Náttúruvísindi

frá Wikipedia, ókeypis alfræðiorðabókinni
Fara í siglingar Fara í leit

Hugtakið náttúruvísindi dregur saman vísindi sem vinna af reynslu og fjalla um rannsókn á náttúrunni . Náttúrufræðingar fylgjast með , mæla og greina aðstæður og hegðun náttúrunnar með því að nota aðferðir sem eiga að tryggja endurtekjanleika niðurstaðna þeirra með það að markmiði að viðurkenna reglur. Auk þess að útskýra náttúrufyrirbæri er eitt mikilvægasta verkefni náttúruvísinda að gera náttúruna nothæfa. [1] Náttúruvísindin mynda z. B. Hluti af fræðilegum stoðum ýmissa greina eins og tækni , sálfræði , læknisfræði eða umhverfisvernd .

Á 17. öld náðu náttúruvísindin afgerandi byltingu í vitsmunalegum stéttum samfélagsins. Í tengslum við uppljóstrunina kom þetta af stað vísindalegri byltingu, sem á 18. öld leiddi til iðnaðaröldarinnar með mörgum nýjum uppgötvunum og uppfinningum og sem breytti samfélaginu mjög, sérstaklega í hinum vestræna heimi . Hingað til hefur það verið undir svo miklum áhrifum frá almennri vísindastarfsemi að félagsfræði talar um vísindalegt og tæknilegt samfélag.

Undirsvið náttúruvísinda eru stjörnufræði , eðlisfræði , efnafræði , líffræði , svo og nokkur umhverfisvísindi eins og jarðfræði , en einnig landbúnaðarvísindi . Tæknileg notagildi náttúrulaga hefur alltaf verið tekin fyrir í mismunandi verkfræðivísindum .

Flokkun og afmörkun

Samkvæmt klassískri skoðun er hægt að flokka náttúruvísindin samhliða hugvísindum og félagsvísindum . Vegna tilkomu margs konar nýrra greina vísinda í nútímanum er ekki samstaða um almenna flokkun einstakra vísinda . Flokkunin reynist sérstaklega erfið vegna margra skörunar á mismunandi vísindasviðum. Náttúruvísindin tilheyra raunvísindum . Umfram allt einkennast þær af rannsóknarefni sínu, líflegt og líflaust efni. Sum náttúruvísindi einkennast af stærðfræðilegri nálgun á rannsóknarefni sínu. Þetta eru kölluð nákvæm vísindi . Stærðfræði er líka nákvæm vísindi, en með rannsókn sinni á abstrakt uppbyggingu nær hún til sviða bæði hugvísinda og náttúruvísinda. Af þessum sökum er það oft falið í uppbyggingarvísindum samhliða tölvunarfræði .

Vísindarannsóknir snúast fyrst og fremst um spurningar sem hægt er að svara með því að skoða regluleg sambönd í náttúrunni. Áherslan er lögð á lýsinguna á ferlinu sjálfu en ekki að finna merkingu. Í einfölduðum skilmálum er hægt að setja fram spurninguna um hvernig í staðinn fyrir hvað . Spurningin hvers vegna er rigning? finnur ekki skýringu sína með Svo að plöntur geti vaxið , en henni er svarað málefnalega : Vegna þess að vatn gufar upp , rís, safnast í skýjum og þéttist að lokum, sem leiðir til úrkomu . Í fyrsta lagi svara náttúruvísindi ekki neinum fjarskiptafræðilegum (tilgangi eða markmiðsmiðuðum) spurningum, heldur rekja ferli sem rannsakaðir eru aftur til náttúrulaga eða staðreynda sem þegar eru þekktar. Að svo miklu leyti sem þetta heppnast eru náttúruvísindum ekki aðeins úthlutað lýsandi heldur einnig skýringarmynd .

Saga vísinda

Náttúruleg heimspeki fornaldar

Lýsing á heimsmynd Ptolemaic eftir Andreas Cellarius (1660)

Vísindaleg þekking hófst annars vegar í handvirkni og tæknilegri starfsemi og hins vegar í andlegri miðlun lærðrar hefðar mannsins. [2] Athuganir á náttúrunni í fornum menningarheimum - sérstaklega í stjörnufræði - gáfu oft fram nákvæmar megindlegar og eigindlegar fullyrðingar, en voru aðallega túlkaðar í goðafræði - eins og til dæmis í stjörnuspeki . Gríska náttúruheimspekin skilaði afgerandi framförum við þróun aðferðafræði sem byggðist á heimspeki og stærðfræði. Skynjanlegur heimur var hugsaður, eins og í fjögurra þátta kenningunni, sem sambland af "frumefnunum" eldi, lofti, vatni og jörðu og ýmsum umbreytingarferlum var lýst. Hugmyndin um minnstu, óskiptu agnirnar ( atomism ), sem allur heimurinn er samsettur af, var einnig þróuð. Reglubundnar hreyfingar himintungla , þekktar fyrir löngu, voru túlkaðar rúmfræðilega og hugmyndin um heimskerfi þróaðist þar sem sólin, tunglið og pláneturnar sem þekktust á þeim tíma fóru á hringlaga brautir um jörðina í hvíld í miðju ( landfræðileg sýn á heiminn ). [3] Kúluform jarðar var gert ráð fyrir og rökstutt af Aristótelesi í síðasta lagi, [4] útskýrði sólmyrkva og tunglmyrkva , áætlaða hlutfallslega fjarlægð frá jörðu, sól og tungli og jafnvel ákvarðað ummál jarðar einmitt með því að mæla horn og rúmfræðilegar forsendur. [5]

Í Rómaveldi voru vitsmunaleg afrek grískrar menningar að miklu leyti tekin upp og þróuð, með miklum blómaskeiði á tímum keisaraveldis , en týndust að mestu með hruni heimsveldisins á 5. öld e.Kr. Í miðalda Evrópu, undir forgangi guðfræði og heimspeki, gætu náttúruvísindin aðeins þróast hægt í kristnum jafnt sem í íslamska heiminum og innan ramma hugmyndafræðilegra forsendna.

Kópernísk beygja og vísindaleg bylting

Nicholas Copernicus. Leturgröftur frá 1597 eftir Robert Boissard . Latneska letrið þýðir: "Copernicus kennir ekki að brautir himinsins séu óstöðugar, heldur fullyrðir hann að braut jarðar sé óstöðug."

Það var ekki fyrr en á endurreisnartímanum að áhugi var á náttúruskoðun að nýju. Þegar vísindin nálguðust hefðbundið handverk í reynslutækni , fékkst ný þekking á öllum sviðum. [6] Samspil gullgerðarlistarinnar og læknisfræðinnar auðgaði báðar greinarnar í þroska þeirra í raunvísindi. Leiðrétting gamla Júlíu dagatalsins og siglingar í siglingum um allt haf krefst ítarlegrar rannsóknar á stjörnufræði. [7] Byggt á hreyfingu jarðar í kringum sólina þróaði Nicolaus Copernicus heimskerfi sem útskýrði reikistjarnbrautir reikistjarnanna, sem virtust vera flóknar og, samanborið við Ptolemaic kerfið, gerði auðveldari en ekki nákvæmari útreikninga kleift af stöðunum. [8] Francis Bacon og Galileo Galilei kröfðust þess að náttúrulegar rannsóknir ættu að byggjast á tilraunum þar sem Galileo rak stærðfræðilegt mat á tölfræðilegum mælingarniðurstöðum með sérstökum árangri. Hins vegar byrjaði heimskerfi Kóperníku aðeins að fullyrða um landhverfa heimsmynd eftir að Johannes Kepler ákvarðaði sporöskjulaga sporbrautir jarðar og hinna reikistjarnanna eftir nákvæmum mælingum Tycho Brahe , Galileo Galilei hafði fylgst með tunglum Júpíters og áföngum plánetunnar Venusar og Isaac Newton hafði allt þetta í Gæti fræðilega staðfest ramma vélbúnaðarins sem hann þróaði með þyngdarlögmáli sínu . Fyrir þessar byltingarkenndar uppgötvanir á 16. og 17. öld var hugtakið kóperníska snúningurinn myntaður. Vísindasagnfræðingar eru einnig að hefja þessa vísindabyltingu sem frumkvöðlar nútíma náttúruvísinda.

Nútíma vísindi

Sérfræðingar eru ekki sammála um nákvæma skilgreiningu og tímann þegar nútíma náttúruvísindi hófust . Oft, í skörun við vísindabyltinguna, er 17. öld gefin sem tímamörk fyrir upphaf nútíma náttúruvísinda. Sérhæfð vísindaleg starfsemi , þróun og beiting vísindalegrar aðferðafræði og síðar þróun sérsviða með sérhæfingu eru talin mikilvæg einkenni.

Með stofnun vísindafélaga, háskóla og nýrra háskóla hófst stofnun sjálfstæðrar vísindahefðar í Evrópu. Í Frakklandi, fræðimenn - undir áhrifum frá Descartes ' skynsemis heimspeki - helgað sig við fræðilega lýsingu á náttúrufyrirbærum með áherslu á Afleiðsla aðferð. Í Englandi, á hinn bóginn, vegna áhrifa Bacon, var áhuginn á reynslunni aðferð og þess vegna valdi tilraunin meiri tæknilegum áskorunum. [9] Þetta er einnig litið á sem eina af ástæðunum fyrir því að iðnbyltingin hófst í Englandi á síðari hluta 18. aldar. Fjölmargar byltingarkenndar uppgötvanir og uppfinningar leiddu af stað ótvíræðar félagslegar og efnahagslegar breytingar sem breiddust út til meginlands Evrópu og Ameríku á næstu áratugum.

Með mikilli aukningu þekkingar síðan á 18. öld, gæti smám saman þróast grundvallarskilningur á uppbyggingu hins reynslubundna heims, sem gerði það mögulegt að skipta náttúruvísindum í viðfangsefni eins og líffræði, efnafræði, jarðfræði og eðlisfræði. Þó munur á aðferðafræði greina þróaðist, höfðu þeir áhrif á og bættu hver annan. Efnaskiptaferlið sem rannsakað er í líffræði gæti til dæmis verið útskýrt og rannsakað nánar með lífrænni efnafræði . Ennfremur veittu nútíma frumeindakenningar í eðlisfræði skýringar á uppbyggingu frumeinda og stuðluðu þannig að betri skilningi á eiginleikum frumefna og efnatengja í efnafræði. Að auki þróuðust greinar eins og læknisfræði, landbúnaðar- eða verkfræðivísindi sem þróuðu mögulegar umsóknir um fræðilega þekkingu.

Á fyrri hluta 20. aldar upplifði eðlisfræðin merkilegt sviptingar sem átti eftir að hafa alvarlegar afleiðingar fyrir sjálfsmynd náttúruvísinda. Með stofnun skammtafræðinnar komust Max Planck og Albert Einstein fram að orka - sérstaklega í ljósbylgjum - á sér aðeins stað í stöku magni, þ.e. Ennfremur þróaði Einstein sérstaka (1905) og almenna afstæðiskenninguna (1915), sem leiddi til nýs skilnings á rými, tíma, þyngdarafl, orku og efni. Annar umbrotatími er skammtafræðin sem komið var á 1920 og 30, sem, þegar lýst er hlutum á lotukerfinu, sýnir marktækan mun frá klassískri hugmynd um atóm. Þar kom í ljós að ekki er hægt að mæla ákveðna eiginleika agna á sama tíma eins nákvæmlega og óskað er eftir ( óvissuregla Heisenbergs ) og til dæmis er ekki hægt að staðsetja rafeindir atóms nákvæmlega, heldur er aðeins hægt að lýsa þeim með vissum líkindum með staðsetningu þeirra . Þessar uppgötvanir sleppa að mestu leyti við skynjun manna, en sýna fram á mikilvægi þeirra í stærðfræðilegri uppbyggingu og hafa mikla þýðingu fyrir fjölmörg forrit nútímatækni.

Í síðari heimsstyrjöldinni og kalda stríðinu var vísindarannsóknum - sérstaklega kjarnorkutækni - stuðlað mjög að því að þær voru forsenda fyrir tæknilegum og hernaðarlegum yfirburðum stórveldanna. Síðan þá hefur hugtakið stórfelldar rannsóknir haslað sér völl um mikla útrás rannsóknaaðstöðu.

Aðferðir

Frumspekileg og þekkingarfræðileg forsenda

Fræðilegum aðferðum náttúruvísinda sem og kröfum þeirra og markmiðum er lýst og fjallað um í heimspeki vísindanna . Þau byggja aðallega á stærðfræði , rökfræði og þekkingarfræði , en einnig á menningarlega mótaðri aðferðafræðilegri og verufræðilegri forsendu [10] sem er viðfangsefni náttúrulegrar heimspekilegrar íhugunar. [11] Markmið náttúruvísinda - rannsókn á náttúrunni - gerir ráð fyrir frumspekilegri forsendu um að náttúran sé til og að náttúrulegir ferlar gangi samkvæmt lögum. [12][13] Ennfremur ganga náttúruvísindamenn út frá þekkingarfræðilegri forsendu um að kerfisbundin kynslóð þekkingar um náttúruna sé möguleg innan ákveðinna marka.[14] Spurningin um hvar þessi mörk liggja nákvæmlega eru mismunandi sjónarmið en algengustu afbrigðunum má gróflega skipta í tvo hópa, reynslustöðu og stöðu vísindalegrar raunsæis . [15] Reynslumenn gera ráð fyrir að möguleikinn á vísindalegri þekkingu sé takmarkaður við reynsluathuganir. [15] Kenningar eða fyrirmyndir leyfa hins vegar engar fullyrðingar um náttúruna, samkvæmt reynslunni. Erfiðleikar í tengslum við þessa skoðun eru afmörkun milli reynsluathugunar og fræðilegra fullyrðinga, þar sem flestar athuganir í náttúruvísindum eru óbeinar. [16] Til dæmis, rafmagns sviðum , atóm , dulstirni eða DNA sameindir geta ekki komið fram beint, heldur, eiginleika af þessum hlutum er aðeins hægt að unnum því að nota flókin tilraunalyf verkfæri, þannig verður fræðilega túlkun á mældu gagnanna sem gegnir ómissandi hlutverk.

Vísindalegir raunsæismenn taka aftur á móti þá afstöðu að vísindakenningar eða líkönin sem kennd eru við kenningar leyfi hugsjónaða, en nokkurn veginn nákvæma lýsingu á raunveruleikanum. Samkvæmt þessu eru til dæmis DNA sameindir í raun til og núverandi kenningar um erfðir eru u.þ.b. réttar, þó að þetta útiloki ekki framlengingu í framtíðinni eða jafnvel að hluta til breytingar á þessum kenningum. Vísindalegir raunsæismenn líta því á staðhæfingar sínar sem bestu tryggðu þekkingu sem til er um náttúruna, en segjast ekki vera mótun gildra og endanlegra sanninda án fyrirvara. Sumir gagnrýnendur vísindalegrar raunsæis - jákvæðnihreyfingin snemma á 20. öldinni var sérstaklega áhrifamikil hér - hafna allri frumspeki sem tilgátu. Aðrir gagnrýnendur benda á ákveðin þekkingarfræðileg vandamál vísindalegrar raunsæis, þar á meðal einkum vandamálið við vanskilgreiningu kenninga. [17] [18]

Tilfinningavald og tilraun

Vegalengdin sem fallandi boltinn nær eykst fjórfalt með tímanum - boltanum er því flýtt.

Til þess að öðlast hlutlæga þekkingu á hegðun náttúrunnar eru annaðhvort framkvæmdar prófanir eða ferli sem þegar eiga sér stað í náttúrunni er ákaflega fylgst með og skjalfest. Í tilraun er ferli oft framkvæmt við tilbúnar aðstæður við rannsóknarstofuna og greindar megindlega með hjálp ýmissa mælitækja. Í vettvangsrannsóknum eru náttúruleg ferli hins vegar rannsökuð af reynslunni eða tilviljanakenndar kannanir gerðar. Tilraunina eða náttúruskoðun er hægt að endurtaka hvar sem er í heiminum, óháð staðsetningu og tíma - að því tilskildu að hún sé framkvæmd við sömu viðeigandi aðstæður - og verður að leiða til sömu niðurstaðna innan gildissviðs mælingarnákvæmni ( endurtekningarhæfni ). Hin empiríska nálgun hefur verið mikilvægur stoð í heimspeki vísindanna, sérstaklega eftir fræðilega lýsingu hennar eftir Francis Bacon og hagnýta notkun hennar eftir Galileo Galilei, og tryggir að hægt sé að athuga rannsóknarniðurstöður sjálfstætt og uppfylla þannig kröfuna um hlutlægni.

Oft stangast reynslusögur á við daglega reynslu. Til dæmis virðast ljósir hlutir eins og blað alltaf falla hægar á gólfið en þungir hlutir eins og málmbitur. Aristóteles var þeirrar skoðunar að sérhver líkamlegur líkami hafi sinn náttúrulega stað sem hann reynir að ná til. Þungir líkamar myndu falla vegna þess að náttúrulegur staður þeirra er fyrir neðan. Hann gerði ráð fyrir að sérhver líkami detti á stöðugum hraða , sem fer eftir massa hans . Hins vegar spurði Galileo ekki fyrst ástæðuna fyrir fallinu, en rannsakaði ferlið sjálfur með því að skrá falltíma, fallhæð og hraða ýmissa líkama og setja þá í samband. Meðal annars komst hann að því að falltíminn er ekki háður massa líkamans - eins og áður var gert ráð fyrir - heldur lögun hans og þar með loft núningi sem verður. Þannig að ef þú sleppir borðtennisbolta og blýkúlu af sömu stærð úr sömu hæð, þvert á innsæi forsendu, muntu komast að því að báðir slá jörðina á sama tíma.

Mikilvægi tilraunarinnar fer eftir ýmsum þáttum. Þegar mælitæki eru notuð verður nákvæmni þess að vera þekkt til að hægt sé að meta yfirleitt hversu áreiðanleg gögnin sem mæld eru með henni eru ( áreiðanleiki ). Einnig verður að athuga hvort allt tilraunahugtakið sé réttmætt og meta niðurstöðurnar oft með tölfræðilegum aðferðum til að ákveða hvort niðurstaðan geti í raun réttlætt aðstæður. Galileo var þegar meðvitaður um ónákvæmni hljóðfæra sinna og tilheyrandi óvissu um mælingar. [19] Af þessum sökum bætti það mælingar sínar með hliðstæðu að frjálsri fallhreyfingu á hallandi plani sem skoðað var.

örvun

Þegar notkunaraðferð er notuð er almenn þekking ályktað frá rannsókn á fyrirbæri . Reynslugögnin eru metin og skoðuð með tilliti til almennt lýsandi ferla. Ef megindlegar niðurstöður mælinga liggja fyrir er leitað að stærðfræðilegum tengslum milli mældu breytanna. Í dæminu hér að ofan um frjálst fall fann Galileo línulegt samband milli tíma og hraða fallandi líkama, sem kemur fram í stöðugri hröðun þyngdaraflsins .

Þó að inductive ályktun sé oft notuð í vísindum, þá er hún umdeild í heimspeki vísinda ( framkallunarvandamál ). Galileo var þegar meðvitaður um erfiðleikana sem fylgja nálguninni. [20] David Hume útskýrði ítarlega að reynslan ein og sér er ekki nóg til að réttlæta almenn lög. [21] Það væri til dæmis banvænt að reyna að ákvarða stærð barns á fullorðinsárum út frá þeim hraða sem barn stækkar. Af þessum sökum hafa verið gerðar tilraunir (til dæmis Rudolf Carnap ) til að veikja upplýsingagildi inductive ályktana með því að gefa líkindum þeirra gildi þeirra, sem á að vera til á grundvelli reynslunnar. Slíkar aðferðir eru einnig hafnað af fulltrúum gagnrýna rökhyggju ss Karl Popper , vegna þess að þeir eru annað hvort byggðar á fyrirfram forsendum eða leitt til óendanlega endurkröfurétt á rök þeirra og leysa ekki upprunalega framkalla vandann. [22]

Frádráttur

Frádráttaraðferðin lýsir rökréttri niðurstöðu út frá tilgátu sem er talin vera sönn. Ef grunur leikur á að um ákveðna reglu sé að ræða er hægt að draga ýmsar fullyrðingar frá þessu á frádráttarfullan hátt og athuga aftur með reynslu. Aftur má lýsa þessu ferli með frjálsu falli. Af þeirri forsendu að hraði fallandi líkama sé í réttu hlutfalli við falltíma hans má stærðfræðilega álykta að vegalengdin sem líkaminn nær fer fjórfaldlega með tímanum. Nú er hægt að sannreyna þessa niðurstöðu með tilraunum og reynist rétt, þar sem hin tilgáta tilgáta sannar sig. Niðurstaðan verður ljós í röð af reglulegum skyndimyndum af hlut sem fellur. Líkaminn nær lengri vegalengd með hverju skoti, sem hrekur með skýrum hætti tilgátu Aristótelesar um stöðugt fallhraða.

Önnur athugun er sú að ljósir hlutir með stórt yfirborð, svo sem fjöður, falla mun hægar. Það má gera ráð fyrir því að þessi staðreynd sé vegna núnings í lofti. Til þess að athuga þetta á frádráttarlausan hátt er hægt að framkvæma gildru tilraun í rýmdum glerhólk sem Robert Boyle tókst 1659. Hann sýndi fram á að hvaða líkami sem er með mismunandi massa, svo sem fjöður og steinn, gæti náð jörðu í lofttæmi þegar hann féll úr sömu hæð.

Það eru ýmsar aðferðir til að draga ályktanir af þekktum gögnum eða lögum á deductively hátt. Fyrirmyndir sem gefa til kynna hversu áreiðanlegar þær eru eru einnig mikilvægar. Ef ekki er hægt að athuga hegðun kerfis af einhverjum ástæðum á svæði, en samt er hægt að fullyrða um þróun kerfisins með hjálp þekktra reglna, þá er þetta kallað framreikningur . Til dæmis er hægt að áætla niðurstöður kosninga ( framreikning ) fyrir kosningar með því að fá tiltölulega dæmigert gildi úr slembikönnunum. Ef hins vegar kemur fram staðhæfing um ástand kerfis sem var ekki beint rannsakað, heldur liggur innan sviðsins þegar þekktrar hegðunar kerfisins, þá talar maður um inngreiningu . Ef maður fær frádráttarlausa fullyrðingu um atburð sem á að eiga sér stað í framtíðinni talar maður líka um fyrirsjáanleika . Eitt slíkt dæmi er útreikningur á dagsetningum og tímum tungl- og sólmyrkva úr hreyfingarjöfnum himintungla .

Staðfesting og fölsun

Upphaflega trúverðug fullyrðingin Allir álftir eru hvítir eru fölsaðir með gagndæmi

Öfugt við stærðfræði er ekki hægt að sanna endanlega sannanir , lög eða kenningar í náttúruvísindum. Í staðinn, ef um jákvætt próf er að ræða, talar maður um sönnun. Þegar fullyrðing eða kenning er studd af miklu magni sönnunargagna og engar vísbendingar eru um annað er það talið satt. Hins vegar er hægt að hrekja það hvenær sem er (fölsun) eða takmarka það í gildissviði þess ef nýjar niðurstöður rannsókna geta sýnt samsvarandi niðurstöður. Hvort hægt sé að sannreyna kenningu, þ.e. að lokum að hún sé sönn, er umdeilt í heimspeki vísindanna. Karl Popper nefnir þekkt dæmi í verki sínu, The Logic of Research , til þess að sýna gagnrýninn möguleika á að sannreyna kenningar. Það ætti að sannreyna þá tilgátu að allir álftir séu hvítir . Talsmenn rökréttrar reynsluhyggju myndu álykta um réttmæti fullyrðingarinnar út frá þeirri reynslureynd að allar álftir sem þeim er þekktar eru hvítar. Hins vegar hafa þeir ekki séð alla svana sem fyrir eru og vita heldur ekki fjölda þeirra. Þess vegna geturðu hvorki gert ráð fyrir að tilgátan sé sönn, né gefið fullyrðingar um líkurnar á því að hún sé rétt. Orsök vandans við sannprófun liggur upphaflega í innleiðingarþrepinu Margir svanir sem við þekkjum eru hvítir → Allir álftir eru hvítir . Af þessum sökum hafnar Popper sannprófun kenningarinnar sem óvísindalegri. [23] Þess í stað ætti aldrei að líta á kenningar sem endanlegar, heldur ætti alltaf að draga þær í efa, þar sem þær verða annað hvort sannaðar eða að lokum falsaðar.

lækkun

Ef nokkur lög um ferli í náttúrunni eru þekkt má gera ráð fyrir að þau séu háð innbyrðis, til dæmis hafa sameiginlega orsök og geta þannig lækkað í almenna meginreglu. Með þessari nálgun má rekja vaxandi fjölda mála til einfaldra aðferða eða laga. Isaac Newton náði glæsilegri lækkun með mótun þyngdarafls lögmálsins. Tveir líkamar beita hvor öðrum krafti sem fer eftir massa þeirra og fjarlægð. Þyngdaraflinu, sem veldur því að steinn fellur til jarðar, er því hægt að lýsa með nákvæmlega sama lögum og þyngdarafl milli sólar og jarðar. Margar aðrar athuganir, svo sem fyrsta rétt útskýrða fyrirbæri Newton, sjávarföll , má einnig rekja aftur til lögmálsins um þyngdarafl. Síðan þá hefur lækkunin sannað sig og hefur orðið mjög mikilvæg, sérstaklega fyrir eðlisfræði. Hins vegar er umdeilt um það hvaða takmörk og í hvaða vísindum þessi aðferð er hægt að nota.

Í heimspeki vísindanna er fækkunarhyggja umdeilt vísindaáætlun. Einfaldlega, spurningin er hvort hægt sé að lokum að færa öll vísindi niður í eitt grunnvísindi - eins og eðlisfræði. Talsmenn þessarar lækkunarhyggju, eins og margir talsmenn líkamshyggjunnar, halda því fram að hægt sé að lýsa meðvitund manna að fullu með taugalíffræði , sem aftur megi útskýra með lífefnafræði . Síðan er hægt að loka lífefnafræði niður í eðlisfræði, að lokum er hægt að útskýra manneskjuna sem flókna lifandi veru að fullu út frá summu einstakra hluta hennar og samspili þeirra. Gagnrýnendur lýsa áhyggjum sínum á mismunandi stigum þessarar rökréttu uppbyggingar. Sterk andmæli er að tilkoma komi fram , þ.e. þróun eiginleika kerfis sem íhlutir þess hafa ekki. Heimspeki andans fjallar um þetta og tengdar spurningar.

Líkaminn er þrýst upp með þyngd vatnsins sem hann flytur

Stærðfræðileg lýsing

Queen Mary 2 á Elbe

Þrátt fyrir fyrirliggjandi stærðfræðilega þekkingu voru engin lög í stærðfræðilegum samsetningum viðurkennd í náttúrunni í langan tíma, því kerfisbundin rannsókn með hjálp tilraunarinnar gat ekki ráðið. 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 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 .

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
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

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.
Abgerufen von „ https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Naturwissenschaft&oldid=212680895 “