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Naturwissenschaft

Naturwissenschaft

Naturwissenschaften sind Wissenschaften, die sich mit der unbelebten und belebten Natur befassen, diese zu beschreiben und zu erklären versuchen. Die traditionellen Gebiete der Naturwissenschaften – Physik, Chemie und Biologie – prägen auch heute noch nachhaltig das verbreitete Bild der Naturwissenschaften. In der Gegenwart wird der Begriff Naturwissenschaften jedoch deutlich weiter gezogen. Ein Beispiel für eine Erweiterung ist die Astronomie, die sich von ihrer historischen Rolle als Astrologie zu einer modernen Naturwissenschaft entwickelt hat. Eine systematische Zusammenstellung der modernen Auffassung findet sich im Artikel Wissenschaft.

Einordnung als Wissenschaft

Die Naturwissenschaften stehen nach traditioneller Auffassung den Geisteswissenschaften gegenüber. Allerdings ist diese ausschließliche Zweiteilung der Wissenschaften in zwei große Kategorien heute weitgehend nicht mehr begriffliche Grundlage: Als prominentestes Beispiel für eine Wissenschaft, die weder als Natur- noch als Geisteswissenschaft einzuordnen ist, gilt die Mathematik, die den Strukturwissenschaften zugeordnet wird.

Entwicklung

Zu den Naturwissenschaften wurden historisch zunächst nur die Wissenschaften gezählt, die sich mit den materiellen Dingen der unbelebten Natur beschäftigen. Die Ansicht, was materiell (physisch) zu erklären sei, und was metaphysich, also jenseits der materiellen Phänome liegend und damit der materiellen Erklärung nicht zugänglich sei, unterliegt einem beständigen Wandel. Auch die Erweiterung auf neue Wissenschaftsgebiete gehört zu den Aspekten dieser Entwicklung. Ein zentrales Thema für die Naturwissenschaften war und ist die Frage nach der objektiven Erkenntnis, also einer Erkenntnis, deren Gültigkeit über das erkennende Subjekt hinausgeht und Allgemeingültigkeit erlangt.

Prinzipien der Naturwissenschaften

Heute definieren sich die Naturwissenschaften über ihre Methoden und den Wissenschaftsprozess. Es werden Hypothesen gebildet und systematische Experimente durchgeführt, um diese Hypothesen zu überprüfen. Die Hypothesen werden möglichst präzise formuliert, was in der Praxis heißt, dass die Hypothese als mathematisches Modell formuliert wird. "Mathematisches Modell" darf hierbei nicht zu eng verstanden werden, denn neben der klassischen Differentialgleichung, können solche Modelle statistische Natur haben und entsprechend formuliert werden, oder es kann sich um Abläufe handeln, die als Graphen dargestellt werden. Die Hypothese (= Modell) muss kausal und nachprüfbar sein. Die Hypothese sollte bekannte Phänomene erklären und, idealer Weise, neue Phänomene vorhersagen oder mehr Phänomene erklären als die bekannten Modelle. Ist die Hypothese erfolgreich ("sie bewährt sich") wird ihr im Laufe der Zeit immer mehr Vertrauen entgegengebracht. Bewährte Hypothesen werden oft auch als Theorie bezeichnet. Theorien, die lange Zeit und in verschiedenen Gebieten ihre Tests immer wieder bestanden haben, werden auch Naturgesetz genannt. Häufig haben sogenannte Naturgesetze aber weitere Attribute, die wissenschaftstheoretisch nur schwierig exakt zu fassen sind. Zu diesen gehören Einfachheit, großer Geltungsbereich, elegante mathematische Formulierung und hoher Erklärungswert. Erklärungswert heißt, dass die Theorie möglichst wenig freie Parameter enthält, die erst durch Messungen und Experimente bestimmt werden müssen. Als Beispiele für weithin anerkannte Naturgesetze können der Energieerhaltungssatz und die Relativitätstheorie angeführt werden. Dagegen würde man das eigentlich sehr erfolgreiche Standardmodell der Elementarteilchenphysik noch nicht als "Naturgesetz" bezeichnen, denn es mangelt ihm an Erklärungswert, da es mindestens 19 freie Parameter hat, die durch Messung und Experiment bestimmt werden müssen. Der naturwissenschaftliche Prozess benötigt zu seiner Funktion weitere Spielregeln. Dazu gehören Veröffentlichung in etablierten wissenschaftlichen Zeitschriften, Respekt vor dem Wissenschaftler ohne Vorurteile, genaue Dokumentation der Versuchs- und Messbedingungen, sorgfältige Fehleranalyse und Freiheit der Information. Angesehene wissenschaftliche Zeitschriften unterhalten kompetente Stäbe von Gutachtern, die dafür sorgen, dass die Veröffentlichungen bestimmte Qualitätsmerkmale erfüllen (Neuigkeit, Fehlerfreiheit, Sorgfalt, korrekte und vollständige Zitate etc.). Die Gutachter sind selbst aktive Wissenschaftler, was eine selbstregulierende Fairness garantiert. Dieser Teilprozess heißt "Peer Review".

Die drei klassischen Naturwissenschaften Physik – Chemie – Biologie

- Physik: Die Physik (griechisch φυσική, physike „die Natürliche“) ist die am meisten grundlegende der Naturwissenschaften. Sie beschreibt elementare Gebiete der Natur und deren Zusammenhänge, zum Beispiel Kräfte und die Bewegung von Körpern, aber auch komplexe Zusammenhänge wie die Dynamik von Raum und Zeit oder den Atombau.
- Chemie: Die Chemie (von arabisch al-kimiya', dieses von griechisch χημεία, chemeia) ist die Lehre von den Elementen. Sie beschreibt deren Eigenschaften, Verhalten und ihre Veränderung. Zu einer tiefergehenden Erklärung dieser Vorgänge greift sie auf die Physik zurück.
- Biologie: Die Biologie (griech. βίος, bíos Leben und λόγος, lógos Lehre) befasst sich mit lebenden Organismen, angefangen bei den kleinsten Organismen wie Bakterien bis hin zum Menschen. Sie baut dabei einerseits auf Erkenntnisse der Chemie auf und beschreibt und erklärt die stofflichen Vorgänge in lebenden Organismen. Andererseits formuliert sie übergreifende Gesetze über die Entwicklung, die Lebensweise und Fortpflanzung und andere Vorgänge und Erscheinungen.

Heutige Auffassung, exakte Wissenschaften, Science

Der oben beschriebene Prozess wird auch in anderen Wissenschaftsgebieten angewendet, die nicht zu den klassischen Naturwissenschaften zählen oder zu den Naturwissenschaften aus der erweiterten Aufstellung im Artikel Wissenschaft zählen. Diese erhalten im angelsächsischen üblicherweise den Zusatz "Science". Eine Eins-zu-Eins-Übersetzung ins Deutsche ist nicht möglich, nahe kommt vielleicht der Begriff der "Exakten Wissenschaft". Als Beispiel sei "Cognitive Science" genannt, ein Teilgebiet der Psychologie, welches mit naturwissenschaftlichen Methoden arbeitet.

Anmerkungen

Der Zugang zur Information ist heute leichter, aber auch erheblich unübersichtlicher als zu früheren Zeiten. Insbesondere das Internet hat hier zu einem enormen Informationsschub geführt. Freiheit und leichter Zugang zu Information können schnell zu Verwirrung und Desinformation führen. Das Verständnis des naturwissenschaftlichen Prozesses gibt hier eine Hilfestellung, der eine Wertung der präsentierten Information ermöglicht. Sind Erfordernisse des beschriebenen Prozesses verletzt, darf man der präsentierten Information nicht die Qualität einer naturwissenschaftlichen Tatsache oder Theorie zumessen. Um Missverständnissen gleich vorzubeugen, sei gesagt, dass es natürlich viele wertvolle und nützliche Informationen gibt, die nicht naturwissenschaftlich begründet sind. Kritiker des naturwissenschaftlichen Prozesses führen häufig die Machtstrukturen und Interessenkonflikte im realen Leben an, die wesentlichen Einfluss auf den Gang der Wissenschaft nehmen. Die sachfremden Einflüsse führen zu Umwegen und Verzögerungen, die zusammen mit dem sprunghaften und unberechenbaren (kreativen) Prozess der Hypothesenfindung zu einer starken chaotischen Komponente in der Weiterentwicklung des Wissens führen. Dies führt Kuhn zu seiner These eines sprunghaften Fortgangs des Erkenntnisgewinns. Ein solcher Sprung ist jeweils mit einem Paradigmenwechsel verbunden, der die Interpretation großer Teile der Naturwissenschaft verändert.

Zitate

"Der Beginn aller Wissenschaften ist das Erstaunen, dass die Dinge sind, wie sie sind." Aristoteles "Das Ziel der Wissenschaft ist es immer gewesen, die Komplexität der Welt auf simple Regeln zu reduzieren." Benoit Mandelbrot "Die naturwissenschaftliche Frage ist die logische Hypothese, welche von einem bekannten Gesetz durch Analogie und Induction weiterschreitet; die Antwort darauf gibt das Experiment, welches in der Frage selbst vorgeschrieben liegt. ... Die Naturforschung setzt also Kenntnis der Thatsachen, logisches Denken und Material voraus; diese drei, in methodischer Verknüpfung, erzeugen die Naturwissenschaft". Rudolf Virchow "Jeder Fortschritt, den eine Kirche in dem Aufbau ihrer Dogmen macht, führt zu einer ... Bändigung des freien Geistes; jedes neue Dogma ... verengt den Kreis des freien Denkens ... Die Naturwissenschaft umgekehrt befreit mit jedem Schritte ihrer Entwickelung ... Sie gestattet ... dem Einzelnen in vollem Maße wahr zu sein". Rudolf Virchow

Literatur

Monographien:
- Karl Popper: Logik der Forschung, Mohr Siebeck, 2005, ISBN 316148410X
- Karl Popper: Objektive Erkenntnis, Hoffmann und Campe 1998, ISBN 3455103065
- Thomas S. Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen, Suhrkamp, Frankfurt/M. 2003, (stw; Bd. 25) ISBN 3-518-27625-5 :Kuhns Thema ist der Prozess, in dem wissenschaftliche Erkenntnisse erzielt werden. Fortschritt in der Wissenschaft - das ist seine These - vollzieht sich nicht durch kontinuierliche Veränderung, sondern durch revolutionäre Prozesse. Dabei beschreibt der Begriff der wissenschaftlichen Revolution den Vorgang, bei dem bestehende Erklärungsmodelle, an denen und mit denen die wissenschaftliche Welt bis dahin gearbeitet hat, abgelöst und durch andere ersetzt werden: es findet ein Paradigmenwechsel statt.
- Wolfgang Kullmann: Aristoteles und die moderne Wissenschaft, Steiner, Stuttgart 2001, ISBN 3-515-06620-9
- Peter Mittelstädt u.a. (Hrsg.): Was sind und warum gelten Naturgesetze?, Klostermann, Frankfurt/M. 2000, (Philosophia naturalis; Bd. 37,2) ISBN 3-465-03118-0
- Gregor Markl: Geisteswissenschaften und Naturwissenschaften - Verbündete, nicht Kontrahenten, in: Florian Keisinger u.a. (Hrsg.): Wozu Geisteswissenschaften? Kontroverse Argumente für eine überfällige Debatte, Campus Verl., Frankfurt/M. 2003, ISBN 3-593-37336-X
- Erwin Schrödinger: Was ist ein Naturgesetz? Beiträge zum naturwissenschaftlichen Weltbild, Oldenbourg, München 1997, ISBN 3-486-46275-X (Scientia Nova) Zeitschriften:
- Philosophia naturalis. Archiv für Naturphilosophie und die philosophischen Grenzgebiete der exakten Wissenschaften und Wissenschaftsgeschichte, Klostermann, Frankfurt/M. 1. (1950/52) ff.

Siehe auch

In den Wikibooks gibt es ein Buch zum naturwissenschaftlichen Weltbild:
- Wissenschaft
- Wissenschaftssoziologie
- Natur
- Experiment
- Sozialwissenschaften

Weblinks

- [http://www.wissen-news.de Naturwissenschaft-Newsblog (dt.)]
- [http://www.wissenschaft24.info/themen.php4 Naturwissenschafts-Newsticker (dt.)]
- [http://www.lsw.uni-heidelberg.de/users/amueller/wissen.html Private Website zur wissenschaftlichen Methode]
- [http://www.physik-lexikon.de Physikforum] Kategorie:Wissenschaftstheorie ja:自然科学 ko:자연과학 th:วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

Wissenschaft

Wissenschaftliche Wissensbildung besteht im Kern darin, auf methodisch kontrollierte Weise "Wissen zu schaffen", das von jedem hinreichend Sachkundigem in prinzipiell allen Einzelheiten nachvollziehbar und überprüfbar ist. Sie zielt somit über gewöhnliches Alltagswissen hinaus, das auf mehr oder weniger begrenzter persönlicher Erfahrung und Intuition basiert und deswegen auf Meinungen und Überzeugungen beruht, die in ihrer Gültigkeit subjektiv beschränkt sind.

Gültigkeit

Für Kenntnisse und Erkenntnisse, die auf methodisch kontrollierte Weise erarbeitet wurden und deswegen als wissenschaftlich ausgezeichnet werden können, wird allgemeine Gültigkeit beansprucht und weithin auch akzeptiert, insbesondere dann, wenn sie aus ihrer sprachlichen Formulierung in traditionell Theorien genannten Gesamtdarstellungen logisch Handlungsanweisungen ableitbar sind, deren praktische Anwendung oder Umsetzung "in die Tat" regelmäßig zu Ergebnissen führt, die ebenfalls aus diesem Wissen logisch ableitbar sind und deswegen "vorausgesagt" oder prognostiziert werden können. Aufgrund ihrer allgemeinen Bedeutung und vor allem wegen ihrer praktischen Relevanz ist Wissenschaft mittlerweile zu einem nahezu alle Bereiche des gesellschaftlichen Lebens erfassenden, organisierten und vielfach vernetzten "wissenschaftlich-industriellen Komplex" geworden. Der heutige Wissenschaftsbetrieb gilt
- dem Erwerb von Wissen durch Forschung mit Methoden, die normativ als wissenschaftlich ausgezeichnet und allgemein als solche akzeptiert sind,
- der durchgehenden und damit nachvollziehbaren Dokumentation dieses Wissens in wissenschaftlichen Arbeiten aller Art bis hin zu ganzen Wissensgebieten in Handbüchern und Enzyklopädien sowie
- der organisierten und systematischen Weitergabe dieses Wissens in Form geeigneter Unterrichtung und Lehrbücher.

Definition des Bundesverfassungsgerichtes

Im Hochschulurteil des Bundesverfassungsgerichtes der Bundesrepublik Deutschland zur Freiheit der Wissenschaft (Artikel 5 Abs. 3 des Grundgesetzes) wird der Begriff Wissenschaft wie folgt charakterisiert: Der gemeinsame Oberbegriff "Wissenschaft" bringt den engen Bezug von Forschung und Lehre zum Ausdruck. Forschung als "die geistige Tätigkeit mit dem Ziele, in methodischer, systematischer und nachprüfbarer Weise neue Erkenntnisse zu gewinnen" (Bundesbericht Forschung III BTDrucks. V/4335 S. 4) bewirkt angesichts immer neuer Fragestellungen den Fortschritt der Wissenschaft; zugleich ist sie die notwendige Voraussetzung, um den Charakter der Lehre als der wissenschaftlich fundierten Übermittlung der durch die Forschung gewonnenen Erkenntnisse zu gewährleisten. Andererseits befruchtet das in der Lehre stattfindende wissenschaftliche Gespräch wiederum die Forschungsarbeit. Gemäß Bundesverfassungsgericht ist folglich als wissenschaftlich anzusehen und damit geschützt: [...] jede wissenschaftliche Tätigkeit, d. h. auf alles, was nach Inhalt und Form als ernsthafter planmäßiger Versuch zur Ermittlung der Wahrheit anzusehen ist. Dies folgt unmittelbar aus der prinzipiellen Unabgeschlossenheit jeglicher wissenschaftlichen Erkenntnis. (BVerfGE 35, 79 - Hochschul-Urteil) [http://www.oefre.unibe.ch/law/dfr/bv035079.html] Hinweis: In diese Definition fallen nicht Arbeiten von Journalisten oder Kriminologen.

Wissenschaftliches Arbeiten in der Gesellschaft

Wissenschaftliches Arbeiten dient der Vermittlung von Kulturgut, das sich über Jahrtausende entwickelt hat, der Grundlagenforschung, der Weiterentwicklung bestehender Ergebnisse, der Gewinnung neuer Erkenntnisse und auch der Suche nach neuen Technologien. Inhalte, Methoden und Ziele der Wissenschaft werden stets auch von außerwissenschaftlichen Faktoren beeinflusst. Die Kommunikation der Wissenschaftler untereinander und mit der Gesellschaft gewährt Inspiration und Kritik, bis hin zum Vorwurf, dass berufsmäßige Wissenschaftler für ihren Lebensunterhalt auf Finanzen der Gesellschaft, der Wirtschaft oder spezieller Gruppierungen angewiesen sind. Für die interdisziplinäre Forschung wurden in den letzten Jahrzehnten eine Reihe von (Forschungs-)Instituten geschaffen, in denen industrielle und universitäre Forschung zusammenwirken. Zum Teil verfügen Unternehmen aber auch über eigene Forschungseinrichtungen, in denen Grundlagenforschung betrieben wird. Die Arbeit der Wissenschaft ist essentielle Voraussetzung für produktive Forschung, kann aber auch in gemeinsamem Irrtum bestärken; nicht zuletzt deshalb werden wichtige Ergebnisse zuweilen von wissenschaftlichen Außenseitern erzielt. Gemeinsame Begeisterung für aktuelle Themen kann sogar die Form einer wissenschaftlichen Mode annehmen. Die Weitergabe wissenschaftlicher Erkenntnisse kann propädeutisch erfolgen.

Wissenschaftliche Einrichtungen

Ein großer Teil wissenschaftlicher Arbeit findet traditionell an Universitäten statt. Doch auch Akademien, privat finanzierte Forschungsinstitute und die Industrie finanzieren die Tätigkeit vieler Wissenschafter. Mit staatlicher Förderung stellen auch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) oder anderer Träger den Max-Planck-Instituten, der ESA, dem CERN und anderen Groß-Forschungsprojekten die notwendigen Ressourcen zur Verfügung. In Österreich entsprechen der DFG die Forschungsfonds FWF und FFF in der Schweiz und Frankreich die Nationalen Forschungsfonds. Andere Fonds werden z.B. von Großindustrien oder dem Europäischen Patentamt dotiert. Der für Wissenschafter so zentrale Austausch mit anderen Forschern erfolgt durch Wissenschaftliche Veröffentlichungen und bei Fachkonferenzen, bei Kongressen der internationalen Dachverbände und scientific Unions (z.B. IUGG, COSPAR, IUPsyS, ISWA, SSRN) oder der UNO-Organisation. Auch Einladungen zu Seminaren, Institutsbesuchen, Arbeitsgruppen oder Gastprofessuren spielen eine Rolle. Von großer Bedeutung sind auch Auslandaufenthalte und internationale Forschungsprojekte.

Wissenschaftliche Methode

Wissenschaft ist eine Methode zum Wissenserwerb. Ziel der wissenschaftlichen Methode ist es, ausgehend von einer oder mehreren Hypothesen eine tragfähige Theorie zu entwickeln.

Kriterien für wissenschaftliches Arbeiten

Wissenschaftliche Arbeit muss besondere Kriterien erfüllen: #Wissenschaft ist nicht dogmatisch. Wissenschaft unterscheidet sich von Religion, indem sie keinen Anspruch auf die absolute Wahrheit erhebt. Wissenschaftliche Erkenntnisse sind falsifizierbar, d.h. sie können überprüft werden und sich als falsch herausstellen. Die Zuverlässigkeit religiöser Aussagen lässt sich hingegen nicht überprüfen. #Wissenschaftliche Ergebnisse werden ausführlich dokumentiert. Dafür gibt es Standards, die die Nachvollziehbarkeit aller Teilschritte der Schlussfolgerungen sicherstellen sollen. Wichtig ist dabei auch eine ausführliche Dokumentation verwendeter Quellen und die Berücksichtigung des aktuellen Standes der Forschung auf einem Gebiet. Dadurch werden Forschungsergebnisse vergleichbar und ein inhaltlicher Fortschritt in einem Fachgebiet erst möglich. Forschungsarbeiten beziehen sich aufeinander. Sie stützen, widerlegen oder verfeinern vorhandene Theorien. #Ein wichtiges Prinzip jeder ernsthaften Wissenschaft ist die Skepsis im Sinne einer kritischen Haltung gegenüber eigenen wie fremden Ergebnissen und Thesen. Wissenschaftliches Wissen unterscheidet sich von doktrinärem Wissen dadurch, dass beim doktrinären Wissen offene oder subtile Machtmittel zur Durchsetzung von Behauptungen benutzt werden und Hinterfragung durch einzelne unerwünscht ist, während wissenschaftliches Wissen zumindest prinzipiell von jedem durch den Gebrauch des eigenen Verstandes und eigener Erfahrung eigenständig überprüft werden kann. Auf die gleiche Weise kann wissenschaftliches Wissen auch von Offenbarungswissen abgegrenzt werden. Offenbarungswissen, welches etwa durch innere Erkenntnis einzelner zustandekommt, kann durch andere nicht eigenständig überprüft werden und ist somit nicht wissenschaftlich.

Prozess der wissenschaftlichen Erkenntnis

Wissenschaftliche Erkenntnis wird idealtypisch in folgenden Schritten gewonnen (in manchen Wissenschaften ist nur ein Teil der aufgezählten Schritte durchführbar und oft werden Erkenntnisse auch ganz anders gewonnen, einschließlich der Hilfe des Zufalls):

# Beobachtung und Messung von Phänomenen # Sammeln und Ordnen von Material # Aufstellen von Hypothesen und Modellen, Vorhersagen, Festlegung des Signifikanzniveaus # Prüfung der Hypothesen des Modells durch Experimente, Tests, Versuche # Bestätigung oder Widerlegung der Hypothesen # Veröffentlichung der Ergebnisse, um sie von anderen überprüfen zu lassen # Veränderung, Erweiterung oder Verwerfen des Modells, je nach Ergebnis der Tests und der Kritik # Im Falle der Bestätigung Entwicklung einer fundierten Theorie, die gewisse Kriterien erfüllen muss :: Solange die Theorie nicht falsifiziert wird, kann sie als wissenschaftliche Erkenntnis gelten.

Diese Darstellung gilt dabei nur für diejenigen Wissenschaftszweige, die analytisch arbeiten. Für die historisch-hermeneutischen Wissenschaften gelten andere Prinzipien der Gewinnung von Wissen.

Anforderungen an eine wissenschaftliche Theorie

- Zirkelfreiheit, d.h. der Verzicht auf Aussagen, die sich (teilw.) auf sich selbst als Voraussetzung beziehen.
- innere Konsistenz (Widerspruchsfreiheit)
- äußere Konsistenz - Widerspruchsfreiheit in Bezug auf andere anerkannte Theorien
- Erklärungswert - bislang ungeklärte Sachverhalte können durch die Theorie erklärt werden
- Empirische Überprüfbarkeit
- sparsame Erklärung
- Falsifizierbarkeit: Eine Theorie muss so formuliert werden, dass sie Voraussagen trifft, die prinzipiell durch ein Experiment widerlegt werden könnten. Nicht falsifizierbare, also experimentell nicht widerlegbare Theorien gelten nach diesem Kriterium als unwissenschaftlich.

Kriterien eines wissenschaftlichen Experiments

- Objektivität (Intersubjektive Überprüfbarkeit): Ein Experiment ist objektiv, wenn verschiedene Forscher unter den selben Bedingungen die selben (End-)Ergebnisse erzielen.
- Reliabilität (Zuverlässigkeit): Ein Experiment ist reliabel, wenn es bei wiederholter Anwendung unter gleichen Bedingungen gleiche Ergebnisse liefert, die Ergebnisse also reproduzierbar sind.
- Validität (Gültigkeit): Ein Experiment ist valide, wenn die Versuchsanordnung tatsächlich das misst, was sie zu messen vorgibt. Hierzu muss sichergestellt sein, dass andere, nicht beobachtete Eigenschaften keinen Einfluss auf das Ergebnis haben. Allerdings erfordert dies sehr weit reichende Standardisierung der Versuchsbedingungen. Dies wiederum kann die Gültigkeit negativ beeinflussen. Wenn beispielsweise in streng kontrollierten Tierversuch Verhaltensauffälligkeiten durch Behandlung A erfasst werden sollen, kann es sein, dass sich die Verhaltensauffälligkeit nicht durch die Behandlung, sondern durch die Umstände (kleiner, langweiliger Käfig etc.) hervorgerufen werden.
- Standardisierung und Vergleichbarkeit: Ergebnisse eines Experiments sind nur dann vergleichbar, wenn sie bestimmten, vorher festgelegten Standards genügen. Um die Wiederholbarkeit und Überprüfung eines Versuchs zu gewährleisten, gehörte es somit zu den wissenschaftlichen Tugenden, die Versuchsanordnung so einfach wie möglich zu halten.

Wissenschaftstheorie

Als Begründer der modernen wissenschaftlichen Methode gilt Francis Bacon. Im 20. Jahrhundert hat sich unter Anderen Karl Popper als Begründer des kritischen Rationalismus in der Wissenschaftstheorie einen Namen gemacht; das Kriterium der Falsifizierbarkeit, ursprünglich von Popper formuliert, hat sich als Qualitätsmerkmal seriöser Wissenschaft weitgehend durchgesetzt, es dient der Unterscheidung von Wissenschaft und Pseudowissenschaft bzw. Glaubenslehren. Insbesondere die Kritik T.S. Kuhns an der von Popper dargelegten Wissenschaftsentwicklung führte allerdings zu diversen Weiterentwicklungen des Falsifikationsbegriffes in der neueren wissenschaftheoretischen Entwicklung. Zu nennen wären hier etwa die von Imre Lakatos entwickelte Sichtweise der Wissenschaft als das Verfolgen komplexer Forschungsprogramme oder der - neben anderen - von Joseph D. Sneed entwickelte wissenschaftstheoretische Strukturalismus. Philosophisch steht dahinter ursprünglich der kritische Rationalismus, der eine Theorie nur dann als wissenschaftlich anerkennt, wenn sie falsifizierbar (das heißt prinzipiell widerlegbar, siehe oben) ist. Abgesehen davon, dass komplexe Theorien im allgemeinen nicht verifizierbar sind, würde Verifizierbarkeit allein - ohne gleichzeitge Falsifizierbarkeit - nicht ausreichen, um eine Theorie als wissenschaftlich einzustufen. Erst die Falsifizierbarkeit garantiert, dass eine Theorie Einschränkungen über mögliche Beobachtungsdaten macht, und damit überhaupt eigentliche Information über die uns empirisch zugängliche Welt enthält. Der kritische Rationalismus wurde und wird von seinen Gegnern zuweilen auch als "Falsifikationismus" bezeichnet und wird insbesondere unter dieser Bezeichnung im Gegensatz zu anderen philosophischen Denkrichtungen gesehen (siehe unten). Es waren die bereits oben erwähnten Wissenschaftstheoretiker Thomas Kuhn sowie Paul Feyerabend, die mit wissenschaftshistorischen und wissenschaftssoziologischen Untersuchungen aufzuzeigen suchten, dass wissenschaftliche Forschung in der Praxis anders ablaufe als der Kritische Rationalismus von Popper es behauptet, oder - wie die Verteidiger Poppers entgegnen - seine Gegner es ihm unterstellen. Wissenschaftler trachten demnach in den gewöhnlichen Phasen ihrer Forschung kaum danach die Grundannahmen ihrer Theorien zu hinterfragen, sondern bewegen sich im Rahmen eines unhinterfragten Paradigmas bzw. Forschungsprogramms, das ihnen Wege zur Lösung jener Rätsel aufzeigt, welche das Paradigma aufwirft. Das Paradigma bzw. Forschungsprogramm steht im Zuge dieser gewöhnlichen Phase der Forschung nicht zur Disposition, besteht also aus Vorannahmen, deren Falsifizierbarkeit meist gar nicht möglich sei. Gemäß Imre Lakatos sei dies auch nicht nötig, da ihre Hauptfunktion mehr darin bestehe die "Struktur" einer Theorie zu bestimmen und es nur nötig sei, diese Vorannahmen durch falsifizierbaren Zusatzannahmen zu einer kompletten, falsifizierbaren Theorie erweitern zu können. Kuhns Struktur wissenschaftlicher Revolutionen, Lakatos Methodologie wissenschaftlicher Forschungsprogramme und Feyerabend anarchistische Erkenntnistheorie sind zudem Wegbereiter der modernen Wissenschaftsforschung (Karin Knorr-Cetina, Bruno Latour), die bestrebt ist, das reale Forschungsverhalten der Wissenschaftler im Labor und im Feld zu untersuchen. Die dabei zu Tage geförderten Daten widersprächen sehr stark den klassisch-wissenschaftstheoretischen Annahmen Poppers oder des Wiener Kreises über das Wesen wissenschaftlicher Forschung. Der Konstruktivismus geht in seiner Ablehnung noch weiter und lehnt die These des Falsifikationismus ab, dass laufende Veränderung von falsifizierten Thesen eine asymptotische Annäherung an die Wirklichkeit brächten. Der Relativismus sieht wissenschaftliche Paradigmen sogar als Sache des Glaubens an, die jeweils nur innerhalb einer bestimmten Wissenschafts-Kultur als wahr oder falsch gelten könnten. Darüber hinaus hat sich - ausgehend von den USA - in den letzten beiden Jahrzehnten eine sich dezidiert parteiisch gebende Forschung etabliert, bei der einer Wissenschaft nicht nur eine beobachtende und beschreibende, sondern auch eine politisch verändernde Funktion zugewiesen wird. Dazu gehören z.B. als pointiert feministisch ausgewiesene Forschungsbereiche. Der klassische, der weltanschaulichen Neutralität verpflichtete Wissenschaftsbegriff wird hier abgelehnt und als androzentrisch diskreditiert: Es wird dargestellt, inwieweit jede Wissenschaft von Menschen und ihren Werten&Zielen geprägt wird.

Ethik wissenschaftlichen Handelns

siehe Hauptartikel Wissenschaftsethik

Kritik und Konflikte

"Elfenbeinturm"

Eine Form der Wissenschaftskritik richtet sich gegen den Rückzug der Wissenschaft in ihren sprichwörtlichen Elfenbeinturm. Die Kritiker nehmen die Wissenschaft als schwer nachzuvollziehendes Gedankengebäude wahr, das nur noch Eingeweihten verständlich ist. Bei den Naturwissenschaften verstellt Mathematik den Zugang, bei den Geisteswissenschaften eine unverständliche Fachsprache. Obwohl sich viele Menschen für wissenschaftliche Fragestellungen und populärwissenschaftlich aufgearbeitete Ergebnisse interessieren, wird die eigentliche wissenschaftliche Arbeit als unverständlich wahrgenommen. Die Kritiker erleben Wissenschaftler entweder als Rationalisten, die ohne Bezug zur sinnlichen Erfahrung (Empirie) komplizierte Modelle entwickeln, als übertrieben skeptische Wissenschaftsgläubige, als Bürokraten eines unüberschaubaren akademischen Apparats oder als Diener der Wirtschaft oder des Staates.

Wissenschaftsgläubigkeit und Betrug

Eine andere Form der Kritik richtet sich gegen die Verwendung von Wissenschaft als "Ersatzreligion" (Szientismus), ein Kennzeichen ist der Glaube an Naturgesetze. Wissenschaftliche Theorien, die nach dem modernen Wissenschaftsbegriff falsizierbar (widerlegbar) sind, würden als unanfechtbare Gewissheiten angesehen. Es wird kritisiert, manche Wissenschaftler sähen die Welt ausschließlich durch die Brille ihrer bevorzugten wissenschaftlichen Theorien. Beobachtungen, die mit ihnen nicht vereinbar schienen, würden ausgeblendet; im Extremfall führe das zur Fälschung von Experimenten, um eigene Theorien zu schützen. In der gemäßigten Form erkläre diese Neigung, am eigenen Weltbild festzuhalten, manche Verzögerung, mit der sich neue Paradigmen in der Wissenschaft durchsetzen könnten. Auch wird kritisiert, Wissenschaftsgläubige würden den Aufwand eigener sorgfältiger wissenschaftlicher Arbeit scheuen und sich an Autoritäten orientieren.

Wissenschaft und Religion

Heftige Kritik an der Gültigkeit wissenschaftlicher Theorien entzündete sich in manchen Zeitepochen an Widersprüchen zu religiösen Überlieferungen und Dogmen. In den Naturwissenschaften ist das wohl facettenreichste Beispiel die Kreationismus-Debatte um eine Vereinbarkeit von biblischer Schöpfungsgeschichte mit Theorien der Kosmologie oder der Evolutionsbiologie. Ein älteres Beispiel ist der Umgang der katholischen Kirche mit Galileo Galileis öffentlichem Abrücken vom geozentrischen Weltbild. In den Geisteswissenschaften stoßen manche historisch-kritische Analysen von Bibel und anderen heiligen Büchern auf Kritik. Insbesondere, wenn die aufgrund neuerer Quellenlage oder früherer Übertragungsfehler überarbeiteten Glaubenstexte im Widerspruch zur dogmatisch akzeptierten Version des Glaubenstextes stehen. Da für den Gläubigen das Dogma per definitionem wahr ist, wird mancher einseitige Kritiker die wissenschaftliche Theorie abtun und den dogmatischen Lehrsatz unreflektiert aufrechterhalten. Im Fundamentalismus (z.B. des Islam) haben wörtliche Auslegungen heiliger Texte eine hohe Priorität.
Eine differenziertere Form der Kritik akzeptiert die wissenschaftliche Methode weitgehend und übernimmt ihre Fachbegriffe. Bisweilen werden im philosophisch-religiösen Bereich Ausnahmen von wissenschaftlichen Kernprinzipien wie Reproduzierbarkeit oder Falsifizierbarkeit eingefordert oder Kernbegriffe anders definiert. Meistens lösen sich aber Widersprüche zwischen naturwissenschaftlich und religiös begründeten Aussagen dadurch, dass sie verschiedene Ebenen betreffen. So thematisiert die Schöpfungsgeschichte der Bibel das Verhältnis zwischen Gott, Welt und Mensch, aber nicht die Wissenschaft von der sichtbaren Natur (siehe auch biblische Exegese und Hermeneutik).

Einteilung der Wissenschaften

Eine allgemeingültige Einteilung der Wissenschaften existiert nicht; die Einteilung der Wissenschaften hängt von vielen Vorentscheidungen ab und hat häufig auch willkürliche Aspekte. Es existieren deshalb verschiedene Systematiken (siehe zum Beispiel die Dewey Decimal Classification). Frühere Autoren sprachen von einem Baum der Wissenschaft sowie der Unterteilung in Einzelwissenschaften und Universalwissenschaft. Viele Disziplinen stellen eine Mischung verschiedener Fachgebiete dar und entziehen sich deshalb einer eindeutigen Zuordnung. Als Beispiel sei hier die Wirtschaftsinformatik genannt, die neben einem Kern eigener Inhalte unter anderem auch Teile aus Informatik, Mathematik, Wirtschaftswissenschaften und Kommunikationswissenschaften enthält.

Auflistung

Literatur

- Max Weber: Wissenschaft als Beruf 1919. ISBN 3150093880 ([http://www.textlog.de/weber_wissen_beruf.html Onlinetext])
- Helmut Seiffert: Einführung in die Wissenschaftstheorie. München (Beck). 4 Bände; div. Auflagen.
- Karl R. Popper: Logik der Forschung, Tübingen (Mohr-Siebeck) 2002. ISBN 3161478371
- Thomas Kuhn: Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen. Frankfurt/Main (Suhrkamp). Original 1962.
- Ludwik Fleck: Entstehung und Entwicklung einer wissenschaftlichen Tatsache. Frankfurt/M. (Suhrkamp) 2002. ISBN 3518279122 (Original auf deutsch 1935)
- Paul Feyerabend: Wider den Methodenzwang. Entwurf einer anarchistischen Erkenntnistheorie. Frankfurt/Main (Suhrkamp). Original 1975.
- Florian Keisinger u. a. (Hrsg.): Wozu Geisteswissenschaften? Kontroverse Argumente für eine überfällige Debatte, Frankfurt a. M./New York 2003 ISBN 359337336X
- Mario Bunge: Scientific Research Bd. I + II, Springer-Verlag New York 1967

Siehe auch

- Wissenschaftliches Arbeiten: Fachsprache, Wissenschaftssprache, Wissenschaftstheorie, Ockhams Rasiermesser, Korrespondenzprinzip, Wissenschaftssoziologie
- Klassifizierung der Wissenschaftsgebiete: Liste der Fachgebiete, Universelle Dezimalklassifikation
- Teilgebiete: Angewandte Wissenschaft, Humanwissenschaft, Agrarwissenschaft
- Abgrenzung: Betrug und Fälschung in der Wissenschaft, Pseudowissenschaft, Parawissenschaft
- Gesellschaftlicher Rahmen: Forschungsfreiheit, Forschungsprojekt
- Wissenschaftsgeschichte: Europäische Wissenschaftsgeschichte, Wissenschaft in der Sowjetunion, Wissenschaft in den USA

Weblinks

- [http://www.lsw.uni-heidelberg.de/users/amueller/wissen.html wissenschaftliche Methode]
- [http://www.science-at-home.de/misc/wissenschaft/wissenschaftliche_methode_01.php Was ist wissenschaftliche Arbeitsweise? Folien zur Funktionsweise der wissenschaftlichen Methode.]
- [http://www.oefre.unibe.ch/law/dfr/bv035079.html Hochschulurteil des Bundesverfassungsgerichts]
- Bekannte wissenschaftliche Zeitschriften:
- [http://bdw.wissenschaft.de/ Bild der Wissenschaft]
- [http://www.spektrum.de/ Spektrum der Wissenschaft]
- [http://www.nature.com/nature/ Nature] (englischsprachig)
- [http://www.sciencemag.org/ Science] (englischsprachig)
- [http://www.newscientist.com/ New Scientist] (englischsprachig)
- [http://www.stangl-taller.at/TESTEXPERIMENT/wissenschaft.html Wissenschaftstheorie]
- Wissenschaft im Internet
- [http://www.wissenschaft-aktuell.de/ Wissenschaft aktuell]
- [http://www.morgenwelt.de/ Morgenwelt]
- [http://www.wissenschaft.de/ Wissenschaft]
- [http://www.wissenschaft-online.de/ Wissenschaft-Online]
- [http://www.wissen-news.de/ Wissen-News]
- [http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/ Deutschlandfunk - Forschung aktuell]
- [http://www.dfg.de/antragstellung/#3 Grundsätze zur Sicherung guter wissenschaftlicher Praxis] der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Januar 1998
- [http://www.wissenschaft-im-dialog.de/fit.php4 Wissenschaft im Dialog] ! ja:科学 ko:과학 ms:Sains simple:Science th:วิทยาศาสตร์ zh-min-nan:Kho-ha̍k

Natur

Der Begriff Natur (lat.: natura, von nasci „entstehen, geboren werden“) wird in verschiedenen Gesellschaften und oft auch innerhalb einer Gesellschaft unterschiedlich und teilweise widersprüchlich verwendet.

Natur als Gegenbegriff zur Kultur

Unter Natur wird heute in westlichen Kulturkreisen im Allgemeinen das bezeichnet, was nicht vom Menschen geschaffen wurde. Natur ist bei dieser vorherrschenden Auffassung das Gegenteil von Kultur. Objekte der Natur sind nach dieser Auffassung z.B. Steine, Pflanzen, Tiere, Landschaft - ob der Mensch selbst zur Natur gehört oder nicht, ist bereits nicht mehr gesellschaftlicher Konsens. Man unterscheidet dabei zwischen belebter Natur (z.B. Tier, Pflanze) und unbelebter Natur (z.B. Steine). Naturereignisse, Naturerscheinungen sind unter anderem Regen oder Gewitter, das Klima insgesamt. Dass auch diese natürlichen Phänomene längst nicht mehr von der Kultur des Menschen unbeeinflusst sind, passt nicht zu dieser tradierten Auffassung. Der menschliche Umgang mit der Natur wird immer häufiger zum Gegenstand einer Kritik an der Kultur, an Gesellschaftssystemen oder Regierungen. Heute stellen sich in dieser Hinsicht mehr denn je ethische Fragen: Umweltverschmutzung und ökologische Probleme, dazu die Knappheit der Rohstoffe sind die Folgen einer jahrelangen Ignoranz gegenüber natürlichen Werten. Ereignisse, die der Mensch nicht in den Griff bekommt, wie Erdbeben, Vulkanausbrüche und ähnliches, sind im menschlichen Maßstab Naturkatastrophen. Die Forderung nach Eingriffen in das Naturgeschehen zum Schutz vor solchen Naturgefahren steht im Gegensatz zu der genannten Kulturkritik. Heute weiß man: Die Natur ist zerstörbar und kann sich aus eigener Kraft in manchen Bereichen nicht erneuern. In unserem Sprachgebrauch vorhandene Wendungen wie "natürlich" (selbstverständlich) oder "in der Natur der Sache" verweisen auf die elementare Bedeutung des Begriffs Natur. Bereits in der Romantik war ein grosses Interesse an der Natur - in Verbindung mit einer gesteigerten Hinwendung zu Innerlichkeit und Gefühlen - als Gegenbewegung zur Industrialisierung entstanden.

Natur als philosophischer Begriff

Der umgangssprachliche Gebrauch von "natürlich" oder "unnatürlich" und Ausdrücke wie "es liegt in der Natur der Sache" weisen auf eine erweiterte Bedeutung hin. Möglich sind hier Deutungen wie "von der Natur gegebenen", Bestimmung. Augustinus von Hippo unterscheidet zwischen einer "materialen" und einer "formalen" Definition der Natur. Für ihn ist Natur Wesen (essentia) und Substanz (substantia).

Probleme der Definition von "Natur"

Als philosophischer Begriff (vgl. Naturphilosophie) ist das, was natürlich (der Natur entstammend) und was nicht natürlich ist, vom Verhältnis der Menschen zu ihrer Umwelt geprägt. In diesem Zusammenhang steht "Umwelt" für das "Nicht-Ich", das außerhalb des Ego des Menschen ist. Der Begriff Natur ist nicht wertfrei, so wird auch von Naturkatastrophen, Naturgefahren oder Ähnlichem gesprochen. Natur wird zur menschlichen Existenz in Beziehung gesetzt. Dieses Verhältnis ist vor allem durch emotional, ästhetisch und religiös wertende, normative Einstellungen bestimmt (Oldemeyer 1983).

Natur als Nutzgegenstand

Nach bzw. neben dem anthropomorphen Naturverhältnis der Frühzeit, und dem biomorphen Verhältnis der Antike und des fernen Ostens, bildete sich durch die alttestamentliche Überlieferung im mittelalterlichen Europa das technomorphe Naturverhältnis. Es gab dem Menschen gleichzeitig Beherrschungs- und Bewahrungsauftrag. Die Natur außerhalb der Städte erzeugte eher Angst. In der Aufklärung wurde die Natur dann vollständig dem Menschen zu seinen Zwecken nutzbar untergeordnet. Diese technisch-utilitäre Einstellung wurde in der Romantik als Pervertierung des "Naturzustandes" aufgefasst und Natur sentimental gesehen, ohne jedoch die Trennung zwischen Mensch und "göttlicher Natur"(Hölderlin) zu überwinden. Es manifestierte sich ein Verständnis, das die "Natur als Gegenbegriff zur menschlichen Kultur und als einen sich selbst definierenden, untermenschlichen Gegenstand menschlicher Nutzung sah und teilweise noch sieht", und zwar als "Grundlage und Rechtfertigung für eine hemmungslose Ausbeutung ohne normative Beschränkungen" (Oldemeyer, 1983).

Integratives Naturverständnis

Erst gegen Ende des 19. Jh. wurde maßgeblich durch Ökologie und Kybernetik die Natur als selbst–regulatorisches System begriffen. Es entstand das "Wir-Welt-Verhältnis" (Oldemeyer, 1983). Mit der Popularisierung der Ökosystemforschung gewinnen seit den 80er Jahren des 20.Jh. mehr Menschen in den Industriestaaten die Einsicht, dass Natur nicht als Ganzes zu begreifen ist, sondern nur als ein offenes System, dessen Teil auch der Mensch mit seiner Kultur ist (integratives Verhältnis) (Oldemeyer, 1983). Dies wird z. B. auch in der Definition der Arbeit deutlich, die die Gesellschaft und die Natur im Systemzusammenhang nennt, wobei die Arbeitsprozesse vermittelnde Elemente und Abläufe sind, die die Menschen wegen ihrer divergierenden Ziele nur offen gestalten können. Abgeleitet davon wäre z.B. die Stadt, eine Kulturleistung des Menschen, als "zweite Natur" anzuerkennen. Die Stadt als Habitat (Lebensraum) des Menschen, die wir uns zunehmend lebensunwerter gestalten, erzeugt damit einen Bedarf nach einem diffusen Ideal von "wilder" oder "unberührter" Natur, nach Erholung. Dabei wird schlicht übersehen, dass auch vom Menschen stark überformte Bereiche (schützenswerte) Natur beinhalten. Diese integrative Naturauffassung schlägt sich aber in Fachkreisen, z.B. im Naturschutz, in der Ökologie, Stadtökologie etc., bereits nieder. Ludwig Klages bezeichnet als "zweite Natur" die rational durchformte bzw. geistdurchsetzte Landschaft.

Natur in der Wissenschaft

Als Natur im wissenschaftlichen Sinne bezeichnet man alles was existiert und sich der Beobachtung bzw. Wahrnehmung nicht entzieht.

Mundartliche und regionale Verwendung

Im Österreichischen wird Natur auch als Synonym für Sperma oder die Geschlechtsorgane verwendet.

Zitate

:
- Natur, adjective (formaliter) genommen, bedeutet den Zusammenhang der Bestimmungen eines Dinges nach einem innern Princip der Causalität. Dagegen versteht man unter Natur substantive (materialiter) den Inbegriff der Erscheinungen, so fern diese vermöge eines innern Princips der Causalität durchgängig zusammenhängen. Im ersteren Verstande spricht man von der Natur der flüssigen Materie, des Feuers etc. und bedient sich dieses Worts nur adjective; dagegen wenn man von den Dingen der Natur redet, so hat man ein bestehendes Ganzes in Gedanken. (Immanuel Kant) :
- Die Natur verhält sich seltsam. Sie lebt gefährlich. Aber sie tänzelt so geschickt herum, dass sie dem fatalen K.o.-Schlag eines logischen Paradoxons auszuweichen vermag. (Brian Greene) :
- Diese Gurke ist bitter. Nun so wirf sie weg. Hier sind Dornengesträuche am Weg. Weiche ihnen aus. Das ist alles. Frage nicht noch: Wozu gibt es solche Dinge in der Welt? Sonst würde dich ein Naturkundiger auslachen, gleichwie der Tischler und der Schuster dich auslachen würde, wenn du's ihnen zum Vorwurf machen wolltest, daß du in ihren Werkstätten Hobelspäne und Lederreste wahrnimmst. Und doch haben diese Leute noch einen Ort, wo sie dergleichen hinwerfen können. Die Allnatur aber hat außerhalb ihres eigenen Kreises nichts. Das ist gerade das Bewundernswerte an ihrer Kunstfertigkeit, daß sie in ihrer Selbstbegrenzung alles, was in ihr zu verderben, zu veralten und unbrauchbar zu werden droht, in ihr eigenes Wesen umwandelt und eben daraus wieder andere neue Gegenstände bildet. Sie bedarf zu dem Ende ebensowenig eines außer ihr befindlichen Stoffes, als sie eine Stätte nötig hat, um das Morsche dorthin zu werfen. Sie hat vielmehr an ihrem eigenen Raum, ihrem eigenen Stoff und an ihrer eigenen Kunstfertigkeit genug. (Marc Aurel) :
- Die Natur verbirgt ihr Geheimnis durch die Erhabenheit ihres Wesens, aber nicht durch List. (Albert Einstein)

Literatur

- Großklaus, Götz / Oldemeyer, Ernst (Hrsg.): Natur als Gegenwelt - Beiträge zur Kulturgeschichte der Natur. Loeper Verlag GmbH, Karlsruhe 1983.
- Wilson, Edward O.: Die Zukunft des Lebens. Berlin 2002 ISBN 3-88680-621-9
- Greene, Brian: Der Stoff, aus dem der Kosmos ist. München 2004 ISBN 388680738X

Weblinks

- http://www.madeasy.de/1/natur.htm Stoffsammlung zum Begriff Natur
- http://www.natur-lexikon.com Natur Lexikon Tiere / Pflanzen / Pilze / Mineralien
- [http://www.macro-photo.org Naturfotografie] Siehe auch: Leben, Evolution, Naturgeschichte, Naturgesetz, Naturwissenschaften, Outdoor, Gaia-Hypothese Kategorie:Natur Kategorie:Naturphilosophie ja:自然 ms:Alam Semulajadi simple:Nature zh-min-nan:Chū-jiân

Chemie

Die Chemie (von arabisch al-kimiya' ) ist die Lehre vom Aufbau, Verhalten und der Umwandlung der chemischen Elemente und ihren Verbindungen sowie den dabei geltenden Gesetzmäßigkeiten. Die Chemie entstand in ihrer heutigen Form als exakte Naturwissenschaft im 17. und 18. Jahrhundert allmählich aus der Anwendung rationalen Schlußfolgerns auf Beobachtungen und Experimente der Alchemie. Einige der ersten großen Chemiker waren Robert Boyle, Humphry Davy, Jöns Jacob Berzelius, Joseph Louis Gay-Lussac, Joseph-Louis Proust, Marie und Antoine Lavoisier und Justus von Liebig. Justus von Liebig

Was ist Chemie?

Definition

Die Chemie ist die Wissenschaft, die sich mit Stoffen (Substanzen), deren Umsetzung(en) (chemischen Reaktionen), sowie der Darstellung (Synthese), der Bestimmung und der Anwendung dieser Stoffe (bzw. deren Eigenschaften) beschäftigt. Da die für die Chemie relevanten Eigenschaften der Atome fast ausschließlich in ihrer elektronischen Struktur (Elektronenhülle) begründet liegen, können grundlegende Aufgabengebiete der Chemie auch als „Physik der äußeren Elektronenhülle“ betrachtet werden. Der Atomkern hat praktisch keinen Einfluss auf chemische Prozesse. Untersuchungen zum Aufbau von Atomkernen fallen nicht in den Bereich der Chemie, sondern sind Bestandteil der Kernphysik.

Stoff und Stoffumsetzung

Die chemisch kleinsten Grundbausteine, aus denen alle uns umgebenden Materialien bestehen, sind die Elemente, welche sich zu chemischen Verbindungen zusammenschließen. Eine Stoffumsetzung nennt man chemische Reaktion; sie steht im Zentrum der Chemie. In einer chemischen Reaktion kommt es niemals zu Elementumwandlungen, was die Chemie als Naturwissenschaft grundsätzlich von der mittelalterlichen Vorstellung der Alchemie abgrenzt. Elementumwandlungen sind rein physikalische Prozesse (z.B. radioaktiver Zerfall).

Atom und Molekül

Alchemieen umkreisen einen Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen]] Atome sind für den Chemiker die Grundbausteine der Materie, da sie sich chemisch nicht in kleinere Einheiten spalten lassen. Ein chemisches Element besteht aus Atomen mit einer bestimmten Anzahl an Protonen im Kern. Chemische Elemente können dennoch aus verschiedenen Atomen (Isotope) bestehen, die sich in der Anzahl an Neutronen im Kern unterscheiden. Verschiedene Isotope zeigen gleiches chemisches, aber unterschiedliches physikalisches Verhalten (z.B. Siedepunkt, Schmelzpunkt). Die chemischen Elemente können in mannigfaltiger Weise chemische Bindungen untereinander eingehen. Dann spricht man von einer chemischen Verbindung. Je nach Polarität der Bindung zwischen den Elementen unterscheidet man unpolare kovalente Bindungen, polare kovalente Bindungen und ionische Bindungen, in denen mindestens ein Elektron der miteinander eine chemische Verbindung eingehenden Elemente oder Moleküle ganz bei einem Bindungspartner lokalisiert ist. Verbindungen, in denen die Elemente kovalent miteinander gebunden sind nennt man Moleküle. Verbindungen, die ionisch aufgebaut sind, nennt man Salze. Von Molekülionen spricht man, wenn elektrisch geladene Moleküle vorliegen. Des weiteren spricht man von einer metallischen Bindung, wenn die äußeren Elektronen, die für eine chemische Bindung zur Verfügung stehen, zwischen den Atomen delokalisiert und frei beweglich sind. Die chemischen Elemente selbst liegen als Metalle, als Moleküle (z.B. die zweiatomigen Gase der 2. Periode: O₂, N₂, F₂) oder als Atome (ausschließlich die Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn) vor. Die Art und Weise, wie sich die Atome eines Elementes verbinden, kann dabei immer noch unterschiedlich sein und zu so unterschiedlichen Substanzen wie Graphit und Diamant führen, beides Modifikationen elementaren Kohlenstoffs. Auch kann ein Element als eine metallische und als eine Modifikation mit kovalenten Bindungen vorliegen, z.B. Zinn. Für die chemischen Eigenschaften einer Verbindung ist es jedoch nicht nur entscheidend, welche Atome sie enthält, sondern wie diese miteinander verbunden sind (siehe Chemische Bindung). Bei bestimmten chemischen Verbindungen, vor allem bei Proteinen, sind nicht nur die Bindungen zwischen den Atomen maßgeblich für die chemischen Eigenschaften sondern auch die räumliche Ausrichtung dieser Bindungen. Die Herausforderung bei der chemischen Synthese besteht in der Regel darin, selektiv Bindungen zwischen einzelnen Atomen der Reaktandmoleküle zu lösen und/oder zu knüpfen, um dadurch eine gewünschte Substanz (Reaktionsprodukt) herzustellen.

Bedeutung der Chemie

Geschichte der Chemie

Hauptartikel: Geschichte der Chemie Die Chemie entwickelte sich aus der Alchemie, die in China, Europa und Indien schon seit Jahrtausenden praktiziert wurde. Alchemie war die Untersuchung von Materie, wobei die Vorstellungswelt der Alchemisten nicht auf wissenschaftlichen Untersuchungen basierte, sondern auf Erfahrungstatsachen und empirischen Rezepten. Das Ziel ihrer Untersuchungen war eine Substanz mit dem Namen Stein der Weisen, die Stoffe wie Blei in Gold verwandeln sollte. Alchemisten führten eine große Auswahl Experimente mit vielen Substanzen durch, um diesen Stoff zu finden. Sie notierten ihre Entdeckungen und verwendeten für ihre Aufzeichnungen die gleichen Symbole, wie sie auch in der Astrologie üblich waren. Die mysteriöse Art ihrer Tätigkeit und die dabei fabrizierten farbigen Flammen, Rauch oder Explosionen führten dazu, dass sie als Magier und Hexer bekannt und teilweise verfolgt wurden. Für ihre Experimente entwickelten die Alchemisten die gleichen Apparaturen, wie sie heute noch in der chemischen Verfahrenstechnik verwendet werden. Ein bekannter Alchemiker war Albertus Magnus. Er befasste sich als Kleriker mit diesem Themenkomplex und fand bei seinen Experimenten ein neues chemisches Element, das Arsen. Kein Alchemiker hat allerdings je den Stein der Weisen entdeckt und im 17. Jahrhundert wurde die alchemistische Arbeitsweise durch wissenschaftliche Methodik ersetzt. Einiges vom Wissen der Alchemisten wurde von den ersten Chemikern verwendet, die ihre Arbeit auf logische Schlussfolgerungen ihrer Beobachtungen gründeten und nicht auf der Idee, beispielsweise Blei in Gold zu verwandeln. wissenschaft Entscheidende Impulse erhielt die Chemie als Wissenschaft im 19. Jahrhundert. Die Arbeiten von Justus von Liebig über die Wirkungsweise von Dünger begründeten die Agrarchemie und lieferten wichtige Erkenntnisse über die anorganische Chemie. Die Suche nach einem synthetischen Ersatz für den Farbstoff Indigo zum Färben von Textilien waren der Auslöser für die bahnbrechenden Entwicklungen der organischen Chemie und der Pharmazie. Auf beiden Gebieten hatte man in Deutschland bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts eine absolute Vorrangstellung. Dieser Wissensvorsprung ermöglichte es beispielsweise, den zur Führung des ersten Weltkrieges notwendigen Sprengstoff statt aus importierten Nitraten mit Hilfe der Katalyse aus dem Stickstoff der Luft zu gewinnen (siehe Haber-Bosch-Verfahren). Die Autonomiebestrebungen der Nationalsozialisten gaben der Chemie als Wissenschaft weitere Impulse. Um von den Importen von Erdöl unabhängig zu werden, wurden Verfahren zur Verflüssigung von Steinkohle entwickelt (Fischer-Tropsch-Synthese). Ein weiteres Beispiel war die Entwicklung von synthetischem Kautschuk für die Herstellung von Fahrzeugreifen. In der heutigen Zeit ist die Chemie ein wichtiger Bestandteil der Lebenskultur geworden. Chemische Produkte umgeben uns überall, ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Allerdings haben Unfälle der chemischen Großindustrie wie beispielsweise die von Seveso und Bhopal der Chemie ein sehr negatives Image verschafft, so dass Slogans wie "Weg von der Chemie!" sehr populär werden konnten. Die Forschung entwickelte sich um die Wende zum 20. Jahrhundert soweit, dass vertiefende Studien des Atombaus nicht mehr zum Bereich der Chemie gehören, sondern zur Atomphysik bzw. Kernphysik. Diese Forschungen lieferten dennoch wichtige Erkenntnisse über das Wesen der chemischen Stoffwandlung und der chemischen Bindung. Weitere wichtige Impulse gingen dabei auch von Entdeckungen in der Quantenphysik aus (Elektronen-Orbitalmodell).

Chemie im Alltag

Chemische Reaktionen im Alltag finden zum Beispiel beim Kochen, Backen oder Braten statt, wobei oft gerade die hier ablaufenden, recht komplexen Stoffumwandlungen zum typischen Aroma der Speise beitragen. Weiterhin wird Nahrung chemisch zerlegt und mit körpereigenen Abbauvorgängen in Bestandteile und auch Energie umgewandelt (Biochemie). Eine gut beobachtbare chemische Reaktion ist die Verbrennung. Haarfärbung, Verbrennungsmotoren, Handy-Displays, Waschmittel, Dünger, Arzneimittel u.v.m. sind weitere Beispiele für Anwendungen der Chemie im alltäglichen Leben. Im Alltag wird der Begriff 'Chemie' oft in einem eingeschränkten Sinn als Abkürzung für 'Produkt der chemischen Industrie' verwendet, zum Beispiel bei der 'Chemischen Reinigung': Diese reinigt Textilien mit (synthetischen) Lösungsmitteln. Der Reinigungsvorgang selbst ist in der Regel ein Lösen der Verunreinigung (beispielsweise eines Fettflecks) im Lösungsmittel und damit kein chemischer Prozess (Stoffumwandlung) im eigentlichen Sinne, sondern ein physikalischer Vorgang (Lösen)! Im Gegensatz dazu ist das manchmal als 'Putzen ohne Chemie' gepriesene Auflösen von Kalkflecken mit Essig oder Zitronensaft sehr wohl ein chemischer Vorgang, da dabei festes Calciumcarbonat (Kalk) durch die Säuren zu löslichem Hydrogencarbonat bzw. Kohlenstoffdioxid umgesetzt wird.

Chemie als Wissenschaft

Die Chemie befasst sich mit den Eigenschaften der Elemente und Verbindungen, mit den möglichen Umwandlungen eines Stoffes in einen anderen, macht Vorhersagen über die Eigenschaften für bislang unbekannte Verbindungen, liefert Methoden zur Synthese neuer Verbindungen und Messmethoden um die chemische Zusammensetzung unbekannter Proben zu entschlüsseln. Obwohl alle Stoffe aus vergleichsweise wenigen "Bausteinsorten", nämlich aus etwa 80 bis 100 der 118 bekannten Elemente aufgebaut sind, führen die unterschiedlichen Kombinationen und Anordnungen der Elemente zu einigen Millionen sehr unterschiedlichen Verbindungen, die wiederum so unterschiedliche Materieformen wie Wasser, Sand, Pflanzen- und Tiergewebe aufbauen. Die Art der Zusammensetzung bestimmt schließlich die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Stoffe und macht damit die Chemie zu einer recht umfangreichen Wissenschaft.
Wie in allen Naturwissenschaften ist auch in der Chemie das Experiment die tragende Säule. An ihm werden Theorie über die Art der Umwandlung eines Stoffes in einen anderen Stoff entworfen, überprüft, erweitert und wenn nötig auch verworfen. Fortschritte in den verschiedenen Teilgebieten der Chemie sind oftmals die unabdingbare Voraussetzung für neue Erkenntnisse in anderen Disziplinen, besonders in den Bereichen Biologie und Medizin, aber auch im Bereich der Physik (zum Beispiel Herstellung neuer Supraleiter). An der Schnittstelle zwischen Chemie und Biologie hat sich als weites Fachgebiet die Biochemie etabliert, die für das Verständnis der Lebensvorgänge, die untrennbar mit Stoffumsätzen verbunden sind, unentbehrlich ist. Dieser Sachverhalt wird manchmal mit dem Satz "Alles Leben ist Chemie" zum Ausdruck gebracht, da die meisten 'greifbaren' und messbaren Vorgänge im lebenden Organismen auf chemischen Reaktionen beruhen. Für die Medizin ist die Chemie bei der Suche nach neuen Medikamenten und bei der Herstellung von Arzneimitteln unentbehrlich. Die Ingenieurwissenschaften suchen häufig je nach Anwendung nach maßgeschneiderten Materialien (leichte Materialien im Flugzeugbau, beständige und belastbare Baustoffe, hochreine Halbleiter...). Hier hat sich als Schnittstelle zwischen Chemie und den Ingenieurswissenschaften die Materialwissenschaft entwickelt.

Wirtschaftliche Bedeutung der Chemie

Die chemische Industrie ist - gerade auch in Deutschland - ein sehr bedeutender Wirtschaftszweig: In Deutschland liegt der Umsatz der Chemieindustrie bei über 100 Milliarden Euro, die Zahl der Beschäftigten lag nach der Wiedervereinigung Deutschlands bei über 700 000 und ist jetzt unter 500 000 gesunken. Sie stellt einmal Grundchemikalien wie beispielsweise Schwefelsäure oder Ammoniak her - oft im Maßstab von Millionen von Tonnen jährlich -, die sie dann zum Beispiel zur Produktion von Düngemitteln und Kunststoffen verwendet. Andererseits produziert sie viele komplexe Stoffe, insbesondere Medikamente, maßgeschneidert für spezielle Zwecke. Auch die Herstellung von Computern, Kraft- und Schmierstoffen für die Automobilindustrie und vielen anderen technischen Produkten ist ohne industriell hergestellte Chemikalien unmöglich.

Ansehen der Chemie

Die Chemie hat in der Öffentlichkeit - auch aufgrund von Chemiekatastrophen und Umweltskandalen - ein relativ schlechtes Ansehen. Viele Fachleute empfinden dies angesichts des Nutzens und der allgemeinen Bedeutung der Chemie und bezogen auf die heutige Situation in Europa für nicht gerechtfertigt, weil hier unter anderem durch eine ziemlich strikte Gesetzgebung (Chemikaliengesetz, Gefahrstoffverordnung) eine vergleichsweise sichere Handhabung von Chemikalien gewährleistet ist. Um dem entgegenzuwirken, wurde das Jahr 2003 von verschiedenen Trägerorganisationen zum "Jahr der Chemie" ([http://www.jahr-der-chemie.de Netseite]) erklärt.

Fachrichtungen

Üblicherweise wird die Chemie in drei große Bereiche eingeteilt.
- Anorganische Chemie (Chemie der Elemente und der Verbindungen ohne Kohlenstoffkette)
- Organische Chemie (Chemie der Kohlenstoffverbindungen)
- Physikalische Chemie (Anwendung mathematisch-physikalischer Methoden auf chemische Problemstellungen) Die traditionelle aber auch etwas willkürliche Unterscheidung zwischen anorganischer und organischer Chemie wird auch heute noch beibehalten. Ein Grund besteht darin, dass die organische Chemie stark vom Molekül bestimmt wird, die anorganische Chemie oft von Ionen, Kristallen, Komplexverbindungen und Kolloiden. Ein Gebiet, in dem sich die beiden Fachbereiche stark überlappen, ist die Organometallchemie. Die Physikalische Chemie unterscheidet sich von Anorganik und Organik nicht durch das Untersuchungsobjekt, sondern dadurch, dass hier versucht wird, selbiges mittels physikalischer Modelle zu beschreiben. Neben diesen drei großen Bereichen gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Fachgebiete, die oft in einem Grenzbereich zu einer anderen Wissenschaft angesiedelt sind.
- Die Allgemeine Chemie befasst sich mit den Grundlagen der Chemie
- Die Technische Chemie beschäftigt sich mit der Umsetzung von chemischen Reaktionen im Labormaßstab auf großmaßstäbliche Industrieproduktion.
- Die in lebenden Organismen vorkommenden und umgesetzten Stoffe sind Thema der Biochemie
- Die für lebende Organismen schädlichen Substanzen werden in der Toxikologie behandelt
- Die Kernchemie, auch Radiochemie genannt, behandelt die Eigenschaften und Umsetzungen radioaktiver Stoffe
- Die Theoretische Chemie versucht durch Rechnung und/oder Computersimulation Eigenschaften von Stoffen vorherzusagen und physikalische Modelle zu entwickeln.
- Die Makromolekulare Chemie befasst sich mit Polymeren
- Die Chemie im Weltall wird von der Kosmochemie behandelt
- Das Hauptziel der Computerchemie ist es, Software zu erstellen und anzuwenden, um Eigenschaften von Molekülen zu berechnen.
- Die Geochemie beschäftigt sich mit dem stofflichen Aufbau der Erde
- ... Eine weitere Möglichkeit ist es, die Chemie nach der Zielrichtung in die untersuchende, 'zerlegende' Analytische Chemie und in die aufbauende, produktorientierte Präparative- oder Synthetische Chemie aufzuspalten. In der Lehrpraxis der Universitäten ist die Analytische Chemie oft als Unterrichtsfach vertreten, während die Synthetische Chemie im Rahmen der organischen oder anorganischen Chemie behandelt wird.

Chemie in der Wikipedia

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Anorganische Chemie

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Organische Chemie

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Physikalische Chemie

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Chemischer Formalismus

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Berühmte Chemiker

- Bedeutende Chemiker (chronologisch) (nach Geburtsdatum geordnet)
- Bedeutende Chemiker (alphabetisch)
- Bedeutende Chemiker (Kategorien) (nach den Fachgebieten geordnet, dort alphabetisch)
- Liste der Nobelpreisträger für Chemie, Nobelpreisträger

Literatur

- Eine Zusammenstellung von ausgewählten Beiträgen aus Spekturm der Wissenschaft: Digest: Moderne Chemie. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg, Juni 1995,
- Pedro Cintas: Der Weg zu chemischen Namen und Eponymen: Entdeckung, Priorität und Würdigung. Angewandte Chemie 116(44), S. 6012 - 6018 (2004),
- Joachim Kranz; Manfred Kuballa: Chemie im Alltag, Berlin, 2003, 3-589-21692-1

Weblinks

- [http://dc2.uni-bielefeld.de Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie]
- [http://www.versuchschemie.de Chemieforum und Experimente]
- [http://www.chemikalien.de Portal mit Forum zur Chemie]
- [http://www.chemie-lk.de Chemie-Portal mit Forum für den Chemie-Leistungskurs]
- [http://www.TOMCHEMIE.de Chemie-Portal mit Forum und einem Chemiechat, Tomchemie]
- [http://www.chemie.de Deutsches Chemie-Portal]
- [http://www.Netchemie.de Netchemie - Chemie für Schule Studium und Alltag: Lexika, Versuche, Software und Forum]
- [http://www.cci.ethz.ch/de/start.html Chemische Experimente auf dem WEB] - Ziel dieses Angebotes der ETHZ ist es, den Studierenden und Dozierenden auf Video aufgezeichnete Experimente jederzeit bereitzustellen
- [http://www.experimentalchemie.de Experimentalchemie.de] - Chemische Experimente für Unterricht und zu Showzwecken ---- ! als:Chemie ja:化学 ko:화학 ms:Kimia simple:Chemistry th:เคมี

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