Philosophie als Methodologie der Wissenschaft

Aufbau wissenschaftlichen Wissens

Die Struktur wissenschaftlicher Erkenntnistätigkeit lässt sich auf zweifache Weise charakterisieren. Erstens ist die Wissenschaft ein Subsystem der Kultur und kann als solche, neben anderen Subsystemen, als Gesamtheit von Idealen, Normen und Werten dargestellt werden.

Kultur überhaupt ist die Gesamtheit nicht von Natur aus gegebener Formen menschlicher Lebensführung; diese Formen stellen Werte, Ideale und Normen dar. Ihre Hauptfunktion ist regulatorisch. Normen drücken dabei Lebensweisen und Regulierungen zur Erreichung bestimmter Ziele aus; Werte bestimmen die Zielauswahl; Ideale repräsentieren die vollkommene Form von Normen und Werten, sozusagen die „Norm der Normen“.

Beispielsweise kann die Sprache, das Fundament jeder Kultur, als ein System von Normen verstanden werden, das menschliche Kommunikation regelt. Wissenschaft lässt sich analog als System von Idealen und Normen betrachten, das die Erklärung, Beschreibung, Begründung und Organisation von Wissen regelt. Höchste Werte der Wissenschaft sind Wahrheit und Innovation. Wissenschaft schafft zudem eine spezifische Kommunikationsform – die „Sprache der Wissenschaft“ –, repräsentiert durch Normen, die sich von denen der natürlichen Sprache unterscheiden.

Zweitens kann bei der Analyse des Aufbaus der Wissenschaft auf jene Kategorien zurückgegriffen werden, die die wissenschaftliche Reflexion selbst entwickelt hat, ihr Selbstbewusstsein. Diese analytische Perspektive ist im Vergleich zur ersten als „interne“ zu interpretieren, da Wissenschaft hier unabhängig vom allgemeinen Kulturkontext betrachtet wird. Kategorien, in denen die wissenschaftliche Reflexion ihren Aufbau widerspiegelt, sind: Fakt, Hypothese, Theorie, Problem, Forschungsmethoden, Experiment, Beobachtung, Instrument, Modell usw.

Da diese Kategorien meist nicht das Ergebnis gezielter reflexiver Analyse sind, sondern sich mehr oder weniger spontan bilden, zeigt sich in ihrer Verwendung häufig erhebliche Verwirrung und Unklarheit. Gemeint ist dabei nicht nur die Verwirrung, die durch fehlerhafte Sprachverwendung entsteht – die sogenannten „Sprachfallen“, deren Lösung Ludwig Wittgenstein als eine Hauptaufgabe der Philosophie des Neopositivismus betrachtete. Es geht vielmehr um die fehlende Beziehung dieser Begriffe zu den Strukturen wissenschaftlicher Erkenntnistätigkeit, in denen sie auftreten. Auch hier empfiehlt sich Einhaltung der Mahnung von Albert Einstein, sich nicht allein an Physiker zu wenden, um nach ihren Methoden zu fragen.

Ein Beispiel hierfür ist die Kategorie „Fakt“. Ihre Bedeutung zeigt sich in einem Synonymenfeld, dessen Mitglieder auf den ersten Blick recht unterschiedlich erscheinen. Fakt kann als Synonym für Begriffe wie Wahrheit, Ereignis, Ergebnis verstanden werden; als etwas Reales im Gegensatz zu Fiktivem; als Konkretes, Einziges im Gegensatz zum Abstrakten und Allgemeinen. Die Paradoxie der Situation, die sich aus der Vielzahl von Faktdefinitionen ergibt, lässt sich jedoch durch Vergleich mit dem System wissenschaftlicher Erkenntnistätigkeit überwinden. Tatsächlich ist der Fakt eine Form wissenschaftlichen Wissens und muss als solche den Kriterien der Wahrheit entsprechen. Wenn man andere Kontexte wissenschaftlicher Forschung außer Acht lässt, in die der Fakt ebenfalls eingebunden ist, kann er als Synonym für Wahrheit betrachtet werden. Gleichzeitig erkennt die Wissenschaft die Welt als Objekt, eine Realität, die unabhängig vom Bewusstsein und Willen des Subjekts existiert.

Dies ist die Spezifik der Wissenschaft als Form des Bewusstseins. In dieser Perspektive sind Definitionen, die den Fakt als etwas Reales, als Ereignis im Gegensatz zu Fiktivem interpretieren, durchaus adäquat.

Alle diese Definitionen spezifizieren jedoch den Fakt noch nicht als Form wissenschaftlichen Wissens im Vergleich zu anderen Formen, etwa zur Theorie. Diese Orientierung zeigt sich in Definitionen, die einerseits die Opposition von Konkretem, Einzigem und andererseits von Abstraktem und Allgemeinem betonen. Letzteres bezieht sich in der Regel auf die Theorie, die meist über diese Kategorien charakterisiert wird.

Theorie beschreibt und reflektiert wesentliche, allgemeine, gesetzmäßige und notwendige Zusammenhänge eines bestimmten Phänomenbereichs. Theoretische Konstruktionen beziehen sich dabei nicht direkt auf reale (einzelne, konkrete) Objekte, sondern auf idealisierte Objekte, Produkte von Abstraktionsverfahren. In der Wissenschaft fungiert Theorie als Mittel zur Gewinnung, Speicherung und Nutzung von Wissen. Sie ist zugleich Form der Systematisierung und Organisation von Erkenntniserfahrung und deren Ergebnissen sowie Programm zur Formulierung und Umsetzung neuer Forschungsaufgaben. Mit Hilfe der Theorie kann man im Voraus bestimmen, welche empirischen Daten gesucht werden müssen und unter welchen Bedingungen sie gefunden werden können. Eine ausreichend formalisierte Theorie lässt sich mit einer Maschine vergleichen: Sie verarbeitet die eingegebenen Daten durch ihren logischen Mechanismus quasi ohne unser Eingreifen und liefert das gewünschte Ergebnis. So erlaubte beispielsweise Keplers Theorie der Planetenbewegung um die Sonne durch bestimmte formale Transformationen der eingegebenen Ausgangsdaten neue Erkenntnisse über die Position der Planeten zu beliebigen Zeitpunkten.

Fakten und Theorien sind Produkte von Untersuchungen unterschiedlicher Art, die sich in ihren Zielen, Mitteln und Methoden unterscheiden. In der methodologischen Literatur werden diese Untersuchungen häufig als „Ebenen“ bezeichnet: empirisch und theoretisch. Beide Ebenen stehen in direkter und umgekehrter Rückkopplung. Beispielsweise kann die Anwendung einer Theorie zur Vorhersage möglicher Ereignisse (d. h. Fakten) im Falle von Anomalien zu einer Anpassung der Ausgangstheorie führen.

Zur Form wissenschaftlicher Erkenntnis gehört auch die Hypothese. Logisch betrachtet ist die Hypothese ein Urteil, das eine Vermutung ausdrückt. Jede Hypothese basiert auf bestimmten Voraussetzungen oder Ausgangswissen (genannt Prämissen, Daten oder Belege). Bei einer Hypothese ist die Anzahl dieser Daten begrenzt; sie reicht nur aus, um innerhalb der Kategorie des Möglichen einen Schluss zu ziehen, nicht jedoch für eine gesicherte Aussage. Dabei müssen die Prämissen der Hypothese verlässlich sein. Daraus folgt, dass nicht jede Vermutung eine wissenschaftliche Hypothese darstellt.

Damit eine Hypothese wissenschaftlich ist, muss sie bestimmte Bedingungen erfüllen. Vor allem muss die empirisch-experimentelle oder zumindest prinzipiell überprüfbare Nachprüfbarkeit der aufgestellten Aussage gegeben sein, auch wenn sie derzeit technisch nicht umsetzbar ist.

Als Formen, in denen die Ziele wissenschaftlicher Erkenntnistätigkeit dargestellt werden, gelten Problem und Aufgabe. Ein Problem ist eine Frage (oder eine Reihe von Fragen), deren Antwort die Theorie insgesamt liefert. So war beispielsweise die Frage nach der Beschaffenheit unseres Teils des Universums ein Problem für die kopernikanische Theorie. Fragen, deren Antworten innerhalb der Theorie zu finden sind, werden Aufgaben genannt. Problem und Aufgabe unterscheiden sich somit nicht durch den Inhalt der Fragen, sondern durch die Art der Lösungen.

Jede wissenschaftliche Untersuchung setzt den Einsatz bestimmter Mittel der Erkenntnistätigkeit voraus: Indem der Forschende direkt mit gegebenen Fragmenten der Realität arbeitet, zieht er Schlüsse über andere Phänomene – die eigentlichen Untersuchungsobjekte. Zu den Erkenntnismitteln zählen Instrumente, experimentelle Einrichtungen, Modelle, Zeichnungen, Fragebögen von Soziologen usw. Damit werden nicht nur materielle, sondern auch graphische und im weiteren Sinne symbolische Mittel der Erkenntnis eingesetzt. In diesem Zusammenhang fungiert die Mathematik als universelles Mittel wissenschaftlicher Erkenntnis. So behauptete Immanuel Kant, dass jede Naturwissenschaft nur so viel von der Wissenschaft selbst enthalte, wie sie Mathematik enthalte.

Es ist jedoch klar, dass all diese Erscheinungen, obwohl sie als Mittel wissenschaftlicher Erkenntnis Gemeinsamkeiten aufweisen, in anderen Hinsichten stark voneinander abweichen. Ein Modell unterscheidet sich von einem Instrument, ein Instrument lässt sich nicht mit einer historischen Quelle identifizieren, und eine Zeichnung eines Rechtecks ist keineswegs dessen Modell. Diese Unterschiede lassen sich erkennen, wenn man die kategorialen Grundlagen der Nutzung dieser Erkenntnismittel berücksichtigt. Dies sind die grundlegendsten Vorstellungen, auf deren Basis sie in den Forschungsprozess integriert werden. So basiert die Nutzung von Modellen im Erkenntnisprozess auf der Vorstellung von Ähnlichkeit und Analogie von Phänomenen der Realität. Funktional ist ein Modell ein Stellvertreterobjekt für ein anderes Objekt, das aus bestimmten Gründen nicht direkt untersucht werden kann. Die Vorstellung von der Ähnlichkeit zwischen Modell und Original bildet die Grundlage dafür, dass Wissen, das beim Arbeiten mit dem Modell gewonnen wurde, auf das Untersuchungsobjekt (Original) übertragen werden kann.

Daher ist insbesondere in der Mechanik die theoretische Grundlage der Modellverwendung die Theorie der Ähnlichkeit, die Bedingungen formuliert, unter denen physikalische Systeme als ähnlich gelten, und Regeln für die Übertragung von Forschungsergebnissen von einem System auf ein anderes entwickelt.

Liegt der Nutzung von Modellen die Vorstellung von Ähnlichkeit zugrunde, so beruht die Nutzung von Instrumenten auf der Vorstellung von Beziehungen und Verknüpfungen realer Objekte. Ein Instrument ist stets ein Objekt, das in irgendeiner Weise mit dem untersuchten Phänomen interagiert. Anhand der Veränderungen des Instruments schließt der Forscher auf die untersuchte Realität. Bei Modellen spielen solche Beziehungen und Interaktionen keine Rolle.

Sowohl Instrumente als auch (materielle) Modelle sind Mittel empirischer Forschung. Sie kommen bei Beobachtungen, Experimenten und Messungen zum Einsatz.

Beobachtung hat das Ziel, bestimmte Aspekte und Zusammenhänge der empirischen Realität zu erkennen und festzuhalten. Dabei kann der Forschende die Bedingungen, unter denen die interessierenden Prozesse ablaufen, nicht verändern; es lassen sich nur Programme anpassen und Beobachtungsmittel optimieren. Die Möglichkeit, das Untersuchungsmaterial aktiv zu gestalten oder Einfluss auf die Bedingungen seines Bestehens zu nehmen, eröffnet sich im Experiment. Das Experiment ist eine Form praktischer Tätigkeit mit einem Objekt, deren Hauptziel die Gewinnung von Wissen ist. Ein entscheidender Vorteil des Experiments liegt darin, dass der Forschende die Bedingungen des Untersuchungsprozesses kontrollieren und gezielt die Aspekte und Eigenschaften des Untersuchungsobjekts herausarbeiten kann, die ihn besonders interessieren.

Ein Sonderfall von Beobachtung und Experiment ist die Modellbildung. Eine besondere Erkenntnismethode, die ebenfalls als eine Form des Experiments betrachtet werden kann, ist die Messung. Das Ergebnis einer Messung ist eine Zahl, die das Verhältnis der zu messenden Größe zu einer anderen, qualitativ gleichartigen Größe ausdrückt, die als Maßeinheit angenommen wurde. Das Ziel der Messung ist die Gewinnung dieser Zahl.

Die prozedurale Seite wissenschaftlicher Erkenntnis wird sowohl durch allgemeine logische Verfahren und Operationen als auch durch eigentliche wissenschaftliche Methoden und Prinzipien der Erkenntnis repräsentiert. Zu den erstgenannten zählen Abstraktion, Analyse, Synthese, Induktion, Deduktion, Analogie usw. Dies sind logische Verfahren, die nicht nur die Wissenschaft, sondern generell alle Denkprozesse charakterisieren, sei es in Kunst, Religion usw. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Wissenschaft höhere Anforderungen stellt als etwa das alltägliche Bewusstsein. Wie Albert Einstein treffend bemerkte: „Die gesamte Wissenschaft ist nichts anderes als die Verfeinerung des Alltagsdenkens.“ Beispiele eigentlicher wissenschaftlicher Methoden sind der axiomatische, genetische, hypothetisch-deduktive, historische und logische Ansatz sowie die Methode des Aufstiegs vom Abstrakten zum Konkreten. Sie repräsentieren Perspektiven, aus denen theoretische Modelle der untersuchten Realität entwickelt werden. Es sind Verfahren, empirisches Material im Hinblick auf bestimmte Problemstellungen zu interpretieren. Sie geben sowohl die Ausgangssicht auf die Realität als auch die Art der gedanklichen Auseinandersetzung mit ihr vor.

In diesem Zusammenhang spricht man meist von „Prinzipien“ wissenschaftlicher Erkenntnis. In der Physik zählen dazu beispielsweise das „Erhaltungsprinzip“, das „Symmetrieprinzip“ und weitere.