Die Neuzeit und die Entstehung der Naturwissenschaften

Experimentelle mathematische Naturwissenschaften

Die Renaissance, das heißt die Wiedergeburt der antiken Kultur, spielte eine entscheidende Rolle für die Entstehung der experimentellen Wissenschaften. Nach dem Fall des Oströmischen Reiches (1453) wanderten viele Intellektuelle in den Westen aus. So wie die Araber Jahrhunderte zuvor das Wissen um die Philosophie des Aristoteles weitergegeben hatten, brachten diese Gelehrten neues Wissen über die antike griechische Philosophie mit, insbesondere über die Lehren Platons. Die Übertragung griechischer Theorien in das 15. Jahrhundert schuf eine Kombination von Bedingungen, die das Aufkommen der experimentellen Wissenschaften ermöglichte: Einerseits standen adäquate Begriffe und Theorien aus der griechischen Philosophie sowie das theoretische Wissen aus der mittelalterlichen Scholastik zur Verfügung. Andererseits erwachte ein neuer, durch die Renaissance-Säkularisierung geprägter, praktischer Sinn für die Nutzung, Umgestaltung und Beherrschung der Natur.

Bereits zuvor war darauf hingewiesen worden, dass im späten Mittelalter der Übergang vom konzeptuellen Realismus zum Nominalismus stattfand. Dieser Wandel förderte in gewisser Weise die Hinwendung zur konkreten Wirklichkeit und begünstigte die Entstehung der experimentellen Wissenschaften. Gleichzeitig spielten spekulative griechische Theorien eine wichtige Rolle — etwa die mechanistische Atomtheorie Demokrits und vor allem die konzeptual-realistische, neoplatonische Mathematikphilosophie. Letztere beeinflusste unter anderem den Renaissance-Denker Nikolaus von Kues (1401—1464) maßgeblich.

Gleichwohl war es nicht allein die Rolle dieser verschiedenen Faktoren, die den entscheidenden Unterschied ausmachte. Einzigartig war vielmehr die Verbindung von Theorie und praktischem Interesse an der Erforschung der Natur. In der Renaissance wurden die darin angelegten Potenziale erstmals in der Geschichte vollständig verwirklicht. In den meisten Kulturen fehlte es entweder an theoretischen Grundlagen oder an den sozialen Voraussetzungen, um aus der Beschäftigung mit der Natur mehr als Medizin oder Magie hervorgehen zu lassen. Die antiken Griechen bildeten hierin eine Ausnahme: Sie entwickelten Theorien, zeigten jedoch wenig Interesse an deren praktischer Anwendung. Für die griechischen Philosophen hatte Theorie einen eigenständigen Wert.

Dieses Bild ist freilich eine Vereinfachung. Das Aufkommen der Naturwissenschaften in der Renaissance war das Ergebnis eines langen vorhergehenden Prozesses, in dessen Verlauf sowohl naturwissenschaftliche Begriffe innerhalb der mittelalterlichen Philosophie als auch technische Kenntnisse im Handwerk und in der Landwirtschaft weiterentwickelt wurden. In diesem Sinne lässt sich sagen, dass die Naturwissenschaften weder allein aus Theorie noch aus praktischem Interesse entstanden sind; vielmehr erforderte es das gleichzeitige Zusammenspiel beider Faktoren, das in der Renaissance erstmals gegeben war.

Im 17. Jahrhundert wurde die klassische Mechanik begründet, die Grundlage der experimentellen mathematischen Wissenschaften. Fortan traten drei intellektuelle Bereiche in Beziehung zur Wahrheit — Theologie, Philosophie und Naturwissenschaften —, während zuvor im Mittelalter nur die ersten beiden dominierten. Dies zwang die Philosophie dazu, ihr Verhältnis zur Naturwissenschaft zu klären. Viele Philosophen der Neuzeit, darunter Rationalisten wie Descartes und Leibniz, Empiristen wie Locke und Hume sowie der Transzendentalist Kant, beschäftigten sich mit der Abgrenzung zwischen Philosophie und Naturwissenschaft.

Es wäre jedoch falsch zu behaupten, die Philosophie habe sich von der Theologie abgewandt und sich ausschließlich den Naturwissenschaften zugewandt. Die christliche Theologie blieb für die meisten Philosophen weiterhin ein unverzichtbares Fundament, wie etwa bei Descartes, Locke und Berkeley deutlich wird.

Trotz der in der Renaissance vorhandenen mittelalterlichen Gelehrsamkeit, der aus der griechischen Philosophie entlehnten Theorien und Begriffe sowie des praktischen Interesses an der Natur verlief die Entstehung der Naturwissenschaften keineswegs reibungslos. Der Mensch des Mittelalters argumentierte meisterhaft, doch seine Argumente richteten sich hauptsächlich gegen andere Argumente und weniger gegen die Natur. Nun jedoch galt es, die Natur selbst in die Diskussion einzubeziehen. Wie konnte man die Natur befragen und sie zum Dialog zwingen?

Aus heutiger Sicht erscheint diese Frage einfach; die Antwort findet sich in jedem Schulbuch der Physik. Doch damals war sie alles andere als offensichtlich. Es bedurfte mindestens zweier Jahrhunderte, um die richtigen Fragen, Begriffe und Methoden zu entwickeln. Diese Epoche, das 15. und 16. Jahrhundert, lässt sich aus intellektueller Perspektive als “Kampf um die Methode“ beschreiben — eine Zeit der Verwirrung und Unsicherheit. Es war die Ära der Alchemie, der Faust-Sagen, der fieberhaften Suche nach der Beherrschung der Natur, nach Gold aus unedlen Metallen und nach einem Elixier der ewigen Jugend — doch das Wissen, wie all dies zu erreichen sei, fehlte.

Metaphorisch gesprochen war die Renaissance nicht die Epoche, in der das mittelalterliche Dunkel gänzlich vom Licht vertrieben wurde. Häufig schien es vielmehr, als würde das Licht nahezu erlöschen. Diese Ambivalenz zeigt sich auch in anderen Bereichen: Die zentralisierten Staaten der Renaissance waren weniger demokratisch als die feudalen Königreiche des Mittelalters. Die Hexenverbrennungen der Reformationszeit, der Glaube an den Teufel und die Inquisition erscheinen grausamer als die mittelalterliche Brutalität. Ebenso war die Renaissance intellektuell in vielerlei Hinsicht unübersichtlicher als das Mittelalter.

Wir sollten nicht der Versuchung erliegen, den Renaissancegedanken lediglich durch eine Neubewertung und moralisierende Kritik zu betrachten. Deren intellektuelle “Unschärfe“ war das Ergebnis eines Bemühens, Neues zu finden, was zwangsläufig Zeit erforderte.

Im Verlauf des 17. Jahrhunderts begannen sich jedoch experimentelle Wissenschaften herauszubilden. In diesem Licht erscheint die intellektuelle “Unschärfe“ der Renaissance als eine Übergangsphase, die notwendig war, um einen neuen Anfang des geistigen Lebens einzuleiten.

Besonders fruchtbar erwies sich die Wiederbelebung des Interesses an bestimmten Lehren der griechischen Philosophie, wie etwa der Atomtheorie Demokrits: Die Natur besteht aus kleinen materiellen Teilchen, die sich im leeren Raum bewegen. Ebenso wichtig war die Philosophie der Mathematik von Platon und den Pythagoreern: Die Mathematik bildet den Schlüssel zum Verständnis der Naturphänomene. Heutzutage verfügen wir über eine Wissenschaft, die die Sprache der Mathematik verwendet — Formeln, Schlussfolgerungen und Modelle — sowie quantitative Begriffe wie Masse, Kraft und Beschleunigung, die wir aus der klassischen Mechanik kennen. Diese Wissenschaft ist weder rein deduktiv noch rein induktiv, sondern hypothetisch-deduktiv.

In der Mathematik und Logik beginnen wir mit bestimmten Voraussetzungen (Axiomen) und gelangen durch festgelegte Regeln der Deduktion zu entsprechenden Aussagen (Theoremen). Diesen Argumentationsweg nennen wir Deduktion (Euklid). Das Gegenteil der Deduktion ist die Induktion. Dabei handelt es sich um eine Argumentationsweise, die auf der Verallgemeinerung von Aussagen über eine begrenzte Anzahl beobachteter Fälle auf alle Fälle desselben Typs beruht. Beispielsweise könnten wir in einem Zoo über Jahre hinweg nur weiße Schwäne beobachten und daraus schließen: “Alle Schwäne sind weiß.“ Doch dies ist eine stärkere Behauptung, als die uns tatsächlich zustehende. Wir haben schließlich nicht alle Schwäne beobachtet, weder an anderen Orten noch zu anderen Zeiten. Die Beziehung zwischen unserer Beobachtung und unserer Verallgemeinerung gleicht dem Verhältnis von Endlichem zu Unendlichem.

Natürlich können wir induktive Aussagen wie “Alle Schwäne sind weiß“ durch weitere Beobachtungen überprüfen und ergänzen, aber jede gegenteilige Beobachtung — etwa ein nicht weißer Schwan — widerlegt die Verallgemeinerung sofort. Trotz unzähliger bestätigender Beobachtungen bleibt das Verhältnis zwischen den beobachteten und den möglichen Fällen stets wie das zwischen Endlichem und Unendlichem. Induktive Aussagen sind daher falsifizierbar, aber niemals endgültig beweisbar.

In der Renaissance, während der methodologischen Auseinandersetzungen, wurde es strategisch notwendig, sich vom deduktiven Wissenschaftsideal zu lösen, das in der mittelalterlichen Scholastik vorherrschte (wenngleich weniger in der griechischen Philosophie). Reine Deduktion führt nicht zu neuem Wissen, denn die Schlussfolgerungen sind bereits implizit in den Prämissen enthalten. Deduktive Ergebnisse mögen korrekt sein, doch sie bleiben unfruchtbar für neue Erkenntnisse. Die Renaissance strebte jedoch nach eben diesen. Die Kritik am deduktiven Ansatz richtete sich daher weniger gegen dessen Gültigkeit als gegen dessen Unfruchtbarkeit.

Einer der prominentesten Teilnehmer an diesem epistemologischen Konflikt war Francis Bacon (1561—1626). Er wandte sich gegen die Deduktion als Wissenschaftsideal, obwohl diese in der modernen Wissenschaft eine zentrale Rolle spielt. Das grundlegend Neue bestand darin, dass Deduktion Teil einer dynamischen Kombination aus Hypothesen, deduktiven Schlussfolgerungen und Beobachtungen wurde. Diese Kombination ist als hypothetisch-deduktive Methode bekannt.

Beispielsweise führen wir bei der induktiven Verallgemeinerung der Aussage “Acht Schwäne, die ich im Zoo beobachtete, waren weiß“ zur Behauptung “Alle Schwäne sind weiß“ keine neuen Begriffe ein. Bleiben wir jedoch bei der Hypothese, dass Kugeln auf einer Tischoberfläche dem Gesetz F=maF = maF=ma gehorchen (Kraft = Masse × Beschleunigung), bewegen wir uns von beobachtbaren Begriffen — Kugeln, Tisch usw. — hin zu abstrakten, mathematisch ausgedrückten Konzepten wie Kraft, Masse und Beschleunigung. Diese Begriffe sehen wir niemals direkt; sie sind vielmehr durch die Hypothese eingeführt und mathematisch formuliert. Eine Formel wie F=maF = maF=ma ist daher kein Produkt induktiver Generalisierung, sondern eine Erfindung.

Die Formulierung einer Hypothese unterscheidet sich grundlegend vom Prozess der Induktion. Ob eine Hypothese vernünftig ist, entscheidet die Überprüfung. Aus der Hypothese leiten wir bestimmte Aussagen über zu erwartende Phänomene ab und testen, ob diese tatsächlich eintreten. Damit wird die Deduktion Teil des Prüfprozesses der Hypothese — und dies erklärt die Bezeichnung “hypothetisch-deduktive Methode“.

Wenn eine Hypothese hinreichend gut bestätigt ist (nach den herrschenden Kriterien für “hinreichend gut“) und durch Überprüfungen nicht widerlegt wurde, wird sie als Theorie anerkannt, die neues Wissen liefert. Dieses Wissen ist jedoch nie absolut sicher, da es logisch möglich bleibt, dass künftige Beobachtungen die Theorie widerlegen könnten.

In der Praxis ist das hypothetisch-deduktive Forschen ein fortlaufender Zyklus von Hypothesenbildung, deren Deduktion, Beobachtung und Überprüfung. Da die Prüfung oft spezielle Bedingungen erfordert — wie perfekt runde Kugeln, vollkommen ebene Tische oder die Eliminierung von Luftbewegungen —, sprechen wir von Experimenten. Entscheidend ist, dass solche Prüfungen systematisch erfolgen und Beobachtungen erzeugen, die die Hypothese schwächen könnten.

Durch die hypothetisch-deduktive Methode können wir nicht nur natürliche Prozesse vorhersagen, sondern unter bestimmten Bedingungen auch kontrollieren. In diesem Punkt verbinden sich Theorie und praktisches Interesse. Wissen ist Macht (Francis Bacon). Das auf dieser Methode beruhende Wissen ermöglicht sowohl das Verständnis der Natur als auch die Beherrschung ihrer Prozesse.

So haben wir kurz drei Methoden untersucht — Deduktion, Induktion und die hypothetisch-deduktive Methode — und festgestellt, dass in der Spätrenaissance vor allem der Unterschied zwischen Deduktion und Induktion betont wurde. Insgesamt begann man, die neue Wissenschaft als auf der hypothetisch-deduktiven Methode basierend zu verstehen. So stellt sich das Problem der Methode aus der Perspektive der Naturwissenschaften dar. Doch während der Reformation gewann die Analyse von Texten erneut an Bedeutung, und es wurde ein anderer methodischer Ansatz erforderlich. Die Protestanten strebten danach, zur Bibel zurückzukehren. Doch was sagt die Bibel eigentlich? Jahrhunderte waren seit ihrer Entstehung vergangen, und konnten die Menschen der Reformationszeit wirklich nachvollziehen, was im Kontext der antiken jüdischen Tradition gesagt worden war? Keine der drei erwähnten Methoden erwies sich als geeignet, um die Bibel zu verstehen. Das Problem des Verständnisses von Texten aus einer anderen Kultur besteht nicht in der technologischen Beherrschung, sondern im Eindringen in den Horizont des Verstehens, innerhalb dessen die Verfasser dieser Texte gewirkt hatten. Daher gewann die interpretative Methode, die Hermeneutik, während der Reformation eine neue Aktualität, obwohl sie ebenso alt ist wie die Philosophie selbst.

Im 17. Jahrhundert fanden einige Philosophen die Begriffe der klassischen Mechanik faszinierend, während andere vom methodischen Ansatz begeistert waren. Doch letztere waren uneins darüber, worin dieser Ansatz bestand. Die britischen Empiristen — Locke, Berkeley und Hume — sahen das Neue und Wesentliche im empirischen und kritischen Geist der Methode. Sie hoben die Bedeutung der Kritik der auf Erfahrung basierenden Erkenntnis hervor. Die klassischen Rationalisten — Descartes, Spinoza und Leibniz — betonten hingegen den deduktiven und mathematischen Charakter der Methode. Sie legten besonderen Wert auf deren deduktive Natur. Wir werden noch einmal auf diese beiden Hauptströmungen der Philosophie des 17. und 18. Jahrhunderts zurückkommen und ihre Entwicklung bis zur Entstehung der transzendentalen Philosophie Kants nachzeichnen.

Wir haben festgestellt, dass die Epoche der Renaissance äußerst widersprüchlich war. Die Wiederentdeckung der antiken griechischen Philosophie spielte eine Rolle bei der theoretischen Aufrüstung der Renaissance. Doch woher rührte das Interesse an der praktischen Anwendung von Wissen? Bevor wir darauf eine Antwort skizzieren, sei an einige konkrete Ergebnisse dieses erwachten praktischen Interesses erinnert: die Erfindung des Schießpulvers (14. Jahrhundert), die Kunst des Buchdrucks (15. Jahrhundert) und die großen geografischen Entdeckungen (15. bis 17. Jahrhundert). Zudem dürfen wir nicht vergessen, dass das praktische Interesse, einer der Faktoren, die die neue Naturwissenschaft ermöglichten, in der Übergangszeit von der feudalen zur frühkapitalistischen Wirtschaft entstand.

Im Allgemeinen waren die feudalen Klassen nicht unmittelbar daran interessiert, die Umgebung zu beherrschen und sie zu nutzen. Doch die Könige in den entstehenden Nationalstaaten, die Staatsräte und vor allem der dritte Stand der aufstrebenden Städte hatten ein Interesse an Methoden, die dazu beitragen konnten, die Natur zu beherrschen. Dazu gehörten Techniken zur Herstellung von Schusswaffen (zur Kolonialisierung, die nach den sogenannten geografischen Entdeckungen möglich wurde) und der hypothetisch-deduktive Ansatz mit seinen technologischen Konsequenzen für die sich entwickelnde Industrie (zum Beispiel im Bergbau).

Die Entstehung der hypothetisch-deduktiven Wissenschaft war kein rein intellektuelles Phänomen. Selbst wenn man ihre praktische Ausrichtung berücksichtigt, bedeutet das nicht, dass die einzelnen Wissenschaftler der Renaissance ausschließlich von praktischen Interessen geleitet wurden. Es wäre richtiger, von sozialen Faktoren zu sprechen, die die Wissenschaft als kollektive Tätigkeit beeinflussten.

Francis Bacon, ein Verfechter der induktiven Methode, schrieb sowohl über eine neue Wissenschaft (Novum Organon — “neues Werkzeug“), die uns Macht über die Natur geben könnte, als auch über eine neue Gesellschaft (Nova Atlantis), die mit Hilfe der Wissenschaft zum irdischen Paradies werden könnte. Bacon brachte die Vision eines technologischen Herrschaftsanspruchs über die Natur zum Ausdruck. Gerade die technologische Rationalität sollte dieses neue Gemeinwesen hervorbringen. Mit anderen Worten: Methodologische und politische Probleme wurden in enger Verbindung miteinander betrachtet. Die Wissenschaft sollte das Mittel sein, mit dem die Natur beherrscht und die Voraussetzungen für die Schaffung einer glücklichen Gesellschaft geschaffen werden. Heute ist klar, dass Bacons Voraussicht weitgehend zutraf. Die hypothetisch-deduktive Wissenschaft hat Verbesserungen im Leben der Menschen ermöglicht und spielt eine wichtige Rolle im Prozess der Bildung einer unabhängigen menschlichen Persönlichkeit.

Bacon unterscheidet sich sowohl von Aristoteles, der glaubte, dass eine glückliche Gesellschaft vor allem gutes praxis benötige, als auch von den Denkern des Mittelalters, die das Paradies in eine jenseitige Welt verlegten und die irdische Welt als weitgehend unveränderlich ansahen. Er entwarf eine politische Utopie, die sich — im Gegensatz zur statischen Utopie des platonischen Idealstaats — in einem fortschreitenden historischen Entwicklungsprozess befindet. Es handelt sich um eine irdische Entwicklung, bei der sich die Gesellschaft im Verlauf der Geschichte verändert und deren Ziel innerhalb der Geschichte liegt, nicht außerhalb von ihr. Anders gesagt: Hier beginnt sich der moderne Glaube an den Fortschritt zu formen. Im Mittelpunkt der Geschichte steht nicht mehr die göttliche Heilsgeschichte, sondern die menschliche Fähigkeit, die Natur zu nutzen und zu beherrschen. Die Geschichte bewegt sich vorwärts und wird von Menschen vorangetrieben.

Bacon beschäftigte sich auch mit Pädagogik, insofern er seinen Nachfolgern helfen wollte, zu wahreren Erkenntnissen und vernünftigeren Vorstellungen zu gelangen. Er zeigt, wie leicht Gedanken und Vorstellungen verzerrt und eingeengt werden können. Dabei unterscheidet er vier Arten menschlicher Vorurteile (idola): die Vorurteile des Geschlechts (idola tribus), die auf der menschlichen Natur beruhen; die Vorurteile der Höhle (idola specus), die in der individuellen Persönlichkeit, Erziehung und Umwelt wurzeln; die Vorurteile des Marktplatzes (idola fori), die aus der Sprache entstehen; und die Vorurteile des Theaters (idola theatri), die durch philosophische Traditionen auferlegt werden. So skizzierte Bacon ein umfassendes Aufklärungsprogramm zur Bekämpfung von Unwissenheit und Vorurteilen. Seine Denkweise antizipierte damit bereits die Aufklärung des 18. Jahrhunderts.