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Als Naturwissenschaften werden jene Wissenschaften bezeichnet, die sich mit der Erforschung der unbelebten und der belebten Natur befassen, indem sie diese beobachten, messen, mit mathematischen Methoden analysieren, um ihr Verhalten schlieĂlich in der Form allgemeiner Naturgesetze beschreiben und vorhersagen zu können. Als Natur wird in diesem Zusammenhang die Gesamtheit aller empirisch zugĂ€nglichen PhĂ€nomene von Materie und Energie betrachtet. Die wichtige Aufgabe der Naturwissenschaft besteht nicht nur darin, NaturphĂ€nomene zu erklĂ€ren, sondern diese auch in einer Anwendung dem Menschen nutzbar zu machen.[1] Die Naturwissenschaften bilden eine der wesentlichen theoretischen Grundlagen fĂŒr zahlreiche Bereiche menschlicher AktivitĂ€t wie Technik, Medizin oder Umweltschutz.
Im 17. Jahrhundert gelang den Naturwissenschaften im Zusammenhang mit der Epoche der AufklĂ€rung der entscheidende Durchbruch in den intellektuellen Gesellschaftsschichten. Dies löste eine wissenschaftliche Revolution aus, die im 18. Jahrhundert mit vielen neuen Entdeckungen und Erfindungen zum industriellen Zeitalter fĂŒhrte und die Gesellschaft vor allem in der westlichen Welt stark verĂ€nderte. Bis heute hat sie den allgemeinen Wissenschaftsbetrieb so stark geprĂ€gt, dass in der Soziologie von einer naturwissenschaftlichen und technischen Gesellschaft gesprochen wird.
Teilgebiete der Naturwissenschaften, die heute in den Medien die öffentliche Meinung prÀgen, sind vor allem Umweltwissenschaften, Physik, Chemie und Biologie.
Inhaltsverzeichnis |
Nach klassischer Auffassung können die Naturwissenschaften neben den Geisteswissenschaften und den Sozialwissenschaften eingeordnet werden. Aufgrund der Entstehung einer Vielfalt von neuen Wissenschaftszweigen in der Moderne herrscht ĂŒber eine allgemeine Klassifizierung der Einzelwissenschaften kein Konsens. Die Einordnung erweist sich vor allem aufgrund vieler Ăberschneidungen verschiedener Wissenschaftsgebiete als sehr schwierig. Die Naturwissenschaften gehören zu den empirischen Wissenschaften und zeichnen sich vor allem durch ihren Forschungsgegenstand â die belebte und unbelebte Materie â sowie ihren mathematischen Zugang aus, weshalb sie oft als exakte Wissenschaften bezeichnet werden. Die Mathematik ist ebenfalls eine exakte Wissenschaft, wird aber den Strukturwissenschaften zugeordnet.
Naturwissenschaftliche Forschung beschĂ€ftigt sich vor allem mit Fragestellungen, die durch Untersuchung von gesetzmĂ€Ăigen ZusammenhĂ€ngen in der Natur beantwortet werden können. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Beschreibung des Vorgangs selbst und nicht etwa bei einer Sinnfindung. Vereinfacht kann es mit der Frage nach dem Wie anstatt des Wozu dargestellt werden. Die Fragestellung Warum gibt es Regen? findet nicht etwa mit Damit Pflanzen wachsen können ihre ErklĂ€rung, sondern wird objektiv beantwortet: Weil Wasser verdunstet, aufsteigt, sich in Wolken sammelt und schlieĂlich kondensiert, was zum Niederschlag fĂŒhrt. Die Naturwissenschaft beantwortet also in erster Linie keine teleologischen (nach dem Zweck oder Ziel ausgerichteten) Fragen, sondern fĂŒhrt die untersuchten VorgĂ€nge auf Naturgesetze oder auf schon bekannte Sachverhalte zurĂŒck. Insoweit dies gelingt, wird der Naturwissenschaft nicht nur ein beschreibender, sondern auch ein erklĂ€render Charakter beigemessen.
Naturwissenschaftliche Erkenntnis nahm einerseits in der handwerklichen und technischen BetĂ€tigung und andererseits in der geistigen Ăberlieferung der gelehrten Tradition des Menschen ihren Anfang.[2] Naturbeobachtungen altertĂŒmlicher Kulturen â insbesondere in der Astronomie â brachten oft zwar zutreffende quantitative und qualitative Aussage hervor, wurden aber vorwiegend â wie etwa in der Astrologie â mythologisch gedeutet. Entscheidende Forstschritte brachte die griechische Naturphilosophie mit der Entwicklung einer Methodik, die sich an der Philosophie und der Mathematik orientierte. Die wahrnehmbare Welt dachte man sich wie etwa in der Vier-Elemente-Lehre als Zusammensetzung der âElementeâ Feuer, Luft, Wasser und Erde und beschreib verschiedene Umwandlungsprozesse. Auch die Vorstellung von kleinsten, unteilbaren Teilchen (Atomismus), aus denen die ganze Welt zusammengesetzt sei, wurde entwickelt. Schon lang bekannte periodische Bewegungen der Himmelskörper wurden geometrisch interpretiert und die Vorstellung eines Weltensystems entwickelt, in dem sich die Sonne, der Mond und die damals bekannten Planeten auf Kreisbahnen um die ruhende Erde in der Mitte bewegten (geozentrisches Weltbild).[3] Die Kugelgestalt der Erde wurde vermutet und spĂ€testens von Aristoteles stichhaltig begrĂŒndet,[4] das Zustandekommen von Sonnen- und Mondfinsternissen erklĂ€rt, relative AbstĂ€nde von Erde, Sonne und Mond abgeschĂ€tzt und sogar durch eine Winkelmessung und geometrische Ăberlegungen der Erdumfang recht genau bestimmt.[5]
Im Römischen Reich wurden die intellektuellen Errungenschaften der griechischen Kultur zum gröĂten Teil ĂŒbernommen, gingen aber mit dem Zerfall des Reiches im 5. Jhd. n. Chr. zum gröĂten Teil verloren. Im mittelalterlichen Europa konnten sich die Naturwissenschaften unter dem Primat der Theologie und der Philosophie sowohl in der christlichen als auch in der islamischen Welt nur langsam und im Rahmen der weltanschaulichen PrĂ€missen entwickeln.
Erst im Zuge der Renaissance, die verschiedene geistesgeschichtliche VerĂ€nderungen mit sich brachte, trat wieder ein gröĂeres Interesse an der Naturbeobachtung auf. Durch die AnnĂ€herung der Wissenschaft an die handwerkliche Tradition in der empirischen Methode wurden auf sĂ€mtlichen Gebieten neue Erkenntnisse gemacht.[6] Die gegenseitige Wechselwirkung von Alchemie und Medizin bereicherte beide Disziplinen in der Entwicklung zu empirischen Wissenschaften. Das Experiment als Ausgangspunkt der Naturforschung begann sich mit Francis Bacon und Galileo Galilei durchzusetzen. Besonders die Korrektur des alten Julianischen Kalenders und die Navigation in der Schifffahrt erforderte eine intensive BetĂ€tigung in der Astronomie.[7] Nikolaus Kopernikus entwickelte ausgehend von einer Bewegung der Erde um die Sonne ein vereinfachtes, mathematisches Modell, das die von der Erde kompliziert erscheinenden Himmelsbahnen der Planeten erklĂ€rte und gegenĂŒber dem ptolemĂ€ischen System eine leichtere Berechnung der Positionen ermöglichte.[8] Dieses neue Weltsystem setzte sich jedoch gegenĂŒber dem geozentrischen Weltbild erst durch, nachdem Johannes Kepler aus genauen Messungen von Tycho Brahe elliptische Umlaufbahnen der Erde und der anderen Planeten feststellte und Isaac Newton diese durch sein Gravitationsgesetz theoretisch bestĂ€tigen konnte. FĂŒr diese revolutionĂ€ren Entdeckungen des 16. und 17.Jahrhunderts wurde der Begriff der kopernikanischen Wende geprĂ€gt. In derselben Zeitperiode setzen Wissenschaftshistoriker auch die naturwissenschaftliche Revolution als Wegbereiter fĂŒr die moderne Naturwissenschaft an.
Ăber eine prĂ€zise Definition und den zeitlichen Beginn der modernen Naturwissenschaft sind sich Fachleute nicht einig. Oft wird in Ăberschneidung mit der naturwissenschaftlichen Revolution als zeitlicher Rahmen etwa das 17.Jahrhundert fĂŒr den Beginn der modernen Naturwissenschaft angegeben. Als wichtige Merkmale werden professionalisierter Wissenschaftsbetrieb, die Entwicklung und Anwendung naturwissenschaftlicher Methodik und spĂ€ter die Herausbildung von Fachbereichen durch Spezialisierung angesehen.
Mit der GrĂŒndung von naturwissenschaftlichen Gesellschaften, Akademien und neuen UniversitĂ€ten begann die Etablierung einer eigenstĂ€ndigen wissenschaftlichen Tradition in Europa. In Frankreich widmeten sich Gelehrte â beeinflusst durch Descartes' rationalistischer Philosophie â der theoretischen Beschreibung von NaturphĂ€nomenen unter Betonung der deduktiven Methode. In England dagegen galt das Interesse aufgrund Bacons Einfluss der empirischen Methode, weshalb man sich durch das Experiment vermehrt technischen Herausforderungen stellte.[9] Dies wird auch als einer der GrĂŒnde angesehen, warum die Industrielle Revolution in der zweiten HĂ€lfte des 18. Jahrhunderts ihren Anfang in England nahm. Zahlreiche bahnbrechende Entdeckung und Erfindungen leiteten einen unverkennbaren gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel ein, der sich in den folgenden Jahrzehnten auf das europĂ€ische Festland und Amerika ausbreitete.
Mit der starken Zunahme an Wissen seit dem 18. Jahrhundert konnte schrittweise ein GrundverstĂ€ndnis ĂŒber den Aufbau der empirisch zugĂ€nglichen Welt erarbeitet werden, was eine Einteilung der Naturwissenschaften in Fachbereiche wie Biologie, Chemie, Geologie und Physik möglich machte. Obwohl sich Unterschiede in der Methodik der Fachrichtungen entwickelten, beeinflussten und ergĂ€nzten sie sich gegenseitig. Die in der Biologie untersuchten Stoffwechselprozesse konnten beispielsweite durch die organische Chemie erklĂ€rt und nĂ€her erforscht werden. Des Weiteren lieferten moderne Atomtheorien der Physik ErklĂ€rungen zum Aufbau der Atome und trugen so in der Chemie zu einem besseren VerstĂ€ndnis der Eigenschaften von Elementen und chemischen Bindungen bei. DarĂŒber hinaus entwickelten sich Fachbereiche wie Medizin, Agrar- oder Ingenieurwissenschaften, die Anwendungsmöglichkeiten fĂŒr das theoretische Wissen erarbeiteten.
In der ersten HĂ€lfte des 20.Jahrhunderts erlebte die Physik einen bemerkenswerten Umbruch, der gravierende Folgen fĂŒr das SelbstverstĂ€ndnis der Naturwissenschaft haben sollte. Mit der BegrĂŒndung der Quantentheorie stellten Max Planck und Albert Einstein fest, dass Energie â besonders auch in Lichtwellen â nur in diskreten GröĂen vorkommt, also gequantelt ist. Des Weiteren entwickelte Einstein die spezielle (1905) und die allgemeine RelativitĂ€tstheorie (1915), die zu einem neuen VerstĂ€ndnis von Raum, Zeit, Gravitation, Energie und Materie fĂŒhrte. Eine weitere UmwĂ€lzung markiert die in den 1920er und 30er Jahren begrĂŒndete Quantenmechanik, die bei der Beschreibung von Objekten auf atomarer Ebene markante Unterschiede zur klassischen Vorstellung der Atome aufweist. Dort stellte man fest, dass bestimmte Eigenschaften von Teilchen nicht gleichzeitig beliebig genau gemessen werden können (Heisenbergsche UnschĂ€rferelation) und beispielsweise Elektronen eines Atoms nicht genau lokalisiert, sondern nur in gewissen Wahrscheinlichkeiten ĂŒber ihren Aufenthaltsort beschrieben werden können. Diese Entdeckungen entziehen sich gröĂtenteils der menschlichen Anschauung, entfalten aber ihre groĂe Aussagekraft in ihrer mathematischen Formulierung und sind fĂŒr zahlreiche Anwendungen der modernen Technik von groĂer Bedeutung.
Im Zweiten Weltkrieg und in der Zeit des Kalten Kriegs wurde naturwissenschaftliche Forschung â insbesondere die Nukleartechnik â stark forciert, weil sie Voraussetzung fĂŒr eine technische und militĂ€rische Ăberlegenheit der GroĂmĂ€chte war. Seit dem hat sich fĂŒr den massiven Ausbau von Forschungseinrichtungen der Begriff der GroĂforschung etabliert.
Die Methoden der Naturwissenschaften, sowie ihre Voraussetzungen und Ziele, werden in der Wissenschaftstheorie erarbeitet und diskutiert. Sie basieren hauptsÀchlich auf Mathematik, Logik und Erkenntnistheorie, aber auch auf kulturell geprÀgten methodischen und ontologischen Vorannahmen[10], die Gegenstand naturphilosophischer Reflexion sind.[11]
Die Zielsetzung der Naturwissenschaften â die Erforschung der Natur â setzt als metaphysische Grundannahme voraus, dass die Natur existiert, und dass natĂŒrliche VorgĂ€nge gesetzmĂ€Ăig ablaufen.[12][13] Weiterhin gehen Naturwissenschaftler von der erkenntnistheoretischen PrĂ€misse aus, dass die systematische Generierung von Wissen ĂŒber die Natur innerhalb bestimmter Grenzen möglich ist.[14] Zu der Frage, wo genau diese Grenzen liegen, gibt es verschiedene Standpunkte, deren gĂ€ngigste Varianten grob in zwei Gruppen aufgeteilt werden können, die empiristische Position und die Position des wissenschaftlichen Realismus.[15] Empiristen gehen davon aus, dass sich die Möglichkeit wissenschaftlicher Erkenntnis auf empirische Beobachtungen beschrĂ€nkt.[15] Theorien bzw. Modelle ermöglichen hingegen dem Empirismus zufolge keine Aussagen ĂŒber die Natur. Eine mit dieser Auffassung verbundene Schwierigkeit ist die Abgrenzung zwischen empirischer Beobachtung und theoretischen Aussagen, da die meisten Beobachtungen in den Naturwissenschaften indirekt sind.[16] Beispielsweise sind elektrische Felder, Atome, Quasare oder DNA-MolekĂŒle nicht direkt beobachtbar, vielmehr lassen sich die Eigenschaften dieser Objekte nur unter Anwendung komplexer experimenteller Hilfsmittel ableiten, wobei der theoretischen Interpretation der gemessenen Daten eine unverzichtbare Rolle zukommt.
Wissenschaftliche Realisten vertreten hingegen den Standpunkt, dass wissenschaftliche Theorien bzw. die aus Theorien abgeleiteten Modelle eine zwar idealisierte, aber doch nĂ€herungsweise zutreffende Beschreibung der RealitĂ€t zulassen. Demnach existieren beispielsweise DNA-MolekĂŒle wirklich, und die gegenwĂ€rtigen Theorien zur Vererbung sind nĂ€herungsweise korrekt, was jedoch zukĂŒnftige Erweiterungen oder auch partielle Ănderungen dieser Theorien nicht ausschlieĂt. Wissenschaftliche Realisten betrachten ihre Aussagen also als das am besten abgesicherte verfĂŒgbare Wissen ĂŒber die Natur, erheben aber nicht den Anspruch auf die Formulierung uneingeschrĂ€nkt gĂŒltiger und letzter Wahrheiten. Manche Kritiker des wissenschaftlichen Realismus - einflussreich war hier insbesondere die Positivismus-Bewegung des beginnenden 20. Jahrhunderts - lehnen jegliche Metaphysik als spekulativ ab. Andere Kritiker weisen auf spezifische erkenntnistheoretische Probleme des wissenschaftlichen Realismus hin, darunter insbesondere das Problem der Unterbestimmtheit von Theorien.[17][18]
Um objektive Erkenntnisse ĂŒber das Verhalten der Natur zu gewinnen, werden entweder Versuche durchgefĂŒhrt oder schon stattfindende Prozesse in der Natur intensiv beobachtet und dokumentiert. Bei einem Experiment wird ein Vorgang oft unter kĂŒnstlich erzeugten Bedingungen im Labor durchgefĂŒhrt und mit Hilfe verschiedener Messvorrichtungen quantitativ analysiert. In der Feldforschung werden dagegen natĂŒrlich ablaufende Prozesse empirisch untersucht oder stichprobenartige Befragungen erhoben. Das Experiment oder die Naturbeobachtung kann ĂŒberall auf der Welt ort- und zeitunabhĂ€ngig â sofern sie unter gleichen, relevanten Bedingungen durchgefĂŒhrt wird â wiederholt werden und muss im Rahmen der Messgenauigkeit zu gleichen Ergebnissen fĂŒhren (Reproduzierbarkeit). Der empirische Ansatz ist vor allem seit seiner theoretischen Beschreibung durch Francis Bacon und der praktischen Anwendung durch Galileo Galilei ein wichtiger Pfeiler der Wissenschaftstheorie und garantiert, dass Forschungsergebnisse unabhĂ€ngig ĂŒberprĂŒft werden können und so dem Anspruch auf ObjektivitĂ€t gerecht werden.
Oft widersprechen empirische Tatsachen der alltĂ€glichen Erfahrung. Beispielsweise scheinen leichte GegenstĂ€nde wie ein Blatt Papier immer langsamer zu Boden zu fallen als schwere wie etwa ein StĂŒck Metall. So vertrat Aristoteles die Auffassung, dass jeder physikalische Körper seinen natĂŒrlichen Ort habe, den er zu erreichen suche. Schwere Körper wĂŒrden fallen, weil ihr natĂŒrlicher Platz unten sei. Er nahm an, dass jeder Körper mit gleichbleibender Geschwindigkeit fĂ€llt, die von seiner Masse abhĂ€ngt. Galilei fragte jedoch nicht zuerst nach dem Grund des Falls, sondern untersuchte den Vorgang selbst, indem er die Fallzeit, die Fallhöhe und die Geschwindigkeit verschiedener Körper erfasste und ins VerhĂ€ltnis setzte. So stelle er unter anderem fest, dass die Fallzeit nicht von der Masse der Körpers â wie frĂŒher vermutet â sondern von seiner Form und damit von der auftretenden Luftreibung abhĂ€ngt. LĂ€sst man also ein Tischtennisball und eine genauso groĂe Bleikugel aus derselben Höhe fallen, stellt man im Gegensatz zu einer intuitiven Vermutung fest, dass beide zur selben Zeit auf dem Boden ankommen.
Die Aussagekraft des Experiments hĂ€ngt von verschiedenen Faktoren ab. Bei Verwendung eines MessgerĂ€ts muss seine Genauigkeit bekannt sein, um ĂŒberhaupt einschĂ€tzen zu können, wie zuverlĂ€ssig die damit gemessenen Daten sind (ReliabilitĂ€t). Auch das ganze Experimentkonzept muss auf seine ValiditĂ€t geprĂŒft und die Ergebnisse oft mit statistischen Verfahren ausgewertet werden, um zu entscheiden, ob das Ergebnis tatsĂ€chlich einen Sachverhalt rechtfertigen kann. Schon Galilei war sich der Ungenauigkeit seiner Instrumente und der damit verbundenen Messunsicherheit bewusst.[19] Aus diesem Grund verbesserte er seine Messungen, indem er die zum freien Fall analoge Bewegung auf der schiefen Ebene untersuchte.
Bei Anwendung der Induktionsmethode wird aus der Untersuchung eines PhĂ€nomens auf eine allgemeine Erkenntnis geschlossen. Die empirischen Daten werden ausgewertet und auf allgemein beschreibbare VorgĂ€nge untersucht. Liegen quantitative Messergebnisse vor, wird nach mathematischen ZusammenhĂ€ngen der gemessenen GröĂen gesucht. Im obigen Beispiel des freien Falls fand Galilei eine lineare Beziehung zwischen der Zeit und der erreichten Geschwindigkeit des fallenden Körpers, die in der konstanten Erdbeschleunigung ihren Ausdruck findet.
Obwohl die induktive Folgerung in der Naturwissenschaft oft angewendet wird, ist sie in der Wissenschaftstheorie umstritten (Induktionsproblem). Schon Galileo waren Schwierigkeiten des Ansatzes bekannt.[20] David Hume legte ausfĂŒhrlich dar, dass fĂŒr die Rechtfertigung eines allgemeinen Gesetzes Erfahrung alleine nicht ausreiche.[21] Es wĂ€re beispielsweise fatal, aus der Wachstumsgeschwindigkeit eines Kindes auf dessen GröĂe im Erwachsenenalter schlieĂen zu wollen. Deswegen wurden (etwa von Rudolf Carnap) Versuche unternommen, die Aussagekraft von induktiven SchlĂŒssen abzuschwĂ€chen, indem man ihrer GĂŒltigkeit einen Wahrscheinlichkeitswert beigemessen hat, der aufgrund empirischer Erfahrung bestehen soll. Auch solche AnsĂ€tze werden von Vertretern des kritischen Rationalismus wie Karl Popper abgelehnt, da sie sich entweder auf A-Priori-Annahmen stĂŒtzen oder in ihrer Argumentation zum unendlichen Regress fĂŒhren und das ursprĂŒngliche Induktionsproblem nicht lösen.[22]
Die Methode der Deduktion bezeichnet eine logische Schlussfolgerung aus einer als wahr angenommenen Hypothese. Wird eine bestimmte GesetzmĂ€Ăigkeit in der Natur vermutet, können aus dieser deduktiv verschiedene Aussagen hergeleitet und wiederum empirisch ĂŒberprĂŒft werden. Wieder kann dieser Prozess am freien Fall veranschaulicht werden. Aus der Vermutung, dass die Geschwindigkeit des fallenden Körpers direkt proportional zu seiner Fallzeit ist, kann man mathematisch folgern, dass die zurĂŒckgelegte Strecke des Körpers quadratisch mit der Zeit zunimmt. Diese Schlussfolgerung kann nun experimentell ĂŒberprĂŒft werden und erweist sich als richtig, wobei sich die angenommene Hypothese bewĂ€hrt. Anschaulich wird das Ergebnis in einer Reihe von periodisch erfolgten Momentaufnahmen eines fallenden Gegenstands. Der Körper legt mit jeder Aufnahme jeweils eine lĂ€ngere Strecke zurĂŒck, was die Hypothese einer konstanten Fallgeschwindigkeit von Aristoteles anschaulich widerlegt.
Eine weitere Beobachtung ist, dass leichte Körper mit einer groĂen OberflĂ€che wie etwa eine Feder viel langsamer fallen. Es stellt sich die Vermutung auf, dass diese Tatsache auf die Luftreibung zurĂŒckzufĂŒhren ist. Um dies deduktiv zu ĂŒberprĂŒfen, lĂ€sst sich ein Fallexperiment in einem evakuierten Glaszylinder durchfĂŒhren, was Robert Boyle 1659 gelang. Er demonstrierte, dass beliebige Körper unterschiedlicher Masse, etwa eine Feder und ein Stein, im Vakuum beim Fall aus gleicher Höhe gleichzeitig den Boden erreichten.
Es gibt verschiedene Methoden, um Schlussfolgerungen deduktiv aus schon bekannten Daten oder Gesetzen zu ziehen. Wichtig sind auch Modelle, die angeben, wie zuverlĂ€ssig diese sind. Wenn aus bestimmten GrĂŒnden das Verhalten eines Systems in einem Bereich nicht untersucht werden kann, aber trotzdem Aussagen fĂŒr die Entwicklung des Systems mit Hilfe von bekannten GesetzmĂ€Ăigkeiten getroffen werden, wird von Extrapolation gesprochen. So lassen sich beispielsweise Wahlergebnisse schon vor der Wahl abschĂ€tzen (Hochrechnung), indem man aus stichprobenartigen Befragungen relativ reprĂ€sentative Werte erhĂ€lt. Wird hingegen eine Aussage ĂŒber den Zustand eines Systems getroffen, der nicht direkt untersucht wurde, aber im Bereich des schon bekannten Verhaltens des Systems liegt, spricht man von Interpolation. Gewinnt man deduktiv eine Aussage ĂŒber ein Ereignis, das in der Zukunft stattfinden soll, so spricht man auch von der Vorhersagbarkeit. Ein solches Beispiel ist die Berechnung der Daten und Uhrzeiten von Mond- und Sonnenfinsternissen aus den Bewegungsgleichungen der Himmelskörper.
Im Gegensatz zur Mathematik können Aussagen, Gesetze oder Theorien in der Naturwissenschaft nicht endgĂŒltig bewiesen werden. Stattdessen spricht man im Falle eines positiven Tests von einem Nachweis. Wenn eine Aussage oder Theorie durch viele Befunde untermauert wird und keine Belege fĂŒr das Gegenteil existieren, gilt sie als wahr. Sie kann jedoch jederzeit widerlegt (Falsifikation) oder in ihrem GĂŒltigkeitsbereich eingeschrĂ€nkt werden, wenn neue Forschungsergebnisse entsprechende Resultate vorweisen können. Ob eine Theorie verifizierbar d. h. endgĂŒltig als wahr befunden werden kann, wird in der Wissenschaftstheorie kontrovers diskutiert. Karl Popper fĂŒhrt in seinem Werk Logik der Forschung ein bekanntes Beispiel an, um die Möglichkeit der Verifizierung von Theorien kritisch zu veranschaulichen. Die Hypothese Alle SchwĂ€ne sind weiĂ soll verifiziert werden. Vertreter des logischen Empirismus wĂŒrden die Richtigkeit der Aussage aus der empirischen Tatsache folgern, dass alle ihnen bekannten SchwĂ€ne weiĂ seien. Nun haben sie aber nicht alle existierenden SchwĂ€ne gesehen und kennen ihre Anzahl auch nicht. Deswegen können sie weder davon ausgehen, dass die Hypothese wahr sei, noch Aussagen ĂŒber die Wahrscheinlichkeit ihrer Richtigkeit treffen. Die Ursache des Problems der Verifizierung liege also ursprĂŒnglich bereits in dem Induktionsschritt Viele uns bekannte SchwĂ€ne sind weiĂ â Alle SchwĂ€ne sind weiĂ. Aus diesem Grund lehnt Popper die Verifizierbarkeit einer Theorie als unwissenschaftlich ab.[23] Theorien sollen stattdessen nie als endgĂŒltig angesehen, sondern immer hinterfragt werden, wobei sie sich entweder bewĂ€hrt halten oder zuletzt doch falsifiziert werden.
Sind mehrere GesetzmĂ€Ăigkeiten ĂŒber VorgĂ€nge in der Natur bekannt, kann angenommen werden, dass sie voneinander abhĂ€ngig sind, beispielsweise eine gemeinsame Ursache haben und damit auf ein allgemeines Prinzip reduziert werden können. Durch dieses Vorgehen kann eine wachsende Anzahl an Sachverhalten auf einfache Mechanismen oder Gesetze zurĂŒckgefĂŒhrt werden. Eine beeindruckende Reduktion gelang Isaac Newton mit der Formulierung seines Gravitationsgesetzes. Zwei Körper ĂŒben auf sich gegenseitig eine Kraft aus, die von ihren Massen und ihrem Abstand abhĂ€ngt. Die Schwerkraft, die den Fall eines Steines auf den Boden bewirkt, kann also mit genau demselben Gesetz beschrieben werden, wie die Anziehungskraft zwischen Sonne und Erde. Viele andere Beobachtungen, wie etwa das von Newton als erstes richtig erklĂ€rte PhĂ€nomen der Gezeiten, sind ebenfalls auf das Gravitationsgesetz zurĂŒckzufĂŒhren. Seither hat sich die Reduktion bewĂ€hrt und ist vor allem fĂŒr die Physik von groĂer Bedeutung geworden. Bis zu welchen Grenzen und in welchen Wissenschaften diese Methode angewandt werden darf ist allerdings umstritten.
In der Wissenschaftsphilosophie wird der Reduktionismus als Wissenschaftsprogramm kontrovers diskutiert. Vereinfacht dargestellt geht es um die Frage, ob sich schlieĂlich alle Wissenschaften auf eine grundlegende Wissenschaft â etwa die Physik â reduzieren lassen. BefĂŒrworter des konsequenten Reduktionismus wie etwa viele Vertreter des Physikalismus argumentieren, dass sich das Bewusstsein des Menschen vollstĂ€ndig durch die Neurobiologie beschreiben lasse, die wiederum von der Biochemie erklĂ€rt werden könne. Die Biochemie lasse sich dann schlieĂlich auf die Physik reduzieren, wobei in Endeffekt der Mensch als komplexes Lebewesen vollstĂ€ndig aus der Summe seiner Einzelteile und deren Wechselwirkung erklĂ€rt werden könne. Kritiker Ă€uĂern ihre Bedenken auf verschiedenen Ebenen dieses logischen Konstrukts. Ein starker Einwand ist das Auftreten von Emergenz, d. h. die Entstehung von Eigenschaften eines Systems, die dessen Komponenten nicht aufweisen. Mit dieser und verwandten Fragestellungen beschĂ€ftigt sich die Philosophie des Geistes.
Trotz vorhandener mathematischer Kenntnisse wurden lange Zeit keine Gesetze in mathematischer Formulierung in der Natur erkannt, weil sich die systematische Untersuchung mit Hilfe des Experiments nicht durchsetzten konnte. Man war bis zum Ende des Mittelalters davon ĂŒberzeugt, 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 ĂŒber 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 Ăffnung nach oben auf der WasseroberflĂ€che schwimmen? Schon Archimedes entdeckte das nach ihm benannte Archimedische Prinzip, dass er mathematisch formulieren konnte, welches aber in Vergessenheit geriet. Es besagt, dass auf jeden Körper im Wasser eine Auftriebskraft wirkt, die genau so groĂ ist, wie die Gewichtskraft des vom Körper verdrĂ€ngten Wassers. Solange also der Goldbecher eine Wassermenge verdrĂ€ngt, die schwerer ist, als der Becher selbst, schwimmt dieser an der OberflĂ€che. Dieses Prinzip lĂ€sst sich auf jede beliebige FlĂŒssigkeit und jeden Stoff verallgemeinern und ermöglicht prĂ€zise Berechnungen in zahlreichen Anwendungsgebieten. So erklĂ€rt es, weshalb groĂe Schiffe mit einer Masse von Tausenden von Tonnen nicht untergehen. Die Queen Mary 2 beispielsweise verdrĂ€ngt 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 fĂŒr die Anwendung entwickelt, andere waren in der Mathematik schon lange bekannt, bevor sich ein Anwendungsgebiet erschloss. Immanuel Kant betrachtete die Mathematik in seinen Ăberlegungen zu den Naturwissenschaften als Grundstruktur und Inhalt der Naturlehre:
âIch behaupte aber, daĂ in jeder besonderen Naturlehre nur so viel eigentliche Wissenschaft angetroffen werden könne, als darin Mathematik anzutreffen ist.â
â Immanuel Kant: Metaphysische AnfangsgrĂŒnde der Naturwissenschaft, A VIII â (1786)
Obwohl die Mathematik nicht hauptsÀchlich den Naturwissenschaften, sondern den Struktur- und manchmal den Geisteswissenschaften zugeordnet wird, ist sie in den Ingenieur- und Naturwissenschaften das mÀchtigste Instrument zur Beschreibung der Natur und Bestandteil der meisten Modelle. Aus diesem Grund wird sie oft als Sprache der Naturwissenschaft bezeichnet.
Wird einer Aussage ĂŒber einen Naturprozess oder einer ihrer Eigenschaften GĂŒltigkeit unterstellt, so bezeichnet man diese als Hypothese, solange noch keine empirischen Belege fĂŒr die Richtigkeit vorhanden sind. Hypothesen werden meist als Vermutungen aufgestellt und diskutiert, um ihre PlausibilitĂ€t aus verschiedenen Betrachtungsweisen zu prĂŒfen und gegebenenfalls eine empirische Untersuchung vorzuschlagen. Wird eine Hypothese schlieĂlich experimentell ĂŒberprĂŒft und bewĂ€hrt sich, so spricht man von einer bestĂ€tigten Hypothese.
Ein System aus vielen bestĂ€tigten, allgemein anerkannten und unter sich widerspruchsfreien Aussagen wird als Theorie bezeichnet. Jede Theorie baut auf bestimmten Forderungen oder GrundsĂ€tzen 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 aussagekrĂ€ftige Theorie zeichnet sich vor allem durch die Beschreibung und ErklĂ€rung von möglichst vielen Naturbeobachtungen durch eine stark reduzierte Anzahl solcher fundamentalen Forderungen aus. Sehr gut belegte und zentrale Aussagen einer bewĂ€hrten Theorie werden vor allem in der Physik als Naturgesetze bezeichnet. Diese sind gröĂtenteils mathematisch formuliert und beinhalten sogenannte Naturkonstanten â wichtige Messwerte, die sich rĂ€umlich und zeitlich nicht verĂ€ndern. 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 TheoriegebĂ€ude.
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 ĂŒberprĂŒft, angepasst oder bei groĂen MĂ€ngeln verworfen und schlieĂlich durch bessere Theorien abgelöst.
Mechanismen in der Natur sind oft so komplex, dass ihre Untersuchung ein fĂ€cherĂŒbergreifendes Wissen erfordert. Mit zunehmender Spezialisierung gewinnt die Kompetenz, verschiedene Fachbereiche effektiv miteinander zu verbinden mehr an Bedeutung. So entstehen interdisziplinĂ€re Forschungsbereiche, fĂŒr die mit der Zeit auch gesonderte StudiengĂ€nge angeboten werden. Neben dem klassischen, interdisziplinĂ€ren Bereich der Biochemie haben sich in den letzten Jahrzehnten weitere fĂ€cherĂŒbergreifende 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 VorgĂ€nge untersucht, indem physikalische Verfahren und Nachweistechniken zum Einsatz kommen. Die Bioinformatik beschĂ€ftigt sich unter anderem mit der Aufbereitung und Speicherung von Information in biologischen Datenbanken, deren Analyse sowie der 3D-Simulation von biologischen Prozessen.
Ein weiteres interdisziplinĂ€res Forschungsfeld wird in der Umweltwissenschaft erschlossen. Die Auswirkungen menschlicher Bewirtschaftung auf die Umwelt werden in einem breit gefĂ€cherten Kontext untersucht, der von der Umweltphysik und âchemie bis hin zur Umweltpsychologie und âsoziologie reicht. In der Umweltmedizin werden Folgen fĂŒr den physischen und geistigen Gesundheitszustand des Menschen im Zusammenhang mit der Umwelt erforscht, wobei nicht nur lokale Faktoren wie Wohn- und Arbeitsort, sonder auch globale EinflĂŒsse wie ErderwĂ€rmung und Globalisierung berĂŒcksichtigt werden. Mit der Umweltbewegung hat das öffentliche Interesse dieser Studien zugenommen und fordert durch ihre politische Einflussnahme höhere MaĂstĂ€be im Umweltrecht. Die Umweltingenieurwissenschaften entwickeln unter BerĂŒcksichtigung der Erkenntnisse dieser Teildisziplinen neue Konzepte zur Verbesserung der Infrastruktur bei gleichzeitiger Entlastung der Umwelt.
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 fĂŒr ihren Fachbereich eine Anwendung findet. Um diese Entwicklung zu beschleunigen, widmen sich die angewandten Naturwissenschaften einer ĂberbrĂŒckung von Grundlagenforschung und wirtschaftlicher Umsetzung in der Praxis. Besonders die Fachhochschulen in Deutschland legen Wert auf eine anwendungsorientierte Ausbildung von Akademikern und tragen des Ăfteren die Bezeichnungen Hochschule fĂŒr Angewandte Wissenschaften (HAW) oder University of Applied Sciences.
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Eine weit reichende und an der Anwendung orientierte Wissenschaft ist die Medizin. Sie ist interdisziplinĂ€r und spezialisiert sich auf Diagnose und Therapie von Krankheiten, wobei sie Grundlagen von Physik, Chemie und Biologie verwendet. In der medizinischen Physik werden beispielsweise GerĂ€te sowie Diagnose- und Therapietechniken wie Röntgendiagnostik, verschiedene Tomographieverfahren oder Strahlentherapien entwickelt. Starke Anwendung findet die Biochemie in der Pharmakologie und Pharmazie, die sich hauptsĂ€chlich mit der Entwicklung, Herstellung und Wirkung von Arzneimitteln auseinandersetzen. Die Agrarwissenschaften ĂŒbertragen vor allem Kenntnisse der Geographie, Biologie und Chemie beim Anbau von Pflanzen und der Haltung von Tieren in die Praxis. In Ăberschneidung 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 BlattoberflĂ€che abperlen und dabei gleichzeitig auch Schmutzpartikel entfernen (Lotuseffekt). Durch Nachahmung der OberflĂ€chenstruktur konnte man wasserabweisende und selbstreinigende Beschichtungen und Materiale herstellen.
Der naturwissenschaftliche Fortschritt hat sowohl auf die Weltanschauung als auch auf praktisch jeden Bereich des alltĂ€glichen Lebens Einfluss genommen. Unterschiedlich Denkrichtungen fĂŒhrten zu positiven und auch kritischen Bewertungen der gesellschaftlichen Folgen dieses Fortschritts. C. P. Snow postulierte 1959 die These der Zwei Kulturen.[26] Dabei stehen die Naturwissenschaften den Geisteswissenschaften und den Sozialwissenschaften gegenĂŒber, die durch schwer ĂŒberwindbare Hindernisse voneinander getrennt sind. Allerdings gilt diese These heute als ĂŒberholt, da sich durch die Aufwertung der InterdisziplinaritĂ€t und des Pluralismus viele Zwischenbereiche gebildet haben.
Die Vermittlung von naturwissenschaftlichen Kenntnissen in Schulen, Hochschulen und anderen Bildungsanstalten ist eine wichtige Voraussetzung fĂŒr 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 LehrplĂ€ne 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 weiterfĂŒhrenden Schulen wie den Gymnasien oder Realschulen werden Naturwissenschaften in eigenstĂ€ndigen Pflicht- und WahlpflichtfĂ€chern wie Biologie, Chemie, Physik, Astronomie, Erdkunde und Informatik unterrichtet. Dazu werden im Fach Mathematik ĂŒber das Grundwissen der Arithmetik und Geometrie hinaus Teilgebiete wie Trigonometrie, lineare Algebra, Stochastik sowie die Differential- und Integralrechnung behandelt, um den SchĂŒlern 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 UniversitĂ€t 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 PrĂŒfungen 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 fĂŒr 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 LehrbefĂ€higung in seinem wissenschaftlichen Fach erteilt.
Von den 361 697 Absolventen im Jahr 2010 an 386 Hochschulen in Deutschland legten 63 497 (17,6 %) ihre AbschlussprĂŒfungen im mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich ab. Weitere 59 249 (16,4 %) beendeten ihr Studium erfolgreich im Bereich der Ingenieurwissenschaften. Der Frauenanteil unter den Absolventen im Bereich Mathematik und Naturwissenschaft lag bei 41,0 % und in den Ingenieurwissenschaften bei 22,2 %.[27]
Das Berufsfeld des Naturwissenschaftlers ist sehr vielseitig. Er arbeitet in der Lehre an Hochschulen und Schulen, an Forschungseinrichtungen, fĂŒr Unternehmen bei der Entwicklung von Produkten und Verfahren und oft als Unternehmensberater. FĂŒr Naturwissenschaftler bietet Deutschland mit zahlreichen Einrichtungen, Gesellschaften und Stiftungen gute Standortfaktoren, die auch international wahrgenommen werden. Dazu zĂ€hlen insbesondere die Helmholtz-Gemeinschaft, die Max-Planck-Gesellschaft, die Fraunhofer-Gesellschaft sowie die Leibniz-Gemeinschaft. Die Staatsausgaben fĂŒr 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 %) fĂŒr den mathematisch-naturwissenschaftlichen Bereich und 3,20 Mrd. Euro (25,2 %) fĂŒr das Ingenieurwesen ausgegeben.[28]
Die Naturwissenschaften selbst treffen keine weltanschaulichen oder moralischen Aussagen. Jedoch wachsen mit der Zunahme an Wissen die Möglichkeiten, wissenschaftliche Erkenntnisse fĂŒr ethisch fragwĂŒrdige Zwecke zu missbrauchen. An den beiden Weltkriegen ist zum ersten Mal das AusmaĂ von verantwortungslosem Missbrauch des technischen Fortschritts klar geworden. Nach der Entdeckung der Kernenergie wurden verstĂ€rkt Massenvernichtungswaffen gebaut und am Ende des zweiten Weltkriegs eingesetzt. Im Kontext des WettrĂŒstens ist besonders die Frage nach der Verantwortung des Wissenschaftlers fĂŒr die Konsequenzen seiner Forschung in öffentliches Interesse getreten. In wie weit darf die Naturwissenschaft der Menschheit Wissen in die HĂ€nde geben, mit dem sie nicht oder noch nicht umgehen kann? DĂŒrfen 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:
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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 fĂŒr sich, wahre Aussagen ĂŒber 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, GefĂŒhle und Handeln durch chemische und physikalische Wechselwirkungen in seinem Gehirn zustande kommen. Folglich sei sein Glaube an einen Gott nur eine Projektion seines Bewusstseins und sein freier Wille, an den die Religion appelliert, eine Illusion. Solche Positionen wurden vor allem im 19. Jahrhundert von AnhĂ€ngern des Positivismus und Physikalismus vertreten und in einigen Disziplinen wie der Religionsphilosophie, Erkenntnistheorie und den Sozialwissenschaften diskutiert.
Nach den neuen Erkenntnissen der Quantenmechanik zur KausalitĂ€t in atomarem Bereich mussten entscheidende Grundannahmen der Wissenschaftstheorie ĂŒberarbeitet und neu formuliert werden. Die Vorstellung, dass die Welt unbeeinflussbar und in allen Details wie ein groĂes Uhrwerk nach strengen Naturgesetzen funktioniert (Determinismus) hat sich als unhaltbar erwiesen.[29] Damit wurde auch der Anspruch der Naturwissenschaft, eine endgĂŒltige, objektive Wahrheit ĂŒber die Welt liefern zu können, stark in Frage gestellt.
Heute wird unter vielen Wissenschaftlern und Theologen die Auffassung geteilt, dass Naturwissenschaft und Religion sich nicht in einem antagonistischen (widerstreitenden), sondern einem komplementĂ€rem (ergĂ€nzendem) Sinn gegenĂŒberstehen.[29] Dabei wird ihr Gegensatz aufgehoben, indem beide Betrachtungsweisen verschiedenen Teilen der RealitĂ€t zugeordnet werden, einer subjektiven von innen und einer objektiven von auĂen. Dabei finden beide ihre Berechtigung und eine objektive Entscheidung, welche dieser Betrachtungsweisen nun die âwichtigereâ sei, ist grundsĂ€tzlich nicht möglich, weil jede Argumentation auf Fragen der Weltanschauung basiert.
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 stöĂt und so einen Teufelspakt schlieĂt. Fortschreitende Entwicklung der Naturwissenschaft nimmt auf das philosophische Weltbild Einfluss und schlĂ€gt sich auch in der Literatur des Realismus nieder. Die Darstellung der Handlung konzentriert sich auf die Ă€uĂere Welt und findet eine objektive, aber kĂŒnstlerische 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 zufĂ€lliger Ereignisse, die stark mit seiner Vergangenheit zusammenhĂ€ngen, 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 ĂŒber sein verfehltes Leben.
Ein bedeutendes Werk, das vom Kalten Krieg geprĂ€gt die Verantwortung des Naturwissenschaftlers im Atomzeitalter behandelt, ist die Tragikomödie Die Physiker des Schweizer Schriftstellers Friedrich DĂŒrrenmatt. Der geniale Physiker Johann Wilhelm Möbius stellt bei seiner revolutionĂ€ren Entdeckung der Weltenformel fest, dass deren Anwendung der Menschheit Mittel verleihen wĂŒrde, die schlieĂlich zu ihrer endgĂŒltigen Vernichtung fĂŒhren könnten. Aus diesem Grund verlĂ€sst 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 verrĂŒckte ChefĂ€rztin Möbiusâ Manuskripte kopiert hat und mit Hilfe der Formel die Weltherrschaft erlangen will. DĂŒrrenmatt rĂ€umt in seinen 21 Punkten zu den Physikern dem Zufall wieder eine entscheidende Stellung ein: âJe planmĂ€Ăiger die Menschen vorgehen, desto wirksamer vermag sie der Zufall zu treffen.â[30] Der internationale Erfolg des Werks fĂŒhrte zur verstĂ€rkten 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.
EindrĂŒcklich ist der Einfluss der Naturwissenschaft in dem Genre der Science-Fiction zu erkennen. ZukĂŒnftige 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 Ăffentlichkeit zugĂ€nglich gemacht (PopulĂ€rwissenschaftliche Literatur).
PopulĂ€rwissenschaftliche Sendungen wie etwa Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik oder alpha-Centauri erfreuen sich bei Interessierten einer zunehmenden Beliebtheit. Dort werden wissenschaftliche Themenbereiche in einer fĂŒr Laien nachvollziehbaren Darstellung vermittelt, die das Interesse wecken und zur weiteren Auseinandersetzung anregen soll. In Filmen und Serien ist die Naturwissenschaft noch weit ĂŒber das Science-Fiction Genre ein beliebtes Motiv. In der US-amerikanischen Krimiserie Numbers â Die Logik des Verbrechens löst Charlie Eppes, ein Mathe-Genie in beratender Funktion fĂŒr das FBI Verbrechen auf, indem er mathematisch-naturwissenschaftliche Methoden anwendet. In vielen Darstellungen nimmt so der geniale Wissenschaftler mit seinen besonderen FĂ€higkeiten die Rolle eines alternativen Helden ein. Der Konflikt zwischen persönlicher IdentitĂ€t und sozialer Rolle wird in dem Film Good Will Hunting thematisiert. Will Hunting ist ein Genie, der in sozial schwachem Milieu in einer Pflegefamilie aufgewachsen ist, einige Vorstrafen hat und sich mit Gelegenheitsjobs durchschlĂ€gt. Nachdem ein Professor seine Begabung entdeckt, stehen ihm alle Wege offen. Er kann jedoch seinen IdentitĂ€tskonflikt nicht bewĂ€ltigen, bis ein Psychologe sich seiner annimmt. Eine weitere Darstellung ist die im Film A Beautiful Mind â Genie und Wahnsinn verarbeitete, auf Fakten basierte Lebensgeschichte des bekannten Mathematikers John Nash. Als AuĂenseiter verfĂ€llt er in Schizophrenie und glaubt aufgrund seiner TĂ€tigkeit als Codeknacker von Agenten verfolgt zu werden. Stereotypisch fĂŒr den Naturwissenschaftler ist oft die fehlende Sozialkompetenz, die entweder zu tragischen Folgen fĂŒhrt 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 ZusammenhĂ€nge nicht oder missverstehen Redewendungen und Sarkasmus, was ins LĂ€cherliche gezogen wird. Wenn sie mit ihren Freunden und der Nachbarin Penny etwas unternehmen, scheinen zwei verschiedene Welten amĂŒsant aufeinander zu treffen. Die Charaktere werden stark karikiert, wobei sich jedes Vorurteil zu bestĂ€tigen scheint.
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