Isaac Newton gilt als einer der grössten mathematischen Wissenschaftler seiner Zeit und ist bis heute weltbekannt. Er legte den Grundstein für zahlreiche moderne Disziplinen wie Physik, Mathematik und Astronomie. Geboren 1643 im englischen Woolsthorpe, prägte er mit seinen bahnbrechenden Entdeckungen die Wissenschaftsgeschichte.
Geboren: 4. Januar 1643 (gregorianisch), Woolsthorpe, England
Gestorben: 31. März 1727, Kensington, England
Beruf: Physiker, Mathematiker, Astronom
Hauptwerke: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687)
Erfindungen: Gravitationsgesetz, Newtonsche Bewegungsgesetze, Spiegelteleskop
Positionen: Präsident der Royal Society (1703–1727), Master der Royal Mint
Besonderheit: Ritterschlag durch Königin Anne (1705)
Beisetzung: Westminster Abbey, London
Newton entwickelte das Gravitationsgesetz, die Infinitesimalrechnung und erfand das erste Spiegelteleskop. Seine Arbeiten zur Optik revolutionierten das Verständnis von Licht und Farben. Auch die drei Newtonschen Bewegungsgesetze bilden bis heute das Fundament der klassischen Mechanik. Erfahre mehr über den inspirierenden Mathematiker.
Isaac Newton - eine kurze Biografie
Wenn man sich mit der Geschichte der Mathematik beschäftigt, stösst man unweigerlich auch irgendwann auf Isaac Newton. Neben Archimedes, Pythagoras, Thales, Descartes, Einstein und vielen anderen hat sich Newton seinen Platz unter den grossen Mathematikern und Wissenschaftlern dieser Welt verdient, indem er die Mathematik revolutionierte. Der englische Physiker, Philosoph, Astronom und Mathematiker wurde 1642 in Woolsthorpe, Lincolnshire, England, geboren.
Sein Vater starb einige Monate vor seiner Geburt und Newtons Mutter heiratete erneut, als das Kind drei Jahre alt war. Er wuchs bei seiner Grossmutter mütterlicherseits auf.
Isaac Newton ist ein stilles Kind, das sich sehr für Maschinen interessiert. Obwohl er als Schüler verträumt und etwas zerstreut ist, baut er Sonnenuhren, Windturbinen, mechanische Transportvorrichtungen, Drachen usw.
Seine Mutter wollte ihn frühzeitig von der Schule nehmen, damit er sich auf ein Leben als Landwirt auf dem Hof vorbereiten konnte. Der Rektor seiner Schule erkannte sein mathematisches Talent und setzte durch, dass der begabte Junge ein Stipendium für ein Studium bekam.
1661 wurde er Student am Trinity College in Cambridge. Um keine Studiengebühren zahlen zu müssen, erledigt Isaac Newton Arbeiten in der Schule. Er studierte Arithmetik, Geometrie, Trigonometrie, Astronomie und Optik. Isaac Barrow, ein grosser Mathematiker und Cambridge-Professor, nimmt ihn unter seine Fittiche. Newton schliesst sein Studium 1665 mit hervorragenden Noten ab.
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Er kehrt zunächst in seinen Heimatort Woolsthorpe zurück (vor allem deshalb, weil aufgrund einer Pest-Epidemie alle Universitäten des Landes geschlossen sind) und macht dort innerhalb von zwei Jahren seine wichtigsten mathematischen Entdeckungen - die Grundlagen seiner Theorien, die er später in mühevoller Kleinarbeit, durch scharfsinnige Überlegungen und geschicktes Experimentieren weiterentwickelt.
1642
Geburt
in Woolsthorpe-by-Colsterworth, England
1655–1659
King’s School
Besuch der King’s School in Grantham.
1661
Cambridge
Beginn des Studiums am Trinity College in Cambridge.
1665–1666
Rückkehr nach Woolsthorpe
Entwicklung der Infinitesimalrechnung, Grundlagen der Gravitationstheorie und Forschungen zur Optik
1669
Professor
Ernennung zum Lucasischen Professor für Mathematik an der Universität Cambridge.
1671
Erfindung des Spiegelteleskops und Royal Society
Ernennung zum Mitglied der Royal Society
1672
Lichtbrechung
Präsentation seiner Erkenntnisse zur Lichtbrechung vor der Royal Society
1687
Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
Veröffentlichung von Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Einführung des Gravitationsgesetzes und der drei Bewegungsgesetze
1696
Wardein
Ernennung zum Wardein der Royal Mint in London
1703
Wahl zum Präsidenten der Royal Society
1704
Veröffentlichung von Opticks
1705
Ritterschlag durch Königin Anne
1727
Tod
Tod in Kensington, Beisetzung in der Westminster Abbey
1669 verzichtet sein ehemaliger Professor Barrow zugunsten seines einstigen Schülers auf seinen Lehrstuhl. Isaac Newton war von 1669 bis 1702 Mathematikprofessor in Cambridge, ab 1671 Mitglied und ab 1703 Präsident der Royal Society sowie ab 1698 königlicher Münzmeister.
Newton wurde 1705 sogar von Königin Anne zum Ritter geschlagen.
Er starb im Alter von 84 Jahren in Kensington als hoch angesehener Wissenschaftler. Er war der erste englische Naturwissenschaftler, der ein Staatsbegräbnis erhielt. Er wurde in der Westminster Abbey in London an der Seite berühmter Persönlichkeiten der englischen Geschichte bestattet.
Auf dem Lehrplan für Mathe steht in Realschulen und auf Gymnasien auch der berühmte Strahlensatz von Thales. Es lohnt sich also, auch mehr über Thales von Milet zu erfahren.
Isaac Newton und Schwerkraft
Isaac Newton ist vor allem für seine Forschungen zur Schwerkraft bekannt. Er wollte verstehen, wie es möglich ist, dass der Mond die Erde umkreist. Er beobachtete in einem Obstgarten, wie die Äpfel vom Baum fallen und entdeckt auf diese Weise die Anziehungskraft, der die Äpfel ausgesetzt sind. Newton erklärte physikalisch, weshalb ein Apfel überhaupt zu Boden fällt. Erstmals spricht er vom Gesetz der Schwerkraft. Er glaubt, dass der Grund für den Fall des Apfels derselbe ist, der den Mond trotz der Entfernung nahe an der Erde hält.
Um seine Hypothesen zu überprüfen, stellt Newton eine Gleichung auf, nach der die Schwerkraft vom umgekehrten Quadrat des Abstands zwischen zwei Objekten abhängt. Dieses Gesetz wird als reziprokes Quadratgesetz bezeichnet:
Newton wendete die Hypothese auf weitere Sterne wie die Sonne oder andere Planeten an. Sein Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica von 1687 beschreibt detailliert die Gravitationsgesetze und die Bewegungsgesetze, die bis heute Schüler weltweit als "Newtonsche Gesetze" lernen. Newton wird vor allem für diese Suche nach einem Beweis für die Schwerkraft bekannt.
Noch heute kennen Schüler auf der ganzen Welt die Legende vom Apfel. Wir werden nie erfahren, ob die Geschichte wirklich stimmt oder ob vielleicht Newton selbst sie so erzählt hat, um zu demonstrieren, wie wichtig die Beobachtung kleiner Phänomene des alltäglichen Lebens ist, um das grosse Ganze zu verstehen.
Die Geschichte der Mathematik hat im Laufe der Jahrhunderte noch mehrere grosse Namen hervorgebracht: zu den Wichtigsten gehört auch der Mathematiker Euklid.
Mathematik: Isaac Newtons Infinitesimalrechnung
Obwohl Newton besonders für seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Physik bekannt ist, dürfen wir seine mathematischen Fähigkeiten nicht vergessen. Isaac Barrow beauftragte ihn während seines Studiums in Cambridge, ein Manuskript zu verschiedenen mathematischen Schlussfolgerungen zu verfassen. Newtons Dokument beschreibt die Integral- und Differentialrechnung. Newton nennt dies Infinitesimalrechnung - etwas, das noch heute einige Abiturienten in den Wahnsinn treibt.
Was wir wissen, ist ein Tropfen, was wir nicht wissen, ein Ozean
Isaac Newton
Diese Methode ist bis heute ein zentraler Bestandteil der modernen Mathematik und hat die Analyse kontinuierlicher Prozesse revolutioniert.
Ein zentraler Bestandteil der Infinitesimalrechnung ist der Hauptsatz der Differenzial- und Integralrechnung, der den Zusammenhang zwischen Differenzieren und Integrieren beschreibt. Er löste zwei scheinbar unabhängige mathematische Probleme und verbindet sie in einer einheitlichen Theorie. Newton entwickelte diese Ideen nahezu gleichzeitig mit Gottfried Wilhelm Leibniz, was später zu einem bekannten Prioritätsstreit führte.
Newton ist ausserdem für seine Binomialformel berühmt, die eine allgemeine Methode zur Potenzierung von Summen beschreibt. Sie ist gültig für alle reellen und sogar komplexen Exponenten und lautet:
Seine mathematischen Werke wurden nicht sofort veröffentlicht, sondern zirkulierten zunächst in Manuskriptform unter europäischen Wissenschaftlern. Erst durch die Fürsprache von Barrow und anderen wurde Newtons Platz unter den grössten Mathematikern seiner Zeit gesichert.
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Neben der Mathematik und der Physik hatte Newton eine weitere grosse Leidenschaft: Die Optik.
Newton und das Licht
Isaac Newton widmet bei all seinen Forschungen der Optik besondere Aufmerksamkeit. Diese Leidenschaft beginnt, als sich der englische Wissenschaftler für das Verhalten von Licht interessiert.
Für die damaligen Wissenschaftler ist das weisse Licht homogen. Newton wird, wie so oft, die Gewissheiten seiner Zeit ändern.
Dazu verwendet er ein transparentes Prisma und setzt es den Strahlen der Sonne aus. Er erkennt, dass Isaac Newton entdeckte, dass weisses Sonnenlicht sieben Farben enthält: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Er nennt sie "Spektrum". Ein Phänomen, das die unterschiedlichen Farben des Sonnenstrahls durch die Gradunterschiede und die Tatsache erklärt, dass die Strahlen bei Kontakt mit bestimmten Objekten die Richtung ändern und sich verdrehen können.
Jede Farbe weist ein unterschiedliches Verhalten auf. Beim Kontakt mit dem Prisma verhalten sich nicht alle Farben des Spektrums gleich.
Newton richtet dann die farbigen Strahlen auf ein zweites Prisma, aus dem wieder weisses Licht austritt. Das beweist, dass weisses Sonnenlicht die Summe aller Farben des Spektrums ist.
Die unterschiedliche Brechung der Farben durch das Prisma erklärte Newton mit der Variation der Wellenlängen des Lichts. Seine Entdeckungen wurden 1704 in seinem Werk „Opticks“ veröffentlicht und legten den Grundstein für die moderne Optik.
Es ist übrigens auch unmöglich um René Descartes herumzukommen, wenn man über Mathe spricht!
Newtons Erfindung: das Spiegelteleskop
Isaac Newtons bahnbrechende Entdeckungen in der Optik revolutionierten die Wissenschaft seiner Zeit. Besonders seine Untersuchungen zum Verhalten von Licht führten ihn zur Weiterentwicklung der Teleskoptechnik.
Die damals gebräuchlichen Teleskope nutzten Glaslinsen, die jedoch eine Farbverzerrung verursachten – ein Phänomen, das als chromatische Aberration bekannt ist. Newton erkannte, dass die Brechung von Licht durch Glas die Ursache für diese Verzerrungen war. Um das Problem zu lösen, entschied er sich, die Linsen durch Spiegel zu ersetzen. Spiegel reflektieren Licht ohne Farbveränderung und ermöglichen eine präzisere Darstellung.
Im Jahr 1668 baute Newton das erste funktionsfähige Spiegelteleskop, auch „Newton-Teleskop“ genannt.
Das Teleskop ist mit einem 3,3-cm-Spiegel und einem Vergrösserungsfaktor von etwa 40 ausgestattet. Der brillante Newton verbindet somit seine Leidenschaft für mechanische Objekte mit seiner Besessenheit für die Funktionsweise von Objekten und seiner Faszination für das Verhalten von Licht.
Für seine wissenschaftlichen Verdienste, zu denen auch die Entwicklung des Spiegelteleskops zählte, wurde Isaac Newton 1705 von Königin Anne zum Ritter geschlagen. Dieser Ritterschlag bestätigte seinen Status als einer der grössten Wissenschaftler seiner Zeit.
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Die drei Newtonschen Gesetze
Isaac Newton ist nicht nur für die Entdeckung der Schwerkraft berühmt, sondern auch für die Formulierung der drei Bewegungsgesetze. Diese fundamentalen Prinzipien der Mechanik wurden 1687 in seinem Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica veröffentlicht und bilden bis heute die Grundlage der klassischen Physik.
Erstes Gesetz: Das Trägheitsgesetz
Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig geradlinig weiter, solange keine äußere Kraft auf ihn einwirkt. Dieses Gesetz beschreibt die natürliche Tendenz von Objekten, ihren Bewegungszustand beizubehalten.
Zweites Gesetz: Das Grundgesetz der Dynamik
Die Beschleunigung eines Körpers ist proportional zur auf ihn wirkenden Kraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse. Mathematisch wird dies durch die Formel dargestellt:
Hierbei steht F für die Kraft, m für die Masse des Körpers und a für seine Beschleunigung. Dieses Gesetz erklärt, wie eine äussere Kraft die Bewegung eines Körpers beeinflusst.
Drittes Gesetz: Das Gesetz von Aktion und Reaktion
Übt ein Körper A eine Kraft auf Körper B aus, so übt Körper B eine gleich grosse, aber entgegengesetzte Kraft auf Körper A aus. Diese Kräfte treten immer paarweise auf und wirken in entgegengesetzter Richtung.
Jetzt hast du einiges über Isaac Newtons Leben und Wirken erfahren können. Sind seine Beiträge und Entdeckungen nicht faszinierend? Möglicherweise regen sie in dir den Wunsch an, mehr zu erfahren und tiefer in die wunderbare Welt der Physik einzutauchen. Selbst wenn dem nicht so ist, hast du jetzt ein Grundverständnis von Newtons Beitrag zur Physik, der dir sicher in der Schule oder Universität weiterhilft.
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