naturvitenskap

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Begrepet naturvitenskap oppsummerer vitenskaper som jobber empirisk og omhandler studiet av naturen . Naturforskere observerer , måler og analyserer naturens forhold og oppførsel ved å bruke metoder som er ment å sikre reproduserbarheten av resultatene med sikte på å gjenkjenne regelmessigheter. I tillegg til å forklare naturfenomener, er en av naturvitenskapens viktigste oppgaver å gjøre naturen brukbar. [1] Naturvitenskapene danner z. B. En del av det teoretiske grunnlaget for ulike fagområder som teknologi , psykologi , medisin eller miljøvern .

På 1600 -tallet fikk naturvitenskapene et avgjørende gjennombrudd i de intellektuelle klassene i samfunnet. I forbindelse med opplysningstiden utløste dette en vitenskapelig revolusjon, som på 1700 -tallet førte til industrialderen med mange nye funn og oppfinnelser og som forandret samfunnet sterkt, spesielt i den vestlige verden . Den dag i dag har den blitt så sterkt påvirket av den generelle vitenskapelige aktiviteten at sosiologi snakker om et vitenskapelig og teknisk samfunn.

Delområder i naturvitenskapene inkluderer astronomi , fysikk , kjemi , biologi , samt noen miljøvitenskap som geologi , men også landbruksvitenskap . Den tekniske bruken av naturlover har alltid blitt behandlet i forskjellige ingeniørvitenskap .

Klassifisering og avgrensning

I følge et klassisk syn kan naturvitenskapene klassifiseres ved siden av humaniora og samfunnsvitenskap . På grunn av fremveksten av en rekke nye grener av vitenskap i moderne tid, er det ingen enighet om en generell klassifisering av de enkelte vitenskaper . Klassifiseringen viser seg å være spesielt vanskelig på grunn av de mange overlappene mellom forskjellige vitenskapelige felt. Naturvitenskapene tilhører de empiriske vitenskapene . Fremfor alt er de preget av forskningsfaget sitt, livlig og livløs materie. Noen naturvitenskap er preget av en matematisk tilnærming til forskningsfaget. Disse kalles de eksakte vitenskapene . Matematikk er også en eksakt vitenskap, men med studiet av abstrakte strukturer omfatter den områder av både humaniora og naturvitenskap. Av denne grunn blir det ofte tildelt strukturvitenskapene sammen med informatikk .

Vitenskapelig forskning er først og fremst opptatt av spørsmål som kan besvares ved å undersøke vanlige forhold i naturen. Fokuset er på beskrivelsen av selve prosessen og ikke på å finne en mening. I forenklede termer kan det presenteres med spørsmålet om hvordan i stedet for hva for. Spørsmålet hvorfor er det regn? finner ikke sin forklaring med Slik at planter kan vokse , men besvares objektivt : Fordi vann fordamper , stiger, samler seg i skyer og til slutt kondenserer , noe som fører til nedbør . For det første svarer ikke naturvitenskapen på noen teleologiske (formål eller målorienterte) spørsmål, men sporer prosessene som er undersøkt tilbake til naturlover eller til fakta som allerede er kjent. I den utstrekning dette er vellykket, får naturvitenskapen ikke bare en beskrivende, men også en forklarende karakter.

Vitenskapshistorie

Antikkens naturfilosofi

Skildring av det ptolemaiske verdensbildet av Andreas Cellarius (1660)

Vitenskapelig kunnskap begynte på den ene siden i manuell og teknisk aktivitet og på den andre siden i den åndelige overføringen av den lærde tradisjonen for mennesker. [2] Observasjoner av naturen i gamle kulturer - spesielt i astronomi - ga ofte nøyaktige kvantitative og kvalitative utsagn, men ble hovedsakelig tolket mytologisk - som for eksempel i astrologi . Den greske naturfilosofien brakte avgjørende fremgang med utviklingen av en metodikk basert på filosofi og matematikk. Den merkbare verden ble tenkt, som i fire-elementsteorien, som en kombinasjon av "elementene" ild, luft, vann og jord, og forskjellige transformasjonsprosesser ble beskrevet. Ideen om de minste, udelelige partiklene ( atomisme ), som hele verden består av, ble også utviklet. Periodiske bevegelser av himmellegemene , kjent lenge, ble tolket geometrisk og ideen om et verdenssystem utviklet der solen, månen og planetene som var kjent på den tiden beveget seg på sirkulære baner rundt jorden i ro i sentrum ( geosentrisk syn på verden ). [3] Jordens sfæriske form ble antatt og underbygget av Aristoteles senest, [4] forklarte forekomsten av sol- og måneformørkelser , estimerte relative avstander fra jord, sol og måne, og til og med bestemt jordens omkrets ganske nettopp ved å måle vinkler og geometriske betraktninger. [5]

I Romerriket ble de intellektuelle prestasjonene til gresk kultur stort sett adoptert og utviklet, med en storhetstid i keisertiden , men gikk stort sett tapt med imperiets kollaps på 500 -tallet e.Kr. I middelalderens Europa, under forrang av teologi og filosofi, kunne naturvitenskapene bare utvikle seg sakte i den kristne så vel som i den islamske verden og innenfor rammen av ideologiske premisser.

Kopernikansk vending og vitenskapelig revolusjon

Nicholas Copernicus. Gravering fra 1597 av Robert Boissard . Den latinske inskripsjonen betyr: "Copernicus lærer ikke at himmelens baner er ustabile, snarere uttaler han at jordens bane er ustabil."

Det var først i renessansen at det var en fornyet interesse for naturobservasjon. Da vitenskapen nærmet seg det tradisjonelle håndverket i den empiriske metoden, ble ny kunnskap oppnådd på alle områder. [6] Samspillet mellom alkymi og medisin beriket begge disipliner i utviklingen til empiriske vitenskaper. Korrigeringen av den gamle julianske kalenderen og navigasjonen i sjøfart krever en intensiv studie av astronomi. [7] Basert på jordens bevegelse rundt solen utviklet Nicolaus Copernicus et verdenssystem som forklarte planetenes baner, som så ut til å være komplisert, og, sammenlignet med det ptolemaiske systemet, muliggjorde enklere, men ikke mer presis beregning av stillingene. [8] Francis Bacon og Galileo Galilei krevde at naturlig forskning skulle være basert på eksperimenter , med Galileo som driver den matematiske evalueringen av numeriske måleresultater med særlig suksess. Imidlertid begynte det kopernikanske verdenssystemet først å hevde seg over det geosentriske verdensbildet etter at Johannes Kepler bestemte elliptiske baner rundt jorden og de andre planetene fra presise målinger av Tycho Brahe , Galileo Galilei hadde observert månene til Jupiter og fasene på planeten Venus og Isaac Newton hadde alt dette i Kunne teoretisk bekrefte rammen for mekanikken utviklet av ham gjennom hans gravitasjonslov . For disse revolusjonære funnene på 1500- og 1600 -tallet ble begrepet den kopernikanske vending laget. Vitenskapshistorikere starter også denne vitenskapelige revolusjonen som pionerer innen moderne naturvitenskap.

Moderne vitenskap

Eksperter er ikke enige om en presis definisjon og tidspunktet da moderne naturvitenskap begynte . Ofte, i overlapping med den vitenskapelige revolusjonen, er 1600 -tallet gitt som tidsramme for begynnelsen av moderne naturvitenskap. Profesjonaliserte vitenskapelige operasjoner , utvikling og anvendelse av vitenskapelig metodikk og senere utvikling av spesialistområder gjennom spesialisering blir sett på som viktige egenskaper.

Med etableringen av vitenskapelige samfunn, akademier og nye universiteter begynte etableringen av en uavhengig vitenskapelig tradisjon i Europa. I Frankrike viet forskere - påvirket av Descartes ' rasjonalistiske filosofi - seg til den teoretiske beskrivelsen av naturfenomener med vekt på den deduktive metoden. I England, derimot, på grunn av Bacons innflytelse, var interessen for den empiriske metoden, og derfor stilte eksperimentet flere tekniske utfordringer. [9] Dette blir også sett på som en av grunnene til at den industrielle revolusjonen begynte i England i andre halvdel av 1700 -tallet. Mange banebrytende funn og oppfinnelser innledet en umiskjennelig sosial og økonomisk endring som spredte seg til fastlands -Europa og Amerika i tiårene som fulgte.

Med den kraftige kunnskapsøkningen siden 1700 -tallet kunne en grunnleggende forståelse av strukturen i den empirisk tilgjengelige verden gradvis utvikles, noe som gjorde det mulig å dele naturvitenskapen inn i fagområder som biologi, kjemi, geologi og fysikk. Selv om forskjellene i metodikken for disiplinene utviklet seg, påvirket og komplementerte de hverandre. De metabolske prosessene som studeres i biologi, kan for eksempel forklares og forskes mer detaljert ved hjelp av organisk kjemi . Videre ga moderne atomteorier om fysikk forklaringer på atomstrukturen og bidro dermed til en bedre forståelse av egenskapene til grunnstoffer og kjemiske bindinger i kjemi. I tillegg utviklet disipliner som medisin, landbruks- eller ingeniørvitenskap , som utviklet mulige applikasjoner for teoretisk kunnskap.

I første halvdel av 1900-tallet opplevde fysikken en bemerkelsesverdig omveltning, som skulle få alvorlige konsekvenser for naturvitenskapens selvbilde. Med etableringen av kvantefysikk fastslår Max Planck og Albert Einstein at energi - spesielt i lysbølger - bare forekommer i diskrete mengder, dvs. er kvantisert . Videre utviklet Einstein den spesielle (1905) og generelle relativitetsteorien (1915), noe som førte til en ny forståelse av rom, tid, tyngdekraft, energi og materie. En annen omveltning er kvantemekanikken som ble etablert på 1920- og 30 -tallet, som, når den beskriver objekter på atomnivå, viser markante forskjeller fra den klassiske oppfatningen av atomer. Der ble det funnet at visse egenskaper til partikler ikke kan måles samtidig så nøyaktig som ønsket ( Heisenbergs usikkerhetsprinsipp ) og for eksempel kan elektroner til et atom ikke lokaliseres nøyaktig, men kan bare beskrives med visse sannsynligheter via deres plassering . Disse funnene unnslipper stort sett menneskelig oppfatning, men utfolder deres store betydning i sin matematiske formulering og er av stor betydning for mange anvendelser av moderne teknologi.

Under andre verdenskrig og den kalde krigen ble vitenskapelig forskning - spesielt atomteknologi - sterkt fremmet fordi det var en forutsetning for stormaktens tekniske og militære overlegenhet. Siden den gang har begrepet storskala forskning etablert seg for den massive utvidelsen av forskningsanlegg.

Metoder

Metafysiske og epistemologiske premisser

De teoretiske metodene i naturvitenskapene, så vel som deres krav og mål er beskrevet og diskutert i vitenskapsfilosofien . De er hovedsakelig basert på matematikk , logikk og epistemologi , men også på kulturelt formede metodiske og ontologiske forutsetninger [10] som er gjenstand for naturlig filosofisk refleksjon. [11] Naturvitenskapens formål - studiet av naturen - forutsetter som en grunnleggende metafysisk antagelse om at naturen eksisterer og at naturlige prosesser forløper i henhold til loven. [12][13] Videre går naturvitenskapsmenn ut fra den epistemologiske forutsetningen om at systematisk generering av kunnskap om naturen er mulig innenfor visse grenser.[14] Når det gjelder spørsmålet om hvor nøyaktig disse grensene ligger, er det forskjellige synspunkter, hvorav de vanligste variantene grovt kan deles inn i to grupper, den empiriske posisjonen og posisjonen til vitenskapelig realisme . [15] Empirikere antar at muligheten for vitenskapelig kunnskap er begrenset til empiriske observasjoner. [15] Teorier eller modeller tillater derimot ingen utsagn om naturen, ifølge empirisme. En vanskelighet knyttet til dette synet er avgrensningen mellom empirisk observasjon og teoretiske utsagn, siden de fleste observasjoner innen naturvitenskapen er indirekte. [16] For eksempel kan elektriske felt , atomer , kvasarer eller DNA -molekyler ikke observeres direkte; snarere kan egenskapene til disse objektene bare utledes ved hjelp av komplekse eksperimentelle verktøy, der den teoretiske tolkningen av de målte dataene spiller en uunnværlig rolle.

Vitenskapelige realister, derimot, tar den posisjonen at vitenskapelige teorier eller modellene avledet fra teorier tillater en idealisert, men tilnærmet nøyaktig beskrivelse av virkeligheten. I henhold til dette eksisterer for eksempel virkelig DNA -molekyler, og de nåværende teoriene om arv er omtrent korrekte, selv om dette ikke utelukker fremtidige utvidelser eller til og med delvise endringer i disse teoriene. Vitenskapelige realister betrakter derfor uttalelsene sine som den best sikrede kunnskapen som er tilgjengelig om naturen, men hevder ikke å være formuleringen av uforbeholdne gyldige og endelige sannheter. Noen kritikere av vitenskapelig realisme - positivismebevegelsen på begynnelsen av 1900 -tallet var spesielt innflytelsesrik her - avviser all metafysikk som spekulativ. Andre kritikere peker på spesifikke epistemologiske problemer med vitenskapelig realisme, inkludert spesielt problemet med underbestemmelse av teorier. [17] [18]

Empiri og eksperiment

Avstanden dekket av den fallende ballen øker kvadratisk over tid - ballen blir derfor akselerert.

For å få objektiv kunnskap om naturens oppførsel, utføres enten tester eller prosesser som allerede foregår i naturen blir intensivt observert og dokumentert. I et eksperiment utføres en prosess ofte under kunstig opprettede forhold i laboratoriet og analyseres kvantitativt ved hjelp av forskjellige måleenheter. I feltforskning , derimot, blir naturlige prosesser empirisk undersøkt eller tilfeldige undersøkelser utført. Eksperimentet eller naturobservasjonen kan gjentas hvor som helst i verden, uavhengig av plassering og tid - forutsatt at det utføres under de samme, relevante forholdene - og må føre til de samme resultatene innenfor omfanget av målenøyaktigheten ( reproduserbarhet ). Den empiriske tilnærmingen har vært en viktig søyle i vitenskapsfilosofien, spesielt siden den teoretiske beskrivelsen av Francis Bacon og den praktiske anvendelsen av Galileo Galilei, og garanterer at forskningsresultater kan sjekkes uavhengig og dermed oppfyller kravet til objektivitet.

Ofte motsier empiriske fakta hverdagsopplevelse . For eksempel ser det ut til at lette gjenstander som et ark alltid faller langsommere mot gulvet enn tunge gjenstander som et metallbit. Aristoteles var av den oppfatning at hver fysiske kropp har sitt naturlige sted som den prøver å nå. Tunge kropper ville falle fordi deres naturlige sted er under. Han antok at hver kropp faller med en konstant hastighet , som avhenger av dens masse . Imidlertid spurte Galileo ikke først årsaken til fallet, men undersøkte prosessen selv ved å registrere falltiden, fallets høyde og hastigheten til forskjellige kropper og sette dem i forhold. Blant annet fant han at falltiden ikke er avhengig av kroppsmassen - som tidligere antatt - men av formen og dermed luftfriksjonen som oppstår. Så hvis du slipper en bordtennisball og en blyball av samme størrelse fra samme høyde, i motsetning til en intuitiv antagelse, vil du oppdage at begge treffer bakken samtidig.

Eksperimentets betydning avhenger av forskjellige faktorer. Når du bruker en måleenhet , må dens nøyaktighet være kjent for i det hele tatt å kunne vurdere hvor pålitelig dataene som måles med den er ( pålitelighet ). Hele eksperimentkonseptet må også sjekkes for validitet og resultatene evalueres ofte ved hjelp av statistiske metoder for å avgjøre om resultatet faktisk kan rettferdiggjøre en situasjon. Galileo var allerede klar over unøyaktigheten til instrumentene sine og den tilhørende måleusikkerheten. [19] Av denne grunn forbedret den målingene med analog til fri fallende bevegelse på det undersøkte skråplanet .

induksjon

Ved bruk av induksjonsmetoden konkluderes en generell kunnskap fra undersøkelsen av et fenomen . De empiriske dataene evalueres og undersøkes for generelt beskrivelige prosesser. Hvis kvantitative måleresultater er tilgjengelige, blir det søkt etter matematiske forhold mellom de målte variablene. I eksemplet ovenfor på fritt fall fant Galileo et lineært forhold mellom tid og hastigheten til den fallende kroppen, som kommer til uttrykk i den konstante akselerasjonen av tyngdekraften .

Selv om induktiv slutning ofte brukes i vitenskap, er den kontroversiell innen vitenskapsfilosofi ( induksjonsproblem ). Galileo var allerede klar over vanskelighetene som var involvert i tilnærmingen. [20] David Hume forklarte lenge at erfaring alene ikke er nok til å rettferdiggjøre en generell lov. [21] Det ville for eksempel være dødelig å prøve å bestemme størrelsen på et barn i voksen alder ut ifra et barn vokser. Av denne grunn har det blitt gjort forsøk (for eksempel av Rudolf Carnap ) for å svekke den informative kraften til induktive slutninger ved å tildele en sannsynlighetsverdi til gyldigheten, som skal eksistere på grunnlag av empirisk erfaring. Slike tilnærminger blir også avvist av representanter for kritisk rasjonalisme som Karl Popper , fordi de enten er basert på a priori forutsetninger eller fører til uendelig tilbakemelding i deres argumentasjon og ikke løser det opprinnelige induksjonsproblemet. [22]

Fradrag

Fradragsmetoden beskriver en logisk konklusjon fra en hypotese som antas å være sann. Hvis det er mistanke om en viss regelmessighet, kan forskjellige utsagn deduktivt avledes fra dette og kontrolleres igjen empirisk. Igjen kan denne prosessen illustreres ved hjelp av fritt fall. Fra antagelsen om at den fallende kroppens hastighet er direkte proporsjonal med dens falltid, kan man matematisk utlede at avstanden som kroppen dekker øker kvadratisk med tiden. Denne konklusjonen kan nå verifiseres eksperimentelt og viser seg å være korrekt, hvorved den antatte hypotesen viser seg. Resultatet blir klart i en serie periodiske øyeblikksbilder av et fallende objekt. Kroppen tilbakelegger en lengre distanse for hvert skudd, noe som sterkt tilbakeviser Aristoteles 'hypotese om en konstant fallhastighet.

En annen observasjon er at lette gjenstander med et stort overflateareal, for eksempel en fjær, faller mye saktere. Man kan anta at dette faktum skyldes luftfriksjon. For å kontrollere dette deduktivt kan et felleeksperiment utføres i en evakuert glassylinder, som Robert Boyle lyktes i 1659. Han demonstrerte at enhver kropp med forskjellig masse, for eksempel en fjær og en stein, kunne nå bakken i et vakuum når den falt fra samme høyde.

Det er forskjellige metoder for deduktivt å trekke konklusjoner fra kjente data eller lover. Modeller som angir hvor pålitelige de er, er også viktige. Hvis oppførselen til et system av visse grunner ikke kan undersøkes i et område, men uttalelser for systemets utvikling fortsatt kan fremsettes ved hjelp av kjente regelmessigheter, kalles dette ekstrapolasjon . For eksempel kan valgresultater estimeres ( ekstrapolering ) før valget ved å innhente relativt representative verdier fra tilfeldige undersøkelser. Hvis det derimot kommer en uttalelse om tilstanden til et system som ikke ble undersøkt direkte, men ligger innenfor området for systemets allerede kjente oppførsel, snakker man om interpolasjon . Hvis man oppnår en deduktiv uttalelse om en hendelse som skal finne sted i fremtiden, snakker man også om forutsigbarhet . Et slikt eksempel er beregningen av datoer og tider av lunar og solar mørklagte mellomrom fra bevegelsesligningene for de himmellegemer .

Verifisering og forfalskning

Den opprinnelig sannsynlige uttalelsen Alle svaner er hvite er forfalsket av et moteksempel

I motsetning til matematikk kan utsagn, lover eller teorier ikke definitivt bevises i naturvitenskap. I stedet, når det gjelder en positiv test, snakker man om bevis. Når en uttalelse eller teori støttes av en stor mengde bevis og det ikke er bevis for det motsatte, anses det som sant. Imidlertid kan den tilbakevises når som helst (forfalskning) eller begrenses i sitt gyldighetsområde hvis nye forskningsresultater kan vise tilsvarende resultater. Hvorvidt en teori kan verifiseres, dvs. endelig er funnet å være sann, er kontroversiell i vitenskapsfilosofien. Karl Popper nevner et velkjent eksempel i arbeidet sitt, The Logic of Research , for å kritisk illustrere muligheten for å verifisere teorier. Hypotesen om at alle svaner er hvite bør verifiseres. Talsmenn for logisk empirisme vil utlede korrektheten av utsagnet fra det empiriske faktum at alle svaner som er kjent for dem, er hvite. Imidlertid har de ikke sett alle eksisterende svaner og vet ikke antallet deres heller. Derfor kan du verken anta at hypotesen er sann, eller komme med uttalelser om sannsynligheten for at den er korrekt. Årsaken til verifikasjonsproblemet ligger opprinnelig i induksjonstrinnet. Mange svaner vi kjenner er hviteAlle svaner er hvite . Av denne grunn avviser Popper verifiserbarheten til en teori som uvitenskapelig. [23] I stedet skal teorier aldri sees på som endelige, men bør alltid stilles spørsmålstegn ved at de enten forblir bevist eller til slutt blir forfalsket.

reduksjon

Hvis flere lover om prosesser i naturen er kjent, kan det antas at de er avhengige av hverandre, for eksempel har en felles årsak og dermed kan reduseres til et generelt prinsipp. Ved å bruke denne tilnærmingen kan et økende antall spørsmål spores tilbake til enkle mekanismer eller lover. Isaac Newton oppnådde en imponerende reduksjon med formuleringen av gravitasjonsloven . To kropper utøver en kraft på hverandre som avhenger av massene og avstanden. Tyngdekraften, som får en stein til å falle til bakken, kan derfor beskrives med nøyaktig samme lov som tyngdekraften mellom solen og jorden. Mange andre observasjoner, som Newtons første korrekt forklarte fenomen av tidevannet , kan også spores tilbake til gravitasjonsloven. Siden den gang har reduksjonen vist seg og har fått stor betydning, spesielt for fysikken. Imidlertid er det kontroversielt om hvilke grenser og hvilke vitenskaper denne metoden kan brukes.

I vitenskapsfilosofien er reduksjonisme et kontroversielt vitenskapsprogram. Enkelt sagt er spørsmålet om alle vitenskaper til slutt kan reduseres til en grunnleggende vitenskap - for eksempel fysikk. Tilhengere av påfølgende reduksjonisme, som mange forkjempere for fysikalisme, hevder at menneskelig bevissthet kan beskrives fullt ut av nevrobiologi , som igjen kan forklares med biokjemi . Biokjemi kan da endelig reduseres til fysikk, hvorved til slutt mennesket som et komplekst levende vesen kan forklares fullt ut fra summen av dets individuelle deler og deres interaksjon. Kritikere uttrykker bekymringer på forskjellige nivåer av denne logiske konstruksjonen. En sterk innvending er forekomsten av fremvekst , dvs. utvikling av egenskaper til et system som dets komponenter ikke har. The Philosophy of Spirit tar for seg dette og relaterte spørsmål.

Kroppen presses oppover med vekten av vannet den forskyver

Matematisk beskrivelse

Queen Mary 2 på Elben

Til tross for eksisterende matematisk kunnskap, ble ingen lover i matematiske formuleringer anerkjent i naturen på lenge, fordi den systematiske undersøkelsen ved hjelp av eksperimentet ikke kunne seire. Man war bis zum Ende des Mittelalters davon überzeugt, dass eine Grundbeobachtung ausreiche, um dann durch reines Nachdenken das Wesen der Natur zu verstehen. [24] Mit dieser Denkweise konnte man aber kaum quantitative Aussagen über die Natur treffen. Man wusste beispielsweise, dass tendenziell leichte Materiale wie Holz auf dem Wasser schwimmen, wobei schwere Stoffe wie Metall sinken. Wieso aber konnte beispielsweise ein Goldbecher, der ja aus einem Schwermetall besteht, mit der Öffnung nach oben auf der Wasseroberfläche schwimmen? Schon Archimedes entdeckte das nach ihm benannte Archimedische Prinzip , das er mathematisch formulieren konnte, welches aber in Vergessenheit geriet. Es besagt, dass auf jeden Körper im Wasser eine Auftriebskraft wirkt, die genau so groß ist, wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrängten Wassers. Solange also der Goldbecher eine Wassermenge verdrängt, die schwerer ist als der Becher selbst, schwimmt dieser an der Oberfläche. Dieses Prinzip lässt sich auf jede beliebige Flüssigkeit und jeden Stoff verallgemeinern und ermöglicht präzise Berechnungen in zahlreichen Anwendungsgebieten. So erklärt es, weshalb große Schiffe mit einer Masse von Tausenden von Tonnen nicht untergehen. Die Queen Mary 2 beispielsweise verdrängt bei einer Tauchtiefe von nur knapp 10 Metern so viel Wasser, dass die resultierende Auftriebskraft ihre Gewichtskraft ihrer bis zu 150.000 Tonnen [25] im beladenen Zustand kompensieren kann, was rein intuitiv unglaublich erscheint.

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

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

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

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

Hypothesen- und Theoriebildung

Prozess des Erkenntnisgewinns

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

Fachrichtung Gegenstandsbereich
Kosmologie Universum
Astrophysik
Astrobiologie
Planetologie
Geophysik Erde
Geodäsie
Physische Geographie
Meteorologie
Klimatologie
Hydrologie
Geologie
Mineralogie
Geochemie
Geographie
Kartografie
Geoökologie Ökosystem
Biogeographie
Umweltphysik
Umweltchemie
Meereskunde
Ökologie
Bodenkunde
Humanmedizin Mensch
Humanbiologie
Humangenetik
Bewegungswissenschaft
Pharmazie
Neurobiologie
Lebensmittelchemie
Psychologie
Archäologie Lebensformen
Verhaltensbiologie
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

Naturwissenschaftler sind vor allem in folgenden Positionen beruflich tätig:

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 ‚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 .

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:

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

Zeitschriften

Populärwissenschaftlich

Weblinks

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

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.