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Schaffen und Schauen

Verschiedene Autoren: Schaffen und Schauen - Kapitel 12
Quellenangabe
typemisc
authorVerschiedene Autoren
titleSchaffen und Schauen
publisherB. G. Teubner
printrunDritte Auflage
year1916
correctorJosef Muehlgassner
senderwww.gaga.net
created20160115
projectid03b3eda5
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3. Die Naturwissenschaften

Die Bedeutung der Naturwissenschaft für unsere Kultur kann schwerlich überschätzt werden. Vielleicht darf geradezu behauptet werden, der Gegenwart werde durch sie ihr charakteristischstes Gepräge gegeben. Um so erstaunlicher wirkt der Aufschwung zu so beherrschender Stellung, als er sich in verhältnismäßig kurzer Zeit vollzogen hat. Aber lange Zeiträume mußten vergehen, bis sie zu einem selbständigen Faktor menschlichen Geisteslebens hat werden können. Wie bei der Wissenschaft überhaupt, so liegen auch bei ihr die Keime, aus denen sie hervorsprießen konnte, in religiösen Vorstellungen. Für den primitiven Menschen fielen Glauben und Wissen zusammen. Als er begann, sich über die Welt, die ihn umgab, Gedanken zu machen, geschah dies in der Weise, daß er in den Erscheinungen und Vorgängen der Natur, die ihm entgegentraten, das Walten menschenähnlicher, doch übermenschlicher Wesen zu erkennen vermeinte. Von solchen Geistern, Fetischen, Gottheiten fühlte er sich abhängig und glaubte, in den Vorkommnissen des Lebens, in Krankheiten, Gefahren und widrigen Zufälligkeiten, in Blitz, Donner und Dunkelheit Äußerungen ihrer bedrohlichen Macht zu empfinden. So kam er dazu, die Natur als den Ausfluß und Ausdruck einer Welt geheimnisvoller Geister zu betrachten, denen sich willfährig zu erweisen Vorteil und Klugheit gebot. Um aber den Willen der Geister zu ergründen und sie durch ihm entsprechendes Verhalten günstig zu stimmen, sonderten sich frühe schon Personen aus, die als Berufene, mit tieferem Wissen Ausgestattete anerkannt wurden. Im Priester vereinigte sich die Summe aller Erkenntnis; er repräsentierte den gesamten geistigen Besitz, über den die Menschheit jener Tage verfügte: er, der den Verkehr mit den Geistern regelte, mußte ja alle Geheimnisse kennen, in die sich ihr Wesen hüllte.

So war es durch lange Zeiträume. Alles Wissen, sofern es sich über die Dinge des Alltags erhob, war in der Religion beschlossen, und der Priester hütete und verwaltete diesen Schatz. Auch als die Menschheit längst aus dem Dunkel vorgeschichtlicher Existenz herausgetreten war, blieb das Wissen Geheimwissen der Wenigen, denen es von der Gottheit selbst anvertraut wurde. Langsam nur änderte sich dieser Zustand. Es ist nicht möglich, die Zeit mit Bestimmtheit anzugeben, da sich das Wissen vom Glauben zu emanzipieren begann; weit werden die ersten Versuche dazu zurückgreifen, und in kaum merkbaren allmählichen Übergängen mag sich der Prozeß vollzogen haben. Aber Tatsache ist es, daß uns im Griechenvolke zuerst Männer entgegentreten, die, ohne Priester zu sein, als Wissende und Weise anerkannt wurden: man nannte sie Philosophen. Mit der Entstehung solcher von Mythus und Kultus unabhängiger Weltweisheit wurde nun auch die Möglichkeit geschaffen, die Erscheinungen der Natur aus ihrer Verbindung mit persönlichen Mächten zu lösen und sie in ihrer Besonderheit als für sich bestehende Vorgänge erforschen und begreifen zu lernen. Nicht als ob damals die Naturwissenschaft, so wie wir sie jetzt verstehen, in voller Reinheit und Selbständigkeit plötzlich hervorgetreten wäre. Aber daß überhaupt einst eine Wissenschaft von der Natur werde vorhanden sein können, ist damals entschieden worden, als sich Mythus und Erkenntnis voneinander zu trennen begannen. Denn darin liegt das Charakteristische der wissenschaftlichen Naturbetrachtung, daß sie sich von allen mythischen Elementen befreit hat. Das wird sich deutlich zeigen, wenn nun Gegenstand, Aufgabe und Methode der Naturwissenschaft zur Erörterung kommt.

Die Naturwissenschaft sieht wie jede Wissenschaft ihre Aufgabe darin, richtige Urteile auszusprechen und auf diese Weise zur Feststellung der Wahrheit zu gelangen. Wie aber fängt sie es an, solche Urteile zu gewinnen? Dazu stehen ihr vorzüglich zwei Mittel zu Gebote, nämlich die Beobachtung und das Experiment. Durch die immer feinere Ausgestaltung der auf ihrer Anwendung beruhenden Methode ist die Naturwissenschaft groß geworden, und der Einblick in diese ihre Arbeitsweise erst läßt das Wesen moderner Naturforschung begreifen, was also ist, zunächst, unter Beobachtung zu verstehen? Einen Gegenstand beobachten heißt, ihn mit Aufmerksamkeit wahrnehmen. Denken wir uns, wir hätten ein Stück Eisen vor uns. Wir betrachten es möglichst genau, stellen fest, welche Gestalt und welche Farbe es besitzt. Wir nehmen wahr, daß sich nach einer gewissen Zeit seine Oberfläche verändert. Wir denken über das Wahrgenommene nach, überlegen uns, wie wohl die wahrgenommenen Tatsachen zustande gekommen sein mögen, und ob sie vielleicht mit andern Tatsachen in Beziehung gesetzt werden können. Aber solche natürliche Beobachtung genügt nicht. Die Wissenschaft verlangt exakteres Vorgehen. Sie wendet, um genauere Aussagen machen zu können, geignete technische Hilfsmittel an: sie mißt, sie wägt, sie vergrößert. Dazu bedarf es der Instrumente, mit deren Handhabung, wer sie anwenden will, vertraut sein muß. So wird aus der natürlichen Beobachtung die künstliche oder exakte, die nun schon nicht mehr wie jene jedermanns Sache ist, sondern eine bestimmte Schulung voraussetzt. Halten wir uns wieder an unser Stück Eisen. Es könnte einer beobachtet haben, daß es sich bei Erhöhung der umgebenden Temperatur ausdehnt. Benutzt er nun zur Feststellung dieser Tatsache ein geeignetes Instrument und liest an ihm ab, wieviel seine Ausdehnung beträgt, so geht die natürliche Beobachtung schon in eine, wenn auch noch so einfache, künstliche über. Es ist ja eine allgemein bekannte Tatsache, daß die Sinnesorgane, mit deren Hilfe wir unsere Beobachtungen anstellen, unzuverlässig und unvollkommen sind. Die natürliche Beobachtung ist daher oft fehlerhaft und mit Mängeln behaftet, die in subjektiven Besonderheiten des Beobachters ihren Grund haben. Um sich hiervon möglichst zu befreien, wendet der Forscher geeignete Instrumente an, durch die er seine Sinne korrigiert und verfeinert. Solche Instrumente hat die Wissenschaft sich in großer Zahl und seltener Vollkommenheit geschaffen; es sei nur auf die Wage, das Mikroskop, die verschiedenen zum Messen und zum Registrieren kleiner Bewegungen dienenden Apparate hingewiesen. Sie alle bezwecken, die Fehler der natürlichen Beobachtung möglichst zu korrigieren und so jene Exaktheit zu erreichen, die sich in Zahlverhältnissen ausdrückt, und die alle naturwissenschaftlichen Disziplinen mit größerem oder geringerem Erfolge zu erlangen sich bemühen.

Die künstliche Beobachtung allein, so Wertvolles sie leistet und so ausgedehnten Gebrauch auch die Forschung von ihr macht, hätte doch nicht zu jenen Höhen führen können, auf denen die Naturwissenschaft heute steht. Sie bedurfte der vertiefenden Ergänzung. Diese wurde ihr durch das Experiment, durch den wissenschaftlichen Versuch zuteil. Ein einfaches Beispiel aus der Geschichte der Wissenschaft wird dessen Wesen aufdecken. Benjamin Franklin, der den Blitzableiter erfand, war bei seinem Studium der Elektrizität auf die Vermutung gekommen, das Gewitter möge zu elektrischen Vorgängen in Beziehung stehen. Darüber verschaffte er sich in folgender Weise Klarheit. Während eines Gewitters ließ er einen Drachen steigen, der mit eiserner Spitze ausgestattet war. Diese stand mit einer Hanfschnur in Berührung, an der der Drachen befestigt war; ihr unteres Ende wiederum war um einen eisernen Schlüssel geschlungen, der durch eine seidene Schnur gegen den Körper dessen, der sie hielt, isoliert wurde. Franklin vermochte es nun, aus dem Schlüssel wie aus dem Konduktor einer Elektrisiermaschine Funken zu ziehen. Damit war der Beweis für die elektrische Natur des Gewitters erbracht. Was aber bedeutet die ganze Handlung? Sie stellt ohne Zweifel einen wissenschaftlichen Versuch, ein Experiment dar. Die einfache Beobachtung des Gewitters, so wie es sich abspielt, hätte nicht weiter geführt als bis zu Vermutungen über seine Natur. Indem aber Franklin einen Teil der sich entladenden Elektrizität zwang, sich durch die eiserne Spitze des Drachens, die Hanfschnur und den Schlüssel ihm zugänglich zu machen, übte er einen gewollten Einfluß auf die zu beobachtende Erscheinung aus. Und ebendarin besteht das Wesen des Experimentes im weiteren Sinne des Wortes, daß der zu beobachtende Gegenstand wirklich beeinflußt wird.

Freilich haftet solchen Versuchen wie dem eben beschriebenen noch viel Unvollkommenheit an. Man kann das Experiment im weiteren Sinne in Parallele zu der natürlichen Beobachtung setzen: beide führen nicht zu exakten Ergebnissen. Wie aber die künstliche Beobachtung diesem Ziele sich nähert, so wird es vollends erreicht durch das Experiment im engeren Sinne. Auch dafür ein Beispiel. Vorhin war davon die Rede, daß sich Eisen bei gesteigerter Temperatur ausdehne. Nehmen wir nun einen Eisenstab, messen dessen Länge bei einer gegebenen Temperatur, erhöhen die Temperatur um einen bestimmten Betrag und stellen fest, um wieviel der Eisenstab sich dabei ausgedehnt hat, setzen dieses Verfahren fort, indem wir immer die Ausdehnung des Stabes und die Steigerung der Temperatur messend vergleichen und so allmählich über eine große Anzahl von Werten verfügen, so erhalten wir schließlich ein ganz bestimmtes, in Zahlen ausdrückbares Bild von der Beziehung, die hier zwischen Temperatur und Ausdehnung besteht. Das Experiment im engeren Sinne charakterisiert sich so als die Beobachtung von in ihrem Eintritt oder Ablauf willkürlich beeinflußten Tatsachen, die unter bekannten und künstlich variierbaren Bedingungen stattfinden. Erst solche Versuche haben wissenschaftliche Vollgültigkeit. Auch das Experiment im engeren Sinne ist freilich nicht davor geschützt, unrichtige Resultate zu ergeben, weil sich leicht fälschende Nebenumstände geltend machen. Je mehr es gelingt, solche Fehlerquellen auszuschließen, desto methodischer wird ein Versuch ausgeführt.

Dies also sind die Mittel, deren sich die Naturwissenschaft bedient, um ihren Zweck zu erreichen. Freilich sind die verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen nicht in gleicher Weise begünstigt, wenn es sich nun um deren Handhabung handelt. Daraus ergeben sich Qualitätsunterschiede, indem die Sicherheit der Methode hier größer sein kann als dort. Darüber wird noch einiges zu sagen sein, wenn die einzelnen Zweige der Naturwissenschaft ihre Darstellung erfahren. Zunächst erhebt sich eine andere Frage. Der Naturforscher, so wurde vorhin ausgeführt, hat zwei Mittel, um seinem Gegenstand näher zu kommen: er beobachtet und experimentiert. Was erreicht er nun dadurch? Die einfache Beobachtung führt ihn zur Erkenntnis elementarer Tatsachen. Wir heben einen Kieselstein auf, ihn zu betrachten; da gewahren wir, daß er Farbe besitzt und Ausdehnung und Härte und Schwere. Begnügen wir uns damit, so machen wir bei der Feststellung elementarer, also nicht weiter zerlegbarer Tatsachen halt. An ihrer Auffindung läßt sich der menschliche Erkenntnistrieb jedoch nicht genügen. Er verlangt mehr. Dazu verhilft ihm die eigentlich wissenschaftliche, die exakte Beobachtung. Wir pflücken das grüne Blatt einer Buche ab, betrachten es und möchten wohl wissen, wie es unter seiner Oberfläche aussieht. So zerschneiden wir es denn in kleine, dünne Scheiben, legen sie unter das Mikroskop und finden nun z. B., daß sich dieses Blatt aus einer großen Zahl von untereinander ähnlichen Gebilden zusammensetzt, die als Zellen bezeichnet werden. Vielleicht reizt es uns, eine solche Zelle genauer anzuschauen: sie ist umschlossen von einer Haut, erfüllt mit flüssigem Inhalt von charakteristischer Struktur, viele grüne Körnchen sind an bestimmten Stellen angehäuft, und es ist ein größerer Körper, der »Kern«, vorhanden. Alles das ist das Resultat der Betrachtung des Blattes unter dem Mikroskop: eine Reihe von einzelnen Tatsachen ist aufgefunden worden. Aber wie sehen nun die Blätter anderer Pflanzen aus? Sind auch sie zelliger Natur, und besitzen ihre Zellen wie die jenes Buchenblattes Membran, Chlorophyllkörner, Kern und Protoplasma? Wer die Antwort haben will, muß sich daran machen, nun auch das Blatt der Eiche, Birke, Esche, Ulme usw. zu untersuchen, ganz in der gleichen Weise, wie es vordem mit dem Buchenblatt geschah. Dann wird er sagen können, die Blätter dieser Bäume verhalten sich alle wie das Buchenblatt. Damit ist eine Kollektiv-Tatsache festgestellt. Und sind es nicht nur Blätter von Bäumen, sondern auch solche von allen möglichen andern Gewächsen gewesen, auf die sich die Untersuchung ausgedehnt hat, so trägt, der sie ausführte, kein Bedenken, den noch allgemeineren Satz auszusprechen: die grünen Blätter aller Pflanzen bestehen aus Zellen. Und von den Blättern schreitet er zu den anderen Teilen der Pflanze, von der Pflanze zu den Tieren fort und erkennt alle organischen Wesen als aus Zellen bestehend. So ist die Untersuchung von elementaren zu einzelnen, von diesen zu kollektiven und von diesen schließlich zu allgemeinen Tatsachen fortgeschritten.

Was ist nun mit dem eben beschriebenen als induktiv bezeichneten Verfahren geleistet worden? Der gemachte Induktions-Schluß hat uns vom Besonderen zum Allgemeinen geführt. Aus dem zelligen Bau des einen untersuchten Buchenblattes wurde zunächst auf die gleiche Eigenschaft aller Blätter derselben und anderer Buchen geschlossen, und daraus, daß eine Reihe von Pflanzen hierin mit der Buche übereinstimmte, wurde gefolgert, daß, wo immer grüne Blätter vorkommen, sie auch aus Zellen bestehen. Solche Verallgemeinerungen beobachteter Einzeltatsachen enthalten nun ohne Zweifel ein Moment der Unsicherheit. Sie werden deshalb auch als unvollständige Induktions-Schlüsse bezeichnet und den vollständigen Induktions-Schlüssen gegenübergestellt. Wie sich diese beiden unterscheiden, mag ebenfalls ein Beispiel zeigen. Folgern wir: Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn waren die im Altertum bekannten Planeten; Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn bewegen sich um die Sonne – also bewegen sich die im Altertum bekannten Planeten um die Sonne: so ist dieser Schluß ohne Frage richtig. Es ist ein vollständiger Induktions-Schluß. Bei näherer Betrachtung stellt sich freilich heraus, daß solch ein vollständiger Induktions-Schluß unsere Erkenntnis in keiner Weise erweitert. Denn der Schlußsatz enthält durchaus nichts, was die Vordersätze nicht auch schon enthalten hätten. Wir erfahren also auf diese Weise nichts Neues. Folgern wir hingegen: Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn sind Planeten; Merkur, Venus, Mars, Jupiter, Saturn bewegen sich um die Sonne – also bewegen sich die d. h. alle Planeten um die Sonne, so enthält dieser Schlußsatz offenbar weit mehr als die Vordersätze bieten. Denn außer den aufgezählten Planeten gibt es noch andere, und auf diese wird, was von jenen behauptet wurde, ohne Beweis übertragen. Solche unvollständigen Induktions-Schlüsse können daher zwar niemals als zweifellos richtig gelten; immer muß damit gerechnet werden, daß sie durch neue Entdeckungen berichtigt oder ergänzt werden, es darf sogar nicht als ausgeschlossen gelten, daß ihre Richtigkeit durch eine negative Instanz gänzlich aufgehoben wird. Aber wenn nun auch der unvollständigen Induktion nicht die Unfehlbarkeit der vollständigen innewohnt, so übertrifft sie diese doch an Bedeutung für die Wissenschaft bei weitem. Denn nur mit ihrer Hilfe kommt die Forschung zu neuen Ergebnissen. Aller Fortschritt in der wissenschaftlichen Erkenntnis beruht auf unvollständigen Induktions-Schlüssen.

Und jedenfalls ist diese Art Induktions-Schlüsse durchweg berechtigt. Aus der Beobachtung, daß etwas bei vielen Gegenständen vorhanden ist, schließen wir mit Recht, das müsse sich bei allen Gegenständen gleicher oder ähnlicher Art vorfinden, weil wir überzeugt sind, daß unter gleichen Bedingungen Gleiches geschieht. Dabei wird aber nicht etwa die absolute Gleichheit der Bedingungen vorausgesetzt – von einer solchen kann ja überhaupt nicht die Rede sein – vielmehr ist der unvollständige Induktions-Schluß dann schon berechtigt, wenn bei räumlicher und zeitlicher Verschiedenheit der Bedingungen nur deren relative Gleichheit gegeben ist. Daher ist auch das Verlangen nicht gerechtfertigt, daß alle einzelnen Fälle einer Prüfung unterzogen sein müßten, bevor eine Aussage allgemeinerer Gültigkeit gemacht werden dürfe; denn dann müßten solche überhaupt gänzlich unterbleiben. Nicht in allen einzelnen Fällen, sondern unter allen möglichen Bedingungen sind Gegenstände zu untersuchen, wenn daraus richtige Schlüsse gezogen werden sollen. Aber daran ist freilich festzuhalten, daß alle auf induktivem Wege gefundenen Sätze jederzeit der Revision bedürfen: die Forschung hat immer damit zu rechnen, daß sie sich eines Tages als unrichtig herausstellen und dann aufgegeben werden müssen.

Führt auch die Anwendung des der Induktion entgegengesetzten Verfahrens der Deduktion zu einer Bereicherung und Erweiterung unserer Kenntnisse? Vom Allgemeinen zum Besonderen soll der deduktive Schluß führen. Er bedarf daher, bevor er überhaupt in Aktion treten kann, schon einer gesicherten Grundlage, auf die er sich gründen kann. Aber gerade die Aufstellung solcher Grundprinzipien ist es, wonach die Wissenschaft induktiv strebt; zu ihnen führt »ein sehr mühsamer Weg, der in echt Sokratischer Weise seine Kenntnis lieber für ungenügend als für genügend annimmt, in einer so charakterisierten Unkenntnis bei der Natur Belehrung sucht, die Natur beständig fragt und danach seine Anschauungen bildet« (P. Volkmann). So kann das deduktive Verfahren für die Gewinnung neuer naturwissenschaftlicher Erkenntnis von keiner Bedeutung sein. Und es gibt keine naturwissenschaftliche Disziplin, die in der Weise vorginge, daß sie von einigen allgemein gültigen Voraussetzungen aus durch Schlußfolgerung zu bis dahin unbekannten Ergebnissen gelangte. Versteht man aber unter Deduktion nur die Anwendung induktiv gewonnener Sätze auf besondere Fälle, die bei deren Aufstellung außer Betracht blieben, so wird damit zwar nur der Geltungsbereich eines schon als richtig erkannten Satzes ausgedehnt, ohne daß eine neue Erkenntnis gewonnen wird, aber in diesem Sinne ist die Deduktion sicherlich nicht nur berechtigt, sondern auch von bedeutendem wissenschaftlichen Wert, ja ein integrierender Bestandteil aller wissenschaftlichen Arbeit.

Beobachtend und experimentierend gelangt der Naturforscher auf dem Wege der Induktion zu seinen Sätzen, die mehr oder weniger umfassend sein können: es kann also eine größere oder geringere Zahl von Vorgängen unter eine und dieselbe Aussage fallen. Von Kepler wurden drei Sätze über die Planetenbewegung aufgestellt, die lauten: 1. ein Planet bewegt sich so um die Sonne, daß die Verbindungslinie seines Mittelpunktes mit dem der Sonne in gleichen Zeiten gleiche Flächen bestreicht; 2. die Bahn eines Planeten ist eine Ellipse, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht, und 3. die Quadrate der Umlaufszeiten zweier Planeten verhalten sich wie die Kuben der großen Achsen ihrer Bahnellipsen. Die Aussagen beziehen sich auf die Planeten. Ein anderer Satz, der von Boyle-Mariotte ausgesprochen wurde, lautet: Bei konstanter Temperatur ist das Volumen einer Gasmasse ihrem Drucke umgekehrt proportional. Die Aussage, die dieser Satz enthält, betrifft alle Gase. Da es nun weit mehr Gase gibt als Planeten, wenn man die Planetoiden, deren freilich mit der Zeit viele Hundert entdeckt wurden, als Einheit zählt, so darf dem Boyle-Mariotteschen Satz umfassendere Bedeutung zugeschrieben werden als den Keplerschen Aussagen. Ein weiterer Satz sagt aus, es sei unmöglich, den Energievorrat der Welt zu vermindern oder zu vermehren. Dieser Satz ist offenbar wieder umfassender als der vorige, denn er bezieht sich nicht nur auf Gase, sondern auf alle in der Welt vorhandenen Körper. Solche Sätze bezeichnet man auch als Gesetze. Dieser Ausdruck ist zwar allgemein eingebürgert, aber er bedeutet nicht mehr als der andere. Unter Gesetzen oder, wie man auch sagt, Naturgesetzen werden also solche Sätze verstanden, die eine mehr oder minder große Zahl von Tatsachen, die die Natur uns darbietet, zusammenfassen. Jeder richtige Satz, der mittels unvollständigen Induktions-Schlusses gewonnen wurde, kann also auch Gesetz oder Naturgesetz genannt werden. Aber das ist nur ein Ausdruck, der etwas voller klingt, ohne daß ihm tiefere Bedeutung zukäme. Ja, es liegt eine gewisse Gefahr in ihm, weil er zweideutig ist. Denn wir bezeichnen auch jene Vorschriften, die das menschliche Zusammenleben regeln, als Gesetze. Hinter ihnen steht ein Gesetzgeber. Diese Vorstellung wird nun leicht auch auf die Naturgesetze übertragen. Eine solche Deutung des Wortes Naturgesetz ist aber unberechtigt. Denn die »Naturgesetze« sind keine Vorschriften, keine Normen des Handelns, sondern es sind Aussagen über ein Geschehen. Vielleicht wäre es gut, man spräche in der Naturwissenschaft weniger von Gesetzen als von Sätzen, ein Ausdruck, der einfacher und nicht mißverständlich ist.

Unter den vorhin als Beispiel angeführten Sätzen befindet sich nun einer, der eine besondere Stellung einnimmt. Dem Energiesatz nämlich kommt eine Eigenschaft zu, die nicht jeder naturwissenschaftlichen Aussage zugesprochen werden kann. Er gilt als regulatives Forschungsprinzip. Was ist darunter zu verstehen? Jede Tatsache hat einen Grund, und jeder, auch der allgemeinste eine Tatsache enthaltende Satz läßt sich begründen. Als Grund einer Tatsache gilt, was uns die Berechtigung gibt, den die Tatsache enthaltenden Satz für richtig zu halten; denn »jeder richtige Satz hat einen Grund seiner Wahrheit«. Das ist der »Satz vom Grunde«. Er ermöglicht es der Wissenschaft, nach den Gründen von Tatsachen zu suchen, und solche Gründe zu entdecken, ist recht eigentlich die Aufgabe der Forschung. So kann man wohl sagen, der Satz vom Grunde weise der Wissenschaft den Weg, er reguliere sie; deshalb wird er als rein regulatives Prinzip der Forschung bezeichnet, und er ist, wie gleich hinzugefügt werden mag, das allgemeinste dieser Prinzipien. Denn die Anweisung, die er erteilt, muß überall und immer befolgt werden, sofern überhaupt wissenschaftlich gearbeitet wird. Nur durch die Befolgung dieses Prinzipes sind wir in den Stand gesetzt, Kenntnisse zu gewinnen. Ein anderer Weg, den unser Erkenntnisvermögen beschreiten könnte, um zu seinem Ziel zu gelangen, ist gar nicht vorstellbar.

Indem wir nun aber nach Gründen für die sich darbietenden Tatsachen forschen, finden wir solche, die wir als Ursachen bezeichnen. Die Tatsache, die wir zu begründen streben, erscheint dann als die Wirkung einer andern, nämlich eben der Ursache. Dabei wird vorausgesetzt, daß alles, was ist oder geschieht, die notwendige Wirkung einer zeitlich vorausgehenden Ursache ist. Das ist der Inhalt des Kausalsatzes, wie er gewöhnlich ausgesprochen wird. Aber es läßt sich bezweifeln, ob der Satz in dieser Form richtig ist. Wenn sich ein Gegenstand fände, für den keine Ursache nachzuweisen wäre? Könnte es nicht etwa Dinge geben, die sich fortwährend veränderten oder in absoluter Ruhe verharrten? Wie steht es denn z. B. mit dem Raum? Könnte er nicht von Ewigkeit existiert haben? Dann wäre er ohne Ursache. Und wie steht es mit den geistigen Vorgängen? Wollte man annehmen, sie würden durch körperliche hervorgerufen, der Körper wäre die Ursache, der Geist deren Wirkung, so müßte der Satz von der Erhaltung der Energie seine Geltung verlieren. Könnte sich nämlich Körperenergie in Geist umsetzen, so würde auf diese Weise fortwährend Energie zum Verschwinden gebracht; denn die psychischen Vorgänge hören auf und vergehen vielfach, ohne eine Spur in der Körperwelt zu hinterlassen. Und auch die umgekehrte Auffassung, daß die seelischen Vorgänge körperliche hervorzurufen imstande seien, erweist sich aus demselben Grunde als nicht stichhaltig; auch sie verstieße gegen den Energiesatz, insofern auf diese Weise der Energievorrat ständig vermehrt würde. »Die ungeheure Wucht der Tatsachen hat nach vielhundertjährigen immer ausgedehnteren Erfahrungen und verfeinerten Prüfungen vielfach zu der Anschauung gezwungen, daß alle materiellen Vorgänge ausschließlich durch materielle Ursachen hervorgebracht werden und ausschließlich in materielle Wirkungen sich weiter fortsetzen, zu der Annahme also, daß alle Naturkausalität eine geschlossene ist« (H. Ebbinghaus). Ist es also nicht erlaubt, eine kausale Abhängigkeit zwischen körperlichen und geistigen Vorgängen anzunehmen, so muß auch aus diesem Grunde die universelle Gültigkeit des Kausalsatzes in der oben wiedergegebenen Form aufgegeben werden.

Die Form nun, in der man neuerdings den Kausalsatz auszusprechen pflegt, lautet: für alle Zustände und Vorgänge gibt es andere Zustände oder Vorgänge, von denen jene sich abhängig erweisen – oder noch anders ausgedrückt: alles was ist oder geschieht, ist eine Funktion anderer Vorgänge und Gegenstände, die geschehen oder sind. In dieser verbesserten Form kommt dem Kausalsatz umfassende Gültigkeit zu. Denn nun fügen sich ihm auch die psychischen Tatsachen ein, die ja gewiß auch als Funktionen anderer Vorgänge anzusehen sind. Dennoch steht er als regulatives Forschungsprinzip an Universalität hinter dem Satz vom Grunde zurück. Er läßt sich nämlich auf eine Gruppe von Gegenständen nicht anwenden: die abstrakten Gegenstände als solche, deren Eigenschaften besonders in der Mathematik behandelt werden, lassen sich nicht unter dem Gesichtspunkt der Kausalität betrachten. Denn welchen Sinn hätte es, wollte man z. B. zu erforschen suchen, von welchem Gegenstand oder Vorgang die Tatsache, daß zweimal zwei vier ergibt, sich abhängig erwiese?

Eine ganze Reihe solcher regulierender Prinzipien der Wissenschaft gibt es. Auch der Satz von der Erhaltung der Energie und sein Gegenstück, der Satz von der Erhaltung der Materie, gehören zu ihnen. Daß sie wiederum von minder allgemeiner Bedeutung sind als der Kausalsatz, leuchtet ein: sie gelten ja nur für die Welt des Physischen. Und so lassen sich unter steter Einschränkung des Bedeutungsbereichs noch manche derartige Sätze anführen. Es genüge, wenn hier noch auf den Zweckbegriff, auf den Begriff der Entwicklung und auf den psycho-physischen Parallelismus hingedeutet wird. In den biologischen Wissenschaften wird vielfach von Zweckmäßigkeit gesprochen. Man findet die Organismen, Tiere und Pflanzen, zweckmäßig eingerichtet. Das soll heißen, sie besitzen Eigenschaften, die die Erhaltung des Individuums oder der Gattung begünstigen. Betrachtet nun der Forscher Tiere oder Pflanzen, so sucht er immer festzustellen, welchen Zwecken die verschiedenen Teile und Einrichtungen dienen, die er an ihnen unterscheidet. Insofern kann der Zweckbegriff als ein die biologische Forschung regulierendes Prinzip angesehen werden. Ebenso verhält es sich mit dem Entwicklungsgedanken. Die Wissenschaft ist der Meinung, die Organismen, wie sie gegenwärtig die Erde bevölkern, seien nicht von Anfang an in dieser Gestalt vorhanden gewesen, sondern im Laufe von Millionen von Jahren in allmählicher Umbildung aus einfacheren Formen hervorgegangen. Diese allmähliche Umbildung nennt man Entwicklung, und man sagt, alle höheren, komplizierten Formen haben sich aus niedrigeren, einfach organisierten Wesen entwickelt. So stellt sich auch das Werden jedes einzelnen Individuums als eine Entwicklung dar. Ja, der Entwicklungsgedanke läßt sich auch auf andere Verhältnisse anwenden wie etwa auf die Sprache, die Kunst, schließlich auf alle die menschliche Kultur ausmachenden Erscheinungen. Indem er dazu anleitete, dem Werden der Dinge nachzugehen, erwies er sich als ein besonders fruchtbares Forschungsprinzip. Schließlich gehört nun auch das Prinzip des psycho-physischen Parallelismus in diese Betrachtungsreihe hinein. Wie schon angedeutet wurde, ist es nicht möglich, zwischen körperlichen und geistigen Vorgängen eine Abhängigkeit im Sinne von Ursache und Wirkung festzustellen. Dagegen läßt sich behaupten, daß mit gewissen körperlichen Vorgängen gewisse geistige parallel gehen. Wenn wir uns z. B. in den Finger stechen, so läuft mit dem physiologischen Prozeß, der sich in dem von der Nadel getroffenen Nerven abspielt, ein psychologischer Vorgang parallel, den wir Schmerz nennen. In diesem Sinne ist nun der Parallelismussatz für die Physiologie und Psychologie ein regulierendes Prinzip; es veranlaßt jede der beiden Wissenschaften dazu, die Vorgänge aufzusuchen, die seiner Aussage zufolge den Erscheinungen der andern Reihe parallel vorhanden sein müssen.

Solche Forschungsprinzipien sind für die Wissenschaft von hoher Wichtigkeit. Sie bedarf ihrer, um immer weiter vorzudringen; sie bieten ihr die Fragestellungen dar, die ihr als Antrieb und Wegweiser zur Auffindung neuer Tatsachen dienen. An solchen Fragestellungen tastet sich die Forschung gleichsam weiter und wird auf Umstände aufmerksam gemacht, die sie bis dahin nicht bemerkt hatte. Und indem sie sich an die Untersuchung solcher unerforschter Gebiete macht, bringt sie Neues ans Licht, macht sie ihre Entdeckungen. Aber so wichtig die Rolle ist, die den regulativen Prinzipien in den Naturwissenschaften zufällt, so darf man doch nicht übersehen, daß ihren Aussagen ein durchaus hypothetischer Charakter zukommen kann. Betrachten wir etwa den Entwicklungsgedanken unter solchen Gesichtspunkten, so wird bei gewissenhafter Prüfung zuzugeben sein, daß er keinen Anspruch darauf machen kann, als streng bewiesen zu gelten. Zwar hat man plötzlich auftretende, sprungweise Veränderungen bei Pflanzen und Tieren beobachtet – man bezeichnete sie nach H. de Vries als Mutationen – aber sie bedeuten keine Höherentwicklung; vielmehr werden in solchen Fällen stets nur gewisse Eigenschaften durch andere ersetzt, die aber dem Organismus keinen Vorteil bringen. Dagegen wird es wohl niemals gelingen, vor unseren Augen eine organische Form in eine höher entwickelte umzuwandeln. Die Entwicklungslehre ist mithin sensu stricto überhaupt nicht zu beweisen. Und ebendas versteht man unter einer Hypothese: sie ist ein Satz, dessen Wahrheit nicht oder, vorsichtiger ausgedrückt, noch nicht bewiesen ist. Solange ihr aber keine negative Instanz widerspricht, solange sie also mit unserer Erfahrung im Einklang steht, sind wir berechtigt, eine Hypothese als Wahrheit anzusehen. Darin liegt das Kriterium für die Wissenschaftlichkeit einer Hypothese: sie darf in keinem Punkte zur Erfahrung in Widerspruch stehen. Solche hypothetischen Sätze sind nun für die Naturwissenschaften von großer Bedeutung. Denn sie ermöglichen es uns, gewissermaßen die Lücken unserer sinnlichen Vorstellungen auszufüllen, über die Grenzen hinauszugehen, die der Wahrnehmung durch die Konstitution unserer Sinne gezogen sind. Ja, wir sind geradezu gezwungen, Hypothesen aufzustellen, weil wir uns das, was den Erscheinungen zugrunde liegt, immer nur nach Analogie des Wahrnehmbaren vorstellig machen können. Denken wir z. B. an die Chemie. Wollen wir uns eine Vorstellung von den Vorgängen machen, die sich etwa bei der Elektrolyse des Wassers abspielen, so müssen wir die Atomtheorie zu Hilfe rufen. Sie schafft uns erst die Möglichkeit, uns ein Bild von dem zu machen, was sich dort zuträgt. Die Atomtheorie ist eine Hypothese, und dasselbe gilt von den neuesten Theorien, der Ionen- und der Elektronentheorie, wie von jeder Theorie, die sich mit der Materie befaßt. Denn welcher Art eine solche auch sein möge, niemals werden wir uns über das Wesen der Materie andere Vorstellungen machen als solche, die auf Hypostasierungen unserer Sinneswahrnehmungen beruhen. Weiter als zu solchen Bildern können wir nicht gelangen. Weil aber diese Bilder die Forschung fördern, die Arbeit der Wissenschaft erleichtern, unserem Denken zu Hilfe kommen, entsprechen sie einem Bedürfnis und erweisen sich als im hohen Grade zweckmäßig. Darin liegt ihre Bedeutung und ihre Berechtigung.

Was bisher ausgeführt wurde, erstreckt seine Geltung auf die ganze Naturwissenschaft, ja selbst über diese hinaus. Mit den Mitteln und in den Bahnen, die hier im großen zu zeichnen versucht wurden, arbeitet alle Wissenschaft, sofern sie auf diesen Namen begründeten Anspruch erheben kann. Insofern darf man wohl von einer Wissenschaft sprechen, und das Ideal des Forschers würde es sein, dieses weltweite Gebiet mit seinem Geiste zu umfassen. Früher hat es vielleicht Männer gegeben, die das Wissen ihrer Zeit in sich vereinten, wie Aristoteles im Altertum, in neuerer Zeit Leibniz und Kant. Aber mit der immer größeren Ausdehnung der Naturwissenschaft schwand die Möglichkeit allumfassenden Wissens mehr und mehr. Heute gibt es keinen Gelehrten, der in den verschiedenen Wissensgebieten auch nur einigermaßen gleichmäßig bewandert wäre. Vielmehr ist die Spezialisierung für die Forschung der Gegenwart charakteristisch. Eine große, immer wachsende Zahl von wissenschaftlichen Disziplinen hat sich herausgebildet, und immer schärfer scheinen sich die verschiedenen Gebiete gegeneinander abgrenzen zu wollen, so daß oft der Vertreter des einen Fachs die Sprache seines nächsten Nachbars schon nicht mehr versteht. Das ist kein wünschenswerter Zustand. Er wird aber entschuldigt durch die Fülle des Wissensstoffes, der auf den begrenzten Geist des Menschen einstürmt. So hat sich auch die Naturwissenschaft in viele Disziplinen aufgelöst und bietet sich nun dem Beschauer als ein buntes Allerlei dar. Um aber Übersichtlichkeit in diese Mannigfaltigkeit zu bringen, empfiehlt es sich, sie nach irgendeinem Prinzip zu ordnen. Hier soll als Einteilungsgrund die Allgemeinheit der Sätze angewandt werden, die von den verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen ausgesprochen werden.

Die Aussagen, die die Wissenschaft macht, können sich, worauf schon hingedeutet wurde, auf einen größeren oder kleineren Kreis von Gegenständen beziehen; je nachdem sind sie von größerer oder geringerer allgemeiner Bedeutung. Die universellsten Sätze spricht ohne Zweifel die Mathematik aus. Die Mathematik ist die Wissenschaft, die sich mit solchen abstrakten Gegenständen befaßt, auf die das Prädikat des Quantitativen sinngemäß angewandt wird. Insofern nun der Begriff der Quantität mit allen überhaupt existierenden Gegenständen in Beziehung treten kann, haben die mathematischen Sätze überall Gültigkeit, mag es sich um Physisches oder Psychisches handeln. Auch die Naturwissenschaften suchen Sätze aufzustellen, die möglichst allgemein gelten. Aber sie erreichen dieses Ziel niemals ganz. Am nächsten kommen ihr die Gesetzeswissenschaften. Als solche bezeichnet man die Physik und die Chemie. Ihre Aussagen beziehen sich jedoch nicht auf die psychischen Vorgänge; sie betreffen, wie leicht ersichtlich, nur die Gegenstände der Außenwelt. Innerhalb dieses Gebietes aber haben sie unumschränkte Geltung. Daher bilden sie auch die Grundlage, auf der alle Naturwissenschaften ruhen. Den Gesetzeswissenschaften stehen die Geschichtswissenschaften gegenüber, die sich nur auf bestimmte Einzel- oder Kollektivgegenstände beziehen, und deren Aussagen daher zum Teil von sehr beschränkter Geltung sind. Zwischen diesen beiden Extremen lassen sich alle naturwissenschaftlichen Disziplinen einreihen, und zwar in der Weise, daß sie in allmählichen Übergängen immer mehr geschichtliche Elemente aufweisen. So könnte man etwa folgende Stufenfolge aufstellen, die von den Gesetzeswissenschaften zu den Geschichtswissenschaften hinüberleitet: Mineralogie, Astronomie, Botanik und Zoologie, Geologie und Paläontologie, Geographie und Anthropologie. Von diesen Disziplinen werden die, die sich mit den organischen Wesen befassen, unter dem Begriff der Biologie zusammengefaßt; aber auch jene Disziplinen, die wie Astronomie, Geologie und Geographie nicht zur Biologie gerechnet werden, enthalten doch biologische Elemente, insofern Probleme von ihnen erörtert werden, die auf organische Wesen Bezug haben.

Die Geschichte der Naturwissenschaft nimmt, wie schon angedeutet wurde, ihren Anfang mit der durch die Griechen eingeleiteten Trennung von Religion und Wissen. Die hoffnungsvollen Anfänge aber, die damals gemacht wurden, gerieten im Mittelalter wieder in Vergessenheit, so daß in gewissem Sinne die moderne Entwicklung der Naturwissenschaft an das anknüpft, was die Griechen geschaffen hatten. In den Schriften, die ihre ältesten Philosophen »Über die Natur« abfaßten, sind zwar nur Hypothesen ausgesprochen, die als Ahnungen großer Zusammenhänge gelten können, aber bald ging man auch zur exakten Forschung, ja zum Experiment über. Was Leukippos z. B. über die Mondflecken und die Milchstraße lehrte, ist erst nach mehr als zwei Jahrtausenden von Galilei wiederentdeckt worden. Die Kugelgestalt der Erde, des Mondes, der Sonne und der Planeten war schon von den Pythagoreern erkannt worden; in späterer Zeit ergab sich die Achsendrehung der Erde, bis endlich Aristarchos von Samos (280 v. Chr.) die heliozentrische Weltansicht vertrat. Erstaunlich war insbesondere die Menge und Schärfe der Beobachtungen auf dem Felde der Medizin. Alkmaion von Kroton hatte auf Grund von Tiersektionen im Gehirn das geistige Zentralorgan gefunden, und die unter dem Namen des Hippokrates zusammengestellte Masse ärztlicher Schriften hat noch in der Renaissance dazu beigetragen, die medizinische Wissenschaft auf die Natur zurückzuweisen. Platons Akademie gab der Naturwissenschaft nur eine Nebenstellung; um so großartiger waren für die damalige Zeit die von Aristoteles betriebenen und bei seinen Schülern angeregten Studien. Er betonte die Notwendigkeit der Erforschung der Tatsachen als einziger Grundlage aller Theorie; er ließ Tiere zergliedern und deren anatomischen Bau aufzeichnen. So hat er die Zoologie geschaffen, die Botanik und Mineralogie in Angriff genommen, die sein Schüler Theophrastos ausbaute; er hat diesen veranlaßt, eine umfängliche kritische Geschichte aller Hauptfragen der Naturkunde zu verfassen, und einen andern Schüler, eine Geschichte der Medizin, alles auf Grund sorgfältiger Einzeluntersuchungen. In diesem Geist arbeitete und beobachtete man in den folgenden Jahrhunderten des Hellenismus in den Zentralpunkten der Kultur, namentlich in Alexandria, eifrig weiter; es war eine Glanzzeit der exakten Forschung. Hier wurde, durch die ägyptische Sitte des Balsamierens erleichtert, die Sektion menschlicher Leichen vorgenommen; man entdeckte nicht nur die Nerven, sondern unterschied Empfindungs- und Bewegungsnerven und drang in die Anatomie des Gehirns wie des Herzens und des Auges ein. Nach Alexanders Vorbild ließen die Ptolemäer wissenschaftliche Forschungsreisen unternehmen; in diese Zeit fällt die Expedition des Pytheas von Marseille aus nach Britannien und Nordeuropa. Eratosthenes berechnete mit verhältnismäßiger Richtigkeit den Erdumfang. Archimedes, der genialste Mathematiker des Altertums, leistete Bedeutendes auch auf dem Gebiet der Mechanik; er erfaßte den Begriff des spezifischen Gewichts und begründete wahrscheinlich in der Optik die Lehre der Refraktion und Reflexion. Das währte bis tief in die römische Kaiserzeit hinein, deren Geistesbildung ja vorwiegend griechisch war; im zweiten Jahrhundert n. Chr. wurde dann das Erreichte zusammengefaßt, z. B. auf dem medizinischen Gebiet von Galenus, auf dem astronomisch-geographischen von Ptolemäus, die beide bis ins sechzehnte Jahrhundert unerschütterliche Autorität behielten. Dann allmählich sank das Niveau. Die selbständige Forschung erlahmte, die Tradition wurde verdünnt und verdunkelt, das meiste und darunter oft das Beste des im Altertum bereits Erreichten ging verloren in den nun folgenden Zeiten schon des Altertums und dann des Mittelalters, die, innerlich und jenseitig gerichtet, von heftigen Stürmen durchtobt, der Erforschung der äußeren Welt wenig oder gar kein Interesse entgegenbrachten. So fanden die Naturwissenschaften durch Vermittlung der Syrer Zuflucht bei den Arabern, von wo sie zum Teil wieder dem Abendland übermittelt wurden, das bei niedrigem Kulturzustand nur das Notdürftigste und praktisch Brauchbare aufnahm oder bewahrte. Als mittelalterlicher Naturforscher, dem Selbständigkeit und Bedeutung zukommt, ist etwa Roger Baco (geb. 1214) zu nennen. Erst mit der beginnenden Renaissance erwachte auch wieder das Interesse für die Naturwissenschaften. Nun beschäftigte sich Lionardo da Vinci (geb. 1452), der große Maler, als ein zweiter Archimedes mit mechanischen Problemen. Man knüpfte zum Teil bewußt an die wiederentdeckten antiken Autoren an, über die man zunächst meist nicht hinauskam. So beruhte des Columbus Entdeckungsfahrt auf der von den Alten angenommenen Erkenntnis von der Kugelgestalt der Erde. Allmählich lernte man von ihnen den selbständigen Gebrauch der für die Naturforschung maßgebenden Grundsätze wissenschaftlicher Betrachtungsweise, schritt bald über die von ihnen gewonnenen Erkenntnisse hinaus und gestaltete in stetem Fortschreiten in den folgenden Jahrhunderten die Naturwissenschaften zu dem großartigen weitverzweigten Bau, als der sie uns heute entgegentreten.

Betrachten wir nun ihre einzelnen Disziplinen, so ist an erster Stelle die Physik zu nennen, weil sie gleichsam das Fundament bildet, auf dem alle anderen ruhen. Die Physik hat es mit leblosen, also anorganischen Gegenständen zu tun. Darin begegnet sie sich mit der Chemie, von der sie sich denn auch nicht scharf trennen läßt. Dies kommt besonders darin zum Ausdruck, daß sich neuerdings eine Disziplin zwischen Physik und Chemie eingeschoben hat, die als physikalische Chemie bezeichnet wird; sie zieht eben die Probleme in den Kreis ihrer Arbeit, die auf beiden Gebieten liegen. Als Beispiel sei die Photochemie genannt, die sich mit den chemischen Wirkungen des Lichtes beschäftigt. Wenn man die Chemie als die Wissenschaft vom Stoff und seinen Änderungen bezeichnet, wie das Lothar Meyer tut, oder wenn man, wie Lassar-Cohn, die Chemie sich »mit der Untersuchung von Vorgängen, mit welchen eine Veränderung der Substanzen, also deren Übergang in andere Substanzen verbunden ist«, beschäftigen läßt, so kann man der Physik alle die anorganischen Erscheinungen zuweisen, bei denen keine Veränderung der Substanzen eintritt, an denen sich die Vorgänge abspielen. Diese negative Umgrenzung der Physik ist nun freilich nicht sehr befriedigend. Sie ist überhaupt nur stichhaltig, solange man die einfacheren physikalischen Vorgänge im Auge hat. Der Schall z. B., der von einer in Bewegung gesetzten Glocke ausgeht, ruft an deren Substanz keine Veränderung hervor; nur der Zustand, in dem sich das Metall der Glocke befindet, erleidet Veränderungen. Der Schall gehört also in die Physik, die sich, wie Leopold Pfaundler es ausdrückt, »mit allen jenen Veränderungen der Körper beschäftigt, die ihre äußerlichen Eigenschaften und Zustände betreffen«. Entzünden wir aber ein Stück Papier und lassen es verbrennen, so verwandelt sich das Papier in andere Substanzen, nämlich in Aschereste und Gase; dieser Vorgang wäre also chemischer Natur. Freilich läßt sich bei komplizierten Erscheinungen die Entscheidung, ob chemisch oder physikalisch, nicht so glatt und leicht vollziehen, und jedenfalls ist es nicht möglich, Physik ohne Chemie oder Chemie ohne Physik zu betreiben.

Als Grundlage der Physik wird die Lehre von der Bewegung oder die Mechanik betrachtet. Galileo Galileis (geb. 1564) berühmtes Wort » e pur si muove« »Und sie«, nämlich die Erde, »bewegt sich doch«., obgleich es des heldenhaften, ihm von der Nachwelt beigelegten Charakters einigermaßen entbehrt, darf einer Darstellung der Physik wohl als Geleitwort vorangestellt werden. Denn die Gesetze der Bewegung, nicht nur der himmlischen, sondern auch aller irdischen Körper waren es, deren Entstehung sich der erwachende Geist der Wissenschaft zuerst zuwandte; sie auch sind für die wissenschaftliche Behandlung solcher Naturerscheinungen maßgebend geworden, die wir nicht unmittelbar durch die Sinne als Bewegungen erkennen. Galilei selbst untersuchte die Bedingungen des freien Falles und ermittelte seine Gesetzmäßigkeit (Experiment der vom schiefen Turm zu Pisa herabfallenden Kugeln 1598; Fall über die schiefe Ebene 1596; Fallgesetze 1604), fand den Zusammenhang zwischen Pendellänge und Schwingungszeiten, entdeckte das »Prinzip der Trägheit«, nach dem ein Körper, auf den keine Kräfte einwirken, in Ruhe oder in geradliniger gleichförmiger Bewegung verharrt (Erstes Bewegungsgesetz 1609), und reihte diesem den andern, als Zweites Gesetz der Bewegung bezeichneten Satz an, der besagt, daß die Änderung der Bewegung der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional sei und nach der Richtung jener geraden Linie erfolge, nach der die Kraft wirkt (1632). Auf dieses breit und sicher angelegte Fundament bauten sich dann Forschungen auf wie die Torricellis über die Ausflußgeschwindigkeit (Torricellisches Theorem 1646), Huygens' über die Größe der Beschleunigung beim freien Fall, über den Schwingungsmittelpunkt zusammengesetzter Pendel und über die Zentrifugalkraft (1673). Sie überragte der Genius Isaac Newtons (geb. 1642), dem es gelang, das Gesetz der Gravitation (1682) und das Dritte Bewegungsgesetz zu entdecken, das die Gleichheit von Wirkung und Gegenwirkung ausspricht (1687). Mit den drei Bewegungsgesetzen und den daraus resultierenden Begriffen der Kraft und der Gravitation sind die mechanischen Grundbegriffe der Bewegung geschaffen.

Was ist Bewegung, was ist Ruhe? Wie wird eine Änderung des Bewegungszustandes herbeigeführt? Was ist Kraft, was Schwerkraft, was Gewicht? Diese Vorfragen mußten zunächst ihre Beantwortung finden, und zwar wurden zuerst wieder die Bewegungen der » starren« Körper untersucht d. h. solcher Körper, die unter der Einwirkung von Kräften ihre Gestalt nicht ändern würden. In Wirklichkeit existieren solche Körper nicht, aber man kann in der Praxis Körper, die aus festem Material bestehen, als starr betrachten. Wie verhalten sie sich nun, wenn Kräfte auf sie einwirken? Die Sätze vom Hebel, vom Gleichgewicht, von den einfachen Maschinen (Rolle, Flaschenzug, schiefe Ebene) geben darüber Auskunft. Die wichtigen Begriffe der Arbeit und der Energie werden entwickelt, potentielle und kinetische Energie in ihrer Verschiedenheit erkannt. Bei alledem handelt es sich vorzüglich darum, wie starre Körper im Gleichgewicht erhalten werden. Sind aber Kräfte vorhanden, die nicht von anderen Kräften im Gleichgewicht gehalten werden, so muß sich die Bewegung des Körpers, auf den sie einwirken, ändern. Im Verfolg solcher Untersuchungen werden die Begriffe der Masse (im Gegensatz zum Gewicht) und des absoluten Kraftmaßes eingeführt. Die Fall- und Wurfgesetze, die Pendelbewegungen, die Zentrifugalkraft, die Änderung der Schwere auf der Erdoberfläche, die Keplerschen Gesetze der Planetenbewegung u. a. kommen hier zur Behandlung. Wie es aber eine Bewegungslehre der festen Körper gibt, so auch eine Mechanik der Flüssigkeiten. Was sind Flüssigkeiten im physikalischen Sinn? Und wie verhalten sie sich unter der Einwirkung von Kräften? Der hydrostatische Druck, das Auftriebprinzip des Archimedes, das Schwimmen sind Probleme dieses Teiles der Mechanik; besonders wichtig ist die Lehre vom spezifischen Gewicht. Auch die Luft kann als Flüssigkeit betrachtet werden; damit wird der Luftdruck und seine Bedeutung (Barometer, Heber, Saugpumpe, Luftpumpe usw.) in den Bereich dieses Teiles der Bewegungslehre gezogen. Hierher gehören auch die Erörterungen, die sich an das Torricellische Theorem anschließen, also die Hydrodynamik oder die Lehre von den Druckverhältnissen bewegter Flüssigkeiten u. a. m. In der Mechanik werden meist auch die Erscheinungen der Elastizität, Viskosität, Oberflächenspannung, Diffusion, Osmose und Absorption behandelt. Von besonderer Bedeutung ist hier die kinetische Gastheorie, die durch R. Boyles und E. Mariottes Forschungen über den Druck der Gase inauguriert wurde (1662). Sie nimmt an, daß ein Gas aus lauter gleichen Teilchen bestehe, die in lebhafter Bewegung nach allen Richtungen des Raumes befindlich vorgestellt werden. So untersucht sie die den Bewegungsgesetzen der Mechanik unterworfenen Gase und führt zu den Hypothesen, die uns die Struktur der Materie anschaulich machen sollen, zur Molekulartheorie und zur Atomlehre.

Die Bewegungsgesetze sind für die Behandlung noch anderer physikalischer Erscheinungen bestimmend geworden. Akustik (Lehre vom Schall), Optik (Lehre vom Licht) und Kalorik (Lehre von der Wärme) stehen auf ihren Schultern: die meisten der Vorgänge, die hier zur Behandlung kommen, wurden früh schon als Bewegungsphänomene aufgefaßt und dargestellt. Hier sei an Forschungen erinnert wie die Rene Descartes' über die Wärme als Bewegung der Körperteilchen (1649), Ch. Huygens' über die Undulation des Lichtes (1678), I. Newtons über dessen Dispersion (1670) und die Geschwindigkeit des Schalles (1687). Eine Folgerung aus der Mechanik ist auch die Auffindung des mechanischen Wärmeäquivalents der Arbeit durch Robert Julius Mayer und des von ihm daraus abgeleiteten Satzes von der Erhaltung der Energie (1842). Schließlich baut sich auch die jüngste und vielleicht bedeutungsvollste der physikalischen Disziplinen, die Lehre von der Elektrizität, auf den Grundbegriffen der Mechanik auf. Die ersten Schritte, die die Forschung in dieses Gebiet hinein tat, waren freilich noch nicht an ihnen orientiert. Zunächst mußten Tatsachen konstatiert werden wie die des Unterschiedes zwischen positiver und negativer Elektrizität (Ch. F. de Cisternay Dufay 1730), die der Berührungselektrizität (L. Galvani 1789), die der Spannungsreihe (A. Volta 1801), bis dann Michael Faraday mit der elektrischen und magnetischen Induktion die moderne Zeit in der Elektrizitätslehre einleitete, die in der von James Clark Maxwell begründeten und von Heinrich Rudolf Hertz vollendeten elektromagnetischen Theorie des Lichtes einen Höhepunkt erreichte. Mit dem von Hertz erbrachten Nachweis, daß Lichtwellen elektromagnetische Wellen von sehr geringer Länge seien, ist die Elektrizitätslehre mit der Optik vereint und der Betrachtung im Sinne der Mechanik unterworfen worden. Das zeigt sich besonders darin, daß sich die neue Lichttheorie mit der älteren Atomlehre zur Hypothese vom Weltäther und dessen Beziehungen zu den besondere Zustände der Atome darstellenden Ionen und Elektronen verband. Die neuen Hypothesen über die Konstitution von Elektrizität und Materie leiten sich aus den Gesetzen der Elektrolyse ab, die M. Faraday festgestellt hat. Die Theorie der Ionenwanderung ( Clausius) und die Dissoziationstheorie von Svante Arrhenius bauen sich auf ihnen auf; auch die Forschungen J. J. Thomsons u. a. über das Verhalten der Ionen in Gasen und die Bestimmung des Elementarquantums der Elektrizität schließen sich an sie an. Neue Erkenntnisse flossen aus dem Studium der Vorgänge, die bei der elektrischen Entladung in verdünnten Gasen (Kathodenstrahlen) ausgehen. Aus den hierbei aufgefundenen Erscheinungen wurde die Elektronentheorie der Materie entwickelt, die in den Elektronen die Bausteine der Materie sieht und diese selbst als eine besondere Form des Äthers, nämlich als Elektrizität betrachtet. So wird schließlich Elektrizität und Materie einander gleichgesetzt und damit der Aufbau der chemischen Atome aus Elektronen angenommen.

Die Physik ist, so darf wohl gesagt werden, die Naturwissenschaft der Naturwissenschaften. Ihre Arbeitsweise ist vorbildlich, die Exaktheit ihrer Ergebnisse unerreicht, ihre Probleme fundamental, die Möglichkeiten neuer Fragestellungen unerschöpflich. Keine der anderen naturwissenschaftlichen Disziplinen umfaßt ein so weites Gebiet, keine dringt so tief in das Wesen der Dinge ein. Alle aber stehen in mehr oder weniger großer Abhängigkeit von ihr. Was schon zum Ausdruck kam, das gilt hier wiederum: die Vielheit der Wissenschaften führt durch die zahlreichen Beziehungen, die zwischen den einzelnen Gliedern bestehen, immer wieder zur Einheit hin. So sind auch alle anderen Naturwissenschaften der Physik zu Dank verpflichtet, sie verwenden ihre Resultate und bedienen sich ihrer Methoden. Wir wenden uns zunächst der Chemie zu, über deren Verhältnis zur Physik das Nötige schon gesagt wurde. Vieles von dem, was die Physik im allgemeinen charakterisierte, findet auch auf die Chemie Anwendung; auch sie ist eine Gesetzeswissenschaft. Aber die Sätze, die sie ausspricht, sind von minder allgemeiner Bedeutung, denn sie betreffen nur die Veränderungen der Substanzen in dem Sinne des Überganges einer Substanz in eine andere. Substanzverwandlungen, in diesem Worte ist das Arbeitsprogramm des Chemikers enthalten. Fruchtbar aber konnte sich die Ausarbeitung dieses Programmes erst gestalten, nachdem die Bedeutung des Sauerstoffes für die Verbrennung festgestellt worden war. Das geschah durch A. L. Lavoisier (1775), der der Phlogistontheorie, nach der allen brennbaren Körpern ein Stoff zukommt, der als Träger ihrer Brennbarkeit angesehen wurde, ein Ende bereitete. Denn jetzt erwies sich der Sauerstoff als ein Faktor, der bei der Umwandlung der Substanzen eine außerordentlich wichtige Rolle spielt, mit deren Aufdeckung der Schlüssel für das Verständnis analoger Vorgänge gefunden war. Welcher Art sind nun aber die Stoffe, mit denen es die Chemie zu tun hat? Die Antwort darauf lautet, es sind alle möglichen Verbindungen der Elemente. Hier treten zwei neue Begriffe auf, die in der Chemie eine große Rolle spielen. Was sind Elemente? Was sind Verbindungen? Unter Elementen versteht die Chemie die Substanzen, die sich nicht weiter zerlegen lassen, von denen also angenommen werden muß, sie seien aus nichts anderem mehr zusammengesetzt. Natürlich ist solche Annahme stets nur vorläufig. Denn die Möglichkeit weiterer Zerlegung durch Anwendung wirksamerer Methoden ist immer vorhanden, und tatsächlich gelingt es nicht allzu selten, ein neues Element zu entdecken. So wurde das Ytterbium in zwei Stoffe zerlegt, die Aldebaranium und Cassiopeium genannt werden. Die Zahl der Elemente ist verhältnismäßig klein; sie beträgt in diesem Augenblick achtzig. Das Ideal der Chemie ist es, die Elemente als Modifikationen eines Grundstoffes nachweisen zu können. Obgleich dies bisher nicht gelungen ist, gibt es doch Anzeichen, die dafür sprechen, daß ein solcher Grundstoff existiert. Die Elemente lassen sich nämlich nach ihren Atomgewichten in ein System anordnen, innerhalb dessen sich auch eine Periodizität gewisser Eigenschaften kundgibt. Dieses von Mendelejeff aufgestellte System erlaubte es sogar vorherzusagen, an welcher Stelle Elemente, die bis dahin noch gar nicht aufgefunden waren, einzuordnen sein würden; es erregte viel Aufsehen, daß solche Vorherbestimmungen dann auch wirklich zutrafen. Die Elemente nun treten zueinander in Beziehungen, sie gehen Verbindungen ein. Diese Verbindungen sind gesetzmäßig, d. h. sie geschehen nach bestimmten Mengenverhältnissen. Aus dieser Erkenntnis leitet sich die atomistische Vorstellung der Materie her, die die Grundlage der gesamten Chemie bildet: jedes Element besteht aus kleinsten Teilchen, die unter sich gleich groß und von gleichem Gewicht sind. Diese Teilchen nennt man Atome. Bezieht man die Gewichte der verschiedenen Elemente auf Wasserstoff, als das leichteste Element, so erhält man die Atomgewichte. Kennt man diese, so gibt jede chemische Formel ohne weiteres an, in welchen Gewichtsverhältnissen zwei oder mehrere Elemente in einer Verbindung enthalten sind. Aber die Atomtheorie reicht nicht hin, um das Verhalten der gasförmigen Verbindungen vorstellig zu machen. Dieses nötigte zu einer weiteren Ausgestaltung der sich auf die Verbindung der Elemente erstreckenden Anschauungen im Sinne der Molekulartheorie. Nach ihr kommen auch in den elementaren Gasen keine Einzelatome vor, sondern je nach deren Wertigkeit (Valenz) Gruppen von solchen, die als Molekeln bezeichnet werden. Mit Hilfe dieser Molekularhypothese ist die Chemie imstande, den Aufbau aller Verbindungen der Elemente zur Anschauung zu bringen.

Es ist allgemeiner Brauch, neben der theoretischen Chemie die praktische Chemie in zwei großen Abteilungen zu behandeln, der anorganischen und der organischen Chemie. Diese Scheidung hat ihre Berechtigung im Grunde nur unter historischen Gesichtspunkten. Einst meinte man die von lebenden Wesen produzierten Stoffe prinzipiell gegen alle anderen, die unorganischen, absondern zu müssen, weil sie scheinbar nur innerhalb organischer Körper hergestellt werden konnten. Mit der Aufdeckung dieses Irrtums durch F. Wöhler, dem es gelang, Harnstoff synthetisch darzustellen (1828), hatte jene Einteilung ihre innere Berechtigung verloren. Dennoch ist sie aus praktischen Gründen beibehalten worden. In der organischen Chemie werden die Kohlenstoffverbindungen behandelt; der anorganischen Chemie fallen alle übrigen Elemente zu. Daß diese Teilung durchführbar ist, liegt einfach an der außerordentlich großen Verbindungsfähigkeit des Kohlenstoffs, der hierin alle anderen Elemente übertrifft. Eine besondere und wichtige Stellung innerhalb der Kohlenstoffverbindungen nehmen die organisierten Stoffe ein, das sind jene hochkomplizierten, stickstoffhaltigen Verbindungen, an die die Lebensvorgänge gebunden erscheinen, und die gewöhnlich als Eiweißstoffe bezeichnet werden. Ihre Synthese bietet der Chemie außerordentliche Schwierigkeiten dar, doch scheint es der Forschung zu gelingen, auch in dies unzugängliche Gebiet einzudringen (E. Fischer).

Die Beziehungen der Chemie zur Industrie sind außerordentlich eng (» angewandte Chemie«). Wird die Herstellung chemischer Substanzen im großen betrieben, so spricht man von technischer Chemie, die sich wiederum in einen anorganischen und einen organischen Zweig spaltet. Zu jener ist die Metallurgie und zum Teil die Elektrochemie zu rechnen, während zu dieser die Steinkohlendestillation (Leuchtgas; Farbstoffe; pharmazeutische Präparate) und die Gärungsgewerbe gehören. Besondere Bedeutung hat auch die Chemie der » seltenen Erden« (Zirkonium, Thorium, Ytterit- und Ceratiterden) gewonnen, insofern sie einmal die Herstellung von Glühkörpern (Gasglühlicht, Nernstlampe) ermöglichte, zum anderen aber das Ausgangsmaterial für die Gewinnung radioaktiver Elemente lieferte.

Den Gesetzeswissenschaften stehen die biologischen Wissenschaften gegenüber. Aber bevor sich diese Darstellung ihnen zuwendet, seien einige naturwissenschaftliche Disziplinen kurz charakterisiert, die in gewisser Weise zwischen jenen beiden Gruppen eine Vermittlung herstellen. Da wäre zunächst die Witterungskunde oder Meteorologie zu nennen, die der Physik nahe steht und vielfach auch von Physikern betrieben wird. Die Meteorologie beschäftigt sich mit den Vorgängen in der Lufthülle, von der die Erde umgeben ist. Sie erforscht die Bestandteile der Atmosphäre, stellt die Temperaturen der Luft, des Erdbodens, des Meeres fest, mißt den Luftdruck und sucht nach Gesetzmäßigkeiten in seiner Verteilung nach Zeit und Raum. Luftfeuchtigkeit, Tau und Reif, Nebel, Wolken, Regen, Schnee, Hagel, Wind und Stürme, Gewitter, elektrische und optische Erscheinungen der Atmosphäre sind Gegenstände meteorologischer Forschung. Das Vorhersagen des Wetters, die Wetterprognose, ist die praktische Anwendung der aufgefundenen Gesetzmäßigkeiten.

Wie die Witterungskunde, so steht auch die Astronomie oder die Sternkunde in enger Beziehung zur Physik, ja man könnte wohl sagen, die Physik sei aus der Astronomie hervorgegangen; denn ohne Zweifel ist die Sternkunde die erste wirkliche Wissenschaft gewesen und hat eine lange und reiche Geschichte hinter sich. Der Gegenstand der Sternkunde, die Welt der Sterne, kann unter doppeltem Gesichtspunkt betrachtet werden, je nachdem man diese in ihren gegenseitigen Lageverhältnissen betrachtet oder die Frage nach ihrem Zustand und nach dessen Entstehung aufwirft. Danach teilt man die Astronomie in Astrometrie und Astrophysik ein. Die Astrometrie hat die Position der Gestirne zu bestimmen; die Astrophysik dagegen sucht die physische Beschaffenheit der Himmelskörper zu erforschen. Die meisten ihrer Aussagen haben hypothetischen Charakter. Denn wie das Universum gebaut ist, wie Welten entstehn und vergehn, wie auch nur unser Sonnensystem geworden ist, und welches etwa sein Schicksal sein wird, das alles sind Fragen, die wohl niemals exakt beantwortet werden können.

Die Physik, und noch in höherem Grade die Chemie, haben Anteil an der Wissenschaft der Mineralogie. Sie beschäftigt sich mit der Erforschung der Mineralien, »der in der Erde sich findenden Elemente und anorganischen chemischen Verbindungen« (R. Brauns). Ihr Vorkommen in der Erde, ihre Eigenschaften, ihr Werden und Vergehen, ihre künstliche Herstellung, ihre Umwandlung (Metamorphose) und ihre Zersetzung (Verwitterung) sucht der Mineraloge zu erforschen. So beschreibt er zunächst die Form der Mineralien (Kristalle und amorphe Körper), dann ihre physikalischen Eigenschaften, unter denen die optischen besondere Bedeutung haben, schließlich ihre chemischen Qualitäten. Im speziellen Teil der Mineralogie werden sodann die einzelnen Mineralien selbst beschrieben, also die Erze und ihre Derivate, die Edelsteine und ihre Verwandten, die Silikate und Mineralsalze. Von großer praktischer Bedeutung ist die Mineralogie für den Bergbau und die Metallurgie. Mit der Paläontologie bildet sie die Grundlage für die Geologie.

Von der Mineralogie wird die Petrographie unterschieden. Ihr Gegenstand sind die Gesteine, worunter Gemenge von Mineralien verstanden werden. Durch die Herstellung von Dünnschliffen und ihrer mikroskopischen Untersuchung gelingt es, das Kristallsystem von Mineralplättchen zu bestimmen, und indem die einzelnen Gemengteile der Gesteine voneinander getrennt werden, können diese Proben der chemischen Untersuchung zugänglich gemacht werden. Schließlich bestehen auch Beziehungen der Petrographie zur Geologie.

Die Geologie ist die Wissenschaft von der Geschichte der Erde. Ursprünglich schloß sie das ganze hiermit gekennzeichnete Gebiet in sich. Fortschreitende Arbeitsteilung führte aber zur Abzweigung besonderer Disziplinen (Petrographie s. oben; Paläontologie s. unten) und zur Überlassung der ganzen Physiographie der Erde an andere Wissenschaften. Heute umfaßt die Geologie die Lehre vom Vulkanismus, von der Gebirgsbildung, den Erdbeben, der Tätigkeit des Wassers, des Eises, des Windes und der gesteinbildenden Organismen; dazu kommt die Lehre vom Schichtenbau und die Formationskunde. Die Geologie beansprucht erhebliche praktische Bedeutung, insofern sie sich mit dem Vorkommen nutzbarer Mineralien und Gesteine beschäftigt, auch die Quellwasserverhältnisse in den Bereich ihrer Forschung zieht und so der landwirtschaftlichen Bodenkunde wertvolles Material liefert (geologische Landesanstalten ). Zusammenfassend behandelt die Geologie die gesamte Erdgeschichte. Hiervon hat sich jedoch die Paläontologie abgetrennt, die sich zu einer selbständigen Wissenschaft ausgebildet hat.

Die Paläontologie beschäftigt sich mit den alten Lebewesen und gewinnt ihr Material aus den in den Schichtgesteinen der Erde aufbewahrten fossilen Resten von Tieren und Pflanzen. Als Paläozoologie und Paläobotanik sucht sie die Morphologie und Anatomie der ausgestorbenen Formen zu ergründen und zu rekonstruieren, die sie dann zu den Systemen der lebenden Wesen in Beziehung bringt. Die Feststellung der zeitlichen Aufeinanderfolge der Versteinerungen (Leitfossilien) liefert der Geologie das Mittel, zeitlich und örtlich getrennte Schichtgesteine miteinander stratigraphisch zu vergleichen. Freilich ist das Material, das der Paläontologie zur Verfügung steht, lückenhaft. Es ist daher nicht möglich, mit ihm eine vollkommene Rekonstruktion der Geschichte des Lebens zu leisten. Doch darf es im Sinne eines Wahrscheinlichkeitsbeweises für die Richtigkeit der Abstammungslehre gewertet werden. Auch der Mensch in seiner prähistorischen Form ist Gegenstand der Paläontologie. Der Zweig derselben, der sich im speziellen mit dem Werdegang der Primatengruppe »Mensch« beschäftigt, wird als Anthropogenese bezeichnet. Ihm liegt es ob, alle Verhältnisse zu erforschen, die für die Menschwerdung von Bedeutung sind.

Mit der Paläontologie haben wir bereits das Gebiet betreten, das zusammenfassend als das der Biologie bezeichnet wird. Die Disziplinen, die unter diesem Namen begriffen werden, haben sich erst im vergangenen Jahrhundert zu wissenschaftlichem Range aufgeschwungen. Ohne Zweifel haben die Erfolge, die der naturwissenschaftlichen Forschung im Bereich des Anorganischen beschieden waren, den Wunsch verstärkt, auch die Rätsel zu ergründen, die die Welt des Lebendigen dem menschlichen Geiste aufgibt. Was an biologischen Erkenntnissen vor dem 19. Jahrhundert liegt, bedeutet doch wie z. B. die Entdeckungen W. Harveys vom Blutkreislauf (1628) und von der Entstehung lebender Wesen (» omne vivum ex ovo« 1651), A. Leeuwenhoeks Auffindung von Mikroorganismen (1675), M. Malpighis und J. Swammerdams physiologische, anatomische und embryologische Forschungen, des Jan Ingen-Houß wichtige Erkenntnis der pflanzlichen Atmungsprozesse (1779) nur Ansätze, die erst fruchtbar werden konnten, nachdem gefestigte Methoden zusammenfassende planmäßig vorschreitende Erforschung der Lebensvorgänge ermöglicht hatten. Die Grundlagen dazu wurden durch Carl von Linnés systematisierende Tätigkeit gelegt, auf denen George Cuvier weiterbauen konnte, indem er durch vergleichend anatomische Betrachtung der Tiere zu seiner Typentheorie geführt wurde, die besagt, daß die Verschiedengestaltigkeit der Tiere auf eine bestimmte Anzahl von Typen zurückgeführt werden könne, deren jeder in seiner Ausgestaltung von anderen scharf unterschieden und unabhängig sei. Mit dieser Theorie trat Cuvier in Gegensatz zu einer zuerst von G. L. de Buffon ausgesprochenen, dann insbesondere von E. Geoffroy St. Hilaire (1841) vertretenen Idee von einem Urplan des tierischen Baues, aus dem sich durch allmähliche Übergänge eine Stufenfolge der Tiere entwickelt haben sollte. Dieser Anschauung stand auch Goethe nahe, dessen Untersuchungen über die Metamorphose der Pflanze Beachtung verdienen. Aber obgleich Cuviers Theorie in der Folge preisgegeben werden mußte, so blieb doch seine auch durch die entwicklungsgeschichtlichen Forschungen K. E. von Baers (1832) und seiner Nachfolger gestützte Aufstellung von Tierkreisen als höchster systematischer Gruppen in Geltung; im einzelnen freilich wurde das System Cuviers durch Männer wie C. Th. von Siebold, R. Leuckart, Milne Edwards u. a. vielfach umgestaltet und erweitert.

Die Bemühungen um die Aufstellung eines »natürlichen« Systems stießen, sobald sie sich vor die Aufgabe gestellt sahen, das im Laufe der Jahre mit zunehmender Kenntnis der organischen Wesen immer mehr angewachsene Material zu bewältigen, auf eine eigentümliche Schwierigkeit. Die großen umfassenden Gruppen waren verhältnismäßig leicht gegeneinander abzugrenzen gewesen; aber je enger nun innerhalb dieser die Kreise gezogen werden mußten, desto stärker trat hervor, daß eine genaue Absteckung der Grenzen im Bereiche der kleinsten Gruppen unmöglich sei. Es wollte angesichts des Vorkommens von Abarten, Varietäten und Rassen nicht gelingen, einen reinlichen Begriff der »Arten« ( species) herauszuschälen. Das Linnésche » tot numeramus species quot ab initio creavit infinitum ens« (Arten gibt es so viele, wie Gott im Anfange schuf) wurde durch die Lehre von der Transmutation überwunden, nach der die variablen Arten auseinander hervorgegangen und also im eigentlichen Sinne miteinander verwandt waren. Zu klarer wissenschaftlicher Formulierung kam diese Anschauung zum erstenmal durch den französischen Forscher J. B. P. A. de Monet, Chevalier de Lamarck, der in der » Considération sur l'organisation des corps vivants« (1802) und vor allem in der » Philosophie zoologique« (1809) die Veränderlichkeit der Arten durch aktive Anpassung an die wechselnden Lebensbedingungen behauptete und zu beweisen suchte. Aber erst durch die umfassende Begründung, die Charles Darwin dem Transmutationsgedanken in seinem Werke » On the origin of species by means of natural selection« (1859) gab, ist die Lehre von der Deszendenz zur Herrschaft gelangt. Daher darf Darwin wohl als der bezeichnet werden, dem die Biologie ihre jetzige Blüte am meisten zu danken hat. Das Eigentümliche seiner Lehre liegt darin, daß sie zum erstenmal den Versuch macht, das Entwicklungsgeschehen von dem Einfluß jeglichen metaphysischen und daher außerwissenschaftlichen Faktors zu befreien: die lebenden Wesen haben durch natürliche Auslese im Kampf ums Dasein ihre jeweilige Organisationshöhe erreicht. Durch die Anwendung der von MalthusOn Population« vgl. Bd. I S. 335) zuerst ausgesprochenen Lehre von der Naturzüchtung auf Pflanzen und Tiere versuchte er, die Anpassung der Organismen an die sich ändernden Lebensbedingungen als passiv sich vollziehend begreiflich zu machen: die organische Zweckmäßigkeit wurde damit das Produkt physisch wirkender Ursachen.

Der durch Darwin zur Anerkennung gelangte Entwicklungsgedanke erwies sich als ein für alle biologischen Wissenszweige höchst förderliches Forschungsprinzip. Nicht nur Botanik und Zoologie erhielten durch ihn neue Impulse. Auch auf die Geologie, deren vordarwinische Forschungen ( Ch. Lyell 1830) der Deszendenztheorie zugute kamen, die Anthropologie, die vergleichende Anatomie und Embryologie, die Physiologie, die durch Johannes Müller auf sicheren Boden gestellt worden war, wirkte er befruchtend. Die ganze moderne Forschung ist noch heute an ihm orientiert. Freilich wird die alles beherrschende Stellung, die der Entwicklungsgedanke in der organischen Naturforschung bisher eingenommen hat, wohl kaum noch von langer Dauer sein. Andere Prinzipien beginnen neben ihm Rechte geltend zu machen, die nicht länger bestritten werden können. Das liegt aber nur im Interesse der biologischen Wissenschaften. Denn so nur wird Gewähr geboten, daß ihnen eine aussichtsreiche Zukunft blüht. Neue Probleme tauchen auf und erzeugen neue Methoden, mit denen ihre Bearbeitung erfolgreich ausgeführt werden kann. Es sei nur die Zellularforschung (M. Schleiden 1838 und Th. Schwann 1839), die der Struktur und den Lebensäußerungen der Zelle bis ins Feinste nachspürt, die Entwicklungsphysiologie, die der Erforschung der Leistungen sich entwickelnder Organismen und der Entwicklungsvorgänge selbst in ihrer gegenseitigen Abhängigkeit zugewandt ist, die experimentelle Vererbungsforschung und schließlich die Protistenkunde genannt, die sich zur Aufgabe gesetzt hat, jene kleinen Lebewesen zu studieren, unter denen die Erreger furchtbarer Seuchen für den Menschen eine so unheilvolle Bedeutung besitzen.

Die biologischen Wissenschaften lassen sich nicht scharf gegeneinander abgrenzen. Gewöhnlich werden Botanik und Zoologie als die biologischen Disziplinen betrachtet. Doch entspringt diese Einteilung lediglich dem praktischen Bedürfnis, kleinere Gruppen von Lebewesen zu untersuchen. Dieser Absonderungsprozeß setzt sich mit dem Fortschreiten der Wissenschaft immer weiter fort und hat dazu geführt, daß auch jene beiden Gruppen in weitere zerlegt worden sind. So spricht man von Protistenkunde (Lehre von den einzelligen Lebewesen), Lichenologie (Lehre von den Flechten), Entomologie (Lehre von den Insekten), Ornithologie (Lehre von den Vögeln), Anthropologie (Naturgeschichte des Menschen) usw. Aber selbst hierbei ist es nicht geblieben. Denn die besondere Wichtigkeit, die der Menschenkunde zukommt, hat dazu geführt, daß sich von der Anthropologie einige Disziplinen abgezweigt und selbständige Bedeutung gewonnen haben. So behandelt die Pathologie die krankhaften Zustände des Menschen, die Pharmakologie untersucht die Stoffe, die als Heilmittel für sie in Betracht kommen, und die Hygiene sucht festzustellen, wie sich der Mensch zu verhalten hat und wie seine Umgebung beschaffen sein muß, damit seine Gesundheit möglichst wenig beeinträchtigt werde.

Einer wissenschaftlichen Einteilung der biologischen Disziplinen muß die Methode zugrunde gelegt werden, die auf die zu untersuchenden Gegenstände, einerlei ob es sich um Pflanzen, Tiere oder um den Menschen handelt, angewandt wird. Eine solche Einteilung wird auf jedes einzelne der Gebiete zutreffen müssen, in die aus den Bedürfnissen der Praxis heraus die Gesamtwissenschaft von den lebenden Wesen geteilt worden ist. Die im folgenden gegebene Einteilung lehnt sich an die an, die von R. Hesse aufgestellt worden ist.

Jedes Lebewesen läßt sich entweder als Einzelorganismus oder als Glied einer Gemeinschaft betrachten. Nehmen wir eine Pflanze oder ein Tier aus seinen natürlichen Zusammenhängen heraus und versuchen die ihm als Einzelwesen zukommenden Merkmale festzustellen, so ergibt sich, daß diese sich unter zwei Gesichtspunkten gruppieren lassen. Einmal ist es das Gestaltliche, der Aufbau des Körpers und seiner Organe, das Beachtung heischt, zum anderen erhebt sich die Frage nach den Verrichtungen des Körpers und dem Zusammenwirken seiner Organe. Morphologie und Physiologie sind hiermit gekennzeichnet. Die Aufgabe jener ist es, den Bau der Organismen zu erforschen; diese dagegen beschäftigt sich mit ihren Funktionen. Innerhalb dieser beiden großen Gruppen macht das Bedürfnis der Arbeitsteilung wiederum seinen Einfluß geltend, indem es kleinere Gebiete abgrenzt, die doch keine strenge Sonderbehandlung vertragen. So beschäftigt sich die Organologie mit der Betrachtung der Organe, die Histologie hat sich die Gewebe und die Cytologie die Elementareinheiten der Lebewesen, die Zellen, zu erforschen vorgesetzt. Diese Disziplinen lassen sich unter dem Begriff der Anatomie zusammenfassen; ihr tritt die Betrachtung des chemischen Aufbaues der Körper an die Seite, die einen Teil der Biochemie ausmacht. Während die Anatomie den gegebenen Zustand eines Individuums betrachtet, untersucht die Ontogenie (Keimesgeschichte, Entwicklungsgeschichte) die Folge von Formen, als welche sich die Entwicklung vom Ei bis zum fertigen Individuum darstellt. Hierbei bedient sie sich des Mittels der Vergleichung. Indem aber nicht nur die Entwicklungsformen desselben Individuums, sondern auch verschiedene Pflanzen- oder Tierformen untereinander verglichen werden, gelangt die vergleichende Anatomie auf Grund der ermittelten Ähnlichkeiten und Verschiedenheiten im Bau der Organismen zur Aufstellung von Verwandtschaftsgruppen (Arten, Gattungen, Ordnungen, Klassen usw.), und indem die ausgestorbenen Lebewesen in die auf die Aufstellung eines Systems gerichtete Betrachtung einbezogen werden, ergibt sich die Erkenntnis, daß sich die lebenden Wesen gewandelt haben und daß die jetzt lebenden (rezenten) von andersgestalteten, ausgestorbenen Formen abstammen müssen (Abstammungslehre, Deszendenzlehre). Wie die Lebewesen voneinander abstammen und auseinander hervorgegangen seien, das festzustellen, setzt sich die Phylogenie zur Aufgabe.

Wie die Morphologie, so hat auch die Physiologie die Arbeit, die sie zu leisten hat, auf eine Anzahl von Unterdisziplinen verteilt. So ist neben die Organ- und Gewebephysiologie die Zellphysiologie getreten. Immer aber sind es die Vorgänge des Stoffwechsels, des Kraftwechsels und der Formbildung, auf die sich die physiologische Betrachtung erstreckt. Aufnahme und Verarbeitung der Nahrung (Assimilation) ist das Problem der Stoffwechselphysiologie. Bewegungserscheinungen, Wachstum, Erzeugung von Licht, Elektrizität und Wärme, die nervösen Prozesse und damit auch die psychischen Vorgänge gehören in den Bereich der Physiologie des Kraftwechsels. Die Bedingungen und Ursachen der Formgestaltung, und zwar der normalen wie auch der durch bestimmte Einflüsse geänderten, erforscht die Physiologie der Formbildung, zu der als ein besonders wichtiger und in neuerer Zeit mächtig emporgeblühter Zweig die Vererbungswissenschaft gehört. Das Problem der Erblichkeit läßt sich etwa in folgenden Satz fassen: Welche Eigenschaften der elterlichen Organismen sind auf die Nachkommen übertragbar, und wie geschieht solche Übertragung? Als vornehmstes Mittel zur Beantwortung dieser Fragen handhabt die Vererbungswissenschaft das Experiment; im besonderen ist es die Bastardierung, d. h. die Kreuzung in ihren Eigenschaften möglichst differenter Organismen, die zu wichtigen Aufschlüssen geführt hat (»Mendelismus«). Daß der Erblichkeitsforschung erhebliche praktische Bedeutung zukommt, ist leicht ersichtlich (Tier- und Pflanzenzucht). Vielleicht lassen sich ihre Ergebnisse auch für die Verbesserung der menschlichen Rassen verwerten; in den Vereinigten Staaten von Nordamerika und in England haben sich Vereine gebildet, die dem nachstreben (Eugenik). Auch mit der Ausbildung einer vergleichenden Physiologie ist wenigstens der Anfang gemacht, während die Versuche, die Beziehungen zwischen Form und Funktion der Organe (Korrelation, funktionelle Anpassung, Funktionswechsel) festzustellen, bereits zu wichtigen Ergebnissen geführt haben.

Die Biologie würde kein zutreffendes Bild von dem Wesen der Organismen geben, wenn sie die Betrachtung der Einzelindividuen nicht dadurch ergänzte, daß sie auch deren Beziehungen zur Umwelt aufdeckte. Dieser Teil der Biologie wird seit E. Haeckel als Oekologie (Lehre von der Umwelt) bezeichnet. Einflüsse, die hier in Betracht kommen, sind solche des umgebenden Mediums (Luft, Wasser), des Klimas, der Nahrung usw. Daneben bietet die lebende Umwelt und die Beziehungen, in denen die Organismen zueinander stehen (Staatenbildung, Symbiose, Brutpflege, Mimikry, Parasitismus, Domestikation, Biocoenosen), interessante aber auch viel verwickelte und oft schwer zu durchschauende Verhältnisse der Forschung dar. In diesen Zusammenhang gehören auch Probleme, die bereits an anderen Stellen berührt wurden, insofern die Faktoren, die bei der Umwandlung der Organismen (Abstammungslehre; Variation; Vererbung; Auslese im Kampf ums Dasein) hier wiederum auftreten und Beachtung verlangen. Schließlich muß hier auch die Tier- und Pflanzengeographie ( Chorologie) erwähnt werden, die die Verteilung der lebenden Wesen auf der Erdoberfläche zu erklären sucht.

Hier könnte die Darstellung der naturwissenschaftlichen Disziplinen ihren Abschluß finden. Es sind jedoch noch zwei Arbeitsgebiete zu nennen, die eine Zusammenfassung einer ganzen Anzahl der schon genannten Wissenszweige zum Zweck ihrer Anwendung auf die Behandlung eines besonderen Gegenstandes darstellen. Das ist einmal die der Erforschung des von uns bewohnten Weltkörpers dienende Erdkunde. Sie gibt nicht nur eine Beschreibung der physischen Struktur der Erdoberfläche, sie schildert auch Klima und Lebewelt der einzelnen Landgebiete wie der sie umgebenden und durchströmenden Gewässer und der sie umhüllenden Luft. Um das zu können, muß sie die Ergebnisse der Meteorologie, der Geologie, der Botanik, Zoologie usw. sich zu eigen machen. Wenn sie aber schließlich die Erde als Wohnplatz des Menschen betrachtet, die Einflüsse untersucht, die sie auf dessen Entwicklung in wirtschaftlicher, politischer und geistiger Beziehung ausübt, auch die Veränderungen nicht unbeachtet läßt, denen der Mensch die Erde unterworfen hat, so schlägt sie bereits die Brücke von den Naturwissenschaften zu den Geisteswissenschaften.

Eine ähnliche Stellung nimmt im System der Wissenschaften die Medizin ein, insofern sie gleicherweise die Anwendung einer Reihe von Wissenschaften auf den Menschen ist, dessen Körper zu erforschen, dessen Lebensbedingungen festzustellen, dem Schädigungen fernzuhalten, dessen Krankheiten zu heilen sie bemüht ist. Menschliche Anatomie und Physiologie sind, wissenschaftlich betrachtet, nur Spezialanwendungen der allgemeinen Wissenschaften dieses Namens, wie schon ausgeführt wurde. Auch hier aber vollzieht sich wieder ein Übergang zu den Geisteswissenschaften, insofern die Oekologie des Menschen in dem Teil, der die Beziehungen der Menschen untereinander zu behandeln hätte, unmittelbar in das Gebiet der Geschichte im weitesten Umfang hinüberführt.

Weniges bleibt noch zu sagen. Es ist bekannt, daß die Naturwissenschaften von den einen über alle Maßen gepriesen, von den anderen geschmäht und gefürchtet werden. Beides ist unberechtigt und hat seinen Grund in Motiven außerwissenschaftlichen Charakters. Vielfach nämlich wird die Naturwissenschaft und das, was sie den Menschen leistet, arg verkannt. Fragen wir uns einmal, jetzt nachdem wir ein, wenn auch skizzenhaftes, Bild ihrer Art an uns haben vorüberziehen sehen, was es denn eigentlich mit der Arbeit, die die Naturforschung verrichtet, auf sich hat. Was will der Naturforscher? Nichts anderes doch ist sein Bestreben, als die uns umgebende Welt dem menschlichen Verständnis näher zu bringen. Der Naturforscher sucht mithin die Vorgänge und Erscheinungen, die uns in der Natur entgegentreten, zu erklären. Was heißt dieses Erklären? Im letzten Grunde kommt es immer darauf hinaus, daß an die Stelle komplizierten und schwer übersehbaren Geschehens einfachere Vorgänge gesetzt werden, die uns geläufiger sind, und die wir zu begreifen glauben, eine uns unbekannte Erscheinung wird auf andere zurückgeführt, wird zerlegt, wird umschrieben. Und dazu benutzen wir Bilder oder Symbole, die wir oft gebrauchen, die uns tagtäglich vor Augen stehen, und denen das Befremdliche daher fehlt. Aber niemand, der über diese Dinge ernstlich nachdenkt, wird daran vorüberkommen, daß unserem Erkenntnisvermögen enge Grenzen gesteckt sind. Sehr bald gelangen wir an den Punkt, über den wir nicht hinauskönnen. Denn gerade die letzten und scheinbar einfachsten Sätze, die die Wissenschaft aufstellt, sind gänzlich unbegreifbar.

Wer sich hierüber klar geworden ist, der wird an die Naturwissenschaft nicht mit der unbilligen Forderung herantreten, ihm die Welträtsel zu lösen und ihm zu einer Weltanschauung zu verhelfen. Das ist nicht die Aufgabe der Naturwissenschaften. Jede Weltanschauung beruht auf Glauben, nicht aber auf Wissen. Wer eines solchen bedarf, der muß sich an andere Instanzen wenden. Auf intellektuellem Wege vermögen wir gar nicht zu einer einheitlichen Auffassung der Welt zu gelangen. Das gelingt nur dem, der die Forderungen der Wissenschaft beiseite setzt und Konsequenzen aus ihren Resultaten zieht, die ihr selbst fremd sind. Insbesondere ist die intellektuelle Wertschätzung der Einheit eine Illusion: »Einheit ist gut, wo sie sich auf dem Wege der Erkenntnis von selbst ergibt, aber ein auf die Spitze getriebenes Einheitsprinzip ist ein phantastisches Ideal, welches, wenn es durchaus existieren soll, in unendlicher Ferne liegt« (P. Volkmann). In der Natur sehen wir von dieser Einheit nichts, sie ist im Gegenteil eine ins Unendliche gehende Vielheit von Erscheinungen und eine schier unübersehbare Mannigfaltigkeit von Möglichkeiten. Das drängt sich keinem mit größerer Wucht auf wie gerade dem Naturforscher. Daher wird er alle Versuche einer gewaltsamen Zusammenfassung seiner Erkenntnisse zu einer Weltanschauung, mag sie wie auch immer orientiert sein, abwehren und sich metaphysischen Ansprüchen gegenüber stets seine Freiheit wahren: er verwehrt allen Elementen aus dieser ihm fremden Welt den Einzug, mögen sie nun im Namen der Religion, der Philosophie oder der Naturwissenschaft an seine Türe klopfen.

Damit soll nicht gesagt sein, daß die Naturwissenschaft die Gestaltung unserer Anschauungen von der Welt und der Stellung des Menschen in ihr nicht beeinflußt hätte. Sie hat vielmehr zu deren Ausgestaltung sehr wesentlich beigetragen. War es dem Menschen früherer Tage selbstverständlich, daß die Erde, die er bewohnte, den Mittelpunkt des Alls darstelle, so wurde dieser Glaube durch die Forschungen der Astronomie ein für alle Mal zerstört. Kopernikus, Galilei, Kepler und Newton haben den Geozentrismus beseitigt und der Erde den ihr zukommenden Rang unter den Weltkörpern zugewiesen. Und wie die moderne Astronomie unseren Planeten entthronte, so hat die Biologie dem Menschen den Glauben nehmen müssen, als sei die gesamte Schöpfung nur seinetwegen da. Der Entwicklungsgedanke lehrte ihn erkennen, daß er weder ein Anfang noch ein Ende, sondern ein Glied nur sei in dem großen Zusammenhang der organischen Natur. So hat er erst lernen müssen, aus der zentralen und isolierten Stellung, die ihm die Unwissenheit früherer Zeiten zugewiesen hatte; zu weichen und sich mit einem bescheideneren Platze in der Natur zu begnügen. Aber was ihm hier genommen wurde, dafür hat ihm die Naturwissenschaft in anderer Weise reichlichen Entgelt geboten. Trotz seiner angemaßten Herrscherstellung nämlich, zeigte sich der Mensch früherer Zeiten immer abhängig und ewig bedroht von unverstandenen Gewalten. Jeder Blitz, der ihm sein Haus vernichtete, jedes Unwetter, das ihm seine Äcker verdarb, und jede Krankheit, die ihm seine Angehörigen raubte, mußte er als unabwendbare Strafgerichte eines zürnenden Gottes betrachten. Die Naturwissenschaft hat diesen Wahn von ihm genommen, indem sie ihm zugleich die Ursachen jener Erscheinungen aufdeckte und die Mittel an die Hand gab, sich ihren verderblichen Wirkungen zu entziehen. So hat sie ihn aufgerüttelt zum Kampfe gegen alles, was ihn schädigen konnte, hat ihm Intellekt und Willen gestählt, damit er erwerbe, was er einst zu besitzen geglaubt: die Herrschaft über die Erde. Dieser Kampf, für den ihn die Naturwissenschaft ausrüstet, ist freilich ein Kampf auf Leben und Tod. Zwar hat die Entwicklung der Technik es zuwege gebracht, daß wir heute den Schäden, die uns die entfesselten Elemente zufügen, verhältnismäßig schnell und leicht begegnen. Aber auf der anderen Seite scheint das Heer der uns in unserer persönlichen Existenz angreifenden und bedrohenden Feinde fortwährend zuzunehmen. Hier handelt es sich wirklich um Sein und Nichtsein. Gelingt es dem Menschen nicht, jene winzigen Organismen zu bezwingen, die wir als die Erreger furchtbarster Seuchen erkannt haben, so muß er über kurz oder lang das Feld räumen und diese Erde den Siegern überlassen. Wer wollte sich aber solch pessimistischer Anschauung hingeben! Sehen wir doch, wie die Wissenschaft überall Männer zu den höchsten Anstrengungen begeistert, die Menschheit vor dem drohenden Verderben zu bewahren. Es ist ein unvergleichliches Schauspiel, das wir gerade in diesen Tagen erleben, wo die Anspannung aller edelsten Kräfte der menschlichen Natur Sieg auf Sieg erringt und dem Feinde fast täglich Boden abgewinnt. So darf es der Naturwissenschaft wohl dankbar zugerechnet werden, nicht nur daß sie der Menschheit zum Heile wirkt, sondern auch, daß sie den einzelnen über sich und das enge Interesse seiner Person hinaushebt, indem sie ihn antreibt, die Kraft seines Denkens und Wollens in den Dienst der Allgemeinheit zu stellen.

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