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Isaac Newton – Ein Mann mit Kopf und Herz

Montag 18. Juli 2016 von Dr. Norbert Pailer


Dr. Norbert Pailer

Wir schreiben das Jahr 1665. In England wĂŒtet die Pest. Die UniversitĂ€t Cambridge schließt ihre Tore. Der Mathematikstudent Isaac Newton flieht aufs Land in sein Heimatdorf Woolsthorpe. WĂ€hrend die Seuche Zehntausende dahinrafft, macht der 23-JĂ€hrige die Entdeckung seines Lebens: das Gravitationsgesetz. Newtons Vater, ein SchafzĂŒchter, stirbt kurz vor der Geburt seines Sohnes. Isaacs vorzeitige Geburt und seine von zahlreichen Krankheiten geprĂ€gte Kindheit sind alles andere als die besten Voraussetzungen fĂŒr ein erfolgreiches Leben.

Neun Jahre lang lebt er getrennt von seiner Mutter bei seiner Großmutter in Woolsthorpe – GroßmĂŒtter, die Heldinnen ihrer Zeit! Isaac Newton geht im King’s College im nahegelegenen Grantham zur Schule. Anstatt wie andere Jungs draußen Fußball zu spielen, zieht er es vor, Modelle von Einrichtungen und Apparaten wie WindmĂŒhlen oder Karren zu basteln. Diese haben nicht nur genau die richtigen Proportionen, sondern auch funktionierende Mechanismen. Isaac Newtons nĂ€chste Station ist das Trinity College der UniversitĂ€t Cambridge. Er trĂ€gt sich in der Absicht, Pfarrer der Church of England zu werden. Aber die Dinge laufen anders. Um die Kosten des Studiums zu decken, muss er nebenher hart arbeiten.

In jener Zeit sind die unterschiedlichen Disziplinen Politik, Religion und wissenschaftliche Bildung sehr ineinander verwoben. So kann man nur als Ordinierter der Church of England am Trinity College lehren. Newton studiert letztlich „nur“ Mathematik und Optik. Er steht einer Verstrickung politischer mit religiösen Angelegenheiten kritisch gegenĂŒber. So stimmt er als hingegebener Christ nicht mit allen Lehren seiner Kirche ĂŒberein, weshalb es ihm sein Gewissen nicht erlaubt, die Ordination anzunehmen. Er riskiert mit seiner gelebten Überzeugung seine Stellung. Deren Erhalt wird nur dadurch möglich, dass König Karl II. eine Ausnahme bei ihm macht.

Wende zum Erfolg

Isaac Newton sieht seine schwierige Jugend nie als Entschuldigung fĂŒr eventuelle Fehlentwicklungen. Er ist schließlich erwachsen genug und packt sein Leben an. Ob die Geschichte mit dem Apfel stimmt, der ihm wĂ€hrend einer Ruhepause mitten ins Gesicht gefallen sein soll, sei einmal dahingestellt. Aber die GrundĂŒberlegungen des Gravitationsgesetzes sind daran anschaulich festzumachen. Der Apfel fĂ€llt zu Boden, weil ihn die Erde anzieht. Das fĂŒhrt zur elementaren Frage: Wie weit reicht diese Anziehungskraft? Reicht sie bis zum Mond? Ist es gar die irdische Schwerkraft, die den Mond auf seiner Umlaufbahn hĂ€lt, indem sie seine Fliehkraft kompensiert?

Verdachtsmomente von astronomischer Tragweite!

Newton kehrt 1667 an die UniversitĂ€t zurĂŒck. Er verschweigt zunĂ€chst seine Überlegungen, die irdische Physik auf himmlische Gegebenheiten anzuwenden. Erst als er 1684 Professor der Mathematik wird, vertraut er sich Edmond Halley mit seinen Ideen an. Es kommt zur ersten Veröffentlichung seiner Gedanken: „Die mathematischen Prinzipien der Naturphilosophie.“ Die Wirkung der Schwerkraft kann Newton mathematisch beschreiben. Ihr Ursprung bleibt jedoch rĂ€tselhaft.

Isaac Newton ist wegen seiner GenialitĂ€t bekannt. Er verknĂŒpft sie harmonisch mit einem schlichten, hingegebenen Glauben an Christus – was leider nicht so bekannt ist – und hat seine persönlichen Glaubenseinsichten ĂŒber seine Karriere gestellt. Sein Leben zeigt: Man kann Spuren von Gottes Handeln in dieser Welt erkennen, wenn man sein Handeln nicht von vornherein ausschließt und die Welt nur unter der PrĂ€misse, dass es keinen Gott gibt, betrachtet. Letzteres tut die heutige Naturwissenschaft mit ihrem methodischen Atheismus. Unsere Wirklichkeit, unsere Erfahrungen beinhalten weit mehr als das, was sich mit rein naturwissenschaftlichen Methoden erforschen lĂ€sst. Die Naturwissenschaften befassen sich mit „Wie-Fragen“ und lassen sĂ€mtliche „Sinn-Fragen“ unberĂŒhrt. Deshalb muss fĂŒr Newton auch die Frage nach der Natur der Gravitation offen bleiben. Es ist Albert Einstein, der hier mit seinen Überlegungen ein Vierteljahrtausend spĂ€ter anschließt, worauf ich noch zu sprechen komme.

Isaac Newton: Der Optiker – und die Konsequenzen

Zur Zeit Newtons ist die beobachtende Astronomie dadurch behindert, dass die Linsenteleskope Licht unterschiedlicher WellenlÀngen unterschiedlich brechen. Das ist zwar heute auch noch so, man hat aber in der Zwischenzeit raffinierte Korrekturmöglichkeiten geschaffen. Er stellt verschiedene Untersuchungen mit Licht an und hat dabei die Vorstellungen der Griechen von der Natur des Lichtes widerlegt.

Wenn er auch nicht der Einzige ist, der anstelle einer Linse einen gewölbten Spiegel einsetzt, so ist er doch der Erste, der 1672 erfolgreich ein fortan nach ihm benanntes Spiegelteleskop baut.

Im Jahr 2005 habe ich versucht, dieses Prinzip mit einem 360 mm großen Hauptspiegel umzusetzen. Ein schematisches Bild des Aufbaus ist in Abbildung 1 zu sehen.

spiegelteleskops

Abbildung 1: Prinzip des Newtonschen Spiegelteleskops

Ich war fast mein ganzes Berufsleben in der Weltraumerkundung tĂ€tig und man baute dort auch hochfeine GerĂ€te. Wenn sie aber fertig entwickelt und getestet waren, dann wurden sie zum Mond oder sonst wohin geschossen. Jedenfalls standen sie nicht mehr zur direkten VerfĂŒgung. Das wollte ich durch meinen eigenen Teleskopbau Ă€ndern. Auf meiner Homepage sind Schritte dieser Entwicklung ein wenig dokumentiert: http://www.amazingspace.de/nightviews.html

NatĂŒrlich kann man solche Teleskope auch kaufen. Aber es geht nichts ĂŒber den Eigenbau! Man braucht nicht viel mehr, als ein bisschen Platz im Keller. Es hat mich fasziniert, wie man mit relativ ĂŒberschaubaren Mitteln das Prinzip des Newtonschen Spiegelteleskops umsetzen kann, und es hat mich gereizt, ein Prinzip aus dem Jahre 1672 im 21. Jahrhundert nachzubauen. Es hat mir geholfen, dass ich beruflich die Aufgabe bekam, eine hochstabile, leichtgewichtige Technologie fĂŒr opto-mechanische Komponenten zu entwickeln. Das Grundmaterial war geschreddertes Holz, das verkokst, am Ende siliziert und damit zu einer Kohlenstoff-basierten Keramik wurde. Einer dieser Keramik-Prototypen-Spiegel war nicht innerhalb der Spezifikation, weshalb er mir freundlicherweise ĂŒberlassen wurde. Ich habe ihn privat nachgeschliffen, ihn dadurch aufgehĂŒbscht und so zu meinem Hauptspiegel fĂŒr mein Newton-Teleskop gemacht. Nun, wenn schon der Spiegel bereits auf Leichtgewichtigkeit getrimmt war, durfte die Gesamtstruktur dem nicht nachstehen. Ich verwendete einen Kohlefaser-verstĂ€rkten Kunststoff (CFK). Kleine Teile verklebte ich in der Backröhre unserer KĂŒche – bis ich dort sanft, aber bestimmt von meiner lieben Frau hinauskomplimentiert wurde. GrĂ¶ĂŸere Teile hĂ€rtete ich in unserer Sauna aus. Gut, der Weg war manchmal abenteuerlich, aber am Ende fĂŒhrte er zu einem ansehnlichen Ergebnis. Beispiele von Fotos, die mit dieser Konstruktion geschossen wurden, finden sich auf der oben angegebenen Homepage.

Vieles an diesem Teleskop-Typ fasziniert mich und hat mich zu weiterfĂŒhrenden Gedanken inspiriert: Die neu entwickelte Spiegelkeramik mit ihrer Leichtgewichtseigenschaft und der hohen FormstabilitĂ€t bei unterschiedlichen Temperaturen. – Sie war erst durch eine Neuentwicklung zu erreichen. Leichtigkeit und FormstabilitĂ€t – was sind das fĂŒr LebensqualitĂ€ten! Sie sind mir jedenfalls nicht automatisch zugewachsen. Ich darf aber heute als engagierter Christ mit einer neu gewonnenen Leichtigkeit – trotz aller Beschwernisse eines (Berufs-) Lebens – rechnen. Trotz mancher Hitze meines Alltags wahre ich die Form.

Optik

Optik hat mich wĂ€hrend meiner Ausbildung nur so weit getroffen, wie es in der Vorlesung anstand. Deshalb war es mir eine große Hilfe, einen versierten Optiker-Kollegen bei der Veredelung meines Hauptspiegels an der Hand zu haben, der zudem auch die raffinierte Messmethode nach dem Foucaultschen Schneidentest beherrschte. Mit dieser Methode kann man, wenn man’s denn kann, mit einfachsten Hilfsmitteln, sozusagen auf dem KĂŒchentisch, optische OberflĂ€chen bis auf Bruchteile von WellenlĂ€ngen vermessen. Abbildung 2 zeigt den Testaufbau.

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Abbildung 2: Aufbau zur Anwendung des Foucaultschen Schneidentests

Ecken und Kanten, die stören, mĂŒssen abgeschliffen werden. Es war mir ein treffendes Bild dafĂŒr, wie hilfreich und notwendig Gemeinde ist, um fĂŒr die sinngebende Ausrichtung meines Lebens lebenserfahrene Christen an der Hand zu haben, die mir, orientiert an Gottes Wort, mit Rat und Tat zur Seite standen, wenn es galt, das eine oder andere abzuschleifen oder aufzupolieren.

Polierung

Meine polierte Keramik spiegelte bereits. Ich konnte mich darin sehen. Um die ReflektivitĂ€t der OberflĂ€che aber weiter zu erhöhen, wurde eine dĂŒnne Aluminiumoxydschicht aufgedampft. Weitere Veredelung. Sicher, der Spiegel hatte bereits seine endgĂŒltige parabolische Form. Auch was die Rauigkeit der OberflĂ€che betraf, wurde beim Polieren auf Reduktion der OberflĂ€chenrauigkeit geachtet, weil diese ansonsten Streulicht erzeugt. Ich habe, weil ich oft ungeduldig bin, dennoch mit dem noch unbedampften Spiegel bereits Nachtbeobachtungen gemacht. Aber die Bilder sahen vernebelt aus, wie in einer WaschkĂŒche. Deshalb ist es unabdingbar, dass am Leben eines Christen durch Wachstum und Reifung eine „Veredelung“ stattfindet, die ihn ein klares Licht in dieser Welt sein lĂ€sst.

Justage

Sobald die OberflÀche der Spiegel auf Bruchteile von WellenlÀngen genau geschliffen und poliert und die Ausrichtung der optischen Elemente korrekt justiert waren, konnte ich Dinge sichtbar machen, die mir ansonsten verborgen waren.

FĂŒr die Justage meines Lebens ist das ein treffendes Bild. Es geht um die zentralen Aspekte meines Lebens und dessen Ausrichtung – sobald ich mich um eine sinngebende Ausrichtung meines Leben bemĂŒhe, begegnen mir Dinge, die ich sonst nicht wahrgenommen hĂ€tte.

Finetuning

Um mir das zeitaufwĂ€ndige Ausrichten des Teleskops auf den Polarstern vor jeder Nachtsitzung zu ersparen, installierte ich eine GartensĂ€ule: In einer Grube von ca. 1 mÂł verbaute ich eine StahlsĂ€ule in Beton, die meine parallaktische Go-to-NachfĂŒhrung trĂ€gt (siehe Abbildung 3). Nun kann ich mein Teleskop jederzeit einfach darauf befestigen und eine Feinausrichtung an zum Beispiel drei gegenĂŒberliegenden Sternen durchfĂŒhren. So kompensiert die NachfĂŒhrung zuverlĂ€ssig die Rotation der Erdbewegung fĂŒr Belichtungen bis zu ca. 150 Sekunden. FĂŒr lĂ€ngere Belichtungszeiten ist es unabdingbar, ein Leitfernrohr einzusetzen, das sich an einem benachbarten hellen Stern „festhĂ€lt“ und so mein Teleskop pixel-genau automatisch nachfĂŒhrt. Ohne stetes Finetuning gelingt keine Langzeitbelichtung. Ein Leben – einmal auf Christus ausgerichtet – ist ein guter Start. Zum Ankommen reicht es nicht. Die lebendige Beziehung zu ihm und die Verbindung zu seiner Gemeinde will hier das stete Finetuning fĂŒr gelingendes Leben herstellen. Diese permanente Ausrichtung gleicht derjenigen des Leitfernrohrs an einem entsprechenden Leitstern und die so gewĂ€hrleistete Orientierung bringt LangzeitstabilitĂ€t.

In diesem Sinne war der Blick zum Himmel meinem Glauben zutrÀglicher als meinem Wissen.

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Abbildung 3: Mein Newton-Teleskop ist fertig und auf der GartensÀule hinter dem Haus montiert. Die Nachtsitzung kann beginnen.

Isaac Newton wurde mit Kratern auf dem Mond und auf Mars verewigt. Mit meinem Newtonschen Selbstbau-Teleskop wĂ€re es ein schönes Ziel gewesen, Newtons Krater auf dem Mond auszumachen. Aber leider ist er nahe des lunaren SĂŒdpols nicht einfach von der Erde aus zu fotografieren. Abbildung 4 zeigt die Formation zusammen mit der Einschlagsstelle der Mondsonde LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite), die man im Oktober 2009 gezielt hier abstĂŒrzen ließ. Newtons Krater auf dem Mars habe ich dagegen nie gesehen. Aber da helfen uns die Raumsonden (siehe Abbildung 5). Schließlich braucht Raumfahrt ja auch ihre Berechtigung.

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Abbildung 4: Lage des Newton-Kraters am SĂŒdpol des Mondes (NASA)

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Abbildung 5: Details des Newtonschen Marskraters aufgenommen vom Mars Reconnaissance Orbiter MRO; zu erkennen sind gewisse Strukturen, sogenannte Flows, die möglicherweise mit flĂŒssigem Wasser zu tun haben (NASA)

 

Albert Einstein und Newtons Gravitation

Albert Einstein hatte sich irgendwie in die Gravitation verbissen, wĂ€hrend sein Umfeld sich fragte: Brauchen wir eine neue Theorie, nachdem sich die Newtonsche Sichtweise dazu ĂŒber ein Vierteljahrtausend hinweg bestens bewĂ€hrt hat?

Isaac Newton beschrieb die Schwerkraft in Form einer „Fernwirkung“: Zwei Körper wie Erde und Mond sind wie durch unsichtbare FĂ€den miteinander verbunden. Albert Einsteins Bild von der Schwerkraft ist gĂ€nzlich anders. Sie ist eine Eigenschaft der Raumzeit: Die Materie krĂŒmmt den Raum, in dem sie sich bewegt und der gekrĂŒmmte Raum zwingt die Materie zu bestimmten Bewegungen. So umkreist der Mond die Erde nicht wegen unsichtbarer Kraftlinien, sondern weil Erde und Mond den sie umgebenden Raum eindellen wie Stahlkugeln ein gespanntes Gummituch. In diesen Mulden bewegen sich die Massen wie Murmeln in den Rillen einer Murmelbahn. Einstein hat damit zwar der Gravitation ein neues, detaillierteres Bild unterlegt, aber ohne sie wirklich zu klĂ€ren, denn in der Naturwissenschaft „irren wir uns nur empor“.

Stephen Hawking und Isaac Newton

Im Gegensatz zu Isaac Newton stellt Stephen Hawking die These auf, die Entstehung des Universums habe der Hand Gottes nicht bedurft: „Weil es das Gesetz der Schwerkraft gibt, kann und wird sich ein Universum selbst aus dem Nichts erschaffen.“ Selbst wenn das stimmen sollte, fragt er leider nicht grĂŒndlich genug – nĂ€mlich, woher dieses Gesetz wohl kommt. Damit bleibt er – im Gegensatz zu Isaac Newton – nur an der OberflĂ€che.

Isaac Newton war einer der vielen herausragenden Naturwissenschaftler, die gleichzeitig ĂŒberzeugte Christen waren. Ein Gegensatz zwischen diesen beiden Positionen ist bei ihnen nie sichtbar geworden. Oft war es gar so, dass die entdeckten Raffinessen in der Natur den erklĂ€rten Atheismus einzelner Forscher nachhaltig erschĂŒtterten – und fairerweise haben sie das auch bekannt. Ein bekanntes Beispiel ist Fred Hoyle. Er bekannte, dass nichts seinen Atheismus mehr erschĂŒttert habe, als die Feinabstimmung in der Synthesekette der Kohlenstofferzeugung!

Wir sollen – gerade, weil wir an Gott glauben – diese Welt erforschen: „Groß sind die Taten des Herrn, zu erforschen von allen, die Lust an ihnen haben“ (Psalm 111,2).

Isaac Newton blieb trotz seines Genies zeitlebens ein einfacher Mann. Das belegt ein schlichtes Zitat: „Die wunderbare Einrichtung und Harmonie des Weltalls kann nur nach dem Plane eines allwissenden und allmĂ€chtigen Wesens zustande gekommen sein. Das ist und bleibt meine letzte und höchste Erkenntnis.“

Dr. Norbert Pailer

Norbert Pailer ist promovierter Astrophysiker. Er war bis Ende 2014 Programmleiter fĂŒr wissenschaftliche Raumfahrt bei Astrium, Co-Investigator und technischer Manager fĂŒr mehrere Weltraumexperimente und arbeitete mit NASA, ESA und DLR im Rahmen mehrerer internationaler Weltraummissionen mit. ZusĂ€tzliche ForschungstĂ€tigkeiten hatte er als Gastwissenschaftler an der Washington University St. Louis, Missouri. Norbert Pailer ist Autor mehrerer BĂŒcher zum Thema Weltraum. Heute betreibt er seinen Beruf als Hobby: In kalten und klaren WinternĂ€chten sieht man ihn durch seinen Garten in Stetten bei Meersburg huschen. Dort baut er sein Teleskop auf und versucht selbst, zumindest optisch dem Himmel wieder ein StĂŒck nĂ€her zu kommen.

Quelle: Das Fundament – Zeitschrift des Deutschen Christlichen Techniker-Bundes, II/2016

 

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Dieser Beitrag wurde erstellt am Montag 18. Juli 2016 um 14:20 und abgelegt unter Allgemein.