Naturtheorie

Eine Naturtheorie ist eine Theorie zur Beschreibung und Erklärung der äußeren, nicht von Menschen gemachten Wirklichkeit (Natur). Sie versucht, wissenschaftsübergreifend Aussagen über natürliche Phänomene auf wenige Grundprinzipien zurückzuführen oder die Gültigkeit eines oder mehrerer durch Forschung oder Beobachtung entdeckter bzw. hypothetisch unterstellter Grundprinzipien in den verschiedenen natürlichen Phänomenen nachzuweisen.

Antike wie neuzeitliche Theorien der Natur sind weiter und zugleich enger definiert als Naturgesetze, die nach modernem Verständnis nur beobachtbare Regelmäßigkeiten im Verhalten realer Systeme beschreiben.

Die Naturtheorien der Neuzeit strebten danach, das immer stärker fragmentierte Wissen der sich rasch entwickelnden Einzelwissenschaften zu integrieren. Oft hatten sie hypothetischen Charakter, weil sie auf nicht unmittelbar beobachtbaren Prinzipien basierten und von philosophischen Grundannahmen durchdrungen waren; oder sie arbeiteten mit unhaltbaren Analogien. Dennoch ergaben sich daraus oft Anregungen für die positive Forschung, so z. B. durch die Verallgemeinerung des Darwinschen Evolutionsgedankens im 19. Jahrhundert, der Einzug in viele Fachrichtungen hielt. In anderen Fällen hemmten sie die einzelwissenschaftliche Forschung; oder aber sie blieben trotz ihres prinzipiell wegweisenden Ansatzes Jahrhunderte lang ohne Folgen, wie etwa die Lehre des Atomismus, deren Überprüfung beim damaligen Stand der Technik nicht möglich war. So konnte die Atomtheorie erst mehr als 2000 Jahre nach ihrer ersten Formulierung um 1910 so unwiderlegbar bestätigt werden, dass sich ihr alle ernsthaften Naturwissenschaftler anschlossen. Wie andere vorneuzeitliche Naturtheorien erfüllte sie jedoch bereits im Altertum die Minimalanforderungen an eine wissenschaftliche Theorie bzw. Hypothese und kehrte in verschiedenen Abwandlungen und in verfeinerter Form immer wieder.

Naturtheorien waren kaum je so strukturiert, dass sie dem modernen Theorieideal z. B. Quines auch nur annähernd nahekamen. Jeder Theoriewandel implizierte auch einen Bedeutungswandel der wissenschaftlichen Begriffe und ihrer Beziehungen zueinander. Ähnliches wie für den Atombegriff gilt also auch für Begriffe wie „Materie“, „Kraft“ oder „Energie“, an denen die Wissenschaftsgemeinde festhielt, obwohl sie im Lauf der Zeit sehr unterschiedlich interpretiert wurden und dabei nicht nur ihre Anschaulichkeit verloren, sondern auch mit verschiedensten Beobachtungs- und Messverfahren operationalisiert wurden - man denke nur an den Wandel der Definition des Meters. Einen solchen Bedeutungswandel lässt aber selbst Quines Theoriebegriff zu, wenn er unter Theorie im weiteren Sinne jedes überlieferte holistische System von Aussagen versteht, das von der Mehrheit der wissenschaftlichen Community geteilt wird.

Im Mittelalter - so zum Beispiel bei Thomas von Aquin - wurde zwischen Naturwissenschaft und Naturphilosophie nicht unterschieden. Erst Roger Bacon erhob die Forderung, die Schlussfolgerungen der Naturphilosophie experimentell zu überprüfen. Von der sich in der Folge seit dem 17. Jahrhundert in viele Denkrichtungen zersplitternden Naturphilosophie unterscheiden sich neuere Naturtheorien vor allem durch ihr Bestreben, das Verständnis allgemeiner Prinzipien der Natur erfahrungswissenschaftlich und nicht metaphysisch zu fundieren. Die Naturphilosophie (bzw. heute die Philosophie der Naturwissenschaften) arbeitet demgegenüber vor allem an der Schärfung der den Naturwissenschaften vorausgesetzten Begriffe. Sie reflektiert die Tauglichkeit dieser Begriffe im Hinblick auf die Erkenntnisgewinnung und diskutiert die Schranken menschlicher Erkenntnis- und Erklärungsmöglichkeiten. Außerdem bezieht sie ästhetische und ethische Aspekte in ihre Betrachtungen ein. Die technische Formbarkeit und Substituierbarkeit von Naturprozessen sind wiederum Themen der Technikphilosophie.

Die in der spontanen Anschauung der Welt verankerte, aber auch von der modernen Wissenschaftstheorie - z.B. vom logischen Positivismus - geforderte Trennung von Beobachter und äußerer Natur, eine distanzierte Haltung also, bei der der Wissenschaftler den untersuchten Naturobjekten äußerlich bleibt und dadurch eine zeitentrückte Objektivität erreichen soll, wurde im Laufe der Zeit immer wieder und zuletzt vor allem durch die Quantentheorie in Frage gestellt. So wird immer deutlicher, dass die Naturwissenschaften nicht nur die äußere Natur, sondern (auch) die Hervorbringungen menschlichen Geistes und menschlicher Erfindungskraft zum Gegenstand haben.

Begriffsgeschichte

Das Programm einer Theorie der Natur im oben skizzierten Sinn wird zuerst von Aristoteles formuliert, der den Anspruch erhebt, „Grund-Sätze oder Ursachen oder Grundbausteine“, also Prinzipien einer „Wissenschaft der Natur“ aus dem „Vermengten“ (dem uns oberflächlich bekannten Ganzen) herauszuarbeiten und einen Weg von den „Ganzheiten zu den Einzelheiten“, d. h. im analytischen Sinne zu beschreiten.

In lateinischer Form (als Theoria Naturae) verwendet wurde der Begriff seit der frühen Aufklärung für eine vernunftbasierte, nicht auf „Spekulationen und Meinungen“ gegründete Naturerkenntnis, so z.B. 1721 von dem Arzt Michael Albert aus Halle in seinem Handbuch der Medizin, das allerdings noch den religiösen Gedanken des Pietismus verhaftet war.

Rugjer Josip Bošković, dessen Atomistik auf der Mechanik Newtons und dessen Trägheitsbegriff aufbaute, verwendete 1758 den Begriff „Theoria“ in seiner Abhandlung Theoria philosophiae naturalis redacta ad unicam legem virium in natura existentium („Theorie der Naturphilosophie, reduziert auf ein einheitliches Gesetz der in der Natur existierenden Kräfte“) zur Abgrenzung seiner naturwissenschaftlichen Bestrebungen von der Naturphilosophie seiner Zeit.

Außer im Lateinischen wurde der Begriff zuerst in der angelsächsischen Literatur benutzt, oft auch im Plural (Theories of Nature). Im Italienischen wird teoria della natura hingegen oft als Oberbegriff verwendet, der auch Naturphilosophie und Naturgeschichte einschließt. Auch im Deutschen wurde lange Zeit nicht zwischen Naturphilosophie und Naturtheorie unterschieden; zuerst taten das die Physiker des 19. Jahrhunderts.

Klaus Mainzer verwendet den Begriff für die Versuche, eine einheitliche Theorie der Natur auf Grundlage mathematischer Verfahren zu begründen, wie dies z.B. durch Newton erfolgte. Diese Theorien knüpfen an den Gedanken des Pythagoras an, wonach es eine einheitliche Symmetriestruktur in Mathematik und Natur gebe, die heute mit Hilfe des Instrumentariums der mathematischen Gruppentheorie sowohl von der Totalität als auch von der elementaren Ebene ausgehend erfasst werden könne. Zwischen ganzheitlicher Erfassung der Natur und ihrer atomistischen Auffassung bestehe kein Widerspruch, sondern eine Komplementarität, wie es bereits Niels Bohr formuliert habe. Wolfgang Lefèvre und Falk Wunderlich vom Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte verwenden den Begriff „Naturtheorie“ in Bezug auf die Schriften Kants über die Natur im Sinne einer metaphysikfreien, aber nicht nur auf Erkenntnistheorie reduzierten Theorie der Natur. Im 20. Jahrhundert wurde der Begriff einer „einheitlichen Naturtheorie“ oder Ur-Theorie auch im Zusammenhang mit den Versuchen zur Vereinheitlichung der begrifflichen Grundlagen der Quantentheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie verwendet.

Doch auch für Goethes Versuche einer Synthese rationaler Naturerklärung, anschaulicher Erfassung von biologischen Entwicklungsmodellen und ästhetischer Theorie und für Schellings spekulative Idee der Natur als reiner Produktivität wurde der Begriff der Naturtheorie verwendet.

In neuester Zeit findet sich der Begriff vor allem im Kontext sozialwissenschaftlicher (etwa bei Oliver Schlaudt) und ökologischer Debatten. Zu den modernen, sich oft als kritisch verstehenden Naturtheorien gehören auch Ansätze, die Bereiche der Natur von menschlicher Kultur und Gesellschaft abzugrenzen bzw. die beiderseitigen Verschmelzungsphänomene zu untersuchen. Durch die „Vergesellschaftung“ der Natur sowie durch die naturverändernde Kraft der modernen Technik samt deren ökologischen Auswirkungen entstehen immer wieder neue Fragestellungen der Naturtheorie. Dabei stehen Versuche einer Neubegründung der Naturtheorie ohne philosophische Implikationen im Vordergrund. Somit gibt es heute eine ganze Bandbreite von Theorien, die sich auf die Natur bzw. ihr Verhältnis zur Gesellschaft beziehen und dabei über einzelwissenschaftliche Erkenntnisse hinausstreben, während skeptische Stimmen von einem anhaltenden „Verfall der Naturtheorie in der Neuzeit“ und einer so entstandenen „Leerstelle“ sprechen.

Mythos, Teleologie, Kausalität

Die Babylonier des 1. Jahrtausends v. Chr. führten die Phänomene der Natur- und Gegenstandswelt auf ein großes Pantheon von Göttern zurück, die in schlecht sortierten Listen namentlich aufgeführt wurden. Anders als ihre Vorgänger, die Sumerer, strebten sie aber nicht nur nach einer begrifflichen Ordnung der Welt, sondern nach einer „Erklärung der (ihnen) zum großen Teil nicht mehr wirklich verständlichen Überlieferung“. Dabei wurden allerdings „an die Sachgemäßheit der Erklärung keine allzu hohen Ansprüche gestellt“. Es dominierten mythische und teleologische Erklärungen. Die Deutung der Naturphänomene diente vor allem der Erkundung der Absichten von Göttern und damit der Vorhersage. Aus der Art, Farbe und Richtung von Blitzen leiteten die Babylonier ebenso wie noch die Etrusker den göttlichen Willen ab. Straften die Götter die Menschen durch Naturereignisse, war das auf menschliche Fehler bei der Ausübung von Ritualen zurückzuführen. Auch die Ägypter ordneten die Naturerklärung vollständig der Ethik unter; Naturkatastrophen waren demnach auf menschliches Versagen oder menschliche Schuld zurückzuführen. Seneca stellte diesem mythisch-teleologischem Denken das aufgeklärte antike Denken seiner Zeit gegenüber. Er sieht den Unterschied zwischen beiden Denkweisen darin, dass die Etrusker glaubten, die Wolken stießen zusammen, um Blitze zu erzeugen, während die Römer glaubten, dass Blitze entstehen, weil die Wolken zusammenstoßen.

Donnervogel auf einem Totempfahl der Nordwestküstenkultur im Royal British Columbia Museum, Victoria (British Columbia)

Doch nicht alle Mythen fungieren als eine Art von „Proto-Wissenschaft“, die der Welterklärung und Vorhersage von durch den Menschen unkontrollierbaren Phänomenen dienen. Anders als die orientalischen Schöpfungsmythen, die die Entstehung der Welt einem höchsten Wesen zuschreiben, zeugt der bei vielen Naturvölkern verbreitete Totemismus von einem Selbstverständnis des Menschen als Teil der Natur, von der er abhängig ist, ohne ihr nur passiv unterworfen zu sein. Aby Warburg spricht in seiner Studie über den Schlangenkult der Pueblo-Indianer vom Totemismus als einer „Form des Darwinismus durch mythische Wahlverwandtschaft“, die die Form einer gleichberechtigten rituellen Interaktion zwischen Mensch und Tier annimmt. Es handelt sich hier um eine mythologisch-psychologische Verwandtschaftsbeziehung mit der Welt und allen Lebewesen, die nicht unbedingt als Vorstufe zu einer rationalen Welterklärung betrachtet werden kann, sondern eine eigenständige Form des Denkens bezeichnet. Ein Beispiel für die Vermischung von genauer Beobachtung und solch mythischem Denken ist die von den nordamerikanischen Ureinwohnern verehrte Figur des Donnervogels. Sie beruht auf der stets konstanten, daher gut beobachtbaren zeitlichen Verbindung zwischen dem alljährlichen Vogelzug und der Gewittersaison. Solch „Wildes Denken“ zeichnet sich dadurch aus, dass es mit dem Mittel der Analogie oder aufgrund rein zeitlicher Koinzidenzen eine magische Verwandtschaft zum großen Ganzen herzustellen sucht: Real sind nicht die einzelnen Dinge, sondern die unteilbaren Ereignisse wie z. B. die Jahreszeiten oder die Gewittersaison mit dem Vogelzug.

Dieses Denken kann Claude Lévi-Strauss zufolge in logischen Gegensatzpaaren geordnet werden, die nicht aus einer unbegrenzten Imagination heraus entstehen, sondern wie auch die Systematiken der modernen Welt durch Beobachtung und Hypothesenbildung gewonnen wurden. Diese Gegensatzpaare (wie z. B. das Rohe und das Gekochte, Exogamie und Inzest, wilde und gezähmte Tiere, Himmel und Erde, Über- und Unterbewertung der Blutsverwandtschaft durch Inzest und Vatermord usw.) lösen die den Mythen inhärenten Widerspruch auf, dass sich der Mensch einerseits als Teil der Natur und gleichzeitig als kulturelles Wesen erfährt; oder sie erklären die eine Seite des Widerspruchs als dominant, wenn sie z. B. den Tod als notwendig zur Verhütung der Überbevölkerung und des Nahrungsmangels betrachten. Nicht die Handlung des Mythos sei relevant, sondern seine kognitive Ordnung stiftenden Struktur.

Antike: Die Suche nach der Ursubstanz und erste Theoriebildung

Die griechischen Naturphilosophen waren mit einem in rudimentärer Form überlieferten Erbe der orientalischen Hochkulturen konfrontiert, entwickelten es aber zunächst nicht in Richtung einzelwissenschaftlicher Theoriebildung weiter, sondern durch vertiefende Reflexion, Begriffsklärung und immer wieder erneute versuchsweise Systematisierung. In der vorsokratischen Zeit fallen daher Naturphilosophie und Naturtheorie weitgehend zusammen. Die Philosophen des ionischen kleinasiatischen Küstensaums waren noch nicht Wissenschaftler im engeren Sinne, doch konnten sie die vielfältigen Naturphänomene von Ebbe und Flut, Nebel, Regen, Wellenbildung, Sturm oder Erdbeben genauer beobachten, als dies die Bewohner des Zweistromlandes gekonnt hatten. So führten viele von ihnen die Sinneswahrnehmung auf physische Gegebenheiten zurück, auch wenn sie die Erkenntnis durch spekulatives Denken höher bewerteten als die oft trügende Wahrnehmung. Nirgendwo wurde in der Folgezeit die Trennung zwischen spekulativem Denken und systematischer Naturbeobachtung so radikal vollzogen wie in Europa.

Grundlagen antiker Naturerkenntnis

Zur Entmystifizierung der alten Kosmologien trugen der weltoffene Charakter der Handelsstadt Milet mit ihren 80 Kolonien ebenso bei wie die Entwicklung von Mess- und Vergleichsverfahren, die die Fähigkeit zur Abstraktion und Begriffsbildung (z.B. „Was ist Schwere und wie wirkt sie?“) unterstützten; denn um erfolgreich Handel treiben zu können, mussten die ionischen Städte Maße, Gewichte und Münzen umrechnen bzw. vereinheitlichen. Alfred Sohn-Rethel argumentiert, dass eine solche kognitive Syntheseleistung an eine bestimmte Vergesellschaftungsform gebunden sei: Wichtige abstrakte Kategorien der Naturerkenntnis der Griechen wie Gesetze, Logik, Atomizität, Kausalität usw. seien auf innergesellschaftliche Akte – vor allem auf Tauschhandlungen auf der Basis von Geldwirtschaft – zurückzuführen. Edgar Zilsel hebt insbesondere die Vorbildfunktion juristischer Begriffe für die Begriffsbildung in der Naturtheorie hervor. Tatsächlich fällt die Zeit der ersten Kodifikation des Rechts der griechischen Polis mit der Formulierung erster Naturgesetze zusammen etwa in das 6. Jahrhundert v. Chr. Eine Priesterkaste, die wie in den altorientalischen Staaten von einer einheitlichen Kultusgemeinde ausgebildet war, gab es in den nach dem Zusammenbruch des mykenischen Königtums dezentralisierten politischen Strukturen nicht. Es herrschte ein lokal uneinheitlicher Synkretismus verschiedener konkurrierender Mythen; auch heilige Schriften oder theologische Dogmen existierten nicht, was in der antiken Welt fast einzigartig war.

Die Suche nach der Ursubstanz

Ein Begriff der äußeren Natur ergibt sich überhaupt erst aus der Beobachtung gewisser Regelmäßigkeiten, die als von den Intentionen der Götter oder anderer personalisierter Mächte unabhängig, also nicht als „künstliche Dinge“ angesehen werden können. Das scheint zuerst bei den Griechen der Fall gewesen zu sein, wo sich die Entwicklung von Naturbegriff und Naturbeobachtung in enger Wechselwirkung vollzog. Für Heraklit war die Physis (φύσις, phýsis) das wahre Wesen der Dinge, ihr Entwicklungsgesetz, das man hinter ihrer Oberfläche aufspüren müsse.

Es war die hervorragende Leistung des Thales, zu erkennen, dass die Substanz des Wassers bei verschiedenen Aggregatzuständen (Wasser, Dampf bzw. Nebel, Eis) stets dieselbe bleibt. Man versuchte also zunächst, einen einheitlichen Urgrund (Chaos, Nacht) oder eine Urstoff (das Apeiron des Anaximander), ein grundlegendes Prinzip (Wasser – so Thales von Milet, Luft – so Anaximenes oder Feuer – so Heraklit), einen Dualismus von Prinzipien (Licht / Dunkelheit, Kälte / Wärme – so Anaximander) oder auch eine Vier-Elemente-Lehre, wie sie angeblich zuerst von Empedokles vertreten wurde, als Ursachen der natürlichen Phänomene zu identifizieren und mit den Einzeltatsachen in Einklang zu bringen.

Thales' Annahme eines Urstoffs „Wasser“ wurde von ihm selbst bereits dadurch eingeschränkt, das er das Wasser nicht als Ursache des Lebendigen begreifen konnte (für dessen Erschaffung waren die weiterhin Götter zuständig). Der entscheidende Unterschied zum orientalischen Mythos bestand jedoch darin, dass andere Philosophen der Hypothese des Thales andere diskutierfähige Hypothesen entgegensetzten und mit Argumenten untermauerten.

Wenn man ein Urchaos am Beginn der Weltschöpfung annahm, wie es schon die Babylonier taten, ergab sich das Problem, wie daraus eine geordnet-regelmäßige Struktur des Kosmos entstehen konnte. Das war nur durch Einführung von Kräften zu erklären. Außerdem ließen sich die beobachtbaren Zustandsformen der Materie mit einer Vier-Elemente-Lehre besser vereinbaren; der Übergang zwischen diesen Zustandsformen konnte durch eine Art von Kondensationstheorie beschrieben werden, die heutigen Theorien des Urknalls entfernt ähnelt. Empedokles zufolge gab es kein singuläres Urelement mehr: Feuer, Luft, Wasser und Erde waren gleichberechtigt, und zwei Urkräfte, die metaphorisch als Liebe und Hass bezeichnet wurden, mischten und trennten sie (z. B. Entstehung und Auflösung von Nebel). Der Zustand der höchsten Durchmischung besteht in der Gestalt einer Kugel; danach erfolgt eine Trennung, bis die Erde ihre jetzige Form erreicht hat. Für Anaximander entstanden die Gestirne aus einer die Erde umgebenden Feuerkugel durch Abkühlung und Zusammenschließung in Kreisen.

Der Name Anaximanders (* um 610 v. Chr.) in einem Bibliothekskatalog auf Sizilien

Der Gegenstand dieses Denkens, die Natur, wurde als lebendig, ja als göttlich begriffen; doch wirken diese Erklärungen durchaus rational. Solche „Prototheorien“ stützten sich weitgehend auf Anschauung und Einzelbeobachtungen – Empedokles wuchs diesbezüglich besonders lohnend im Einzugsbereich des Ätnas auf – , blieben allerdings ohne wesentliche Vertiefung geschweige denn Nutzanwendung, nicht zuletzt weil aufgrund ihrer nur mündlichen Tradierung Erfahrungsdaten nicht systematisch gesammelt wurden und daher ein kumulativer Erkenntnisfortschritt nicht stattfand und auch gar nicht beabsichtigt war. Ihr Ziel war eher die Erklärung des Unbegreifbaren, ja Bedrohlichen. So zu lesen 400 Jahre später auch beim Römer Lukrez:

„Nichts kann je aus dem Nichts entstehn durch göttliche Schöpfung./ Denn nur darum beherrschet die Furcht die Sterblichen alle,/ weil sie am Himmel und hier auf Erden gar vieles geschehen/ sehen, von dem sie den Grund durchaus nicht zu fassen vermögen.“

Doch schon aus Sicht des 4. Jahrhunderts v. Chr. entsprachen die Naturbetrachtungen der Vorsokratiker lediglich einer „Malerei“ der Natur, als welche sie Platon im Phaidros bezeichnet.

Dennoch enthält die vorsokratische Philosophie genuine Theorieelemente: Die innere Struktur der Welt ist ihr kein Rätsel mehr, es gibt keine Schöpfungsmythen, in denen personifizierte Götter eine Rolle spielen, und sie kann vom Menschen erkannt und formuliert werden. Diese Formulierung – auch wenn sie oft metaphorisch bleibt – soll in sich konsistent sein und ist der Diskussion und Kritik ausgesetzt. Insofern erfüllen diese Gedankensysteme im Grundsatz die minimalen Anforderungen an wissenschaftliche Hypothesen.

Bereits bei Anaximander und Heraklit findet sich die Vorstellung einer allem Sein immanenten Gesetzlichkeit; für Heraklit gibt es keinen Zufall. Damit spaltet sich eine Weltentstehungslehre (die Kosmogonie) bzw. eine Lehre von der Ordnung der Welt und der Gestirne (die Kosmologie) von der Götterentstehungslehre (der Theogonie) ab; denn die Annahme von Göttern, deren Rolle bei der Schöpfung des Universums noch im 6. Jahrhundert für Pherekydes von Syros unverzichtbar erschien, ist in einer Welt strenger Notwendigkeit eigentlich nicht notwendig. So erklärt Thales die Erdbeben durch Bewegungen des Wassers, in das die Erde eingebettet ist, und Anaximander sucht die Ursache dafür im Wind, der durch Felsspalten streift.

Die Existenz von Naturgesetzen

Die Vorstellung von Gesetzen, denen die Natur (wie auch die antike Polis) unterliegt, verbunden mit der Verwendung des Begriff der Notwendigkeit, wird von Demokrit, Xenophon, Platon und endgültig von Aristoteles formuliert, die auch einen differenzierten Kausalitätsbegriff entwickeln.

Platon geht im Timaios davon aus, dass die geformte Materie, die sich dadurch vom Chaos unterscheidet, aus vier geometrischen Formen von Polyedern besteht, die sich aus nicht weiter teilbaren gleichschenkligen Dreiecken zusammensetzen. Alles Werden und Vergehen beruht auf Umschichtungen dieser sozusagen geometrischen Atome; die zweckmäßig gestaltenden Ideen sind die Urheber der Formgebung. Damit ist Platon der Begründer eines mathematischen Atomismus. Doch während er die Natur in ihrer Ganzheitlichkeit denkt, stehen für Aristoteles ihre einzelnen Veränderungen im Vordergrund. Er setzt sich von den Vorsokratikern ab, die die Natur mechanistisch-materiehaft, also aus heutiger Perspektive „physikalisch-reduktionistisch“ denken. Während für sie die Zustandsformen und Attribute der Materie wie Schwere, Dichte oder räumliche Bewegung sich aus Umschichtungen von Urelementen ergaben, zeigt Aristoteles, dass diese mechanistischen Erklärungen der Veränderung in einen unendlichen Regress führen müssen, denn sie sagen nichts darüber aus, woher diese Urelemente und ihre Bewegungen letztlich stammen. Auch die Bewegungen der Körper leitet er nicht aus deren Eigenschaften ab, sondern aus deren Lage im Raum und den Merkmalen des anisotropen Raumes, der von sphärischer Symmetrie ist, ein Oben und ein Unten sowie die Erde als Mittelpunkt aufweist. In seiner Kritik sowohl an der These des Parmenides vom einheitlichen unbewegten Naturstoff als auch am atomistischen Materialismus versucht Aristoteles, den älteren „Naturbegriff im Sinne des natürlichen Werdens und Veränderns“ wiederherzustellen und mit seiner Vier-Usachen-Theorie (Material, Form, Veränderungsanstoß und -ziel) mannigfaltige Phänomene und Verursachungskomplexe von Dingen, Veränderungen und Bewegungen sichtbar zu machen. Das Seiende (on) ist von Anfang an vielfältig, unendlich teilbar und bewegt sich. Gleiche Erscheinungen müssten außerdem die gleiche Ursache haben. Dabei verlegt er die Zweckursachen, die Platon in den Ideen sieht, in die Dinge selbst. Diese immanente causa finalis ist freilich nicht mit dem neuzeitlichen Kausalitätsbegriff im Sinne der causa efficiens, der äußeren Verursachung, gleichzusetzen. Aristoteles' Erklärung der Bewegung der Dinge ist letztlich teleologisch, obwohl er auch auf Dinge stößt, die sich verändern, denen aber offensichtlich die Zielbestimmtheit fehlt.

Während die Physik des Aristoteles von Veränderungen der sichtbaren, tangiblen Welt handelt, unterliegt das unsichtbare, unteilbare und selbständig ohne Bezug auf Anderes existierende Wesen der Einzeldinge, ihre „erste Substanz“ (Ousia), keinen Größen- oder Qualitätsveränderungen; in ihr ist nur die Vernunft verwirklicht. Dieses unveränderliche Wesen der Einzeldinge grenzt Aristoteles in seiner Metaphysik von der Materie (Hyle) als einem völlig unbestimmten Substrat ab; diese ist, was übrig bleibt, wenn von allen anderen Bestimmungen abstrahiert wird. Auf die so verstandene Materie sind also die beobachtbaren Einzeldinge und -prozesse nicht zurückzuführen. Damit trennen sich die Wege der Physik und der Philosophie zum ersten Mal, auch wenn Aristoteles in der Physik durchaus der Metaphysik zuzurechnende Fragen der Ontologie, in der Metaphysik hingegen auch Fragen der Kosmologie behandelt. Bahnbrechend war jedoch sein Blick für subtile Unterschiede und Differenzen der Dinge und die Entfaltung der entsprechenden Begrifflichkeit, selbst wenn dies angesichts der damaligen sozialen und wirtschaftlichen Verhältnisse nicht zur Entwicklung einer Forschungsmethodik führen konnte.

Atomismus versus Metaphysik

Demokrit, der durch die babylonische Wissenschaft geschult war, orientierte sich an einer materialistisch-physikalischen Weltauffassung seines Lehrers Leukipp, der die Paradoxien der Annahme einer unendlichen Teilbarkeit der Materie aufgezeigt hatte. Demokrit vereinigt in seiner Atomtheorie die widersprüchlichen Lehren von Heraklit (Theorie des Urfeuers und der ständigen Bewegung – die alltägliche Erfahrung von Stabilität und Identität bildet nur die Oberfläche) und Parmenides (die ständige Veränderung ist nur Schein – das Seiende ist unabhängig von Raum und Zeit), indem er die ständige Veränderung mit der Bewegung kleinster Partikel des Seins im teilweise leeren Raum erklärt: Die Leere ist der Zwischenraum zwischen den Körperchen, und diese unterscheiden sich durch ihre geometrische Form. Aus ihren vertikalen mechanischen Bewegungen entstehen Erde, Feuer, Luft und alle Qualitäten der Materie. Auch die Seele, so Demokrit, bestehe aus besonders feinen runden Atomen. Epikur entwickelt diesen geometrischen Atomismus weiter unter Verzicht auf alle metaphysischen Annahmen, aber auch auf den strengen Determinismus Demokrits. Die Atome, die unsichtbar sind und sich in Größe, Gestalt und Schwere unterscheiden, erzeugen durch Zusammenstoß und zufällige Abweichungen von ihrer bevorzugten senkrechten Fallrichtung unzählige Kombinationen. Auch die Seele bestehe ebenso aus Atomen wie die Götter. Deren Existenz leugnet Epikur zwar nicht; doch kümmerten sie sich nicht um die menschliche Welt und könnten sich auch nicht über mathematische und Naturgesetze hinwegsetzen.

Obwohl den Atomisten die Auffassung eines kontinuierlichen Raums, der nicht nur aus den Zwischenräumen der Körper besteht, wohl zu abstrakt war, gaben sie doch als erste dem Gedanken Ausdruck, dass etwas real sein kann, ohne gleichzeitig Körper zu sein. Platon hingegen setzt die Welt der physikalischen Körper mit der Welt geometrischer Formen gleich, die nichts als leeren Raum enthalten. Damit wird die Geometrie zum Prinzip der Gestaltung von körperlichen Dingen: Physikalische Kohärenz oder – modern gesprochen – chemische Affinität ist das Resultat stereometrischer Formung der undifferenzierten Materie, die zur „selektiven Gravitation“ führt: Gleiches zieht Gleiches an. So besteht die Erde nach Platon aus kubischen Elementen, die besonders fest und unbeweglich sind; die Feuerelemente haben die Form einer Pyramide usw.

Der Römer Lukrez stellte in seinem Lehrgedicht De rerum natura, in welchem er seinen römischen Landsleuten das Weltverständnis des Epikur erklärte, einen Zusammenhang zwischen den Zufallsschwankungen (fortuna) der unsichtbaren Atome, den Bewegungen der Natur und des Kosmos, die dafür nur ein „Bild und Gleichnis“ seien, und dem freien Willen von Lebewesen her, also zwischen Materie und Psyche. Gegen den strengen Determinismus der Stoa, die den Atomgedanken durch das pneuma ersetzte, und ihren Glauben an eine göttliche Lenkung der Welt setzte er die Annahme, dass man lediglich die Regelmäßigkeiten der Natur beobachten könne, und bestritt, dass Götter in der Lage seien, sich in die Natur einzumischen. Auch wenn er aufgrund seiner Idee der fortwährenden Erschließung des in der Natur Verborgenen als Vorläufer des wissenschaftlichen Fortschrittsdenkens angesehen werden kann, blieb er in erster Linie ein in die antiken Horizonte eingebundener Dichter und Philosoph. Karl Marx kritisierte im 19. Jahrhundert Lukrez´ angebliches Desinteresse an den positiven Wissenschaften und die „Nonchalance“ und Willkür, mit der er die „Realgründe“ von Naturphänomenen eingeführt hatte.

Das galt ähnlich auch für Cicero und Seneca, der im zweiten Buch seiner naturwissenschaftlichen Untersuchungen die Kritik des Lukrez am Determinismus der Stoiker konkretisierte und sich zugleich gegen den Aberglauben der Etrusker wendete, die aus zufälligen Ereignissen die Zukunft hatten vorhersagen wollen. Er ging davon aus, dass man die Götter zu sehr beschäftige und zum Diener einer unbedeutenden Sache mache, wenn man jedes Naturphänomen wie den Vogelflug durch ihren Eingriff erklären und als göttliches Zeichen ansehen wollte. Zufallsereignisse wie z. B. das Wetter erlaubten keine Vorhersagen; doch: „Cuius rei ordo est, etiam praedictio est“ - worin Ordnung besteht, da besteht auch die Möglichkeit der Vorhersage.

Grenzen der antiken Naturbeobachtung

Lateinisches Manuskript des Anfangs von Buch I der „Physik“ des Aristoteles mit griechischem Originaltext am Rande

Tatsächlich waren nicht in der wetterabhängigen Landwirtschaft, sondern nur in der für die Griechen praktisch wenig relevanten Astronomie präzise Vorhersagen aufgrund von Langzeitbeobachtungen möglich, und das auch nur mittels der bereits von der orientalischen Wissenschaft entwickelten mathematischen Hilfsmittel. Die Sphärik des Aristoteles zur Erklärung der Planetenbewegungen war nicht einmal mit der euklidischen Geometrie kompatibel; sein Weltbild eignete sich aber auch nicht zur Entwicklung einer Geometrie des Raumes. Erst Archimedes gelang als erstem Physiker eine auf wenige Axiome gegründete rein mathematische Herleitung von mechanischen und hydrostatischen Gesetzmäßigkeiten. Auch die Arbeiten von Archytas von Tarent zur Mechanik und Akustik waren auf sorgfältige Experimente gegründet. Nur in solchen Fällen kann man von einer erfolgreichen Theoriebildung im neuzeitlichen Sinne sprechen; die praktischen Anwendungen blieben aber zunächst auf Spielzeuge wie die mit Pressluft angetriebene Taube des Archytas beschränkt.

Zwar wurden im Zeitalter des späten Hellenismus theoretische Erkenntnisse der Fluidmechanik auch für kriegstechnische und zivile Zwecke genutzt. Die sozialen und mentalen Strukturen und Rahmenbedingungen der spätantiken Gesellschaften waren der Nutzanwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse jedoch wenig förderlich. Ein gezieltes Forschungsprogramm zur Verbesserung der materiellen Lebensbedingungen folgte aus den gewonnenen Erkenntnissen nicht. Das galt ebenso für Rezeption und Gebrauch antiker Naturtheorien im Mittelalter.

Ernst Mach führte die „Schwammigkeit“ der antiken Naturtheorien auf die Geringschätzung der handwerklichen Arbeit durch die intellektuellen Eliten zurück, welche eine empirische Überprüfung von Theorien nicht für notwendig erachteten. Anders argumentiert Peter Janich, der die Befolgung kausal zwingender Sachlogiken als Merkmal der erkenntnisförderlichen handwerklichen Tätigkeit ansieht, deren bloße Zuschauer die „Mundwerker“ im antiken Griechenland und später stets gewesen seien. Damit kritisiert Janich die angebliche Überschätzung der historischen Rolle des Experiments aus heutiger Sicht durch Bruno Latour und Steve Woolgar sowie durch Ian Hacking, der die praktische Manipulierbarkeit von Artefakten im kontrollierten Experiment als Indikator für Realität begreift.

Außereuropäische Naturtheorien

Während die arabische Philosophie an der aristotelischen Tradition festhielt und trotz bemerkenswerter Einzelbeobachtungen etwa auf den Gebieten der Medizin und Astronomie keinen Beitrag zu einer allgemeinen Theorie der Natur leistete, entwickelten chinesische Gelehrte auf der Grundlage des Daoismus eine Fünf-Elemente-Lehre (Wu Xing), die mit Wasser, Feuer, Holz, Metall und Erde zugleich die Grundbegriffe der Kosmologie benannte. Im All existierte anfänglich nur die vermischte Urmaterie aus ruhendem und bewegendem Prinzip; diese bewegte sich und wirbelte hin und her. Die unreinen Stoffe sammelten sich im Mittelpunkt; so entstand die Erde – das ruhende Prinzip. Die reineren Bestandteile der Urmaterie wurden zu Himmel, Sonne, Mond und Sternen und bewegen sich ewig im Kreis um die Erde – das bewegende Prinzip. Angesichts der Entwicklung praktisch-technischer Fähigkeiten von der Eisenverarbeitung bis zur Bewässerungstechnik in der Zeit der Streitenden Reiche wurde diese Lehre zu einem zyklischen Modell des Werdens und Vergehens der Natur – auch im jahreszeitlichen Rhythmus – ausgebaut: Das Holz nährt das Feuer, das Feuer erzeugt Asche (Erde), die Erde bringt Metalle hervor, diese lösen sich im Wasser und nähren die Pflanzen (Holz).

Die fünf Elemente (Wu Xing): Graue Pfeile bezeichnen den generativen Kreislauf der Elemente, rote Pfeile zerstörerische Wirkungen

Dieser Zyklus wird zugleich als Zyklus der Jahreszeiten interpretiert; das Element Wasser markiert den Beginn der Dynamik und entspricht dem Winter. In Form von Fossilien finden sich die Anzeichen für ein solches Werden und Vergehen und den Gestaltwandel der Erde. Diesem „protokausalen“ Gedankengebäude fehlt jedoch die für das westliche Denken typische Komponente der linearen Entwicklung.

Für den Hinduismus ist die Materie nur eine Form der Urseele. Eine Notwendigkeit des Eingriffs in das Weltgeschehen besteht nicht, eine praktische Unterwerfung und Erforschung der belebten Natur verbietet sich zumal wegen der Ehrfurcht vor der Gleichwertigkeit aller Seelen und Lebewesen. Ähnliches gilt für den Buddhismus.

Die Frage, inwieweit die Aufhebung des Arbeitszwangs in asketischen Erlösungsreligionen wie dem Hinduismus und in monastischen Kulturen wie dem Buddhismus und Quanzhen-Daoismus, aber auch im christlichen Mönchtum, welches die Arbeit zunächst als Buß- und Askesepraxis betrachtet, die empirische Naturerkenntnis und praktische Naturunterwerfung behindert hat, kann nicht eindeutig entschieden werden. Auch der buddhistische Pandeismus macht die Unterstellung von in der Natur wirkenden Kausalgesetzen schlechthin unnötig, da die letzte Ursache stets Gott ist. Anscheinend haben die klassischen Buchreligionen zwar die Intellektualisierung breiterer Schichten gefördert, jedoch eher den Dogmatismus als die Gewinnung von Naturerkenntnissen begünstigt. Das gleiche gilt für die Rolle sozial homogener und abgekapselter, von körperlicher Arbeit befreiter Priesterkasten wie die der Brahmanen. Michel Foucault suchte in einem allerdings umstrittenen Denkansatz aufzuzeigen, wie die Subjektbildung nur im Abendland parallel zur Selbstunterwerfung unter das Regime der Arbeit und zur Unterwerfung und Erkenntnis der äußeren Natur erfolgte.

Mittelalter: Zwischen Dogma und Anschauung

Mit der Übernahme des Aristotelismus in die christliche Dogmatik kam es auch zur Ablehnung des Experiments, das schon von Platon und Aristoteles als Manipulation der Natur, als künstliche Abtrennung, die das innere Wesen der Natur verberge, verworfen worden war. Durch das Insistieren auf der Anschauung als Erkenntnismittel begab man sich des wichtigsten Bindeglieds zwischen Naturtheorie (bzw. -philosophie) und Wirklichkeit. Doch auch die Anschauung konnte im Horizont des Mittelalters keine endgültige Gewissheit über die Natur liefern, sondern wurde durch die Glaubensgewissheit überragt – anders noch als bei antiken Autoren, die die geringe Wahrscheinlichkeit des Göttlichen der Exaktheit unserer Erforschung der menschlichen Dinge gegenübergestellt hatten.

Eine weitere Voraussetzung des mittelalterlichen Denkens, die Annahme der inneren Zweckhaftigkeit der Natur und damit ihr Anthropomorphismus, wurde ebenfalls von Aristoteles übernommen. Vom Glauben an die geistigen Wesenseigenschaften der Materie war auch die Alchemie geprägt, die sich im 12. Jahrhundert unter dem Einfluss arabischer Autoren und durch Vermittlung Spaniens in Europa ausbreitete.

Das änderte sich auch nicht grundsätzlich durch die bereits im 7. Jahrhundert erfolgte Wiederentdeckung der Korpuskular-(Atom-)Theorie der Antike durch Isidor von Sevilla. Im frühen 12. Jahrhundert kam es mit zunehmendem Verständnis der Autonomie der Natur zur Wiederbelebung des Atomismus durch Odo von Cambrai und Adelard von Bath: Die Körperwelt erhält bei ihnen einen Eigenwert, der göttliche Schöpfungsakt hat ihr nur eine Grundordnung und bestimmte Qualitäten verliehen. Doch führte dies noch nicht zu ihrer empirischen Erforschung. Nach kirchlichen Angriffen auf die Atomistik lebte diese im 14. Jahrhundert wieder auf, z. B. durch Nicolaus von Autrecourt, der direkt an Demokrit anschloss, drang jedoch nicht zu einer echten Theoriebildung durch, mit der komplexere physikalische Erscheinungen aus der Verbindung von Atomen erklärt oder vorhergesagt werden könnten. Die mittelalterlichen Atomisten blieben meist in logisch-mathematischen Existenznachweisen stecken. Außerdem konkurrierte der Atomismus mit dem Chemismus des Paracelsus, der alle organischen Lebensvorgänge auf chemische Prozesse zurückführte und die experimentelle Erfassung grundlegender Naturprozesse mit kabbalistischen Praktiken und Dämonenglauben verband. Wegen der Erklärungsschwäche der mechanistisch-atomistischen Theorien hielt sich der Paracelsismus bis weit ins 17. Jahrhundert. Einige seiner Fragestellungen wie die nach künstlichen neuen Elementen tauchten jedoch in neuester Zeit wieder auf.

Die neuplatonische, aus der jüdischen Lehre und möglicherweise aus der pythagoräischen Philosophie übernommene Theorie vom Licht als erster körperlicher Form und erster Form der Bewegung sowie die darauf basierende Lehre Robert Grossetestes von der Schöpfung als Selbstausbreitung des Lichts muss wohl vollständig der Theologie zugerechnet werden; doch erweckte sie das Interesse an der geometrischen Optik und regte das Experimentieren an. So begriff Nicolaus von Autrecourt das Licht als einen Teilchenstrom, der sich mit endlicher Geschwindigkeit im Vakuum ausbreite; er nahm auch an, dass die Materie unvergänglich sei.

Doch blieben im gesamten Mittelalter und selbst in der Renaissance die Naturwissenschaften weitgehend der Metaphysik in der Tradition des Aristoteles verhaftet und arbeiteten sich an Konflikten mit der Autorität der theologischen Lehrmeinungen ab, die nur von Giordano Bruno teilweise infrage gestellt wurden. Genuine Naturtheorien entstanden so nicht; lediglich die methodologische Reflexion der Erforschung der Natur wurde durch Nikolaus Cusanus oder später durch Francis Bacon verfeinert.

Die Philosophie des christlichen Spätmittelalters, die Scholastik, war geprägt von der Diskussion des Universalienproblems, dessen gesellschaftlicher Hintergrund der mühsam bewahrte Monotheismus und die aufrecht zu erhaltende Einheit der Kirche waren. Die Dreieinigkeit stand für eine gottgegebene Einheit der Natur, die real, aber der sinnlichen Erfahrung nicht zugänglich war. Für die Anhänger einer erstarkenden Gegenposition zu diesem Realismus, die Nominalismus genannt wurde, waren dagegen die einzelnen sinnlich wahrnehmbaren Gegenstände wirklich, wie es Roscelin in provokativer Weise formulierte. Diese Nominalisten lösten sich von vereinheitlichenden Vorstellungen, wurden zunächst verfolgt und setzten sich gegen 1400 durch. Wilhelm von Ockham vertrat den differenziertesten Nominalismus: Wenn nur das Individuum und das einzelne Ding wirklich sind (und letzteres Ausdruck göttlicher Ideen ist), dann sind Verallgemeinerungen rein sprachlicher Natur. Zwar verhindert einerseits der Gedanke, das einzelne Ding verkörpere eine göttliche Idee, dessen Identifizierung mit einem realen physikalischen Objekt; doch wird damit andererseits die neuzeitliche Vorstellung vorbereitet, dass logische Kalküle lediglich verallgemeinernden, nicht aber existenzbegründenden Charakter haben. Das Allgemeine ist nicht mehr etwas Vorgegebenes, aber Unzugängliches wie Platons Ideen, sondern lässt sich erforschen und in einer idealen Sprache formulieren, wozu Leibniz seine mathematisch-logische Universalsprache entwickelte.

Frühe Neuzeit: Die Mechanik als Universalwissenschaft und das Maschinenparadigma

Seit der frühen Neuzeit wurden private Interessen immer bedeutender für die Entwicklung der Naturerkenntnis. Dazu trugen alchemistische Laboratorien ebenso bei wie wissenschaftliche Instrumentenbauer, die optisch-feinmechanische Geräte für die Universitäten konstruierten, und planetarische Observatorien, die von fürstlichen Mäzenen gefördert wurden.

Boyles zweites Modell einer Luftpumpe zur Feststellung der Gewichts der Luft

Bedingt durch die schwunghafte Entwicklung der Optik und Präzisionsmechanik sowie die Weiterentwicklung der Mathematik setzten sich messtechnische verfeinerte Methoden der Naturbeobachtung und experimentelle Methoden der Naturerforschung durch. Allerdings kamen Widerstände gegen dieses Programm nicht nur von kirchlichen Kreisen wie im Falle Galileo Galileis, sondern auch aus der Wissenschaft selbst und in der Tradition des Verdikts Aristoteles gegen das Experiment auch aus der Philosophie. Exemplarisch dafür war die Kontroverse zwischen Thomas Hobbes und Robert Boyle über dessen Experimente mit der Luftpumpe. Selbst die Existenz des Vakuums blieb lange eine Streitfrage zwischen Korpuskular- und Atomtheorien. Boyle, der zwischen beiden Positionen schwankte, war an der Beschreibung von Wirkungen interessiert, nicht an den ihnen zugrundeliegenden Ursachen. Hobbes hingegen forderte, dass neues Wissen kausal begründet und mit logischer Notwendigkeit hergeleitet werden müsse. Die bloß experimentelle Herbeiführung künstlicher Effekte führe – so Hobbes – nicht zu wahrem Wissen, da eine Induktion von der Wirkung auf die Ursachen stets hypothetisch bliebe. Auch das Argument Boyles, dass seine Experimente jederzeit wiederholbar seien, konnte Hobbes Skeptizismus gegenüber wissenschaftlichen Instrumenten und den durch sie bedingten Verfälschungen der Natur nicht beseitigen; doch setzte sich die pragmatische Position Boyles rasch mit Hilfe der Royal Society durch.

Mit der Verbreitung von Maschinen wie Mühlen, Schöpfwerken, Flaschenzügen, Getrieben und anderen mechanischen Geräten wurden das empirische Denken erheblich stimuliert und die Analogiebildung angeregt. Im Zeitalter des Barock wurden die Wissenschaften so unter dem Einfluss einer immer leistungsfähigeren Mechanik zunehmend von einem reduktionistischen mechanistisch-mathematischen Weltbild durchdrungen, das im Bild der Welt als Uhrwerk und der Vorherrschaft des Maschinenparadigmas in fast allen Disziplinen gipfelte. beherrscht.

Der Prozess der Verdrängung einer teilweise spekulativen Naturphilosophie und der Metapher des Organismus durch die vermeintlich „exakten“ und metaphysikfreien mechanischen Theorien führte jedoch längst nicht auf allen Gebieten zu Erkenntnisfortschritten. So ging mit der Ächtung der Aristotelischen Naturphilosophie und der Dominanz des mechanistischen Weltbildes, das auch auf biologische Phänomene übertragen wurde, ein großer Teil des ärztlichen Wissens der Antike, des Mittelalters und der arabischen Welt verloren. Der vermutete Wirkungsbereich von mechanischen Verfahren wurde weit überdehnt, indem sie zur Heilung von Kranken herangezogen wurden. Auch konnten chemische Reaktionen und erst recht verschiedene Fernwirkungen mit Hilfe der Mechanik nur schwer erklärt werden. René Descartes und Christiaan Huygens versuchten die Gravitation aus Wirbeln des Äthers zu erklären; ein leerer Raum war für sie noch nicht vorstellbar.

Wirbel des Äthers um Fixsterne und Planeten erzeugt die Gravitation (nach René Descartes)

Erst Newtons Begriff eines absoluten, unendlichen, unbeweglichen, für alle Körper durchdringbaren, keine Qualitäten oder Formen aufweisenden und durch keine Kraft trennbaren Raumes, der das Maß aller Abstände und Geschwindigkeiten der Körper ist, verdrängte die Cartesianische Theorie und wurde zur Grundlage erfolgreicher physikalischer Forschung. Höhepunkt der Entwicklung waren Newtons Formulierungen der theoretischen Mechanik und des Gravitationsgesetzes, die für eine gewisse Zeit als „Theory of Everything“ zu taugen schienen.

Allerdings wurden diese Theorien durch spinozistische Lehren über eine geistig-körperliche Ursubstanz ohne Ausdehnung wie bei Bošković oder durch theologisch-metaphysische Annahmen über eine erste Ursache ergänzt oder untermauert. Diese Spekulationen wurden durch die Verwendung immer leistungsfähigerer Mikroskope unterstützt, die neue Mikrowelten zu Tage förderten. Leibniz versuchte mit seiner Monadentheorie eine Brücke zwischen organischer und anorganischer Welt zu schlagen, ausgehend von der auf verschiedene antike Schulen zurückgehenden Annahme quasi-metaphysischer, unsterblicher Atome mit der Fähigkeit der Erkennung der Außenwelt.

Auch der Hylozoismus des Platonikers Ralph Cudworth war ein Versuch, das Leben oder die Fähigkeit der Selbstbewegung als Eigenschaft der Materie zu erklären; er richtete sich gegen den mechanischen Determinismus wie auch gegen die Prädestinationslehre der Calvinisten.

Damit aber wurde die sich entwickelnde Naturtheorie wieder in die theologischen Konflikte der Zeit hineingezogen: Wenn die biblische Offenbarung für die Naturerklärung eine immer geringere Rolle spielte, musste die Natur selbst die wichtigste Offenbarungsquelle sein - das war die Position der Physikotheologie - und das Gute offenbar eine Eigenschaft der Natur selbst sein. Letztere Ansicht vertraten die Cambridger Platoniker, die gegen den Materialismus der erstarkenden Naturwissenschaften antraten und hieraus eine Naturrechtstheorie ableiteten.

Gegenüber den verschiedenen Ursubstanztheorien setzte sich letztlich der Newtonsche Raumbegriff als Leitparadigma der Naturtheorie durch. Er erfuhr seit dem frühen 18. Jahrhundert geradezu eine „Vergottung“ durch die exakten Wissenschaften, galt doch der Raum schlechthin als das Werk Gottes. Newtons Raumkonzept – so hofften sogar viele Wissenschaftler – könne als Grundlage eines neuen Gottesbeweises taugen, durch den man die scholastischen Beweise zu ersetzen hoffte.

Durch Newtons Annahme eines sich nach vorgegebenen Regeln streng deterministisch bewegenden Weltalls wurde die Vorstellung eines dauerhaft notwendigen göttlichen Eingreifens allmählich aus der Kosmologie verdrängt. Newton selbst hing einem platonisch geprägten Deismus an: An die Stelle der göttlichen Lenkung von außen trat die Selbstbewegung der Materie, an die Stelle des intuitiv einleuchtenden Impulsbegriffs das unanschauliche Trägheitsgesetz. Zu den deistischen Strömungen jener Zeit, die als Quelle der Offenbarung Erkenntnis ablehnten, passten auch die Urzeugungs-, Sintflut- und Katastrophentheorien, wie zum Beispiel die Lehre von Georges Cuvier von den Ursprüngen und vom Formwandel des Lebens, welches durch erdgeschichtliche Katastrophen wiederholt vernichtet und neu geschaffen worden sei.

Viele dieser theoretischen Konzepte erweisen sich jedoch als unzureichend zur Erklärung der experimentell neu gewonnenen Erkenntnisse über Wärme, Magnetismus, Licht, Blutkreislauf oder die chemische Umwandlung von Substanzen. Konnte man Elastizität oder Gasdruck noch mechanisch erklären, so warfen insbesondere die Phänomene der organischen Natur zahlreiche Probleme auf, für deren Lösung ein mechanistisches Globalparadigma sich als wenig nützlich erwies. Stattdessen wurde verstärkt mit Analogien gearbeitet, Ähnlichkeiten zwischen Makro- und Mikrokosmos wurden entdeckt. Der Blutkreislauf wurde zum Modell der organischen Selbstbewegung einer Natur, die nicht nur mechanischen Gesetzen unterlag und nicht durch Eingriff von außen gesteuert wurde. Dieser Gedanke knüpfte an die Aristotelische Erklärung der biologischen Dynamik durch die Seele an; er wurde zur Grundlage der modernen Physiologie, die den Organismusbegriff rehabilitierte.

Zeitalter der Aufklärung: Systematische Repräsentation des Wissens und Geschichtlichkeit seiner Objekte

Taxonomien und Klassifikationen

Die Wissenschaftler der Aufklärung standen vor der Aufgabe, die schnell wachsende und unübersichtliche Datenflut zu ordnen und systematisch zu repräsentieren, die die sich ausdifferenzierenden, sich je eigene Forschungsprogramm verschreibenden Naturwissenschaften erzeugten. Dafür steht beispielhaft das Werk von Carl Linnaeus (Carl von Linné), des Schöpfers der binominalen Klassifikation als Grundlage einer Taxonomie von Tieren und Pflanzen. Linné, der zwar Anzeichen für die Weiterentwicklung und Umformung von Pflanzenarten und -gattungen registrierte, interpretierte diese jedoch nicht weiter. An die Stelle der ungenauen Ähnlichkeitsbeziehungen trat das wissenschaftliche Bemühen um die möglichst vollständige - freilich nie zu erreichende - Erfassung des Wissens in Lexika, Tableaus, Taxonomien und Klassifikationen: Man suchte statt nach Analogien nach der präzisen Bestimmung von Identitäten oder Differenzen; gefordert wurde eine exakte Repräsentation der äußeren Welt durch eine präzise Wissenschaftssprache.

Vermittlungsglieder zwischen unbelebter und belebter Natur

Um die Mitte des 18. Jahrhunderts zeigte sich auch, dass die Vorstellung eines Universums ohne Lenker, aber mit einem Schöpfer, der ihm einen einmaligen Anstoß gibt, ebenso wie das kreationistische Postulat der Unveränderlichkeit aller Lebewesen mit einer wachsenden Zahl wissenschaftlicher Befunde kollidierten. Das führte zur Suche nach den Vermittlungsgliedern in der Kette, die den Menschen irgendwo zwischen dem Nichts (oder dem unendlich Kleinen) und der Unendlichkeit des Kosmos einschloss, ohne die Leibnizsche Theodizee akzeptieren zu müssen.

Aufgusstierchen im Wassertropfen (Die Frau als Hausärztin, 1911)

Die These der spontanen Entstehung höherer Lebewesen wurde zuerst von Maupertuis vertreten, einem erbitterten Gegner der Leibnizschen Monadologie. Maupertuis nahm eine vermittelnde Position zwischen der Linnéschen Behauptung einer Konstanz der Arten und der Cuvierschen Katastrophentheorie ein. Er behauptete, dass die mit dem Mikroskop nachweisbaren kleinen „Aufgusstierchen“ (Infusorien), die sich im Aufguss von pflanzlichem Material entwickeln, teilten und verschmolzen, aus toter Materie entstehen und vorhandene Spezies sich auf ähnliche Weise nach dem von ihm formulierten Prinzip der kleinsten Wirkung durch kleinste Veränderungen (Mutation) und Kreuzung weiterentwickeln könnten. Maupertuis wies auch auf die Vererbbarkeit körperlicher Fehlbildungen beim Menschen hin. Seine Thesen und empirischen Befunde gerieten jedoch in der Folgezeit wieder in Vergessenheit. Als provokativ und moralisch nicht akzeptabel erschien den Zeitgenossen auch das monistisch-materialistische Bild des Leib-Seele-Verhältnisses, das La Mettrie in seinem Werk L'home machine zeichnete.

Erst durch die Entwicklung der Embryologie im 19. Jahrhundert war es möglich, die Annahme der Konstanz der Arten und die Befunde über den Formenwandel der Organismen sinnvoll miteinander zu verbinden.

Ganz im Zeitalter der beginnenden Aufklärung standen in Frankreich auch die Versuche, eine Ethik naturalistisch zu begründen und damit eine Erklärungsalternative zum Postulat von Leibniz zu entwickeln, dem zufolge Gott mit dem Kosmos nichts Geringeres als die beste aller möglichen Welten hervorbringen konnte. Die Ideen einer „guten“ Natur und des edlen Wilden wurden von Berichten der Forschungsreisenden des 18. Jahrhunderts über Völker genährt, die sich vermeintlich im Naturzustand befanden, so durch die Reiseberichte Louis Antoine de Bougainvilles, die von Diderot aufgegriffen wurden. Obwohl sich David Hume schon frühzeitig gegen solche naturalistischen Fehlschlüsse gewandt hatte, die versuchten, aus der Beschreibung der Natur auf ethische Qualitäten oder Normen zu schließen, zeigten sich die Vertreter der Naturrechtstheorien von dieser Argumentation unbeeindruckt: Für sie war das Gute das, was dem natürlichen Wesen der Dinge entsprach.

Auch viele Artikel in Diderots Encyclopédie waren noch von metaphysischen Annahmen geleitet, die durch Leibniz’ Monadentheorie beeinflusst waren. So wird in der Encyclopédie das „Gesetz der Erhaltung“ der Materie als eines der Hauptgesetze der Natur interpretiert, da es die Grundlage für die Geltung aller anderen Gesetze sei. Es erstrecke sich auch auf die sozialen Beziehungen und moralischen Verhältnisse: Werde es verletzt, vernichte man sich selbst. Niemand könne freiwillig aus der Welt scheiden, ohne den sozialen Pakt mit den anderen und auch deren Erhaltung in Frage zu stellen. Damit erhält der Erhaltungssatz der Materie geradezu einen ethischen Wert.

Der in Deutschland relativ unbekannte Mathematiker, Physiker, Astronom und Priester Bošković, den sowohl Italiener als auch Kroaten als großen Gelehrten für sich in Anspruch nehmen, unternahm den Versuch einer nicht-metaphysischen Synthese zwischen Newtons Mechanik und Leibniz’ Monadologie, indem er die Monaden zu Massenpunkten uminterpretierte. Die Undurchdringlichkeit und Elastizität von Festkörpern leitete er aus Kräften, nicht aus ihrer Substanz ab. Dieser Vorgriff auf die Atomtheorie inspirierte Faraday zu seiner Theorie des elektrischen Feldes.

Funktionsgraphen aus Rugjer Josip Boškovićs Theoria naturalis philosophiae zur Verdeutlichung der abstandsabhängigen Attraktions- und Repulsionskräfte zwischen den Elementarteilchen (1763)

Wahrscheinlichkeit von Hypothesen und Historizität des Wissens

Eine systematische Differenzierung zwischen den Begriffen der Naturphilosophie und denen der erfahrungsbasierten Naturwissenschaften, die Bošković noch vermieden hatte, setzte sich erst Mitte des 18. Jahrhunderts weitgehend durch. Sie öffnete den Weg für Versuche der Verallgemeinerung einzelwissenschaftlicher Befunde in einer Naturtheorie und lieferte zugleich Anregungen für weitere Forschung. In diese Zeit fällt auch die folgenschwere Deutung der Wahrscheinlichkeit als eines graduellen Schritts oder einer Vorstufe auf dem Weg zur Wahrheit und als Merkmal von Hypothesen durch die Philosophen Christian Wolff und Moses Mendelssohn.

Die dadurch erleichterte Einsicht in den graduellen Fortschritt und die Historizität der Erkenntnis half den Naturwissenschaftlern ihr zunehmend methodisch gesichertes, aber auf einer noch schmalen Basis gewonnenes Erfahrungswissen, das weder von Gott noch durch das System der Logik verbürgt war, dem überlieferten Wissen des Aristoteles entgegenzusetzen. Mit der Gradierung des Wahrscheinlichen wurde die Aristotelische Unterscheidung zwischen dem Wissen um die Einzeldinge und dem Wissen um die Gesetze, die causae, endgültig obsolet. Blieben die Naturwissenschaften bei ihren Versuche der Verallgemeinerung und Begründung ihrer Theorien aufgrund des fragmentarischen Charakters ihrer Wissensbasis im 18. Jahrhundert weitgehend gezwungen, auf hochspekulative Annahmen zurückzugreifen, so wurden ihre in der Folgezeit auf Basis immer präziserer empirischer Methoden ermittelten Theorien paradoxerweise noch unanschaulicher und abstrakter.

Für die Zeit Kants war charakteristisch, dass eine Fülle einzelner gesicherter Erkenntnisse existierte, über die Konsens herrschte, während hinsichtlich übergreifender, die verschiedenen Wissensbestände zusammenbindender Theorien keinerlei Einigkeit bestand. Dies gilt selbst für ein damals bereits hoch entwickeltes Gebiet wie die Mechanik. In der Physik und Chemie standen die verschiedensten Hypothesen völlig unverbunden nebeneinander. Daher suchten immer mehr Wissenschaftler nach Naturerklärungen, die mit möglichst wenigen anzunehmenden Prinzipien auskamen, um nicht die Wirksamkeit zahlreicher heterogener Kräfte unterstellen zu müssen. Ockhams Rasiermesser wurde für Maupertuis und andere zum Kriterium, an dem sich das Streben nach einer sparsamen und eleganten Theorie auszurichten hatte, wie sie zuvor auch die spekulative Suche Leibniz' oder Spinozas nach dem grundlegenden Baustein oder den minimalen Entitäten geleitet hatte, die für den Aufbau der Welt nötig sind.

Wie der Äther der Entwicklung der physikalischen Theorie diente, obwohl er nicht nachgewiesen werden konnte, so verhalf die hypothetische Substanz des Phlogistons der Chemie des 17./18. Jahrhunderts zum Verständnis von Verbrennungsvorgängen. Beide Theorien erwiesen sich als falsch, aber produktiv, weil sie plausible Verallgemeinerungen lieferten. Der Wissensfortschritt in der Chemie wurde aber weder durch die verkrusteten Strukturen von Oxford und Cambridge und die dort vertretenen Lehren befördert noch durch die Royal Society in London, der der Praxisbezug fehlte, sondern durch bürgerliche Wissenschaftsgesellschaften in der englischen Provinz, die von den Dissenters, also Gruppierungen außerhalb der anglikanischen Staatskirche gegründet wurden. Diese schufen sich eigene Bildungseinrichtungen mit modernem Programm und machten sich um 1770 vor allem um die experimentelle Luft- und Gasforschung verdient machten. Die wichtigste dieser Einrichtungen war die Lunar Society in Birmingham, zu der Joseph Priestley, der 1771 den Sauerstoff entdeckte, enge Kontakte unterhielt.

Nicht so rasch wirkte die Entdeckung des stratigraphischen Prinzips durch den dänischen Anatomen und Geologen Nicolaus Steno. Sie bereitete aber die Erkenntnis des späten 18. Jahrhunderts vor, dass die Natur eine eigene Geschichte und die Erde eine „Tiefenzeit“ (Stephen Toulmin) habe. Insbesondere Georges Buffon tastete sich mit seiner Naturtheorie an den Evolutionsgedankens heran, ohne ihn freilich zu explizieren. In seiner monumentalen 36-bändigen Histoire Naturelle, einer Gesamtschau der Erdgeschichte, versuchte er als erster das Alter der Welt zu schätzen und veranschlagte es auf 70.000 Jahre; an anderer Stelle notierte er auch die Zahl von 500.000 Jahren. Auch naturwissenschaftliches Wissen war also kein zeitloses Wissen, sondern menschliches Wissen, das sich historisch entwickelte und entsprechend den Fähigkeiten der menschlichen Natur fehlerhaft sein konnte. Zudem öffnete sich in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts unter dem Einfluss des Skeptizismus der Blick dafür, dass der Raum oder kausale Zusammenhänge nicht als Objekte oder offfen zutage liegende Gesetzmäßigkeiten unserer unmittelbaren Anschauung zugänglich sind, sondern erst durch das menschliche Bewusstsein bzw. durch „Wirkungen der Gewohnheit“ (David Hume) konstituiert bzw. als Gesetze konstruiert werden.

Kants Entwurf einer metaphysikfreien Himmelsmechanik

Ein durch Newton nicht gelöstes Problem war die Erklärung der Planetenbewegungen. Zur Zeit Kants eskalierte in dieser Frage die Auseinandersetzung zwischen den Verteidigern der göttlichen Schöpfung und den „Naturalisten“. Kants von vielen Philosophen im Gegensatz zu den „Kritiken“ wenig beachtete dynamische Theorie der Materie kann als erste moderne Naturtheorie angesehen werden, die sich weitgehend von den metaphysischen Annahmen des Spinozismus, Newtonismus und Hylozoismus befreit, obwohl er den Begriff der Metaphysik in seinem Frühwerk „Metaphysische Anfangsgründe der Naturwissenschaften“ weiter benutzt.

Kant geht in seiner Allgemeinen Naturgeschichte und Theorie des Himmels von Newtons Betrachtung der Bewegungen des Kosmos zur mechanischen Erklärung der Entstehung des Kosmos aus der Urmaterie durch Anziehung und Abstoßung über und vollzieht damit den Schritt zur Kosmogonie: Der Newtonsche Raum – unterdessen (fast) leer – sei früher von diffuser Urmaterie erfüllt gewesen. Um sich gegen den Vorwurf des Epikurismus zu schützen – und nicht zuletzt mit Rücksicht auf seine abhängige Stellung und auf ein neu belebtes religiöses Eiferertum am preußischen Hof – grenzte Kant sich dabei von den gottlosen Atomisten ab. Er löste das Dilemma, indem er die Weltmaterie und ihre Entwicklung seit Anbeginn an Gesetze band: Aus der anfangs ungleichmäßig verteilten Urmaterie entwickelt sich stufenweise ein geordneter Kosmos. Orte mit höherer Dichte ziehen weitere Materie an; Planetensysteme fügen sich so zu Galaxien. Auch in der scheinbar chaotischen Milchstraße sind für Kant ähnliche Strukturen wie in den Planetensystemen erkennbar.

Planetenentstehung: Protoplanetarische Scheibe gesehen vom Hubble-Teleskop

In diesem Werk Kants spiegelt sich der Stand der Naturwissenschaften seiner Zeit. Insbesondere lehnt er sich an Charles Bonnets „Stufenleitertheorie“ einer statisch ordnenden Naturgeschichte „von Engeln, Menschen bis zum Vieh, vom Seraphim bis zum Gewürm“ an, wie sie Alexander Pope schwärmerisch beschreibt, und akzeptiert sie als regularistisches Prinzip, aus dem auch die periodische Entstehung und das Vergehen von Sonnensystemen erklärt werden kann.

Kants Leistung besteht im Wesentlichen aus der Eliminierung unbrauchbarer Theorien, doch kann sie auch als Vorwegnahme späterer Entwicklungen der naturwissenschaftlichen Erkenntnis angesehen werden. So beeinflusste seine Theorie offenbar die Arbeiten André-Marie Ampères zum Elektromagnetismus, während Ampère seine Erkenntnisse selbst als rein induktiv gewonnen darstellte.

Aufgrund seiner Kenntnisse der Leistungsfähigkeit der Newtonschen Mechanik kam Kant später zu der Schlussfolgerung, dass alle Versuche, ihr eine rein logisch-analytische Fundierung zu verleihen, prinzipiell ebenso zum Scheitern verurteilt sein mussten wie ihre Legitimation durch vergangenheitsbezogene empirische Beobachtungen. Dies konnte er aus seiner Lektüre Humes schließen. Dieser hatte gezeigt, dass aus rein beschreibenden Aussagen über das Sein keine Aussagen über das Sollen – also auch nicht über eine in der Natur herrschende Notwendigkeit oder Gesetzmäßigkeit – abgeleitet werden können. Damit hatte er die Verwendung induktiver Verfahren in der Naturforschung generell in Frage gestellt (Humes Gesetz). Dieses Dilemma versuchte Kant durch die Einführung synthetisch-apriorischer Urteile zur Fundierung der empirischen naturwissenschaftlichen Forschung zu lösen.

Wie Kant kam auch der strenge Determinismus der Himmelsmechanik von Pierre-Simon Laplace, der ein ähnliches, im Wesentlichen richtiges Bild von der Entstehung des Sonnensystems zeichnete, ohne metaphysische Annahmen aus: Von einem heißen Urgestirn lösen sich Gasnebel von der Oberfläche des Gestirns, verdichteten sich zu Planeten und beginnen, nach dem Kantschen Gleichgewichtsprinzip die Sonne zu umkreisen. Die Kant-Laplace-Theorie hatte Einfluss auf verschiedene Forschungszweige; doch wurde Laplaces aufgeklärter Erkenntnisoptimismus, der sich in der Aussage von der Unzerstörbarkeit des Planeten und der Fortdauer einer glückseligen Welt ausdrückte, von der Wissenschaft nur kurzfristig und von Laien kaum geteilt. Die Furcht vor sintflutartigen Katastrophen und Erdbeben war an die Stelle der mittelalterlichen Höllenangst getreten.

Differenzierung der Wissenschaften und ganzheitliche Sicht der Natur

Gegen Ende des 18. Jahrhunderts hatte sich – ausgehend von der Biologie und der Geologie – das beschreibende Fach Naturgeschichte entwickelt, das auf der Registrierung und Nomenklatur der sichtbaren Umwelt beruhte, ohne sich um Erklärungen und Generalisierungen zu bemühen. In der Goethezeit begannen immer mehr gebildete Amateure, die sogenannten „Naturalisten“, Tier-, Landschafts- und Sternbeobachtungen durchzuführen oder Pflanzen, Mineralien und Fossilien zu sammeln und zu klassifizieren, jedoch ohne dass man zu einem konsistenten Begriffssystem oder zu einem temporalisierten Entwicklungsbegriff gelangt wäre..

Zwar erwies sich die systematisch-industrielle Naturbearbeitung im Vergleich zum Sammeltrieb der Naturalisten als zunehmend relevante Erkenntnisquelle. So konnte James Hutton bei der Entwicklung seiner chronologische Geologie auch auf seine Besichtigungen von englischen Bergwerken zurückgreifen, welche immer tiefere Schichten der Erdkruste freilegten. Doch stellte sich zu Beginn des 19. Jahrhunderts die Aufgabe, auf den Ergebnissen der sich ausdifferenzierenden Naturwissenschaften aufbauend tragfähige Verallgemeinerungen zu entwickeln, in immer drängenderer Form. Die neuen Erkenntnisse der Chemie, Biologie, Physiologie und experimentellen Psychologie waren mit dem mechanistischen Weltbild auf reduktionistische Weise nicht zu erklären. Trotz schneller Wissensanhäufung blieb vor allem das grundlegende Problem des Übergangs von der anorganischen Substanz zur organischen Substanz ungelöst.

Romantischer Vitalismus

Hatte bereits die Französische Revolution Zweifel an der Rationalität der Weltordnung insgesamt erweckt, kam es angesichts der Unsichtbarkeit immer neuer in der Natur entdeckter „Kräfte“ zu einer romantischen Gegenbewegung gegen das sich disziplinär zerfasernde Naturbild der Aufklärung.

Schon Johann Wolfgang Goethe hatte erfolglos Einspruch gegen die Newtonsche Physik erhoben, weil sie Qualitäten zu Quantitäten mache; er sah im Anschluss an Spinoza in der Natur eine lebendige Ganzheit. Aber auch das von ihm und anderen wieder hoch geschätzte Medium der Anschauung, welchem eine Zeit lang ein höherer Stellenwert als Messung und Berechnung beigemessen wurde, versagte bei der Erklärung der Lebensprozesse.

Auch die deutsche Philosophie wandte sich an der Wende zum 19. Jahrhundert wieder stärker der Natur zu. Während diese für Fichte völlig in der wissenschaftlichen Naturerkenntnis aufging, unternahm Schelling den für die Romantik typischen Versuch eines Brückenschlags zwischen Philosophie und Wissenschaft, der auf vor-mechanistische Konzepte zurückgreift, heute jedoch durchaus modern anmutet. Für ihn war Natur das unendlich Werdende, nie Abgeschlossene, war unendliche „Produktivität“, die von Expansions- und Attraktionskraft beherrscht wird, die ihr Form verleihen. Wo immer Materie auftritt, ist sie in sich bewegt; wohin die Gravitation reicht, ist Raum, und wohin das Licht reicht, ist Zeit. Alle chemischen, magnetischen und elektrischen Kräfte hängen zusammen. Der Begriff des in seiner Individualität unverwechselbaren, wachsenden Organismus wurde für Schelling beinahe zur Universalmetapher, mit der er auch staatliche Einrichtungen und gesellschaftliche Phänomene erklärte; diese Erklärungen richteten sich gegen den Liberalismus, das Vernunftrecht und die Annahme eines Gesellschaftsvertrages. Damit war die Projektion des Maschinenmodells auf die Natur endgültig überwunden; aber umgekehrt wurde nun das Modell des natürlichen Organismus auf Staat und Gesellschaft projiziert.

Zur Erklärung der unebgriffenen organischen Vorgänge musste man jedoch auf alchemistische und physiologische Konzepte wie z. B. das von Georg Ernst Stahl zurückgreifen, der schon an der Schwelle des 18. Jahrhunderts mechanistische Naturtheorien in Frage gestellt hatte. Die Vorstellung der Lebenskraft, die von der Frühzeit der Organischen Chemie bis hin zu Jöns Jakob Berzelius populär war, wurde als unspezifischer Platzhalterbegriff für alle physiologischen Vorgänge genutzt.

Begünstigt wurden die vitalistischen Naturkonzeptionen durch Franz Anton Mesmers Entdeckung der „animalischen Elektrizität“ und Alessandro Voltas Experimente mit Froschschenkeln. Auch Hans Christian Ørsted, der Entdecker des Elektromagnetismus, war vom romantisch-antimechanistischen Denken geprägt. Der von Schelling beeinflusste Samuel Taylor Coleridge formulierte die alte Frage: „Was ist Leben?“ um in die (rhetorische) Frage: „Was gibt es, was nicht Leben ist?“ Seine Ideenwelt, die er durch Beobachtung der neu entdeckten Phänomene und durch Analogie, nicht primär durch Spekulation, entwickelt hatte, schloss Konzepte wie das des Lebens als Prozess und Funktion und das der Evolution ein. Von der Romantik, die der Transparenz der Aufklärung das Geheimnisvolle der Welt gegenüberstellte, wurde die Idee der Selbsterschaffung des Lebens jedoch in eine phantastisch-dämonische Parallelwelt versetzt; sie fand Einzug in die englische und vor allem in die deutsche Literatur, wie z. B. ins Werk von Novalis oder E. T. A. Hoffmann (Der Magnetiseur, Der Sandmann).

Alexander von Humboldt teilte die Vorstellungen des Vitalismus in seinem Frühwerk. Doch bereits 1797 widerrief er die These von der Lebenskraft und führte die physiologischen Prozesse auf beim damaligen Kenntnisstand noch nicht von Gesetzen herleitbare, weil zu komplexe physikalisch-chemische Wechselwirkungen in den Organismen zurück. Diese ließen sich im Gegensatz zur anorganischen Natur nicht einfach teilen, ohne zu zerfallen; ihre Glieder mussten also sowohl Zweck als auch Mittel füreinander sein. Doch ließen sich noch Anfang des 19. Jahrhunderts die Lebensvorgänge nur beschreiben. Erst die paradoxerweise durch das romantische Denken angeregte Entwicklung der Elektrochemie schuf eine systematische Verbindung zwischen Chemie, Physik und Mathematik und bewies damit, dass sich auch chemische Reaktionen berechnen ließen. Mit den Arbeiten Humphry Davys - selbst ein Romantiker - und Michael Faradays wurde der Vitalismus für die Wissenschaft zunehmend entbehrlich.

„Humboldtian Science“

Viele komplexe Phänomene, die sich der Erklärung durch die Einzelwissenschaften entzogen, ließen sich jedoch weiterhin nur durch die Deskription zusammenfassen. Zwar hatten Seefahrer und Forschungsreisende bereits früher sorgfältige Landschaftsbeschreibungen angefertigt, doch der Begriff der Landschaft wurde seit dem späten 18. und frühen 19. Jahrhundert im deutschen Sprachraum als spezielle Bezeichnung für Strukturierungs- und Durchdringungsphänomene der vielfältigen natürlichen, aber auch kulturellen Kräfte virulent. Landschaft wurde damit zum Gegenstand sowohl wissenschaftlicher als auch ästhetischer Betrachtung; sie erhielt einen ästhetischen Wert als ein „anschaulich-ganzheitliches Ensemble von physisch-materiellen Gegenständen, die alle mit gesellschaftlich-historisch-kulturellem Sinn aufgeladen waren“ und moralische Empfindungen hervorrufen konnten. Nur wer die Natur bewundere, könne sie verstehen, so Humphry Davy.

Humboldts Darstellung der Vegetationszonen am Chimborazo (1807)

Ein komplexes Verständnis der die Natur gestaltenden, in einem Fließgleichgewicht befindlichen mechanischen, vulkanischen, hydraulischen, chemischen und biologischen Kräfte prägte das umfangreiche Werk Alexander von Humboldts, das in dem Buch Kosmos: Entwurf einer physischen Weltbeschreibung seinen Abschluss fand. Hierin unternahm er den einem breiteren Publikum zugänglichen Versuch einer synthetisch-holistischen Erklärung – also nicht nur Beschreibung und Benennung – der Strukturen der organischen und anorganischen Welt und des Kosmos. Sowohl in der anorganischen als auch in der organischen Welt waren dieselben Grundstoffe vorhanden und wirkten dieselben Kräfte. Dieser Ansatz ließ sich nicht in ein disziplinäres Korsett pressen: Der Forscher arbeitet nicht im Labor, sondern er ist „Wissenschaftsreisender“; dazu benötigt er Beobachtungsgabe, Kreativität und arbeitet mit hoher Präzision. Humboldt nimmt dabei eine vermittelnde Position zwischen Aufklärung und Romantik ein: Einerseits ordnet und vermisst er Naturphänomene mit großer Präzision; andererseits orientiert er sich am holistischen Wahrnehmungsprogramm der Romantik und beschreibt Natur als Landschaft. Dabei fokussiert er das Exotische und nutzt vor allem narrative Darstellungsmittel. In seinem Tableau physique des Andes versucht er den gesamten wissenschaftlichen Ertrag seiner Reise durch die Anden in einem Schaubild zu fassen und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Faktoren wie Höhe über dem Meeresspiegel, Klima und Vegetation sowie zwischen verschiedenen Pflanzengruppen zu erfassen. Für ihn gilt kein Gesetz ohne lokale Ausnahmen. Damit begründete Humboldt ein Paradigma, das von der amerikanischen Wissenschaftshistorikerin Susan Faye Cannon als Humboldtian Science bezeichnet wurde. Auch Darwin kannte und schätzte Humboldts Arbeiten über Lateinamerika.

Doch bereits im frühen 19. Jahrhundert setzte sich eine pessimistischere Naturauffassung durch. Dem Begriff der Natur wurde der einer autonomen Kultur (von lateinisch: cultura – Ackerbau, seit Cicero immer nur durch Genitivattribution ergänzt wie zu cultura animi - Viehzucht) entgegengesetzt. Diese von Menschen gemachte Symbolwelt, die nicht mehr nur die vorgefundene Welt „kultiviert“, also verbessert und ergänzt, sondern vollständig überformt und mediatisiert, reflektiert den Prozess der Umgestaltung durch die beginnende Industrialisierung. So wurde die „Landschaft“ entromantisiert und auf ein disziplinäres Beobachtungsfeld reduziert, auf dem man den Einfluss des Wirkens der oft gewalttätigen Elementarkräfte nur noch ablesen konnte, während die Spuren des menschlichen Wirkens immer sichtbarer wurden.

Seit 1840 verschwand die romantische Idee einer „prokreativen“ Naturtheorie und wurde im Zuge des Aufschwungs der Laborwissenschaften durch den Positivismus Auguste Comtes verdrängt. Freilich wurden in der Folge immer wieder Gegenströmungen gegen die Vereinnahmungstendenzen der Natur im Zuge ihrer industriellen Nutzung laut - bis hin zur Ökologiebewegung des 20. Jahrhunderts.

Naturtheorien im Zeitalter der industriellen Verwertung der Natur

Von etwa 1840 bis um 1890 war die Entwicklung der Naturwissenschaften durch eine stärkere disziplinäre Trennung, die Verdrängung von ästhetischen Aspekten durch die Nutzenperspektive und die positivistische Bewegung geprägt. Die philosophische Idee des „Ganzen“ der Natur, wie sie für die Romantik charakteristisch war, wurde ebenso wie der spontan-realistische Materiebegriff abgelöst durch das positivistische Konzept eines einzig möglichen Weges der graduellen und kumulativen Annäherung an ein vollständiges System von Erkenntnissen über die Natur. Zwar hatte schon Kant die Metaphysik für eine unzulässige Überschreitung der Erfahrungswelt gehalten; doch radikalisiert der Positivismus, für den die Welt der Erscheinungen das einzig Wirkliche darstellt, den Kampf gegen die Metaphysik und die Transzendentalphilosophie, davon ausgehend, dass man über die „Dinge an sich“ eigentlich nichts sagen kann. Die Einheit der Wissenschaften, so Auguste Comte, sei nicht in der Wirklichkeit zu finden; sie liege in den Methoden begründet.

Ökonomische Theorien

Explizit und implizit wurden Naturtheorien seit dem 18. Jahrhundert auch von der klassischen Ökonomie formuliert. Die Physiokraten gingen davon aus, dass nur die Natur bzw. die Erde ein Sozialprodukt hervorbringt (Naturwertlehre). Jedoch erkannten sie, dass dieses durch eine systematische Bewirtschaftung vermehrt werden kann. Ihre Theorie von der sorgsam zu kultivierenden Natur richtete sich gegen die feudale Abschöpfungswirtschaft, Adam Smith unterstellte im Rahmen einer umfassenden, allerdings theologisch fundierten Ordnungsvermutung, dass eine grundsätzliche Harmonie zwischen Bevölkerungswachstum und Nahrungsgrundlage existieren müsse. Für Malthus hingegen stellte die Natur dem gesellschaftlichen Fortschritt in Gestalt einer objektiven Ressourcenschranke ein unüberwindbares Hindernis entgegen. Marx und Engels waren vor allem an der Frage interessiert, durch welche Prozesse sich der Mensch aus seinem natürlichen Umfeld herauslöst. Dieses geschehe nicht durch das Bewusstsein, sondern durch Arbeit, indem der Mensch anfange, seine Lebensmittel zu produzieren. Dass eine Naturtheorie von Marx nicht entwickelt wurde, hängt wohl damit zusammen, dass er die Reproduktionsfähigkeit der Natur für unbegrenzt hielt. In der marxistischen Theorietradition wurde jedoch die Marxsche Arbeitswertlehre als Bindeglied zwischen Natur- und Kulturtheorie weiterentwickelt.

Auch Léon Walras betrachtete die Natur als prinzipiell unerschöpfliche Ressource, die nicht völlig zerstört werden könne. Er prägte den Begriff des Naturkapitals (capital naturel), wobei er zwischen dem Bestand an Naturkapital, der jährlich neue Produkte erzeugt, und dem jährlichen Verbrauch unterschied. Erst etwa 100 Jahre später wurde dieser wegweisende Begriff von Ernst Friedrich Schumacher (Small is beautiful, 1973) wieder aufgegriffen.

Im 20. Jahrhundert wurden dann in umgekehrter Richtung grundlegende Elemente und Begriffe von Naturtheorien in die Sozial- und Wirtschaftswissenschaften exportiert, wenn auch oft nur per Analogie, Metapher oder Projektion – bis hin zum Wachstumsbegriff und zur Evolutionsökonomik.

Die Laborwissenschaften

Die alltägliche Anschauung erwies sich oft als wichtiges Korrektiv der Theorie, aber immer öfter führte sie in die Irre führte; sie verlor allmählich ihre Bedeutung gegenüber dem Experiment und der Induktion. Diese wurde zum leitenden Prinzip der naturwissenschaftlichen Erkenntnis, wenngleich zu einem rein methodologischen. Zunächst war man damit in der Medizin besonders erfolgreich, weil hier keine umfangreichen Experimente notwendig und durchführbar waren und bahnbrechenden Forschungsergebnisse (so die von Ignaz Semmelweis zu Infektionswegen im Krankenhaus) allein durch systematische Beobachtung naheliegender Zusammenhänge gewonnen werden konnten.

Die experimentelle Arbeitsweise vieler Physiker wurde durch die von der Romantik beeinflusste Idee der Wirkung immaterieller Kräfte geprägt. Diese Idee sicherte Erkenntnisgewinn, obwohl die Laborwissenschaften überwiegend recht naiv mit der spekulativen, naturromantisch beprägten Begrifflichkeit umgingen. Das war auch bei Robert Mayers Entdeckung des mechanischen Wärmeäquivalents der Fall. Mayer ließ sich von einer Analogie zwischen der „Kraft“ (vis) fallender Körper aufgrund der Gravitation und der Entstehung von Wärme bei der Kompression von Gasen leiten. Joule kam ausschließlich durch Experimentieren mit Elektromotoren zu den gleichen Schlussfolgerungen. Helmholtz schließlich versuchte den Energieerhaltungssatz mit Schlussfolgerungen aus der Newtonschen Mechanik herzuleiten. Gemeinsam war den drei Forschern allerdings bereits das Studium der praktischen industriellen Nutzung der Dampfkraft.

Helmholtz-Apparat zur künstlichen Erzeugung der Vokalklänge, erbaut 1865 von Rudolph Koenig

Eine Zeit lang schien es so, als könne eine einheitliche Theorie aller Naturphänomene – auch der biologischen – auf Grundlage von Wärme und mechanischer Energie begründet und auf so atomtheoretische Annahmen verzichtet werden. Anderen Wissenschaftlern galt die elektrische Interaktion von Teilchen als Erklärungsursache für die meisten Kräfte wie Reibung, Viskosität oder Elastizität. Maxwells kinetische Wärmetheorie gab den Vertretern eines Atomismus erneuten Aufschwung und führte zu verschärften Auseinandersetzungen zwischen verschiedenen Paradigmen, wobei deren potenzielle Nutzanwendung immer wichtiger erschien und spekulativen, empirisch nicht überprüfbaren Theorien eine Absage erteilt wurde. So zögerte anfangs selbst Maxwell, sich auf die spekulative Atomtheorie einzulassen, die er schließlich akzeptierte, weil die Vorstellung, dass Gase aus elastischen Kügelchen bestehen, mit vielen Phänomenen der Makrowelt in Einklang zu bringen waren.

Beträchtliche Erkenntnisfortschritte in der Physiologie seit den 1830er und 1840er Jahren förderten die allerdings die Einsicht, dass die Struktur der Wahrnehmung und des Wissens durch die physisch-anatomische Struktur des Körpers mit bedingt war. Zu diesen Erkenntnissen gehörten Helmholtz' Messungen der Nervenleitgeschwindigkeit, Gustav Fechners Entdeckung der funktionalen Beziehungen zwischen Reiz und Empfinden und vor allem Johannes Müllers Lehre von der Spezialisierung des menschlichen Nervenapparats und der Arbitrarität zwischen Art des Reizes und Art der Empfindung. So konnte er zeigen, dass Lichtempfindungen durch Stoß, Drogen, Elektrizität und andere Reize hervorgerufen werden können. Damit wurde die Unterscheidung zwischen äußerer und innerer Wahrnehmung problematisch; der menschliche Nervenapparat war kein schwarzer Kasten analog einer Camera obscura, der die Reize passiv registrierte, sondern ein aktiver Mechanismus, der die Wahrnehmung strukturieren und verfälschen konnte. Diese Verzerrungen oder besser: aktive Umwandlungen von Sinnesreizen waren von der Forschung also künftig in Rechnung zu stellen. Möglicherweise waren die Aussagen von Karl Marx' über die Spezialisierung der menschlichen Fähigkeiten in seinen Schriften aus dem Jahr 1844 durch Lektüre Müllers angeregt.

Die antifundamentalistische Wende: Der Beginn des Konventionalismus

Die zunehmende Dominanz des Induktionsprinzips in der praktischen Forschung bedeutete nicht, dass die spekulativen Theorien ihre erkenntnisleitende und heuristische Funktion eingebüßt hätten. Nikolai Dellingshausen setzte zwar mit seinen Betrachtungen über die Beziehung von Bewegung und Wärme als „Elementen der Naturtheorie“ dem „Versuche einer spekulativen Physik“ die induktive Methode entgegen, die die Deduktion von Naturerscheinungen aus philosophischen Annahmen durch die Verallgemeinerung von beobachteten Erscheinungen auf allgemeine Gesetze ersetzen sollte. Er selbst blieb jedoch der spekulativen Äthertheorie verhaftet, indem er die chemischen Elemente als Vibrationsatome, d.h. als stehende Wellen in den Schwingungen eines Weltäthers erklärte. Lorentz’ Versuch, die Ausbreitung des Lichts analog dem Verhalten von Wasser- und Schallwellen in einem Medium zu erklären, erwies sich als Höhe- und Endpunkt der Äthertheorien. Seine Trennung zwischen der bewegten Materie und einem völlig unbewegten, freilich nicht mehr mechanischen, sondern elektromagnetischen Äther griff noch einmal das Konzept des absoluten Raumes von Newton auf, auch wenn er selbst nicht mehr von der realen Existenz des Äthers überzeugt war, sondern diesen für eine nützliche Annahme hielt. Damit war Lorentz neben Henri Poincaré einer der ersten Vertreter des Konventionalismus, wonach Beobachtungstatsachen durch beliebige Konstruktionen bzw. Paradigmen in eine rationale Ordnung gebracht werden können. Damit war deutlich, dass man sich von der fruchtlosen Überarbeitung alter Ideen zu trennen habe, wenn man neue Erkenntnisse auf experimentelle Weise gewinnen wollte.

Zwar forderte selbst ein hochspezialisierter Experimentalpsychologe wie Wilhelm Wundt noch um 1860 eine „allgemeine Wissenschaft“ zu dem Zweck, die „durch die Einzelwissenschaften vermittelten Erkenntnisse zu einem widerspruchslosen System zu vereinigen“. Besonders von der Physiologie, die sich intensiv mit den Regulationsprozessen im Inneren von Zellen und Organismen beschäftigte, gingen wichtige Impulse zur Überwindung der materialistisch-mechanistischer Theorien aus. So entwickelte sich der Physiologe Emil Heinrich Du Bois-Reymond von einem Anhänger zu einem Kritiker des Herrschaftsanspruchs des mechanischen Weltbildes. Doch blieb die Reichweite von generalisierenden Ansätzen der Selbstregulation wie der Theorie des Gleichgewichts offener dynamischer Systeme auf der Basis der Arbeiten von Claude Bernards zunächst begrenzt, bis sie im 20. Jahrhundert von Kybernetik und Systemtheorie wieder aufgegriffen wurden.

Der Evolutionsgedanke

Ernst Haeckel: Stammbaum des Menschen (1874)

Eine entscheidende Wende im Naturverständnis brachte das Werk Darwins, das aus einer Synthese zwischen einem vorwiegend theoriegeleiteten, deduktiven Vorgehen und einem auf morphologischen Vergleichen von Vögeln (den berühmten Darwinfinken), Tierskeletten usw. beruhenden induktiven Forschungsprozess resultierte. Sein Verständnis der sog. „natürlichen“ Selektion gründete vor allem auf dem Populationsbegriff von Malthus und dem ökonomischen Konkurrenzmodell; die Einsicht in die Variation war durch Anschauung gewonnen und die funktionalistisch-teleologische, vom Gedanken der Anpassung und Höherentwicklung geprägte Sicht auf die einzelnen Elemente des Körpers schloss an die Theorie Lamarcks an; außerdem flossen theologische Ideen eines unorthodoxen Deismus in sein Werk ein, wenn er über das Verhältnis von gestaltetem Design und Zufall der Details spekulierte.

Die Kerngedanken der Darwinschen Evolutionstheorie erwiesen sich als überaus fruchtbar und verbreiteten sich bald über die disziplinären Grenzen der Biologie und Naturwissenschaften hinaus. Spätestens mit Darwin setzte sich die Annahme einer immanent zweckfreien (aber verwertbaren!) Natur ebenso durch wie die Eliminierung des Begriffs der Notwendigkeit durch eine regularistische Perspektive, die an die Stelle nezessitaristischer Gesetze und mechanischer Prinzipien trat. Doch lebte die zweckbezogene Betrachtungsweise als wichtiges heuristisches Instrument insbesondere in den Biowissenschaften fort.

Von Ernst Haeckel wurden sie in seiner Anthropogenie auf die menschliche Ontogenese übertragen und mit ökonomisch-effizienzbezogenen Motiven und Begriffen kombiniert (Naturhaushalt, Ressourcenkonkurrenz). Doch führten die zahlreichen Popularisierungen der Theorie durch Haeckel und den Sozialdarwinismus zu katastrophalen deterministischen und bewertenden Fehldeutungen („Kampf ums Dasein“). Ihre Übertragung auf ganze Gesellschaften, soziale Normen und kulturelle wie religiöse Phänomene verlieh deren Entwicklung den Anschein der Zwangsläufigkeit und Naturgesetzlichkeit im Sinne einer kontinuierlichen Evolution zu stets höheren Formen. So kam es zur Abwertung der „primitiven“ „Naturvölker“ und „Naturreligionen“, womit auch der „Kulturkrieg“ gegen Naturvölker kultur- und nationaldarwinistisch bis hin zum Genozid explizit legitimiert werden konnte.

Bis in die heutige Zeit wandelte die „altdarwinistische“ Theorie mehrfach ihre Gestalt, ging die verschiedensten Synthesen ein (so in der Soziobiologie) und entwickelte sich in Kombination mit der Systemtheorie zu einer Supertheorie.

Die Entmaterialisierung der Natur

Im letzten Drittel des 19. Jahrhunderts wurde die Naturphilosophie zunehmend als spekulativ stigmatisiert, war sie doch durch den Erkenntnisfortschritt der Einzelwissenschaften scheinbar obsolet geworden. Die Kritik kam nicht nur von Seiten der positivistischen Wissenschaftler: Auch Nietzsche wandte sich gegen die Begriffs-„Mumien“ und den „Ägyptizismus“ der Philosophie und deren Ignoranz gegenüber dem Werden und Vergehen von Theorien, Begriffen und gegenüber der sinnlich erfahrbaren Welt.

Als Ernst Mach 1895 auf einen Lehrstuhl „Geschichte und Theorie der induktiven Wissenschaften“ an die Universität Wien berufen wurde, glaubten große Teile der wissenschaftlichen Öffentlichkeit noch an die Möglichkeit einer Vereinheitlichung der Theoriebildung unter der Führung der Physik; doch häuften sich die Zweifel an diesem Vorhaben. Mach und Moritz Schlick forderten, sich auf die methodologischen und begrifflichen Voraussetzungen von Naturforschung zu konzentrieren, statt Aussagen über die Natur selbst zu treffen oder sich einen theoretischen Begriff von ihr zu machen. Dabei zielten sie vor allem auf die Eliminierung des Materiebegriffs. Die Einheit der Wissenschaften sei nicht in der Substanz, sondern in der Methode zu suchen. Dieser Gedanke war schon von Auguste Comte vorbereitet worden; er wurde bestätigt durch die Erkenntnis der Elektrodynamik, dass ein elektromagnetisches Feld nicht aus mikroskopischen Untersystemen erklärt werden kann, sondern auch ohne Materie oder Trägersysteme wie dem Äther im Vakuum existiert. Das elektromagnetische Feld wurde damit zu einer neuen, nicht stofflichen Entität.

Das elektromagnetische Spektrum

Mit den methodologisch-erkenntnistheoretischen und logisch-sprachphilosophischen Arbeiten der Philosophen und Logiker des Wiener Kreises wurde darüber hinaus deutlich, dass die sprachliche Form nicht nur ein Aspekt der wissenschaftlichen Darstellung von Forschungsergebnissen ist, sondern ein konstitutives Moment des Gegenstands von Wissenschaft, und zwar sowohl der Erforschung der äußeren Natur wie auch aller Hervorbringungen des Menschen. Die physikalistische Sprachauffassung von Rudolf Carnap, wonach intersubjektiv zugängliche physische Gegenstände die primären Bezugsobjekte der Begriffsbildung sind, war ein weiterer Versuch, die wissenschaftliche Erkenntnis auf einer nicht-fundamentalistischen Grundlage zu fundieren. Mit diesem die Wissenschaftsgrenzen transzendierenden Linguistic turn endete die Ära der großen Entwürfe einer Einheitswissenschaft, die Natur-, Sozial-, Geistes- und Formalwissenschaften umfassen sollte. Seine radikale Modernität bezog dieser Versuch, auf den sich freilich Nietzsches Vorwurf der Ahistorizität ebenfalls beziehen lässt, aus der geistigen „Aufräumarbeit“, die der Eliminierung der Wissenschaft von tradierten Begriffsverwendungen und anderem vermeintlichen Traditionsballast diente. Darin entsprach sie einem von Neuer Sachlichkeit, Bauhaus und Jugendbewegung geprägten Zeitgeist.

Dafür kam es im 20. Jahrhundert zu einer wegweisenden Theorieinnovation innerhalb der Naturwissenschaften: Gegen den Widerstand vieler Wissenschaftler (z. B. Einsteins) setzte sich eine stochastische Sicht auf die Naturphänomene gegen den Determinismus endgültig durch. Die stochastisch begründeten Theorien (z. B. die Quantenstatistik) erschienen allerdings wesentlich weniger elegant als etwa die Relativitätstheorie Einsteins, für den die innere Vollkommenheit der Theorie ihre Nähe zur wirklichen Welt widerspiegelte. Theorieästhetische Erwägungen wie Sparsamkeit, Reduzierung der Zahl der Axiome und Symmetrie, wie sie vor allem von Henri Poincaré geltend gemacht wurden, verloren in der Folgezeit trotz der statistischen Interpretation der Quantenphänomene keineswegs an Bedeutung. Hingegen büßte der logisch-sprachphilosophische Ansatz, der zur Auflösung des Philosophierens über die Natur wie des Konzepts einer eigenständigen Naturtheorie mit beigetragen hatte, an Relevanz stark ein. Das Thema beschäftigte in der Folge eher Philosophen und Wissenschaftstheoretiker als die Naturwissenschaftler.

Die Rationalitätskrise der 1960er Jahre

Die 1960er Jahre brachten u.a. mit Thomas S. Kuhns Theorie des naturwissenschaftlichen Paradigmenwechsels, also des Werdens und Vergehens von Theorien, eine Rationalitätskrise nicht nur der Naturwissenschaften, sondern erschütterten ganz allgemein den Glauben, dass wissenschaftliche Wahrheit das Resultat eines vernünftigen Diskurses sei. Obwohl nur ein Jahr vor Veröffentlichung von Kuhns Buch Ernest Nagel, der Vertreter eines radikalen physikalischen Reduktionismus, noch von einer stabilen Struktur und kontinuierlichen Entwicklung von Theorien und Erkenntnissen gesprochen hatte, erschien die Vision einer kumulativen menschlichen Einsicht in die Gesetze der Natur und ihrer ganzheitlichen Zusammenschau durch den zu beobachtenden ständigen Wechsel von Forschungsparadigmen gescheitert zu sein. So bestreitet Kuhn nicht, dass die Newtonsche Theorie mehr Phänomene erklären könne als die Aristotelische, und die Theorie Einsteins wiederum mehr als die Newtons, doch er weist die Annahme einer linear-approximativen Annäherung an die Wahrheit, sie sie auch von Karl Popper postuliert wird, zurück: Im Hinblick auf gewisse Aspekte seiner Theorie stehe Einstein Aristoteles näher als Newton.

Damit setzte sich eine Variante des Konventionalismus durch, die zwischen einer Kerntheorie und einem System von sie absichernden Aussagen an ihrer Peripherie unterscheidet. Dass es eine „Stufenskala der Festigkeit“ von Theorien gibt, war bereits im frühen 20. Jahrhunderts erkannt worden. Wahl und Aufbau der Kerntheorie sind also letzten Endes eine Frage der Übereinkunft. Selten wird eine Theorie insgesamt falsifiziert: Im Falle von Schwierigkeiten bei der Erklärung der Realität oder innertheoretischen Widersprüchen wird möglichst nur die Peripherie angepasst und man versucht den Kern so lange stabil zu halten wie möglich. Mit dieser Vorgehensweise wird recht präzise die Geschichte der Verteidigung des Ptolemäischen Systems gegen das heliozentrische Weltbild im Mittelalter bis zu seinem Zusammenbruch in der frühen Neuzeit beschrieben. Dahinter steht die Vorstellung, dass auch falsche Annahmen realitätsadäquate Folgerungen nach sich ziehen und ein großes prognostisches Potenzial haben können. Paul Feyerabend postuliert sogar, dass wissenschaftliche Durchbrüche vor allem durch Verletzung der methodischen Regeln erreicht werden. Diese Theoriestränge führen jedoch weg von einer Theorie der Natur und zurück zur Erkenntnistheorie bzw. hin zu einer Wissenschaftssoziologie.

Unabhängig von den Bemühungen der theoretischen und Experimentalphysiker um Integration ihrer Befunde, teils auch in kritischer Wendung gegen eine kostspielige Artefaktproduktion oder gegen eine als reduktionistisch empfundene theory of everything gelangen in anderen Wissenschaftsdisziplinen immer wieder Systematisierungs- und Theoretisierungsversuche in Bezug auf Querschnittsthemen, die die traditionelle Wissenschaftssystematik und sogar die Abgrenzung der Natur- von den Sozialwissenschaften in Frage stellten: so mit der Kybernetik, den evolutionstheoretisch beeinflussten, aber anti-darwinistischen bottom-up-Theorien der Selbstorganisation und Emergenz lebender und komplexer Systeme (Robert B. Laughlin, Ludwig von Bertalanffy, Gilbert Simondon, Francisco Varela, Per Bak), der Chaostheorie, der Ökosystemtheorie oder der Theorie des Universums als eines zellulären Automaten, womit die Simulation des Urknalls und der daraus folgenden komplexen interagierenden Muster möglich ist;

Insbesondere die Systemtheorie stellte den Dualismus von Beobachter und beobachtetem Objekt, von Materie und Geist sowie die atomistische Stückelung der Welt in Frage; es gibt nur relativ autonome Systeme im Web of Life; und ähnlich wie Schelling betont Francisco Varela die eigenschöpferische Potenz der Natur. Doch handelt es sich bislang dabei eher um eine hochabstrakte Beschreibungssprache. Ein ganzheitlicher Begriff von Natur ließ sich damit nicht wieder gewinnen.

Die erneute Suche nach einer physikalisch fundierten allgemeinen Naturtheorie

Das ungeklärte Verhältnis der Relativitätstheorie Einsteins und der Quantentheorie Max Plancks gab im 20. Jahrhundert neuen Anlass zum Versuch der Formulierung von Naturtheorien, die die physikalische Forschung wieder auf eine Einheit der Natur hinlenken sollten, wie es Carl Friedrich von Weizsäcker forderte. So blieb die Suche nach einer Universaltheorie letztlich ein Spezialgebiet der Physiker. Zwar verband die Quantenfeldtheorie die Spezielle Relativitätstheorie erfolgreich mit der Quantenmechanik und vereinte damit die Theorien der Felder und Teilchen. Doch Paul Diracs Hoffnung, dass auf der Grundlage seiner Dirac-Gleichung eine Universaltheorie entstehen könne, erwies sich in den 1930er Jahren als unbegründet.

Weitgehend unbeantwortet blieben auch die Fragen nach Wesen und Geltung stochastischer Regularitäten in der Kosmologie, biologischen Evolution oder Quantenwelt wie auch nach dem Ursprung der Naturkonstanten. Weizsäcker schlug im Anschluss an Kant als Lösung eine sog. abstrakte Quantentheorie vor, die im Wesentlichen auf den Begriffen der Zeit und der logischen Ur-Alternative (also der binären Entscheidung) basierte, wegen ihrer Abstraktheit jedoch nicht vollständig ausformuliert werden konnte. Die binäre Logik und das Phänomen der Quantenverschränkung mit entgegengesetzt-reziproken Polaritäten oder Energien bilden auch die Grundlage für Versuche, das Problem der Kausalität zu verstehen. Oft gibt man sich heute mit abgeschwächten Varianten bzw. mit einer „antirealistischen“ Interpretation des Kausalprinzips zufrieden; d. h. man versteht es nicht als ontologische oder gar deterministische Aussage, sondern als nützliche forschungsleitende methodologische Norm.

Weiterhin stellt sich die Frage, ob ein Metagesetz existiert, das die zeitliche Entwicklung der Naturgesetze und damit auch der Naturkonstanten vorgibt.

Auch die von Erwin Schrödinger initiierten, zunächst erfolglosen Versuche zur Formulierung einer einheitlichen Feldtheorie, die alle Materie- und Kraftfelder des Universums zusammenfasst, dauerten an. Werner Heisenberg arbeitete in den 1950er Jahren noch einmal erfolglos an der Etablierung einer Weltformel, einer theory of everything, die die vier Grundkräfte - Gravitation, Elektromagnetismus sowie die schwache und die starke Wechselwirkung im Atomkern - zusammenfassen sollte. John Ellis und andere Wissenschaftler vom CERN prägten 1978 den Begriff der Grand Unified Theory (GUT), einer Vereinheitlichung dieser Kräfte, für die es inzwischen eine sich ständig vermehrende Anzahl von Theorien gibt. Auch wenn das Standardmodell der Elementarteilchenphysik durch die Auffindung des Higgs-Bosons mit Hilfe des Large Hadron Colliders am CERN bestätigt wurde und damit die Vereinigung von elektromagnetischer und schwacher Wechselwirkung nähergerückt ist, wäre eine GUT derart abstrakt, dass sie sich nicht mehr als System erfahrungsbasierter Aussagen über eine äußere, nicht vom Menschen gemachte Natur interpretieren ließe. Die oft geforderte, aber im Standardmodell der Elementarteilchenphysik nicht zu realisierende „Natürlichkeit“ (naturalness) des Verhältnisses physikalischer Konstanten zueinander ließ sich freilich bisher nicht herstellen. Naturalness ist offenbar eher ein ästhetisches als ein physikalisches Kriterium.

Das MAGIC-Teleskop I auf La Palma zur Messung der Tscherenkow-Strahlung bei Nacht (2004)

Kaum anschaulicher ist die String-Theorie, deren Vertreter seit etwa 30 Jahren ebenfalls den Anspruch auf eine „allumfassende Theorie der Natur“ erheben. Andere Kandidaten für eine Vereinheitlichung von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie sind die Theorie der Schleifenquantengravitation und die M-Theorie, die ebenfalls eine Quantisierung der Raumzeit implizieren. In diesem Fall müssten die Wege, die die Photonen nehmen, bei großen Entfernungen unterschiedlich verlaufen. Das könnte eventuell mit Teleskopen nachgewiesen werden, die die Tscherenkow-Strahlung messen.

Teilchenbeschleuniger (Zyklotron) in Berkeley, 1939

Naturerkenntnis und Artefaktproduktion

Mehr noch als der Mathematik und der Astrophysik wird der experimentellen Elementarteilchenphysik eine Schlüsselrolle für die Entwicklung eines umfassenden Modells zur Erklärung aller Wechselwirkungen der Natur zugeschrieben. Seit 1912 die ersten Teilchenspuren mit Hilfe der Nebelkammer nachgewiesen wurden, begann eine beispiellose Jagd auf Elementarteilchen, die zur Entwicklung einer immer aufwändigeren technischen Infrastruktur (Technoscience) z.B. in Form von Teilchenbeschleunigern führte. Schon 1937 wurde mit dem Technetium das erste künstliche Element hergestellt, das allerdings auch in der Natur vorkommt. Bis 2016 wurden weitere 25 künstliche Elemente (die Transurane) produziert, die so instabil sind, dass sie in der Natur nicht vorkommen, auch wenn es sie bei Bildung des Sonnensystems vielleicht einmal gegeben hat. Die Entwicklung erreichte mit dem Large Hadron Collider mit seinem 27 Kilometer langen Ringtunnel aus supraleitenden Magneten ihre bisher größte Ausprägung. Der Artefaktcharakter der mit dieser Technik erzielten extrem kurzlebigen Befunde tritt dabei immer deutlicher hervor, wobei die Schwierigkeiten ihrer Interpretation wachsen. Die durch Teilchenbeschleuniger produzierten, verwirrend zahlreichen Materiezustände werden in der Sprache der Descarteschen Substanzmetaphysik nach wie vor reifizierend als Elementarteilchen bezeichnet. Dadurch wird verschleiert, dass die Bedeutungen all dessen, was heute „Teilchen“ genannt wird, nur lose zusammenhängen. Es ist freilich prestigeträchtiger, ein „Teilchen“ entdeckt zu haben als einen kurzlebigen Anregungzustand der Materie zu produzieren.

Allerdings gibt es Kritiker der realistischen Deutung von Gesetzen, die stattdessen einen Entitätsrealismus wie Ian Hacking vertreten. Für ihn haben die Teilchen aufgehört, Hypothesen darzustellen, sobald man mit ihnen zielgerichtete Effekte bewirken bzw. sie als Werkzeug verwenden kann. Wichtiger als die Überprüfung ihres ontologischen Status sei ihre erfolgreiche Handhabung im Experiment. Die seit Heisenbergs Entdeckung der Unschärferelation infrage gestellte Trennung des Beobachters von der beobachteten Natur, die durch den Beobachtungsvorgang eine Veränderung erfährt, erhält somit durch die Erkenntnisse der Teilchenphysik eine ganz neue Dimension.

Auch für die Synthetische Biologie gilt, dass die mit ihren Mitteln gewonnenen, zu realen Entitäten hypostasierten „Kunstprodukte“ immer auch Artefakte,, also nicht nur zweckfreie Naturphänomene, sondern primär Ergebnisse menschlicher Intention, d.h. „creations of the mind“ sind, die aber den Pfad der weiteren Forschung bestimmen.

Virtualisierung der Realität und Rückkehr der Metaphysik

Die im Experiment nachgewiesene Verletzung der Bellschen Ungleichung führte seit den 1960er Jahren zur Akzeptanz der Annahme, dass die Wellenfunktion nur die Wahrscheinlichkeit der Messwerte festlegt, nicht aber, welcher Messwert in jedem Einzelfall auftritt. Damit war Einsteins Annahme verborgener Variablen, die eine deterministische Lösung hätte retten können, widerlegt. Eine Messung liest nicht ab. sondern stellt erst her, was vorher nicht feststand. Dadurch fand die experimentelle Physik auch großes Interesse bei Philosophen. Der Physiker und Philosoph Abner Shimony spricht in diesem Zusammenhang von experimenteller Metaphysik: Es gibt keine objektive lokale Realität. Doch Nichtvorhersagbarkeit muss nicht Indetermininismus implizieren. Die Schwierigkeiten dieser „orthodoxen“ Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik, die die Messgeräte als klassische, nicht quantenmechanische beschreibbare Geräte ansieht, waren ein wesentliches Motiv für die Entwicklung von Alternativinterpretationen, die sich insbesondere auf das Messproblem konzentrierten.

Problematisch wurde auch das Verhältnis zwischen „Welt“ und „Information“. Ging man seit der frühen Aufklärung vom Primat der äußeren, sichtbaren Welt aus, aus der heraus z. B. durch Laborversuche Informationen erzeugt wurden, stellt der Virtualismus von John A. Wheeler dieses Verhältnis auf den Kopf: Die Information basiere nicht auf physikalischen Grundlagen, sondern die sichtbare äußere Umwelt gehe aus der Unsicherheit der Quantenwelt hervor (It from bit); das Problem bestehe in der Beschreibung der Grenze und des Übergangs zwischen beiden Bereichen. So sind die massetragenden Elementarteilchen durch informationstragende „Botenteilchen“ – Gluonen und Photonen – oder durch alles durchdringende Felder und ihre Zugwirkungen verknüpft. Diese Informationen müssen erkannt und „intelligent“ verwendet werden, wodurch erst sinnvolle Formen und Strukturen entstehen.

Physikalische Simulation mit Hilfe der Physik-Engine Box2d, die auch für Computerspiele genutzt wird

Nimmt man dazu die Feststellung Weizsäckers und anderer Quantenphysiker, dass alles, was sich durch Experimente auf subatomarer Ebene ereignet, nur durch den Einfluss des subjektiven Bewusstsein geschieht und somit das Beobachtete von der Auswahl der Fragestellung bis zur Interpretation der Artefakte von den Zielen und der Sprache des Beobachters geformt wird, so wird deutlich, dass die Quantenphysik an traditionelle metaphysische Fragestellungen anschließt und die im antiken Atomismus angelegte, seit dem 17. Jahrhundert zunehmend verfestigte Trennung von Materie und geistigen Prozessen infrage stellt, wie das schon Alfred North Whitehead 1925 tat: Was die Physiker für ausdauernde Materie halten, sei in Wirklichkeit eine Folge von Ereignissen. Für Heisenberg war die Elementarteilchenphysik am ehesten mit der Philosophie Platos vergleichbar, denn moderne „Teilchen“ sind nur Darstellungen von Symmetriegruppen, die insofern den Körpern der platonischen Lehre gleichen.

• Siehe auch: Digitale Physik

Naturtheorien in Sozialwissenschaften und Ökologie

Die Kritische Theorie, vor allem in Gestalt ihres Mitbegründers Herbert Marcuse, befasste sich seit den 1950er Jahren mit den Herrschaftsimplikationen der Naturwissenschaften. Marcuse postulierte, dass bereits die kognitive Struktur der experimentellen Wissenschaften nicht nur auf die fortschreitende Naturbeherrschung, sondern auch auf die Erhöhung der Wirksamkeit der Herrschaft des Menschen über den Menschen ausgerichtet sei. Er forderte eine andere Naturwissenschaft und eine neue, nicht-ausbeuterische Haltung gegenüber der Natur, eine „erotische“ Einstellung ihr gegenüber. Auch die Vertreter einer Kritischen Evolutionstheorie versuchten den altdarwinistischen Evolutionsgedanken im Rahmen einer Naturtheorie zu modernisieren. Joachim Radkau widmete sich erstmals umfassend der Umweltgeschichte, also den menschlichen Eingriffen in die Natur und ihren Rückwirkungen.

Die Idee einer „alternativen Naturwissenschaft“ beeinflusste mit gewisser Verzögerung auch die Ökologiebewegung und selbst die marxistische Diskussion. Jürgen Habermas wiederum geht es primär um den Aspekt einer „Moralisierung“ der menschlichen Natur und u. a. um das Recht auf ein natürliches genetisches Erbe, in das nicht künstlich eingegriffen werden soll.

Gentechnik und Artificial Life-Forschung, die Sozionik und andere Entwicklungen liefern derzeit Anlass, weiter über den laufenden Prozess der „Denaturalisierung“ in der „Technokultur“ wie auch über den der „Naturalisierung der Gesellschaft“ nachzudenken. Allerdings wird der Begriff der Naturalisierung von den Sozialwissenschaften in Formeln wie „Naturalisierung der sozialen Ungleichheit“, der sozialen Differenzierung oder des Geschlechts meist metaphorisch-ideologiekritisch und nicht im Kontext einer Naturtheorie benutzt; er meint dann: „(scheinbar) von Geburt an“ oder „nicht (nur) in Naturkategorien denken“. Das Thema der „Sozialisierung der Natur“ wird vorwiegend durch Einzelstudien zu den Grundlagen von Kultur und Technik im Biotischen angesprochen. Doch führt die Zunahme des naturwissenschaftlich-technischen Funktionswissens indiesem Bereich auch zu einer Zunahme der mit Blick auf kulturelle Leitbilder zu treffenden Entscheidungen.

Die fortschreitende Subjektivierung der Erkenntnis durch die Theoretiker der Postmoderne führte zur Negierung des „Außen“ und damit der Natur insgesamt. Donna Haraway kritisiert den daraus resultierenden Anthropozentrismus der naturwissenschaftlichen Erkenntnisprozesse. In seinen wegweisenden Arbeiten, die an der Schnittstelle zwischen Technik- und Sozialtheorie angesiedelt sind, setzt sich Bruno Latour sowohl vom Naturbegriff als auch vom Begriff des Naturgesetzes ab, bei dem es sich immer um eine soziale Konstruktion handle. Natur und Gesellschaft sind zu hybriden Quasi-Objekten verflochten, die heute sowohl stark vermehrt als auch zugleich verleugnet werden (z.B. das Ozonloch). Damit knüpft er implizit an den Versuch Friedrich Engels' an, eine Brücke zwischen Sozialgeschichte und Naturtheorie mittels abstrakter Modellbildung (der von Engels so genannten Dialektik der Natur) zu schlagen.

So kommt es zu einem postmodernen Bedeutungsverlust der Naturtheorien und der Naturphilosophie, deren Fragestellungen zum Teil von Kultur- und Technikwissenschaften weiter bearbeitet werden. Dafür wird in der ökologischen Forschung die seit den Physiokraten vernachlässigte Frage nach den inhärenten Werten oder dem Wert der Natur erneut aufgeworfen. Auch bei der Gaia-Hypothese und ähnlichen Superorganismus-Theorien handelt es sich um allerdings vielfach kritisierte Versuche, einen neuen holistischen naturtheoretischen Denkansatz zum Verständnis des Verhältnisse von Leben und anorganischer Welt zu formulieren. Empirisch fundierter scheinen hingegen die Versuche zur Entwicklung einer Theorie der konstitutiven Rolle von Diversität in der Natur zu sein.

Literatur

Allgemeines

• Naturphilosophie. In: Joachim Ritter, Karlfried Gründer (Hrsg.): Historisches Wörterbuch der Philosophie. Bd. 6, Basel 1984.
• Klaus Mainzer: Symmetrien der Natur: ein Handbuch zur Natur- und Wissenschaftsphilosophie. Berlin 1988.
• Klaus Mainzer: Materie: Von der Urmaterie zum Leben. München 1996.
• Lars Weber: Die Naturwissenschaft: Eine Biographie. Berlin, Heidelberg 2014.

Aspekte

• Karim Akerma: Der Gewinn des Symbolischen. Zur Ableitung von Naturtheorie aus dem gesellschaftlichen Sein in der Tradition kritischer Theorie seit Marx, Lit Verlag, Hamburg 1992. ISBN 978-3-89473-251-6.
• Max Jammer: Das Problem des Raumes. Darmstadt 1960.
• Joachim Klowski: Der historische Ursprung des Kausalprinzips, in: Archiv für Geschichte der Philosophie 48 (1966), S. 225-267.
• Martin Kober: Die Konstituierung der Raum-Zeit in einer einheitlichen Naturtheorie. Saarbrücken 2011.
• Wolfgang Lefèvre: Naturtheorie und Produktionsweise: Probleme einer materialistischen Wissenschaftsgeschichtsschreibung. Eine Studie zur Genese der neuzeitlichen Naturwissenschaft. Darmstadt 1978. (Zur Entstehung der Einzelwissenschaften vom 13. bis zum 17. Jahrhundert.)
• Rolf Löther: Zur Einheit von Naturtheorie und Kulturtheorie, in: Zeitschrift für Wissenschaftsforschung, 3:1986, S. 59–67.
• Rolf Peter Sieferle: Bevölkerungswachstum und Naturhaushalt. Studien zur Naturtheorie der klassischen Ökonomie, Suhrkamp, Frankfurt am Main 1990. ISBN 3-518-58070-1.
• Ursula Winter: Leibniz und die Naturtheorien der französischen Aufklärung. Die Rezeption der Begriffe von Monas und Körper, Einheit und Aggregat im Naturdiskurs der Encyclopédie, in: Herbert Breger; Jürgen Herbst; Sven Erdner (Hrsg.): Einheit in der Vielheit, Nachtragsband zum VIII. Internationalen Leibniz-Kongress. Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Gesellschaft, Hannover 2006, S. 235–243. ISBN 3-9808-1671-0.
• Wen-Ran Zheng: A Unifying Theory of Nature, Agents and Causality with Applications in Quantum Computing, Cognitive Informatics and Life Sciences. New York 2011. ISBN 978-1-6096-0526-1.

Siehe auch

• Natur
• Geschichte der Naturwissenschaften