Die Entstehung der neuzeitlichen Naturwissenschaft

Inhaltsverzeichnis

1 Problemstellung

2 Die Wissenschaft bis zum Beginn der Neuzeit

3 Die Naturwissenschaftliche Revolution
3.1 Vorbemerkung
3.2 Die Revolution der Astronomie
3.3 Die wissenschaftliche Revolution in der Mechanik
3.4 Die wissenschaftliche Revolution in der Mathematik

4 Die Genese der modernen Chemie

5 Die Auswirkungen und Folgen der wissenschaftlichen Neuerungen

6 Schlussbetrachtung

Quellenverzeichnis

Literaturverzeichnis

1 Problemstellung

Aus wissenschaftshistorischer Sicht hat das 17. Jahrhundert durch die fundamentalen Umbrüche, in deren Ergebnis die Naturwissenschaft im modernen Sinn entstand, zweifellos einen prägenden Charakter. Die heute sogenannte klassische Natur-wissenschaft entwickelte sich jedoch keineswegs an den Universitäten. Ihre Genese führte über die Ausbildung von Wissenschaften über neue Gegenstände – wie der Navigationslehre, der Lehre der Pneumatik etc. – zum Entstehen neuer Wissenschaften über alte Gegenstände^[1].

Bei den Lehren Kopernikus’, Galileis, Newtons etc. ging es nicht um bloße Erweiterungen, sondern um die Umgestaltung der Wissenschaft. Die spekulative Methode der Scholastik musste bei der Erkenntnisgewinnung der experimentellen Methode weichen.

Die vorliegende Arbeit soll einen Überblick über diese Umwälzung der Erkenntnisse geben. Den Schwerpunkt bildet dabei die Astronomie, da deren neue Erkenntnisse eine ideologische Veränderung zur Folge hatten und das über Jahrhunderte gefestigte Bild der Welt zusammenstürzen ließen. Aus den Bereichen der Physik, der Mathematik und der Chemie kann der Verfasser nur auf punktuelle Beispiele von Neuerungen in bestimmten Teilgebieten der jeweiligen Naturwissenschaften eingehen. In der Physik wird das die Mechanik, insbesondere die Dynamik sein, da hier das Verständnis der Zeitgenossen am gravierendsten berührt wurde und da die Erkenntnisse der Mechanik mit denen der Astronomie einhergingen.

Daher kann und soll dieser Überblick nicht den Anspruch auf Komplexität stellen. Es soll lediglich an einigen Beispielen gezeigt werden, in welche Richtung sich die Wissenschaft bewegte.

Das Hauptaugenmerk wird dabei auf das 17. Jahrhundert gelegt, in dem mit der sogenannten Naturwissenschaftlichen Revolution eine große Zeit für die Entwicklung der Naturwissenschaften anbrach. Wohlwissend, dass v.a. im ostasiatischen Raum, in den islamischen Reichen und im vorkolumbianischen Amerika die Naturwissenschaft weit entwickelt war, wird in dieser Arbeit nur der mitteleuropäische Raum betrachtet.

2 Die Wissenschaft bis zum Beginn der Neuzeit

Die zu Beginn der Neuzeit herrschenden Ansichten der Naturlehre gingen im Wesentlichen auf Aristoteles zurück. Die Evidenz des Offensichtlichen fußte aber nicht nur auf die Denktraditionen, die auf die Antike zurückgehen, sondern auch auf deren große Nähe zum Menschenverstand.

Danach bestand die irdische Welt, das heißt die Erde und der Bereich zwischen Erde und Mond, aus einer Mischung der vier Elemente Erde, Wasser, Luft und Feuer. Die Schwere eines Körpers hing von der Zusammensetzung der Elemente ab: Erde und Wasser haben eine Tendenz nach unten, Luft und Feuer eine Tendenz nach oben.

Ein Körper fällt, weil er schwer ist – je schwerer er ist, desto schneller sollte er fallen. Ein nach oben geworfener Stein (oder eine nach unten geblasene Flamme) galten als gewaltsame Bewegungen. Sobald die von außen wirkende Kraft nachlässt, würde der Körper danach streben, den ihm von Natur aus zukommenden Platz wieder einzunehmen. Man nahm an, dass sich die Geschwindigkeit eines fallenden Körpers direkt proportional zu seiner Schwere und indirekt proportional zur Dichte des Mediums, durch das er sich bewegt, verhält. Demnach müsste sich ein Körper im leeren Raum mit unendlicher Geschwindigkeit bewegen und gleichzeitig an verschiedenen Orten befinden. Diese Theorie lieferte somit ein Argument gegen die Existenz des Vakuums^[2].

Der Zustand der Ruhe galt als natürlich, die Bewegung hingegen als vorübergehend und unnatürlich. Folglich galt die Bewegung nicht als Zustand eines Körpers, sondern als ein Prozess.

Man war auch der festen Überzeugung, dass sich die Physik der Erde, die der Veränderung und des Zerfalls ausgesetzt war, von der des Himmels wesentlich unterscheidet.

Die Himmelskörper bestanden nicht aus den irdischen Elementen, sondern aus einem anderen, dem fünften Element, der Quintessenz oder dem Äther. Außerdem bewegten sie sich, wenn überhaupt, kontinuierlich auf Kreisbahnen, da die gleichförmige Kreisbewegung als die denkbar vollkommenste Form der Bewegung galt^[3].

Das mittelalterliche und frühneuzeitliche Weltbild sah die Erde als ruhende Kugel im Mittelpunkt der Welt. Um sie herum sollten sich auf festen, unveränderlichen, kristallinen, konzentrisch kreisenden Hohlkugeln (Sphären) die Himmelskörper in der Reihenfolge Mond, Merkur, Venus, Sonne, Mars, Jupiter und Saturn befinden. Die achte Sphäre war die der Fixsterne und die neunte, göttliche Sphäre, das primum mobile, sollte die Bewegung der inneren Sphären bewirken – in 24 Stunden drehte sich der Himmel ein Mal^[4]. Somit war das gesamte Universum endlich.

Die kreisförmige, regelmäßige und immerwährende Bewegung der Himmelskörper und Sphären stand der typischen geradlinigen, diskontinuierlichen und zeitlich begrenzten Bewegung auf der Erde gegenüber.

Dieses recht einfache Arrangement von konzentrischen, gleichförmig rotierenden Kugelschalen war für die Erfassung der komplizierten Erscheinungen am Himmel jedoch nicht hinreichend. Es bedurfte einiger Hilfskonstruktionen, derer sich Claudius Ptolemäus (ca. 170-100 v. Chr.) bei seiner auf Aristoteles stützenden Astronomie bediente^[5].

In seinem großen Werk, dem „Almagest“ (um 150 v. Chr.), griff er auf theoretische Hilfsmittel zurück, die um 200 v. Chr. von Apollonios von Perge (ca. 262/240-190/170 v. Chr.) eingeführt worden waren. Demnach bewegt sich ein Planet auf einem kleinen Kreis, dem Epizykel, dessen Mittelpunkt auf einem großen Kreis, dem Deferenten, die Erde umkreist. Damit sollten der scheinbare Vor- und Rücklauf sowie die unterschiedlichen Geschwindigkeiten eines Planeten am Himmel erklärt werden, die tatsächlich durch die elliptische Bahn des Selben um die Sonne zustande kommen^[6].

Auf diese Weise wurden etwa 80 Kreise benötigt, um die Bewegungen am Himmel erklären zu können.

Bis in die erste Hälfte des 17. Jahrhunderts spielte auch die Astrologie eine bedeutende Rolle. Sie galt lange Zeit als eigene Wissenschaft neben der Astronomie.

In der Alchimie brachte der Einfluss der Islamischen Welt im 13. Jahrhundert enorme Fortschritte. V.a. das sich entwickelnde Handwerk und die Entfaltung des Hüttenwesens ließen den Erfahrungsschatz im ausgehenden Mittelalter nicht unbeträchtlich anwachsen. Die Destillation und die damit verbundene Herstellung von Alkohol waren ebenso bekannt wie einige chemische Technologien im Bereich der Metallgewinnung, wie die Herstellung von Mineralsäuren.

3 Die Naturwissenschaftliche Revolution

3.1 Vorbemerkung

Der Begriff der Naturwissenschaftlichen Revolution ist in der Geschichtsschreibung der Wissenschaft nicht unumstritten. Zwar herrscht Einigkeit darüber, dass die Entwicklung der Naturwissenschaften diskontinuierlich und nicht linear verläuft, jedoch lässt die Langfristigkeit des Prozesses über die Verwendung des Begriffes Revolution berechtigten Zweifel zu. Wußing vertritt daher den Standpunkt, dass „die Entwicklung der Naturwissenschaften ... eine mit revolutionären Phasen durchsetzte Evolution“ sei^[7], und das 17. Jahrhundert eben eine Periode besonders raschen Aufschwungs war. Er lehnt sich dabei stark an Kuhn^[8] an, der das Wesen einer wissenschaftlichen Revolution im Übergang von einem Paradigma^[9] zu einem anderen charakterisiert.

Da der Begriff der Revolution im heutigen Sprachgebrauch nicht ausschließlich im politischen Bereich Anwendung findet, sondern generell für Erscheinungen gebraucht wird, bei denen bisher Bestehendes verdrängt bzw. umgestürzt wird, ist dessen Verwendung in Bezug auf die wissenschaftlichen Veränderungen im 16./17. Jahrhundert durchaus legitim.

Die Ursprünge einer modernen Wissenschaft reichen jedoch bis ins 13. Jahrhundert zurück. Daher setzen einige Historiker den Beginn der Naturwissenschaftlichen Revolution in dieser Zeit an. Wird der Begriff der Revolution jedoch ernst genommen, so impliziert er einen wirklichen Umbruch. Und dieser ist erst in Ansätzen im 16. und in höherem Maße im 17. Jahrhundert in Form von tiefgreifenden Bruchstellen zu finden^[10].

Unter diesen Voraussetzungen kann mit dem Begriff der Naturwissenschaftlichen Revolution eine historische Periode bezeichnet werden, die im Jahr 1543 ansetzt (dem Erscheinungsjahr eines bedeutenden Werkes: „De revolutionibus“ von Kopernikus) und die bis zum Erscheinen Newtons Publikation „Philosophiae naturalis principia mathematica“ im Jahr 1687 andauert^[11].

Shapin bezeichnet diesen Zeitraum, der mit Namen wie Galilei, Descartes, Kepler, Bacon etc. verbunden ist, als eine Periode, die weitreichende Versuche erlebte, „das Wissen über die natürliche Welt und die Methoden des Wissenserwerbs zu verändern.“^[12] Sie kann als letzte Phase eines über mehrere Jahrhunderte andauernden Prozesses gesehen werden, den Kant als „Revolution der Denkungsart“ bezeichnete^[13].

Der Begriff dessen, was uns heute als Naturwissenschaft geläufig ist, wurde in der Frühen Neuzeit als Naturphilosophie bezeichnet und die „Wissenschaftler“^[14] dieser Zeit waren Mathematiker, Naturphilosophen, Astronomen etc.

Der Bezeichnung „Wissenschaftliche Revolution“ wurde ab 1939 v.a. durch Alexandre Koyré zum Durchbruch verholfen.

Neben den konkreten Erkenntnissen in den verschiedenen Wissenschaftszweigen war es vor allem die Methode der Erkenntnisgewinnung, die neuartig und geradezu revolutionär war.

3.2 Die Revolution der Astronomie

Eine der bedeutendsten Neuerungen der Naturwissenschaftlichen Revolution war der Übergang vom geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild, der über die Astronomie hinaus zum Sinnbild der neuen Zeit wurde. Die maßgeblichen Gestalter des neuen – unseres – Weltsystems waren Kopernikus, Galilei, Kepler und Newton. Im Folgenden soll der Weg verfolgt werden, der von der Aufstellung des heliozentrischen Systems über die Verbreitung, die wesentliche Verbesserung bis hin zur mathematischen Beherrschung gegangen wurde.

Niklas Koppernigk (1473-1543; latinisiert: Copernicus) stammt aus dem polnischen Thorn und studierte in verschiedenen italienischen Städten Jura, Medizin und Theologie. Nachdem er die ptolemäischen Schriften zum geozentrischen Weltbild sowie Abhandlungen zur Erneuerung der Astronomie von Regiomontanus und heliozentrischen Ideen aus der Antike in Berührung kam, beschäftigte er sich intensiver mit der Astronomie. Um das Jahr 1510^[15] veröffentlichte er seine Ausarbeitungen zu den Grundprinzipien seiner Ansichten einer heliozentrischen Astronomie und legte sie in Form von sieben Grundsätzen vor. Diese Schrift, die den Titel „Nicolai Copernici de hypothesibus motuum coelestium a se constitutis commentariolus“ trägt, wurde zwar nicht im Druck veröffentlicht, fand aber durch ein vielfaches Abschreiben bald in Gelehrtenkreisen Einzug. Demnach liegt der Mittelpunkt der Welt nicht im Erdmittelpunkt, sondern in Sonnennähe und die Planeten bewegen sich in Kreisbahnen um die Sonne. Die Erde ist lediglich das Rotationszentrum des Mondes. Der Fixsternhimmel ist als äußerster Himmel unbeweglich und scheint nur durch die tägliche Drehung der Erde um ihre unveränderlichen Pole in Bewegung^[16].

[...]

^[1] Vgl. Harig, Gerhard: Schriften zur Geschichte der Naturwissenschaften, Berlin 1983, S. 291.

^[2] Vgl. Rossi, Paolo: Die Geburt der modernen Wissenschaft in Europa, München 1997, S. 27-29.

^[3] Vgl. Shapin, Steven: Die wissenschaftliche Revolution, Frankfurt a.M. 1996, S. 27 sowie Chmelka, Fritz: Die vier großes Gestalter unseres Weltsystems, Innsbruck 1975, S. 6-7.

^[4] Vgl. Wußing, Hans: Geschichte der Naturwissenschaften, Köln2 1987, S. 166; Rossi (wie Anm. 2), S. 31 sowie Shapin (wie Anm. 3), S. 36-38.

^[5] Das weitaus kompliziertere Schema soll hier nur kurz und überschaubar umrissen werden.

^[6] Vgl. Carrier, Martin: Nikolaus Kopernikus, München 2001, S. 42, Chmelka (wie Anm. 3), S. 2.

^[7] Wußing, Hans: Zu Begriff und Inhalt der Naturwissenschaftlichen Revolution des 17. Jahrhunderts, in: Wendel, Günter (Hrsg.): Naturwissenschaftliche Revolution im 17. Jahrhundert, Berlin 1989, S. 26.

^[8] Kuhn, Thomas S.: Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen, Frankfurt a.M.12 1993.

^[9] Mit Paradigma bezeichnet Kuhn sowohl das einen bestimmten Zustand der Wissenschaft charakterisierende Begriffssystem sowie die Methode der wissenschaftlichen Forschung.

^[10] Vgl. Porter, Roy: Die wissenschaftliche Revolution und die Universitäten, in: Rüegg, Walter (Hrsg.): Geschichte der Universität in Europa, Bd. 2, München 1996, S. 429.

^[11] Vgl. Wußing: Begriff und Inhalt (wie Anm. 7), S. 26.

^[12] Shapin (wie Anm. 3), S. 14.

^[13] Vgl. Trepl, Ludwig: Geschichte der Ökologie. Vom 17. Jahrhundert bis zur Gegenwart, Frankfurt a.M. 1987, S. 33.

^[14] Das Wort Wissenschaftler wurde erst im 19. Jahrhundert geprägt.

^[15] Der Terminus post quem für die Entstehung ist der Mai des Jahres 1514, für den der Commentariolus in einer Krakauer Bibliothek nachweisbar ist. Alle vorhandenen Manuskripte des zwischenzeitlich verloren gegangenen Commentariolus gehen auf eine Kopie zurück, die Tycho Brahe 1575 erhielt. Vgl. Carrier, (wie Anm. 6), S. 67.

^[16] Vgl. Kopernikus: Commentariolus, in: Kopernikus, Nikolaus. Das neue Weltbild. Drei Texte, übers., hrsg. u. mit e. Einl. u. Anm. vers. von Hans Günter Zekl. Im Anh. e. Ausw. aus d. Narratio prima des G.J. Rheticus, Hamburg 1990, S. 5-7.