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definition - Naturwissenschaft

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synonyms - Naturwissenschaft

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natur- (aff.)

freie Natur, Natur

Natur (n.f.)

natur-, naturgemäß, natürlich

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Wissenschaft (n.)



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Natur

                   
Dieser Artikel behandelt den Begriff der Natur; zur gleichnamigen Zeitschrift siehe Natur (Zeitschrift).
  Flusslauf in Estland

Natur (lat.: natura, von nasci „entstehen, geboren werden“, griech. semantische Entsprechung φύσις, physis, vgl. „Physik“) bezeichnet in der westlichen Philosophie als Vorstellung alles, was nicht vom Menschen geschaffen wurde. Der Begriff wird jedoch unterschiedlich und bisweilen widersprüchlich verwendet; was zur Natur gehört und was nicht, ist oft umstritten.

Man unterscheidet zwischen belebter Natur (biotisch, z. B. Pflanzen, Tiere) und unbelebter Natur (abiotisch, z. B. Steine, Flüssigkeiten, Gase). Die Begriffe „belebt“ beziehungsweise „unbelebt“ sind dabei eng mit den Begriffsklärungen von Lebewesen und Leben verbunden, und in den Kontext philosophischer oder weltanschaulicher Anschauungsweise eingebunden.

Inhaltsverzeichnis

  Natur als Gegenbegriff zur Kultur

In westlichen Kulturkreisen wird mit Natur im Allgemeinen das bezeichnet, was nicht vom Menschen geschaffen wurde, im Gegensatz zur (vom Menschen geschaffenen) Kultur.

Ob der Mensch selbst zur Natur gehört oder nicht, ist bereits nicht mehr gesellschaftlicher Konsens. Im ersten Fall spricht man auch von außermenschlicher Natur, um auszudrücken, dass Menschen ansonsten Teil der Natur sind, wobei sich der Naturbegriff damit dem Begriff Umwelt annähert.

Naturereignisse, Naturerscheinungen sind unter anderem Regen oder Gewitter, das Klima insgesamt. Dass auch diese natürlichen Phänomene längst nicht mehr von der Kultur des Menschen unbeeinflusst sind, passt nicht zu dieser tradierten Auffassung. Der menschliche Umgang mit der Natur wird immer häufiger zum Gegenstand einer Kritik an der Kultur, an Gesellschaftssystemen oder Regierungen.

Heute stellen sich in dieser Hinsicht mehr denn je kritische Fragen: ökologische Probleme wie Rohstoffverknappung und Umweltverschmutzung sind die Folgen der Übernutzung endlicher und erneuerbarer natürlicher Ressourcen. Ereignisse, die der Mensch nicht in den Griff bekommt, wie Erdbeben, Vulkanausbrüche und Ähnliches, sind im menschlichen Maßstab Naturkatastrophen. Die Forderung nach Eingriffen in das Naturgeschehen zum Schutz vor solchen Naturgefahren steht im Gegensatz zu der genannten Kulturkritik. Heute weiß man: Die Natur ist zerstörbar und kann sich in manchen Bereichen nicht aus eigener Kraft erneuern.

In unserem Sprachgebrauch vorhandene Wendungen wie „natürlich“ (selbstverständlich) oder „in der Natur der Sache“ verweisen auf die elementare Bedeutung des Begriffs Natur. Bereits in der Romantik war ein großes Interesse an der Natur - in Verbindung mit einer gesteigerten Hinwendung zu Innerlichkeit und Gefühlen – als Gegenbewegung zur Industrialisierung entstanden.

  Natur als philosophischer Begriff der westlichen Welt

Der umgangssprachliche Gebrauch von natürlich oder unnatürlich und Ausdrücke wie „es liegt in der Natur der Sache“ weisen auf eine erweiterte Bedeutung hin. Möglich sind hier Deutungen wie „von der Natur gegeben“ oder „Bestimmung“.

Augustinus von Hippo unterscheidet zwischen einer materialen und einer formalen Definition der Natur. Für ihn ist Natur Wesen (essentia) und Substanz (substantia). Die Theologie folgt seit jeher der Frage nach dem Verhältnis von Natur und übernatürlicher Gnade.

Eine ausführliche Debatte innerhalb des philosophischen Zweiges der Ästhetik befasst sich mit dem „Naturschönen“ (im Kontrast zum in der Kunst erschaffenen Schönen).

  Antike

In der antiken griechischen Philosophie war Natur gleichzusetzen mit "Wesen" und "innerem Prinzip". Bei den Naturphilosophen, Platon, den Stoikern und Neuplatonikern bezog sich der Begriff "Natur" (altgr. φύσις, physis) auf die Wohlgeordnetheit der Welt als Ganzes (altgr. κόσμος, kosmos = Kosmos). Aristoteles wandte den Begriff dagegen vornehmlich auf die Einzeldinge an. Natur ist bei ihm das, was die Bestimmung und den Zweck des Seienden ausmacht. Sie betrifft sowohl die den Dingen innewohnende Kraft (Dynamis, Energeia) als auch den diesen zugehörigen Ort und die damit verbundene Bewegung. "Leichtes" steigt nach oben, "Schweres" sinkt nach unten.[1] Die Antike kannte jedoch auch bereits den Gegensatz von Natur und Satzung (Gesetz, altgr. νόμος, nomos), wobei Satzung dasjenige meint, was vom Menschen gesetzt wurde.[2]

  Mittelalter

In der Scholastik wurde zwischen dem ewigen Schöpfergott, der "schaffenden Natur" (natura naturans) und der endlichen, "erschaffenen Natur" (natura naturata) unterschieden. Beides sind "strukturierende Prinzipien".[3]

  Neuzeit

Als sich die Naturwissenschaft herauszubilden begann, wurde die Natur zumeist als die Gesamtheit zweckfreier, ausgedehnter Körper angesehen, die den Naturgesetzen unterworfen sind. Die antike Auffassung, dass die Natur das Wesen und die Entwicklung des Seienden bestimme, hielt sich lediglich hinsichtlich der "Natur des Menschen", wurde jedoch in jüngerer Zeit immer wieder kontrovers diskutiert. Der Begriff Natur bezog sich zunehmend auf das, was vom menschlichen Bewusstsein erforscht, erkannt und beherrscht werden kann (und soll).[3]

  Diskurs seit 1990

Der heutige Diskurs um den Schutz der Natur bezieht sowohl die emotional erfassbare und mit ethischen Werten versehen Natur ein; als auch das rational abstrahierte "System Natur". Der Philosoph Ludwig Fischer sagt dazu:

„Wir bleiben darauf verwiesen, Natur als ein objektiv Vorgegebenes und als ein kulturell Konzeptioniertes zugleich denken zu müssen.“

Ludwig Fischer (Philologe)[4]

  Probleme der Definition von Natur

Als philosophischer Begriff (vgl. Naturphilosophie) ist das, was natürlich (der Natur entstammend) und was nicht natürlich ist, vom Verhältnis der Menschen zu ihrer Umwelt geprägt. In diesem Zusammenhang steht Umwelt für das Nicht-Ich, das außerhalb des Ego des Menschen ist.

Der Begriff Natur ist nicht wertfrei, so wird auch von Naturkatastrophen, Naturgefahren oder Ähnlichem gesprochen. Natur wird zur menschlichen Existenz in Beziehung gesetzt. Dieses Verhältnis ist vor allem durch emotional, ästhetisch und religiös wertende, normative Einstellungen bestimmt (Oldemeyer 1983).

  Natur als Nutzgegenstand

Die Kombination des anthropomorphen Naturverhältnisses der Frühzeit und des alttestamentlichen Menschenbildes, das dem Menschen gleichzeitig einen Beherrschungs- und Bewahrungsauftrag erteilt, führte in Europa seit dem Mittelalter zu einem technomorphen Naturverhältnis.

In der Aufklärung wurde die Natur dann vollständig dem Menschen zu seinen Zwecken nutzbar untergeordnet, und die Wildnis (Primärnatur) als noch zu Kultivierendes davon ausgeschieden. Diese technisch-utilitäre Einstellung wurde seit den naturphilosophischen Betrachtungen von Jean-Jacques Rousseau als Pervertierung des Naturzustandes aufgefasst und Natur sentimental gesehen, ohne jedoch die Trennung zwischen Mensch und „göttlicher Natur“ (Hölderlin) zu überwinden. Es manifestierte sich ein Verständnis, dass die „Natur als Gegenbegriff zur menschlichen Kultur und als einen sich selbst definierenden, untermenschlichen Gegenstand menschlicher Nutzung sah und teilweise noch sieht“, und zwar als „Grundlage und Rechtfertigung für eine hemmungslose Ausbeutung ohne normative Beschränkungen“ (Oldemeyer 1983).

  Natur als ästhetischer und symbolischer Gegenstand

Lebensweltlich wird Natur in vielfältiger Weise als ästhetischer und symbolischer Gegenstand wahrgenommen, z.B.

  1. wenn Lebewesen bestimmter Art mit symbolischen Bedeutungen verknüpft sind (z.B. rote Rosen, weiße Lilien, der Wolf, der Fuchs, die Schlange),[5][6][7]
  2. Lebewesen als regionales oder nationales Symbol dienen (wie der Adler in Deutschland, der Weißkopfseeadler in den USA und der Kiwi in Neuseeland),
  3. ein Gebiet als Landschaft oder Wildnis betrachtet wird[8][9][10][11][12] oder
  4. ein Naturphänomen Gegenstand der ästhetischen Kontemplation oder Imagination ist.[13][14]

  Integratives Naturverständnis

Auf Basis der Ökologie, die als biologische Teildisziplin gegen Ende des 19. Jahrhunderts entstand, und später der Kybernetik wurde die Natur als selbstregulierendes System begriffen. Es entstand das „Wir-Welt-Verhältnis“ (Oldemeyer 1983).

Mit der Popularisierung der Ökosystemforschung gewinnen seit den 80er Jahren des 20. Jahrhunderts mehr Menschen in den Industriestaaten die Einsicht, dass Natur nicht als Ganzes zu begreifen ist, sondern nur als ein offenes System, dessen Teil auch der Mensch mit seiner Kultur ist (integratives Verhältnis) (Oldemeyer 1983). Dies wird z. B. auch in der Definition der Arbeit deutlich, welche die Gesellschaft und die Natur im Systemzusammenhang nennt, wobei die Arbeitsprozesse vermittelnde Elemente und Abläufe sind, welche die Menschen wegen ihrer divergierenden Ziele nur offen gestalten können.

Abgeleitet davon wäre z. B. die Stadt, eine Kulturleistung des Menschen, als zweite Natur anzuerkennen. Die Stadt als Habitat (Lebensraum) des Menschen, die wir uns zunehmend lebensunwerter gestalten, erzeugt damit einen Bedarf nach einem diffusen Ideal von wilder oder unberührter Natur, nach Erholung. Dabei wird schlicht übersehen, dass auch vom Menschen stark überformte Bereiche (schützenswerte) Natur beinhalten. Diese integrative Naturauffassung schlägt sich aber in Fachkreisen, z. B. im Naturschutz, in der Ökologie, Stadtökologie etc., bereits nieder. Ludwig Klages bezeichnet als zweite Natur die rational durchformte bzw. „geistdurchsetzte“ Landschaft.

  Natur in der Wissenschaft

Innerhalb der Wissenschaft wird Natur sehr unterschiedlich konzipiert, meistens wird davon ausgegangen, dass sich die Naturwissenschaft mit der Natur oder zumindest einem Teil von ihr beschäftigt.

  • Die Humanwissenschaften in ihrer Beschäftigung mit dem Menschen zählen sich hierbei teils den Naturwissenschaften, teils den Geisteswissenschaften zugehörig.
  • Die Ingenieurswissenschaften nähern sich allgemein der Technik, die sich im Gegensatz einer Auseinandersetzung mit Natur sieht.
  • Die Naturwissenschaft Ökologie befasst sich mit Natur im Hinblick auf lebende Organismen und deren Umweltbeziehungen.

Der Umgang mit dem Begriff muss aber in der Wissenschaftsphilosophie als sehr kontrovers dargestellt werden. Schematisch können drei vorherrschende Grundtypen von Rollen für den Begriff Natur in den wissenschaftlichen Konzepten im Hinblick auf ihr Verhältnis zum Sein unterschieden werden:

  • Natur wird mit dem Sein identifiziert: So lautet die entsprechende ontologische Behauptung: „Alles, was ist, ist die eine Natur.“ Diese Positionierung wird in der Philosophie als Naturalismus bezeichnet.
  • Natur wird als Teil des Seins, oder der Wirklichkeit, anderen Teilen gegenübergestellt. Andere Teile werden dann oft Kultur oder Geist genannt.
  • Natur wird in ihrer objektiven Existenz negiert: „Es gibt keine Natur.“ Diese häufig im Konstruktivismus zu findende Position subsumiert Natur unter kognitive oder soziale Konstruktionen oder Phänomene, von denen sie sich dann qualitativ nicht unterscheidet.

  Siehe auch

  Einzelnachweise

  1. Anton Hügli, Poul Lübke (Hrsg.): Philosophielexikon. Reinbek bei Hamburg 1997, S. 444f.
  2. Der Brockhaus: Philosophie: Ideen, Denker und Begriffe. Leipzig/ Mannheim 2004, S. 225.
  3. a b Anton Hügli, Poul Lübke (Hrsg.): Philosophielexikon. Reinbek bei Hamburg 1997, S. 445.
  4. Ludwig Fischer 2004, zitiert nach: Reinhard Piechocki: Landschaft, Heimat, Wildnis. 2010, S. 27.
  5. Lothar Dittrich, Sigrid Dittrich: Lexikon der Tiersymbole: Tiere als Sinnbilder in der Malerei des 14.-17. Jahrhunderts. Imhof, Petersberg 2005.
  6. B. Elitzer, A. Ruff, L. Trepl, V. Vicenzotti: Was sind wilde Tiere? What makes a wild animal? In: Berichte der ANL. 29 2005, S. 51–60.
  7. Clemens Zerling: Lexikon der Tiersymbolik: Mythologie. Religion. Psychologie. Drachen, 2012.
  8. Rainer Piepmeier: Das Ende der ästhetischen Kategorie 'Landschaft'. 1980, S. 8–46. (Westfälische Forschungen 30).
  9. Manfred Smuda (Hrsg.): Landschaft. Suhrkamp, Frankfurt/M. 1986.
  10. Thomas Kirchhoff, Ludwig Trepl (Hrsg.): Vieldeutige Natur. Landschaft, Wildnis und Ökosystem als kulturgeschichtliche Phänomene. transcript, Bielefeld 2009.
  11. Ludwig Trepl: Die Idee der Landschaft. 2010.
  12. Thomas Kirchhoff, Vera Vicenzotti, Annette Voigt (Hrsg.): Sehnsucht nach Natur. Über den Drang nach draußen in der heutigen Freizeitkultur. transcript, Bielefeld 2012.
  13. Jörg Zimmermann: Zur Geschichte des ästhetischen Naturbegriffs. In: Ders. (Hrsg.): Das Naturbild des Menschen. Fink, München 1982, S. 118–154.
  14. Martin Seel: Eine Ästhetik der Natur. Suhrkamp, Frankfurt/M. 1991.

  Literatur

  •  Klaus Eder: Die Vergesellschaftung der Natur. Studien zur sozialen Evolution der praktischen Vernunft. Suhrkamp, Frankfurt am Main 1988, ISBN 3-518-28314-6.
  • Ludwig Fischer (Hrsg.): Projektionsfläche Natur. Zum Zusammenhang von Naturbildern und gesellschaftlichen Verhältnissen. Hamburg University Press, Hamburg 2004, ISBN 3-937816-01-1.
  •  Antje Flade: Natur psychologisch betrachtet. Huber, Bern 2010, ISBN 978-3-456-84877-8.
  •  Karen Gloy: Das Verständnis der Natur. In: Die Geschichte des wissenschaftlichen Denkens. Band 1, Beck, München 1995, ISBN 3-406-38550-8.
  •  Karen Gloy: Das Verständnis der Natur. In: Die Geschichte des ganzheitlichen Denkens. Band 2, Beck, München 1996, ISBN 3-406-38551-6.
  •  Brian Greene: Der Stoff, aus dem der Kosmos ist. München 2004, ISBN 3-88680-738-X.
  •  Götz Großklaus, Ernst Oldemeyer (Hrsg.): Natur als Gegenwelt – Beiträge zur Kulturgeschichte der Natur. Loeper, Karlsruhe 1983, ISBN 3-88652-010-2.
  •  Thomas Sören Hoffmann: Philosophische Physiologie. Eine Systematik des Begriffs der Natur im Spiegel der Geschichte der Philosophie. Bad Cannstatt 2003, ISBN 3-7728-2204-5.
  • Thomas Kirchhoff, Ludwig Trepl (Hrsg.): Vieldeutige Natur. Landschaft, Wildnis und Ökosystem als kulturgeschichtliche Phänomene. Transcript, Bielefeld 2009, ISBN 978-3-89942-944-2.
  • Lothar Schäfer, Elisabeth Ströker (Hrsg.): Naturauffassungen in Philosophie, Wissenschaft, Technik. Alber, Freiburg/ München
  • Alfred Schmidt: Der Begriff der Natur in der Lehre von Marx, 4. überab. und erw. Auflage, mit einem neuen Vorwort von Alfred Schmidt. Europäische Verlagsanstalt, Hamburg 1993, ISBN 3-434-46209-0.
  • Robert Spaemann: Natur. In: H. Krings, H. M. Baumgartner, C. Wild (Hrsg.): Handbuch philosophischer Grundbegriffe. Band II: Gesetz – Relation. Kösel & Pustet, München 1973, ISBN 3-466-40052-X, S. 956–969.
  •  Edward O. Wilson: Die Zukunft des Lebens. Berlin 2002, ISBN 3-88680-621-9.

  Weblinks

Wikibooks Wikibooks: Natur – Lern- und Lehrmaterialien
 Wikiquote: Natur – Zitate
Wiktionary Wiktionary: Natur – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
   
               

Naturwissenschaft

                   
Dieser Artikel behandelt das Fachgebiet; zu den anderen Bedeutungen siehe Naturwissenschaft (Begriffsklärung).
  Deckenfresko von Bartolomeo Altomonte im Stift Admont. Dargestellt sind Medizin, Arzneikunde, Anatomie, Architektur, Mathematik, Geographie, Astronomie, Geologie und Physik.

Unter dem Begriff Naturwissenschaften werden empirisch arbeitende Wissenschaften zusammengefasst, die sich mit der Erforschung der Natur befassen. Naturwissenschaftler beobachten, messen und analysieren die Zustände und das Verhalten der Natur durch Methoden, die die Reproduzierbarkeit ihrer Ergebnisse sichern sollen, mit dem Ziel, Regelmäßigkeiten zu erkennen. Neben der Erklärung der Naturphänomene ist eine der wichtigsten Aufgaben der Naturwissenschaft die Natur nutzbar zu machen.[1] Die Naturwissenschaften bilden so z. B. die theoretischen Grundlagen für Technik, Medizin oder Umweltschutz.

Im 17. Jahrhundert gelang den Naturwissenschaften im Zusammenhang mit der Epoche der Aufklärung der entscheidende Durchbruch in den intellektuellen Gesellschaftsschichten. Dies löste eine wissenschaftliche Revolution aus, die im 18. Jahrhundert mit vielen neuen Entdeckungen und Erfindungen zum industriellen Zeitalter führte und die Gesellschaft vor allem in der westlichen Welt stark veränderte. Bis heute hat sie den allgemeinen Wissenschaftsbetrieb so stark geprägt, dass in der Soziologie von einer naturwissenschaftlichen und technischen Gesellschaft gesprochen wird.

Teilgebiete der Naturwissenschaften sind unter anderem Astronomie, Physik, Chemie, Biologie, sowie einige Umweltwissenschaften wie Geologie .

Inhaltsverzeichnis

  Einordnung als Wissenschaft und Abgrenzung

Nach klassischer Auffassung können die Naturwissenschaften neben den Geisteswissenschaften und den Sozialwissenschaften eingeordnet werden. Aufgrund der Entstehung einer Vielfalt von neuen Wissenschaftszweigen in der Moderne herrscht über eine allgemeine Klassifizierung der Einzelwissenschaften kein Konsens. Die Einordnung erweist sich vor allem aufgrund vieler Überschneidungen verschiedener Wissenschaftsgebiete als sehr schwierig. Die Naturwissenschaften gehören zu den empirischen Wissenschaften und zeichnen sich vor allem durch ihren Forschungsgegenstand – die belebte und unbelebte Materie – sowie ihren mathematischen Zugang aus, weshalb sie oft als exakte Wissenschaften bezeichnet werden. Die Mathematik ist ebenfalls eine exakte Wissenschaft, umfasst aber mit ihrer Untersuchung von abstrakten Strukturen sowohl Bereiche der Geisteswissenschaften als auch der Naturwissenschaften. Aus diesem Grund wird sie oft neben der Informatik den Strukturwissenschaften zugeordnet.

Naturwissenschaftliche Forschung beschäftigt sich vor allem mit Fragestellungen, die durch Untersuchung von gesetzmäßigen Zusammenhängen in der Natur beantwortet werden können. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Beschreibung des Vorgangs selbst und nicht etwa bei einer Sinnfindung. Vereinfacht kann es mit der Frage nach dem Wie anstatt des Wozu dargestellt werden. Die Fragestellung Warum gibt es Regen? findet nicht etwa mit Damit Pflanzen wachsen können ihre Erklärung, sondern wird objektiv beantwortet: Weil Wasser verdunstet, aufsteigt, sich in Wolken sammelt und schließlich kondensiert, was zum Niederschlag führt. Die Naturwissenschaft beantwortet also in erster Linie keine teleologischen (nach dem Zweck oder Ziel ausgerichteten) Fragen, sondern führt die untersuchten Vorgänge auf Naturgesetze oder auf schon bekannte Sachverhalte zurück. Insoweit dies gelingt, wird der Naturwissenschaft nicht nur ein beschreibender, sondern auch ein erklärender Charakter beigemessen.

  Geschichte der Naturwissenschaft

  Naturphilosophie der Antike

  Darstellung des Ptolemäischen Weltbilds von Andreas Cellarius (1660)

Naturwissenschaftliche Erkenntnis nahm einerseits in der handwerklichen und technischen Betätigung und andererseits in der geistigen Überlieferung der gelehrten Tradition des Menschen ihren Anfang.[2] Naturbeobachtungen altertümlicher Kulturen – insbesondere in der Astronomie – brachten oft zwar zutreffende quantitative und qualitative Aussage hervor, wurden aber vorwiegend – wie etwa in der Astrologie – mythologisch gedeutet. Entscheidende Forstschritte brachte die griechische Naturphilosophie mit der Entwicklung einer Methodik, die sich an der Philosophie und der Mathematik orientierte. Die wahrnehmbare Welt dachte man sich wie etwa in der Vier-Elemente-Lehre als Zusammensetzung der „Elemente“ Feuer, Luft, Wasser und Erde und beschreib verschiedene Umwandlungsprozesse. Auch die Vorstellung von kleinsten, unteilbaren Teilchen (Atomismus), aus denen die ganze Welt zusammengesetzt sei, wurde entwickelt. Schon lang bekannte periodische Bewegungen der Himmelskörper wurden geometrisch interpretiert und die Vorstellung eines Weltensystems entwickelt, in dem sich die Sonne, der Mond und die damals bekannten Planeten auf Kreisbahnen um die ruhende Erde in der Mitte bewegten (geozentrisches Weltbild).[3] Die Kugelgestalt der Erde wurde vermutet und spätestens von Aristoteles stichhaltig begründet,[4] das Zustandekommen von Sonnen- und Mondfinsternissen erklärt, relative Abstände von Erde, Sonne und Mond abgeschätzt und sogar durch eine Winkelmessung und geometrische Überlegungen der Erdumfang recht genau bestimmt.[5]

Im Römischen Reich wurden die intellektuellen Errungenschaften der griechischen Kultur zum größten Teil übernommen, gingen aber mit dem Zerfall des Reiches im 5. Jahrhundert n. Chr. zum größten Teil verloren. Im mittelalterlichen Europa konnten sich die Naturwissenschaften unter dem Primat der Theologie und der Philosophie sowohl in der christlichen als auch in der islamischen Welt nur langsam und im Rahmen der weltanschaulichen Prämissen entwickeln.

  Kopernikanische Wende und naturwissenschaftliche Revolution

  Kupferstich aus dem Jahr 1597 von Robert Boissard. Die lateinische Inschrift bedeutet: „Copernicus lehrt nicht, dass die Bahnen des Himmels unstet wären, vielmehr legt er dar, dass die Kreisbahn der Erde unstet sei.“

Erst im Zuge der Renaissance, die verschiedene geistesgeschichtliche Veränderungen mit sich brachte, trat wieder ein größeres Interesse an der Naturbeobachtung auf. Durch die Annäherung der Wissenschaft an die handwerkliche Tradition in der empirischen Methode wurden auf sämtlichen Gebieten neue Erkenntnisse gemacht.[6] Die gegenseitige Wechselwirkung von Alchemie und Medizin bereicherte beide Disziplinen in der Entwicklung zu empirischen Wissenschaften. Das Experiment als Ausgangspunkt der Naturforschung begann sich mit Francis Bacon und Galileo Galilei durchzusetzen. Besonders die Korrektur des alten Julianischen Kalenders und die Navigation in der Schifffahrt erforderte eine intensive Betätigung in der Astronomie.[7] Nikolaus Kopernikus entwickelte ausgehend von einer Bewegung der Erde um die Sonne ein vereinfachtes, mathematisches Modell, das die von der Erde kompliziert erscheinenden Himmelsbahnen der Planeten erklärte und gegenüber dem ptolemäischen System eine leichtere Berechnung der Positionen ermöglichte.[8] Dieses neue Weltsystem setzte sich jedoch gegenüber dem geozentrischen Weltbild erst durch, nachdem Johannes Kepler aus genauen Messungen von Tycho Brahe elliptische Umlaufbahnen der Erde und der anderen Planeten feststellte und Isaac Newton diese durch sein Gravitationsgesetz theoretisch bestätigen konnte. Für diese revolutionären Entdeckungen des 16. und 17. Jahrhunderts wurde der Begriff der kopernikanischen Wende geprägt. In derselben Zeitperiode setzen Wissenschaftshistoriker auch die naturwissenschaftliche Revolution als Wegbereiter für die moderne Naturwissenschaft an.

  Moderne Naturwissenschaft

Über eine präzise Definition und den zeitlichen Beginn der modernen Naturwissenschaft sind sich Fachleute nicht einig. Oft wird in Überschneidung mit der naturwissenschaftlichen Revolution als zeitlicher Rahmen etwa das 17. Jahrhundert für den Beginn der modernen Naturwissenschaft angegeben. Als wichtige Merkmale werden professionalisierter Wissenschaftsbetrieb, die Entwicklung und Anwendung naturwissenschaftlicher Methodik und später die Herausbildung von Fachbereichen durch Spezialisierung angesehen.

Mit der Gründung von naturwissenschaftlichen Gesellschaften, Akademien und neuen Universitäten begann die Etablierung einer eigenständigen wissenschaftlichen Tradition in Europa. In Frankreich widmeten sich Gelehrte – beeinflusst durch Descartes' rationalistischer Philosophie – der theoretischen Beschreibung von Naturphänomenen unter Betonung der deduktiven Methode. In England dagegen galt das Interesse aufgrund Bacons Einfluss der empirischen Methode, weshalb man sich durch das Experiment vermehrt technischen Herausforderungen stellte.[9] Dies wird auch als einer der Gründe angesehen, warum die Industrielle Revolution in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts ihren Anfang in England nahm. Zahlreiche bahnbrechende Entdeckung und Erfindungen leiteten einen unverkennbaren gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel ein, der sich in den folgenden Jahrzehnten auf das europäische Festland und Amerika ausbreitete.

Mit der starken Zunahme an Wissen seit dem 18. Jahrhundert konnte schrittweise ein Grundverständnis über den Aufbau der empirisch zugänglichen Welt erarbeitet werden, was eine Einteilung der Naturwissenschaften in Fachbereiche wie Biologie, Chemie, Geologie und Physik möglich machte. Obwohl sich Unterschiede in der Methodik der Fachrichtungen entwickelten, beeinflussten und ergänzten sie sich gegenseitig. Die in der Biologie untersuchten Stoffwechselprozesse konnten beispielsweite durch die organische Chemie erklärt und näher erforscht werden. Des Weiteren lieferten moderne Atomtheorien der Physik Erklärungen zum Aufbau der Atome und trugen so in der Chemie zu einem besseren Verständnis der Eigenschaften von Elementen und chemischen Bindungen bei. Darüber hinaus entwickelten sich Fachbereiche wie Medizin, Agrar- oder Ingenieurwissenschaften, die Anwendungsmöglichkeiten für das theoretische Wissen erarbeiteten.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts erlebte die Physik einen bemerkenswerten Umbruch, der gravierende Folgen für das Selbstverständnis der Naturwissenschaft haben sollte. Mit der Begründung der Quantentheorie stellten Max Planck und Albert Einstein fest, dass Energie – besonders auch in Lichtwellen – nur in diskreten Größen vorkommt, also gequantelt ist. Des Weiteren entwickelte Einstein die spezielle (1905) und die allgemeine Relativitätstheorie (1915), die zu einem neuen Verständnis von Raum, Zeit, Gravitation, Energie und Materie führte. Eine weitere Umwälzung markiert die in den 1920er und 30er Jahren begründete Quantenmechanik, die bei der Beschreibung von Objekten auf atomarer Ebene markante Unterschiede zur klassischen Vorstellung der Atome aufweist. Dort stellte man fest, dass bestimmte Eigenschaften von Teilchen nicht gleichzeitig beliebig genau gemessen werden können (Heisenbergsche Unschärferelation) und beispielsweise Elektronen eines Atoms nicht genau lokalisiert, sondern nur in gewissen Wahrscheinlichkeiten über ihren Aufenthaltsort beschrieben werden können. Diese Entdeckungen entziehen sich größtenteils der menschlichen Anschauung, entfalten aber ihre große Aussagekraft in ihrer mathematischen Formulierung und sind für zahlreiche Anwendungen der modernen Technik von großer Bedeutung.

Im Zweiten Weltkrieg und in der Zeit des Kalten Kriegs wurde naturwissenschaftliche Forschung – insbesondere die Nukleartechnik – stark forciert, weil sie Voraussetzung für eine technische und militärische Überlegenheit der Großmächte war. Seit dem hat sich für den massiven Ausbau von Forschungseinrichtungen der Begriff der Großforschung etabliert.

  Methoden

Die Methoden der Naturwissenschaften, sowie ihre Voraussetzungen und Ziele, werden in der Wissenschaftstheorie erarbeitet und diskutiert. Sie basieren hauptsächlich auf Mathematik, Logik und Erkenntnistheorie, aber auch auf kulturell geprägten methodischen und ontologischen Vorannahmen,[10] die Gegenstand naturphilosophischer Reflexion sind.[11]

  Metaphysische und erkenntnistheoretische Prämissen

Die Zielsetzung der Naturwissenschaften – die Erforschung der Natur – setzt als metaphysische Grundannahme voraus, dass die Natur existiert, und dass natürliche Vorgänge gesetzmäßig ablaufen.[12][13] Weiterhin gehen Naturwissenschaftler von der erkenntnistheoretischen Prämisse aus, dass die systematische Generierung von Wissen über die Natur innerhalb bestimmter Grenzen möglich ist.[14] Zu der Frage, wo genau diese Grenzen liegen, gibt es verschiedene Standpunkte, deren gängigste Varianten grob in zwei Gruppen aufgeteilt werden können, die empiristische Position und die Position des wissenschaftlichen Realismus.[15] Empiristen gehen davon aus, dass sich die Möglichkeit wissenschaftlicher Erkenntnis auf empirische Beobachtungen beschränkt.[15] Theorien bzw. Modelle ermöglichen hingegen dem Empirismus zufolge keine Aussagen über die Natur. Eine mit dieser Auffassung verbundene Schwierigkeit ist die Abgrenzung zwischen empirischer Beobachtung und theoretischen Aussagen, da die meisten Beobachtungen in den Naturwissenschaften indirekt sind.[16] Beispielsweise sind elektrische Felder, Atome, Quasare oder DNA-Moleküle nicht direkt beobachtbar, vielmehr lassen sich die Eigenschaften dieser Objekte nur unter Anwendung komplexer experimenteller Hilfsmittel ableiten, wobei der theoretischen Interpretation der gemessenen Daten eine unverzichtbare Rolle zukommt.

Wissenschaftliche Realisten vertreten hingegen den Standpunkt, dass wissenschaftliche Theorien bzw. die aus Theorien abgeleiteten Modelle eine zwar idealisierte, aber doch näherungsweise zutreffende Beschreibung der Realität zulassen. Demnach existieren beispielsweise DNA-Moleküle wirklich, und die gegenwärtigen Theorien zur Vererbung sind näherungsweise korrekt, was jedoch zukünftige Erweiterungen oder auch partielle Änderungen dieser Theorien nicht ausschließt. Wissenschaftliche Realisten betrachten ihre Aussagen also als das am besten abgesicherte verfügbare Wissen über die Natur, erheben aber nicht den Anspruch auf die Formulierung uneingeschränkt gültiger und letzter Wahrheiten. Manche Kritiker des wissenschaftlichen Realismus - einflussreich war hier insbesondere die Positivismus-Bewegung des beginnenden 20. Jahrhunderts - lehnen jegliche Metaphysik als spekulativ ab. Andere Kritiker weisen auf spezifische erkenntnistheoretische Probleme des wissenschaftlichen Realismus hin, darunter insbesondere das Problem der Unterbestimmtheit von Theorien.[17][18]

  Empirie und Experiment

Hauptartikel: Empirie und Experiment
  Der zurückgelegte Abstand des fallenden Balles nimmt mit der Zeit quadratisch zu – der Ball wird also beschleunigt.

Um objektive Erkenntnisse über das Verhalten der Natur zu gewinnen, werden entweder Versuche durchgeführt oder schon stattfindende Prozesse in der Natur intensiv beobachtet und dokumentiert. Bei einem Experiment wird ein Vorgang oft unter künstlich erzeugten Bedingungen im Labor durchgeführt und mit Hilfe verschiedener Messvorrichtungen quantitativ analysiert. In der Feldforschung werden dagegen natürlich ablaufende Prozesse empirisch untersucht oder stichprobenartige Befragungen erhoben. Das Experiment oder die Naturbeobachtung kann überall auf der Welt ort- und zeitunabhängig – sofern sie unter gleichen, relevanten Bedingungen durchgeführt wird – wiederholt werden und muss im Rahmen der Messgenauigkeit zu gleichen Ergebnissen führen (Reproduzierbarkeit). Der empirische Ansatz ist vor allem seit seiner theoretischen Beschreibung durch Francis Bacon und der praktischen Anwendung durch Galileo Galilei ein wichtiger Pfeiler der Wissenschaftstheorie und garantiert, dass Forschungsergebnisse unabhängig überprüft werden können und so dem Anspruch auf Objektivität gerecht werden.

Oft widersprechen empirische Tatsachen der alltäglichen Erfahrung. Beispielsweise scheinen leichte Gegenstände wie ein Blatt Papier immer langsamer zu Boden zu fallen als schwere wie etwa ein Stück Metall. So vertrat Aristoteles die Auffassung, dass jeder physikalische Körper seinen natürlichen Ort habe, den er zu erreichen suche. Schwere Körper würden fallen, weil ihr natürlicher Platz unten sei. Er nahm an, dass jeder Körper mit gleichbleibender Geschwindigkeit fällt, die von seiner Masse abhängt. Galilei fragte jedoch nicht zuerst nach dem Grund des Falls, sondern untersuchte den Vorgang selbst, indem er die Fallzeit, die Fallhöhe und die Geschwindigkeit verschiedener Körper erfasste und ins Verhältnis setzte. So stelle er unter anderem fest, dass die Fallzeit nicht von der Masse der Körpers – wie früher vermutet – sondern von seiner Form und damit von der auftretenden Luftreibung abhängt. Lässt man also ein Tischtennisball und eine genauso große Bleikugel aus derselben Höhe fallen, stellt man im Gegensatz zu einer intuitiven Vermutung fest, dass beide zur selben Zeit auf dem Boden ankommen.

Die Aussagekraft des Experiments hängt von verschiedenen Faktoren ab. Bei Verwendung eines Messgeräts muss seine Genauigkeit bekannt sein, um überhaupt einschätzen zu können, wie zuverlässig die damit gemessenen Daten sind (Reliabilität). Auch das ganze Experimentkonzept muss auf seine Validität geprüft und die Ergebnisse oft mit statistischen Verfahren ausgewertet werden, um zu entscheiden, ob das Ergebnis tatsächlich einen Sachverhalt rechtfertigen kann. Schon Galilei war sich der Ungenauigkeit seiner Instrumente und der damit verbundenen Messunsicherheit bewusst.[19] Aus diesem Grund verbesserte er seine Messungen, indem er die zum freien Fall analoge Bewegung auf der schiefen Ebene untersuchte.

  Induktion

Hauptartikel: Induktion (Philosophie)

Bei Anwendung der Induktionsmethode wird aus der Untersuchung eines Phänomens auf eine allgemeine Erkenntnis geschlossen. Die empirischen Daten werden ausgewertet und auf allgemein beschreibbare Vorgänge untersucht. Liegen quantitative Messergebnisse vor, wird nach mathematischen Zusammenhängen der gemessenen Größen gesucht. Im obigen Beispiel des freien Falls fand Galilei eine lineare Beziehung zwischen der Zeit und der erreichten Geschwindigkeit des fallenden Körpers, die in der konstanten Erdbeschleunigung ihren Ausdruck findet.

Obwohl die induktive Folgerung in der Naturwissenschaft oft angewendet wird, ist sie in der Wissenschaftstheorie umstritten (Induktionsproblem). Schon Galileo waren Schwierigkeiten des Ansatzes bekannt.[20] David Hume legte ausführlich dar, dass für die Rechtfertigung eines allgemeinen Gesetzes Erfahrung alleine nicht ausreiche.[21] Es wäre beispielsweise fatal, aus der Wachstumsgeschwindigkeit eines Kindes auf dessen Größe im Erwachsenenalter schließen zu wollen. Deswegen wurden (etwa von Rudolf Carnap) Versuche unternommen, die Aussagekraft von induktiven Schlüssen abzuschwächen, indem man ihrer Gültigkeit einen Wahrscheinlichkeitswert beigemessen hat, der aufgrund empirischer Erfahrung bestehen soll. Auch solche Ansätze werden von Vertretern des kritischen Rationalismus wie Karl Popper abgelehnt, da sie sich entweder auf A-Priori-Annahmen stützen oder in ihrer Argumentation zum unendlichen Regress führen und das ursprüngliche Induktionsproblem nicht lösen.[22]

  Deduktion

Hauptartikel: Deduktion

Die Methode der Deduktion bezeichnet eine logische Schlussfolgerung aus einer als wahr angenommenen Hypothese. Wird eine bestimmte Gesetzmäßigkeit in der Natur vermutet, können aus dieser deduktiv verschiedene Aussagen hergeleitet und wiederum empirisch überprüft werden. Wieder kann dieser Prozess am freien Fall veranschaulicht werden. Aus der Vermutung, dass die Geschwindigkeit des fallenden Körpers direkt proportional zu seiner Fallzeit ist, kann man mathematisch folgern, dass die zurückgelegte Strecke des Körpers quadratisch mit der Zeit zunimmt. Diese Schlussfolgerung kann nun experimentell überprüft werden und erweist sich als richtig, wobei sich die angenommene Hypothese bewährt. Anschaulich wird das Ergebnis in einer Reihe von periodisch erfolgten Momentaufnahmen eines fallenden Gegenstands. Der Körper legt mit jeder Aufnahme jeweils eine längere Strecke zurück, was die Hypothese einer konstanten Fallgeschwindigkeit von Aristoteles anschaulich widerlegt.

Eine weitere Beobachtung ist, dass leichte Körper mit einer großen Oberfläche wie etwa eine Feder viel langsamer fallen. Es stellt sich die Vermutung auf, dass diese Tatsache auf die Luftreibung zurückzuführen ist. Um dies deduktiv zu überprüfen, lässt sich ein Fallexperiment in einem evakuierten Glaszylinder durchführen, was Robert Boyle 1659 gelang. Er demonstrierte, dass beliebige Körper unterschiedlicher Masse, etwa eine Feder und ein Stein, im Vakuum beim Fall aus gleicher Höhe gleichzeitig den Boden erreichten.

Es gibt verschiedene Methoden, um Schlussfolgerungen deduktiv aus schon bekannten Daten oder Gesetzen zu ziehen. Wichtig sind auch Modelle, die angeben, wie zuverlässig diese sind. Wenn aus bestimmten Gründen das Verhalten eines Systems in einem Bereich nicht untersucht werden kann, aber trotzdem Aussagen für die Entwicklung des Systems mit Hilfe von bekannten Gesetzmäßigkeiten getroffen werden, wird von Extrapolation gesprochen. So lassen sich beispielsweise Wahlergebnisse schon vor der Wahl abschätzen (Hochrechnung), indem man aus stichprobenartigen Befragungen relativ repräsentative Werte erhält. Wird hingegen eine Aussage über den Zustand eines Systems getroffen, der nicht direkt untersucht wurde, aber im Bereich des schon bekannten Verhaltens des Systems liegt, spricht man von Interpolation. Gewinnt man deduktiv eine Aussage über ein Ereignis, das in der Zukunft stattfinden soll, so spricht man auch von der Vorhersagbarkeit. Ein solches Beispiel ist die Berechnung der Daten und Uhrzeiten von Mond- und Sonnenfinsternissen aus den Bewegungsgleichungen der Himmelskörper.

  Verifikation und Falsifikation

  Die zunächst plausibel erscheinende Aussage Alle Schwäne sind weiß wird durch ein Gegenbeispiel falsifiziert
Hauptartikel: Verifikation und Falsifikation

Im Gegensatz zur Mathematik können Aussagen, Gesetze oder Theorien in der Naturwissenschaft nicht endgültig bewiesen werden. Stattdessen spricht man im Falle eines positiven Tests von einem Nachweis. Wenn eine Aussage oder Theorie durch viele Befunde untermauert wird und keine Belege für das Gegenteil existieren, gilt sie als wahr. Sie kann jedoch jederzeit widerlegt (Falsifikation) oder in ihrem Gültigkeitsbereich eingeschränkt werden, wenn neue Forschungsergebnisse entsprechende Resultate vorweisen können. Ob eine Theorie verifizierbar d. h. endgültig als wahr befunden werden kann, wird in der Wissenschaftstheorie kontrovers diskutiert. Karl Popper führt in seinem Werk Logik der Forschung ein bekanntes Beispiel an, um die Möglichkeit der Verifizierung von Theorien kritisch zu veranschaulichen. Die Hypothese Alle Schwäne sind weiß soll verifiziert werden. Vertreter des logischen Empirismus würden die Richtigkeit der Aussage aus der empirischen Tatsache folgern, dass alle ihnen bekannten Schwäne weiß seien. Nun haben sie aber nicht alle existierenden Schwäne gesehen und kennen ihre Anzahl auch nicht. Deswegen können sie weder davon ausgehen, dass die Hypothese wahr sei, noch Aussagen über die Wahrscheinlichkeit ihrer Richtigkeit treffen. Die Ursache des Problems der Verifizierung liege also ursprünglich bereits in dem Induktionsschritt Viele uns bekannte Schwäne sind weißAlle Schwäne sind weiß. Aus diesem Grund lehnt Popper die Verifizierbarkeit einer Theorie als unwissenschaftlich ab.[23] Theorien sollen stattdessen nie als endgültig angesehen, sondern immer hinterfragt werden, wobei sie sich entweder bewährt halten oder zuletzt doch falsifiziert werden.

  Reduktion

Hauptartikel: Reduktionismus

Sind mehrere Gesetzmäßigkeiten über Vorgänge in der Natur bekannt, kann angenommen werden, dass sie voneinander abhängig sind, beispielsweise eine gemeinsame Ursache haben und damit auf ein allgemeines Prinzip reduziert werden können. Durch dieses Vorgehen kann eine wachsende Anzahl an Sachverhalten auf einfache Mechanismen oder Gesetze zurückgeführt werden. Eine beeindruckende Reduktion gelang Isaac Newton mit der Formulierung seines Gravitationsgesetzes. Zwei Körper üben auf sich gegenseitig eine Kraft aus, die von ihren Massen und ihrem Abstand abhängt. Die Schwerkraft, die den Fall eines Steines auf den Boden bewirkt, kann also mit genau demselben Gesetz beschrieben werden, wie die Anziehungskraft zwischen Sonne und Erde. Viele andere Beobachtungen, wie etwa das von Newton als erstes richtig erklärte Phänomen der Gezeiten, sind ebenfalls auf das Gravitationsgesetz zurückzuführen. Seither hat sich die Reduktion bewährt und ist vor allem für die Physik von großer Bedeutung geworden. Bis zu welchen Grenzen und in welchen Wissenschaften diese Methode angewandt werden darf ist allerdings umstritten.

In der Wissenschaftsphilosophie wird der Reduktionismus als Wissenschaftsprogramm kontrovers diskutiert. Vereinfacht dargestellt geht es um die Frage, ob sich schließlich alle Wissenschaften auf eine grundlegende Wissenschaft – etwa die Physik – reduzieren lassen. Befürworter des konsequenten Reduktionismus wie etwa viele Vertreter des Physikalismus argumentieren, dass sich das Bewusstsein des Menschen vollständig durch die Neurobiologie beschreiben lasse, die wiederum von der Biochemie erklärt werden könne. Die Biochemie lasse sich dann schließlich auf die Physik reduzieren, wobei in Endeffekt der Mensch als komplexes Lebewesen vollständig aus der Summe seiner Einzelteile und deren Wechselwirkung erklärt werden könne. Kritiker äußern ihre Bedenken auf verschiedenen Ebenen dieses logischen Konstrukts. Ein starker Einwand ist das Auftreten von Emergenz, d. h. die Entstehung von Eigenschaften eines Systems, die dessen Komponenten nicht aufweisen. Mit dieser und verwandten Fragestellungen beschäftigt sich die Philosophie des Geistes.

  Der Körper wird mit der Gewichtskraft des von ihm verdrängten Wassers nach oben gedrückt

  Mathematische Beschreibung

  Die Queen Mary 2 auf der Elbe

Trotz vorhandener mathematischer Kenntnisse wurden lange Zeit keine Gesetze in mathematischer Formulierung in der Natur erkannt, weil sich die systematische Untersuchung mit Hilfe des Experiments nicht durchsetzten konnte. Man war bis zum Ende des Mittelalters davon überzeugt, dass eine Grundbeobachtung ausreiche, um dann durch reines Nachdenken das Wesen der Natur zu verstehen.[24] Mit dieser Denkweise konnte man aber kaum quantitative Aussagen über die Natur treffen. Man wusste beispielsweise, dass tendenziell leichte Materiale wie Holz auf dem Wasser schwimmen, wobei schwere Stoffe wie Metall sinken. Wieso aber konnte beispielsweise ein Goldbecher, der ja aus einem Schwermetall besteht, mit der Öffnung nach oben auf der Wasseroberfläche schwimmen? Schon Archimedes entdeckte das nach ihm benannte Archimedische Prinzip, das er mathematisch formulieren konnte, welches aber in Vergessenheit geriet. Es besagt, dass auf jeden Körper im Wasser eine Auftriebskraft wirkt, die genau so groß ist, wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Wassers. Solange also der Goldbecher eine Wassermenge verdrängt, die schwerer ist, als der Becher selbst, schwimmt dieser an der Oberfläche. Dieses Prinzip lässt sich auf jede beliebige Flüssigkeit und jeden Stoff verallgemeinern und ermöglicht präzise Berechnungen in zahlreichen Anwendungsgebieten. So erklärt es, weshalb große Schiffe mit einer Masse von Tausenden von Tonnen nicht untergehen. Die Queen Mary 2 beispielsweise verdrängt bei einer Tauchtiefe von nur knapp 10 Metern so viel Wasser, dass die resultierende Auftriebskraft ihre Gewichtskraft ihrer bis zu 150.000 Tonnen[25] im beladenen Zustand kompensieren kann, was rein intuitiv unglaublich erscheint.

Vor allem seit dem 17. Jahrhundert hat sich die mathematische Beschreibung der Natur als exakteste Methode der Naturwissenschaft entwickelt. Manche mathematische Methoden wurden speziell für die Anwendung entwickelt, andere waren in der Mathematik schon lange bekannt, bevor sich ein Anwendungsgebiet erschloss. Immanuel Kant betrachtete die Mathematik in seinen Überlegungen zu den Naturwissenschaften als Grundstruktur und Inhalt der Naturlehre:

„Ich behaupte aber, daß in jeder besonderen Naturlehre nur so viel eigentliche Wissenschaft angetroffen werden könne, als darin Mathematik anzutreffen ist.“

Immanuel Kant: Metaphysische Anfangsgründe der Naturwissenschaft, A VIII – (1786)

Obwohl die Mathematik nicht hauptsächlich den Naturwissenschaften, sondern den Struktur- und manchmal den Geisteswissenschaften zugeordnet wird, ist sie in den Ingenieur- und Naturwissenschaften das mächtigste Instrument zur Beschreibung der Natur und Bestandteil der meisten Modelle. Aus diesem Grund wird sie oft als Sprache der Naturwissenschaft bezeichnet.

  Hypothesen– und Theoriebildung

  Prozess des Erkenntnisgewinns
Hauptartikel: Hypothese und Theorie

Wird einer Aussage über einen Naturprozess oder einer ihrer Eigenschaften Gültigkeit unterstellt, so bezeichnet man diese als Hypothese, solange noch keine empirischen Belege für die Richtigkeit vorhanden sind. Hypothesen werden meist als Vermutungen aufgestellt und diskutiert, um ihre Plausibilität aus verschiedenen Betrachtungsweisen zu prüfen und gegebenenfalls eine empirische Untersuchung vorzuschlagen. Wird eine Hypothese schließlich experimentell überprüft und bewährt sich, so spricht man von einer bestätigten Hypothese.

Ein System aus vielen bestätigten, allgemein anerkannten und unter sich widerspruchsfreien Aussagen wird als Theorie bezeichnet. Jede Theorie baut auf bestimmten Forderungen oder Grundsätzen auf, die auch Postulate (z. B. Einsteinsche Postulate) oder Axiome (z. B. Newtonsche Axiome) genannt werden. Man geht davon aus, dass diese durch kein weiteres, allgemeineres Prinzip hergeleitet werden können. Eine aussagekräftige Theorie zeichnet sich vor allem durch die Beschreibung und Erklärung von möglichst vielen Naturbeobachtungen durch eine stark reduzierte Anzahl solcher fundamentalen Forderungen aus. Sehr gut belegte und zentrale Aussagen einer bewährten Theorie werden vor allem in der Physik als Naturgesetze bezeichnet. Diese sind größtenteils mathematisch formuliert und beinhalten sogenannte Naturkonstanten – wichtige Messwerte, die sich räumlich und zeitlich nicht verändern. Da die Theorie ein komplexes Konstrukt einerseits mathematisch-logischer Strukturen sowie andererseits empirisch verifizierter Sachverhalte ist und selbst aus mehreren, in sich konsistenten Theorien bestehen kann, spricht man oft von einem Theoriegebäude.

Die Wissenschaftsgemeinde befindet sich in einem umfangreichen, dynamischen Prozess, in dem empirische Daten gesammelt, ausgewertet, diskutiert, interpretiert und aus gewonnenen Erkenntnissen Theorien entwickelt werden. Dabei werden bestehende Theorien immer wieder neu in Frage gestellt, durch neue experimentelle Befunde überprüft, angepasst oder bei großen Mängeln verworfen und schließlich durch bessere Theorien abgelöst.

  Fachgebiete

Fachrichtung Forschungsbereich
Kosmologie Universum
Astrophysik
Exobiologie
Planetologie
Geophysik Erde
Geodäsie
Physische Geographie
Meteorologie
Klimatologie
Geologie
Mineralogie
Geochemie
Geographie
Kartografie
Geoökologie Ökosystem
Biogeographie
Umweltphysik
Umweltchemie
Meereskunde
Ökologie
Bodenkunde
Humanmedizin Mensch
Humanbiologie
Humangenetik
Neurobiologie
Lebensmittelchemie
Archäologie
Verhaltensbiologie Lebensformen
Physiologie
Genetik
Morphologie
Paläontologie
Zoologie
Botanik
Mykologie
Virologie
Bakteriologie
Bioinformatik
Mikrobiologie Zelle
Zellbiologie
Biochemie
Organische Chemie
Biophysik
Molekularbiologie Moleküle
Supramolekulare Chemie
Physikalische Chemie
Molekularphysik
Anorganische Chemie
Elektrodynamik
Physik der
Kondensierten Materie
Atome
Chemoinformatik
Quantenchemie
Thermodynamik
Quantenphysik
Radiochemie Atomkerne
Kernphysik
Hochenergiephysik
Teilchenphysik Elementarteilchen

  Hauptrichtungen

  Interdisziplinäre Fachbereiche

  Computergestützte Visualisierung eines Proteins in Wechselwirkung mit einem DNS-Molekül.

Mechanismen in der Natur sind oft so komplex, dass ihre Untersuchung ein fächerübergreifendes Wissen erfordert. Mit zunehmender Spezialisierung gewinnt die Kompetenz, verschiedene Fachbereiche effektiv miteinander zu verbinden mehr an Bedeutung. So entstehen interdisziplinäre Forschungsbereiche, für die mit der Zeit auch gesonderte Studiengänge angeboten werden. Neben dem klassischen, interdisziplinären Bereich der Biochemie haben sich in den letzten Jahrzehnten weitere fächerübergreifende Richtungen ausgebildet, die sich intensiv mit biologischen Prozessen auseinandersetzen. So werden in der Biophysik die Struktur und Funktion von Nervenzellen, Biomembranen sowie der Energiehaushalt der Zelle und viele andere Vorgänge untersucht, indem physikalische Verfahren und Nachweistechniken zum Einsatz kommen. Die Bioinformatik beschäftigt sich unter anderem mit der Aufbereitung und Speicherung von Information in biologischen Datenbanken, deren Analyse sowie der 3D-Simulation von biologischen Prozessen.

Ein weiteres interdisziplinäres Forschungsfeld wird in der Umweltwissenschaft erschlossen. Die Auswirkungen menschlicher Bewirtschaftung auf die Umwelt werden in einem breit gefächerten Kontext untersucht, der von der Umweltphysik und –chemie bis hin zur Umweltpsychologie und –soziologie reicht. In der Umweltmedizin werden Folgen für den physischen und geistigen Gesundheitszustand des Menschen im Zusammenhang mit der Umwelt erforscht, wobei nicht nur lokale Faktoren wie Wohn- und Arbeitsort, sonder auch globale Einflüsse wie Erderwärmung und Globalisierung berücksichtigt werden. Mit der Umweltbewegung hat das öffentliche Interesse dieser Studien zugenommen und fordert durch ihre politische Einflussnahme höhere Maßstäbe im Umweltrecht. Die Umweltingenieurwissenschaften entwickeln unter Berücksichtigung der Erkenntnisse dieser Teildisziplinen neue Konzepte zur Verbesserung der Infrastruktur bei gleichzeitiger Entlastung der Umwelt.

  Angewandte Naturwissenschaften

Von der reinen Erforschung der Natur bis zur wirtschaftlichen Nutzung der Erkenntnisse wird ein langer Weg beschritten, der mit viel Aufwand verbunden ist. Unternehmen haben oft nicht die finanziellen Mittel und Ressourcen, um neue Forschungsgebiete zu erkunden, insbesondere wenn sie nicht wissen können, ob sich in der Zukunft für ihren Fachbereich eine Anwendung findet. Um diese Entwicklung zu beschleunigen, widmen sich die angewandten Naturwissenschaften einer Überbrückung von Grundlagenforschung und wirtschaftlicher Umsetzung in der Praxis. Besonders die Fachhochschulen in Deutschland legen Wert auf eine anwendungsorientierte Ausbildung von Akademikern und tragen des Öfteren die Bezeichnungen Hochschule für Angewandte Wissenschaften (HAW) oder University of Applied Sciences.

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  Computeranimation des Lotuseffekts

Eine weit reichende und an der Anwendung orientierte Wissenschaft ist die Medizin. Sie ist interdisziplinär und spezialisiert sich auf Diagnose und Therapie von Krankheiten, wobei sie Grundlagen von Physik, Chemie und Biologie verwendet. In der medizinischen Physik werden beispielsweise Geräte sowie Diagnose- und Therapietechniken wie Röntgendiagnostik, verschiedene Tomographieverfahren oder Strahlentherapien entwickelt. Starke Anwendung findet die Biochemie in der Pharmakologie und Pharmazie, die sich hauptsächlich mit der Entwicklung, Herstellung und Wirkung von Arzneimitteln auseinandersetzen. Die Agrarwissenschaften übertragen vor allem Kenntnisse der Geographie, Biologie und Chemie beim Anbau von Pflanzen und der Haltung von Tieren in die Praxis. In Überschneidung mit den Ingenieurwissenschaften gibt es zahlreiche Fachgebiete wie Materialwissenschaften, Halbleiter- und Energietechnik. Ein ungewöhnlicher Ansatz wird in der Bionik, einer Kombination von Biologie und Technik, verfolgt. Bei der Untersuchung von biologischen Strukturen und Prozessen wird dabei gezielt nach Möglichkeiten technischer Anwendung gesucht. So entdeckte man bei der Untersuchung der Lotospflanze, dass Wassertropfen auf ihrer Blattoberfläche abperlen und dabei gleichzeitig auch Schmutzpartikel entfernen (Lotuseffekt). Durch Nachahmung der Oberflächenstruktur konnte man wasserabweisende und selbstreinigende Beschichtungen und Materiale herstellen.

  Einfluss auf Kultur und Gesellschaft

Der naturwissenschaftliche Fortschritt hat sowohl auf die Weltanschauung als auch auf praktisch jeden Bereich des alltäglichen Lebens Einfluss genommen. Unterschiedlich Denkrichtungen führten zu positiven und auch kritischen Bewertungen der gesellschaftlichen Folgen dieses Fortschritts. C. P. Snow postulierte 1959 die These der Zwei Kulturen.[26] Dabei stehen die Naturwissenschaften den Geisteswissenschaften und den Sozialwissenschaften gegenüber, die durch schwer überwindbare Hindernisse voneinander getrennt sind. Allerdings gilt diese These heute als überholt, da sich durch die Aufwertung der Interdisziplinarität und des Pluralismus viele Zwischenbereiche gebildet haben.

  Schule, Studium und Beruf

Die Vermittlung von naturwissenschaftlichen Kenntnissen in Schulen, Hochschulen und anderen Bildungsanstalten ist eine wichtige Voraussetzung für die Weiterentwicklung des Landes. In Deutschland wird schon in der Grundschule im Heimat- und Sachunterricht ein vereinfachtes Bild der Natur vermittelt und mit geschichtlichen und sozialen Inhalten in Verbindung gebracht. Nach dem gegliederten Schulsystem in der Sekundarstufe werden in Deutschland verschiedene Schulen besucht, deren Lehrpläne sich je nach Bundesland unterscheiden. In der Hauptschule wird neben der elementaren Mathematik meistens eine Synthese von Physik, Chemie und Biologie als ein Fach gelehrt (z. B. PCB in Bayern). Hier steht vor allem die praktische Anwendung im Ausbildungsberuf im Mittelpunkt. In weiterführenden Schulen wie den Gymnasien oder Realschulen werden Naturwissenschaften in eigenständigen Pflicht- und Wahlpflichtfächern wie Biologie, Chemie, Physik, Astronomie, Erdkunde und Informatik unterrichtet. Dazu werden im Fach Mathematik über das Grundwissen der Arithmetik und Geometrie hinaus Teilgebiete wie Trigonometrie, lineare Algebra, Stochastik sowie die Differential- und Integralrechnung behandelt, um den Schülern kreatives und problemlösendes Denken zu vermitteln und sie so auf das Studium einer Wissenschaft vorzubereiten.

Nach dem Erlangen der Hochschulreife (Abitur, Fachabitur) kann das Studium an der Universität oder Fachhochschule begonnen werden, wobei es je nach Studiengang weitere Voraussetzungen wie Numerus clausus, Motivationsschreiben oder Eignungstests gibt. Im Laufe des Studiums werden wesentliche Inhalte in Vorlesungen und Seminaren vermittelt, die dann in Tutorien und im Selbststudium vertieft und in verschiedenen Prüfungen abgefragt werden. Durch fachbezogene Praktika soll eine anwendungsorientierte Erfahrung vermittelt werden. Wird der Studiengang erfolgreich durchlaufen, erfolgt die Verleihung eines akademischen Grades (z. B. Bachelor, Master, Diplom, Staatsexamen für Lehramtsstudierende, etc.) an den Absolventen. Das Studium kann nach einem guten Abschluss weiter durch eine Promotion vertieft werden. Durch die Habilitation wird dem Akademiker die Lehrbefähigung in seinem wissenschaftlichen Fach erteilt.

Von den 361 697 Absolventen im Jahr 2010 an 386 Hochschulen in Deutschland legten 63 497 (17,6 %) ihre Abschlussprüfungen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich ab. Weitere 59 249 (16,4 %) beendeten ihr Studium erfolgreich im Bereich der Ingenieurwissenschaften. Der Frauenanteil unter den Absolventen im Bereich Mathematik und Naturwissenschaft lag bei 41,0 % und in den Ingenieurwissenschaften bei 22,2 %.[27]

Das Berufsfeld des Naturwissenschaftlers ist sehr vielseitig. Er arbeitet in der Lehre an Hochschulen und Schulen, an Forschungseinrichtungen, für Unternehmen bei der Entwicklung von Produkten und Verfahren und oft als Unternehmensberater. Für Naturwissenschaftler bietet Deutschland mit zahlreichen Einrichtungen, Gesellschaften und Stiftungen gute Standortfaktoren, die auch international wahrgenommen werden. Dazu zählen insbesondere die Helmholtz-Gemeinschaft, die Max-Planck-Gesellschaft, die Fraunhofer-Gesellschaft sowie die Leibniz-Gemeinschaft. Die Staatsausgaben für Forschung und Entwicklung in wissenschaftlichen Einrichtungen des öffentlichen Sektors betrugen im Jahr 2009 gerundet 12,7 Mrd. Euro. Davon wurden 4,67 Mrd. Euro (36,7 %) für den mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich und 3,20 Mrd. Euro (25,2 %) für das Ingenieurwesen ausgegeben.[28]

  Naturwissenschaft und Ethik

Die Naturwissenschaften selbst treffen keine weltanschaulichen oder moralischen Aussagen. Jedoch wachsen mit der Zunahme an Wissen die Möglichkeiten, wissenschaftliche Erkenntnisse für ethisch fragwürdige Zwecke zu missbrauchen. An den beiden Weltkriegen ist zum ersten Mal das Ausmaß von verantwortungslosem Missbrauch des technischen Fortschritts klar geworden. Nach der Entdeckung der Kernenergie wurden verstärkt Massenvernichtungswaffen gebaut und am Ende des Zweiten Weltkriegs eingesetzt. Im Kontext des Wettrüstens ist besonders die Frage nach der Verantwortung des Wissenschaftlers für die Konsequenzen seiner Forschung in öffentliches Interesse getreten. Inwieweit darf die Naturwissenschaft der Menschheit Wissen in die Hände geben, mit dem sie nicht oder noch nicht umgehen kann? Dürfen Technologien genutzt werden, deren potentielle Risiken noch nicht gut bekannt sind und deswegen der Gesellschaft schaden könnten? Heute werden vor allem folgende Fragen in den Medien kontrovers diskutiert:

  Naturwissenschaft und Religion

  Education (1890) von Louis Comfort Tiffany – Wissenschaft und Religion in Harmonie

Mit dem Aufkommen der philosophischen Strömungen des Naturalismus, Materialismus und deren Einfluss auf die Wissenschaftstheorie entstanden immer mehr Konfliktfelder zwischen Naturwissenschaft und Religion. Beide beanspruchten für sich, wahre Aussagen über die Welt zu treffen, die Religion aus der Offenbarung und die Naturwissenschaften durch das Experiment. Eine wichtige Forderung des logischen Empirismus ist eine konsequente Ablehnung aller metaphysischen oder transzendenten Konzepte mit der Folgerung, dass die ganze existente Welt nur aus Materie und Energie bestehe. Dies impliziert im Zusammenhang mit dem Reduktionismus, dass auch der Mensch in seinem Individuum nur ein Produkt aus Atomen ist, dessen Bewusstsein, Gedanken, Gefühle und Handeln durch neuronale Prozesse in seinem Gehirn zustande kommen. Folglich sei sein Glaube an einen Gott nur eine Projektion seines Bewusstseins und sein freier Wille, an den die Religion appelliert, eine Illusion.[29]

Andere Wissenschaftler und Theologen vertreten die Auffassung, dass Naturwissenschaft und Religion sich nicht in einem antagonistischen (widerstreitenden), sondern einem komplementärem (ergänzendem) Sinn gegenüberstehen.[30] Dabei wird ihr Gegensatz aufgehoben, indem beide Betrachtungsweisen verschiedenen Teilen der Realität zugeordnet werden, einer subjektiven von innen und einer objektiven von außen. Dabei finden beide ihre Berechtigung und eine objektive Entscheidung, welche dieser Betrachtungsweisen nun die „wichtigere“ sei, ist grundsätzlich nicht möglich, weil jede Argumentation auf Fragen der Weltanschauung basiert.

  Einfluss auf die Literatur

  Der Schriftsteller Friedrich Dürrenmatt beschäftigte sich intensiv mit der Rolle des Naturwissenschaftlers in der Gesellschaft

Der Naturforscher wird in der Literatur mit der Rezeption des Fauststoffes zu einem beliebten Thema. In Goethes Faust I wird der historische Johann Georg Faust als ein nach Erkenntnis strebender und sich aus religiöser Bevormundung befreiender, Intellektueller dargestellt, der jedoch an seine Grenzen stößt und so einen Teufelspakt schließt. Fortschreitende Entwicklung der Naturwissenschaft nimmt auf das philosophische Weltbild Einfluss und schlägt sich auch in der Literatur des Realismus nieder. Die Darstellung der Handlung konzentriert sich auf die äußere Welt und findet eine objektive, aber künstlerische Beschreibung. Weiterhin erfolgen auch kritische Auseinandersetzungen mit der Idee der Naturbeherrschung und deren gesellschaftlichen Folgen, die sich etwa in der industriellen Revolution manifestieren. In der Postmoderne werden Fortschritt und Vernunft stark in Frage gestellt und Denkrichtungen des Pluralismus und Relativismus beschritten. Der Zufall erlangt in vielen Werken zentrale Bedeutung. In Max Frischs Roman Homo Faber wird der Protagonist Walter Faber, ein Ingenieur mit technisch-rationaler Weltanschauung in seinem geordneten Lebensablauf vom Schicksal eingeholt. Durch eine Reihe zufälliger Ereignisse, die stark mit seiner Vergangenheit zusammenhängen, geht er eine Liebesbeziehung mit seiner eigenen Tochter ein, von deren Geburt er nichts wusste. Auf einer gemeinsamen Reise stirbt sie an den Folgen einer Kopfverletzung. Einige Zeit drauf wird bei Faber Magenkrebs diagnostiziert. Vor der Operation, deren Ausgang offen ist, reflektiert er über sein verfehltes Leben.

Ein bedeutendes Werk, das vom Kalten Krieg geprägt die Verantwortung des Naturwissenschaftlers im Atomzeitalter behandelt, ist die Tragikomödie Die Physiker des Schweizer Schriftstellers Friedrich Dürrenmatt. Der geniale Physiker Johann Wilhelm Möbius stellt bei seiner revolutionären Entdeckung der Weltenformel fest, dass deren Anwendung der Menschheit Mittel verleihen würde, die schließlich zu ihrer endgültigen Vernichtung führen könnten. Aus diesem Grund verlässt er seine Familie und gibt sich in einem Irrenhaus als Geisteskranker aus. Das Drama nimmt seine schlimmstmögliche Wendung, als sich am Ende herausstellt, dass die verrückte Chefärztin Möbius‘ Manuskripte kopiert hat und mit Hilfe der Formel die Weltherrschaft erlangen will. Dürrenmatt räumt in seinen 21 Punkten zu den Physikern dem Zufall wieder eine entscheidende Stellung ein: „Je planmäßiger die Menschen vorgehen, desto wirksamer vermag sie der Zufall zu treffen.“[31] Der internationale Erfolg des Werks führte zur verstärkten Auseinandersetzungen mit der Thematik in den Medien. Ein bekanntes Werk, das den Naturwissenschaftler historisch im Kontext der Gesellschaft darstellt, ist Leben des Galilei von Bertolt Brecht.

Eindrücklich ist der Einfluss der Naturwissenschaft in dem Genre der Science-Fiction zu erkennen. Zukünftige Welten mit weit entwickelter Technologie und radikal anderem Setting sind Merkmale zahlreicher Werke der Hoch- und Unterhaltungsliteratur. Der Naturwissenschaftler als Literarische Figur ist auch in der Gegenwartsliteratur sehr beliebt. Die naturwissenschaftliche Forschung selbst wird von Wissenschaftsjournalisten, Buchautoren und Bloggern in einer einfachen Sprache der Öffentlichkeit zugänglich gemacht (Populärwissenschaftliche Literatur).

  Film und Fernsehen

Populärwissenschaftliche Sendungen wie etwa Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik oder alpha-Centauri erfreuen sich bei Interessierten einer zunehmenden Beliebtheit. Dort werden wissenschaftliche Themenbereiche in einer für Laien nachvollziehbaren Darstellung vermittelt, die das Interesse wecken und zur weiteren Auseinandersetzung anregen soll. In Filmen und Serien ist die Naturwissenschaft noch weit über das Science-Fiction Genre ein beliebtes Motiv. In der US-amerikanischen Krimiserie Numbers – Die Logik des Verbrechens löst Charlie Eppes, ein Mathe-Genie in beratender Funktion für das FBI Verbrechen auf, indem er mathematisch-naturwissenschaftliche Methoden anwendet. In vielen Darstellungen nimmt so der geniale Wissenschaftler mit seinen besonderen Fähigkeiten die Rolle eines alternativen Helden ein. Der Konflikt zwischen persönlicher Identität und sozialer Rolle wird in dem Film Good Will Hunting thematisiert. Will Hunting ist ein Genie, der in sozial schwachem Milieu in einer Pflegefamilie aufgewachsen ist, einige Vorstrafen hat und sich mit Gelegenheitsjobs durchschlägt. Nachdem ein Professor seine Begabung entdeckt, stehen ihm alle Wege offen. Er kann jedoch seinen Identitätskonflikt nicht bewältigen, bis ein Psychologe sich seiner annimmt. Eine weitere Darstellung ist die im Film A Beautiful Mind – Genie und Wahnsinn verarbeitete, auf Fakten basierte Lebensgeschichte des bekannten Mathematikers John Nash. Als Außenseiter verfällt er in Schizophrenie und glaubt aufgrund seiner Tätigkeit als Codeknacker von Agenten verfolgt zu werden. Stereotypisch für den Naturwissenschaftler ist oft die fehlende Sozialkompetenz, die entweder zu tragischen Folgen führt oder etwa in Komödien zur Unterhaltung eingesetzt wird. So wird in der Sitcom The Big Bang Theory das Leben zweier junger Physiker und ihrer Nachbarin, die als Kellnerin arbeitet, in Kontrast gesetzt. Die Physiker zeichnen sich ganz klischeehaft durch ihre seltsamen Witze, Diskussionen, Kleidungsstil und andere Eigenarten aus und werden oft als Nerds oder Geeks bezeichnet. Manchmal erkennen sie die offensichtlichsten Zusammenhänge nicht oder missverstehen Redewendungen und Sarkasmus, was ins Lächerliche gezogen wird. Wenn sie mit ihren Freunden und der Nachbarin Penny etwas unternehmen, scheinen zwei verschiedene Welten amüsant aufeinander zu treffen. Die Charaktere werden stark karikiert, wobei sich jedes Vorurteil zu bestätigen scheint.

  Literatur

  Naturwissenschaft allgemein und Nachschlagewerke

  Zeitschriften

  Populärwissenschaftlich

  Weblinks

 Commons: Naturwissenschaften – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Naturwissenschaft – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Wikibooks Wikibooks: Offene Fragen der Naturwissenschaften – Lern- und Lehrmaterialien

  Einzelnachweise

  1. Vgl. J. Habermas, J.: Erkenntnis und Interesse. In: Ders. (Hg.): Technik und Wissenschaft als 'Ideologie'. Suhrkamp, Frankfurt/M. 1969: 146–168.
  2. Stephen Mason: Geschichte der Naturwissenschaft in der Entwicklung ihrer Denkweisen. GTN, 3. Aufl. 1997, S. 15.
  3. Mason: Geschichte, S. 49.
  4. C. F. v. Weizsäcker: Die Tragweite der Wissenschaft., Hirzel, 6. Aufl. 1990, S. 60.
  5. Mason: Geschichte, S. 65 f.
  6. Mason: Geschichte, S. 166 f.
  7. Mason: Geschichte, S. 153.
  8. Mason: Geschichte, S. 154-158.
  9. Mason: Geschichte, S. 335 f.
  10. Siehe z. B. T. S. Kuhns Theorie der Paradigmen bzw. disciplinary matrix und I. Lakatos' Theorie des harten Kerns von Forschungsprogrammen
  11. Siehe http://www.naturphilosophie.org; G. Schiemann, M. Heidelberger: Naturphilosophie. In: H. J. Sandkühler (Hrsg.): Enzyklopädie Philosophie. Meiner, Hamburg 2010: S. 1733–1743.
  12. “Scientists aim to discover facts about the world — about the regularities in the observable part of the world.” (Bas van Fraassen: The Scientific Image, Oxford University Press, 1980, S. 73.)
  13. „Der Naturalismus ist für die Wissenschaften keine beliebige Setzung, sondern er wird gleichsam von deren methodologischen Prinzipien erzwungen. Wissenschaftliche Hypothesen und Theorien sollen [...] überprüfbar sein. Überprüfbar ist aber nur etwas, mit dem wir wenigstens indirekt interagieren können und das sich gesetzmäßig verhält.“ M. Bunge, M. Mahner, Über die Natur der Dinge, Hirzel, 2004, S. 9.
  14. „Wir behaupten, dass sich Wissenschaftler unabhängig von ihren philosophischen Äußerungen wie Realisten verhalten. D.h. sie nehmen an, dass es [...] objektive (subjektunabhängige) Fakten gibt und dass einige davon erkannt werden können [...]“. M. Bunge, M. Mahner, Philosophische Grundlagen der Biologie, Springer, 2000, S. 68.
  15. a b Anjan Chakravartty, Scientific Realism, Abschnitt 4.1 Empiricism, Eintrag in der Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2011 (Online).
  16. Jim Bogen, Theory and Observation in Science, Abschnitt 4 How observational evidence might be theory laden, Eintrag in der Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2009 (Online).
  17. Anjan Chakravartty, Scientific Realism, Abschnitt 3. Considerations Against Scientific Realism (and Responses), Eintrag in der Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2011 (Online).
  18. Kyle Stanford, Underdetermination of Scientific Theory, Eintrag in der Stanford Encyclopedia of Philosophy, 2009 (Online).
  19. Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1, Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-43559-X, S. 7.
  20. Karl R. Popper: Vermutungen und Widerlegungen, Kapitel 5 Abschnitt XII. Zurück zu den Vorsokratikern.
  21. C. F. v. Weizsäcker: Zeit und Wissen, Hanser, München 1992, ISBN 3-446-16367-0, S. 73–78.
  22. Karl R. Popper: Logik der Forschung, Kapitel 1, Abschnitt 1. Das Problem der Induktion.
  23. Karl R. Popper: Logik der Forschung, Kapitel 10, Abschnitt 79. Über sogenannte Verifikation von Hypothesen.
  24. Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1, Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-43559-X, S. 6.
  25. Queen Mary 2: A ship of superlatives. Website von Cunard Line. Abgerufen am 27. September 2011.
  26. C. P. Snow: Die zwei Kulturen. 1959. In: Helmut Kreuzer (Hrsg.): Die zwei Kulturen. Literarische und naturwissenschaftliche Intelligenz. C. P. Snows These in der Diskussion. dtv, München 1987, ISBN 3-423-04454-3.
  27. Prüfungen an Hochschulen. Website des Statistischen Bundesamts Deutschland, Fachserie 11 Reihe 4.2, S. 12–13, Abgerufen am 30. September 2011.
  28. Ausgaben, Einnahmen und Personal der öffentlichen und öffentlich geförderten Einrichtungen für Wissenschaft, Forschung und Entwicklung. Website des Statistischen Bundesamts Deutschland, Fachserie 14 Reihe 3.6, S. 22, Abgerufen am 30. September 2011.
  29. Wolf Singer, Der freie Wille ist nur ein gutes Gefühl, Süddeutsche.de, 2006 Online-Artikel
  30. Hans-Peter Dürr, Physik und Transzendenz, Scherz Verlag, 1986, S. 17.
  31. Friedrich Dürrenmatt: Die Physiker, Diogenes, Zürich 1998, S. 91.
   
               

Wissenschaft

                   
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Wissenschaft ist die Erweiterung des Wissens durch Forschung, dessen Weitergabe durch Lehre, der gesellschaftliche, historische und institutionelle Rahmen, in dem dies organisiert betrieben wird, sowie die Gesamtheit des so erworbenen Wissens. Forschung ist die methodische Suche nach neuen Erkenntnissen sowie deren systematische Dokumentation und Veröffentlichung in Form von wissenschaftlichen Arbeiten. Lehre ist die Weitergabe der Grundlagen des wissenschaftlichen Forschens, die Vermittlung eines Überblicks über das Wissen eines Forschungsfelds und den aktuellen Stand der Forschung sowie die Unterstützung bei deren Vertiefung.

Inhaltsverzeichnis

  Wissenschaftsbetrieb

Eine frühe dokumentierte Form eines organisierten wissenschaftsähnlichen Lehrbetriebs findet sich im antiken Griechenland mit der Platonischen Akademie, die (mit Unterbrechungen) bis in die Spätantike Bestand hatte. Wissenschaft der Neuzeit findet traditionell an Universitäten statt, die auf diese Idee zurückgehen. Daneben sind Wissenschaftler auch an Akademien, Ämtern, privat finanzierten Forschungsinstituten, bei Beratungsfirmen und in der Wirtschaft beschäftigt. In Deutschland ist eine bedeutende öffentliche „Förderorganisation“ die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die projektbezogen Forschung an Universitäten und außeruniversitären Einrichtungen fördert. Daneben existieren „Forschungsträgerorganisationen“ wie etwa die Fraunhofer-Gesellschaft, die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, die Max-Planck-Gesellschaft und die Leibniz-Gemeinschaft, die - von Bund und Ländern finanziert - eigene Forschungsinstitute betreiben. In Österreich entsprechen der DFG der Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) sowie die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), in der Schweiz und Frankreich die nationalen Forschungsfonds. Andere Fonds werden z. B. von Großindustrien oder dem Europäischen Patentamt dotiert.

Neben den wissenschaftlichen Veröffentlichungen erfolgt der Austausch mit anderen Forschern durch Fachkonferenzen, bei Kongressen der internationalen Dachverbände und scientific Unions (z. B. IUGG, COSPAR, IUPsyS, ISWA, SSRN) oder der UNO-Organisation. Auch Einladungen zu Seminaren, Institutsbesuchen, Arbeitsgruppen oder Gastprofessuren spielen eine Rolle. Von großer Bedeutung sind auch Auslandsaufenthalte und internationale Forschungsprojekte.

Für die interdisziplinäre Forschung wurden in den letzten Jahrzehnten eine Reihe von Instituten geschaffen, in denen industrielle und universitäre Forschung zusammenwirken (Wissenschaftstransfer). Zum Teil verfügen Unternehmen aber auch über eigene Forschungseinrichtungen, in denen Grundlagenforschung betrieben wird.

Die eigentliche Teilnahme am Wissenschaftsbetrieb ist grundsätzlich nicht an Voraussetzungen oder Bedingungen geknüpft: Die wissenschaftliche Betätigung außerhalb des akademischen oder industriellen Wissenschaftsbetriebs steht jedermann offen und ist auch gesetzlich von der Forschungsfreiheit abgedeckt. Universitäten bieten außerdem die voraussetzungsfreie Teilnahme am Lehrbetrieb als Gasthörer an. Wesentliche wissenschaftliche Leistungen außerhalb eines beruflichen Rahmens sind jedoch die absolute Ausnahme geblieben. Die staatlich bezahlte berufliche Tätigkeit als Wissenschaftler ist meist an die Voraussetzung des Abschlusses eines Studiums gebunden, für das wiederum die Hochschulreife notwendig ist. Leitende öffentlich finanzierte Positionen in der Forschung und die Beantragung von öffentlichen Forschungsgeldern erfordern die Promotion, die Professur die Habilitation. In den USA findet sich statt der Habilitation das Tenure-Track-System, das 2002 in Form der Juniorprofessur auch in Deutschland eingeführt werden sollte, wobei allerdings kritisiert wird, dass ein regelrechter Tenure Track, bei dem den Nachwuchswissenschaftlern für den Fall entsprechender Leistungen eine Dauerstelle garantiert wird, in Deutschland nach wie vor eine Ausnahme darstellt.

Dementsprechend stellt die Wissenschaft durchaus einen gewissen Konjunkturen unterliegenden Arbeitsmarkt dar, bei dem insbesondere der Nachwuchs angesichts der geringen Zahl an Dauerstellen ein hohes Risiko eingeht. Besonders die gestiegene Beteiligung von Frauen an Promotion und Habilitation sowie die mit den neueren hochschulpolitischen Entwicklungen einhergehende Fokussierung und somit Beschneidung der thematischen Breite von Lehre und Forschung führt auf diesem zu einem erhöhten Konkurrenzdruck.[1]

Für die Wissenschaftspolitik an Bedeutung gewonnen hat die Wissenschaftsforschung, die wissenschaftliche Praxis mit empirischen Methoden zu untersuchen und zu beschreiben versucht. Dabei kommen unter anderem Methoden der Scientometrie zum Einsatz. Die Ergebnisse der Wissenschaftsforschung haben im Rahmen der Evaluation Einfluss auf Entscheidungen.

Gesellschaftliche Fragen innerhalb des Wissenschaftsbetriebs sowie die gesellschaftlichen Zusammenhänge und Beziehungen zwischen Wissenschaft, Politik und übriger Gesellschaft untersucht die Wissenssoziologie.

  Wissenschaftstheorie

Hauptartikel: Wissenschaftstheorie
  Das induktive Verständnis ist die klassische Vorstellung des Vorgehens der Wissenschaft. Erst kommt die Beobachtung, daraus wird auf eine Theorie geschlossen.
  Die Vorstellung des kritischen Rationalismus ist die einer schrittweisen Annäherung an eine absolute Wahrheit. Die Theorie ist zuerst da und wird im Nachhinein mit Kritik einer Fehlerbeseitigung unterzogen (z. B. einer empirischen Kritik durch Beobachtung).

Die Wissenschaftstheorie ist ein Teilgebiet der Philosophie, das sich mit dem Selbstverständnis von Wissenschaft in Form der Analyse ihrer Voraussetzungen, Methoden und Ziele beschäftigt. Dabei wird besonders ihr Wahrheitsanspruch kritisch hinterfragt. Für die Forschung, die nach neuen Erkenntnissen sucht, ist insbesondere die Frage nach den Methoden und Voraussetzungen der Erkenntnisgewinnung von Bedeutung. Diese Frage wird in der Erkenntnistheorie behandelt. Einstein schreibt: „Die gegenseitige Beziehung von Erkenntnistheorie und Wissenschaft ist von merkwürdiger Art. Sie ist aufeinander angewiesen. Erkenntnistheorie ohne den Kontakt mit Wissenschaft wird zum leeren Schema; Wissenschaft ohne Erkenntnistheorie ist so weit überhaupt denkbar primitiv und verworren“[2]

  Forschung

Hauptartikel: Forschung

Die Forschung beginnt mit einer Fragestellung, die sich aus früherer Forschung, einer Entdeckung oder aus dem Alltag ergeben kann. Der erste Schritt besteht darin, die Forschungsfrage zu beschreiben, um ein zielgerichtetes Vorgehen zu ermöglichen. Forschung schreitet in kleinen Schritten voran: Das Forschungsproblem wird in mehrere, in sich geschlossene Teilprobleme zerlegt, die nacheinander oder von mehreren Forschern parallel bearbeitet werden können. Bei dem Versuch, sein Teilproblem zu lösen, steht dem Wissenschaftler prinzipiell die Wahl der Methode frei. Wesentlich ist nur, dass die Anwendung seiner Methode zu einer Theorie führt, die objektive, d. h. intersubjektive nachprüfbare und nachvollziehbare Aussagen über einen allgemeinen Sachverhalt macht.

Wenn ein Teilproblem zur Zufriedenheit gelöst ist, beginnt die Phase der Veröffentlichung. Traditionell verfasst der Forscher dazu selbst ein Manuskript über die Ergebnisse seiner Arbeit. Dieses besteht aus einer systematischen Darstellung der verwendeten Quellen, der angewendeten Methoden, der durchgeführten Experimente mit vollständiger Offenlegung des Versuchsaufbaus, der beobachteten Phänomene (Messung, Interview), gegebenenfalls der statistischen Auswertung, Beschreibung der aufgestellten Theorie und die durchgeführte Überprüfung dieser Theorie. Insgesamt soll die Forschungsarbeit also möglichst lückenlos dokumentiert werden, damit andere Forscher und Wissenschaftler die Arbeit nachvollziehen können.

Sobald das Manuskript fertig aufgesetzt wurde, reicht es der Forscher an einen Buchverlag, eine wissenschaftliche Fachzeitschrift oder Konferenz zur Veröffentlichung ein. Dort entscheidet zuerst der Herausgeber, ob die Arbeit überhaupt interessant genug und thematisch passend z. B. für die Zeitschrift ist. Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, reicht er die Arbeit für die Begutachtung (engl. Peer review) an mehrere Gutachter weiter. Dies kann anonym (ohne Angabe des Autors) geschehen. Die Gutachter überprüfen, ob die Darstellung nachvollziehbar und ohne Auslassungen ist und ob Auswertungen und Schlussfolgerungen korrekt sind. Ein Mitglied des Redaktionskomitees der Zeitschrift fungiert dabei als Mittelsmann zwischen dem Forscher und den Gutachtern. Der Forscher hat dadurch die Möglichkeit, grobe Fehler zu verbessern, bevor die Arbeit einem größeren Kreis zugänglich gemacht wird. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, wird das Manuskript gesetzt und in der Zeitschrift abgedruckt. Die nunmehr jedermann zugänglichen Ergebnisse der Arbeit können nun weiter überprüft werden und werfen neue Forschungsfragen auf.

Der Prozess der Forschung ist begleitet vom ständigen regen Austausch unter den Wissenschaftlern des bearbeiteten Forschungsfelds. Auf Fachkonferenzen hat der Forscher die Möglichkeit, seine Lösungen zu den Forschungsproblemen, die er bearbeitet hat (oder Einblicke in seine momentanen Lösungsversuche), einem Kreis von Kollegen zugänglich zu machen und mit ihnen Meinungen, Ideen und Ratschläge auszutauschen. Zudem hat das Internet, das zu wesentlichen Teilen aus Forschungsnetzen besteht, den Austausch unter Wissenschaftlern erheblich geprägt. Während E-Mail den persönlichen Nachrichtenaustausch bereits sehr früh nahezu in Echtzeit ermöglichte, erfreuten sich auch E-Mail-Diskussionslisten zu Fachthemen großer Beliebtheit (ursprünglich ab 1986 auf LISTSERV-Basis im BITNET).

  Lehre

Lehre ist die Tätigkeit, bei der ein Wissenschaftler (→ Lehrbeauftragter) die Methoden der Forschung an Studenten weitergibt und ihnen einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand auf seinem Gebiet vermittelt. Dazu gehören

  • das Verfassen von Lehrbüchern, in denen er seine Kenntnisse und Erkenntnisse schriftlich niederlegt und
  • die Vermittlung des Stoffs in unmittelbarem Kontakt mit den Studenten durch Vorlesungen, Seminare und Praktika. Diese Veranstaltungen organisieren die jeweiligen Lehrbeauftragten selbständig und führen ggf. auch selbständig Prüfungen durch („Freiheit der Lehre“ im Sinne des Art. 5 Abs. 3 Satz 1 Var. 4 GG).

Zu den Voraussetzungen zur Teilnahme an der Lehre als Student: → Studium.
Zu Formen und Abläufen von Lehrveranstaltungen: → ebenda.

Siehe auch: Lehren

  Werte der Wissenschaft

Ein klassisches, auf Aristoteles zurückgehendes Ideal ist die völlige Neutralität der Forschung, sie sollte autonom, rein, voraussetzungs- und wertefrei sein („tabula rasa“).

Karl Popper sah dies als Wert der Wertefreiheit und somit als paradox an und nahm die Position ein, dass Forschung positiv von Interessen, Zwecken und somit einem Sinn geleitet sein sollte (Suche nach Wahrheit, Lösung von Problemen, Verminderung von Übeln und Leid), während möglicherweise ganz unbewusste negative Konsequenzen bzw. falsche Annahmen immer einer Kritik zugänglich sind. Wissenschaft soll demnach also immer eine kritische Haltung gegenüber eigenen wie fremden Ergebnissen einnehmen.

Richard Feynman kritisierte vor allem die sinnlos gewordene Forschungspraxis der Cargo-Kult-Wissenschaft, bei der Forschungsergebnisse unkritisch übernommen und vorausgesetzt werden, so dass zwar oberflächlich betrachtet eine methodisch korrekte Forschung stattfindet, jedoch die wissenschaftliche Integrität verloren gegangen ist.

Zur vorsätzlichen Fälschung von Forschungsergebnissen siehe Betrug und Fälschung in der Wissenschaft.

Mit Massenvernichtungswaffen, Gentechnik und Stammzellenforschung sind im Laufe des 20. Jahrhunderts vermehrt Fragen über ethische Grenzen der Wissenschaft (siehe Wissenschaftsethik) entstanden.

  Wissenschaftsbereiche

  Einteilung der Wissenschaft bei Aristoteles nach Ottfried Höffe

Bereits Aristoteles gliederte die Wissenschaft in Teilbereiche, sogenannte Einzelwissenschaften. Die klassische neuzeitliche Aufteilung differenziert Natur-, Geistes- und Gesellschaftswissenschaften, mit der zunehmenden Verwissenschaftlichung kamen Agrar-, Ingenieurs-, Wirtschafts-, Rechtswissenschaft und Medizin hinzu. Über diese hinaus gibt es verschiedene zweckgebundene Einteilungen, die nicht mehr einheitlich sind. Mit einem zunehmenden Trend zur weiteren Spezialisierung ist die gegenwärtige Situation sehr dynamisch und kaum überschaubar geworden. Historisch gesehen sind die einzelnen Bereiche alle aus der Philosophie entstanden, insbesondere Naturphilosophie und Naturwissenschaft waren lange Zeit in der Naturkunde eng verbunden.

Die Einteilung der Wissenschaft ist insbesondere für organisatorische Zwecke (Fakultäten, Fachbereiche) und für die systematische Ordnung von Veröffentlichungen von Bedeutung (z. B. Dewey Decimal Classification, Universelle Dezimalklassifikation).

Vermehrt gibt es auch die Bestrebung, disziplinübergreifende Bereiche zu etablieren und so Erkenntnisse einzelner Wissenschaften gewinnbringend zu verknüpfen.

  Siehe auch

 Portal:Wissenschaft – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Wissenschaft

  Literatur

  • Guy Debord: Die Gesellschaft des Spektakels, Berlin: Edition Tiamat, 1996, S.230 ff.
  • Hartmut Heuermann: Wissenschaftskritik. Konzepte Positionen Probleme, Tübingen und Basel: A. Francke, 2000

  Weblinks

Wiktionary Wiktionary: Wissenschaft – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Wissenschaften – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wikinews Wikinews: Wissenschaft – in den Nachrichten

  Einzelnachweise

  1. Barbara Strobel: Was sie wurden, wohin sie gingen. Ergebnisse einer Verbleibstudie über PromovendInnen und HabilitandInnen des Fachbereichs Politik- und Sozialwissenschaften der Freien Universität Berlin, in: gender politik online abgefragt am 26. August 2009.
  2. Paul Arthur Schilpp (Hrsg.): Albert Einstein als Philosoph und Naturforscher (Stuttgart: Kohlhammer, 1949), S. 507, zitiert bei [1] (Link nicht mehr abrufbar)
   
               

 

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