naturvidenskab

Udtrykket naturvidenskab opsummerer videnskaber, der arbejder empirisk og beskæftiger sig med studiet af naturen . Naturforskere observerer , måler og analyserer naturens forhold og adfærd ved hjælp af metoder, der har til formål at sikre reproducerbarheden af deres resultater med det formål at anerkende regelmæssigheder. Ud over at forklare naturfænomener er en af ​​naturvidenskabens vigtigste opgaver at gøre naturen brugbar. ^[1] Naturvidenskaberne danner z. B. En del af de teoretiske grundlag for forskellige discipliner såsom teknologi , psykologi , medicin eller miljøbeskyttelse .

I 1600 -tallet fik naturvidenskaben et afgørende gennembrud i samfundets intellektuelle klasser. I forbindelse med oplysningstiden udløste dette en videnskabelig revolution, som i 1700 -tallet førte til industrialderen med mange nye opdagelser og opfindelser, og som i høj grad ændrede samfundet, især i den vestlige verden . Den har den dag i dag været så stærkt påvirket af den generelle videnskabelige aktivitet, at sociologien taler om et videnskabeligt og teknisk samfund.

Underområder i naturvidenskaberne omfatter astronomi , fysik , kemi , biologi samt nogle miljøvidenskaber som geologi , men også landbrugsvidenskab . Naturlovens tekniske anvendelighed er altid blevet behandlet inden for forskellige ingeniørvidenskaber .

Klassificering og afgrænsning

Ifølge en klassisk opfattelse kan naturvidenskaberne klassificeres ved siden af humaniora og samfundsvidenskab . På grund af fremkomsten af ​​en række nye grene af videnskab i moderne tid er der ingen konsensus om en generel klassificering af de enkelte videnskaber . Klassificeringen viser sig at være særlig vanskelig på grund af de mange overlapninger mellem forskellige videnskabelige områder. Naturvidenskaberne tilhører de empiriske videnskaber . Frem for alt er de kendetegnet ved deres forskningsemne, levende og livløst stof. Nogle naturvidenskaber er kendetegnet ved en matematisk tilgang til deres forskningsemne. Disse kaldes de nøjagtige videnskaber . Matematik er også en eksakt videnskab, men med sin undersøgelse af abstrakte strukturer omfatter den områder inden for både humaniora og naturvidenskab. Af denne grund tildeles det ofte strukturvidenskaberne sammen med datalogi .

Videnskabelig forskning beskæftiger sig primært med spørgsmål, der kan besvares ved at undersøge regelmæssige forhold i naturen. Fokus er på beskrivelsen af ​​selve processen og ikke på at finde en mening. Forenklet kan det præsenteres med spørgsmålet om hvordan i stedet for hvad til. Spørgsmålet hvorfor er der regn? finder ikke sin forklaring med Så planter kan vokse , men besvares objektivt : Fordi vand fordamper , stiger, samler sig i skyer og til sidst kondenserer , hvilket fører til nedbør . For det første besvarer naturvidenskaben ikke nogen teleologiske (formål eller målorienterede) spørgsmål, men sporer de undersøgte processer tilbage til naturlove eller til kendsgerninger, der allerede er kendt. I det omfang dette lykkes, tildeles naturvidenskab ikke kun en beskrivende, men også en forklarende karakter.

Videnskabshistorie

Antikkens naturfilosofi

Skildring af det ptolemaiske verdensbillede af Andreas Cellarius (1660)

Videnskabelig viden begyndte på den ene side i manuel og teknisk aktivitet og på den anden side i den åndelige overførsel af menneskets lærde tradition. ^[2] Naturobservationer i gamle kulturer - især inden for astronomi - frembragte ofte præcise kvantitative og kvalitative udsagn, men blev hovedsageligt fortolket mytologisk - som f.eks. I astrologi . Den græske naturfilosofi bragte afgørende fremskridt med udviklingen af ​​en metode baseret på filosofi og matematik. Den mærkbare verden blev tænkt som i fireelementsteorien som en kombination af "elementerne" ild, luft, vand og jord, og forskellige transformationsprocesser blev beskrevet. Ideen om de mindste, udelelige partikler ( atomisme ), som hele verden består af, blev også udviklet. Periodiske bevægelser af himmellegemerne , kendt i lang tid, blev fortolket geometrisk, og ideen om et verdenssystem udviklede sig, hvor solen, månen og de på det tidspunkt kendte planeter bevægede sig på cirkulære baner rundt om jorden i hvile i centrum ( geocentrisk syn på verden ). ^[3] Jordens sfæriske form blev antaget og begrundet senest af Aristoteles , ^[4] forklarede forekomsten af sol- og måneformørkelser , estimerede relative afstande fra jorden, solen og månen og endda bestemt jordens omkreds ganske netop ved at måle vinkler og geometriske overvejelser. ^[5]

I Romerriget blev de intellektuelle præstationer i den græske kultur stort set vedtaget og udviklet med en storhedstid i kejsertiden , men gik stort set tabt med imperiets sammenbrud i det 5. århundrede e.Kr. I middelalderens Europa, under teologiens og filosofiens forrang, kunne naturvidenskaben kun udvikle sig langsomt i den kristne såvel som i den islamiske verden og inden for rammerne af ideologiske præmisser.

Kopernikansk vending og videnskabelig revolution

Nicholas Copernicus. Gravering fra 1597 af Robert Boissard . Den latinske indskrift betyder: "Copernicus lærer ikke, at himmelens kredsløb er ustabile, snarere siger han, at jordens kredsløb er ustabil."

Det var først i renæssancen, at der var en fornyet interesse for naturobservation. Da videnskaben nærmede sig det traditionelle håndværk i den empiriske metode, blev der opnået ny viden på alle områder. ^[6] Interaktionen mellem alkymi og medicin berigede begge discipliner i deres udvikling til empiriske videnskaber. Korrektionen af ​​den gamle julianske kalender og navigationen i havtransport krævede en intensiv undersøgelse af astronomi. ^[7] Baseret på jordens bevægelse omkring solen udviklede Nicolaus Copernicus et verdenssystem, der forklarede planeternes baner, hvilket syntes at være kompliceret, og sammenlignet med det ptolemaiske system muliggjorde lettere, men ikke mere præcis beregning af stillingerne. ^[8] Francis Bacon og Galileo Galilei forlangte, at naturlig forskning skulle være baseret på eksperimenter , idet Galileo med særlig succes driver den matematiske evaluering af numeriske måleresultater. Men det kopernikanske verdenssystem kun begyndte at hævde sig selv over det geocentriske verdensbillede efter Johannes Kepler bestemt elliptiske baner af jorden og de andre planeter fra præcise målinger af Tycho Brahe , havde Galileo Galilei observerede måner Jupiters og faser af planeten Venus og Isaac Newton havde alt dette i Kunne teoretisk bekræfte rammen for mekanikken udviklet af ham gennem hans gravitationslov . For disse revolutionære opdagelser i det 16. og 17. århundrede blev udtrykket den kopernikanske vending opfundet. Videnskabshistorikere starter også denne videnskabelige revolution som pionerer inden for moderne naturvidenskab.

Moderne videnskab

Eksperter er ikke enige om en præcis definition og det tidspunkt, hvor moderne naturvidenskab begyndte . Ofte er det 17. århundrede i overlapning med den videnskabelige revolution givet som tidsrammen for begyndelsen af ​​moderne naturvidenskab. Professionaliserede videnskabelige operationer , udvikling og anvendelse af videnskabelig metode og senere udvikling af specialområder inden for specialisering ses som vigtige egenskaber.

Med etableringen af ​​videnskabelige samfund, akademier og nye universiteter begyndte etableringen af ​​en uafhængig videnskabelig tradition i Europa. I Frankrig dedikerede forskere - påvirket af Descartes ' rationalistiske filosofi - sig til den teoretiske beskrivelse af naturfænomener med vægt på den deduktive metode. I England, på den anden side, på grund af Bacons indflydelse, var interessen i den empiriske metode, hvorfor eksperimentet stillede flere tekniske udfordringer. ^[9] Dette ses også som en af ​​grundene til, at den industrielle revolution begyndte i England i anden halvdel af 1700 -tallet. Talrige banebrydende opdagelser og opfindelser indledte en umiskendelig social og økonomisk forandring, der spredte sig til fastlands -Europa og Amerika i de følgende årtier.

Med den kraftige stigning i viden siden 1700 -tallet kunne der gradvist udvikles en grundlæggende forståelse af strukturen i den empirisk tilgængelige verden, som gjorde det muligt at opdele naturvidenskaberne i fagområder som biologi, kemi, geologi og fysik. Selvom forskelle i disciplinernes metodologi udviklede sig, påvirkede og supplerede de hinanden. De metaboliske processer, der studeres i biologi, kan f.eks. Forklares og undersøges mere detaljeret ved hjælp af organisk kemi . Desuden gav moderne atomteorier om fysik forklaringer på atomernes struktur og bidrog dermed til en bedre forståelse af grundstoffernes egenskaber og kemiske bindinger i kemi. Derudover udviklede discipliner som medicin, landbrug eller ingeniørvidenskab , der udviklede mulige anvendelser til teoretisk viden.

I første halvdel af det 20. århundrede oplevede fysikken en bemærkelsesværdig omvæltning, som skulle få alvorlige konsekvenser for naturvidenskabens selvbillede. Med etableringen af kvantefysikken fastslog Max Planck og Albert Einstein , at energi - især i lysbølger - kun forekommer i diskrete mængder, dvs. kvantiseres . Endvidere udviklede Einstein den særlige (1905) og generelle relativitetsteori (1915), hvilket førte til en ny forståelse af rum, tid, tyngdekraft, energi og stof. En anden omvæltning er kvantemekanikken etableret i 1920'erne og 30'erne, som, når man beskriver objekter på atomniveau, viser markante forskelle fra den klassiske opfattelse af atomer. Der blev det fundet, at visse egenskaber ved partikler ikke kan måles på samme tid præcist som ønsket ( Heisenbergs usikkerhedsprincip ), og for eksempel kan elektroner af et atom ikke præcist lokaliseres, men kun kan beskrives med visse sandsynligheder via deres placering . Disse opdagelser undgår stort set menneskelig opfattelse, men udfolder deres store betydning i deres matematiske formulering og er af stor betydning for talrige anvendelser af moderne teknologi.

Under Anden Verdenskrig og Den Kolde Krig blev videnskabelig forskning - især atomteknologi - stærkt fremmet, fordi det var en forudsætning for stormagternes tekniske og militære overlegenhed. Siden da har udtrykket storskala forskning etableret sig for den massive udvidelse af forskningsfaciliteter.

Metoder

Metafysiske og epistemologiske præmisser

De naturvidenskabelige teoretiske metoder samt deres krav og mål beskrives og diskuteres i videnskabens filosofi . De er hovedsageligt baseret på matematik , logik og epistemologi , men også på kulturelt formede metodologiske og ontologiske antagelser ^[10], som er genstand for naturlig filosofisk refleksion. ^[11] Naturvidenskabens formål - studiet af naturen - forudsætter som en grundlæggende metafysisk antagelse, at naturen eksisterer, og at naturlige processer forløber i henhold til loven. ^[12][13] Desuden går naturforskere ud fra den epistemologiske forudsætning om, at den systematiske generering af viden om naturen er mulig inden for visse grænser.^[14] På spørgsmålet om, hvor præcist disse grænser ligger, er der forskellige synspunkter, hvis mest almindelige varianter groft kan opdeles i to grupper, den empiriske position og den videnskabelige realismes position. ^[15] Empirikere antager, at muligheden for videnskabelig viden er begrænset til empiriske observationer. ^[15] Teorier eller modeller tillader på den anden side ikke udsagn om naturen ifølge empirien. En vanskelighed forbundet med denne opfattelse er afgrænsningen mellem empirisk observation og teoretiske udsagn, da de fleste observationer inden for naturvidenskaben er indirekte. ^[16] For eksempel kan elektriske felter , atomer , kvasarer eller DNA -molekyler ikke observeres direkte; snarere kan egenskaberne af disse objekter kun udledes ved hjælp af komplekse eksperimentelle værktøjer, hvor den teoretiske fortolkning af de målte data spiller en uundværlig rolle.

Videnskabelige realister har derimod den holdning, at videnskabelige teorier eller modellerne afledt af teorier tillader en idealiseret, men tilnærmelsesvis nøjagtig beskrivelse af virkeligheden. Ifølge dette eksisterer der for eksempel virkelig DNA -molekyler, og de nuværende teorier om arv er omtrent korrekte, selvom dette ikke udelukker fremtidige udvidelser eller endda delvise ændringer af disse teorier. Videnskabelige realister betragter derfor deres udsagn som den bedst sikrede viden, der er tilgængelig om naturen, men påstår ikke at være formuleringen af ​​uforbeholdent gyldige og ultimative sandheder. Nogle kritikere af videnskabelig realisme - positivismebevægelsen i begyndelsen af ​​det 20. århundrede var særlig indflydelsesrig her - afviser al metafysik som spekulativ. Andre kritikere peger på specifikke epistemologiske problemer inden for videnskabelig realisme, herunder især problemet med underbestemmelse af teorier. ^{[17] [18]}

Empiri og eksperimenter

Afstanden dækket af den faldende bold øges kvadratisk over tid - bolden accelereres derfor.

For at opnå objektiv viden om naturens adfærd udføres enten test, eller processer, der allerede finder sted i naturen, observeres og dokumenteres intensivt. I et eksperiment udføres en proces ofte under kunstigt skabte forhold i laboratoriet og analyseres kvantitativt ved hjælp af forskellige måleenheder. I feltforskning derimod undersøges naturlige processer empirisk, eller der udføres tilfældige undersøgelser. Eksperimentet eller naturobservation kan gentages overalt i verden, uanset placering og tid - forudsat at det udføres under de samme relevante forhold - og skal føre til de samme resultater inden for målepræcisionen ( reproducerbarhed ). Den empiriske tilgang har været en vigtig søjle i videnskabsfilosofien, især siden dens teoretiske beskrivelse af Francis Bacon og dens praktiske anvendelse af Galileo Galilei, og garanterer, at forskningsresultater uafhængigt kan kontrolleres og dermed opfylde kravet om objektivitet.

Ofte modsiger empiriske fakta hverdagens oplevelser. For eksempel synes lette genstande som et ark altid at falde langsommere til gulvet end tunge genstande som et stykke metal. Aristoteles var af den opfattelse, at enhver fysisk krop har sit naturlige sted, som den forsøger at nå. Tunge kroppe ville falde, fordi deres naturlige sted er under. Han antog, at hvert legeme falder med en konstant hastighed , som afhænger af dets masse . Imidlertid spurgte Galileo ikke først årsagen til faldet, men undersøgte processen selv ved at registrere faldtiden, faldets højde og forskellige legemers hastighed og sætte dem i relation. Blandt andet fandt han ud af, at faldtiden ikke afhænger af kroppens masse - som tidligere antaget - men af ​​dens form og dermed af den luftfriktion, der opstår. Så hvis du taber en bordtennisbold og en blybold af samme størrelse fra samme højde, i modsætning til en intuitiv antagelse, vil du opdage, at begge rammer jorden på samme tid.

Eksperimentets betydning afhænger af forskellige faktorer. Når man bruger en måleenhed, skal dens nøjagtighed være kendt for overhovedet at kunne vurdere, hvor pålidelige de data, der måles med den, er ( pålidelighed ). Hele eksperimentkonceptet skal også kontrolleres for gyldighed, og resultaterne evalueres ofte ved hjælp af statistiske metoder for at afgøre, om resultatet faktisk kan retfærdiggøre en situation. Galileo var allerede klar over unøjagtigheden af ​​sine instrumenter og den tilhørende måleusikkerhed. ^[19] Af denne grund forbedrede den sine målinger ved hjælp af analog til den frie faldende bevægelse på det undersøgte skråplan .

induktion

Ved brug af induktionsmetoden konkluderes en generel viden fra undersøgelsen af ​​et fænomen . De empiriske data evalueres og undersøges for generelt beskrivelige processer. Hvis der findes kvantitative måleresultater, søges der efter matematiske forhold mellem de målte variabler. I ovenstående eksempel på frit fald fandt Galileo et lineært forhold mellem tid og det faldende legems hastighed, hvilket kommer til udtryk i den konstante tyngdekraftacceleration .

Selvom induktiv slutning ofte bruges inden for videnskaben, er den kontroversiel inden for videnskabsfilosofi ( induktionsproblem ). Galileo var allerede klar over de vanskeligheder, der var forbundet med fremgangsmåden. ^[20] David Hume forklarede indgående, at erfaring alene ikke er nok til at retfærdiggøre en generel lov. ^[21] Det ville for eksempel være fatalt at forsøge at bestemme størrelsen på et barn i voksenalderen ud fra den hastighed, hvormed et barn vokser. Af denne grund er der blevet forsøgt (for eksempel af Rudolf Carnap ) at svække den informative kraft ved induktive slutninger ved at tildele en sandsynlighedsværdi til deres gyldighed, som formodes at eksistere på grundlag af empirisk erfaring. Sådanne fremgangsmåder afvises også af repræsentanter for kritisk rationalisme som Karl Popper , fordi de enten er baseret på a priori antagelser eller fører til uendelig tilbagevenden i deres argumentation og ikke løser det oprindelige induktionsproblem. ^[22]

Fradrag

Fradragsmetoden beskriver en logisk konklusion fra en hypotese, der antages at være sand. Hvis der er mistanke om en vis regelmæssighed, kan forskellige udsagn deduktivt udledes heraf og kontrolleres igen empirisk. Igen kan denne proces illustreres ved hjælp af frit fald. Ud fra antagelsen om, at det faldende legems hastighed er direkte proportional med dets faldtid, kan man matematisk udlede, at afstanden, som kroppen dækker, øges kvadratisk med tiden. Denne konklusion kan nu verificeres eksperimentelt og viser sig at være korrekt, hvorved den antagne hypotese beviser sig selv. Resultatet bliver klart i en række periodiske øjebliksbilleder af et faldende objekt. Kroppen tilbagelægger en længere afstand med hvert skud, hvilket levende afviser Aristoteles 'hypotese om en konstant faldhastighed.

En anden observation er, at lette genstande med et stort overfladeareal, såsom en fjer, falder meget langsommere. Det kan antages, at denne kendsgerning skyldes luftfriktion. For at kontrollere dette deduktivt kan der udføres et fældeeksperiment i en evakueret glascylinder, som Robert Boyle lykkedes i 1659. Han demonstrerede, at enhver krop med forskellig masse, såsom en fjer og en sten, kunne nå jorden i et vakuum, når den faldt fra samme højde.

Der er forskellige metoder til deduktivt at drage konklusioner fra kendte data eller love. Modeller, der angiver, hvor pålidelige de er, er også vigtige. Hvis et systems adfærd af visse årsager ikke kan undersøges i et område, men der stadig kan fremsættes udsagn om systemets udvikling ved hjælp af kendte regelmæssigheder, betegnes dette som ekstrapolation . F.eks. Kan valgresultater estimeres ( ekstrapolering ) før valget ved at opnå relativt repræsentative værdier fra tilfældige undersøgelser. Hvis der på den anden side afgives en erklæring om tilstanden i et system, der ikke blev undersøgt direkte, men ligger inden for intervallet for systemets allerede kendte adfærd, taler man om interpolation . Hvis man opnår et deduktivt udsagn om en begivenhed, der skal finde sted i fremtiden, taler man også om forudsigelighed . Et sådant eksempel er beregningen af de datoer og tidspunkter for månens og solformørkelser fra bevægelsesligninger af de himmellegemer .

Verifikation og forfalskning

Den oprindeligt sandsynlige erklæring Alle svaner er hvide er forfalsket af et modeksempel

I modsætning til matematik kan udsagn, love eller teorier ikke endeligt bevises i naturvidenskab. I stedet for en positiv test taler man om bevis. Når en erklæring eller teori understøttes af en stor mængde beviser, og der ikke er beviser for det modsatte, betragtes det som sandt. Det kan imidlertid til enhver tid tilbagevises (forfalskning) eller begrænses inden for dets gyldighedsområde, hvis nye forskningsresultater kan vise tilsvarende resultater. Om en teori kan verificeres, dvs. endelig findes at være sand, er kontroversiel i videnskabens filosofi. Karl Popper nævner et velkendt eksempel i sit arbejde, The Logic of Research , for kritisk at illustrere muligheden for at verificere teorier. Hypotesen om, at alle svaner er hvide, bør verificeres. Tilhængere af logisk empiri ville udlede rigtigheden af ​​udsagnet ud fra den empiriske kendsgerning, at alle svaner, de kender, er hvide. De har dog ikke set alle eksisterende svaner og kender heller ikke deres antal. Derfor kan du hverken antage, at hypotesen er sand, eller fremsætte udsagn om sandsynligheden for dens rigtighed. Årsagen til verifikationsproblemet ligger oprindeligt i induktionstrinnet Mange svaner vi kender er hvide → Alle svaner er hvide . Af denne grund afviser Popper verificerbarheden af ​​en teori som uvidenskabelig. ^[23] I stedet bør teorier aldrig betragtes som endelige, men bør altid stilles spørgsmålstegn ved, hvorved de enten forbliver bevist eller i sidste ende forfalskes.

reduktion

Hvis flere love om processer i naturen kendes, kan det antages, at de er indbyrdes afhængige, for eksempel har en fælles årsag og dermed kan reduceres til et generelt princip. Ved hjælp af denne tilgang kan et stigende antal spørgsmål spores tilbage til enkle mekanismer eller love. Isaac Newton opnåede en imponerende reduktion med formuleringen af ​​sin gravitationslov . To kroppe udøver en kraft på hinanden, der afhænger af deres masser og deres afstand. Tyngdekraften, der får en sten til at falde til jorden, kan derfor beskrives med nøjagtig samme lov som tyngdekraften mellem solen og jorden. Mange andre observationer, såsom Newtons første korrekt forklarede fænomen for tidevandet , kan også spores tilbage til gravitationsloven. Siden har reduktionen vist sig og er blevet af stor betydning, især for fysikken. Op til hvilke grænser og i hvilke videnskaber denne metode kan bruges, er imidlertid kontroversiel.

I videnskabens filosofi er reduktionisme et kontroversielt videnskabeligt program. Kort sagt er spørgsmålet, om alle videnskaber i sidste ende kan reduceres til en grundlæggende videnskab - såsom fysik. Tilhængere af den deraf følgende reduktionisme, såsom mange tilhængere af fysikalisme, hævder, at menneskelig bevidsthed fuldt ud kan beskrives ved neurobiologi , hvilket igen kan forklares ved biokemi . Biokemi kan derefter endelig reduceres til fysik, hvorved i sidste ende mennesket som et komplekst levende væsen kan forklares fuldt ud fra summen af ​​dets individuelle dele og deres interaktion. Kritikere udtrykker deres bekymringer på forskellige niveauer af denne logiske konstruktion. En stærk indsigelse er forekomsten af fremkomst , dvs. udviklingen af ​​egenskaber ved et system, som dets komponenter ikke har. Åndens filosofi behandler dette og beslægtede spørgsmål.

Kroppen presses opad med vægten af det vand, den fortrænger

Matematisk beskrivelse

Queen Mary 2 på Elben

På trods af eksisterende matematisk viden blev der ikke anerkendt love i matematiske formuleringer i naturen i lang tid, fordi den systematiske undersøgelse ved hjælp af eksperimentet ikke kunne sejre. 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:

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

Wenn einer Aussage über einen Naturprozess oder einer ihrer Eigenschaften Gültigkeit unterstellt wird, 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

Naturwissenschaftler sind vor allem in folgenden Positionen beruflich tätig:

• in der Lehre an Fachhochschulen , Hochschulen und Universitäten
• für Unternehmen , die technische, medizinische und Finanzprodukte entwickeln und herstellen
• als Unternehmensberater für Firmen, die Consulting als Dienstleistung anbieten
• an Forschungsinstituten und Akademien
• in Forschungsabteilungen in Bundesämtern , Ministerien und Landesregierungen
• Ziviltechniker und Vermessungsingenieure
• in der Denkmalpflege und in Museen
• als Buchautoren, Journalisten und Redakteure

Hauptrichtungen

• Die Astronomie ( altgriechisch ἄστρον ástron ‚Stern' und νόμος nómos ‚Gesetz') untersucht durch systematische Beobachtung ( beobachtende Astronomie ) von Himmelskörpern wie Planeten , Sterne oder Galaxien den Aufbau und die Entwicklung des Universums . Als eine der ältesten Wissenschaften beschäftigt und fasziniert sie den Naturwissenschaftler wie auch den Laien bis heute. Für ein Verständnis der Abläufe des Himmels greift sie hauptsächlich auf Erkenntnisse der Physik und Methoden der Mathematik zurück. Ihre technische Anwendung ermöglichte im 20. Jahrhundert die Raumfahrt . In ihrer Vielseitigkeit grenzt sie aber auch an philosophische Fragestellungen nach dem Ursprung und der Zukunft des Universums im Teilbereich der Kosmologie .
• Die Geowissenschaften (altgriechisch γῆ gé ‚Erde') befassen sich mit der Entstehung, der Entwicklung und der heutigen Gestalt der Erde. Die Geodäsie ermöglichte die Abbildung der Erdoberfläche und die Erfassung von wichtigen Daten für Geoinformationssysteme , die heute zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten haben. Darüber hinaus erforscht die Wirtschaftsgeologie die Vorkommen von Natur ressourcen und Möglichkeiten ihres Abbaus. Weitere Teilbereiche der Geowissenschaften machen nicht nur die im Alltag bekannten Anwendungen wie die Wettervorhersage möglich, sondern erforschen Vorgänge in der Plattentektonik und der Erdatmosphäre , um Frühwarnsysteme zu entwickeln, die präventive Maßnahmen bei bevorstehenden Naturkatastrophen ermöglichen sollen. Dabei wird oft auf Erkenntnisse der Physik und der Chemie zurückgegriffen.
• Die Biologie ( βίος bíos ‚Leben' und λόγος lógos ‚Lehre') und im weiteren Sinne die Biowissenschaften befassen sich mit lebenden Organismen sowie abiotischen Faktoren , die vorhandenes Leben bedingen und beeinflussen. Im Fachbereich der Ökologie werden Vorgänge im Tier- und Pflanzenreich und ihre Beziehung zur Umwelt untersucht. Aufbau und Funktion des lebenden Organismus werden in der Physiologie auf verschiedenen Ebenen erforscht. Die Zell- und Molekularbiologie verwendet chemische und physikalische Gesetzmäßigkeiten, um die grundlegenden Prozesse des Stoffwechsels zu beschreiben. Andererseits formuliert sie übergreifende Gesetzmäßigkeiten wie die Entwicklung des Lebens in der Evolutionsbiologie .
• Die Chemie ( χημεία chemeia ‚[Kunst der Metall]Gießerei') erforscht ausgehend von den Elementen und ihren chemischen Bindungen den Aufbau, die Eigenschaften sowie Umwandlungen von chemischen Stoffen . In der organischen Chemie werden kohlenstoffhaltige Verbindungen untersucht, die in lebenden Organismen eine wichtige Rolle spielen. Die Anorganische Chemie befasst sich dagegen mit kohlenstofffreien Verbindungen oder Elementen wie Metallen oder Salzen . Zu einer tiefergehenden Erklärung der Verbindungen werden Modelle des Atoms und der Elektronenhülle aus der Physik verwendet.
• Die Physik ( φυσική physikē ‚Naturforschung') ist die grundlegendste der Naturwissenschaften und untersucht allgemein Vorgänge von Materie und Energie in Raum und Zeit . Sie beschreibt die Dynamik von starren Körpern, Flüssigkeiten , Strömungen , Wärme und elektromagnetischen Phänomenen, indem sie sämtliche Beobachtungen auf mikroskopische Eigenschaften der Atome oder Elementarteilchen zurückführt. Die Experimentalphysik spezialisiert sich auf die Realisierung und Durchführung von Versuchen und schafft eine empirische Basis für das Verständnis physikalischer Vorgänge. Ergänzend dazu werden in der theoretischen Physik mathematische Modelle und Formalismen entwickelt, um eine präzise und vereinheitlichte Beschreibung der elementarsten Naturprozesse zu ermöglichen. Auf diese Weise schafft die Physik die Grundlage für viele angewandte und interdisziplinäre Wissenschaften.

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, sondern 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 .

Mediendatei abspielen

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. Unterschiedliche Denkrichtungen führten zu positiven und auch kritischen Bewertungen der gesellschaftlichen Folgen dieses Fortschritts. Einige Konstruktivisten gehen davon aus, dass naturwissenschaftliche Erkenntnisse nur Abbildungen sozialer Prozesse sind und Hierarchie- und Machtbeziehungen widerspiegeln. Naturwissenschaftliche Forschung produziert demnach keine Erkenntnis, sondern nur Abbilder gesellschaftlicher Realitäten (→ Wissenschaftssoziologie ). CP 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] [28]}

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. ^{[29] [30]}

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:

• Ist die Kernenergie sicher und effizient zu friedlichen Zwecken nutzbar?
• Wie weit darf man bei der Embryonenforschung gehen? → Siehe auch: Embryonenschutzgesetz
• Inwiefern sind Tierversuche zu rechtfertigen?
• Wie kann man Tier- und Pflanzenarten vor dem Aussterben schützen?
• Wie kann der Schaden durch die Umweltverschmutzung kompensiert werden, um das ökologische Gleichgewicht der Erde nicht zu gefährden?

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 . ^[31]

Andere Wissenschaftler und Theologen vertreten die Auffassung, dass Naturwissenschaft und Religion sich nicht in einem antagonistischen (widerstreitenden), sondern einem komplementären (ergänzenden) Sinn gegenüberstehen. ^[32] 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.“ ^[33] 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 hinaus 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, das 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 aufeinanderzutreffen. Die Charaktere werden stark karikiert , wobei sich jedes Vorurteil zu bestätigen scheint.

Literatur

Naturwissenschaft allgemein und Nachschlagewerke

• Helmut M. Böttcher : Geschichte der Naturwissenschaft. 2 Bände, Berlin ua 1968/69 (= Das Wissen der Gegenwart , 1–2. Hrsg. von Wernher von Braun ).
• Der Brockhaus Naturwissenschaft und Technik . ISBN 3-7653-1060-3 .
• Thomas Dickert: Naturwissenschaften und Forschungsfreiheit. Duncker & Humblot, Berlin 1991, ISBN 3-428-07081-X .
• Tonke Dennebaum: Urknall, Evolution – Schöpfung: Glaube contra Wissenschaft? Echter, 2008, ISBN 978-3-429-03034-6 .  
• Hans Küng: Der Anfang aller Dinge: Naturwissenschaft und Religion . 3. Auflage. Piper, 2008, ISBN 978-1-59102-652-5 .  
• Thomas S. Kuhn : Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen. Suhrkamp, Frankfurt/M. 2003 (stw; 25), ISBN 3-518-27625-5
• Peter Mittelstaedt ua (Hrsg.): Was sind und warum gelten Naturgesetze? (= Philosophia naturalis . Band 37, Nr. 2). Klostermann, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-465-03118-0 .
• Karl Popper : Objektive Erkenntnis . Hoffmann und Campe, 1998, ISBN 3-455-10306-5 .
• Karl Popper: Logik der Forschung . Mohr Siebeck, 2005, ISBN 3-16-148410-X .
• Karl-Heinz Schlote (Hrsg.): Chronologie der Naturwissenschaften Der Weg der Mathematik und der Naturwissenschaften von den Anfängen in das 21. Jahrhundert . Verlag Harri Deutsch, 2002, ISBN 978-3-8171-1610-2 .
• Erwin Schrödinger : Was ist ein Naturgesetz? Beiträge zum naturwissenschaftlichen Weltbild , Oldenbourg, München 1997, ISBN 3-486-46275-X (Scientia Nova).
• Charles Singer (Hrsg.): Studies in the History and Method of Science. Oxford 1917.
• CF v. Weizsäcker : Die Tragweite der Wissenschaft . Stuttgart 1990, ISBN 3-7776-1401-7 .
• CF v. Weizsäcker: Zeit und Wissen . Hanser, München 1992, ISBN 3-446-16367-0 .

Zeitschriften

• bild der wissenschaft
• Nature
• Philosophia naturalis . Archiv für Naturphilosophie und die philosophischen Grenzgebiete der exakten Wissenschaften und Wissenschaftsgeschichte. Hain, Meisenheim am Glan (bis 1988), Klostermann, Frankfurt am Main (bis 2013)
• Science
• Spektrum der Wissenschaft
• Hyle International Journal For Philosophy Of Chemistry ISSN 1433-5158

Populärwissenschaftlich

• Paul Davies , John Gribbin : Auf dem Weg zur Weltformel. Superstrings, Chaos, Complexity – und was dann? Byblos, 1993 (englisch: The Matter Myth .).  
• Stephen Hawking : Eine kurze Geschichte der Zeit . Rowohlt, 1991, ISBN 3-499-60555-4 (englisch: A brief history of time . 1988.).  
• Harald Lesch : Über Gott, den Urknall und den Anfang des Lebens. GALILA Verlag, 2009. ISBN 978-3-902533-20-3

Weblinks

Commons : Naturwissenschaften – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wikibooks: Buch zum naturwissenschaftlichen Weltbild – Lern- und Lehrmaterialien

Wikiquote: Naturwissenschaft – Zitate

Wiktionary: Naturwissenschaft – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wikibooks: Offene Fragen der Naturwissenschaften – Lern- und Lehrmaterialien

Wikisource: Naturwissenschaft – Quellen und Volltexte

• Essay zur wissenschaftlichen Methode
• Max-Wissen der Max-Planck-Gesellschaft

Einzelnachweise

1. ↑ Vgl. J. Habermas: Erkenntnis und Interesse. In: Ders. (Hrsg.): Technik und Wissenschaft als „Ideologie“. Suhrkamp, Frankfurt am Main 1969, S. 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. ↑ CF 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. BTS 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: HJ 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. ↑ CF 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 (PDF; 40 kB). Website von Cunard Line . Abgerufen am 27. September 2011.
26. ↑ CP Snow : Die zwei Kulturen. 1959. In: Helmut Kreuzer (Hrsg.): Die zwei Kulturen. Literarische und naturwissenschaftliche Intelligenz. CP 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 12. November 2014
28. ↑ Statistisches Bundesamt - Publikationen im Bereich Hochschulen - Prüfungen an Hochschulen
29. ↑ 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 12. November 2014.
30. ↑ Statistisches Bundesamt - Publikationen im Bereich Forschung und Entwicklung - Ausgaben, Einnahmen und Personal der öffentlichen und öffentlich geförderten Einrichtungen für Wissenschaft, Forschung und Entwicklung
31. ↑ Wolf Singer , Der freie Wille ist nur ein gutes Gefühl , Süddeutsche.de, 2006 Online-Artikel .
32. ↑ Hans-Peter Dürr , Physik und Transzendenz , Scherz Verlag, 1986, S. 17.
33. ↑ Friedrich Dürrenmatt : Die Physiker , Diogenes, Zürich 1998, S. 91.