Philipp Ball | Experimente: Versuch und Irrtum in der Wissenschaft

Experimente stehen im Zentrum der Wissenschaft, das experimentelle Labor ist der Schmelzofen, in dem neues Verständnis entsteht“. Der für seine naturwissenschaftlichen Sachbücher mehrfach ausgezeichnete britische Chemiker, Physiker und Wissenschaftsjournalist Philip Ball widmet sein neuestes Buch der Aufgabe, die Bedeutung von Experimenten als Basis wissenschaftlicher Methodik und als Grundlage, Theorien voranzubringen und neues Wissen über die Welt zu erfassen, umfassend aus mehreren Blickwinkeln zu beschreiben. Mit auch für Laien gut verständlichen Texten sowie sehr aufwändig gestalteten Reproduktionen von Bildern und Grafiken, ergänzt mit Kurzbiografien der handelnden Personen, bietet das Buch Grundlagen- und weiterführendes Wissen zu den Entdeckungen der Naturwissenschaften.

Der Inhalt des Buches gliedert sich in 6 Hauptkapitel, in denen prägende Erkenntnisse und Ergebnisse experimenteller Forschung aus den letzten 500 Jahren in Form von Fragen vorgestellt werden:

• Wie funktioniert die Welt?
• Was lässt Dinge geschehen?
• Woraus besteht die Welt?
• Was ist Licht?
• Was ist Leben?
• Wie verhalten sich Lebewesen?

Diesen Hauptkapiteln werden in zahlreichen Unterkapiteln weitere Fragen nachgestellt, die mit einschlägigen, ausführlich erläuterten, Experimenten beantwortet werden. Zusätzlich eingefügte „Intermezzi“ (Was ist ein Experiment, Der Einfluss neuer Techniken, Was ist ein schönes Experiment, Die Kunst der wissenschaftlichen Instrumentierung, Gedankenexperimente) beleuchten grundsätzliche Fragen der Experimentierens und Forschens mit vertiefenden Ausführungen zu deren theoretischen und philosophischen Grundlagen.

Am Beispiel des Hauptkapitels „Wie funktioniert die Welt?“ sei die Vorgangsweise des Autors dargestellt. Es gliedert sich in 6 Unterkapitel

• Bestimmung des Erdumfangs (3. Jahrhundert v. Chr.):
  Frage: Wie groß ist der Radius der Erde?

Antwort: Messung durch Eratosthenes (Kurzbiografie) mit einem Schattenanzeiger, der in einer Bronzeschüssel stand.

• Direkter Nachweis der Erdrotation (1851):
  Frage: Lässt sich die Erdrotation durch die Art demonstrieren, wie sich Objekte bewegen?
  Antwort: Foucaultsches Pendel (Foto, Grafik und Kurzbiografie Leon Foucault)
  
• Versuch eines Äther Nachweises (1887):
  Frage: Lässt sich die relative Erdbewegung im Äther nachweisen?
  Antwort: Verneinung eines Lichtäthers mit Beschreibung der Versuche von Albert Michelson und Edward Morley (Kurzbiografien und Foto des Versuchsaufbaues).
  
• Überprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie (1919/1959):
  Frage: Ist Einsteins allgemeine Relativitätstheorie korrekt?
  Antwort: Ausführliche Begründung der Fragestellung und positive Antwort mit Fotos des Versuchsaufbaues und der Kurzbiografie von Arthur Eddington.
  
  Einschub Intermezzo: Was ist ein Experiment (ein gutes Experiment)?
  Beschreibung der technischen Voraussetzungen und wissenschaftlichen Methode (Karl Popper, John Dewey, Paul Feyerabend) im Hinblick auf Fragestellungen und korrekte Bewertungen.
  
• Die Paritätsverletzung (1956):
  Frage: Unterscheidet die Natur zwischen links und rechts?
  Antwort: Ja, mit Beschreibung (und Fotos) der durchgeführten Experimente (Kurzbiografie Chien-Shiung Wu).
  
• Die Entdeckung der Gravitationswellen (2015):
  Frage: Gibt es Gravitationswellen tatsächlich?
  Antwort: Ja, mit ausführlicher Darlegung der Vorhersage (Einstein) und Beschreibung der Experimente (Fotos, Grafik und Kurzbiografien von Rainer Weiss, Barry Barish und Kip Thorne).

Jedes Hauptkapitel des Buches bildet ein in sich abgeschlossenes Werk und würde verdienen, extra vorgestellt zu werden. Um den Umfang dieser Besprechung nicht zu sprengen, seien nur noch Kapitel 5, „Was ist Leben?“ und Kapitel 6, „Wie verhalten sich Lebewesen?“, näher beleuchtet:

Ausgehend von der Beobachtung von Mikroben unter dem Mikroskop in den 1670er Jahren (Antoni van Leeuwenhoek) werden die Anfänge der biologischen und physiologischen Forschung bis zum heutigen Erkenntnisstand dargelegt und anhand verschiedener Fragen beantwortet. Welche Rolle spielt z.B. Elektrizität für das Leben (Luigi Galvani), welche chemischen Prozesse laufen bei der Atmung ab, was bringt Eizellen dazu, sich zu entwickeln, welche biologischen Gesetze steuern die Vererbung (Gregor Mendel, Hilde Mangold), kann Leben spontan in lebloser Materie entstehen (Verneinung durch Francesco Redi)? Die Zufälligkeit genetischer Mutationen, DNA als Genmaterial, der genetische Code sowie „Organisatoren, die die Entwicklung steuern“ bilden weitere Abhandlungen bis hin zum „Klonschaf Dolly“ und „dem ersten synthetischen Organismus“ (2010 Craig Venter).

Unter „Wie verhalten sich Lebewesen?“ werden neben dem großen Thema Evolution (John Walsh, Charles Darwin) Fragen u.a. zur „Verhaltenskonditionierung als Fenster zum Geist“, „Wie sieht die innere Welt von Tieren aus?“, „Sind Verhaltensweisen erlernt oder instinktiv?“, „Haben Vögel eine Vorstellung von Vergangenheit und Zukunft?“ aufgeworfen (Iwan Pawlow, Nikolaas Tinbergen, Karl von Frisch, Nicola Clayton) und anhand einschlägiger Experimente beantwortet.

„Experimente“ bildet ein sachkundig verfasstes, viele Themen umfassendes Werk der Wissenschaftsgeschichte und experimentellen Forschung. Anhand von 60 wegweisenden Experimenten bietet der Autor tiefe Einblicke in die Arbeit von Experimentatoren und spart dabei auch Irrwege nicht aus. „Handwerkliche Arbeit wurde in der Wissenschaftsgeschichte lange vernachlässigt“ – diesem Versäumnis schafft das Buch Abhilfe; als spannend informativer Lesestoff und gleichzeitiges Nachschlagewerk kann es uneingeschränkt empfohlen werden.

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