I h a a A a A A I P o s tv e r la g s o r i L,
DIE
> NATURWISSENSCHAFTEN
H ER AU SG EG EBEN VON
A R N O LD B E R L I N E R
U N T E R B E S O N D E R E R M I T W I R K U N G V O N HANS SPEMANN IN F R E I B U R G I. B R . ORGAN DER GESELLSCHAFT DEUTSCHER NATURFORSCHER UND ÄRZTE
U N D
ORGAN DER KAISER W ILHELM-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER WISSENSCHAFTEN
V E R L A G V O N J U L I U S S P R I N G E R I N B E R L I N W 9HEFT 12 (SE IT E 2 7 3 -2 9 6 ) 25. M ÄR Z 1927 FÜNFZEHNTER JAHRGANG
I N H
Newtons Mechanik und ihr Einfluß auf die Gestal
tung der theoretischen Physik. Von
A l b e r t E i n s t e i n ,B e r l i n ... 273 Aus Newtons Optik. Von M.
v . L a u e ,Berlin.
(Mit 5 F i g u r e n ) ... 276 Über die Asym m etrie der K ausalität und die E in
sinnigkeit der Zeit. Von
E d g a r Z i l s e l ,W ien 280 Die Geschwindigkeit großer Meteore. Von
A l f r e dW e g e n e r ,
Graz. (Mit 3 F ig u r e n ) ...286
Zu s c h r i f t e n :Über Krystallbau und optische A ktivität. Von
E . H e r l i n g e r ,B e r lin - D a h le m ... 289
Be s p r e c h u n g e n :H andbuch der Physik. Herausgegeben von H.
G e i g e rund
K . S c h e e l .Bd.
I .(Ref.:
E. Regener, S t u t t g a r t ) ... 289
L T :
H andbuch der Physik. Herausgegeben von H.
G e i g e rund K .
S c h e e l .Bd. IX . (Ref.:
P.
J o r d a n ,Göttingen) ...290
F r e n k e l ,J., Lehrbuch der Elektrodynamik.
Erster Band. (Ref.: P. Jordan, Göttingen) 292
W o l f , F . ,Die schnellbewegten Elektronen.
(R ef.: B. Gudden, Erlangen) ...293
F o r e s t i e r , A . ,L ’Energie Rayonnante. (Ref.:
K . L. Wolf, B e rlin -P o ts d a m )...294
T u m m e r s , J .H., Die spezielle Relativitätstheorie
und die Logik. (Ref.: E. Zilsel, Wien) . . . 294
M i t t e i l u n g e n a u s v e r s c h i e d e n e n G e b i e t e n :Schwerebeobachtungen im Unterseeboot. Ma
gnetische Susceptibilität von Gasen. Die schein
bare Vergrößerung der Gestirne am Horizont . 294
A s t r o n o m i s c h e M i t t e i l u n g e n: Neue Hypothesen
über das Wesen des S ir iu s b e g le ite r s ...295
Abh. 2. G rundriß und Aufriß des Einsteinturms.
aus : Das Turmteleskop der Einstein-Stiftung, von Erwin
Freundlich. Mit 26 A bbildungen. III, 43 Seiten. 1927. RM 3.60
V e r l a g v o n J u l i u s S p r i n g e r i n B e r l i n W 9
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
II D I E N A T U R W I S S E N S C H A F T E N . 1927. H eft 12.
25. März 1927.erscheinen wöchentlich und können im In- und Auslande durch jede Sortim entsbuchhandlung, jede Postanstalt oder den Unterzeichneten V erlag be
zogen werden. Preis vierteljährlich für das In- und Ausland RM 9.— . Hierzu tritt bei direkter Zustellung durch den Verlag das Porto bzw. beim Bezüge durch die Post die postalische Bestellgebühr. Einzelheft RM 1.— zuzüglich Porto.
M anuskripte, Bücher usw. an
Die Naturwissenschaften, Berlin W 9,
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Verlag sb u ch h an d lu n g J u liu s Springer, B erlin W 9, L in k str. 23/24 Fernsprecher: Amt Kurfürst 6050—53. Telegrammadr.: Springerbuch.
V E R L A G V O N J U L I U S S P R I N G E R I N B E R L I N W 9
Schriften zur Erkenntnistheorie, v o n H erm ann v. H eim h oitz.
Dem A ndenken an Hermann v. H eim hoitz zur H undertjahrfeier seines G eburtstages.
H erausgegeben und erläutert von Paul H e r t z , Göttingen, und M oritz S c h l i c k ,
Rostock. X , 176 Seiten. 1921. RM 8.50
Allgem eine Erkenntnislehre. Von M o ritz S ch lick , o. Professor, Vorsteher des Philosophischen Instituts in Wien. Z w e i t e A uflage. IX , 375 Seiten. 1925.
RM 18.— ; gebunden RM 19.20 (B ildet B and I der Naturw issenschaftlichen M onographien und Lehrbücher. H eraus*
gegeben von der Schriftleitung der „N aturw issenschaften“ .)
Die Relativitätstheorie Einsteins u n d ihre p h y sik alisc h en G ru n d lagen . Elementar dargestellt von M a x B o rn , o. Professor, D irektor des Instituts für theoretische Physik der U niversität Göttingen. D r i t t e , verbesserte A uflage. Mit 135 Textabbildungen. X II, 268 Seiten. 1922. G ebunden RM 10.—
(B ildet Band III der N aturw issenschaftlichen M onographien und Lehrbücher. Heraus*
gegeben von der Schriftleitung der „N aturw issenschaften“ . D ie Bezieher der „N atu r*
Wissenschaften“ erhalten die Bände dieser Sam m lung zu einem gegenüber dem Laden*
preis um 10% ermäßigten Vorzugspreis.)
Die Idee der Relativitätstheorie. Von H a n s Thirring, a. o. Pro*
fessor der Theoretischen Physik an der U niversität W ien. Z w e i t e , durchgesehene und verbesserte A uflage. M it
8Textabbildungen. IV, 171 Seiten. 1922. RM 4.50
Ä th er und Relativitätstheorie. Von A lb e rt E in stein. Rede, ge*
halten an der R eichs*U niversität zu Leiden. 15 Seiten. 1920. RM 1.—
Die Grundlagen der Einsteinschen G ravitation s
theorie. Von E rw in F reu nd lich . Mit einem Vorw ort von A lb e rt Einstein.
V i e r t e , erweiterte und verbesserte A uflage. VI, 96 Seiten. 1920. RM 2.90
DIE NATURWISSENSCHAFTEN
Fünfzehnter Jahrgang 25. März 1927 Heft 12
Newtons Mechanik und ihr Einfluß auf die Gestaltung der theoretischen Physik
V o n
A l b e r t E i n s t e i n ,B erlin .
I ndiesen T a g e n w erd en es
z w e i h u n d e r t J a ^ ed a ß
N e w t o ndie A u g e n geschlossen h a t. D a ist es B ed ü rfn is, dieses leu ch ten d en G eistes zu g e denken , der w ie kein anderer v o r und nac 1 dem ab en d län d isch en D en k en , F o rsc en u p ra k tisch e n G e sta lte n die W ege gew iesen • E r w a r n ic h t n u r ein gen ialer E rfin d er einz fü h ren d er M eth od en , sondern er beherrse i e d as zu seiner Z e it b ek an n te em pirisc ie
ia in ein zig a rtig e r W eise, und er
w a rw u n c erfin d erisch b e zü g lich der m ath em atisc len p h y sik a lisch en B e w eisfü h ru n g im einzelnen a a ll diesen G rü n d en ist er unserer hohen ere w ü rd ig. D iese G e s ta lt b e d eu te t aber a^
n och m ehr, als es der ihr eigenen M eis er e n tsp rich t, d a ß sie v o m S ch ick sal an , p u n k t der G eistese n tw ick lu n g gestel • U m d ies le b h a ft zu sehen, m üssen w ir uns gegen w ärtigen , d a ß es v o r
N e w t o nkein ges senes S y s te m p h y sik a lisch er K a u s a litä ga * irg en d w ie tiefere Z ü ge der E rfah ru n g sw e zu geb en ve rm o c h te.
W o h l h a tte n die großen M ateriah ste griech isch en A lte rtu m s geford ert, a a terielle G esch ehen a u f einen stren g gese A b la u f vo n
A t o m b e w e g u n g e nz u rü c k g e
: u h rden solle, ohne d a ß d a b ei v o n lebendigen G esc p G ew o llte s
a l sselb stän d ig e
U r s a c h e a u r i • ,h a tte
D e s c a r t e sin seiner W eise dies ie , au fg e g riffen . A b e r dies b lieb ein kü hn er >
d as p ro b lem atisch e Id ea l einer
P h i l o s o p^ sch u le. T a ts ä c h lic h e E rfo lg e , w elche c
atra u e n in die E x iste n z einer lücken osen kalisch en K a u s a litä t h ä tte n stü tzen e x istie rte n v o r
N e w t o nka u m . r
N e w t o n s
Z iel w ar die B e a n tw o rtu n g c er G ib t es eine ein fach e R egel, n ach weiC^ielp ” ^ tpn.
B e w e g u n g der H im m elsk ö rp er unseres system s v o lls tä n d ig berechn en ^ a n n , ^ B e w e g u n g szu stan d aller dieser K P
Z e itp u n k te b e k a n n t ist?
K e p l e raus T
y c h g d eB
r a h e sB e o b a ch tu n g en e rm ittelte ei p G esetze ü b er die P la n eten b e w e g u n g agen v
Z e i t p u n k t e D e k a n n t is t r ^ B r a h e sB e o b a ch tu n g en e rm ittelte ei p
Ttenbew egung lagen v o r und
fo r d e r t e n z u e in e r D e u t u n g h e r a u s ). ,G esetze
g a b e n z w a r e in e v o l l s t ä n ig ed a r a u f ,
wie
s ic h d ie P l a n e t e n u m d ie o n n e ö(E llip sen fo rm
d e rB a h n ,
g le ic h e R a d ie n f la c g l e ic h e nZ eiten ,
B e z ie h u n g z w is c h e n g r o enx) Jeder weiß heute, was für ein ^ ^ ^ m i t t e l t e n gehörte, diese
G e s e t z e a u sden empiri ^ Bahnen zu finden.
A b e rwenige nur u wahren die geniale Methode, nach welcher
v e p p r(-ieBahnen
a u sden scheinbaren,
d .h .a u s > von der Erde aus beobachteten Richtungen, ermi e e.
Nw. 1927
achsen und U m lau fszeiten ). A b e r diese R eg eln befried igen d och n ich t d as K a u sa litä sb e d ü rfn is.
E s sind drei lo gisch vo n ein an d er u n ab h än g ig e R egeln , w elch e jed en inneren Z u sam m en h an g v e r m issen lassen. D a s d ritte G esetz lä ß t sich zah le n m ä ß ig n ich t ohne w eiteres a u f einen anderen Z en tralk ö rp er als die Sonne ü b ertra g en (es b e ste h t z. B . keine B e zie h u n g zw isch en d er U m lau fszeit eines P la n eten u m die Sonne und zw isch en der U m lau fszeit eines M ondes u m seinen P la n eten ).
D a s W ic h tig ste ab er i s t : D iese G esetze bezieh en sich au f die B ew eg u n g en als G an zes und n ich t d arau f, wie aus einem Bewegungszustand eines System s der zeitlich unmittelbar folgende hervorgeht, es sind — in unserer h eu tigen S p rech w eise — In teg ra lg e se tze und n ich t D ifferen tialg esetze.
D a s D ifferen tia lg esetz ist d iejen ig e F orm , w elch e allein d as K a u s a litä ts b e d ü rfn is des m odernen P h y sik ers v o ll b efried ig t. D ie k lare K o n ze p tio n des D ifferen tialg esetzes is t eine der g rö ß ten gei
stigen T a te n
N e w t o n s .N ic h t n u r der G ed an ke w ar n ötig , sondern au ch ein m a th em a tisch er F o rm alism u s, der z w a r in R u d im en ten vo rh an d en w ar, ab er eine sy ste m atisch e F o rm gew in n en m u ß te . A u c h diesen fan d
N e w t o nin der D ifferen tia l- und In teg ra lre ch n u n g . D a b ei m ag u n erö rtert bleiben, ob
L e i b n i zu n ab h än g ig vo n
N e w t o na u f dieselben m a th em a tisch en M eth od en gekom m en ist oder n ic h t; jed e n fa lls w a r ihre E n tw ic k lu n g fü r
N e w t o neine N o tw e n d ig k e it, in dem sie zu
N e w t o n sG e d an k en erst die A u sd ru c k sm itte l zu liefern h a tte n . E in en b ed eu tu n g sv o llen A n fa n g in der E r ken n tn is des B ew egu n gsg esetzes h a tte b ereits
G a l i l e ig em a ch t. E r fan d d as T rä g h eitsg ese tz und d as G esetz des freien F a lle s im Sch w erefeld e der E r d e : E in e vo n anderen M assen n ich t b e e in flu ß te M asse (genau er: m a terieller P u n k t) b e w e g t sich g leich fö rm ig und in gerad er L in ie.
D ie V e rtik a lg e sc h w in d ig k e it eines freien K ö r pers w ä c h st im Sch w erefeld e g le ich m ä ß ig m it der Z e it. F ü r uns m a g es h eu te scheinen, d a ß vo n
G a l i l e i sE rk en n tn issen b is zu m
N e w t o n -schen B ew egu n g sg esetze nur m ehr ein kleiner S c h ritt sei. E s ist jed o ch zu bem erken , d a ß die b eid en obigen A u ssag en sich der F o rm n ach au f die B e w e g u n g als G an zes b ezieh en , w äh ren d
N e w t o n sB e w eg u n gsg esetz eine A n tw o r t a u f die F ra g e g ib t: W ie ä n d e rt sich der B e w e g u n g s
zu sta n d eines M assen p u n k tes in einer unendlich kurzen Z eit u n ter dem E in flu ß einer äußeren K r a ft . E rs t d u rch Ü b e rg a n g zur B e tr a c h tu n g des V o rg an g e s w äh ren d einer u n en d lich k u rzen Z eit (D ifferen tialg esetz) g e la n g t
N e w t o n z ueiner F o rm u lieru n g, w elch e fü r b elieb ige B ew egu n gen
23
274
Ei n s t e i n: Ne w t o n sM echanik und ihr Einfluß auf die Gestaltung der theoret. Ph ysik. [
D ie N a tu r w is se n sc h a fte ng ilt. D e n B e g r iff der K r a f t ü b e rn im m t er au s der b e re its h o ch e n tw ic k e lte n S ta tik . V e rk n ü p fu n g v o n K r a f t und B e sc h leu n ig u n g sind ih m n u r m ö g
lic h d u rc h E in fü h ru n g des neuen B e g riffe s der M asse, d er a llerd in g s m erk w ü rd ig erw eise d u rch eine S ch ein d e fin itio n g e s tü tz t w ird . W ir sind h e u te so g e w ö h n t an die B ild u n g v o n B egp iffen, die D iffe re n tia lq u o tie n te n en tsp rech en , d a ß w ir k a u m m ehr erm essen kö n n en , w a s fü r ein b ed eu ten d es A b stra k tio n sv erm ö g en d a zu geh ö rte, u m d u rch einen d o p p e lten G re n zü b e rg a n g zu m a llgem ein en D if
feren tialg e setze der B e w e g u n g zu gelan gen , w o b ei n och der B e g r iff der M asse erfu n d en w erd en m u ß te .
D a m it w a r a b er n och lan ge k ein k a u sa les E r fassen v o n B e w e g u n g sv o rg ä n g e n gew on n en . D en n d u rch die B e w e g u n g sg leic h u n g w a r j a die B e w e g u n g n u r d an n b e stim m t, w en n die K r a ft g e geb en w a r.
N e w t o nh a tte , an g eregt d u rch die G e s etz m ä ß ig k e ite n der P la n eten b e w e g u n g , den G e d an k en , d a ß die a u f eine M asse w irk en d e K r a ft b e stim m t sei d u rch die L a g e a ller M assen, w elch e sich in h in reich en d g erin ger E n tfe rn u n g v o n der b e tr a c h te te n M asse b efin d en . E r s t w en n dieser Z u sa m m en h an g b e k a n n t w ar, w a r eine restlose ka u sa le E rfa s su n g v o n B e w e g u n g sv o rg ä n g e n g e w on n en . W ie
N e w t o n— au sgeh en d v o n den
Iv E P L E R S ch enG ese tzen der P la n e te n b e w e g u n g — diese A u fg a b e fü r die G r a v ita tio n lö ste u n d so die W esen sein h eit d er a u f die G estirn e w irk e n d en b e w egen d en K r ä ft e u n d der S ch w ere a u f fan d , ist allg em e in b e k a n n t. E r s t die G em e in sch aft
(B ew egu n g sg esetz) + (A ttra k tio n sg e setz) m a c h t d a s w u n d erb are G e d a n k en g e b ä u d e aus, w elch es a u s d em zu einer Z e it h errsch en d en Z u stan d e eines S y ste m s die frü h eren und die sp äteren Z u stä n d e zu b erech n en g e s ta tte t, in so w eit die V o rg ä n g e u n ter d er W ir k u n g d er G r a v ita tio n s k r ä fte a llein s ta ttfin d e n . D ie lo gisch e G esch lo ssen h e it des
N E W T O N sc h e nB e g riffs y ste m s la g d arin , d a ß als U rsach en der B e sc h leu n ig u n g
d e rM assen ein es S y s te m s n u r diese M assen selb st a u f tre ten .
A u f G ru n d der s k izzie rten B a sis g e la n g es
N e w t o n ,die B e w e g u n g e n d er P la n eten , M onde, K o m e te n b is in fein e E in ze lh e ite n zu erk lä ren , fern er E b b e u n d F lu t, die P rä ze ssio n sb e w eg u n g der E rd e, eine d e d u k tiv e L e is tu n g v o n e in zig a rtig e r G ro ß a rtig k e it. B eso n d ers w u n d erb a r m u ß te au ch die E rk e n n tn is w irk e n , d a ß die U rsach e d er B e w eg u n g en d er H im m elsk ö rp er id e n tisch is t m it der u n s a u s der a lltä g lic h e n E rfa h r u n g so g e lä u figen S ch w ere.
D ie B e d e u tu n g v o n
N e w t o n sL e is tu n g la g a b er n ic h t n u r d arin , d a ß sie eine b ra u ch b a re und lo g isch b efried igen d e G ru n d la g e fü r die e ig en tlich e M ech a n ik schu f, sondern sie b ild e te b is zu m E n d e d es n eu n zeh n ten J ah rh u n d e rts d as P ro g ra m m je g lich en th e o retisc h -p h y sik a lisc h e n F o rsch en s. A lle s p h y s ik a lis c h e G esch eh en so llte zu rü c k g e fü h rt w er
d en a u f M assen, die
N e w t o n sB e w e g u n g sg esetz u n terw o rfe n sind . L e d ig lic h d as K r a ftg e s e tz m u ß te erw e ite rt, dem in B e tr a c h t k o m m en d en T y p u s des
G esch eh en s an g e p a ß t w erd en .
N e w t o nselb st v e r su ch te eine A n w e n d u n g dieses P ro g ra m m s in der O p tik , in d em er d as L ic h t als au s trä g e n K o rp u sk eln b esteh en d v o ra u ss e tzte . A u c h die O p tik der U n - d u la tio n sth e o rie b e d ien te sich des
N E W T O N sc h e nB e w e g u n g sg esetzes.n a ch d e m d asselb e a u f k o n ti
n u ierlich v e rb re ite te M assen a n g ew en d et w u rd e.
A u f
N e w t o n sB ew e g u n g sg leich u n g en a llein s tü tz te sich d ie k in etisch e T h eorie der W ä rm e, w elch e n ich t nu r die G eister
fü rdie E rk e n n tn is des G esetzes der E r h a ltu n g d er E n erg ie vo rb e re ite te , sondern au ch eine in ih ren fein sten Z ü g en b e stä tig te T h eorie der G ase u n d eine v e rtie fte A u ffa s s u n g des W esen s des zw e ite n H a u p tsa tz e s der T h e rm o d y n a m ik liefe rte. A u c h die L eh re v o n E le k tr iz itä t u n d M a gn etism u s e n tw ic k e lte sich b is in die m oderne Z e it g a n z u n ter der L e itu n g
N E W T O N sc h e rG ru n d ideen (elek trisch e und m a g n etisch e S u b sta n z, F e rn k rä fte ). S o g a r die
F A R A D A Y -M A X W E L L sc h eU m w ä lzu n g d er E le k tro d y n a m ik und O p tik , w elch e den e rsten gro ß en p rin zip ielle n F o rts c h r itt der G ru n d la g e n d er th eo retisch e n P h y s ik seit
N e w t o nb e d eu te te, v o llz o g sich n och ga n z u n ter d er F ü h ru n g
N E W T O N sc h e rId een .
M a x w e l l , B o l t z m a n n ,L o rd
K e l v i nw u rd en n ic h t m üd e, im m er a u fs neue zu versu ch en , die ele k tro m a g n e tisch en F eld e r u n d d eren d y n a m isch e W e ch se lw irk u n g e n z u rü c k zu fü h ren a u f m ech an isch e V o rg ä n g e k o n tin u ie rlic h v e rte ilte r h y p e rth e tis c h e r M assen. A b e r u n ter d em E in flu ß der F ru c h tlo sig k e it od er d o ch m in d esten s U n fru c h tb a r k e it jen er B em ü h u n g en v o llz o g sich seit dem E n d e des n eu n zeh n ten J a h rh u n d e rts a ll
m ä h lich ein U m sc h w u n g d er G ru n d a n sch au u n g en , ein H in au sw a ch sen d er th eo retisch e n P h y s ik au s dem
N E W T O N sc h e nR a h m en , w elch er d er W issen sc h a ft fa s t zw e i J ah rh u n d e rte la n g H a lt und g e d a n k lic h e F ü h ru n g gab .
N e w t o n s
G ru n d p rin zip ien w aren vo m logisch en S ta n d p u n k t d e ra rt b efried ig en d , d a ß der A n s to ß zu N eu eru n g en au s dem Z w an g e der E rfa h ru n g s ta ts a c h e n en tsp rin g en m u ß te. B e v o r ich d a ra u f ein gehe, m u ß ich b eto n en , d a ß
N e w t o nselb st die seinem G ed a n k en g e b ä u d e a n h aften d en sch w ach en S eiten besser k a n n te, a ls die fo lgen d en G ele h rte n gen eratio n en . D ieser U m sta n d h a t stets m eine e h r
fü rc h tig e B e w u n d e ru n g e r r e g t ; ich m ö ch te d esh alb ein w en ig d a b ei verw eilen .
i . T ro tzd e m m an a lle n th a lb e n d as S tre b en
N e w t o n sb em erk t, sein G ed a n k en sy ste m als d u rch die E rfa h r u n g n o tw en d ig b e d in g t h in zu ste llen und m ö g lic h s t w en ig a u f E rfa h ru n g sg e g en stä n d e n ich t u n m itte lb a r b ezieh b are B e g riffe ein zu fü h ren , s te llt er den B e g riff des a b so lu te n R a u m e s und den d er a b so lu te n Z e it au f. M an h a t ih m d ies in u n serer Z e it ö fte r zu m V o rw u r f g e m a ch t. A b e r gera d e in d iesem P u n k te is t
N e w t o nbeson d ers k o n seq u e n t.
E r h a tte e rk a n n t, d a ß die b e o b a c h tb a re n g e o m etri
schen G röß en (A b stän d e d er m a teriellen P u n k te von ein an d er) und deren z e itlic h e r V e r la u f die B e w eg u n g en in p h y sik a lisc h e r B e zie h u n g n ic h t v o ll
s tä n d ig ch a ra k te risieren . A n d em b e rü h m te n
E im e rv e rsu c h b ew eist er diesen U m sta n d . E s g ib t
Heft i2. ] E i n s t e i n : N e w t o n s M ech an ik u n d ihr 25
.
3.
19 27J
a lso a u ß e r d e n M a s se n u n d ih re n z e it lic h v a r ia b le n A b s t ä n d e n n o c h e tw a s , w a s fü r d a s G e s c h e h e n m a - g e b e n d i s t : d ie s e s „ E t w a s “ f a ß t e r a ls d ie e j ie„iu , z u m „ a b s o lu t e n R a u m " a u f. E r e r k e n n t, a er R a u m e in e A r t p h y s ik a lis c h e r R e a l i t ä t b e s itz e n m u ß , w e n n se in e B e w e g u n g s g e s e t z e e in e n b in n h a b e n so lle n , e in e R e a l i t ä t v o n d e rs e lb e n A r t w ie d ie m a t e r ie lle n P u n k t e u n d d e re n A b s ta n d e .
D ie s e k la r e E r k e n n t n is z e ig t e b e n s o
N e w t o nW e is h e it w ie a u c h e in e s c h w a c h e S e it e se in e r I h e o r . D e n n d e r lo g is c h e A u f b a u d e r le t z t e r e n w ä re Sc ^ b e fr ie d ig e n d e r o h n e d ie s e n s c h a t t e n h a te n e g r , d a n n g in g e n n ä m lic h in d ie G e s e t z e n u r s t ä n d e e in (M a ss e n p u n k te , E n tfe rn u n g e n ),’
B e z ie h u n g z u d e n W a h r n e h m u n g e n v o llk o m m e n
“ ' “ . M e E in fü h ru n g u n v e rm itte lte r, w ir k e n d e r F e r n k r ä ft e z u r D a r s t e llu n g , t a t io n s w ir k u n g e n e n t s p r ic h t n ic h t em d e r m e is te n V o r g ä n g e , d ie u n s a u s d e r a g
f a h r u n g b e k a n n t s in d . D ie s e m B e d e n e G e s e tz
N e w t o nd u r c h d e n H in w e is d a r a u f, d a
d e r S c h w e r e - W e c h s e lw ir k u n g k e in e le tz k lä r u n g se in so ll, so n d e rn e in e a u s er
in d u z ie r t e R e g e l. . f ü r
3.
N e w t o n sL e h r e lie fe r t e k e in e r
d ie h ö c h s t m e r k w ü r d ig e T a t s a c h e , d a ew _ ,,* e T rä g h e it eines K ö rp e rs d u rch diesel e , it Masse) b e stim m t w erd en . A u c h die M er 0 dieser T a ts a c h e is t
N e w t o na u fg e fa l en. :nps
K e in e r d ieser drei P u n k te h a t en s ie b ilden logisch en E in w a n d es gegen die I h e • , ^ g ew isserm aßen n u r u n g estillte W ü nsch e
d e sn ach restloser u n d e in h eitlich er ged an k lich er D u rch d rin g u n g d es N a tu rg esch eh en ringen e
s c h a f t li c h e n G e is t e s . ^ _ „~.-m f i i r Ne w t o n s B e w e g u n g s le h r e , _ a ls rogr„ e r fu h r d ie g e s a m t e t h e o r e t is c h e M A X W E LLSche ih re e r s te E r s c h ü t t e r u n g d u r c h d ie
T h eorie der E le k tr iz itä t. E s zeigte sich daU die W ech selw irku n gen zw isch en
K ö r p e r n ut r is c h e u n d m a g n e t is c h e K ö r p e r n ic h t d u r c n
m o m e n ta n w ir k e n d e F e r n k r ä ft e e r f ° ^ e n ’ , d u r c h V o r g ä n g e , d ie s ic h m it
e n d l i c h e rG e s c h w g k e it d u r c h d e n R a u m fo r t p fla n z e n . S-n effUn g n e b e n d e m M a s s e n p u n k t u n d se in e r n u v s i_
n a c h
F a r a d a y sK o n z e p t io n e i^ n e^ l d << D ie ses k a lis c h e r r e a le r D in g e , n ä m lic h d a s „
w urde zu n ä c h st in A n leh n u n g a u dre m echanische D en k w eise als m ech anisch er ( ^ c ^u,n& u v o o _ Zw angs-) Z u sta n d eines rau m erfu e n c el th etisch en M edium s (des Ä th ers) au zu a su ch t. A ls ab er tro tz h artnäckig:3 + ^ p iin e e n diese m ech an isch e In te rp reta tio n nic ^ , w ollte, g ew ö h n te m an sich ^an^sanl .C ':uejn
„e le k tro m a g n e tisc h e
F e l d “als letzten
irrn B a u stein d er p h y sik a lisch en R e a li a au ui|fr W ir ve rd a n k e n
H . H e r t zdie b e w u ß te L o g d es
F e l d b e g r if f e sv o n a lle m el^ e.? „ T7 B e g riffssc h a tz d er M ech anik,
H . .+pr;piien L öslö su n g des
F e ld b e g r if f e sv o n einem m aterie T rä g e r: n a ch letzterem figu rierte als I r a g e r des
E influß auf die Gestaltung der theoret. Physik. 275
F eld es n u r m ehr der p h y sik a lisc h e leere R a u m (oder Ä th er), der ja schon in
N e w t o n sM ech anik n ich t a ller p h y sik a lisch en F u n k tio n e n b a r gew esen w ar.
A ls sich diese E n tw ic k lu n g v o llzo g e n h a tte , glau b te n iem and m ehr an u n v e rm itte lte m om en tan e F e rn w irku n g en , au ch n ich t a u f d em G eb iete der G ra v ita tio n , w en n a u ch eine F eld th eo rie der le tz teren m angels an gen ü gen d em T atsa ch en w issen n ich t ein d eu tig vo rg e ze ich n et w ar. D ie E n tw ic k lu n g der e lek tro m ag n etisch en F e ld th eo rie fü h rte a u ch — n ach d em
N e w t o n sF e rn k ra fth y p o th e se verlassen w a r — zu d em V ersu ch , d as
N e w t o n -sche B e w e g u n gsg esetz e le k tro m ag n e tisch zu e r
k lären b zw . d u rch ein gen au eres zu ersetzen , d as a u f die F eld th eo rie g eg rü n d et w ar. W en n diese B em ü h u n g en au ch n ich t zu ein em v o lle n E rfo lg fü h rten , so h a tte n d o ch die m ech an isch en G ru n d b eg riffe au fg eh ö rt, als fu n d am en ta le B a u stein e des p h y sik a lisch en W e ltb ild e s b e tra c h te t zu w erden .
D ie
M A x w E L L -L o R E N T Z s c h eT h eorie fü h rte m it N o tw e n d ig k e it zu r sp eziellen R e la t iv it ä t s th eorie, w elch e w egen d er V e rn ic h tu n g des a b solu ten G leich ze itig k e itsb e g riffes die E x is te n z vo n F e rn k rä fte n au ssch lo ß . D iese T h eo rie ergab , d a ß die M asse keine u n verän d erlich e, sondern eine v o m E n erg iein h a lte a b h än g ig e (ja m it d iesem g le ic h w ertig e G röße) sei. Sie zeig te auch , d a ß
N e w t o n sB e w eg u n g sg esetz nur als ein fü r k lein e G esch w in d ig
k e iten g ü ltig es G ren zg esetz a u fzu fa ssen sei; sie s etzte an dessen S telle ein neues B ew egu n gsg esetz, in w elch em die V a k u u m lic h tg e sc h w in d ig k e it als G re n zg e sch w in d ig k e it a u f tr itt.
D en le tz te n S c h ritt in der E n tw ic k lu n g des P ro g ram m s der F eld th eo rie b ild e te die allgem ein e R e la tiv itä tsth e o rie . Sie m o d ifizie rt
N e w t o n sT h eorie q u a n tita tiv nur w en ig, q u a lita tiv u m so tiefgreifen d er. T rä g h eit, G ra v ita tio n und m e tri
sches V e rh a lte n der K ö rp e r und U h ren w u rd en au f eine ein h eitlich e F e ld q u a litä t zu rü ck g e fü h rt, dies F eld selb st w ied er als v o n den K ö rp e rn a b h än g ig g e se tz t (V erallgem ein eru n g des
N E W T O N sc h e nG ra v ita tio n sg e se tze s b zw . des ih m en tsprech en d en F eld g esetzes, w ie es
P o i s s o nfo rm u lie rt h a tte ).
D a m it w aren R a u m und Z e it z w a r n ic h t ih rer R e a litä t w o h l ab er ih rer k a u sa len A b so lu th e it (A b so lu th eit = beein flu ssend , ab er n ic h t b e ein flu ß t) e n tk le id et, die ih n en
N e w t o nzusch reib en m u ß te, u m den d a m als b e k an n te n G esetzen A u s d ru c k verleih en zu kön nen . D a s v era llg em ein erte T rä g h eitsg ese tz ü b ern im m t die R o lle des
N e w t o n -schen B ew egu n gsg esetzes. A u s dieser ku rzen C h arak te risie ru n g erh e llt schon, w ie die E lem en te der
N E W T O N sc h e nT h eorie in die allgem ein e R e la tiv itä tsth e o rie ü bergingen , w ob ei die oben gen an n ten drei M ängel ü b erw u n d en w u rd en . E s sch eint, d a ß im R a h m e n der allgem ein en R e la tiv itä ts th e o rie d as B e w e g u n gsg esetz aus dem dem
N E W T O N sc h e nK r a ftg e s e tz en tsprech en d en F e ld g esetz h erg ele ite t w erd en kan n . E rs t n ach vö llig er E rreich u n g dieses Z ieles kan n vo n einer reinen F e ld th eorie die R ed e sein.
N e w t o n s
M ech an ik h a t noch in einem m ehr fo r
23*
276
v . La u e: Au s Ne w t o n s O p tik . f D ie N a tu rw isse n sch a fte n
m a len Sinne der F eld th eo rie d en W e g b e reite t.
D ie A n w en d u n g vo n
N e w t o n sM ech a n ik a u f die k o n tin u ie rlic h v e rte ilte n M assen fü h rte n äm lich m it N o tw e n d ig k e it zu r E n td e c k u n g und A n w en d u n g d er p a rtie llen D ifferen tia lg le ich u n g en , w elch e ih rer
seits e rst die S p ra ch e fü r die G esetze d er F e ld th e o rie lieferten . A u c h in dieser fo rm a len B e zieh u n g b ild e t
N e w t o n sK o n ze p tio n des D iffe re n tia lg e se tz e s den ersten en tsch eid en d en S c h ritt der fo lgen d en E n tw ic k lu n g .
D ie g a n ze E n tw ic k lu n g un serer Id een ü b er das N a tu rg esch e h e n , v o n w elch e r b ish er die R ed e w ar, kö n n en als eine o rg an isch e F o rtb ild u n g
N e w t o n -sch er G ed a n k en a u fg e fa ß t w erd en . A b e r w äh ren d die D u rc h b ild u n g der F eld th eo rie n och im v o lle n G an g e w ar, o ffe n b a rte n die T a tsa c h e n d er W ä rm e stra h lu n g , der S p ek tren , d er R a d io a k tiv it ä t usw . eine G ren ze d er B r a u c h b a r k e it des gesam ten G ed a n k en sy ste m s, die u n s h e u te n och tro tz g i
g a n tisch er E rfo lg e im ein zeln en sch ier u n ü b er- s te ig b a r ersch ein t. N ic h t ohne g e w ic h tig e A r g u m en te b e h au p te n v ie le P h y sik e r, d a ß diesen T a t sach en gegen ü b er n ic h t n u r d as D iffe re n tia lg e se tz,
sondern selb st d as K a u s a litä ts g e s e tz — bish er das le tz te G ru n d p o s tu la t a lle r N a tu rw isse n sc h a ft — v e rsa g e . S e lb st die M ö g lich k eit ein er ra u m z e it
lich en K o n stru k tio n , w elch e d em p h y sik a lisch en G esch eh en e in d e u tig z u g e o rd n et w erd en kön ne, w ird g eleu g n et. D a ß ein m ech an isch es S y s te m n u r d isk reter E n erg iew e rte b zw . Z u stä n d e d au ern d fä h ig sei, w ie die E rfa h r u n g sozu sagen d ire k t zeig t, sch ein t zu n ä ch st au s einer F eld th eo rie , die m it D iffe re n tia lg le ic h u n g e n a rb e ite t, k a u m a b le itb a r zu sein. D ie
d e B R O G L iE -S c H R Ö D iN G E R s ch eM e
th o d e, w elch e in gew issem Sinne den C h a ra k te r ein er F eld th eo rie h a t, d e d u ziert z w a r a u f G ru n d v o n D ifferen tia lg le ich u n g en au s ein er A r t R e so n a n z
b e tr a c h tu n g die E x is te n z n u r d isk reter Z u stä n d e u n d d eren Ü b e rg ä n g e in ein an d er in v e rb lü ffe n d e r Ü b e re in stim m u n g m it E rfa h ru n g sta tsa c h e n , ab er sie m u ß a u f eine L o k a lis ie ru n g d er M assen teilch en u n d a u f stre n g k a u sa le G esetze v e rz ic h te n . W er w o llte so verm essen sein, h eu te die F ra g e zu e n t
scheiden, o b K a u s a lg e s e tz und D iffe re n tia lg e se tz , diese le tz te n P räm issen
N E W T O N sc h e rN a tu r b e tra c h tu n g , d e fin itiv ve rla ssen w erd en m üssen?
Aus Newtons Optik1).
V o n M . v .
L a u e ,B e rlin . W en n h e u tzu ta g e vo n I s a a k N e w t o n s L e is tu n
gen die R e d e ist, d e n k t je d e r z u n ä c h st an seine M e
ch a n ik , die 200 Jah re die P h y s ik v ö llig b e h errsch t h a t u n d selb st je t z t, d a m an in m ehr a ls einer R ic h tu n g ihre G renzen k e n n t, fü r d ie m eisten P ro b lem e d er P h y sik , fü r die g a n ze A stro n o m ie (m it einem A u sn a h m e fall) u n d lü r die gesam te T e c h n ik a u sreich t. E r s t in z w e ite r L in ie s te h t uns seine „ O p t i k “ , o b w o h l sie — m an d en k e an d as g e w iß u n v e rd ä c h tig e Z e u g n is G o e t h e s — ein J a h r
h u n d e rt m ä ch tige re W ir k u n g a u sg e ü b t h a t, als jed e and ere S c h rift ü b er L ic h t und F a rb e . D e r G ru n d d a fü r lie g t a u f der H a n d . N e w t o n h a t sich der W e llen leh re d es L ic h te s n ic h t an geschlossen. Sein Z eitgen o sse C h r i s t i a n H u y g e n s s te h t unserem D e n k en in v ie le r H in sic h t n äh er. A b e r d o ch lä ß t sich k u rz u n d p rä zis eine G ro ß ta t in d er L eh re vo m L ic h t nennen, ohne w elch e die h e u tig e O p tik u n m ö g lich w äre, und die w ir zw eifello s N e w t o n und ih m a llein v e rd a n k e n . W ir m einen den B e w e is fü r d ie E x is te n z einer u n en d lich en M a n n ig fa ltig k e it h om ogen er, d u rch ih r V e rh a lte n bei der B re c h u n g z a h le n m ä ß ig zu k en n zeich n en d er L ic h ta r te n , die a u ch in d er Z u sa m m e n se tzu n g m it and eren ihre E ig e n sc h a fte n u n v e rä n d e rt b ew a h ren . D a s is t u n s fre ilich so g e lä u fig , d a ß w ir u n s fa s t b e sinn en m üssen, w a s d a ra n zu en td e ck e n w ar.
V o n der B e d e u tu n g der T a t ü b e rz e u g t ab er sch la gen d der Z u sta n d der O p tik v o r N e w t o n und ihre A u fn a h m e d u rch die Z eitg en ossen .
x) A lle s H isto risch e an der folgen d en P la u d e re i sta m m t aus
F e r d i n a n d R o s e n b e r g e r sW e r k : ,,
I s a a k N e w t o nu n d seine p h y sik a lisc h e n P r in z ip ie n “ . L e ip zig 1895.
W ie sah es v o r
N e w t o nin d er O p tik au s?
S e it A n fa n g des 17 . J ah rh u n d e rts b e sa ß m an eine elem en tare geo m etrisch e O p tik , b eru h en d a u f der g rad lin ig en F o rtp fla n z u n g des L ic h te s, dem S p iege- lu n gs- u n d B rech u n g sg ese tz, d er seit 1665 un- ang esch lossen
G r i m a l d i sB e o b a c h tu n g der B e u g u n g ge g e n ü b ersta n d . A u f G ru n d d ieser O p tik b a u te m an aus L in sen o p tisch e In stru m en te , ab er ohne c h ro m atisch e K o rr e k tu r, d a deren N o tw e n d ig k e it n ic h t b e k a n n t w ar. In V erk e n n u n g d er V e r h ä ltn isse su ch te m an die V erb esseru n g d er A b b il
d u n g g e le g e n tlic h a u f dem h eu te w ied er m odernen W e ge d er n ich tsp h ärisc h en L in sen .
D a n eb e n stan d u n g elö st d as u ra lte P ro b lem der F a r b e . Z w a r h a tte m an sich seit A n fa n g des s ieb zeh n ten J ah rh u n d erts in der P h y s ik vo n
A r i s t o t e l e sfrei ge m a ch t, d o ch sp u k te dessen M isch u n g vo n L ic h t und F in ste rn is zu einer F a rb e n och h ä u fig in den e in sch lägig en G ed a n k en gä n gen . W a s an einer F a rb en e m p fin d u n g d em b e tr a c h te te n K ö rp e r, w as dem ih n tre ffe n d en L ic h t, w as d em A u g e zu zu sch reib en sei, d a rü b e r h errsch te g rö ß te U n k la rh eit. L ie s t m an, w as 1665
B o y l e 1),d er w o h lb ek a n n te E rfo rsch er der G asg esetze, d a rü b er sch reib t, so v e rs te h t m an
R o s e n b e r g e r sS p o tt: ,,T ro tz a lle r F a rb e n h ab e dieses G eb ie t in a b so lu tem D u n k e l g e leg en .“
A n sä tz e zu r W e lle n o p tik g a b es schon v o r
N e w t o n serstem A u ftr e te n .
R o b e r t H o o k e ,sieben Jah re ä lte r als er, ein M ann vo n w o h lv e r
d ien tem R a n g und A n seh en , w en n g leich einem
N e w t o nn ic h t e b en b ü rtig , h a tte 1665 i n seiner ,,M icro g ra p h ia “ eine w ellen th e o retisch e E rk lä ru n g
x) R o s e n b e r g e r a. a. O .: S. 4 2 .
Heft 12
.
125
.
3.
1927J
v . La u e: Au s Ne w t o n s O p tik .277
der F a rb e g e g e b en 1), die freilich n ic h t k o n seq u en t d u rch d a ch t und ta ts ä c h lic h au ch g a r n ich t d u rch fü h rb a r w ar. In derselben S c h rift fan d en sich ferner w e rtv o lle , w en n g leich m ehr q u a lita tiv e B e o b ac h tu n gen ü b er die F a rb e d ü n n er B lä ttc h e n , w elche
N e w t o nin seinen S ch riften w oh l erw äh n t, aber d o ch k a u m vo llk o m m en g e w ü rd ig t h a t. U n d
H o o k ew a r n ic h t der ein zige A n h än g e r einer W ellen th eo rie. D e r
H u Y G E N S s c h e„ T r a it e de la lu m iere“ fre ilich is t jü n g e r a ls
N e w t o n serste A rb e it, die 1672 erschien. E r w u rd e 1678 v o ll
endet, ab er e rst 1690 g e d ru c k t.
D ie B e sc h ä ftig u n g
N e w t o n sm it O p tik sch eint 1664 begonn en zu h ab en , als d er 22jäh rige C am brid ger S tu d e n t bei
B a r r o wV o rlesu n g en d arü b er hörte. O b b ei seinen d a m alig en V ersu ch en m it P rism en und L in sen m ehr h erau sk am , als S ch ü ler
arb eit, s te h t dah in . A b e r 1668 g e lin g t dem ju n gen G enie die erste L e is t u n g : die E rfin d u n g des S p ieg el
fernrohrs, d as freilich w egen tech n isch er S ch w ierig keiten erst v ie l sp äter, n ach dem T o d e des E rfin d ers, zu erfo lgreich er V erw en d u n g in der A stro n o m ie gelan gen so llte. Im m erh in erregte sie sogleich A u fseh en und erö ffn ete ih m den Z u g an g zu r R o y a l S o c ie ty ; u n d kenn zeich n en d fü r
N e w t o n sE n tw ic k lu n g is t die ih r zu gru n d e liegende, k la r ausgesproch en e E rk en n tn is, die M ängel der d a m aligen R e fra k to re n stam m ten w esen tlich v o n den chromatischen L in sen feh lern . In der a n sch lie
ßenden K o n tro v e rse m it
H o o k e— der ersten , keinesw egs le tz te n - sp rich t
N e w t o nau ch vo n V ersu ch en , die ch ro m atisch en A b w eich u n g en d u rch K o m b in a tio n versch ied en er b rech en d er K ö rp e r zu verm in d ern . L eid e r scheinen diese V ersu ch e im Sande v e rla u fe n zu sein, und au ch sp äter (1676), als A b w e ich u n g e n zw isch en den D isp ersion s
m essu ngen v o n
L u c a sin L ü ttic h 2) und den eigenen ihm den G ed a n k en h ä tte n nahe legen können die U n tersch ied e d u rch V ersch ied en h eiten der as Sorten zu erk lä ren , is t
N e w t o nleid er n ich t d a ra u f gekom m en. So e n tg in g ih m die E rfin d u n g c er ach ro m a tisch en L in se.
E s h a t ihn w o h l d a m als d as G ru n d sä tzlich e am P ro b lem d er F a rb en zerstreu u n g gan z in A n sp ru c genom m en. U m die Jah resw en d e 16 7 1/7 2 § e_
la n g ten V ersu ch e d a rü b e r zu m A b sc h lu ß , w elch e die sp ek tra le Z e rle g b a rk e it des S on nenlich tes v ö llig k la r leg ten . A m 6. F e b ru a r 1672 w u rd en sie der R o y a l S o c ie ty m itg e te ilt, am 19. F eb ru a r e r
schienen sie g e d ru c k t in den P h ilo so p h ica l T ra n s
actio n s. D a ß
N e w t o nsich ü b er die B e d eu tu n g seiner E n td e c k u n g v ö llig k la r w ar, bew eisen die W o rte, m it denen er die A b h a n d lu n g dem S e k re tär der R o y a l S o c ie ty a n k ü n d ig te.
V o n dem In h a lt sp rech en w ir sp äter. D o ch sei b eto n t, w ie rein e x p e rim e n te ll d erselbe
N e w t o nhier seine A u fg a b e fa ß te , d er sp äter bei der P la n e te n bew egu n g einen der g rö ß ten T riu m p h e der th e o retisch en F o rsch u n g h e rb e ifü h rte . In logisch er F o lge re ih t er V ersu ch an V ersu ch , um den unlös-
*) R o s e n b e r g e r
a. a. O.: S. 35.
2) R o s e n b e r g e r
a. a. O .: S. 89.
baren Z u sa m m en h an g zw isch en der F a rb e hom ogen L ic h te s und der B r e c h b a rk e it zu bew eisen. A b er die w o h lb erech tig te F ra g e n ach der tieferen B e d e u tu n g dieses Z u sam m en h an ges w ird m it dem leich ten und w ah rlich n ic h t b efried ig en d en H in w eis a b geta n , d as L ic h t sei sto fflic h , also m üsse m an die hom ogen en L ic h ta r te n fü r ebenso v ie le versch ied en e S to ff a rten h a lten .
D a s gen ü g te n a m e n tlich d en jen ig en n ich t, die sich selb st schon u m die N a tu r der F a r b e n b em ü h t h a tte n ; je d o c h n ich t n u r au s dem einen G ru n d e en tsp an n en sich lan gw ierige, vo n
N e w t o nsch w erer als n ö tig em pfu n d ene K ä m p fe m it
H o o k eund an d e
ren ; einem G en iu s a u f seiner B a h n zu folgen is t den Z eitg en ossen n och nie leic h t gefallen . U n ter diesen anderen b efa n d sich au ch
H u y g e n s 1),der, w e it e n tfern t, den Z u sa m m en h an g zw isch en der NEWTONschen S k a la der ein farb ig en L ic h ta r te n und der S k a la der S ch w in g u n gszah len zu erkennen, 1673 eine a u f der A n n ah m e zw eier od er dreier G ru n d fa rb en b eru h en d e T h eorie em p fah l. Ja, es is t T a t s a c h e : A u f die A n a lo g ie b eid er S k a le n m u ß te
N e w t o nselb st in einer E n tg e g n u n g an
H o o k edie V e r tr e te r der W ellen leh re h in w eisen 2). A b e r w enn er sich d a m als au ch , gezw u n gen d u rch diese S tre itig k e ite n , m ehr als sonst m it der W e llen th eorie b e sc h ä ftig t h a tte , so h a t er sich n iem als m it Ü b e rze u g u n g zu ih r b e k a n n t. W a s er a ls „T h e o rie des L ic h te s und der F a r b e ” E n d e 1675 der R o y a l S o c ie ty vo rle g te , e n th ä lt an d ere A n sch a u u n g en . W ic h tig e r als sie sind d ie gen au en A usm essu n gen der vo n
H o o k enu r q u a lita t iv b esch rieb en en F a r benringe an d ü n n en B lä ttc h e n , w elch e allerd in gs zu n ä ch st n ich t g e d ru c k t w u rd en . E r s t n ach fa s t 30 J ah ren n ah m
N e w t o nsie in seine ,,O p tik “ au f, und z w a r u n ve rä n d ert. M ehr n och als dies sp rich t es fü r seine S o rg fa lt a ls B e o b a c h te r, d a ß der sieg reich e V erfe c h te r des In terferen zp rin zip s,
T h o m a s Y o u n g ,am A n fa n g des n eu n zeh n ten Jah rh u n d erts zu r B e stim m u n g d er o p tisch en W e llen län g e n diese M essungen b e n u tzen k o n n te und m an gels besserer au ch b en u tzen m u ß te.
D a m it en d ig te
N e w t o n serste o p tisch e P erio d e.
E r selb st e rw äh n t sp äter V e rv o llstä n d ig u n g e n seiner U n tersu ch u n gen au s dem Jah re 1687, die er zu r V erm eid u n g v o n S tre itig k e ite n n ic h t v e r ö ffe n tlic h t h ab e. D ieser B e w e g g ru n d e rk lä rt ab er
x) Ro s e n b e r g e r
a. a. O.: S. 82.
2) Ro s e n b e r g e r
a. a. O .: S. 81 u. 100.
278
v . La u e: Au s Ne w t o n s O p tik . r D ie N a tu r w isse n sch a fte nw o h l n u r zu m T e il die 28jäh rige P a u se in seinen o p tisch en V erö ffe n tlich u n g en . Sie w a r a u sg e fü llt d u rch jen e A rb e ite n , deren Z u sa m m en fa ssu n g uns in den ,,P h ilo so p h ia e n a tu ra lis P rin c ip ia m ath e- m a tic a “ v o rlie g t. Im m erh in m a g der T o d seines s tän d ige n G egners
H o o k e(1703) m it zu dem E n t sch lüsse b e ig etrag en h ab en , alle seine o p tisch en U n tersu ch u n g en zu sam m en zu stellen . So k a m 1704 d as B u ch h erau s, dessen v o lls tä n d ig e r T ite l in der 1706 ersch ienenen la te in isch en Ü b e rse tzu n g la u te t:
O P T I C E sive de
R e fle x io n ib u s, R e fra c tio n ib u s, In flex io n ib u s &
C olorib u s L u cis lib ri tres.
N u r K le in ig k e ite n sind in den sp äteren A u fla g e n g e ä n d e r t1).
D a s erste d ieser drei B ü c h e r b e h a n d e lt die s p e k tra le Z e rle g u n g und w as d a m it zu sam m en h ä n g t, z. B . a u ch d as S p ieg elfern ro h r a ls M itte l
alles. In ein igen F ä lle n g e n ü g t eine K e rz e als L ic h t q u elle. D a s d em h e u tig e n P h y sik e r s e lb s tv e r
s tä n d lich e V erfa h re n , je eine L in se v o r u n d h in ter d em d isp ergieren d en P rim a an zu w en d en ( K o lli
m atio n ), fin d e t sich n irgen d s. W o h l a b er v e rw e n d ete
N e w t o nzu r S teig eru n g der sp ek tra le n R e in h e it, z. B . in F ig u r 24 a u f T a fe l 5 in B u c h 1, T e il i, eine L in se M N v o r d em P rism a A B C , die a u f den S ch irm d as B ild der Ö ffn u n g F im F e n ste r e n tw irft.
D e r d a zu geh ören d e T e x t e rw äh n t, w a ru m m an d iese Ö ffn u n g zw e c k m ä ß ig a ls S p a lt a u sb ild et.
Z u ein em vo llstä n d ig e n e x p erim en telle n B ew eis, d a ß d as
S N E L L iu s s c h eB rech u n g sg ese tz fü r jed e h o m o gene L ic h ta r t g ilt, re ich te die M e ß g e n a u ig k eit n ich t au s.
N e w t o ne rs e tz te ih n d u rch ein e th e o retisch e A b le itu n g u n ter d er A n n ah m e ein er K r a f t zw isch en K ö rp e r und L ic h tstr a h l, die a u f d er G re n zfläch e des K ö rp e rs sen k rech t ste h t (fü n fzeh n ter V ersu ch ).
In seinen J u g e n d V erö ffen tlich u n g en leg te
N e w t o nb eson d eren W e rt a u f den V ersu ch , der h ier die
N r . 6tr ä g t (F ig . 18 a u f T a fe l 4 zu m ersten B u c h , T e il 1). D ie B le n d e n G u n d g sondern
zu r V erm e id u n g d er ch ro m atisch e n B ild fe h le r, d as z w e ite B u c h die F a r b e d ü n n er B lä ttc h e n und ä h n lich e In terferen ze rsch e in u n g en (um ein m a l den h e u tig e n S p ra ch g eb ra u ch an zu w en d en ) sow ie die
„ T h e o rie d es L ic h te s “ , d a s d r itte u n d k ü rzeste b e sch re ib t B e u g u n g sv e rs u c h e ; es g e h t n u r w en ig ü b er
G r i m a l d ih in au s, e n th ä lt a b er u n ter an d e
rem ein en B e u g u n g sv ersu ch am k e ilfö rm ig e n S p a lt, d er in h e u tig e n Z e ite n d u rch seine W ied erh o lu n g m it R ö n tg en stra h len w ied er beson d eres In teresse g ew o n n en h a t.
V o n d em In h a lt is t d as m eiste d a u ern d er B e s ta n d te il u n serer W isse n sc h a ft gew o rd en , so d a ß w ir uns ein n äh eres E in g eh en d a ra u f sp aren kön nen . N u r ein p a a r k en n zeich n en d e, w en iger b e k a n n te E in ze lh e ite n zu n ä c h st au s d em e rsten B u c h m ö ch ten w ir erw äh n en . D a s e x p erim en telle R ü s t zeu g is t sehr e in fa c h : ein v e rd u n k e lte s Z im m er, in w elch es d u rch eine k lein e Ö ffn u n g S o n n e n lich t fä llt, ein p a a r P rism en , zu m T e il e rs e tz t d u rch p rism a tisch e G la sg e fä ß e m it W a sserfü llu n g , eine L in se u n d ein p a a r B le n d e n sind n eb en ein em B la t t P a p ie r zu m A u ffa n g e n d er L ic h te rsc h e in u n g
!) D eutsch erschien die ,,O p tik “ in
O s t w a l d sexakten W issenschaften Nr. 96 und 97, übersetzt von
W i l l i a m A b e n d r o t h .au s d em b ei F in s Z im m er tre ten d en L ic h ts tr a h l ein en h om ogen en B e sta n d te il a u s; w elch en , d as b e stim m t die S te llu n g des P rism as A B C . W o r a u f es a n k o m m t, ist, d a ß d ieser B e sta n d te il v o m zw e ite n P rism a abc unzerlegt abgelenkt w ird , u n d z w a r je n a ch seiner F a rb e u m versch ied en e W in k e l. In der
„ O p t i k “ selb st is t dieser V ersu ch in die R e ih e an d erer ein gereih t, die
N e w t o nj e t z t a ls n ic h t m in d er b e w e isk rä ftig angeseh en h a b en w o llte .
E ig e n a r tig is t fern er die in F ig . 21 d er vie rte n T a fe l zu B u c h 1, T e il 1, b esch rieb en en M eth od e, m itte ls to ta le r R e fle x io n an d er F lä c h e A B das P rism a A B C die sp ek tra le Z u sa m m e n se tzu n g des L ic h ts zu änd ern . Sie b e ru h t a u f d er A b h ä n g ig k e it d es G ren zw in k els d er T o ta lre fle x io n vo n der F a r b e ; d as andere P rism a d ie n t zu m N a ch w eis dieser V erä n d e ru n g .
A u c h den h e u tig e n P h y sik e r ü b e rra sch t einen A u g e n b lic k der V ersu ch , d en F ig . 3 a u f der e rsten T a fe l zu T e il 2 des ersten B u c h e s 1) d a rs te llt.
D ic h t h in ter d as P rism a A B C , w elch es d as S o n n en lic h t zerle g t, s e tz t der A u to r ein w eiß es B la tt . E s e rsch ein t w eiß b e le u c h te t in d er S te llu n g D E ,
x) In
O s t w a l d sKlassikern N r. 96 Figur 32. Die
früher angeführten Figuren trugen in der deutschen
Ü bersetzung die im T ex t genannten Nummern.
H eft 12. ] 25. 3 - 1927J
v . La u e: Au s Ne w t o n s O p tik .
279
ich d as V e rh ä ltn is ih rer D u rch m esser zu den D u rch m essern d er n äm lich en , v o n der L u ft g e b ild eten K reise e tw a w ie 7 :8 , und m ith in ie Z w isch en räu m e der G läser bei denselben d u rc W asser u n d d u rch L u ft h ervo rgeru fen en R in gen w ie 3 :4 . E s m a g vie lle ic h t eine allgem ein e R ege sein, d aß , w en n irgen d ein anderes M edium , w elches d ich te r oder w en iger d ic h t als W asser ist, zw ischen die b eid en G läser g e d rü c k t w ird , die Z w isch en räum e bei den so e rzeu g ten R in g e n zu den näm - hchen, d u rch zw isch en liegen d e L u ft entsteh en d en sich ve rh a lte n , w ie die Sin us, w elch e die B rech u n g aus d iesem M edium in L u ft m essen .“
K e in e so b ed eu tsam e h istorisch e R o lle w ar den im v ie rte n T eil besch rieb en en In terferen z
ersch einu ngen an d ick en P la tte n b esch ieden. W ie die große an sch ließ en d e L ite ra tu r sch ärfer n och als
X e w t o n sA n g a b e n b ew eist, sind eine d iffu se Z er
streu u n g des L ic h te s an der V o rd e rflä ch e und die S p iegelu n g an der R ü c k se ite ihre w esen tlich en U r-
x) In O s t w a l d s K la ssik e rn N r. 96 F ig u r 4 4 .
e n th ie lt seine b erü h m te E n ve lo p p en k o n stru k tio n n ich t. U n d sch ließ lich h a tte gerade dieser grö ß te u n ter den V e rtre te rn der W e lle n o p tik im „ T r a it e de la lu m iere“ d as P ro b lem der F a rb en n ic h t e in m a l e rw äh n t. E r s t
L e o n h a r d E u l e r ,der große M a th em a tik er, t r a t 1750, also
2 3Jah re n ach
N e w t o n sT o d e, w ied er fü r den vo n
N e w t o num 1675 als m ö glich e rk a n n ten Z u sa m m en h an g zw ischen F a rb e und S ch w in g u n g szah l ein. D ie T a tsa ch e , d a ß zw ei O p tik er, w ie
N e w t o nund
H u y g e n s ,aneinand er vo rü b erg eg a n g en sind, w o d och die gegenseitige A n p a ssu n g ih rer Id een die O p tik so
gleich a u f eine ga n z andere S tu fe geh oben h ä tte , fä llt also jed e n fa lls n ich t
N e w t o nallein zu r L a st.
W ie b ed au erlich sie ab er ist, z e ig t so re c h t der fragm en tarisch e Z u sa tz zu r O p tik , d er n ach
N e w t o n sW o rten den u n vo lle n d e ten T e il seiner
U n t e r s u c h u n g e ne n th ä lt. F ra g e 17
d e rlatein isch en
!) Über die L iteratur vgl. E .
G e h r c k e sH and
buch der physikalischen Optik, Band I, Teil I, Seite 442 (Leipzig 1926).
Fig. 3 auf Tafel 1 in Buch I, Teil 2. FiS- *5 auf Tafel 4 in Buch I, Teil 2.
d agegen gelb b is ro t in der S tellu n g de, blau bis v io le tt in der S te llu n g § e. E s tra g e n n äm lich die L ic h ta rte n n ich ts zu r B e le u c h tu n g bei, zu denen das B la tt in letzteren S tellu n g en p a ra lle l ist, und die versch ied enen L ic h ta r te n h a b en h in ter dem P rism a versch ied ene R ich tu n g en . E s g ib t w oh l kein ein fach eres V erfah ren , die Z erlegu n g des w eißen L ic h te s in farb ig e T eile und deren W ie d e rv e r
ein igu ng zu W e iß zu d em onstrieren.
D ie gan ze, in dem stren g en G ew än d e von IJrop osition en , T h eorem en , E x p e rim e n te n und drei Prob lem en v o rg e tra g en e L eh re vo n der sp ektralen Z erlegu n g k rö n t
N e w t o n sb erü h m te T h eorie des R egen b o gen s m it d er w o h l gelun genen D e u tu n g der versch iedenen F arb en a n o rd n u n g en im H a u p t- und im N eb en b o gen , deren q u a n tita tiv b erech n eten D u rch m essern und B reiten (Fig. 15 a u ^ T a fe l 4 zu B u c h 1, T e il 2)1).
Sch on in d er E in te ilu n g u n tersch eid et sich d avo n w esen tlich d as zw e ite B u c h . E s
re ih t zu n ä ch st 24 „ B e o b a c h tu n g e n “ a n einander, die m eisten a n g e ste llt in den F arb rin g en , d ie bei der B e rü h ru n g einer k o n ve x en L in se und einer eben en P la tte en tsteh en . Z u den w ic h tig ste n M essungen
■ w ird sp ek tra le R e in ig u n g des L ic h te s a n gew a n d t. D ie zeh n te B e o b a c h tu n g b e tr ifft die Ä n d eru n g , w elch e e in tritt, w en n m an s ta tt L u ft W asser zw isch en die G läser b rin gt. ,,A ls ich die R in g e m aß, fan d
sa c h en 1).
N e w t o n sB e o b a ch tu n g en sind auch hier so g u t, d a ß die sp äteren sie v o lla u f b e stä tig ten .
D a ra u f fo lg te in 20 ,,P ro p o sitio n e n “ die b e
k a n n te T h eorie der p eriod isch en „ A n w a n d lu n g e n "
der ,,L ic h tp a rtik e ln “ . W e it e n tfe rn t sich
N e w t o nh ier vo n der W ellen leh re, h a u p tsä ch lich , w eil er den n ach d am alig er a llg em ein er A n s ic h t d a fü r n o t
w en d igen Ä th e r in seiner L eh re vo n d er S ch w e r
k r a ft gä n zlich verw o rfen h a tte . A b e r daneben m u ß m an die M ängel der d am alig en W ellen th eo rie b eden ken. D a s G ru n d p h än om en d er O p tik , die im allgem ein en gerad lin ige F o rtp fla n zu n g des L ic h tes, w ar keinesw egs v ö llig au s ihr e rk lä rt. Z w a r h a tte
H u y g e n sin gen ialer In tu itio n gesch au t, d a ß eine seitlich e A u sb re itu n g des L ic h te s z w a r n otw en d ige F o lge der W e llen v o rste llu n g ist, d a ß diese aber gegenü b er dem , w as in der S tra h lric h tu n g fo r t
sch reitet, zu m eist u n m erk b a r sch w ach sein m uß.
Jedoch einen zw in gen d en m a th em a tisch en B e w e is
28
o Zi l s e l: Ü ber die Asym m etrie der K au salität und die Einsinnigkeit der Zeit. [
D ie N atur- [w issenschaftenA u s g a b e v o n 17 0 6 1), die w ie die m eisten an d eren in ih rer F assu n g die A n s ic h t des A u to rs oh n e w eiteres v e rr ä t, la u te t: ,,H a b en die L ic h t stra h len n ic h t a u ß e r den b esch rieb en en n och a n d ere u rsp rü n g lich e E ig e n s c h a fte n ? E in B e isp iel fü r ein e solche beson d ere E ig e n s c h a ft h a b en w ir in d er B re c h u n g d u rch einen islän d isch en K r y s ta ll, w ie sie zu erst E
r a s m u sB
a r t h o l i n u su n d sp äter n o c h gen au er H
u g e n i u sin seinem B u c h e : ,,D e la lu m ie re “ b esch rieb en h a t .“ N u n so llte m an m einen, d a ß N
e w t o nirg en d w ie a u f die gen au e V o rs c h rift d er
H u Y G E N S S c h e n W e lle n le h r ezu r K o n str u k tio n des a u ß e ro rd en tlich en S tra h le s ein gin ge. A b e r w e it g e fe h lt! E r e rs e tz t sie ohne w eiteres d u rc h eine rein em pirisch e, u n zu tre f
fen d e. D a fü r w ird ih m ab er eine and ere S eite des D o p p elb re ch u n g sp ro b le m s v ö llig k la r, an w e l
ch er H
u y g e n s2) n ach seinen eigen en W o rte n g e sc h e ite rt w ar. D en n F ra g e 1 8 3) b e g in n t: „ H a b e n n ic h t d ie L ic h tstr a h le n
v e r s c h ie d e n eS eiten , die m it versch ied en en u rsp rü n g lich en E ig e n sc h a fte n b e g a b t sin d ? “ U n d w a s d a n n fo lg t, is t eine A u s ein a n d e rse tzu n g ü b er den P o la ris a tio n s u n te r
sch ied zw isch en
d e mo rd en tlich en und a u ß e ro rd e n t
lich e n S tra h l im K a lk s p a t, d er zu r A u fn a h m e in Das ist Frage 25 in
Os t w a l d sKlassikern Nr. 97.
N e w t o n
