Wissenschaft und Technik – ein Wechselspiel

Womit prägte Aristoteles unser Denken 2000 Jahre lang?

In seiner Schrift zur Logik befasste sich Aristoteles (384 bis 322 v. Chr.) u. a. mit den Grundbegriffen und Regeln der richtigen Schlussfolgerung. In der Metaphysik untersuchte er die Prinzipien aller Dinge: Stoff, Materie, Form, Zweck und Ursache. Und seine Naturphilosophie ist den Grundbegriffen Zeit, Raum, Bewegung, Elemente, Zweckmäßigkeit von Natur und Seele gewidmet.

Aus Sicht von Naturwissenschaft und Technik interessant ist, dass er zwar Logik und methodisches Vorgehen bei der Erkenntnisgewinnung betont, für ihn Wissenschaft aber immer das Ganze der sinnlich wahrnehmbaren Objekte im Blick hat. Und zu diesem Ganzen gehört der Mensch, sein Geist, seine Seele. Für Aristoteles ist daher z. B. klar, dass wir einen Gegenstand nur sehen, weil sowohl dieser als auch das Auge vom »Durchsichtigen« durchdrungen sind. Seine Wissenschaft ist qualitativ. Mathematik spielt in ihr keine Rolle. Seine Lehre von den Elementen (irdisch: Erde, Wasser, Luft und Feuer; himmlisch: Äther) war bis in die Neuzeit bestimmend für Chemie (Alchemie) und Physik.

Übrigens: Schon Aristoteles wusste, dass die Erde Kugelgestalt hat! Dies folgte zwingend aus seiner Theorie der Schwerebewegung, nach der das natürliche Ziel der Fallbewegung von Körpern das Zentrum der Welt ist.

Wie wollte Archimedes die Welt aus den Angeln heben?

Von seinen Hebelgesetzen war er so überzeugt, dass er gesagt haben soll: »Gebt mir einen festen Punkt und einen genügend langen Hebel, und ich werde die Erde aus den Angeln heben.« Archimedes lebte um 285 bis 212 v. Chr. in der damals griechischen Stadt Syrakus auf Sizilien und war seinen Zeitgenossen vor allem als Physiker und Ingenieur bekannt. Er leitete die Hebelgesetze und den Auftrieb her, erkärte das spezifische Gewicht und stellte Sätze über den Schwerpunkt von Körpern auf. Darüber hinaus erfand er Maschinen wie die archimedische Schraube zum Fördern von Wasser und etliches Kriegsgerät.

Heute kennen wir ihn vor allem als Mathematiker: Mit der so genannten Exhaustionsmethode zur Bestimmung des Flächeninhalts beliebig geformter Flächenstücke nahm er eine Grundidee der Integralrechnung 2000 Jahre vorweg und gab eine gute Abschätzung für die Kreiszahl Pi. Er berechnete das Volumen von Kugel, Kegel und Zylinder und befasste sich eingehend mit den Kegelschnitten.

Weshalb wurde Galilei zum Widerruf seiner Ideen gezwungen?

Er hatte der Bibel und dem Papst widersprochen, für die die Erde der Mittelpunkt der Welt war. Galileo Galilei (1564–1642) wollte zunächst Maler werden, studierte dann aber Medizin und Mathematik. 1589 wurde er Mathematikprofessor in Pisa, ab 1592 in Padua. 1597 bekannte er sich zum neuen Weltbild des Kopernikus (die Erde dreht sich um die Sonne und nicht umgekehrt). 1609 baute er das kurz zuvor erfundene Fernrohr nach und entdeckte damit die Monde des Jupiter.

1616 verbot eine Kommission des Papstes das kopernikanische Weltbild, Galilei wurde zum Schweigen ermahnt. In der Folge machte er wichtige Versuche, unter anderem zu den Fallgesetzen. 1630 erschien sein Hauptwerk »Dialog über die beiden großen Weltsysteme«, 1638 »Unterhaltungen und mathematische Demonstrationen über zwei neue Wissenschaften« (Mechanik und Dynamik). 1633 musste Galilei unter Folterdrohungen dem kopernikanischen Weltbild abschwören.

Warum gilt Newton als einer der größten Wissenschaftler?

Isaac Newton (1642–1727) schuf in seinem Leben ein wissenschaftliches Werk, das nicht nur die Erkenntnisse seiner Zeit zusammenfasste, sondern bis ins 20. Jahrhundert die Basis für weite Bereiche der Physik wurde. Dazu zählen die Infinitesimalrechnung, die ihm zeitlebens einen Entdeckerstreit mit dem deutschen Gelehrten Gottfried Wilhelm Leibniz einbrachte, und das Gravitationsgesetz (1666). Mit ihm konnte er zeigen, dass die irdischen Naturgesetze am Himmel ebenfalls gelten.

Als Newtons bedeutendste Leistung gilt die Formulierung eines in sich geschlossenen Systems der Mechanik, das auf den drei Newton'schen Axiomen und dem Newton'schen Relativitätsprinzip basiert. Letzteres besagt, dass alle gleichförmig bewegten Bezugssysteme gleichwertig sind, man also durch Messungen nicht unterscheiden kann, ob sich das eigene System relativ zu einem anderen bewegt. Newton untersuchte auch optische Erscheinungen und fand die Aufspaltung von Licht in die Spektralfarben an einem Prisma, Interferenzeffekte und die Newton'schen Ringe. Er entwickelte eine Teilchentheorie des Lichts, die zwar später durch eine Wellentheorie ersetzt wurde, im Welle-Teilchen-Dualismus jedoch wieder in moderner Form auftauchte. Seine Erkenntnisse formulierte er als Buch, das 1687 erschien: die »Principia«. Es ist das folgenreichste Physikbuch aller Zeiten.

Welche bedeutende Erfindung stand am Beginn des Industriezeitalters?

Als vielleicht größte Erfindung der Neuzeit kann die der Dampfmaschine 1765 durch den Briten James Watt (1736–1819) gelten. Mit ihr begann die industrielle Revolution. Durch die nun folgende Mechanisierung der Arbeitswelt traten ganz neue, konkrete Fragen an die Wissenschaftler heran, etwa: Wie effizient kann eine Dampfmaschine maximal arbeiten? Wie erhalte ich widerstandsfähigeren Stahl? Die Auftragsforschung entstand, bei der reich gewordene Unternehmer, Erfinder und Ingenieure dafür bezahlten, ihre Fabriken zu optimieren und neue Produkte auf den Weg zu bringen. Gleichzeitig öffnete die scheinbar zweckfreie Grundlagenforschung neue Betätigungsfelder für die praktisch orientierten Forscher: Die äußerst schwierige Untersuchung der elektrischen und magnetischen Erscheinungen kam im 19. Jahrhundert zu ihrem krönenden Abschluss. Heute arbeiten ganze Teams von Ingenieurwissenschaftlern in den Entwicklungsabteilungen und ihre Tätigkeit unterscheidet sich aufgrund der komplexen Materie kaum mehr von der Grundlagenforschung.

Besteht ein Gegensatz zwischen Wissenschaft und Technik?

Nein. In der allgemeinen Vorstellung arbeiten zwar Techniker mit Schraubenschlüsseln und im Blaumann an Maschinen, wohingegen Wissenschaftler im weißen Kittel an unverständlichen Theorien brüten. Doch diese Vorurteile haben mit der Realität heute nicht mehr viel zu tun. Die Arbeitsweisen haben sich angeglichen, so oder so verbringen Forscher und Techniker heute ihre Zeit vor allem vor dem Computer. Und auch der Gegensatz zwischen der auf neue Wirtschaftsprodukte und schnellen Gewinn ausgerichteten angewandten Forschung und der nur vom reinen Erkenntniswillen geleiteten Grundlagenforschung verwischt sich zusehends. Denn einerseits liegen vielen neuartigen Anwendungen Durchbrüche in der Grundlagenforschung zugrunde und andererseits werden neue Projekte der »reinen« Wissenschaft nur noch genehmigt, wenn auch ein realer ökonomischer Nutzen in Aussicht gestellt werden kann.

Wie gehören Hightech-Forschung und Industrie zusammen?

Die Entwicklung dessen, was wir heute »Technik« und »Hightech« nennen, ist untrennbar mit der Industrialisierung und dem Entstehen der großen Industriekonzerne verbunden. Dies ist nicht nur deshalb so, weil heute die weitaus meisten Patente von den Forschungsabteilungen der Großkonzerne beantragt werden und dort viele technische Produkte produziert werden. Nein, eine Reihe dieser Firmen geht direkt auf die Technik-Pioniere des 19. Jahrhunderts zurück, die entweder dort arbeiteten oder sie sogar als Unternehmer mitgründeten und leiteten. Manche Unternehmen wie Siemens, die ehemalige Daimler-Benz AG oder der Carl-Zeiss-Konzern tragen bis heute den Namen ihrer erfinderischen Gründungsväter.

Verändert physikalische Forschung die Welt?

Mitunter schon. Als in den 1920er Jahren Physiker ihr Bild vom Atom und seinem Kern revolutionierten, ahnten sie nicht, dass bereits 1938 mit der Entdeckung der Kernspaltung die Grundlage für eine Umwälzung der politischen, wirtschaftlichen und ökologischen Verhältnisse auf der Erde geschaffen wurde. Die Atombombe veränderte die internationalen Machtverhältnisse von Grund auf, und die in den 1960er und 1970er Jahren gebauten Kernkraftwerke sind noch heute ein innenpolitischer Dauerbrenner.

Was hat Kunstdünger mit Munition zu tun?

Bei der Produktion wird Ammoniak benötigt. Dessen Massenproduktion wurde Anfang des 20. Jahrhunderts durch eine Erfindung des deutschen Chemikers Fritz Haber (1868 bis 1934) möglich gemacht. Mit dem sog. Haber-Bosch-Verfahren lässt sich Ammoniak großtechnisch aus dem in der Luft enthaltenen Stickstoff und Wasserstoff herstellen. Durch den damit billig zu produzierenden Stickstoffdünger wurde die Ernährung von Millionen Menschen gesichert, doch sie ermöglichte auch die Massenproduktion von Munition für den 1. Weltkrieg.