Opticks

Die 1. Ausgabe von 1704

Die 4. Ausgabe von 1730

Opticks: Or, a Treatise of the Reflexions, Refractions, Inflexions and Colours of Light ist ein wissenschaftliches Sachbuch von Isaac Newton aus dem Jahr 1704. In dem Buch analysiert Newton die fundamentalen Eigenschaften von Licht in Hinblick auf Brechung in Prismen und Linsen, die Beugung von Licht in dicht geschichteten Glasplatten und das Verhalten von Farbmischung mit Spektralfarben und Pigmentpulver. Opticks war Newtons zweites Hauptwerk im Bereich der Naturwissenschaft Physik. Das Buch wird zu den bedeutendsten Werken der Wissenschaftsgeschichte gezählt.

Werk

Die in englischer Sprache verfasste Erstausgabe trägt den vollständigen Titel Opticks: Or, a Treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. Sie erschien 1704 in London im Quartformat bei Samuel Smith (bap. 1658–1707) und Benjamin Walford (fl. 1688–1710). Neben dem Hauptwerk Optics enthielt es zusätzlich die beiden lateinischen Abhandlungen Enumeratio linearum tertii ordinis (Aufzählung von Linien dritter Ordnung) über kubische Kurven und Tractatus de quadratura curvarum (Abhandlung über die Quadratur von Kurven) über die Fluxionsrechnung.

Auf dem Titelblatt fehlt Newtons Name. Die einleitende Bekanntmachung (Advertisement) ist mit den Initialen „I. N.“ unterzeichnet.

Am 16. Februar 1704 präsentierte Newton als Präsident der Royal Society sein fertiggestelltes Werk.

Gliederung

Die Erstausgabe ist wie folgt gegliedert:

• Advertisement.
• The first book of opticks.
  • Part I.
  • Part II.
• The second book of opticks.
  • Part I.
  • Part II.
  • Part III.
  • Part IV.
• The third book of opticks.
• Enumeratio linerarum tertii ordinis.
• Tractatus de quadratura curvarum.
• Errata.

Veröffentlichung

Die Entstehung des Buches erläutert Newton in seine Bekanntmachung (Advertisement) wie folgt:

“Part of the ensuing Discourse about Light was written at the desire of some Gentlemen of the Royal Society, in the year 1675, an then sent to their Secretary, and read at their Meetings, and the rest was added about twelve Years after to complete the Theory; except the third Book, and the last Proposition of the Second, which were since put together out of scattered Papers. To avoid being engaged in Disputes about these Matters, I have hitherto delayed the printing, and should still have delayed it, had not the Importunity of Friends prevailed upon me.”

„Ein Teil des anschließenden Diskurses über das Licht wurde auf Wunsch einiger Gentlemen der Royal Society im Jahre 1675 geschrieben, und dann an ihren Sekretär geschickt und bei ihren Versammlungen gelesen, und der Rest wurde ungefähr zwölf Jahre später hinzugefügt, um die Theorie zu vervollständigen; ausgenommen das dritte Buch und der letzte Vorschlag des Zweiten, die seither aus verstreuten Papieren zusammengestellt wurden. Um Streitigkeiten über diese Angelegenheiten zu vermeiden, habe ich bisher den Druck aufgeschoben und hätte ihn noch weiter verzögert, wenn nicht das beharrliche Bedrängen von Freunden mich dazu gebracht hätte.“

Die vierte englische Ausgabe erschien posthum 1730.

Inhalt

Newtons „Farbkreis“ aus der 1. Auflage der Opticks (1704), Abbildung 11, Buch 1, Teil 2, Tafel 3

Opticks ist weitgehend eine Aufzeichnung von Experimenten und den daraus abgeleiteten Schlussfolgerungen, die ein breites Spektrum von Themen der späteren Wellenoptik abdecken. Die Arbeit ist keine geometrische Auseinandersetzung mit Katoptrik oder Dioptrien, den traditionellen Themen der Reflexion von Licht durch Prismen unterschiedlicher Form und der Erforschung, wie Licht gebrochen wird, wenn es von einem Medium wie Luft in ein anderes wie Wasser oder Glas übergeht. Vielmehr ist Opticks eine Studie über die Natur von Licht und Farbe und die verschiedenen Phänomene der Beugung, die Newton als Flexion des Lichts bezeichnete.

In dem Buch beschrieb Newton detailliert seine Experimente zur Dispersion, der Trennung des Lichts in dessen Farbspektrum, von dem er der Royal Society im Jahr 1672 in London berichtete. Er zeigte, wie das Erscheinungsbild von Farbe durch selektive Absorption, Reflexion oder Transmission der verschiedenen Bestandteile des einfallenden Lichts entsteht.

Die zentrale Bedeutung von Newtons Werk besteht darin, dass sie das Dogma, das Aristoteles oder Theophrastos von Eresos zugeschrieben und von Wissenschaftlern in Newtons Zeit akzeptiert wurde, umstürzte, dass „reines“ Licht (wie das der Sonne zugeschriebene Licht) grundsätzlich weiß oder farblos ist und durch die Wechselwirkung mit Materie in Farbe durch Vermischung mit Dunkelheit verändert wird. Newton bewies das Gegenteil: Licht besteht aus verschiedenen spektralen Farbtönen (er beschreibt sieben: rot, orange, gelb, grün, blau, indigo und violett), und alle Farben, einschließlich weiß, entstehen durch verschiedene Mischungen dieser Farbtöne. Er demonstrierte, dass Farbe aus einer physikalischen Eigenschaft des Lichts entsteht und jeder Farbton in einem charakteristischen Winkel durch ein Prisma oder eine Linse gebrochen wird.

Newton stellte klar, dass Farbe eine kognitive Erscheinung sei und nicht eine inhärente Eigenschaft materieller Objekte oder des Lichts selbst. Beispielsweise zeigt er, dass sich eine rotviolette (magenta) Farbe durch Überlagerung der roten und violetten Enden zweier Spektren mischen lässt, obwohl diese Farbe im Spektrum nicht vorkommt und daher keine Lichtfarbe ist. Indem er die roten und violetten Enden des Spektrums miteinander verband, ordnete er alle Farben zu einem Farbkreis, der sowohl quantitativ die Farbmischung voraussagt als auch qualitativ die wahrgenommene Ähnlichkeit der Farbtöne beschreibt.

Die Queries / Quaestiones

Die „Queries“ 1 bis 4 am Anfang des 3. Buches in der 4. Ausgabe von 1730

Opticks schließt mit einem Satz von Fragen (engl. Queries, lat. Quaestiones). Die Erstausgabe enthielt 16 Fragen. Die Anzahl stieg auf 23 in der 1706 publizierten lateinischen Übersetzung Optice und nochmals in der zweiten, englischen Ausgabe, die 1718 veröffentlicht wurde. Die ersten Fragen waren kurz gehalten, während die späteren zu kurzen Aufsätzen ausformuliert waren, die viele Seiten füllten. In der vierten Ausgabe von 1730 gab es 31 Fragen, und es war die 31. Frage, die in den darauffolgenden 200 Jahren viele Spekulationen und Theorien zur chemischen Affinität hervorrief.

Diese Fragen, insbesondere die späteren, befassen sich mit einer Vielzahl von physikalischen Phänomenen, die weit über jede enge Interpretation des Themas „Optik“ hinausgehen. Sie betreffen das Wesen und die Übertragung von Wärme; die mögliche Ursache der Gravitation; elektrische Phänomene; die Natur der chemischen Reaktion; die Art und Weise, wie Gott die Materie am „Anfang“ erschuf; der richtige Umgang mit Wissenschaft; und sogar das ethische Verhalten der Menschen. Die gestellten Fragen sind keine Fragen im herkömmlichen Sinn. Sie werden fast alle negativ gestellt, als rhetorische Fragen. Das heißt, Newton fragt nicht, ob Licht „ist“ oder einen „Körper“ habe. Er erklärt vielmehr: „Ist Licht kein Körper?“

Opticks und die Principia

Opticks unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von der Philosophiae Naturalis Principia Mathematica („Principia“). Das Buch wurde zuerst in englischer Sprache veröffentlicht und nicht in Latein, das europäische Philosophen normalerweise verwendeten, und trug zur Entwicklung einer „volkstümlicheren“ Wissenschaftsliteratur bei. Dies markiert einen bedeutenden Wandel in der Geschichte der englischen Sprache. Mit dem wachsenden Selbstvertrauen und dem Einfluss Großbritanniens auf die Welt, der zumindest teilweise von Leuten wie Newton ausgeht, wurde die englische Sprache schnell zur Sprache der Wissenschaft und Wirtschaft. Das Buch ist ein Beispiel populärwissenschaftlicher Exposition: Obwohl Newtons Englisch etwas veraltet ist und er eine Vorliebe für lange Sätze mit vielen Einschränkungen pflegt, ist das Buch selbst für einen modernen Leser immer noch leicht verständlich. Die Principa hingegen fanden viele zeitgenössische Leser schwer zugänglich oder nachvollziehbar. Sein formaler, aber flexibler Stil zeigt umgangssprachliche Ausdrücke und metaphorische Wortwahl.

Im Gegensatz zur Principia baut Opticks nicht auf Aussagen über geometrische Eigenschaften auf, die sich entweder von vorhergehenden Aussagen, Lemmata oder Grundbegriffen (oder Axiome) ableiten. Stattdessen definieren Axiome die Bedeutung von Fachbegriffen oder grundlegenden Eigenschaften von Materie und Licht, und die genannten Sätze werden anhand spezifischer, sorgfältig beschriebener Experimente demonstriert. Der erste Satz des Buches bekundet:

“My design in this book is not to explain the properties of light by hypotheses, but to propose and prove them by reason and experiments […].”

„Es ist nicht meine Absicht, in diesem Buche die Eigenschaften des Lichts durch Hypothesen zu erklären, sondern nur, sie anzugeben und durch Rechnung und Experiment zu bestätigen.“

In einem Experimentum crucis oder „Kreuzesversuch“ (Buch I, Teil II, Theorem ii) zeigte Newton, dass die Lichtfarbe seinem „Grad der Brechbarkeit“ (Brechungswinkel) entsprach und dass dieser Winkel nicht durch zusätzliche Reflexion oder Brechung oder durch das Durchleiten des Lichts durch einen Farbfilter verändert werden kann.

Im Gegensatz zur Principia, die über die deduktive Methode hinaus dem Prinzip Hypotheses non fingo folgt, entwickelt Opticks außerhalb der Deduktion Lichthypothesen, die über den experimentellen Beweis hinausgehen: Beispielsweise, dass das physikalische Verhalten von Licht auf dessen korpuskulare Natur aus kleinen Partikeln zurückzuführen sei oder dass wahrgenommene Farben harmonisch proportioniert sind wie die Töne einer diatonischen Tonleiter.

Rezeption

Opticks wurde ausgiebig in England und Kontinentaleuropa gelesen und diskutiert. Die Vorstellung der Arbeit bei der Royal Society führte zu einem Streit zwischen Newton und Robert Hooke über die Über die Ursache der Farben, die Newton veranlasste, die Veröffentlichung des Buchs bis nach dem Tod von Hooke im Jahr 1703 hinauszuschieben. Auf dem Kontinent und insbesondere in Frankreich wurden sowohl die Principia als auch Opticks zunächst von vielen Naturphilosophen abgelehnt, die weiterhin die kartesianische Naturphilosophie und die aristotelischen Ideen von Farbe verteidigten und behaupteten, Newtons Prismenexperimente seien schwer reproduzierbar. Tatsächlich wurde die aristotelische Theorie der fundamentalen Natur des weißen Lichts bis ins 19. Jahrhundert hinein verteidigt, etwa durch den deutschen Schriftsteller Johann Wolfgang von Goethe in dessen Werk „Zur Farbenlehre“ von 1810.

Die Newtonsche Wissenschaft wurde zu einem zentralen Thema beim Angriff der Philosophen im Zeitalter der Aufklärung gegen eine Naturphilosophie, die auf der Autorität der altgriechischen oder römischen Naturforscher oder auf der deduktiven Argumentation von ersten Prinzipien (die Methode des französischen Philosophen René Descartes), anstatt auf die Anwendung der mathematischen Argumentation zu Erfahrung oder Experiment. Voltaire machte 1738 die Newtonsche Wissenschaft in seinem Buch Elements de la philosophie de Newton bekannt. Erst ab etwa 1750 etablierte sich die Kombination der experimentellen Methoden der Opticks und der mathematischen Methoden aus Principia als einheitliches und umfassendes Modell der Newtonschen Wissenschaft. Einige der Anhänger dieser neuen Philosophie waren so prominente Persönlichkeiten wie Benjamin Franklin, Antoine Laurent de Lavoisier und Joseph Black.

Nach Newton wurden viele Theorien überarbeitet. Der englische Physiker Thomas Young und Augustin Jean Fresnel kombinierten Newtons Teilchentheorie mit der Wellentheorie des niederländischen Physikers Christiaan Huygens, um zu zeigen, dass Farbe die sichtbare Manifestation der Wellenlänge von Licht ist. Zunehmend erkannte die Wissenschaft den Unterschied zwischen Farbwahrnehmung und mathematisierbarer Optik.

Goethe konnte mit seiner Farbenlehre das Newtonsche Fundament nicht erschüttern, jedoch merkte der irische Naturwissenschaftler John Tyndall 1880 an:

“One hole Goethe did find in Newton's armour… Newton had committed himself to the doctrine that refraction without colour was impossible. He therefore thought that the object-glasses of telescopes must for ever remain imperfect, achromatism and refraction being incompatible. This inference was proved by Dollond to be wrong.”

„Goethe fand ein Loch in Newtons Rüstung… Newton hatte sich der Lehre verschrieben, dass eine Brechung ohne Farbe unmöglich sei. Er dachte daher, dass die Objektivlinsen von Teleskopen unvollkommen bleiben müssen, da Achromatismus und Brechung unvereinbar seien. Diese Schlussfolgerung wurde von Dollond widerlegt.“

Eine Übersetzung von Newtons Schüler Samuel Clarke in Schullatein erschien 1706.

Die erste Übersetzung des zweiten Buchs der Opticks ins Französische stammt wahrscheinlich von Étienne-François Geoffroy.

1898 übersetzte und veröffentlichte der Dresdner Konrektor William Abendroth eine deutsche Fassung der Opticks.

Opticks wurde mehrfach beim Auktionshaus Christie’s versteigert. Am 9. Oktober 2001 wurde ein Erlös von 64.625 US-Dollar und am 11. Juli 2018 von 81.250 Pfund Sterling erzielt.

Ausgaben

Originalausgaben

• Opticks: Or, a Treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. London 1704 (Digitalisat, Digitalisat) darin:
  • Enumeratio linearum tertii ordinis. S. 138–162 (Digitalisat) – über kubische Kurven.
    • Christopher Rice Mansel Talbot (Hrsg.): Sir Isaac Newton’s Enumeration of lines of the third order, generation of curves by shadows, organic description of curves, and construction of equations by curves. H. G. Bohn, London 1860 (Digitalisat).
  • Tractatus de quadratura curvarum. S. 163–211 (Digitalisat) – über seine Fluxionsrechnung.
• Opticks: Or, a Treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. 2., erweiterte Auflage, W. and J. Innys, London 1718 (Digitalisat).
  • 3., korrigierte Auflage, William and John Innys, London 1721 (Digitalisat).
  • 4., korrigierte Auflage, William Innys, London 1730 (Digitalisat) – postum.
    • Nachdruck der 4. Auflage: G. Bell and Sons, London 1931 – Vorwort von Albert Einstein, Einleitung von Edmund Taylor Whittaker.
    • Nachdruck der 4. Auflage: Dover Publications, New York 1952, SBN 486-60205-2 (PDF) – Vorwort von Albert Einstein, Einleitung von Edmund Taylor Whittaker.

Lateinische Übersetzungen

• Optice: sive de reflexionibus, refractionibus, inflexionibus & coloribus lucis libri tres. London 1706 (Digitalisat) – übersetzt von Samuel Clarke.
  • 2., vermehrte Auflage, Innys, London 1719 (Digitalisat, Digitalisat).
  • Neue Auflage, Bousquet, Lausanne / Genf 1740 (Digitalisat).
• Isaaci Newtoni Optices libri tres: accedunt ejusdem lectiones opticae, et opuscula omnia ad lucem et colores pertinentia, sumta ex transactionibus philosophicis. Widmanstetters Erben, Graz 1747 (Digitalisat).
  • Joannes Manfrè, Padua 1749 (Digitalisat).
    • 2. Auflage, Joannes Manfrè, Padua 1773 (Digitalisat).

Französische Übersetzungen

• Traité d’optique sur les réflexions, réfractions, inflexions, et couleurs de la lumière. 2 Bände, Pierre Humbert, Amsterdam 1720 (Band 1, Band 2) – übersetzt von Pierre Coste, nach der 2. Auflage.
  • 2. Auflage, Montalant, Paris 1722 (Digitalisat).
• Optique de Newton. 2 Bände, Paris 1787 (Band 1, Band 2) – übersetzt von Jean Paul Marat.

Deutsche Übersetzungen

• William Abendroth (Hrsg.): Sir Isaac Newton’s Optik oder Abhandlung über Spiegelungen, Brechungen, Beugungen und Farben des Lichts. (1704). (= Ostwalds Klassiker der exakten Wissenschaften Nr. 96 und 97). Wilhelm Engelmann, Leipzig 1898 (Digitalisat).

Russische Übersetzungen

• Лекции по оптике. Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Moskau / Leningrad 1946 – übersetzt von Sergei Iwanowitsch Wawilow.

In gesammelten Schriften

• Samuel Horsley (Hrsg.): Isaaci Newtoni opera quae exstant omnia. Band 4, London 1782, S. 1–264 (Digitalisat).

Moderne Ausgaben

• Isaac Newton: Opticks: or, a treatise of the reflexions, refractions, inflexions and colours of light. Also two treatises of the species and magnitude of curvilinear figures. Octavo, Palo Alto, Kalifornien 1998, ISBN 1-891788-04-3 (Kommentiert von Nicholas Humez). 

Literatur

• Peter R. Anstey: The methodological origins of Newton’s queries. In: Studies in History and Philosophy of Science. Part A. Band 35, Nr. 2, 2004, S. 247–269 (doi:10.1016/j.shpsa.2003.11.001).
• Jean-François Baillon: Two Eighteenth-Century Translators of Newton’s Opticks: Pierre Coste and Jean-Paul Marat. In: Enlightenment and Dissent. Nr. 25, 2009, S. 1–28 (PDF).
• Andrew Janiak: Queries to the Opticks [1721]. In: Andrew Janiak (Hrsg.): Isaac Newton: Philosophical Writings. Cambridge University Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-53848-3, S. 127–140 (doi:10.1017/CBO9780511809293.012)
• A. Rupert Hall: All was light. An introduction to Newton’s Opticks. Clarendon Press, Oxford 1993, ISBN 0-19-853985-1.
• Patrick Leech: How to do things with translation. Jean-Paul Marat’s of Newton’s Optics (1787). In: Mediazioni. Nr. 24, 2019, S. 1–15 (PDF).
• Dmitri Levitin: The Queries to the Optice (1706). An Intelligent God, the Divine Sensorium, and the Development of an Anti-Metaphysical Natural Theology. In: Dmitri Levitin: The Kingdom of Darkness. Bayle, Newton, and the Emancipation of the European Mind from Philosophy. Cambridge University Press, Cambridge 2022, ISBN 978-1-108-93415-2, S. 653–702 (doi:10.1017/9781108934152.014).
• Alan E. Shapiro: Twenty-Nine Years in the Making: Newton’s Opticks. In: Perspectives on Science. Band 16, Nr. 4, 2008, S. 417–438 (doi:10.1162/posc.2008.16.4.417).
• Alan E. Shapiro (Hrsg.): The optical papers of Isaac Newton. 2 Bände, Cambridge University Press, Cambridge 1984–2021:
  • Band 1: The optical lectures 1670–1672. Cambridge University Press, Cambridge 1984, ISBN 0-521-25248-2 (Digitalisat).
  • Band 2: The Opticks and related papers ca. 1688–1717. Cambridge University Press, Cambridge 2021, ISBN 978-0-521-30218-0.

Weblinks

Commons: Optics – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Papers on Hydrostatics, Optics, Sound and Heat. In: Cambridge University Library – Manuskript von Isaac Newton, das Entwürfe von Opticks enthält.
• Objects and histories. Isaac Newton: Opticks