Abbey nicht erlaubt. Das letztendlich enthaltene Epitaph lautet wie folgt:
H. S. E. ISAACUS NEWTON Eques Auratus, / Qui, animi vi prope divinâ, / Planetarum Motus, Figuras, / Cometarum semitas, Oceanique Aestus. Suâ Mathesi facem praeferente / Primus demonstravit: / Radiorum Lucis dissimilitudines, / Colorumque inde nascentium proprietates, / Quas nemo antea vel suspicatus erat, pervestigavit. / Naturae, Antiquitatis, S. Scripturae, / Sedulus, sagax, fidus Interpres / Dei O. M. Majestatem Philosophiâ asseruit, / Evangelij Simplicitatem Moribus expressit. / Sibi gratulentur Mortales, / Tale tantumque exstitisse / HUMANI GENERIS DECUS. / NAT. XXV DEZ. A.D. MDCXLII. OBIIT. XX. BESCHÄDIGEN. MDCCXXVI,
Eine Übersetzung dieser Inschrift finden Sie unten:
Hier liegt Isaac Newton, Ritter, der mit einer fast göttlichen Geisteskraft und mathematischen Prinzipien, die ihm eigen waren, den Lauf und die Figuren der Planeten, die Bahnen der Kometen, die Gezeiten des Meeres, die Unterschiede in den Lichtstrahlen und, was sich kein anderer Gelehrter zuvor vorgestellt hat, die Eigenschaften der so erzeugten Farben erforschte. Fleißig, scharfsinnig und treu verteidigte er in seinen Darstellungen der Natur, der Antike und der Heiligen Schrift durch seine Philosophie die Majestät des mächtigen und guten Gottes und brachte in seinen Manieren die Einfachheit des Evangeliums zum Ausdruck. Die Sterblichen freuen sich darüber, dass es eine so große Zierde der Menschheit gegeben hat! Er wurde am 25. Dezember 1642 geboren und starb am 20. März 1726.
Der Wissenschaftsautor John G. Simmons positionierte Newton als führende Persönlichkeit in The Scientific 100, einem Ranking, das aus einer qualitativen Bewertung des kumulativen Einflusses von Wissenschaftlern abgeleitet wurde, und charakterisierte ihn als „die einflussreichste Figur in der Geschichte der westlichen Wissenschaft“. Der Physiker Peter Rowlands identifizierte Newton als „die zentrale Figur in der Geschichte der Wissenschaft“ und behauptete, dass er „mehr als jeder andere die Quelle unseres großen Vertrauens in die Macht der Wissenschaft“ sei. Die Publikation New Scientist bezeichnete Newton als „das höchste Genie und den rätselhaftesten Charakter in der Geschichte der Wissenschaft“. Der Philosoph und Historiker David Hume bezeichnete Newton ebenfalls als „das größte und seltenste Genie, das jemals zur Verzierung und Belehrung der Art auftrat“. In Monticello, seinem persönlichen Wohnsitz, bewahrte Thomas Jefferson – ein Gründervater und Präsident der Vereinigten Staaten – Porträts von John Locke, Sir Francis Bacon und Newton auf. Er charakterisierte diese drei als „die drei größten Männer, die je gelebt haben, ausnahmslos“ und schrieb ihnen die Errichtung „der Grundlagen jener Überbauten zu, die in den physikalischen und moralischen Wissenschaften errichtet wurden“. Der Schriftsteller und Philosoph Voltaire bemerkte über Newton: „Wenn alle Genies des Universums versammelt wären, müsste Newton die Truppe anführen.“ Der Neurologe und Psychoanalytiker Ernest Jones beschrieb Newton als „das größte Genie aller Zeiten“. Der Mathematiker Guillaume de l'Hôpital hegte eine fast mythische Ehrfurcht vor Newton und brachte diese durch eine tiefgründige Frage und Aussage zum Ausdruck: „Isst, trinkt oder schläft Herr Newton wie andere Menschen? Ich stelle ihn mir als ein himmlisches Genie vor, völlig losgelöst von der Materie.“
Newton wurde als „die herausragende Figur der wissenschaftlichen Revolution“ und als „einfach der herausragendste“ unter den vielen herausragenden Denkern seiner Zeit beschrieben. Der Universalgelehrte Johann Wolfgang von Goethe bezeichnete 1642, das Jahr von Galileo Galileis Tod und Newtons Geburt, als „Weihnachten der Neuzeit“. Vilfredo Pareto, ein weiterer Universalgelehrter, betrachtete Newton als den größten Menschen der Menschheitsgeschichte. Anlässlich des 200. Todestages von Newton im Jahr 1927 bezeichnete ihn der Astronom James Jeans als „sicherlich den größten Mann der Wissenschaft und vielleicht den größten Intellekt, den die Menschheit je gesehen hat“. Der Physiker Peter Rowlands schlug ebenfalls vor, dass Newton „möglicherweise den stärksten Intellekt in der gesamten Menschheitsgeschichte besaß“. Newton leitete vier transformative Veränderungen in der Optik, der Mathematik, der Mechanik und der Schwerkraft ein und erwartete auch einen fünften in der Elektrizität, obwohl ihm in seinen späteren Jahren die Kapazität fehlte, dies vollständig zu verwirklichen. Seine Beiträge gelten weithin als die maßgeblichsten für die Entwicklung der modernen Wissenschaft.
Der Wissenschaftshistoriker James Gleick stellte fest, dass Newton „mehr vom wesentlichen Kern des menschlichen Wissens entdeckte als jeder andere zuvor oder danach“, und führte aus:
Er war der Chefarchitekt der modernen Welt. Er löste die alten philosophischen Rätsel von Licht und Bewegung und entdeckte effektiv die Schwerkraft. Er zeigte, wie man die Bahnen der Himmelskörper vorhersagt und etablierte so unseren Platz im Kosmos. Er machte Wissen zu einer Substanz: quantitativ und genau. Er hat Prinzipien aufgestellt, und sie werden seine Gesetze genannt.
Der Physiker Ludwig Boltzmann beschrieb Newtons Principia als „das erste und größte Werk, das jemals über theoretische Physik geschrieben wurde“. In ähnlicher Weise bezeichnete der Physiker Stephen Hawking Principia als „das wahrscheinlich wichtigste Einzelwerk, das jemals in den Naturwissenschaften veröffentlicht wurde“. Der Mathematiker und Physiker Joseph-Louis Lagrange lobte Principia als „die größte Errungenschaft des menschlichen Geistes“ und brachte zum Ausdruck, dass „er sich angesichts einer solchen Veranschaulichung dessen, wozu der menschliche Intellekt fähig sein könnte, benommen fühlte.“
Der Physiker Edward Andrade behauptete, dass Newton „zu größeren nachhaltigen geistigen Anstrengungen fähig war als jeder andere Mensch davor oder danach.“ Weiter kommentierte er Newtons historische Bedeutung mit den Worten:
Von Zeit zu Zeit taucht in der Geschichte der Menschheit ein Mann von universeller Bedeutung auf, dessen Werk den Strom des menschlichen Denkens oder der menschlichen Erfahrung verändert, sodass alles, was nach ihm kommt, Beweise seines Geistes trägt. Ein solcher Mann war Shakespeare, ein solcher Mann war Beethoven, ein solcher Mann war Newton, und von den dreien ist sein Königreich am weitesten verbreitet.
Der französische Physiker und Mathematiker Jean-Baptiste Biot lobte Newtons Genie und bemerkte:
Noch nie wurde die Vorherrschaft des Intellekts so zu Recht festgestellt und so vollständig anerkannt. . . In der Mathematik und in der experimentellen Wissenschaft ohne Gleichen und ohne Beispiel; Er vereint das Genie für beides in höchstem Maße.
Trotz seiner bemerkenswerten Rivalität mit Gottfried Wilhelm Leibniz würdigte Leibniz selbst Newtons Beiträge. Auf die Frage von Sophia Charlotte, Königin von Preußen, bei einem Abendessen im Jahr 1701 nach seiner Meinung über Newton antwortete Leibniz:
Wenn man die Mathematik von den Anfängen der Welt bis zu der Zeit, als Newton lebte, betrachtete, war das, was er getan hatte, weitaus besser.
Der Mathematiker E.T. Bell positionierte Newton neben Carl Friedrich Gauß und Archimedes als einen der drei herausragenden Mathematiker der Geschichte, eine Meinung, die auch Donald M. Davis aufgriff, der ebenfalls darauf hinwies, dass Newton mit diesen beiden Figuren gleichwertig eingestuft wird. In einem 1962 in The Mathematics Teacher veröffentlichten Artikel führte Walter Crosby Eells eine objektive Bewertung durch, um die herausragendsten Mathematiker aller Zeiten zu identifizieren und platzierte Newton an erster Stelle unter den Top 100, eine Rangfolge, die statistisch sogar nach Berücksichtigung möglicher Fehler bestätigt wurde. Clifford A. Pickover, ein Wissenschaftsredakteur und Autor, stufte Newton in seinem 2001 erschienenen Buch Wonders of Numbers, in dem die Top Ten aufgeführt waren, auch als den einflussreichsten Mathematiker ein. In The Cambridge Companion to Isaac Newton (2016) wird Newton schon in jungen Jahren als „außergewöhnlicher Problemlöser“ beschrieben, der in der Geschichte der Menschheit möglicherweise seinesgleichen sucht. Letztendlich gilt er neben James Clerk Maxwell und Albert Einstein als einer der zwei oder drei größten theoretischen Wissenschaftler; neben Carl F. Gauss der bedeutendste Mathematiker; und ein führender Experimentator. Diese einzigartige Kombination stellt „Newton in eine Klasse für sich unter den empirischen Wissenschaftlern, denn es fällt einem schwer, an einen anderen Kandidaten zu denken, der auch nur in zwei dieser Kategorien an erster Stelle stand.“ Darüber hinaus wurde seine außergewöhnliche Fähigkeit hervorgehoben, seine wissenschaftlichen Bemühungen in eine breitere Perspektive zu stellen, insbesondere im Vergleich zu späteren Wissenschaftlern. Gauß selbst schätzte Archimedes und Newton sehr und verwendete Begriffe wie clarissimus oder magnus für andere namhafte Intellektuelle, darunter Mathematiker und Philosophen, behielt den Superlativ summus jedoch ausschließlich Newton vor. Als Gauß den tiefgreifenden Einfluss von Newtons Arbeit auf Wissenschaftler wie Lagrange und Pierre-Simon Laplace erkannte, verkündete er berühmt: „Newton bleibt für immer der Meister aller Meister!“
William H. Cropper, ein Chemiker, unterstrich Newtons beispielloses Genie in seinem Buch Great Physicists und behauptete:
Eine Einschätzung kommt eindeutig zu dem Schluss, dass Newton das größte kreative Genie in der Geschichte der Physik darstellt. Kein anderer Anwärter auf diese Auszeichnung der Superlative – darunter Einstein, Maxwell, Boltzmann, Gibbs und Feynman – hat Newtons umfassende Leistungen als Theoretiker, Experimentator und Mathematiker erreicht.
Albert Einstein zeigte in seinem Arbeitszimmer ein Porträt von Newton neben denen von Michael Faraday und James Clerk Maxwell. Einstein postulierte, dass Newtons Entwicklung der Infinitesimalrechnung, insbesondere in Verbindung mit seinen Bewegungsgesetzen, „vielleicht den größten Gedankenfortschritt darstellte, den ein einzelnes Individuum jemals machen durfte“. Er betonte außerdem Newtons tiefgreifenden Einfluss und bemerkte:
Der gesamte Fortschritt unseres Verständnisses natürlicher Prozesse, auf den wir uns bisher konzentriert haben, könnte als eine organische Evolution angesehen werden, die auf Newtons Konzepten beruht.
Im Jahr 1999 wurde Einstein in einer Umfrage unter 100 prominenten Physikern seiner Zeit zum „größten Physiker aller Zeiten“ gekürt, wobei Newton sich den zweiten Platz sicherte. Im Gegensatz dazu wurde Newton in einer gleichzeitigen Umfrage unter allgemeinen Physikern als Spitzenreiter eingestuft. Eine Doppelumfrage aus dem Jahr 2005, an der sowohl die Öffentlichkeit als auch Mitglieder der britischen Royal Society teilnahmen, stellte zwei Fragen: Welche Person, Newton oder Einstein, leistete insgesamt bedeutendere Beiträge zur Wissenschaft und welche leistete größere positive Beiträge zur Menschheit. In beiden demografischen Gruppen und bei beiden Fragen herrschte Konsens darüber, dass Newton insgesamt die substanzielleren Beiträge geleistet hatte.
Im Jahr 1999 erkannte das Magazin Time Newton als die Person des Jahrhunderts des 17. Jahrhunderts an. Bei der BBC-Umfrage 2002 zu den 100 größten Briten belegte er den sechsten Platz. Dennoch wurde er 2003 in einer BBC World-Umfrage zum größten Briten gekürt, gefolgt von Winston Churchill auf dem zweiten Platz. Darüber hinaus wählten ihn 2009 Studenten der Universität Cambridge zum größten Kantabrier.
Der Physiker Lev Landau erstellte eine logarithmische Skala von 0 bis 5, um Physiker anhand ihrer Produktivität und Genialität zu bewerten. Newton erhielt die höchstmögliche Bewertung von 0, während Einstein mit 0,5 bewertet wurde. Prominente Persönlichkeiten der Quantenmechanik, darunter Werner Heisenberg und Paul Dirac, erhielten den Rang 1. Landau selbst, Nobelpreisträger und Entdecker der Superfluidität, wurde auf dieser Skala auf Platz 2 positioniert.
Die abgeleitete SI-Einheit für Kraft, das Newton, ist ihm zu Ehren benannt.
Der Großteil der erhaltenen wissenschaftlichen und technischen Dokumente von Isaac Newton befindet sich an der Universität Cambridge. Die Cambridge University Library verfügt über die umfangreichste Sammlung, weitere Dokumente befinden sich im King's College, Trinity College und im Fitzwilliam Museum. Ein seinen theologischen und alchemistischen Schriften gewidmetes Archiv wird in der Nationalbibliothek von Israel aufbewahrt, ergänzt durch kleinere Sammlungen in der Smithsonian Institution, der Stanford University Library und der Huntington Library. Auch die Royal Society in London bewahrt eine Auswahl seiner Manuskripte auf. Im Jahr 2015 erkannte die UNESCO die globale Bedeutung der Israel-Sammlung an, indem sie sie in ihr internationales Register „Memory of the World“ eintrug. Die Sammlungen von Cambridge und der Royal Society wurden diesem Register 2017 hinzugefügt.
Die Apple-Anekdote
Newton erzählte häufig, dass seine Gravitationstheorie von der Beobachtung inspiriert wurde, wie ein Apfel von einem Baum fiel. Es wird allgemein angenommen, dass diese Geschichte in den öffentlichen Diskurs gelangte, nachdem sie von Catherine Barton, Newtons Nichte, mit Voltaire geteilt wurde. Anschließend dokumentierte Voltaire in seinem Essay on Epic Poetry (1727), dass „Sir Isaac Newton, als er in seinen Gärten spazierte, zum ersten Mal an sein Gravitationssystem dachte, als er sah, wie ein Apfel von einem Baum fiel.“
Während der Wahrheitsgehalt der Apfelgeschichte gelegentlich in Frage gestellt wird, schrieben Newtons Bekannte den Bericht direkt ihm zu, obwohl sie die apokryphen Details des Apfelschlags nicht erwähnten sein Kopf. William Stukeley, dessen Manuskriptbericht aus dem Jahr 1752 über die Royal Society zugänglich ist, zeichnete am 15. April 1726 ein Gespräch mit Newton in Kensington auf und erklärte:
wir gingen in den Garten, & trank Thea im Schatten einiger Apfelbäume, nur er & ich selbst. Inmitten anderer Gespräche, erzählte er mir, befände er sich gerade in der gleichen Situation wie damals, als ihm der Gedanke an die Schwerkraft in den Sinn kam. „Warum sollte dieser Apfel immer senkrecht zum Boden herabsinken?“, dachte er bei sich. Anlass war der Fall eines Apfels, als er in nachdenklicher Stimmung saß: „Warum sollte er nicht seitwärts oder nach oben gehen? Also fällt dieser Apfel senkrecht oder in Richtung der Mitte, also muss es im Verhältnis zu seiner Menge sein, also zieht der Apfel die Erde an
John Conduitt, der als Newtons Assistent bei der Royal Mint diente und mit Newtons Nichte verheiratet war, berichtete in seinen biografischen Schriften über Newton ebenfalls über dieses Ereignis:
Im Jahr 1666 zog er sich erneut von Cambridge zu seiner Mutter nach Lincolnshire zurück. Während er nachdenklich durch einen Garten schlenderte, kam ihm der Gedanke, dass die Kraft der Schwerkraft (die einen Apfel von einem Baum auf den Boden brachte) nicht auf eine bestimmte Entfernung von der Erde beschränkt war, sondern dass diese Kraft viel weiter reichen musste, als man gewöhnlich annahm. Warum nicht so hoch wie der Mond, sagte er sich & Wenn ja, muss das ihre Bewegung und Bewegung beeinflussen. Vielleicht hielt er sie in ihrer Umlaufbahn, woraufhin er überlegte, welche Auswirkungen diese Annahme haben würde.
Newtons Notizbücher zeigen, dass er in den späten 1660er-Jahren über das Konzept nachdachte, dass sich die Schwerkraft der Erde nach einem umgekehrten Quadratverhältnis auf den Mond ausdehnt, eine Vorstellung, die andere Wissenschaftler zuvor vermutet hatten. Um 1665 führte Newton quantitative Analysen durch, bei denen er die Umlaufzeit und Entfernung des Mondes sowie den Zeitpunkt des Auftreffens von Objekten auf die Erde berücksichtigte. Allerdings veröffentlichte Newton diese Ergebnisse damals nicht, weil ihm der Beweis dafür fehlte, dass die Schwerkraft der Erde so wirkt, als ob sich ihre gesamte Masse in ihrem Zentrum konzentrieren würde – ein Beweis, für den er zwei Jahrzehnte brauchen würde.
Umfassende Analysen historischer Aufzeichnungen, bestätigt durch Dendrochronologie und DNA-Analyse, deuten darauf hin, dass es sich um einen bestimmten Apfelbaum in einem Garten von Woolsthorpe Manor handelte, auf den sich Newton bezog. Dieser Baum wurde um 1816 von einem Sturm gefällt, wuchs aber später wieder aus seinen Wurzeln und wird heute als Touristenattraktion unter der Schirmherrschaft des National Trust gepflegt.
Ein Nachkomme des ursprünglichen Baumes wird derzeit vor dem Haupttor des Trinity College in Cambridge kultiviert, unter dem Raum, den Newton während seines Studiums dort bewohnte. Die National Fruit Collection in Brogdale in Kent bietet Transplantate ihres Exemplars an, das gärtnerisch mit der Flower of Kent identisch zu sein scheint, einer Kochapfelsorte, die sich durch ihr grobes Fruchtfleisch auszeichnet.
Gedenkfeiern
Newtons Denkmal wurde 1731 errichtet und befindet sich in der Westminster Abbey, genauer gesagt nördlich des Choreingangs, neben der Chorwand und in der Nähe seines Grabes. Der Bildhauer Michael Rysbrack (1694–1770) schuf dieses Stück aus weißem und grauem Marmor nach einem Entwurf des Architekten William Kent. Das Denkmal zeigt Newton, wie er auf einem Sarkophag liegt, wobei sein rechter Ellbogen auf mehreren seiner prominenten Bücher ruht und seine linke Hand auf eine Schriftrolle mit einem mathematischen Muster deutet. Über dieser Figur veranschaulichen eine Pyramide und ein Himmelsglobus die Tierkreiszeichen und die Flugbahn des Kometen von 1680. Eine Relieftafel stellt außerdem Putten dar, die mit wissenschaftlichen Instrumenten, darunter einem Teleskop und einem Prisma, interagieren.
Zwischen 1978 und 1988 war eine von Harry Ecclestone entworfene Darstellung von Newton auf den von der Bank of England ausgegebenen 1-Pfund-Banknoten der Serie D zu sehen, den letzten 1-Pfund-Banknoten, die von der Bank hergestellt wurden. Auf der Rückseite dieser Notizen war Newton abgebildet, der ein Buch in der Hand hielt, begleitet von einem Teleskop, einem Prisma und einer Karte des Sonnensystems.
Ein Bildnis von Isaac Newton, das auf einen Apfel zu seinen Füßen blickt, ist im Oxford University Museum of Natural History ausgestellt. In London dominiert eine bedeutende Bronzeskulptur mit dem Titel Newton, after William Blake, die 1995 von Eduardo Paolozzi geschaffen und von William Blakes Radierung inspiriert wurde, die Piazza der British Library. Darüber hinaus wurde 1858 eine Bronzestatue von Newton im zentralen Bereich von Grantham, wo er zur Schule ging, an prominenter Stelle vor dem Grantham Guildhall aufgestellt.
Das Herrenhaus in Woolsthorpe wird von Historic England als denkmalgeschütztes Gebäude der Kategorie I eingestuft, vor allem aufgrund seiner Bedeutung als sein Geburtsort und dem Ort, „an dem er die Schwerkraft entdeckte und seine Theorien zur Lichtbrechung entwickelte.“
Das Institute of Physics (IOP) verleiht es Die bedeutendste Auszeichnung, die Isaac-Newton-Medaille, wurde nach ihm benannt und ehrt Einzelpersonen für ihre weltweit bedeutenden Beiträge auf dem Gebiet der Physik. Diese Auszeichnung wurde 2008 eingeführt.
Die Aufklärung
Philosophen und Historiker der europäischen Aufklärung behaupten im Allgemeinen, dass Newtons Veröffentlichung der Principia einen entscheidenden Moment in der wissenschaftlichen Revolution darstellte und die Ära der Aufklärung einleitete. Newtons Konzeptualisierung eines Universums, das von natürlichen und rational verständlichen Gesetzen regiert wird, diente als grundlegendes Element für das Denken der Aufklärung. Persönlichkeiten wie John Locke und Voltaire weiteten die Prinzipien des Naturrechts auf politische Rahmenbedingungen aus und plädierten für inhärente Rechte. In ähnlicher Weise integrierten die Physiokraten und Adam Smith naturalistische Ansichten über Psychologie und Eigennutz in ökonomische Theorien. Soziologen wiederum kritisierten bestehende soziale Strukturen für den Versuch, natürliche Fortschrittsmodelle historische Erzählungen aufzuzwingen. Während James Burnett, Lord Monboddo und Samuel Clarke zunächst Vorbehalte gegenüber bestimmten Aspekten von Newtons Werk äußerten, brachten sie diese letztendlich mit ihren tiefgreifenden religiösen Interpretationen der Natur in Einklang.
Funktioniert
Zu seinen Lebzeiten veröffentlicht
- De analysi per aequationes numero terminorum infinitas (1669, veröffentlicht 1711)
- Von den offensichtlichen Gesetzen und Gesetzen der Natur Prozesse in der Vegetation (unveröffentlicht, ca. 1671–75)
- De motu corporum in gyrum (1684)
- Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)
- Scala graduum Caloris. Kalorienbeschreibungen & signa (1701)
- Optiken (1704)
- Berichte als Münzmeister (1701–1725)
- Arithmetica Universalis (1707)
Posthum veröffentlicht
- De mundi systemate (Das System der Welt) (1728)
- Optische Vorlesungen (1728)
- Die Chronologie der alten Königreiche geändert (1728)
- Beobachtungen zu Daniel und der Apokalypse des heiligen Johannes (1733)
- Methode der Fluxionen (1671, veröffentlicht 1736)
- Ein historischer Bericht über zwei bemerkenswerte Verfälschungen der Heiligen Schrift (1754)
- Elemente der Philosophie von Newton, ein Buch von Voltaire
- Liste der Präsidenten der Royal Society
- Referenzen
Referenzen
Notizen
Zitate
Bibliographie
Primär
Religion
- Porträts von Sir Isaac Newton in der National Portrait Gallery, London
- Werke von oder über Isaac Newton im Internet Archive
- Werke von Isaac Newton (gemeinfreie Hörbücher)
Digitale Archive
- Das Newton-Projekt, veranstaltet von der Universität Oxford.
- Isaac Newtons Papiere befinden sich in den Archiven der Royal Society.
- Die Newton-Manuskripte, aufbewahrt in der Nationalbibliothek von Israel.
- Die Newton Papers, die zuvor über die Cambridge Digital Library zugänglich waren, sind derzeit nicht verfügbar.
- Bernhardus Varenius, Geographia Generalis, herausgegeben von Isaac Newton, zweite Auflage (Cambridge: Joann. Hayes, 1681).