{"id":24150,"date":"2017-09-20T07:00:12","date_gmt":"2017-09-20T05:00:12","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2017\/09\/20\/newtons-opticks-ein-bahnbrechendes-werk-der-physik\/"},"modified":"2025-05-14T16:35:37","modified_gmt":"2025-05-14T14:35:37","slug":"newtons-opticks-ein-bahnbrechendes-werk-der-physik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2017\/09\/20\/newtons-opticks-ein-bahnbrechendes-werk-der-physik\/","title":{"rendered":"Newtons \u201eOpticks\u201c \u2013 ein bahnbrechendes Werk der Physik"},"content":{"rendered":"

\"sb-wettbewerb_klein\"<\/a>Dieser Artikel ist Teil des ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2017<\/a>. Informationen zum Ablauf gibt es hier<\/a>. Leserinnen und Leser k\u00f6nnen die Artikel bewerten und bei der Abstimmung einen Preis gewinnen – Details dazu gibt es hier<\/a>. Eine \u00dcbersicht \u00fcber alle am Bewerb teilnehmenden Artikel gibt es hier<\/a>. Informationen zu den Autoren der Wettbewerbsartikel finden sich in den jeweiligen Texten.<\/i>
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\nNewtons \u201eOpticks\u201c \u2013 ein bahnbrechendes Werk der Physik<\/b><\/p>\n

von Lercherl<\/p>\n

Ich habe Chemie und Physik studiert, besch\u00e4ftige mich beruflich mit Supercomputing und privat mit allem m\u00f6glichem, mit Vorliebe aber mit Wissenschaftsgeschichte. Ich bin ein gro\u00dfer Fan des Internet Archive<\/a>, das zahllose Klassiker der Wissenschaft zug\u00e4nglich macht. Ich kann ziemlich wenig mit Science Fiction anfangen und kann Star Trek und Star Wars nicht auseinanderhalten.<\/p>\n

Mehr als hundert Jahre nach Newtons Werk zur Optik erschien Goethes \u201eFarbenlehre\u201c, in der Goethe Newtons Theorie zur Farbentstehung heftig angreift und seine eigene Lehre propagiert. Von der Mehrzahl der Forscher wird Goethes Farbenlehre heute f\u00fcr weitgehend wertlos f\u00fcr die Erkl\u00e4rung der Farbentstehung gehalten. Eine Minderheit ist aber der Meinung, dass Goethes Farbenlehre auch tiefe Einsichten enth\u00e4lt, die Newton verborgen geblieben sind. Urspr\u00fcnglich wollte ich in diesem Artikel Newtons und Goethes Theorien gegen\u00fcberstellen, aber beim Schreiben ist der Teil \u00fcber Newton immer mehr angewachsen, sodass das Material \u00fcber Newton alleine f\u00fcr einen Blogartikel mehr als ausreicht. Vielleicht schreibe ich sp\u00e4ter noch einen Artikel \u00fcber Goethe und seine Farbenlehre, und einen dritten mit einer Gegen\u00fcberstellung der beiden, so wie Plutarch<\/a> in seinen Parallelbiographien: Demosthenes. Cicero. Vergleich Demosthenes-Cicero.<\/a><\/p>\n

Newtons Werk tr\u00e4gt den etwas sperrigen Titel \u201eOpticks: or, a Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections and Colours of Light,\u201c es wird meist kurz als Opticks<\/i> bezeichnet. Dieser langatmige Titel beschreibt recht genau, worum es prim\u00e4r geht: um Spiegelung, Brechung und Beugung als die wesentlichen Mechanismen der Entstehung von Farberscheinungen. Die erste Ausgabe der Opticks<\/a> erschien 1704, es folgten sp\u00e4ter noch eine lateinische Ausgabe<\/a> in der \u00dcbersetzung von Samuel Clarke<\/a> (1706) und mehrere \u00fcberarbeitete englische Ausgaben, die vierte Ausgabe<\/a>, die ich im Folgenden zitiere, erschien postum 1730. Mit passablen Englischkenntnissen und Grundkenntnissen der Physik sind die Opticks<\/i> auch heute noch relativ fl\u00fcssig zu lesen, sobald man sich an das umst\u00e4ndliche und antiquierte Englisch und die ungewohnte Nomenklatur gew\u00f6hnt hat. Ganz anders die 1687 erschienenen Principia mathematica<\/a><\/i>: die wurden auf Latein verfasst und verlangen mit ihrer anspruchsvollen Mathematik den Lesern Einiges ab. Eine deutsche \u00dcbersetzung der Opticks<\/i> von William Abendroth<\/a> erschien 1898 als Band 96<\/a> und 97<\/a> von Ostwalds Klassikern der exakten Wissenschaften<\/a>.<\/p>\n

Euklid und Newton<\/b><\/p>\n

Wer die Opticks<\/i> liest, dem f\u00e4llt sofort auf, dass Newton sich im Aufbau an Euklids Elementen<\/a> orientiert hat. Nat\u00fcrlich nur, wenn er oder sie die Elemente<\/i> kennt. Wer sie nicht kennt, sollte sie unbedingt kennenlernen, finde ich. Sie sind beispielsweise hier<\/a>, hier<\/a> und hier<\/a> zu finden, oder auch hier<\/a>: letztere Ausgabe ist f\u00fcr das heutige Publikum wohl schwerer zu verstehen, aber das Buch ist unvergleichlich sch\u00f6ner. Ich h\u00e4tte sehr gern ein Exemplar davon \u2013 auch wenn ich schon eine sch\u00f6ne Euklid-Ausgabe besitze, n\u00e4mlich diese hier:<\/p>\n

\"Euclidis<\/a><\/p>\n

Es ist anzunehmen, dass Newton diese Ausgabe gekannt hat, sie erschien 1703, ein Jahr vor den Opticks<\/i>. Auch war er mit dem Herausgeber, dem schottischen Mathematiker David Gregory<\/a> befreundet \u2013 sofern Newton \u00fcberhaupt je mit jemandem befreundet war; jedenfalls ist nicht \u00fcberliefert, dass die beiden gestritten h\u00e4tten. F\u00fcr die Opticks<\/i> hat er diese Ausgabe aber wohl nicht benutzt, seine Arbeiten zur Optik erfolgten schon viel fr\u00fcher.<\/p>\n

Mit Euklid hat sich Newton kein schlechtes Vorbild ausgesucht. Euklid, der Vater der mathematischen Strenge, beginnt mit Definitionen (Punkt, Gerade, Kreis usw.) und Axiomen<\/a>, den nicht beweisbaren, als wahr angenommenen Grunds\u00e4tzen. Der Rest des Buches besteht ausschlie\u00dflich aus einer Reihe von S\u00e4tzen (Theoremen) und Aufgaben. Ein Satz ist beispielsweise: \u201eIn jedem Dreieck ist die Summe zweier beliebiger Winkel weniger als zwei rechte Winkel\u201c (I.17). Nach jedem Satz folgt der Beweis: Aus den Axiomen und vorher bewiesenen S\u00e4tzen wird Schritt f\u00fcr Schritt der zu beweisende Satz hergeleitet. Jeder Beweis schlie\u00dft mit den Worten: \u201ewas zu beweisen war\u201c, auch in der lateinischen Form \u201equod erat demonstrandum\u201c, abgek\u00fcrzt q.e.d., bekannt, obwohl Euklid nat\u00fcrlich griechisch schrieb: \u1f45\u03c0\u03b5\u03c1 \u1f14\u03b4\u03b5\u03b9 \u03b4\u03b5\u1fd6\u03be\u03b1\u03b9. Ein Beispiel einer Aufgabe ist \u201eIn einen Kreis ein gleichseitiges und gleichwinkeliges F\u00fcnfeck einschreiben\u201c (IV.11). In \u00e4hnlicher Weise werden die einzelnen Konstruktionsschritte hergeleitet, bis die Aufgabe fertiggestellt ist, die Konstruktion schlie\u00dft mit dem weniger bekannten \u201equod erat faciendum\u201c (was zu tun war).<\/p>\n

\"Euklids<\/a>
Euklids Konstruktion des regelm\u00e4\u00dfigen F\u00fcnfecks. Diese \u00dcbersetzung aus dem 12. Jahrhundert des Adelard von Bath<\/a> verwendet die Formulierung \u201ehoc est quod proposuimus\u201c statt \u201equod erat demonstrandum\u201c.<\/figcaption><\/figure>\n

Newtons Opticks<\/i>, genauer gesagt, das erste Buch der Opticks<\/i>, sind formal genau so aufgebaut wie die Elemente<\/i>: am Anfang Definitionen und Axiome, dann nacheinander Satz\/Beweis, Satz\/Beweis, Aufgabe\/L\u00f6sung usw. Was er als \u201eAxiome\u201c bezeichnet, sind S\u00e4tze aus der geometrischen Optik<\/a>, beispielsweise das Axiom I: The Angles of Reflexion and Refraction lie in one and the same Plane with the Angle of Incidence.<\/i> Dass Newton diese S\u00e4tze als Axiome einf\u00fchrt, kann man durchaus kritisieren: Sie m\u00fcssen nicht von vornherein als wahr angenommen werden, sie lassen sich ohne weiteres experimentell verifizieren. Anscheinend wollte Newton mit geometrischer Optik, um die es in diesem Buch nicht vorrangig geht, keine Zeit verlieren und sie als bekannt voraussetzen: I have now given in Axioms and their Explications the sum of what hath hitherto been treated of in Opticks.<\/i> Bei den Erl\u00e4uterungen zu Axiom VII gibt Newton auch eine im Wesentlichen korrekte Erkl\u00e4rung \u00fcber das menschliche Sehverm\u00f6gen: When a Man views any Object […] the Light which comes from the several Points of the Object is so refracted […] as to converge […] in the bottom of the Eye, and there to paint the Picture of the Object. And these Pictures, propagated by Motion along the Fibres of the Optick Nerves into the Brain, are the cause of Vision.<\/i><\/p>\n

Bei den zu beweisenden S\u00e4tzen gibt es aber einen wesentlichen Unterschied zu Euklid: Der \u201eBeweis\u201c erfolgt durch Experimente. Newton besch\u00e4ftigt sich mit Physik und Euklid mit Mathematik: an einem korrekten mathematischen Beweis ist nicht zu r\u00fctteln; dass es unendlich viele Primzahlen gibt, wie Euklid im Satz IX.20 bewiesen hat, ist unumst\u00f6\u00dflich und kann durch keine wie auch immer geartete neue Erkenntnis widerlegt werden. In der Physik gibt es hingegen keine solchen Beweise, wenn ein physikalisches Gesetz auch durch noch so viele Experimente und Beobachtungen untermauert ist, kann uns die Natur immer noch ein Schnippchen schlagen und uns zeigen, dass unter speziellen Umst\u00e4nden das Gesetz nicht gilt. In Newtons Ank\u00fcndigung \u201eThe Proof by Experiments\u201c ist das Wort \u201eBeweis\u201c daher nicht als mathematischer Beweis zu verstehen. Er schreibt dazu am Ende des dritten Buches: And although the arguing from Experiments and Observations by Induction be no Demonstration of general Conclusions; yet it is the best way of arguing which the Nature of Things admits of […].<\/i><\/p>\n

Eine solche Art von Beweis war zu Newtons Zeit noch recht neu, und es galt, manche Vorbehalte gegen\u00fcber einem experimentellen Zugang und festgefahrene Denkweisen, die teils noch aus der Antike \u00fcbernommen wurden, zu \u00fcberwinden. Die euklidische Strenge hat der griechischen Mathematik zu ihrer Bl\u00fcte verholfen, aber ihre unkritische Anwendung auf die Physik hat mehr Schaden als Nutzen angerichtet. Aristarch von Samos<\/a> beispielsweise berechnete das Verh\u00e4ltnis der Abst\u00e4nde von Sonne und Mond<\/a> zur Erde. Seine mathematische Methode ist absolut korrekt, trotzdem kommt er zu vollkommen falschen Zahlen (zwischen 18 und 20, der wahre Wert liegt nahe bei 400), weil seine verwendeten Messwerte ungenau sind. Alle beobachteten und experimentell ermittelten Gr\u00f6\u00dfen formuliert er als \u201eHypothesen\u201c und verliert kein Wort dar\u00fcber, wie er darauf kommt. <\/p>\n

Das erste Buch: Auf Spiegeln und Brechen<\/b><\/p>\n

Zur\u00fcck zu Newtons Opticks.<\/i> Das erste Buch enth\u00e4lt, in zwei Teile gegliedert, insgesamt 19 \u201ePropositions\u201c, davon sind elf S\u00e4tze (Theorems) und acht zu l\u00f6sende Probleme. Von den S\u00e4tzen m\u00f6chte ich hier die wichtigsten im Wortlaut wiedergeben. In Teil I: <\/p>\n

Theor. I. Lights which differ in Colour, differ also in Degrees of Refrangibility.<\/i><\/p>\n

Heute bezeichnet man diesen Effekt, d.h. die Abh\u00e4ngigkeit des Brechungsindex von der Farbe (Wellenl\u00e4nge) als Dispersion<\/i>. Die St\u00e4rke der Dispersion h\u00e4ngt vom Material ab.<\/p>\n

Theor. II. The Light of the Sun consists of Rays differently Refrangible.<\/i><\/p>\n

Newton verwendet viel M\u00fche auf den experimentellen Beweis dieses Satzes: auf mehr als 30 Seiten beschreibt er 10 Experimente.<\/p>\n

Theor. VI. The Perfection of Telescopes is impeded by the different Refrangibility of the Rays of Light.<\/i><\/p>\n

Dieser Satz ist zwar nicht essentiell f\u00fcr die Theorie, aber er gibt einen Einblick in die Motivation Newtons, sich mit Optik und vor allem mit Farberscheinungen zu besch\u00e4ftigen: er hat sich \u00fcber die Unzul\u00e4nglichkeiten der damaligen Teleskope ge\u00e4rgert. Dieser \u00c4rger brachte ihn dazu, ein Spiegelteleskop zu erfinden, den Newton-Reflektor<\/a>: Seeing therefore the Improvement of Telescopes of given lengths by Refractions is desperate, I contrived heretofore a Perspective by Reflexion, using instead of an Object-glass a concave Metal.<\/i> So verzweifelt wie Newton sind wir heute nicht: im 18. Jahrhundert wurde entdeckt, dass durch geeignete Abfolge von Gl\u00e4sern mit unterschiedlichen Dispersionseigenschaften (Flint- und Krongl\u00e4ser) die chromatische Aberration<\/a> und andere Linsenfehler recht gut kompensiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Unter den S\u00e4tzen in Teil II des ersten Buches finden sich: <\/p>\n

Theor. II. All homogeneal Light has its proper Colour answering to its Degree of Refrangibility and that Colour cannot be changed by Reflexions and Refractions.<\/i><\/p>\n

In moderner Sprache formuliert: monochromatisches Licht hat eine wohldefinierte Wellenl\u00e4nge und damit eine wohldefinierte Farbe, die sich durch Spiegelung und Brechung nicht \u00e4ndert. Geneinsam mit Theorem II aus dem I. Teil ist dieser Satz die wichtigste Erkenntnis Newtons zur Theorie der Farbentstehung. Verschiedene Materialien erscheinen uns in unterschiedlichen Farben, weil sie die einfallenden Lichtstrahlen je nach Farbe unterschiedlich stark reflektieren.<\/p>\n

Heute kennen wir einige Effekte, die dennoch die Wellenl\u00e4nge monochromatischen Lichts \u00e4ndern k\u00f6nnen, etwa den Doppler-Effekt<\/a> oder inelastische Streuung (Raman-Streuung<\/a>).<\/p>\n

Theor. III. Colours may be produced by Composition which shall be like to the Colours of homogeneal Light as to the Appearance of Colour but not as to the Immutability of Colour and Constitution of Light. […]<\/i><\/p>\n

Eine Begr\u00fcndung f\u00fcr dieses Ph\u00e4nomen kann nur die Physiologie liefern, nicht die Physik: es besteht kein physikalischer Grund, warum etwa gelbes Licht dasselbe sein sollte wie eine Mischung aus Rot und Gr\u00fcn. Das menschliche Auge kann keinen Unterschied zu erkennen, weil es f\u00fcr den gesamten Wellenl\u00e4ngenbereich nur \u00fcber drei Farbrezeptoren verf\u00fcgt, die von gelbem und gemischt rot-gr\u00fcnem Licht in gleicher Weise angeregt werden. Das war zu Newtons Zeit noch nicht bekannt. Newton stellt richtig fest, dass es sehr wohl Unterschiede in der \u201eBeschaffenheit\u201c des Lichts geben kann, auch wenn kein Farbunterschied ersichtlich ist: so kann gelb erscheinendes Licht mit einem Prisma in seine roten und gr\u00fcnen Bestandteile zerlegt werden, sofern es aus solchen Teilen besteht, nicht aber monochromatisches gelbes Licht.<\/p>\n

Theor. V. All the Colours in the Universe which are made by Lights and depend not on the Power of Imagination are either the Colours of homogeneal Lights or compounded of these […].<\/i><\/p>\n

Heute w\u00fcrden wir diese Erkenntnis vielleicht so formulieren: Jede elektromagnetische Welle ist durch die Abh\u00e4ngigkeit der Intensit\u00e4t I<\/i> von der Wellenl\u00e4nge \u03bb<\/i> charakterisiert; die Funktion I(\u03bb)<\/i> im sichtbaren Bereich bestimmt, welche Farbempfindung dadurch im menschlichen Auge ausgel\u00f6st wird. <\/p>\n

Das zweite Buch: Farben in d\u00fcnnen Schichten<\/b><\/p>\n

D\u00fcnne Schichten, etwa Seifenblasen oder \u00d6lfilme auf Wasser, schillern in allen Farben des Regenbogens. Newtons Theorie der Farbentstehung aus Buch I kann diese Farben nicht erkl\u00e4ren. Heute wissen wir, dass es sich dabei um Interferenzerscheinungen handelt: Licht, das am oberen Rand reflektiert wird, interferiert mit den Reflektionen vom unteren Rand: sind die beiden Lichtstrahlen \u201ein Phase\u201c, so ist die Interferenz \u201ekonstruktiv\u201c; ist die Phasendifferenz hingegen gleich der halben Wellenl\u00e4nge, so kommt es zu \u201edestruktiver Interferenz\u201c, und die beiden Strahlen l\u00f6schen einander aus.<\/p>\n

Newton untersuchte Farben an d\u00fcnnen Schichten mit Hilfe zweier aneinandergepresster Linsen, von denen die obere unten flach ist, die untere eine sph\u00e4rische Oberfl\u00e4che mit sehr gro\u00dfem Radius hat. Mit dieser Versuchsanordnung hat er eine d\u00fcnne Luftschicht zwischen den beiden Linsen, deren Dicke mit dem Abstand vom Mittelpunkt zunimmt und sich aus diesem Abstand und dem Radius der sph\u00e4rischen Linse berechnen l\u00e4sst. Um den Mittelpunkt erscheint eine Abfolge farbiger Ringe, die heute noch als Newton\u2019sche Ringe<\/a> bekannt sind. Newton illustriert seine Experimente mit folgender Zeichnung: <\/p>\n

\"Newtonsche<\/a><\/p>\n

Er beschreibt die beobachteten Ph\u00e4nomene als eine Abfolge von \u201eFits of easy Reflexion\u201c und \u201eFits of easy Transmission\u201c. Was er genau mit \u201eFit\u201c meint, l\u00e4sst sich schwer ausmachen, das Wort ist au\u00dferordentlich vieldeutig. Abendroth \u00fcbersetzt es mit \u201eAnwandlung\u201c. Dass es keine besonders zufriedenstellende Theorie ist, abwechselnde Helligkeit und Dunkelheit darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren, dass das Licht gerade solche Anwandlungen hat, ist wohl auch Newton selber aufgefallen. Man m\u00f6chte fast meinen, er vermeidet mit Gewalt das Wort \u201eWelle\u201c \u2013 was w\u00fcrde eine periodische Abfolge von Licht und Dunkelheit besser beschreiben als eine Welle? Newton hatte daf\u00fcr seine Gr\u00fcnde, gute Gr\u00fcnde und auch weniger gute. Zu den guten Gr\u00fcnden z\u00e4hlte, dass Wellenph\u00e4nomene seiner Korpuskulartheorie zu widersprechen schienen. Erst mit dem Welle-Teilchen-Dualismus<\/a> der Quantenmechanik wurde im 20. Jahrhundert gezeigt, dass diese beiden Betrachtungsweisen einander nicht ausschlie\u00dfen, sondern erg\u00e4nzen. Das konnte Newton nat\u00fcrlich nicht wissen. Auch heute f\u00e4llt es uns sehr schwer, diesen Dualismus zu verstehen: \u201eVerst\u00e4ndnis\u201c bedeutet eher, dass wir uns schon daran gew\u00f6hnt haben. Zu den weniger guten Gr\u00fcnden z\u00e4hlte, dass Erkl\u00e4rungen von Licht als Wellenph\u00e4nomenen von seinen Konkurrenten Robert Hooke<\/a> und Christiaan Huygens<\/a> stammten \u2013 und so etwas konnte Newton nicht anerkennen.<\/p>\n

Im Gegensatz zum ersten Buch pr\u00e4sentiert das zweite keine Theorie nach dem euklidischen Schema von Satz und Beweis. Die gro\u00dfe Leistung liegt hier weniger in einer schl\u00fcssigen Theorie, sondern in der Sorgfalt seiner Experimente und in der Genauigkeit seiner Messungen. Diese Genauigkeit m\u00f6chte ich an einem einzigen Beispiel illustrieren, n\u00e4mlich Proposition XVIII:<\/p>\n

If the Rays which paint the Colour in the Confine of yellow and orange pass perpendicularly out of any Medium into Air, the Fits of easy Reflexion are the 1\/89000th part of an Inch.<\/i> In moderne Sprache \u00fcbersetzt und in SI-Einheiten umgerechnet bedeutet das: die halbe Wellenl\u00e4nge von gelb-orangem Licht betr\u00e4gt 285 nm. In Wahrheit entspricht eine Wellenl\u00e4nge von 2*285 = 570 nm rein gelbem Licht: Newtons Messfehler betr\u00e4gt daher nur wenige Nanometer.<\/p>\n

Buch 3: Beugen und Fragen<\/b><\/p>\n

Bis hierher hat Newton noch kein Wort \u00fcber Beugung verloren, obwohl Beugung (\u201eInflexion\u201c) im Titel seines Werkes vorkommt. In einem relativ kurzen Abschnitt beschreibt Newton einige Experimente zu Beugungserscheinungen. Der interessantere \u2013 und auch l\u00e4ngere \u2013 Teil von Buch 3 enth\u00e4lt eine lange Liste von Fragen zur Optik, zu denen Newton keine Antwort hat: I shall conclude with proposing only some Queries, in order to a farther search to be made by others.<\/i> Ich zitiere hier einige der interessantesten Fragen:<\/p>\n

Qu. 5. Do not Bodies and Light act mutually upon one another; that is to say, Bodies upon Light in emitting, reflecting, refracting and inflecting it, and Light upon Bodies for heating them, and putting their parts into a vibrating motion wherein heat consists?<\/i><\/p>\n

Qu. 8. Do not all fix’d Bodies, when heated beyond a certain degree, emit Light and shine and is not this Emission perform’d by the vibrating motions of their parts<\/i><\/p>\n

Qu. 25. Are there not other original Properties of the Rays of Light, besides those already described?<\/i><\/p>\n

Qu. 26. Have not the Rays of Light several sides, endued with several original Properties?<\/i><\/p>\n

Qu. 29. Are not the Rays of Light very small Bodies emitted from shining Substances?<\/i><\/p>\n

Qu. 30. Are not gross Bodies and Light convertible into one another, and may not Bodies receive much of their Activity from the Particles of Light which enter their Composition?<\/i><\/p>\n

Nr. 5 und 8 sind Fragestellungen zur Theorie der W\u00e4rmestrahlung, die im 19. Jahrhundert weiterentwickelt wurde (Wien\u2019sches Verschiebungsgesetz<\/a>, Stefan-Boltzmann-Gesetz<\/a>) und im Jahr 1900 durch Max Planck<\/a> ihre heutige Form erhielt; Planck legte damit den Grundstein zur Quantentheorie.<\/p>\n

Nr. 25 und 26 sind durch das Ph\u00e4nomen der Doppelbrechung<\/a>, f\u00fcr die Newton keine Erkl\u00e4rung hat, begr\u00fcndet. Die unbekannte Eigenschaft des Lichtes, die diesen Effekt verursacht, ist die Polarisation<\/a>, wie wir heute wissen.<\/p>\n

Nr. 29 und 30 sind tiefgr\u00fcndige Fragen zur Natur von Licht und Materie und ihrer Wechselwirkungen, auf die erst die Quantenmechanik einigerma\u00dfen zufriedenstellende Antworten geben kann. <\/p>\n

Newtons \u201eRegulae philosophandi\u201c<\/b><\/p>\n

Am Ende des dritten Buches findet sich ein interessanter Abschnitt zur Erkenntnistheorie, von dem ich oben im Abschnitt \u00fcber experimentelle Beweise einen Ausschnitt zitiert habe. Seine Grunds\u00e4tze der Erkenntnistheorie hat Newton schon in den Principia mathematica<\/i> als Regulae philosphandi<\/i> formuliert, was man nicht als \u201eRegeln des Philosophierens\u201c \u00fcbersetzen sollte. Newtons \u201eNaturphilosophie\u201c ist Naturforschung im weiteren und Physik im engeren Sinn. Ich habe ja das Gl\u00fcck, eine sch\u00f6ne Ausgabe der Principia<\/i> zu besitzen:<\/p>\n

\"Newton<\/a><\/p>\n

Diese sogenannte \u201eJesuitenausgabe\u201c wurde 1760 in Genf von Thomas Le Seur<\/a> und Fran\u00e7ois Jacquier<\/a> ver\u00f6ffentlicht, ein irref\u00fchrender Name, denn die Herausgeber waren beide Franziskaner. Sie bringen ausf\u00fchrliche Erkl\u00e4rungen und Erl\u00e4uterungen, die in Summe wesentlich l\u00e4nger sind als Newtons Text. Newton hat sich wohl im Grab umgedreht, denn sie verwenden die Nomenklatur des verhassten<\/a> Leibniz<\/a>. Vor dem dritten Buch schreiben sie, dass sie jetzt so tun m\u00fcssen, als glaubten sie, dass sich die Erde bewegt \u2013 aber sie befolgen in dieser Frage gewiss die Anweisungen des Papstes.<\/p>\n

Aber zur\u00fcck zu Newtons Regeln, ich will hier ja nicht mit meinen sch\u00f6nen B\u00fcchern angeben (oder nur ein wenig). Ich widerstehe der Versuchung, die Regeln im lateinischen Original zu zitieren und bringe daher die etwas h\u00f6lzerne \u00dcbersetzung<\/a> von Jakob Philipp Wolfers<\/a>: <\/p>\n

Regeln zur Erforschung der Natur<\/i><\/p>\n

1. Regel. An Ursachen zur Erkl\u00e4rung nat\u00fcrlicher Dinge nicht mehr zuzulassen, als wahr sind und zur Erkl\u00e4rung jener Erscheinungen ausreichen.<\/i><\/p>\n

Diese Regel ist das Sparsamkeitsprinzip<\/i>, einer der wichtigsten Grunds\u00e4tze der Wissenschaftstheorie. Es ist auch als Ockhams Rasiermesser<\/a> bekannt und hat eine lange Geschichte seit der Scholastik<\/a>.<\/p>\n

2. Regel. Man muss daher, so weit es angeht, gleichartigen Wirkungen dieselben Ursachen zuschreiben.<\/i><\/p>\n

Diese Regel ist ein Sonderfall der ersten: Es ist die einfachste und plausibelste Annahme, die beibehalten werden soll, solange nicht gewichtige Gr\u00fcnde dagegensprechen.<\/p>\n

3. Regel. Diejenigen Eigenschaften der K\u00f6rper, welche weder verst\u00e4rkt noch vermindert werden k\u00f6nnen und welche allen K\u00f6rpern zukommen, an denen man Versuche anstellen kann, muss man f\u00fcr Eigenschaften aller K\u00f6rper halten.<\/i><\/p>\n

Hier muss man wohl ein bisschen gr\u00fcbeln, was gemeint ist: Newtons Motivation f\u00fcr diese Regel sind haupts\u00e4chlich Himmelsk\u00f6rper, mit denen man nicht so leicht Versuche anstellen kann. Unver\u00e4nderliche Eigenschaften irdischer K\u00f6rper (etwa Tr\u00e4gheit), gelten wohl auch f\u00fcr Himmelsk\u00f6rper.<\/p>\n

4. Regel. In der Experimentalphysik muss man die, aus den Erscheinungen durch Induction geschlossenen, S\u00e4tze, wenn nicht entgegengesetzte Voraussetzungen vorhanden sind, entweder genau oder sehr nahe f\u00fcr wahr halten, bis andere Erscheinungen eintreten, durch welche sie entweder gr\u00f6ssere Genauigkeit erlangen, oder Ausnahmen unterworfen werden.<\/i><\/p>\n

Trotz der umst\u00e4ndlichen Formulierung ist hier klar, worum es geht: aus Einzelbeobachtungen kann man durch Verallgemeinerung physikalische Gesetze formulieren. Die gelten so lange, bis sie aufgrund weiterer Beobachtungen verfeinert oder modifiziert werden m\u00fcssen. Newton war nicht der erste und einzige, der so einen Grundsatz verfochten hat, aber er hat wesentlich dazu beigetragen, dass Beobachtung und Experiment die geb\u00fchrende Wertsch\u00e4tzung erfuhren. Viele gelehrte Diskussionen wurden damals ausschlie\u00dflich von abstrakten Grunds\u00e4tzen ausgehend gef\u00fchrt und verloren so leicht den Bezug zur Realit\u00e4t.<\/p>\n

Fazit<\/b><\/p>\n

Obwohl Newtons Besch\u00e4ftigung mit Optik nur ein Nebenprodukt seiner astronomischen Forschungen war und das Buch manchmal etwas unfertig wirkt, sind die Opticks<\/i> ein bahnbrechendes Meisterwerk:<\/p>\n

1. Newton gelingt es, eine einfache und konsistente Theorie der Entstehung von Farben durch Brechung und Spiegelung zu formulieren. Diese Theorie wird durch eine gro\u00dfe Zahl an Beobachtungen und Experimenten gest\u00fctzt. Die Beschreibungen der Experimente sind so detailliert und ausf\u00fchrlich, dass sie nachvollzogen werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

2. Er beschreibt sorgf\u00e4ltige Beobachtungen an Farberscheinungen durch Beugung und Interferenz (nach moderner Sprachweise), f\u00fcr die er Erkl\u00e4rungsm\u00f6glichkeiten, aber keine konsistente Theorie anbietet.<\/p>\n

3. Er wendet konsequent wissenschaftstheoretische Prinzipien an, wie er sie in den Principia mathematica<\/i> formuliert hatte. Diese Prinzipien zeichnen auch heute noch gute wissenschaftliche Praxis aus.<\/p>\n

4. Er erkennt offen an, welche Ph\u00e4nomene er nicht erkl\u00e4ren kann und formuliert offene Punkte als Fragen, die noch weiter erforscht werden m\u00fcssen und weist damit der weiteren Forschung den Weg.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Dieser Artikel ist Teil des ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2017. Informationen zum Ablauf gibt es hier. Leserinnen und Leser k\u00f6nnen die Artikel bewerten und bei der Abstimmung einen Preis gewinnen – Details dazu gibt es hier. Eine \u00dcbersicht \u00fcber alle am Bewerb teilnehmenden Artikel gibt es hier. Informationen zu den Autoren der Wettbewerbsartikel finden sich in den […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":24109,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[733,11],"tags":[2666],"class_list":["post-24150","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blog-schreibwettbewerb","category-naturwissenschaften","tag-blog-schreibwettbewerb"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24150","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=24150"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24150\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":24155,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24150\/revisions\/24155"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/24109"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=24150"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=24150"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=24150"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}