Naturwissenschaft

Naturwissenschaft
Deckenfresko von Bartolomeo Altomonte im Stift Admont. Dargestellt sind Medizin, Arzneikunde, Anatomie, Architektur, Mathematik, Geographie, Astronomie, Geologie und Physik.

Als Naturwissenschaften werden jene Wissenschaften bezeichnet, die sich mit der Erforschung der unbelebten und der belebten Natur befassen, indem sie diese beobachten, messen, mit mathematischen Methoden analysieren, um ihr Verhalten schließlich in der Form allgemeiner Naturgesetze beschreiben und vorhersagen zu können. Als Natur wird in diesem Zusammenhang die Gesamtheit aller empirisch zugänglichen Phänomene von Materie und Energie betrachtet. Die wichtige Aufgabe der Naturwissenschaft besteht nicht nur darin, Naturphänomene zu erklären, sondern diese auch in einer Anwendung dem Menschen nutzbar zu machen. Die Naturwissenschaften bilden eine der wesentlichen theoretischen Grundlagen für zahlreiche Bereiche menschlicher Aktivität wie Technik, Medizin oder Ökologie.

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, die heute in den Medien die öffentliche Meinung prägen, sind vor allem Umweltwissenschaften, Physik, Chemie und Biologie.

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, wird aber eher den Strukturwissenschaften zugeordnet. Ein scharfes Kriterium zur Unterscheidung von Struktur- und Naturwissenschaften existiert nicht, denn die Einteilung ist oft aus der Entwicklung der wissenschaftlichen Disziplinen entstanden; Grenzfälle stellen unter anderem die theoretische Physik und die technische Informatik dar.

Naturwissenschaftliche Forschung beschäftigt sich vor allem mit Fragestellungen, die durch Untersuchung von Kausalzusammenhängen 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 bei der Untersuchung von Vorgängen die Wirkung auf bestimmte Ursachen zurück. Mit „Erklärung“ ist in diesem Kontext in den meisten Fällen die Rückführung auf schon bekannte Sachverhalte oder Naturgesetze gemeint. Aus diesem Grund wird der Naturwissenschaft oft eher ein beschreibender als ein erklärender Charakter beigemessen.

Geschichte der Naturwissenschaft

Sonnenaufgang über Stonehenge zur Sommersonnenwende 2005. Die Anordnung der Steine belegt genaue Kenntnisse wichtiger astronomischer Positionen seitens der Erbauer.
Hauptartikel: Geschichte der Naturwissenschaft

Frühgeschichte und Altertum

Bereits in der Frühgeschichte wurden Beobachtungen der Vorgänge in der Natur, besonders die Bewegungen der Himmelskörper und der Wechsel der Jahreszeiten dokumentiert und verschieden gedeutet. Mit dem Sesshaftwerden und der Kultivierung von Pflanzen kam besonders das Bedürfnis auf, die richtigen Zeitpunkte für Saat und Ernte einzuschätzen. Eine recht genaue Bestimmung der Sonnen- und Sternpositionen sowie der Mondphasen belegen viele der sogenannten Kalenderbauten, wie etwa Kreisgrabenanlagen, Sonnentempel und zahlreiche Megalithanlagen. So wurden beispielsweise die Tore von Kreisgrabenanlagen an der exakten Position ausgerichtet, die der Sonnenaufgang der Wintersonnenwende von der Mitte der Anlage markiert. Wichtige Daten wie Neumonde, Tag-und-Nacht-Gleiche sowie die Winter- und Sommersonnenwende wurden erfasst und beim Bau solcher Anlagen berücksichtigt. Einige dieser Heiligtümer wie z. B. Stonehenge wurden mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht nur als Kultstätten, sondern auch als astronomische Observatorien benutzt.[1] Solche Beobachtungen dienten damals als zeitliche Orientierung und bestimmten in zahlreichen Frühkulturen die Zeitpunkte wichtiger Ereignisse. Die Entwicklung verschiedener Kalendersysteme durch Beobachtung der Sonnenpositionen, Mondphasen und Jahreszyklen kann als eine der ersten und wichtigsten wissenschaftlichen Errungenschaften früher Kulturen eingeordnet werden.

Babylonische Keilschrifttafel YBC 7289 mit einer sexagesimalen Näherung für die Länge der Diagonalen eines Quadrats.

Eine wichtige Voraussetzung für die Verbreitung von Wissen ist die schriftliche Überlieferung. Mit der Entwicklung von Alphabetschriften, die eine relativ geringe Anzahl an Zeichen haben und so leichter erlernt werden konnten, wurden wissenschaftliche Erkenntnisse einer breiteren Bevölkerungsschicht zugänglich. Von großer Bedeutung waren auch Entwürfe verschiedener Zahlensysteme und Einheiten, um Gewichte, Entfernungen, Zeiten, Geldmengen und andere Größen zu beschreiben. Die Babylonier benutzten das sogenannte Sexagesimalsystem, in dem 60 die Basiszahl ist, weil diese viele ganze Teiler hat. Daher kommt die heutige Unterteilung der Stunden und Minuten in 60 Teile. Auch für Winkelmessungen wurde neben dem Zwölfersystem die Zerlegung des Vollwinkels in 60 Teile benutzt, bevor sich die 360°-Teilung aus Griechenland durchsetzten konnte. Das heute international etablierte Dezimalsystem mit der Basiszahl 10 stammt ursprünglich aus Indien und ist durch die arabische Welt nach Europa gekommen. Es entstand vermutlich wegen der Benutzung der 10 Finger beider Hände als Rechenhilfe.[2]

Naturphilosophie der Antike

Der Philosoph Aristoteles hat durch seine Schriften zahlreiche Disziplinen, insbesondere Wissenschaftstheorie und Physik beeinflusst

Zahlreiche Auseinandersetzungen mit den Naturerscheinungen sind in der griechischen Philosophie überliefert. Die durch Naturbeobachtung und Alltagserfahrung entstandenen Erkenntnisse wurden nicht in erster Linie quantitativ ausgewertet, sondern allgemein in Strukturen beschrieben und oft philosophisch oder mythologisch gedeutet. Man versuchte hauptsächlich Aussagen über das „Wesen“ der Natur und das dynamische Prinzip allen Wirkens zu treffen und dessen Ursprung (arché) oder Urstoff zu finden. Anaximenes vermutete beispielsweise die Luft als Ursubstanz und argumentierte, dass alle anderen Stoffe verschiedene Erscheinungsformen der selbigen seien. Durch Verdichtung der Luft entstehen Wind, Wolken, daraus Wasser und bei noch stärkerer Kompression Erde und Stein.[3] So soll jede beobachtete Einzelsubstanz als eine Art Aggregatzustand des einen Urstoffs erklärt werden (materialer Monismus). Ein weiteres Beispiel ist die Vier-Elemente-Lehre von Empedokles, der dynamische Prozesse zwischen den vier „Elementen“ Feuer, Luft, Wasser und Erde beschreibt, aus denen die ganze wahrnehmbare Welt zusammengesetzt sei. Entscheidend ist dabei nicht nur die objektive Beschreibung, sondern die Ursache hinter der Entfaltung und Wandlung der Natur (Metaphysik). Mit solchen Ansätzen befasst sich heute vor allem die Naturphilosophie und betrachtet grundlegende Fragen der Existenz im Verhältnis mit anderen Wissenschaften.

Mondfinsternis 2007. Aristoteles begründete die Kugelgestalt der Erde unter anderem aus der Beobachtung, dass der Erdschatten bei einer Mondfinsternis immer rund ist.

Obwohl sich die Argumentationsweise der damaligen Naturphilosophen größtenteils von unserer heutigen Wissenschaftsmethodik unterscheidet, wurden schon damals die wichtigsten Denkrichtungen beschritten. Die Philosophen Leukipp, Demokrit und später Epikur entwickelten die Ansicht des Atomismus, die von der Unteilbarkeit der elementaren Bestandteile (Atome) des Universums ausgeht.[4] Auf diese Weise sollte Vielfalt und Komplexität durch Reduktion auf Weniges seine Erklärung finden. Demgegenüber ordnet Aristoteles mit dem Konzept der sogenannten Übersummativität der Gesamtheit einen größeren Gehalt zu, als der Summe seiner Teile.[5] Dieses Paradigma stützt sich auf die Beobachtung, dass ein System nicht vollständig aus den Eigenschaften seiner Einzelteile erklärt werden kann (Emergenz) und wird heute als Holismus bezeichnet. Die Auseinandersetzung mit dieser und zahlreichen anderen Fragestellungen damaliger Zeit ist bis heute von großer Bedeutung für die Wissenschaftstheorie.

Die Kugelgestalt der Erde wurde schon im 6. Jahrhundert v. Chr. von Pythagoras vermutet und durch stichhaltige Argumente von Aristoteles in seinem Werk Über den Himmel begründet. Eratosthenes konnte durch präzise Winkelmessung und geometrische Überlegungen schon im 3. Jahrhundert v. Chr. den Umfang der Erde zu 252000 Stadien (Größenordnung etwa 40.000 km) bestimmen und die Schiefe der Ekliptik messen. Das geozentrische Weltbild, welches von einer Bewegung der Sonne und der Planeten um die Erde ausging, wurde von Claudius Ptolemäus durch die Epizykeltheorie erweitert und ermöglichte so eine recht komplizierte aber dafür genaue Beschreibung der Mechanik bekannter Himmelskörper. Das ptolemäische Weltbild dominierte fast 1500 Jahre, bis zu den Anfängen moderner Naturwissenschaft in Europa.

Mittelalter und Renaissance

Darstellung der Sieben Freien Künste in der Hortus Deliciarum von Herrad von Landsberg (um 1180)

Der Zerfall des Römischen Reiches und die Zeit der Völkerwanderung bedeuteten einen starken Einschnitt in das geistige Leben Europas. Das antike Wissen überlebte nur in einigen Nischen und wurde hauptsächlich von Gelehrten der Kirche in einer christlichen Deutung weitergegeben.[6] Mangelndes Interesse an alten Schriften führte so zu einem massiven Bücherverlust in der Spätantike. Um das antike Erbe zu erhalten, fasste Isidor von Sevilla in seiner Enzyklopädie Etymologiarum sive originum libri XX das erhaltene Wissen um das Jahr 600 zusammen; in den ersten 3 dieser 20 „Bücher“ beschrieb er die Sieben Freien Künste Grammatik, Rhetorik, Dialektik, Arithmetik, Geometrie, Astronomie und Musik.[7] Letztere vier haben einen naturwissenschaftlich-mathematischen Charakter und wurden später im Mittelalter als Quadrivium gelehrt. Mit der Verbreitung des Christentums entwickelte sich auch die lateinische Sprache, in der die Heilige Schrift gelesen wurde, zum völkerübergreifenden Verständigungsmittel. Bis zur Gründung der ersten Universitäten im 12. Jahrhundert waren vorwiegend Klöster und Klosterschulen Zentren der Bildung in Europa.

Begünstigt durch eine gemeinsame Sprache und Religion entwickelten sich die Naturwissenschaften auch in der islamischen Welt, waren jedoch wie auch im Abendland der Theologie unterstellt. In der Blütezeit des Islam entstanden zahlreiche Zentren der Bildung wie zum Beispiel das Haus der Weisheit in Bagdad oder die Akademie von Gundishapur. Der bedeutende Mathematiker Al-Chwarizmi griff das aus Indien stammende Dezimalsystem auf und stellte Rechenverfahren vor, die sich aufgrund ihrer Anschaulichkeit in der islamischen Welt durchsetzten und später von Leonardo Fibonacci in Europa bekannt gemacht wurden. Nach Al-Chwarizmi sind auch die heutigen Begriffe Algorithmus und Algebra benannt.Vor allem die Astronomie erlangte in der arabischen Welt eine große theologische Berechtigung, weil mit ihrer Hilfe die Zeitpunkte von rituellen Gebeten, der Anfang und das Ende des Fastenmonats und die Gebetsrichtung nach Mekka bestimmt werden konnte.[8] Das aus der Antike bekannte Astrolabium wurde von islamischen Astronomen zu einem Universalgerät für die Winkel-, Orts- und Zeitbestimmung weiterentwickelt und kam später nach Europa. Nennenswert sind auch die von arabischen Astronomen aufgestellten Toledaner Tafeln, die nach der Eroberung des Taifareiches 1085 in der christlichen Welt bekannt wurden und für die Navigation in der Schifffahrt große Bedeutung erlangten.

Eine im 15. Jahrhundert angefertigte Rekonstruktion der antiken Weltkarte von Ptolemäus

Im Zuge der Renaissance entwickelte sich im 15. und 16. Jahrhundert eine geistesgeschichtliche Aufbruchsstimmung, die zu einer fruchtbaren Synthese von wieder entdecktem Wissen der Antike sowie neuen, auf empirischem Wege gewonnenen Erkenntnissen führte.[9] Zahlreichen Veränderungen und Fortschritte in der Kunst, Literatur, Philosophie, Wissenschaft und auch Theologie (z. B. Reformation) leiteten ein neues Zeitalter ein. Der Mensch als schöpferisches Individuum rückte in den Mittelpunkt und wurde zum „Maß aller Dinge“ erhoben (Anthropozentrismus). Leonardo da Vinci, ein Universalgenie damaliger Zeit steht mit seinen zahlreichen Kunstwerken und Erfindungen als das Paradebeispiel für den sich entfaltenden, kreativen Menschen. Auch der Aufbruch über die Grenzen der damals bekannten Welt, die etwa Ptolemäus in seinen Karten überlieferte, ließ nicht lange auf sich warten. Christoph Kolumbus wagte als Erster den „kürzeren Weg nach Indien“ über die freie See, den Zeitgenossen vorgeschlagen hatten und entdeckte den amerikanischen Kontinent – die neue Welt.

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.“

In der Philosophie vollzog sich die Loslösung von der mittelalterlichen Scholastik zur Wiederentdeckung zahlreicher antiker Lehren, insbesondere der von Platon und dem Neoplatonismus. Dadurch wurde in den Naturwissenschaften die metaphysische Wahrheitsfindung in den Hintergrund gestellt und das Interesse an empirisch-mathematischen Methoden geweckt. Diese fortschreitende Emanzipation der Philosophie und der Naturwissenschaften von der damals dominierenden Theologie schuf immer mehr Freiraum für eine kritische Auseinandersetzung mit althergebrachtem Wissen. Anerkannte Theorien wurden in Frage gestellt und deren Überprüfung führte zur intensiveren Naturbeobachtung. So lehnte Nikolaus Kopernikus das geozentrische Weltbild ab und entwickelte die Vorstellung eines Planetensystems, das die Sonne im Mittelpunkt haben sollte. Sein Werk De Revolutionibus Orbium Coelestium, in dem das heliozentrische Weltbild vorgestellt wird, veröffentlichte Kopernikus aber erst kurz von seinem Tod im Jahr 1543. Die Verbreitung kritischer Lehren wurde von der Kirche unterdrückt, führte zu zahlreichen Konflikten zwischen Naturwissenschaftlern und dem Klerus und konnte sogar wie im Fall von Giordano Bruno den Tod auf dem Scheiterhaufen durch die Inquisition nach sich ziehen.[10] Galileo Galilei konnte durch die Entdeckung der Jupitermonde, die Beobachtung der sichelförmigen Oberfläche der Venus und der gebirgigen Landschaft auf der Mondoberfläche weiterhin etablierte Lehren falsifizieren und handelte sich damit ebenfalls Probleme mit der katholischen Inquisition ein. Jedoch sammelten sich mit der Entwicklung des Fernrohrs immer mehr Befunde für die Richtigkeit des heliozentrischen Weltbilds. Johannes Kepler erkannte aus astronomischen Beobachtungen von Tycho Brahe, dass die Planeten sich auf elliptischen Bahnen um die Sonne bewegen und veröffentlichte dies 1609 in seinem Werk Astronomia Nova. Die Kopernikanische Wende war in astronomischer Hinsicht endgültig vollzogen, als Isaac Newton in seinem Werk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica von 1686 die Kepler-Gesetze aus seinem Gravitationsgesetz und der Massenträgheit theoretisch herleiten konnte.

Der Aufklärungs-Philosoph Immanuel Kant leistete bahnbrechende Beiträge zur Erkenntnis- und Wissenschaftstheorie.

Eine weitere Bedeutung der Kopernikanischen Wende als „Umänderung der Denkart“ entstand seit der Aufklärung durch die Rezeption von Immanuel Kants bekanntem Hauptwerk Kritik der reinen Vernunft. Dort schlägt Kant analog zur Entstehung des neuen Weltbilds einen weiteren Paradigmenwechsel vor, der weit über seine Lebzeiten zu maßgeblichen Konsequenzen für die moderne Philosophie und die Wissenschaftstheorie führen sollte. Durch kritische Auseinandersetzung mit den beiden Denkrichtungen der rationalistischen sowie der empirischen Philosophie des 18. Jahrhunderts stellte Kant eine Metaphysik auf, bei der sich Erkenntnis nicht mehr nach den Gegenständen richten sollte. Stattdessen erhob er die Einsicht der Vernunft zum Ausgangspunkt des Erkenntnisprozesses. Sowohl sinnliche Anschauung als auch die Begriffsbildung des Verstandes sollen gleichberechtigte Quellen der Erkenntnis darstellen und von der Vernunft vermittelt werden.[11]

Die Kopernikanische Wende wird als tief greifende Zäsur in der europäischen Geistesgeschichte verstanden und gilt als entscheidender Durchbruch der Naturwissenschaft im 17. Jahrhundert. Sie ist eine revolutionäre Errungenschaft, die bisher nur in Europa nachgewiesen werden konnte und markiert daher die Schwelle zur modernen Naturwissenschaft. Der bekannte Wissenschaftshistoriker und –theoretiker Thomas S. Kuhn prägte für solche signifikanten Änderungen der Denkweise den Begriff des Paradigmenwechsels und kennzeichnete ihn als Auslöser wissenschaftlicher Revolutionen.[12] Tatsächlich entfaltete sich die moderne Naturwissenschaft im 18. Jahrhundert in einer Blütezeit, die es zuvor in der Menschheitsgeschichte noch nie gegeben hatte. Zahlreiche bahnbrechende Entdeckung und Erfindungen leiteten einige Jahrzehnte darauf einen unverkennbaren gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel ein – die industrielle Revolution.

Entstehung von Fachrichtungen

Am Anfang des 18. Jahrhunderts gab es noch keine Einteilung der Naturwissenschaften in die Fachgebiete wie etwa Physik, Chemie oder Biologie. Stattdessen wurden alle damit verbundenen Studien der Naturphilosophie oder der Naturlehre zugeordnet. Das lag zum einen daran, dass kein umfassendes Grundverständnis über den Aufbau der Materie vorhanden war und damit keine präzise Klassifizierung eines Forschungsbereichs vorgenommen werden konnte. Außerdem mussten sich die typischen Herangehensweisen verschiedener Teilbereiche der Naturwissenschaften erst entwickeln und etablieren, bevor eine aussagekräftige Einteilung möglich war. Die Erforschung nichtbelebter Materie hat beispielsweise auf die Existenz von Molekülen und Atomen verschiedener Elemente geführt. Während das Fachgebiet der Chemie den Schwerpunkt auf die Untersuchung der Umwandlung von verschiedenen Stoffen und Elementen gelegt hat, konnte die Physik durch ihren mathematisch-theoretischen Zugang erst viel später die chemischen Eigenschaften der Stoffe und ihre Bindungen erklären und widmete sich weiter der Erforschung der einzelnen Atome und ihrer Bestandteile. Ein weiterer Grund für die Herausbildung von Fachgebieten ist das stetig zunehmende Wissen und damit die Notwendigkeit der Spezialisierung seitens des Naturwissenschaftlers. Heute gibt es jedoch nach wie vor viele Forschungsfelder mit Überschneidungen zwischen den einzelnen Fachrichtungen, die in zahlreichen interdisziplinären Naturwissenschaften erarbeitet werden. Wegen der großen Vielfalt an Entdeckungen ist es ausgesprochen schwierig, sie zusammenfassend in ihrer wissenschaftshistorische Relevanz und gegenseitiger Wechselwirkung darzustellen.

Die Erbinformation eines Lebewesens ist im Aufbau des langen DNS-Moleküls gespeichert
Robert Hookes Darstellung der von ihm als Zelle bezeichneten kleinsten Einheit eines lebenden Organismus.

Biologie

Robert Hooke entdeckte 1665 bei der Untersuchung des Flaschenkorks unter dem Mikroskop kleine Kämmerchen (cellula) und prägte dafür den Begriff der Zelle. Einige Jahre drauf entdeckte Antoni van Leeuwenhoek Bakterien, Einzeller und rote Blutkörperchen. Charles Darwin entwickelte seine Evolutionstheorie, die eine Anpassung und Veränderung der Arten aufgrund genetischer Variabilität und natürlicher Selektion beschreibt. Er publizierte sie im Jahr 1859 in seinem Werk On the Origin of Species. Nach langen Kreuzungsexperimenten mit verschiedenen Pflanzenhybriden veröffentlichte Gregor Mendel 1866 seine Erkenntnisse über die Vererbung (Mendelsche Regeln) und leistete damit einen wichtigen Beitrag zur Genetik. Mit der Entwicklung der Molekularbiologie im 20. Jahrhundert sind Einblicke in biochemische Zellmechanismen möglich geworden. So publizierten James D. Watson und Francis Crick 1953 ihre Entdeckung der Doppelhelixstruktur der DNS, auf der durch Anordnung von Nukleotiden die gesamte Erbinformation des Lebewesens codiert ist. Als ein bedeutender Meilenstein wird das internationale Human Genome Project zur Entschlüsselung der menschlichen Erbinformation angesehen. Zahlreiche Wissenschaftler haben von 1990 bis 2003 im Rahmen dieses Projektes einen Großteil der menschlichen Gene identifiziert und damit eine Grundlage zur Erforschung wichtiger biologischer Prozesse geschaffen.

Chemie

Hauptartikel: Geschichte der Chemie
Denkmal von Mendelejew in Sankt Petersburg mit dem von ihm aufgestellten Periodensystem der Elemente im Hintergrund

Aus der antiken Probierkunst und der mittelalterlichen Alchemie entwickelte sich im Laufe des 18. Jahrhundert die Chemie zu einer exakten Naturwissenschaft. Robert Boyle führt 1661 das Element als einen Reinstoff ein, der mit chemischen Verfahren nicht weiter zerlegt werden kann. Chemische Vorgänge wurden nun nicht nur qualitativ beschrieben, wie es früher der Fall war, sondern mit zahlreichen Analyseverfahren quantitativ ausgewertet. So konnte beispielsweise Antoine Lavoisier die etablierte Phlogistontheorie widerlegen, indem er die Ausgangsstoffe und die Reaktionsprodukte der Verbrennung präzise abwog und so feststellte, dass bei der Reaktion nicht etwa Phlogiston abgegeben, sondern ein Stoff aus der Luft aufgenommen wird, den er Sauerstoff nannte. Außerdem entdeckte er das Gesetzt der Massenerhaltung für chemische Reaktionen und begründete die Stöchiometrie. John Dalton stellte auf dieser Grundlage 1808 eine moderne Atomtheorie auf und konnte sogar einige relative Atommassen als Vielfache der Atommasse des Wasserstoffs angeben. Obwohl zahlreiche Stoffe und ihre chemischen Eigenschaften nun bekannt waren, fehlte es an einem allgemeinen Konzept zur systematischen Klassifizierung der Elemente. Dieses wurde 1869 fast zeitgleich und unabhängig voneinander von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew und Lothar Meyer gefunden, indem sie Elemente nach steigenden Atommassen anordneten und dabei periodisch vorkommende Eigenschaften der Stoffe in Gruppen zusammenfassten. Das so entstandene Periodensystem der Elemente (PSE) wurde vor allem am Ende des 19. Jahrhundert durch neu entdeckte Elemente ergänzt und ermöglichte ein umfassendes Verständnis chemischer Prozesse.

Das breite Anwendungsspektrum verschiedener chemischer Stoffe führte schnell zur Ausbildung einer chemischen Industrie, die durch beide Weltkriege zusätzlich forciert wurde. Von Erzeugnissen wie Düngemittel, Schädlingsbekämpfungsmittel, Farbstoffe, Metalllegierungen bis hin zu Spreng- und Kraftstoffen war nicht wegzudenken. Seit dem 2. Weltkrieg hat die Herstellung von zahlreichen Kunststoffen verschiedener Eigenschaften eine große Bedeutung erlangt. Mit höheren Maßstäben im Verbraucher- und Umweltschutz gewinnen heute Fachgebiete wie Lebensmittelchemie, Pharmazeutische Chemie und Umweltchemie stark an Bedeutung.

Physik

Hauptartikel: Geschichte der Physik
Albert Einstein hat mit der Relativitätstheorie großen Einfluss auf das Weltbild der Physik genommen.

Den Ausgangspunkt für die Entwicklung der Physik bildet die klassische Mechanik. Sie beschreibt in verschiedenen mathematischen Formalismen die Statik und Dynamik von Körpern. Die besondere physikalische und mathematische Leistung ist hier auf Isaac Newton zurückzuführen, der die Massenträgheit und die Kraftwirkung auf Körper in seinen Axiomen formulierte und für die Beschreibung ihrer Bewegungen die Infinitesimalrechnung entwickelte. Die Untersuchung magnetischer und elektrischer Phänomen führten im 19. Jahrhundert zur Entdeckung einiger Gesetzmäßigkeiten wie etwa dem Induktionsgesetz oder dem Ampereschen Gesetz. James Clerk Maxwell konnte mit der Formulierung seiner Maxwell-Gleichungen 1864 die Elektrizitätslehre und den Magnetismus vollständig in einem weiteren Teilgebiet der Physik, der Elektrodynamik, vereinheitlichen. Parallel dazu wurde in der Thermodynamik für die Beschreibung einer großen Menge von Teilchen (Ensemble) ein statistischer Zugang gefunden, der Zustände wie Druck, Temperatur oder Aggregatzustand eines Körpers oder Mediums auf die mikroskopischen Eigenschaften und Zustände seiner Einzelteile zurückführt. Am Ende des 19. Jahrhunderts schien das Theoriegebäude der klassischen Physik mit der Mechanik, der Elektrodynamik, der Thermodynamik und der Optik im Wesentlichen als vollendet und führte zu der Annahme, dass es fast nichts Neues mehr zu entdecken gebe.[13]

Das Einsteinkreuz. Das Licht eines Quasars wird durch die Masse einer Galaxie abgelenkt. Es erscheint auf der Erde als vier ähnlich helle Punkte.

Anfang des 20. Jahrhundert leiteten bahnbrechende Entdeckungen den Umbruch zur modernen Physik ein. Max Planck erkannte 1900, dass Energie nicht kontinuierlich, sondern nur in diskreten Größen von Materie aufgenommen wurde. Albert Einstein erweiterte dieses Konzept, indem er eine Quantisierung der Energie des Lichts vorschlug und damit den photoelektrischen Effekt erklärte. Die entscheidende Revolution der Physik erfolgte durch Einsteins spezielle (1905) und allgemeine (1915) Relativitätstheorie und führte zu einem neuen Verständnis von Raum, Zeit, Gravitation, Energie und Materie. Entscheidende Annahmen, die als Apriori-Wahrheiten gegolten hatten, wurden verworfen. Zeiten und Längen hängen nun vom Bewegungszustand des Beobachters ab, sind also relativ. Außerdem erfolgt mit dem Anstieg der Geschwindigkeit eine Massenzunahme, wobei Energie und Masse äquivalent sind. Die Gravitation ist eine Eigenschaft, die sich aus dem vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum geometrisch erklärt.

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 herkömmlichen Physik aufweist. Der Determinismus wurde verworfen und eine Form der Kausalität angenommen, die nur Wahrscheinlichkeiten von Zuständen für die Zukunft vorhersagen kann. Objekte der Quantenwelt unterliegen dem Komplementaritätsprinzip, d. h. dass ihr Wellen- und Teilchencharakter sich nicht gleichzeitig untersuchen lässt. Außerdem besagt die Heisenbergsche Unschärferelation, dass zwei komplementäre Observablen eines Teilchens aufgrund der Natur der Materie nicht beliebig genau gemessen werden können. Die Entdeckungen der Quantenmechanik sind schwer in Begriffe zu fassen und entziehen sich größtenteils der menschlichen Anschauung. Ihre große Aussagekraft liegt in ihrer mathematischen Formulierung und ihre Bedeutung ist für Teilgebiete der Physik und Chemie sowie für zahlreiche Anwendungsbereiche der modernen Technik immens.

Die Relativitäts- und Quantentheorie haben nicht nur die Physik revolutioniert, sondern auch in der Philosophie und insbesondere in der Wissenschaftstheorie zu einem grundsätzlichen Pradigmawechsel geführt. Bis heute werden zahlreiche Interpretationen der Quantenmechanik in ihrer naturwissenschaftlichen und metaphysischen Bedeutung erarbeitet. Weiterhin sind mit der Zeit Einflüsse der modernen Physik im gesellschaftlichen und künstlerischen Bereich zu bemerken.[14] Heute wird verstärkt an einem allgemeinen Formalismus zur Beschreibung der vier bekannten Grundkräfte der Physik gearbeitet, die in einer vereinheitlichten Theorie (wie etwa der Stringtheorie, Schleifenquantengravitation, etc.) zusammengefasst werden sollen, die populärwissenschaftlich oft als Weltenformel bezeichnet wird.

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.

Der zurückgelegte Abstand des fallenden Balles nimmt mit der Zeit quadratisch zu – der Ball wird also beschleunigt.

Empirie und Experiment

Hauptartikel: Empirie und Experiment

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.[15] 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.[16] David Hume legte ausführlich dar, dass für die Rechtfertigung eines allgemeinen Gesetzes Erfahrung alleine nicht ausreiche.[17] 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.[18]

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.[19] 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 auf höherer Ebene, die nicht reduktiv erklärt werden können. 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.[20] 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, dass 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 Tausenden von Tonnen Gewicht nicht untergehen. Die Queen Mary 2 beispielsweise verdrängt bei einer Tauchtiefe von nur knapp 10 Metern so viel Wasser, dass die resultierende Auftriebskraft ihr Gewicht von bis zu 150.000 Tonnen[21] 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 Theorie. Oft wird jedoch erst ein Modell aus vielen bestätigten, allgemein anerkannten und unter sich widerspruchsfreien Aussagen 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.

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 Grundlangen 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. [22] 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 %.[23]

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.[24]

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. In wie weit 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 chemische und physikalische Wechselwirkungen 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. Solche Positionen wurden vor allem im 19. Jahrhundert von Anhängern des Positivismus und Physikalismus vertreten und in einigen Disziplinen wie der Religionsphilosophie, Erkenntnistheorie und den Sozialwissenschaften diskutiert.

Nach den neuen Erkenntnissen der Quantenmechanik zur Kausalität in atomarem Bereich mussten entscheidende Grundannahmen der Wissenschaftstheorie überarbeitet und neu formuliert werden. Die Vorstellung, dass die Welt unbeeinflussbar und in allen Details wie ein großes Uhrwerk nach strengen Naturgesetzen funktioniert (Determinismus) hat sich als unhaltbar erwiesen.[25] Damit wurde auch der Anspruch der Naturwissenschaft, eine endgültige, objektive Wahrheit über die Welt liefern zu können, stark in Frage gestellt.

Heute wird unter vielen Wissenschaftlern und Theologen die Auffassung geteilt, dass Naturwissenschaft und Religion sich nicht in einem antagonistischen (widerstreitenden), sondern einem komplementärem (ergänzendem) Sinn gegenüberstehen.[25] 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 beschäftige 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.“[26] 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. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 1: Von der Höhlenkunst zur Pyramide – Vorzeit und Altertum, S. 129.
  2. Harald Haarmann, Weltgeschichte der Zahlen (2008), S. 29.
  3. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 2: Kulturen im antiken Europa und Asien, S. 33.
  4. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 2: Kulturen im antiken Europa und Asien, S. 38.
  5. Aristoteles: Metaphysik (Aristoteles) Buch 8. 6. 1045a: 8–10.
  6. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 3: Herrscher und Heilig – Europäisches Mittelalter und die Begegnung von Orient und Okzident, S. 449–450.
  7. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 3: Herrscher und Heilige – Europäisches Mittelalter und die Begegnung von Orient und Okzident, S. 450.
  8. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 3: Herrscher und Heilige – Europäisches Mittelalter und die Begegnung von Orient und Okzident, S. 150.
  9. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 4: Renaissance und Barock in Europa, S. 77.
  10. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 4: Renaissance und Barock in Europa, S. 62–63.
  11. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 5: Vernunft, Gefühl und Wirklichkeit – Von der Aufklärung zur Moderne, S. 91–94.
  12. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 5: Vernunft, Gefühl und Wirklichkeit – Von der Aufklärung zur Moderne, S. 92.
  13. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 6: Auf dem Weg zur Weltkultur – Das zwanzigste Jahrhundert, S. 493–494.
  14. Brockhaus Kunst und Kultur, Band 6: Auf dem Weg zur Weltkultur – Das zwanzigste Jahrhundert, S. 496–497.
  15. Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1, Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-43559-X, S. 7.
  16. Karl R. Popper: Vermutungen und Widerlegungen, Kapitel 5 Abschnitt XII. Zurück zu den Vorsokratikern.
  17. C. F. v. Weizsäcker: Zeit und Wissen, Hanser, München 1992, ISBN 3-446-16367-0, S. 73–78.
  18. Karl R. Popper: Logik der Forschung, Kapitel 1, Abschnitt 1. Das Problem der Induktion.
  19. Karl R. Popper: Logik der Forschung, Kapitel 10, Abschnitt 79. Über sogenannte Verifikation von Hypothesen.
  20. Wolfgang Demtröder: Experimentalphysik 1, Springer, Berlin 2004, ISBN 3-540-43559-X, S. 6.
  21. Queen Mary 2: A ship of superlatives. Website von Cunard Line. Abgerufen am 27. September 2011.
  22. 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.
  23. Prüfungen an Hochschulen. Website des Statistischen Bundesamts Deutschland, Fachserie 11 Reihe 4.2, S. 12–13, Abgerufen am 30. September 2011.
  24. 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.
  25. a b Hans-Peter Dürr, Physik und Transzendenz, Scherz Verlag, 1986, S. 17.
  26. Friedrich Dürrenmatt: Die Physiker, Diogenes, Zürich 1998, S. 91.
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  • Naturwissenschaft — (hierzu Porträttafel »Naturforscher I u. II« und Textbeilage: »Die wichtigsten naturwissenschaftlichen Entdeckungen«), diejenige Wissenschaft, welche die Erscheinung der Natur in ihrem vollen Umfang und in allen ihren Teilen, in ihrem… …   Meyers Großes Konversations-Lexikon

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