12. Newton.

Nachdem wir den allgemein geschichtlichen, kulturhistorischen und

naturphilosophischen Hintergrund kennen gelernt haben, von dem sich die

gewaltige Forschergestalt *Newtons* abhebt, gehen wir zur Schilderung

seiner Lebensarbeit und seiner Persönlichkeit über.

*Isaak Newton*[443] wurde am 4. Januar 1643 in Woolsthorpe, einem in

der Grafschaft Lincolnshire gelegenen Dorfe, geboren, ein Jahr, nachdem

*Galilei* die Augen geschlossen hatte und hundert Jahre nach dem Tode

des *Koppernikus*. Sein Vater, der dort Landwirtschaft betrieb, war

einige Monate vor der Geburt des Sohnes gestorben. Die Mutter hegte

den Wunsch, daß letzterer das kleine Besitztum, das sie ihr eigen

nannte, später übernehmen möchte. *Newton* wurde auf die Schule zu

Grantham, einem wenige Meilen von Woolsthorpe entfernten Städtchen,

geschickt. Seine Lernbegierde war zunächst gering. Mit besonderem Eifer

beschäftigte er sich mit der Herstellung mechanischer Vorrichtungen.

So entstanden Windmühlen, Sonnen- und Wasseruhren usw. Auch in anderer

Hinsicht zeigte sich die Eigenart *Newtons*, der an den Spielen seiner

Jugendgefährten nur geringen Anteil nahm.

Als der Knabe mit 14 Jahren auf das kleine Gut der Mutter zurückkehrte,

dessen Bewirtschaftung er übernehmen sollte, zeigte es sich, daß er für

die Geschäfte des praktischen Lebens keine rechte Neigung besaß. Auf

Anraten und unter Beihilfe seines Oheims, der ihn hinter einer Hecke,

mit dem Lesen eines geometrischen Buches beschäftigt, gefunden hatte,

wurde *Newton* deshalb nach Grantham zurückgeschickt. Mit 17 Jahren

bezog er die Universität Cambridge. Hier studierte er zunächst die

mathematischen Werke der Alten, insbesondere die Geometrie *Euklids*.

Darauf fesselten ihn die Arbeiten der neueren Schriftsteller. Er las

die mathematischen Schriften des *Descartes*, die Arithmetik von

*Wallis*[444], welche die Keime der später von *Newton* und *Leibniz*

erfundenen Infinitesimalrechnung enthält, und die Dioptrik *Keplers*.

An alle Arbeiten anderer trat er jedoch mit einer Selbständigkeit

des Denkens heran, wie sie nur hervorragende Geister auszeichnet.

Eigene mathematische Untersuchungen leiteten ihn schon während seiner

Studienzeit zur Auffindung des allgemeinen binomischen Lehrsatzes.

Auch nahm er, bereits bevor er in Cambridge als letzten akademischen

Grad die Magisterwürde erlangt hatte, das Gravitationsproblem in

Angriff. Ihn leitete dabei der fruchtbare Gedanke, die Identität der

Schwere und der von der Erde auf den Mond wirkenden Kraft nachzuweisen.

Indes gelangte er damals noch nicht zum Ziele, weil ihm die, seiner

Rechnung zugrunde zu legenden Abmessungen der Erde nicht hinreichend

genau bekannt waren. Die später zu besprechende Gradmessung *Picards*

verschaffte endlich seiner Ableitung die richtigen Unterlagen, so daß

erst 16 Jahre später jener Gedanke als zutreffend bewiesen werden

konnte.

Fortschritte der praktischen Optik.

In den Beginn der wissenschaftlichen Tätigkeit *Newtons* fällt seine

erste Beschäftigung mit der Optik. Wie auf *Galilei*, so wurde auch auf

*Newton* die Mitwelt zuerst infolge seiner Verdienste um die Erfindung,

beziehungsweise die Verbesserung des Fernrohrs aufmerksam. Man hatte

bemerkt, daß zwei Eigenschaften der Glaslinsen der Vervollkommnung

dieses Instrumentes im Wege standen. Einmal wurden parallel einfallende

Strahlen nicht genau in einem Punkte vereinigt; zweitens machten sich

an den Bildern farbige Ränder bemerkbar. Beide Erscheinungen sind unter

dem Namen der sphärischen und der chromatischen Abweichung bekannt.

Da die letztere an den durch Hohlspiegel erzeugten Bildern nicht

auftritt, so brachte *Newton* die von mehreren Seiten[445] geäußerte

Idee eines Spiegelteleskops zur Ausführung (s. Abb. 68). Das durch

einen sphärischen Hohlspiegel (*aqsb*) erzeugte Bild wurde von einem

schräg gestellten Planspiegel (*fg*) seitwärts reflektiert und durch

eine in der Seitenwand angebrachte Linse (h) betrachtet (siehe Abb. 69).

[Illustration: Abb. 68. Ansicht von Newtons Spiegelteleskop[446].]

[Illustration: Abb. 69. Newtons schematische Zeichnung seines

Spiegelteleskops.]

Das erste, im Jahre 1668 verfertigte Spiegelteleskop war nur 5 Zoll

lang. Man war jedoch imstande, damit die Monde Jupiters, sowie die

Lichtgestalten der Venus zu erkennen. Einige Jahre später[447] sandte

*Newton* ein zweites, größeres Instrument an die Royal Society. Es

fand deren Beifall und erregte auch die Bewunderung des Hofes. Dieses

Instrument wird noch heute in der Bibliothek jener Gesellschaft

aufbewahrt. Es trägt die Inschrift:

Invented by Sir *Isaac Newton*

and made with his own hands.

1671.

Das Verdienst des genialen Erfinders, der seit dem Jahre 1662 die

Professur der Mathematik in Cambridge bekleidete, wurde dadurch

anerkannt, daß man ihn in die Royal Society aufnahm, deren Vorsitz er

in späteren Jahren führte.

[Illustration: Abb. 70. Hadleys Spiegeloktant.]

Eine kurze Erwähnung verdient auch der Spiegelsextant. Sein Erfinder

ist *John Hadley*. Nach *Maskelyne*[448] hat sich schon *Newton*

mit der Idee befaßt, für die Beobachtung von Monddistanzen einen

Spiegeloktanten herzustellen. Die Beschreibung eines brauchbaren

Spiegelmeßapparats, der alle älteren, bisher von den Seefahrern

benutzten Winkelmeßinstrumente verdrängte, veröffentlichte *Hadley*

im Jahre 1731[449]. Seine Abbildung stellt einen Oktanten mit einem

senkrecht zur Mittellinie gerichteten Fernrohr dar. Vor dem Fernrohr

befindet sich der feste, und links davon der auf einer beweglichen

Alhidade angebrachte Spiegel. Vor diesem kann ein Blendglas (ganz links

in der Abbildung) gedreht werden. An Stelle des in Grade und Minuten

geteilten Oktanten setzte man den Sextanten, von dem das Instrument

seinen Namen erhielt.

Die Untersuchung des Sonnenspektrums.

Von nicht geringerem Belang als jene, in erster Linie der Praxis

dienenden Erfolge war die Förderung, welche die theoretische Optik

durch *Newton* erfuhr. Mit der Brechung des Lichtes hatten sich schon

die Alten, sowie unter den Neueren besonders *Kepler* und *Snellius*

befaßt. Eine Vertiefung von großer Tragweite erlangte dieses Problem,

als *Newton* sein Augenmerk auf die bis dahin kaum weiter verfolgte

Erscheinung der Farbenzerstreuung richtete. Sämtliche grundlegenden

Versuche, welche dieses Gebiet betreffen und die ihn seit dem Jahre

1666 beschäftigten, rühren von ihm her. Eine zusammenfassende

Darstellung gab *Newton* in seinen drei Büchern über die Optik[450].

*Newton* beginnt das erste Buch mit der Versicherung, daß er die

Eigenschaften des Lichtes nicht durch Hypothesen erklären, sondern daß

er sie nur aufdecken und durch Versuche und Rechnung klarstellen wolle.

Diesem Vorsatz ist er nicht immer treu geblieben, sondern durch das

ganze Werk zieht sich die Auffassung, daß wir es in dem Licht mit einer

feinen, aus gesonderten Teilchen bestehenden Materie zu tun haben, die

von den leuchtenden Körpern ausgestoßen wird. *Newtons* Ansicht ist

unter dem Namen der Emanations- oder Emissionstheorie bekannt geworden

und hat die Wissenschaft bis in das 19. Jahrhundert hinein beherrscht.

Den Ausgangspunkt der Untersuchung bildete der Nachweis, daß Licht

verschiedener Farbe einen verschiedenen Grad der Brechbarkeit besitzt.

In einem dunklen Zimmer brachte *Newton* hinter einer kleinen Öffnung

ein Glasprisma an. Letzteres lenkte den Lichtstrahl, der durch die

Öffnung eindrang, ab und rief auf der gegenüberliegenden Wand des

Zimmers ein Spektrum hervor. Die Achse des Prismas war senkrecht zu

den einfallenden Lichtstrahlen gerichtet. Als *Newton* das Prisma

um diese Achse drehte, sah er das Spektrum zuerst hinab- und dann

wieder hinaufsteigen. Zwischen der Ab- und Aufwärtsbewegung, in dem

Augenblicke, als das Bild still zu stehen schien, also das Minimum

der Ablenkung stattfand, stellte er das Prisma fest. Nun ließ er das

gebrochene Licht senkrecht auf einen Bogen weißen Papieres MN fallen,

der auf der gegenüberliegenden Wand des Zimmers angebracht war, und

beobachtete die Gestalt und die Größe des dort entstandenen Spektrums

(Abb. 71). Letzteres war rot in seinem am wenigsten gebrochenen Ende T,

violett in dem am stärksten abgelenkten Ende P. Darauf wurden in den

Weg des Lichtstrahls zwei Bretter (Abb. 72) DE und *de* mit Öffnungen

bei G und g gestellt. Durch G. ging nur ein Teil des gebrochenen

Lichtes, während der Rest aufgefangen wurde. Zwölf Fuß von dem ersten

Brette entfernt, befestigte *Newton* das zweite Brett *de* (Abb. 72)

in der Weise, daß wieder nur ein Teil des gebrochenen Lichtes, das

durch G gelangt war, das Loch g in jenem zweiten Brette passieren

konnte. Unmittelbar hinter dem zweiten Brette de brachte er dann ein

anderes Prisma *abc* an, welches das die Öffnung g passierende Licht

ablenken sollte. Indem er nun das erste Prisma ABC langsam um seine

Achse hin- und herdrehte, bewirkte er, daß das Spektrum sich auf- und

abbewegte, so daß alle Teile desselben nacheinander auf das Prisma

*abc* fallen mußten. Gleichzeitig merkte *Newton* die Stellen auf der

gegenüberliegenden Wand NM (Abb. 72) an, auf welche die Lichtstrahlen

nach ihrem Durchgänge durch das zweite Prisma *abc* gelangten. Aus

der verschiedenen Höhe dieser Stellen fand er, daß die Strahlen

stärkster Brechbarkeit, die den blauen Teil des Spektrums bilden,

stärker gebrochen werden, als das rote Licht. Trat nämlich der untere

rote Teil des Spektrums durch die Öffnung g, so gelangte dieses Licht

zu einer tieferen Stelle M der Wand. Wurde dagegen der obere blaue

Teil des Spektrums durch dieselbe Öffnung g geworfen, so gelangte der

betreffende Strahl zu der höheren Stelle N. Die dazwischen befindlichen

Teile des Spektrums endlich fielen nach dem Passieren der Öffnung g

zwischen M und N auf die Wand (Abb. 72).

[Illustration: Abb. 71. Newton untersucht das Spektrum[451].]

[Illustration: Abb. 72. Newtons Nachweis, daß die Spektralfarben

verschieden brechbar sind[452].]

Diesem Versuch wurde von *Newton* eine solch entscheidende Bedeutung

beigelegt, daß er ihn als Experimentum crucis, d. h. als einen am

Kreuzwege entscheidenden Versuch, bezeichnet hat. Das Wort ist der bei

*Bacon* üblichen, an Bildern so reichen Terminologie entnommen.

Durch Vereinigung sämtlicher Spektralfarben ließ sich das weiße

Sonnenlicht in seiner vollen Ursprünglichkeit wieder herstellen.

*Newton* zeigte dies durch folgenden Versuch.

*ABC abc* (Abb. 73) stellt ein Prisma vor, das in ein dunkles Zimmer

fallendes Sonnenlicht so brach, daß es auf die Linse MN fiel

und darauf bei *pqrst* die bekannten Spektralfarben erzeugte. Die

divergierenden Strahlen gelangten dann vermöge der Brechung durch die

Linse nach X und erzeugten dort durch Mischung sämtlicher Farben einen

weißen Lichtstrahl.

Darauf wurde ein zweites Prisma *DEG deg* parallel dem ersten in X

aufgestellt, um das weiße Licht aufwärts nach Y zu brechen (Abb. 73).

Die Brechungswinkel der Prismen und ihre Abstände von der Linse waren

gleich, so daß die Strahlen, die nach X zu konvergierten und, ohne eine

dort stattfindende Brechung, sich daselbst hätten schneiden und hierauf

wieder divergieren müssen, durch das zweite Prisma parallel gemacht

wurden. War letzteres der Fall, so setzten diese Strahlen wieder

einen weißen Lichtstrahl zusammen, und man konnte sämtliche Versuche

mit diesem Strahle XY anstellen, die vorher im direkten Sonnenlicht

gemacht waren. Durch Auffangen irgend einer Spektralfarbe *pqrst* vor

der Linse MN ließ sich zeigen, daß die durch Versuche mit dem Strahl

XY erzeugten Farben keine anderen waren, als diejenigen, die den

Strahlen entsprachen, aus denen XY zusammengesetzt wurde. Daraus

war ersichtlich, daß die Farben nicht durch irgend eine, infolge der

Brechung und der Reflexion bewirkte Veränderung des Lichtes sich erst

bilden, sondern daß sie aus der Trennung und der Zusammensetzung von

Strahlen hervorgehen, von denen jeder eine gewisse Farbe besitzt.

[Illustration: Abb. 73. Newton vereinigt die Spektralfarben zu weißem

Licht[453].]

Newtons Farbentheorie.

Um die Ursache der Körperfarben zu erkunden, brachte *Newton*

verschiedene Gegenstände in den Strahl XY (Abb. 73) und fand, daß

sie dort sämtlich in der Farbe erschienen, die sie bei Tageslicht

besitzen. So zeigte z. B. Zinnober in dem Lichtstrahl XY dieselbe

Farbe wie im Tageslicht. Wenn man bei der Linse MN die grünen und

die blauen Strahlen auffing, wurde seine rote Farbe noch voller und

lebhafter. Beseitigte man aber diejenigen Lichtstrahlen, welche die

rote Farbe hervorrufen, so erschien der Zinnober nicht mehr rot,

sondern er war gelb oder grün oder von anderer Farbe, entsprechend

den Strahlenarten, die auf ihn fielen. Setzte *Newton* Zinnober

und Ultramarin nebeneinander dem homogenen roten Lichte aus, so

erschienen beide rot. Zinnober zeigte jedoch ein helles, glänzendes,

Ultramarin dagegen ein schwaches dunkles Rot. Im homogenen blauen

Licht erschienen dagegen beide Stoffe blau. Diesmal erglänzte aber

Ultramarin in einem kräftigen, glänzenden Blau, während Zinnober nur

eine schwache, dunkelblaue Farbe aufwies. Aus diesen Versuchen schloß

*Newton*, daß die Farben daher rühren, daß die Körper je nach ihrer

Art die einen oder die anderen Strahlenarten vorwiegend reflektieren.

Die Veilchen reflektieren die brechbarsten Strahlen am meisten und

haben daher ihre Farbe. Und so ist es nach *Newton* bei allen übrigen

Körpern. Jeder wirft die Strahlen der ihm eigentümlichen Farbe in

größerer Menge zurück als die anderen und hat seine Farbe dadurch, daß

die ersteren in dem von ihm reflektierten Lichte überwiegen. Streng

genommen sind also die Körper, wie *Newton* hervorhebt, nicht gefärbt,

sondern sie besitzen eine gewisse Kraft, die Empfindung dieser oder

jener Farbe zu erregen. Wie der Schall einer Glocke nichts anderes ist,

als eine zitternde Bewegung des tönenden Körpers, die sich auf die Luft

überträgt und unser Empfindungsorgan erregt, so sind auch »die Farben

an den Objekten nichts weiter als ihre Fähigkeit, diese oder jene

Strahlenart zu reflektieren. Und in den Strahlen ist wiederum nichts

anderes als die Fähigkeit, diese Bewegung bis in unser Empfindungsorgan

zu verbreiten. In letzterem endlich entsteht die Empfindung dieser

Bewegungen in Gestalt von Farben«.

Ohne Zweifel bedeutet die Farbentheorie *Newtons* einen der größten

Fortschritte der Optik. Man muß sich vergegenwärtigen, daß die Lehre

des *Aristoteles*, nach der die Farben aus einer Mischung von Weiß und

Schwarz, von Licht und Finsternis hervorgehen, im 17. Jahrhundert noch

in voller Geltung war. Selbst *Kepler* wurde von dieser aristotelischen

Auffassung beherrscht[454] und *de Dominis* äußerte sich in seiner so

hervorragenden optischen Schrift vom Jahre 1611, mische man dem Lichte

etwas Dunkles hinzu, ohne jedoch das ganze Licht zu verhindern oder

auszulöschen, so entständen die Farben[455]. Z. B. erscheine ein Feuer

rot, weil der Rauch, den es mit sich führt, es verdunkle.

Nachdem *Newton* die verschiedene Brechbarkeit der Strahlenarten

nachgewiesen hatte, mußte sich die Frage erheben, ob das ohne Rücksicht

auf die Farbenlehre von *Snellius* aufgestellte Gesetz, daß der Sinus

des Einfallwinkels zum Sinus des Brechungswinkels in einem bestimmten

Verhältnis steht, für jede einzelne Strahlengattung gültig ist. Es

sei sehr glaublich, meinte *Newton*, daß es sich so verhalte, weil

die Natur immer gleichförmige Gesetze befolge. Ein experimenteller

Nachweis[456] war indessen doch erwünscht, und wurde von *Newton* auch

erbracht. Brechung und Farbenerzeugung hielt *Newton* auf Grund dieser

Versuche für zwei stets miteinander verknüpfte Vorgänge. Daher hielt

er sich auch für überzeugt, daß es kein Mittel gäbe, den Fehler der

chromatischen Abweichung zu beseitigen.

Die Unvollkommenheit der Fernrohre wurde vor *Newton* ausschließlich

der sphärischen Gestalt der Gläser zugeschrieben. Nach ihm entsteht

der größte Fehler dadurch, daß Strahlen verschiedener Brechbarkeit

nicht nach einem Punkt konvergieren. Die Untersuchung hatte nämlich

ergeben, daß für Strahlen, die von einem weit entfernten leuchtenden

Punkte kommen, der Brennpunkt der brechbarsten Strahlen, verglichen

mit demjenigen der am wenigsten brechbaren Strahlen, ungefähr um den

28. Teil der mittleren Brennweite näher bei der Linse liegt. Trotz

dieser Erkenntnis erhob sich ein Wettkampf zwischen dem dioptrischen

Fernrohr und dem Spiegelteleskop. Man suchte den Fehler des ersteren

nämlich dadurch zu verringern, daß man der Objektivlinse eine sehr

mäßige Krümmung und dementsprechend eine bedeutende Brennweite gab. Das

Fernrohr nahm infolgedessen immer größere Abmessungen an. Schließlich

verzichtete man nach einem von *Huygens* herrührenden Vorschlage auf

eine feste Verbindung der beiden Linsen. Es entstand das sogenannte

Luftfernrohr (Abb. 74), bei dem die Objektivbrennweite auf 2 Meter

gesteigert war. Auch der Reflektor erreichte später infolge der

Bemühungen *Wilhelm Herschels* die ansehnliche Länge von 40 Fuß[457].

Wie die durch *Euler* angebahnte Erfindung der achromatischen Linse

dem Refraktor endlich zum Siege verhalf[458] und das Irrtümliche der

*Newton*'schen Voraussetzung aufdeckte, wird der Gegenstand späterer

Betrachtungen sein.

[Illustration: Abb. 74. Luftfernrohr nach Huygens.]

Eine weitere Folge von *Newtons* Spektraluntersuchungen war seine

Theorie vom Regenbogen, durch die ein Jahrtausende altes Rätsel

gelöst wurde. *Aristoteles* hatte den Regenbogen aus der Spiegelung

zu erklären gesucht, während ihn die arabischen Optiker auf die

Brechung des Lichtes zurückführten. Nachdem dann *Snellius* sein Gesetz

gefunden, vermochten *Descartes* und *de Dominis* die Erscheinung

theoretisch und experimentell soweit zu analysieren, daß nur noch das

Auftreten der Farben zu erklären blieb. Dies geschah durch *Newton*.

Die seiner »Optik« entnommene Abb. 75 stellt den inneren und den

äußeren Regenbogen, sowie den Gang der Lichtstrahlen durch Tropfen

dar, die sich im roten F und im violetten Teile E befinden[459]. Man

erkennt, daß im innern Bogen eine einmalige, im äußern dagegen eine

doppelte Reflexion an der Wand der Tropfen stattfindet. Letzteres hatte

schon *Descartes* angenommen, um zu erklären, daß der äußere Bogen

lichtschwächer ist. *Newton* zeigte nun, wie von dem Tröpfchen E,

dessen Winkelabstand von dem gemeinschaftlichen, in der Verlängerung

der Linie OP liegenden Mittelpunkt der beiden Bögen 40° 17ʹ beträgt,

der violette Teil des Spektrums nach dem Auge O des Beobachters

gelangt. OP ist die Linie, welche die Sonne mit dem Auge verbindet.

Der Tropfen F dagegen, dessen Abstand von dem Punkte, wo OP das

Himmelsgewölbe schneidet, 42° 2ʹ beträgt, wird Strahlen geringerer

Brechbarkeit zum Auge senden, wie aus der Abbildung ohne weiteres

ersichtlich ist. Diejenige ringförmige Zone, in der sich der Tropfen F

befindet, muß deshalb rot erscheinen. Im äußeren Bogen kehrt sich das

Verhältnis um. Der Tropfen H sendet den stärker abgelenkten, violetten

Teil des Spektrums zum Auge, während das Rot von der inneren, durch den

Tropfen G repräsentierten Zone erzeugt wird.

[Illustration: Abb. 75. Newton erklärt das Zustandekommen des

Regenbogens[460].]

Den experimentellen Nachweis lieferte *Newton* nach dem Vorgange von

*Descartes* und *de Dominis*[461], indem er eine mit Wasser gefüllte

Glaskugel in die Sonne hing und die Kugel hob und senkte, so daß der

Winkel zwischen dem Sonnenstrahl und der die Glaskugel mit dem Auge

verbindenden Linie die verschiedensten Werte durchlief. Betrug dieser

Winkel etwa 42°, so sah man an der unteren, von der Sonne abgewendeten

Seite der Kugel ein lebhaftes Rot. Ließ man die Kugel herab, so daß

der Winkel um einige Grade kleiner wurde, so erschienen an Stelle des

Rot nach und nach Gelb, Grün und Blau. Wurde die Kugel hinaufgezogen,

so erschien bei einem Winkel von 51° das Rot auf der oberen, der Sonne

zugekehrten Seite. Die übrigen Farben erschienen nacheinander, wenn man

den Winkel allmählich durch weiteres Emporziehen der Kugel um einige

Grade vergrößerte.

Emissions- und Wellentheorie.

Im Verlauf des 17. Jahrhunderts waren mehrere, bisher unbekannte

Erscheinungen in den Gesichtskreis der Physiker getreten. *Bartholin*

hatte die Doppelbrechung am isländischen Kalkspat, *Grimaldi* die

Beugung des Lichtes entdeckt, während *Hooke* sich zuerst mit den

Farben dünner Blättchen beschäftigte. Dadurch waren neue Aufgaben

auf dem Gebiete der Optik gegeben. Zwar blieb die theoretische

Lösung dieser Aufgaben einem späteren Zeitalter vorbehalten; ihre

experimentelle Erforschung hat indes *Newton* gleichfalls in

erheblichem Maße gefördert.

Der italienische Mathematiker *Grimaldi* (1618-1663) hatte seine

Beobachtungen über die Natur des Lichtes in einem Werk zusammengefaßt,

das im Jahre 1665, zu jener Zeit, als *Newton* seine Untersuchungen

begann, veröffentlicht wurde. In diesem Werke findet sich nicht nur die

erste Beschreibung des durch ein Prisma erzeugten Sonnenspektrums[462],

es wird darin auch über merkwürdige Erscheinungen berichtet, die später

mit dem Namen der Diffraktion und der Interferenz belegt wurden. Die

für die Theorie des Lichtes grundlegenden Versuche *Grimaldis* wurden

schon in einem früheren Abschnitt geschildert[463].

Die ersten Anhänger einer die Allverbreitung eines außerordentlich

elastischen Mediums voraussetzenden Wellentheorie waren außer

*Grimaldi*, der die Wahrheit nur dunkel ahnte, *Hooke* und *Huygens*.

Letzterer hat die Undulationstheorie, wie wir später sehen werden,

besonders klar entwickelt[464] und gilt mit Recht als ihr eigentlicher

Begründer. Manche Äußerungen *Newtons* weisen darauf hin, daß er der

Wellentheorie durchaus nicht jede Berechtigung absprach. Dennoch sah er

sich veranlaßt, seine eigenen Erklärungen auf die Annahme zu stützen,

daß das Licht ein Stoff sei, der von den leuchtenden Körpern ausgesandt

wird. Während nämlich beide Lehren, die Undulationstheorie, sowie

die von *Newton* begründete Emissionstheorie, die Erscheinungen der

Reflexion und der Brechung zu deuten vermochten, war die erstere in der

Fassung, die *Huygens* ihr gegeben, noch nicht imstande, das Auftreten

der Farben zu erklären.

Nach der Annahme *Newtons* gibt es Lichtteilchen verschiedener Größe.

Trifft ein Strahl des weißen Lichtes, in dem alle Größen vertreten

sind, in schräger Richtung auf einen durchsichtigen Körper, so werden

die kleinsten, das Violett ausmachenden Teilchen durch eine von den

Partikeln des Körpers ausgehende Anziehung in höherem Grade aus ihrer

Richtung abgelenkt als die gröberen, die rote Farbe bedingenden.

Zwischen beiden Ablenkungen finden alle Übergänge statt, und so

entsteht nach *Newton* das zusammenhängende Farbenband des Spektrums.

Um die Beugung und die gleich zu besprechenden Farben dünner Blättchen

zu erklären, mußte *Newton* dem Lichtstoff wieder neue Eigenschaften

beilegen, so daß seine Hypothese mit jeder neu hinzutretenden

Erscheinung verwickelter wurde, ein Umstand, der von vornherein

nicht gerade zu ihren Gunsten sprach. Gestützt auf das große Ansehen

ihres Urhebers hat sich die Emissionstheorie dennoch, obgleich von

verschiedenen Seiten, insbesondere von *Euler*[465], auf ihre Schwächen

hingewiesen wurde, durch das ganze 18. Jahrhundert und darüber hinaus

behauptet.

Ein weiteres Feld für optische Untersuchungen hatten *Hookes* Arbeiten

über die Farben dünner Blättchen erschlossen. *Robert Hooke* wurde

1635 auf der Insel Wight geboren und starb im Jahre 1703 in London.

Er war Mitglied der Royal Society und zeichnete sich durch große

Vielseitigkeit aus, die ihn leider von dem beharrlichen Verfolgen

eines Grundgedankens abzog. An *Hookes* Bemerkungen über die Natur des

Lichtes knüpfte später *Huygens* die ausführliche Darstellung der

Undulationstheorie an.

[Illustration: Abb. 76. Hooke erklärt das Zustandekommen der

Interferenz.]

*Hookes* Untersuchungen, die zu denjenigen *Newtons* hinüberleiten,

finden sich in seiner Mikrographie[466], einem Werke, das auch in

naturgeschichtlicher Hinsicht wichtig ist, weil darin die ersten

Beobachtungen über den zelligen Bau der Pflanzen mitgeteilt werden.

»Dicke Glimmerblättchen«, heißt es dort[467], »sind farblos.

Mache ich sie durch Spaltung immer dünner, so zeigt sich zuletzt

jedes Blättchen schön gefärbt; dringt in die Spalten Luft ein, so

zeigen sich Regenbogenfarben. Beim Zusammenpressen von Glasplatten

entstehen Erscheinungen der gleichen Art«. Sehr dünn geblasenes Glas,

angelassener Stahl, überhaupt sehr dünne durchsichtige Körper, die auf

reflektierenden Körpern von anderer brechender Kraft liegen, bringen

dieselben Farben hervor. *Hooke* führt die Entstehung dieser Farben

auf eine »Verwirrung« der an den Grenzflächen der dünnen Schicht

reflektierten Schwingungen zurück. Die Teilchen jedes leuchtenden

Körpers seien in größerer oder geringerer Bewegung. Manche Stoffe

würden durch Stoß oder Reibung leuchtend. Man müsse daher annehmen,

daß das Licht in feinen Vibrationen bestehe, und daß nur solche

Körper durchsichtig seien, welche diese Bewegung aufnehmen und

fortleiten könnten. Das Zustandekommen der Interferenzfarben erläutert

obenstehende, dem Werke *Hookes* entnommene Abbildung. (Siehe Abbildung

76.) Fällt danach ein Lichtstrahl, dem *Hooke* einen gewissen

Durchmesser beilegt, auf eine dünne durchsichtige Platte, so wird ein

Teil des Strahles gleich an der ersten Oberfläche zurückgeworfen. Ein

anderer Teil dringt in die Platte ein und wird dann an der unteren

Grenzfläche reflektiert, um endlich, abermals gebrochen und dem zuerst

reflektierten Teile parallel, aus der Platte wieder auszutreten. Da nun

das Licht zu seiner Fortpflanzung Zeit gebraucht, so werden die beiden

Teile, in die der Strahl zerlegt ist, nicht gleichzeitig von der ersten

Fläche zurückgehen. Durch dieses Nacheinander werden nach *Hooke* auf

der Netzhaut die Farben hervorgerufen. Rot ist danach der Eindruck,

den das Licht erzeugt, wenn der stärkere, an der ersten Oberfläche

reflektierte Teil vorangeht und der schwächere folgt. Beim Blau ist es

umgekehrt. Letzteres entsteht bei der Interferenz, wenn das schwächere,

aus der Platte kommende Licht mit dem Teil eines nachfolgenden

Lichtstrahls zusammentrifft, der an der oberen Fläche reflektiert

wird. Der schwächere Teil kann dann vorangehen und der einheitlich

empfundene Lichtstrahl die Empfindung von Blau hervorbringen. Blau und

Grün sind für *Hooke* die Grundfarben. Aus ihrer Mischung entstehen die

übrigen. Bei aller Unzulänglichkeit der *Hooke*'schen Theorie ist doch

ihr Grundgedanke, die Farben dünner Blättchen durch die Interferenz

zweier an den Oberflächen reflektierten Strahlen entstehen zu lassen,

in die heutige theoretische Optik übergegangen. Sein Mühen, Beziehungen

zwischen der Dicke der die Interferenzerscheinungen veranlassenden

Schicht und den erzielten Wirkungen zu finden, blieb jedoch erfolglos.

»Eins, was von größter Wichtigkeit für diese Hypothese zu sein

scheint«, sagt *Hooke* über diesen Punkt, »nämlich die Bestimmung der

Dicke der Platten, die für das Eintreten jener Farbenerscheinungen

notwendig ist, habe ich vielfach vergeblich auszuführen versucht. So

außerordentlich dünn sind jene Platten und so unvollkommen unsere

Mikroskope, daß alle meine Bemühungen in dieser Beziehung erfolglos

gewesen sind.«

An diesem Punkte setzten die Untersuchungen *Newtons* ein, die er im

zweiten Buche seiner Optik zusammenfaßt. Um die Reihenfolge der Farben

genauer zu ermitteln, legte *Newton* die Linse eines Teleskops auf

eine ebene Glasfläche. Es entstanden die den Farben dünner Blättchen

entsprechenden »*Newton*schen Ringe«, die im einfachen Lichte nur in

einer Folge von hell und dunkel bestehen, während das auf die Platte

fallende Sonnenlicht die Spektralfarben hervorruft.

In der Nähe der Berührungsstelle, die selbst vollkommen durchsichtig

und farblos ist, bemerkte *Newton* die Farbenringe in der Reihenfolge

Violett, Blau, Grün, Gelb, Rot. Und diese Folge wiederholte sich, bis

die Farben immer schwächer wurden und nach der vierten Folge etwa in

Weiß übergingen. Auch aus diesem Ineinanderfließen schloß er, daß das

weiße Licht eine Mischung aller Farben sei.

Aus der Krümmung der Linse und dem Abstand der Ringe vom

Berührungspunkte berechnete *Newton* die jeder Farbe entsprechende

Tiefe der Luftschicht. Für das Gelb eines jeden Farbenringes verhielten

sich die betreffenden Werte wie 1 : 3 : 5 : 7 ... während für die

zwischen den gelben Zonen liegenden dunklen Partien die Durchmesser der

Schicht dem Verhältnis 2 : 4 : 6 ... entsprachen. Es ergab sich somit

auf Grund der Messungen und Berechnungen das einfache Gesetz, daß die

den hellen und den dunklen Stellen entsprechenden Tiefen des vom Glase

eingeschlossenen Mediums sich wie die natürlichen Zahlen verhalten[468].

*Newtons* weitere Bemühungen bestanden darin, eine Analogie zwischen

den dauernden Farben der natürlichen Körper und den Farben dünner

durchsichtiger Blättchen darzutun. Dies geschah, indem er die

Oberflächen der Körper als dünne Platten auffaßte, da alle Körper bis

zu einem gewissen Grade durchsichtig seien.

Wie den Betrachtungen *Hookes* verhielt sich *Newton* auch den

Versuchen *Grimaldis* gegenüber. In beiden Fällen ergänzte er die

Arbeiten seiner Vorgänger durch genaue Messungen und lieferte dadurch

wertvolles Material zur festeren Begründung der Theorie, die später an

die Stelle seiner eigenen, unzutreffenden Ansichten über die Natur des

Lichtes treten sollte.

Das dritte Buch der Optik enthält außer einer Nachprüfung und

Erweiterung der *Grimaldi*schen Versuche über die Beugung des Lichtes

eine Anzahl von Betrachtungen, die *Newton* »Fragen« (Queries)

genannt hat. In diesen »Fragen« bringt er das zur Sprache, was er

den Forschern zur Prüfung durch weitere Beobachtungen und Versuche

überlassen wollte. *Newton* wünschte nämlich aus seinem Lehrgang

der Optik dasjenige auszuscheiden, worüber er mit sich selbst noch

nicht ins Reine gekommen war. So wird die Frage aufgeworfen, ob das

Licht nicht die Körper dadurch erwärme, daß es die Körperteilchen in

eine vibrierende Bewegung versetze[469]. Daß erhitzte Körper Licht

aussenden, scheint ihm wiederum von einer vibrierenden Bewegung ihrer

Teilchen herzurühren[470]. In den Belegen, die *Newton* für diese

Meinung beibringt, werden allerdings Erscheinungen zusammengestellt,

für die sich im weiteren Verlaufe der Forschung die verschiedensten

Ursachen ergeben haben. So sagt *Newton*, es leuchte Meerwasser beim

Sturm, Quecksilber, wenn es im Vakuum geschüttelt werde, der Rücken

einer Katze, wenn man ihn im Dunklen streichle. Ferner leuchte Phosphor

beim Reiben und Eisen, wenn es rasch mit dem Hammer bearbeitet werde.

Setze man eine Glaskugel in rasche Umdrehung, so leuchte sie an der

Stelle, gegen die man die Handfläche presse.

Weiter wird gefragt, ob nicht die Empfindung verschiedener Farben etwa

dadurch erregt werde, daß das Licht Schwingungen von verschiedener

Größe mache, etwa so, wie die Schwingungen der Luft je nach ihrer

Verschiedenheit die Empfindung der Töne erregen. Allerdings dachte

sich *Newton* diese Schwingungen als longitudinale Schwingungen in dem

Strome der materiellen Lichtkörperchen. -- *Newton* verläßt also auch

hier den Boden seiner Theorie nicht. Ja er ist sogar der Ansicht, daß

sich die festen Körper und das Licht ineinander umwandeln lassen[471].

In einer seiner »Fragen«, die er an das Verhalten des Lichtes zum

Doppelspat anknüpft, ist der Ursprung des Namens »Polarisation« zu

suchen. »Sieht nicht«, sagt *Newton*[472], »die ungewöhnliche Brechung

im isländischen Kristall gar sehr danach aus, als käme sie durch eine

Art anziehender Kraft zustande, die nach gewissen Seiten hin sowohl

den Strahlen als den Kristallteilchen innewohnt?« Die den Strahlen

innewohnende Kraft sollte derjenigen der Kristallteilchen ebenso

entsprechen wie sich die »Pole zweier Magnete entsprechen«. Wie ferner

der Magnetismus verstärkt oder geschwächt werden oder ganz fehlen

könne, so sei auch die Kraft, die senkrecht einfallenden Lichtstrahlen

zu brechen, größer im Doppelspat, kleiner im Bergkristall und endlich

in anderen Körpern gar nicht vorhanden.

Dieser Gedanke *Newtons* wurde ein Jahrhundert nachher von *Malus*, als

er die Polarisation durch Reflexion entdeckte, wieder aufgenommen.

Und das Wort »Polarisation«, das zur Bezeichnung der »Seitlichkeit«

gewisser Lichtstrahlen gewählt war, wurde später auch von den Anhängern

der Wellenlehre gebraucht.

Im Anschluß an seine »Fragen« entwickelte *Newton*, gleichfalls

in hypothetischer Form, die Grundzüge der Emissions- oder

Emanationstheorie. Nach dieser bestehen die Lichtstrahlen aus sehr

kleinen Körperchen, die von den leuchtenden Substanzen ausgesandt

werden. Solche Körper werden sich durch ein gleichförmiges Medium in

geraden Linien fortbewegen. Durchsichtige Substanzen werden aus der

Entfernung auf sie wirken, indem sie sie brechen, zurückwerfen und

beugen. Um die Verschiedenheit in den Farben und in den Graden der

Brechbarkeit zu erklären, genügt die Annahme, daß die Lichtstrahlen aus

Körperchen verschiedener Größe bestehen, von denen die kleinsten das

Violett erzeugen, die übrigen in dem Maße, in dem sie größer werden,

das Blau, Grün, Gelb und Rot hervorrufen und immer schwerer abgelenkt

werden.

Am meisten tritt die Schwäche der Emissionstheorie dort hervor, wo

es sich um Interferenzerscheinungen handelt. Die Annahme periodisch

wiederkehrender Anwandlungen leichterer Reflexion und leichteren

Durchganges, die *Newton* hier machte, kann den Rang einer mechanischen

Erklärung nicht beanspruchen. Ähnliche Schwierigkeiten bereitete die

Doppelbrechung im isländischen Kalkspat. *Newton* meinte indes, sie

müsse gleichfalls durch eine Art anziehender Kraft zustande kommen, die

nach gewissen Seiten hin sowohl den Strahlen als den Kristallteilchen

innewohne. Es sei aber schwer zu begreifen, wie die Lichtstrahlen

nach zwei Seiten hin eine Kraft äußern könnten, wenn sie nicht aus

Korpuskeln beständen.

Obgleich *Newton* selbst sich durchaus nicht entschieden zugunsten

der einen oder der anderen der in dem Anhang zur Optik erörterten

Theorien entschieden hatte, wurde von seinen Schülern und Anhängern

der Emanationstheorie der Wert eines durch die Autorität des Meisters

gestützten Dogmas beigelegt. Was *Newton* nur bezweifelte, wurde

verworfen, was er dagegen für wahrscheinlich hielt, wurde als

vollkommen sicher erachtet. So wurde er durch seine Schule zum Vater

der Emanationstheorie[473], während er doch immer seine Neutralität

gegenüber jeder Hypothese betont hatte. Diese Theorie setzte sich so

unerschütterlich in den Köpfen fest, daß abweichende, von *Huygens*,

*Euler* und *Christian Wolf* geäußerte Ansichten gar keine Beachtung

fanden. Scheu und Ehrfurcht gegenüber *Newton* hielt die meisten

Physiker des 18. Jahrhunderts davon ab, auch nur den leisesten Zweifel

in die Richtigkeit der Emanationstheorie zu setzen. »Es ist wirklich

ein trüber Fleck in der Geschichte der Physik«, sagt einer ihrer

Darsteller[474], »und ein schlagender Beweis dafür, wie schädlich die

Autorität eines großen Geistes auf die nachfolgenden Zeitalter wirken

kann, wenn sie sich soweit steigert, daß dadurch die unbefangene

Forschung unterdrückt wird.«

Die Entdeckung des Gravitationsgesetzes.

Seinen Höhepunkt erreichte *Newtons* Schaffen, als er den im Jahre 1666

erfolglos angestellten Versuch, die Bewegung der Himmelskörper aus

den Gesetzen der Mechanik zu erklären, wieder aufnahm. Anlaß hierzu

bot ihm die im Jahre 1682 an ihn gelangte Mitteilung, daß *Picard* in

Frankreich wesentlich andere Abmessungen für die Erdkugel erhalten

habe, als man in England zur Zeit *Newtons* annahm. *Jean Picard*

(1620-1682), ein Mitglied der französischen Akademie, hatte noch unter

der Voraussetzung, daß die Erde die Gestalt einer Kugel besitze,

eine Gradmessung durch Triangulation zwischen Amiens und Malvoisine

ausgeführt[475]. Bei dieser Messung kamen zum erstenmal mit Fernrohren

versehene Winkelmeßinstrumente in Anwendung. *Picard* hatte für den

Breitengrad den Wert von 70 englischen Meilen oder 57060 Toisen[476]

gefunden, während *Newton*, der die von *Snellius* im Jahre 1617

ausgeführte Messung nicht kannte[477], bei seiner 1666 angestellten

Rechnung 60 englische Meilen für den Breitengrad zu Grunde gelegt hatte.

Die mittlere Entfernung des Mondes war hinlänglich genau bekannt.

*Newton* nahm sie zu 60 Erdhalbmessern an. Das Stück, um das der Mond

in einer Minute infolge der auf ihn wirkenden Zentripetalkraft von

der Tangente seiner Bahn abgelenkt wird, ergab sich aus diesen Daten

gleich 15 Fuß[478]. Unter der im Jahre 1666 gemachten Annahme hatte die

Rechnung 13½ Fuß ergeben, ein Wert, der keine einfache Beziehung zu

dem an der Oberfläche der Erde von einem frei fallenden Körper in einer

Minute durchlaufenen Wege erkennen ließ. Letzterer beträgt 5400 = 60

· 60 · 15 Fuß. Er ist also im Verhältnis des Quadrates der Entfernung

größer als die zum Erdzentrum gerichtete Bewegung des Mondes, und in

demselben Maße ist es daher auch die auf den fallenden Körper wirkende

Kraft. Die Zentripetalkraft ergab sich folglich als mit der Schwere

identisch, wenn man für die letztere voraussetzte, daß ihre Abnahme

dem Quadrate der Entfernung entspricht. Damit war ein Gesetz von der

größten Allgemeingültigkeit aufgefunden, das man mit Recht als das

Weltgesetz bezeichnet hat.

Als *Newton* die soeben mitgeteilte Folgerung zog, ergriff ihn eine

solche Erregung, daß er einen Freund bitten mußte, die Rechnung zu Ende

zu führen. Was schon *Anaxagoras* vorgeahnt hatte, als er aussprach,

wenn die Schwungkraft des Mondes aufhöre, so müsse dieser zur Erde

fallen wie der Stein aus der Schleuder; was bei *Kepler* und bei

*Hooke* mit wachsender Deutlichkeit hervortrat: das stand mit einem

Schlage klar vor dem Geiste *Newtons*. Auf die glückliche Entdeckung

des Augenblicks folgten dann Jahre mühevollster Arbeit. Galt es doch,

die Richtigkeit des gefundenen Prinzips durch seine Anwendung auf

sämtliche astronomischen Erscheinungen zu erweisen. Die Untersuchung

wurde auf die Planeten, die Jupitermonde, die Erscheinung der Ebbe

und Flut, ja selbst auf die Kometen ausgedehnt. Überall ergab sich

die Bestätigung des Gravitationsgesetzes, nach dem die anziehende

Kraft den Massen direkt und dem Quadrate der Entfernung umgekehrt

proportional ist. So entstanden die »Mathematischen Prinzipien

der Naturwissenschaft«, durch welche *Newton* die Erklärung des

Weltmechanismus aus seiner Gravitationstheorie zu einem vorläufigen

Abschluß brachte[479].

In seiner Schrift über die Bewegung der Erde[480] streifte *Hooke*

schon an die Entdeckung des Gravitationsgesetzes. »Ich werde«, heißt

es dort, »ein Weltsystem entwickeln, das in jeder Beziehung mit den

bekannten Regeln der Mechanik übereinstimmt. Dies System beruht auf

drei Annahmen: Erstens, daß alle Himmelskörper ohne Ausnahme eine gegen

ihren Mittelpunkt gerichtete Anziehung oder Schwerkraft besitzen,

wodurch sie nicht bloß ihre eigenen Teile, sondern auch alle innerhalb

ihrer Wirkungssphäre befindlichen Himmelskörper anziehen. Die zweite

Voraussetzung ist die, daß alle Körper, die in eine geradlinige und

gleichförmige Bewegung versetzt werden, sich so lange in gerader Linie

fortbewegen, bis sie durch irgendeine Kraft abgelenkt und in die Bahn

gezwungen werden, die einem Kreise, einer Ellipse oder einer anderen,

nicht so einfachen, krummen Linie entspricht. Nach der dritten Annahme

sind die anziehenden Kräfte um so stärker, je näher ihrem Sitz der

Körper ist, auf den sie wirken. Welches die verschiedenen Grade der

Anziehung sind, habe ich noch nicht durch Versuche feststellen können.

Aber es ist ein Gedanke, der, wenn er weiter verfolgt wird, den

Astronomen in den Stand setzen muß, alle Bewegungen der Himmelskörper

nach einem gewissen Gesetze zu bestimmen.« An diese Ausführungen wird

der Wunsch geknüpft, daß jemand diesen Gedanken verfolgen möge, da der

Verfasser durch andere Dinge zu sehr in Anspruch genommen sei.

Die Gravitationsmechanik stellt sich im wesentlichen als eine

Fortbildung der von *Galilei* aufgefundenen Sätze über den Wurf dar.

Am klarsten geht dieser Zusammenhang aus der folgenden, von *Newton*

selbst gegebenen Darstellung hervor[481]: »Daß durch die Zentralkräfte

die Planeten in ihren Bahnen erhalten werden können, ersieht man aus

der Bewegung der Wurfgeschosse. Ein geworfener Stein wird, indem auf

ihn die Schwere wirkt, vom geraden Wege abgelenkt und fällt, indem er

eine krumme Linie beschreibt, zuletzt zur Erde. Wird er mit größerer

Geschwindigkeit geworfen, so fliegt er weiter fort. Und so könnte es

geschehen, daß er einen Bogen von 10, 100, 1000 Meilen beschriebe

und zuletzt über die Grenzen der Erde hinausginge und nicht mehr

zurückfiele. Es bezeichne (Abb. 77) AFB die Oberfläche der Erde,

C ihren Mittelpunkt und VD, VE, VF krumme Linien, die ein von

der Spitze V eines sehr hohen Berges in horizontaler Richtung und mit

wachsender Geschwindigkeit geworfener Körper beschreibt. Damit der

Widerstand der Luft nicht in Rechnung gestellt zu werden braucht,

wollen wir sie uns ganz fortgenommen denken. Auf dieselbe Weise, wie

der mit zunehmender Geschwindigkeit geworfene Körper die Bögen VD,

VE und VF beschreibt, wird er endlich, wenn die Geschwindigkeit

noch weiter vergrößert wird, über den Umfang der Erde fortgehen und

zu dem Berge, von dem aus er geworfen wurde, zurückkehren[482]. Da

nach den Sätzen, die von der Zentrifugalkraft handeln[483], die

Geschwindigkeit bei der Rückkehr zum Berge nicht kleiner als beim

Ausgange sein kann, so muß der Körper fortfahren, sich in derselben

Weise um die Erde herumzubewegen. Denken wir uns Körper aus höheren

Punkten in horizontaler Richtung fortgeworfen, und zwar aus Punkten,

die 10 Meilen, 100 Meilen oder ebensoviele Halbmesser über der

Oberfläche der Erde liegen, so werden diese Körper, je nach ihrer

Geschwindigkeit und nach der in den einzelnen Punkten herrschenden

Anziehung, Kurven beschreiben, die entweder konzentrisch oder

exzentrisch sind. In diesen Bahnen werden sie fortfahren, nach der

Weise der Planeten den Weltraum zu durchwandern.«

[Illustration: Abb. 77. Newtons Ableitung der Zentralbewegung aus der

Wurfbewegung[484].]

Die hier gegenüber der Betrachtung *Galileis* eingetretene Erweiterung

besteht also darin, daß die Richtung der auf den Körper konstant

wirkenden Kraft sich stetig ändert, während sie im anderen Falle[485]

die gleiche bleibt.

*Newton* begründete mit seinem Werk die neuere mathematische Physik;

und die »Prinzipien« sind zwar nicht dem Umfange, wohl aber der Methode

nach das erste Lehrbuch dieses Gebietes.

Newtons »Prinzipien«.

Die Bedeutung der »Prinzipien« für die Entwicklung nicht nur der

Mechanik und der Astronomie, sondern aller übrigen Zweige der

Naturwissenschaft ist so groß, daß wir diesem Werke eine etwas

eingehendere Betrachtung widmen müssen.

*Newton* beginnt mit einer Reihe von Definitionen und Gesetzen, die

teils neu sind, teils zum ersten Male mit der nötigen Klarheit von ihm

ausgesprochen werden. Die wichtigsten lauten[486]:

1. Die Größe oder die Masse der Materie wird durch ihre Dichtigkeit

und ihr Volumen bestimmt.

2. Die Größe der Bewegung ist das Produkt aus Masse und

Geschwindigkeit.

3. Jeder Körper, auf den keine Kraft wirkt, beharrt im Zustande der

Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung.

4. Eine Kraft ist das auf einen Körper wirkende Bestreben, seinen

Bewegungszustand zu ändern.

5. Die Änderung der Bewegung ist der Einwirkung der bewegenden Kraft

proportional und geschieht in der nämlichen Richtung, in der jene

Kraft wirkt.

6. Die Wirkungen zweier Körper auf einander sind stets gleich und von

entgegengesetzter Richtung.

7. Ein Körper beschreibt unter der Wirkung zweier Kräfte die

Diagonale eines Parallelogramms. Und zwar geschieht dies in

derselben Zeit, in der er vermöge der einzelnen Kräfte die Seiten

beschrieben haben würde.

Um verwickeltere Bewegungsaufgaben zu lösen, genügte die von den Alten

geschaffene mathematische Methode nicht mehr. In der Dynamik waren

veränderliche, »fließende« Größen und die momentanen Veränderungen,

die ihr Verhältnis erleidet, in Rechnung zu ziehen. *Newton* befand

sich, als er die »Prinzipien« schrieb, schon im Besitze einer von ihm

erfundenen, als Fluxionsrechnung bezeichneten Methode, die speziell für

die Mechanik geschaffen war und der soeben ausgesprochenen Forderung

genügte. *Newton* gibt an mehreren Stellen seines Werkes, allerdings

nur kurze, lückenhafte Abrisse dieser Methode. Seltsamerweise

zieht er aber bei der Lösung der Bewegungsaufgaben die alte,

geometrisch-synthetische Art der Darstellung vor, obgleich er, wie er

später selbst angab, auf analytischem Wege zu seinen Resultaten gelangt

war.

Nachdem er die mechanischen Grundbegriffe, wie wir an einigen

Beispielen gesehen haben, formuliert und seine mathematische Methode

auseinandergesetzt, wendet sich *Newton* seiner eigentlichen Aufgabe

zu, nämlich der Bestimmung der Zentralkräfte. Zunächst beweist er in

der noch heute üblichen Weise, daß die Bahnen von Körpern, die sich

unter dem Einfluß einer Zentripetalkraft bewegen, in festen Ebenen

liegen, und daß die von den Radien beschriebenen Flächen den Zeiten

proportional sind. Es möge wenigstens die *Newtons* Beweis zugrunde

liegende Konstruktion hier Platz finden (Abb. 78).

[Illustration: Abb. 78. Newtons Satz über die Zentralbewegung.]

Auf diesen Satz folgt seine Umkehrung, daß nämlich jeder Körper,

der sich in einer festen Fläche so bewegt, daß die Leitstrahlen in

gleichen Zeiten gleiche Flächen beschreiben, unter der Wirkung einer

Zentripetalkraft steht.

*Newton* geht dann zu der Bewegung der Körper in Kegelschnitten

über, deren einer Brennpunkt das Kraftzentrum ist. Er betrachtet

zuerst den für die Planetenbewegung wichtigsten Fall, daß der Körper

sich in einer Ellipse bewegt, und sucht das Gesetz der nach ihrem

Brennpunkt gerichteten Zentralkraft zu ermitteln. Es ergibt sich,

daß die gesuchte Kraft dem Quadrate des Radius vector umgekehrt

proportional ist. Dasselbe Gesetz wird dann auch für die Parabel und

für die Hyperbel dargetan. In einem besonderen Abschnitt werden die

anziehenden Kräfte sphärischer Körper erörtert. Ihre Gesamtanziehungen

werden aus den Einzelanziehungen der Teilchen abgeleitet, die den

Körper zusammensetzen. *Newton* findet, daß die Wirkung einer homogenen

Vollkugel auf einen außerhalb befindlichen Punkt der Masse direkt

und dem Quadrat des Abstandes vom Mittelpunkt der Kugel umgekehrt

proportional ist. Dagegen ergibt sich, daß die Wirkung der Vollkugel

auf einen inneren Punkt der Entfernung dieses Punktes vom Mittelpunkte

entspricht. Die Anziehungen endlich, die zwei Kugeln aufeinander

ausüben, verhalten sich wie die Massen der anziehenden Kugeln und

umgekehrt wie die Quadrate der Entfernungen der Mittelpunkte.

Nachdem *Newton* in den beiden ersten Büchern seines fundamentalen

Werkes die allgemeinen Gesetze der Bewegung, einschließlich der

Bewegungen der Flüssigkeiten entwickelt, bringt er im dritten Buche die

Anwendung dieser Gesetze auf das Weltsystem.

*Newton* zeigt, daß sowohl das zweite wie auch das dritte *Kepler*sche

Gesetz aus dem allgemeinen Gesetze, das die Anziehung regelt, gefolgert

werden können. Es wird ferner dargetan, daß alle Monde gegen ihre

Planeten und alle Planeten gegen die Sonne gravitieren, sowie daß sich

die Bewegungen dieser Körper durch Zentralkräfte regeln, die den Massen

direkt und dem Quadrate der Entfernung umgekehrt proportional sind.

Das *Newton*sche Gesetz gilt somit für den ganzen Weltraum. Es ist

das schon so lange erstrebte, mehr oder minder deutlich von anderen

vorgeahnte, von *Newton* dagegen erst in voller Klarheit enthüllte

Weltgesetz.

Auf die Erkenntnis dieses allgemeinsten Gesetzes folgt wieder die

Ableitung der Einzelheiten, wie der planetarischen Störungen, der

Ungleichheiten der Mondbewegung, der Ebbe und Flut des Meeres usw.

»Alle Planeten«, sagt *Newton*, »sind gegeneinander schwer, daher

werden z. B. Jupiter und Saturn sich in der Nähe ihrer Konjunktion

anziehen und ihre Bewegungen wechselseitig merklich stören. Ebenso

wird die Sonne die Bewegung des Mondes stören, und Sonne und Mond

das Meer beeinflussen.« Die Ableitung der gedachten Erscheinungen,

die bisher jeder mechanischen Erklärung gespottet hatten, aus dem

Gravitationsgesetz machte nicht geringe Schwierigkeiten. Sie völlig

zu heben, war *Newton* noch nicht imstande, weil er sich auf die

anziehenden Kräfte von Körpern sphärischer Gestalt beschränkte. Doch

ist es ihm gelungen, in der Hauptsache den Zusammenhang und die

Begründung des Weltsystems aus seinem Gesetze abzuleiten.

Daß die Gezeiten wohl auf eine kosmische Anziehung zurückzuführen

seien, hatte schon *Kepler* ausgesprochen. Er betrachtete Ebbe und

Flut als einen Beweis dafür, daß sich die anziehende Kraft des Mondes

bis zur Erde erstrecke. Selbst im Altertum begegnet uns schon diese

Ansicht. Ja, *Seneca* erwähnt sogar, daß sich bei Springfluten außer

der Kraft des Mondes auch die der Sonne bemerkbar mache[487].

Von diesen Vermutungen bis zur Begründung der Gesetze einer

Erscheinung und bis zum Nachweise, daß die Tatsachen im allgemeinen

diesen Gesetzen entsprechen, war indessen ein großer Fortschritt.

Ihn herbeigeführt zu haben, ist eins der wesentlichsten Verdienste

*Newtons*. Auf ihn konnten sich später *Euler* und *Laplace* stützen

und die Gezeitentheorie im 17. Jahrhundert zu einem gewissen Abschluß

bringen[488]. Der Kernpunkt der *Newton*schen Theorie ist der Satz,

daß das Wasser auf der dem Monde zugekehrten Seite der Erde stärker

angezogen wird als auf der vom Monde abgewandten Seite, so daß es dort

der Erde gegenüber, die ja auch zum Monde gravitiert oder sozusagen

nach ihm hinfällt, zurückbleibt. Die Folge ist, daß zwei Flutwellen

entstehen. Das Ansteigen des Wassers auf der dem Monde zugekehrten

Seite erschien ja auch vor *Newton* begreiflich. Das Zustandekommen der

zweiten Welle und manche Einzelheit der Flutbewegung wurde jedoch erst

durch ihn erklärt.

An die Gravitationslehre anknüpfend, wollen wir noch die Ansichten

erwähnen, die *Newton* sich nach dem Vorgange von *Descartes* und

*Gassendi* über die Konstitution der Materie gebildet hatte. Er hielt

es für das Wahrscheinlichste, daß sie aus festen, undurchdringlichen,

beweglichen Partikeln bestehe. Da die Naturkörper, z. B. das Wasser,

in ihren Eigenschaften unveränderlich seien, so müßten die Partikeln,

aus denen sie beständen, weder abgenutzt noch zerstört werden können.

Der Wandel der körperlichen Dinge sei ausschließlich in die Trennungen,

Vereinigungen und Bewegungen jener unveränderlichen Teilchen zu

verlegen. Diese Veränderungen sollten aus aktiven Prinzipien folgen, zu

denen *Newton* die Schwerkraft rechnet.

Den Begriff der anziehenden Kraft (als causa mathematica) übertrug

*Newton* auch auf die Erscheinungen der Kohäsion, der Adhäsion, der

chemischen Verbindung usw. »Ich möchte«, sagte er, »aus der Kohärenz

der Körper schließen, daß auch deren kleinste Teilchen sich gegenseitig

anziehen durch eine Kraft, die auf kleine Entfernungen hin auch die

chemischen Wirkungen hervorbringt«[489]. Er betont aber, daß diese

Prinzipien nicht mit den verborgenen Qualitäten der Aristoteliker

verwechselt werden dürften, sondern allgemeine Naturgesetze seien. Die

Wahrheit dieser Prinzipien werde uns aus den Erscheinungen deutlich,

wenn ihre Ursachen bis jetzt auch nicht entdeckt worden seien.

Der Unterschied ist also der, daß die Aristoteliker annahmen, die

Wirkungen der Dinge entsprängen unbekannten Eigenschaften, die sich

weder entdecken noch klarstellen ließen. Damit war natürlich jeder

Fortschritt in der Naturerkenntnis gehemmt. Die neuere, durch *Newton*

vertretene Richtung erkannte es dagegen als einen großen Fortschritt,

aus den Erscheinungen allgemeine Prinzipien der Bewegung herzuleiten

und dann zu zeigen, wie aus solchen Prinzipien die Eigenschaften

und Wirkungen der körperlichen Dinge folgen, wenn auch die Ursache

jener Prinzipien selbst unbekannt bleibt. Das war der Grundgedanke,

der *Newton* bei seinen Forschungen leitete; und in diesem Sinne ist

auch sein oft erwähnter Ausspruch: »Hypothesen ersinne ich nicht« zu

verstehen. Die gleiche Beschränkung wie *Newton* hatte sich *Galilei*

auferlegt. »Die Ursache der Gesetze freifallender Körper ist kein

notwendiger Teil unserer Untersuchung«, sagt dieser. »Für uns genügt

es, die Eigenschaften dieser Bewegung unter der Voraussetzung eines

einfachen Gesetzes kennen zu lernen.«

Newtons Weltanschauung.

*Newtons* Weltanschauung war indessen keine rein materialistische.

Es erscheint ihm durchaus unphilosophisch, anzunehmen, die Welt sei

allein durch die Wirkung der Naturgesetze aus dem Chaos entstanden.

Die wundervolle Gesetzmäßigkeit im Planetensystem z. B. könne nicht aus

einem blinden Walten hervorgegangen sein, sondern sie entspräche einer

bestimmten Sorgfalt und Anordnung. Wir werden später sehen, daß das 18.

Jahrhundert *Newton* hierin nicht beipflichtete, und daß ein *Kant* und

ein *Laplace* versucht haben, den Aufbau des Planetensystems auf rein

mechanisch wirkende Ursachen zurückzuführen.

Aber auch abgesehen von diesen, auf einen teleologischen Standpunkt

*Newtons* hindeutenden Erwägungen ist seine Auffassung des Weltganzen

eine dualistische. Er nimmt an, daß eine geistige Substanz alle Körper

durchdringe und in ihnen enthalten sei. »Durch die Kraft dieser

geistigen Substanz«, sagt er[490], »ziehen sich die Teilchen der

Körper wechselseitig an«. Durch diese Kraft wirken sie aber auch auf

die größte Entfernung. Aus den Vibrationen der geistigen Kraft scheint

ihm auch die Tätigkeit des Gehirns und die Wirkung dieses Organs auf

die Nerven und die Muskeln erklärlich. Daß *Newton* außerdem in den

»Prinzipien« Betrachtungen über das Wesen Gottes anstellt, als den er

nicht etwa die Weltseele gelten lassen will, steht außer Zusammenhang

mit seinem, im übrigen so wohl gefügten, Lehrsystem.

*Newtons* Lehre vermochte sich, zumal in Frankreich und in Deutschland,

nur langsam Bahn zu brechen, da die zeitgenössischen Astronomen, noch

mehr aber die Physiker, zu sehr in der von *Descartes* herrührenden

Wirbeltheorie befangen waren. Letzterer, der als Begründer der neueren

Philosophie das größte Ansehen genoß, und dessen Bemühen um die

Formulierung des Brechungsgesetzes, um die Theorie des Regenbogens,

sowie um die Begründung der analytischen Geometrie alle Anerkennung

verdiente, dachte sich die Planeten in kreisenden Ätherströmen

schwimmend, in deren Mitte sich die Sonne befinden sollte. Eine Wirkung

in die Ferne schien den Anhängern der *Cartesianischen* Physik ganz

unannehmbar[491].

Aus *Newtons* Schriften geht nicht mit Sicherheit hervor, ob er

sich die Wirkung in die Ferne als eine unvermittelte oder als eine

vermittelte dachte. Anfangs war *Newton* zu der Annahme geneigt, daß

die Bewegungen der Gestirne aus mechanischen Prinzipien zu erklären

seien. Später sah er jedoch davon ab, da er sich außerstande fühlte,

den Grund der Schwere aus den Erscheinungen abzuleiten. In der Vorrede

zur zweiten Ausgabe der »Prinzipien« von 1713 wird die Gravitation

denn auch als eine »causa simplicissima« hingestellt, für die es keine

mechanische Erklärung gebe. Jene Vorrede hat indessen *Newtons* Freund

*Cotes* (Prof. d. Astronomie in Cambridge) verfaßt, und man darf die

darin geäußerten Ansichten nicht ohne weiteres auf *Newton* übertragen.

Dafür, daß *Newton* ein materielles Agens durchaus nicht etwa für ganz

ausgeschlossen hielt, spricht nämlich folgende von ihm herrührende

Bemerkung: »Daß die Gravitation eine inhärente Eigenschaft der Materie

sei, derart, daß ein Körper auf einen anderen aus der Ferne und durch

den völlig leeren Raum ohne die Vermittlung von irgend etwas anderem

wirke, erscheint mir als eine große Absurdität. Ich kann mir nicht

vorstellen, daß jemand, der fähig ist, philosophisch zu denken, in sie

verfallen kann.«

Jedenfalls ist also die Annahme einer durch das Medium erfolgenden

Wirkung nicht erst im 19. Jahrhundert durch *Faraday* entstanden. Sie

hat vielmehr schon im 18. Jahrhundert namhafte Vertreter gefunden.

Auch *Kepler* hat sich lange vor *Newton* gegen die Möglichkeit einer

»actio in distans« ausgesprochen und eine die Schwere bedingende

Strahlungsenergie angenommen, die sich wie das Licht durch den Raum

ausbreiten und alle Körper durchdringen sollte[492]. Der große

deutsche Philosoph *Leibniz* nahm eine vermittelnde Stellung ein. Viel

weniger als er konnte sich *Huygens* mit der *Newton*schen Kraftidee

befreunden[493]. Er bemühte sich deshalb, auf *Cartesiani*scher

Grundlage die Schwerkraft, für die er das *Newton*sche Gesetz nicht

etwa in Abrede stellte, mechanisch zu erklären. Seine Ansichten, auf

die wir in dem nächsten Abschnitt zurückkommen, entwickelte er im Jahre

1690 als Anhang zu seinem Werke über das Licht.

Allmählich gelangte die *Newton*sche Gravitationsmechanik indessen doch

zur allgemeinen Anerkennung. In Frankreich, wo man besonders lange an

*Descartes* festhielt, wurde der neuen Lehre erst durch *Voltaire*

und *Maupertuis* Bahn gebrochen. Das Gravitationsgesetz wurde zwar als

richtig anerkannt, um so energischer bekämpfte man die Annahme der in

die Ferne wirkenden Kraft, der »Zentripetalkraft« *Newtons*, und suchte

durch ein modifiziertes Wirbelsystem die kosmischen Erscheinungen

zu erklären. Auch durch den Stoß von Molekeln, die sich im Weltraum

bewegen sollten, suchte man die Gravitation auf ein anschauliches

Prinzip zurückzuführen[494]. Indes hundert Jahre später waren es

gerade die Franzosen, vor allem ihr großer Astronom *Laplace*, die das

von *Newton* in den gröberen Zügen ausgearbeitete System bis in alle

Einzelheiten vollendet haben.

Zu jener Zeit, als die »Prinzipien« erschienen, bekleidete *Newton*

immer noch die Professur der Mathematik in Cambridge, deren kärgliche

Besoldung nur den bescheidensten Ansprüchen genügte. Dazu traf ihn das

Unglück, daß ein Teil seiner wertvollen Aufzeichnungen verbrannte.

*Newton* wurde dadurch so bekümmert, daß man eine Geistesstörung

befürchtete. Diese äußeren Verhältnisse wurden mit einem Schlage durch

*Newtons* Ernennung zum königlichen Münzmeister geändert. Seitdem

wohnte er, im Alter mit Ehren überhäuft, bald in der Hauptstadt, bald

auf einem Landsitz in der Nähe, bis ein Steinleiden am 31. März des

Jahres 1727 seinem, an wissenschaftlichen Erfolgen so überaus reichen

Leben ein Ende bereitete.

[Illustration: Abb. 79. *Newton* in seinem 84. Lebensjahre.]

*Newton* war trotz seiner außerordentlichen Bedeutung ein bescheidener,

stiller Gelehrter. »Ich weiß nicht«, sprach er einst, »wie ich der

Welt erscheine. Mir selbst aber komme ich vor wie ein Knabe, der am

Meeresufer spielt und sich damit belustigt, dann und wann einen glatten

Kiesel oder eine schönere Muschel als gewöhnlich zu finden, während der

große Ozean der Wahrheit unerforscht vor mir liegt.«

*Newton* wurde in der Westminsterabtei, der Stätte, wo Englands große

Männer ruhen, unter Ehrenbezeugungen beigesetzt, wie sie sonst nur

verstorbenen Mitgliedern des königlichen Hauses erwiesen werden. Das

Denkmal, das seinen Staub bedeckt, trägt einen in lateinischer Sprache

verfaßten Nachruf. Er lautet in deutscher Übersetzung:

Hier ruht

Sir *Isaac Newton*,

Der mit fast göttlicher Geisteskraft

Der Planeten Bewegung und Gestalten,

Die Bahnen der Kometen und die Gezeiten des Ozeans

Mit Hilfe seiner mathematischen Methode

Zuerst erklärte.

Er ist es, der die Verschiedenheiten der Lichtstrahlen,

Sowie die daraus entspringenden Eigentümlichkeiten der Farben,

Die niemand vorher auch nur vermutete, erforscht hat.

Als der Natur, der Altertümer und der Heiligen Schrift

Fleißiger, scharfsinniger und getreuer Deuter,

Verherrlichte er die Majestät des allmächtigen Schöpfers in seiner

Philosophie.

Die vom Evangelium geforderte Einfalt bewies er durch seinen Wandel.

Mögen die Sterblichen sich freuen, daß unter ihnen wallte

Eine solche Zierde des Menschengeschlechts.

Geboren am 25. Dezember 1642, gestorben am 20. März 1727[495].

Die Naturwissenschaften in ihrer Entwicklung und in ihrem Zusammenhange, II. Band Von Galilei bis zur Mitte des XVIII. Jahrhunderts · 第 36 / 81 题