mini|hochkant=1.3|Flammarions Holzstich (1888): Der Mensch erblickt das neue Weltbild jenseits der Himmelssphären
Die Geschichte der Naturwissenschaften umfasst die Entwicklung der empirischen und systematischen Erforschung der Natur von der Frühgeschichte bis zur Gegenwart. Zu ihr gehört auch das gesellschaftliche Umfeld, in dem Wissenschaft praktiziert wurde, der Transfer von Wissen in andere Kontexte und ihre Wirkung auf die Gesellschaft.
Das menschliche Erkennen der Natur führte oft zu einem Verwenden der Natur (Naturbeherrschung). Das Potential dazu nahm im Laufe der Geschichte stark zu – somit verstärkte sich auch die Einschätzung eines Fortschrittes in der Naturerkenntnis. Aus einem solchen Erfolgsbewusstsein heraus wird Geschichte geschrieben; historische Reflexion ist somit an sich schon ein Indiz für das Bewusstsein, auf dem betreffenden Gebiet viel erreicht zu haben. Die dementsprechende Darstellung konzentrierte sich auf richtig/falsch/erster – d. h. welche Sichtweise war richtig oder falsch (jeweils aus heutiger Einschätzung), wer erkannte etwas schon oder noch nicht, und vor allem: Wer war der erste (Priorität). Eine solche geradlinige Darstellung wird heute als zu vereinfachend kritisiert.
Im Rahmen der Wissenschaftsgeschichte bedeutet Entdecken ein Vermitteln: Der Entdecker erfasst das Neue an dem von ihm Beobachteten oder theoretisch Erschlossenen, und er veröffentlicht das von ihm Erkannte, macht es somit der Mitwelt zugänglich. So gilt z. B. für Europäer nicht der erste Mensch, der vor Jahrtausenden Amerika betrat, als Entdecker Amerikas, sondern derjenige, durch den die Existenz Amerikas den Europäern bekannt wurde.Zur Bedeutung der Kommunikation siehe Franz Stuhlhofer: Lohn und Strafe in der Wissenschaft. Naturforscher im Urteil der Geschichte. Böhlau, Wien 1987, Kap. II,2 und III,4.
Forschungsfeld und Abgrenzung Mit Geschichte der Naturwissenschaften wird oft auch die Erforschung dieser Geschichte bezeichnet – gemäß der Doppelbedeutung des Wortes „Geschichte“. Zur Erforschung und Darstellung der Geschichte der Naturwissenschaften sowie der anderen Wissenschaften → siehe den Hauptartikel Wissenschaftsgeschichte. Dieser Artikel hier behandelt das Geschehen selbst.
Genauere Angaben zur Geschichte der Astronomie, Geschichte der Physik usw. siehe die betreffenden Artikel – sowie überhaupt die Artikel zu den einzelnen Naturforschern. In diesem Überblicksartikel hier geht es also nicht um viele – ohnehin an den genannten Orten nachzulesende – Einzelheiten, sondern um Querverbindungen und allgemeine Einsichten.
Die Geschichte der Naturwissenschaften hat zahlreiche Berührungen zur Geschichte der Mathematik, der Medizin und der Technik. Diese Disziplinen werden aber auseinandergehalten. Mathematik kann in allen wissenschaftlichen Disziplinen angewandt werden, ist aber eine „reine“ Wissenschaft. Zur Geschichte der Medizin und Geschichte der Ingenieurwissenschaften gehört nicht nur wissenschaftliche Forschung, sondern auch deren praktische Anwendung. Schon deshalb ist eine getrennte Behandlung naheliegend.
Naturwissenschaften im Altertum mini|Sonnenaufgang über Stonehenge zur Sommersonnenwende 2005. Die Anordnung der Steine belegt genaue Kenntnisse wichtiger astronomischer Positionen seitens der Erbauer.
Schon früh entdeckten Menschen einfache Gesetzmäßigkeiten in Naturvorgängen wie den Wechsel der Jahreszeiten oder die periodischen Bewegungen der Himmelskörper. Eine recht genaue Bestimmung der Sonnen- und Sternpositionen sowie der Mondphasen belegen viele der sogenannten Kalenderbauten, wie etwa Kreisgrabenanlagen, Sonnentempel und zahlreiche Megalithanlagen. So wurden beispielsweise die Tore von Kreisgrabenanlagen an der exakten Position ausgerichtet, die der Sonnenaufgang der Wintersonnenwende von der Mitte der Anlage markiert. Wichtige Daten wie Neumonde, Tag-und-Nacht-Gleiche sowie die Winter- und Sommersonnenwende wurden erfasst und hatten in vielen Frühkulturen kultische Bedeutung. Die Entwicklung verschiedener Kalendersysteme durch astronomische Beobachtung kann als eine der ersten und wichtigsten wissenschaftlichen Errungenschaften früher Zivilisation eingeordnet werden.
Mesopotamien und Ägypten Ein nachhaltig effektiver Ackerbau wurde besonders in Flussregionen des Orients möglich, weshalb sich aus Siedlergemeinschaften größere Städte bildeten. Mit einer beruflichen Differenzierung entstand ein von Priestern und Beamten geführter Verwaltungsapparat, der für die Organisation von Aufgaben Schriftsysteme entwickelte. Diese waren jedoch recht komplex und bestanden aus Tausenden von Zeichen, sodass nur die Elite lesen und schreiben lernen konnte.
mini|Babylonische Keilschrifttafel YBC 7289 mit einer sexagesimalen Näherung für die Länge der Diagonalen eines Quadrats.
Von großer Bedeutung waren die Entwürfe verschiedener Zahlensysteme und Einheiten, um Gewichte, Entfernungen, Winkel, Zeiten, Geldmengen und andere Größen zu beschreiben. Die Sumerer und Babylonier benutzten das sogenannte Sexagesimalsystem mit der Basiszahl 60, weil diese viele ganze Teiler hat. So wurde schon damals eine Stunde in 60 Minuten zerlegt. Für die Berechnung von Flächeninhalten (wie etwa Felder) und Rauminhalten verwendeten sie Multiplikationstabellen. Des Weiteren beherrschten sie einfache Bruchrechnungen und lösten quadratische und kubische Gleichungen mit Hilfe von Wurzeltafeln.Stephen Mason: Geschichte der Naturwissenschaft in der Entwicklung ihrer Denkweisen. GTN, 3. Aufl. 1997, S. 20 Für die zeitliche Orientierung verwendeten sie den Mondkalender. Seit etwa 700 v. Chr. führten die Babylonier systematisch genaue Beobachtungen der bekannten Planeten durch und erfassten ihre Positionen relativ zu den Fixsternen algebraisch. Jedoch entwickelten sie aus ihren Daten keine geometrische Vorstellung eines Weltsystems, sondern dachten sich die Erde als eine von Wasser umgebene Scheibe, die von einer Himmels-Halbkugel überwölbt ist.Mason: Geschichte, S. 23f
Die Ägypter waren in den Bereichen Astronomie und Mathematik nicht so weit fortgeschritten wie die Babylonier, waren ihnen aber im Bereich der Medizin überlegen. Durch die Abzählung der Tage zwischen den alljährlichen Nilüberschwemmungen und deren Mittelung im Laufe der Jahre ergab das Sonnenjahr in ihrem Kalender 365 Tage. Sie stellten sich die Welt quaderförmig vor, deren flacher oder etwas gewölbter Himmel von vier Bergspitzen an den Ecken des Festlands gehalten wurde. Im Bereich der Medizin wurde die Krankheit für einen dämonischen Geist gehalten, den es durch Verabreichung von Arzneimitteln zu vertreiben galt. Trotz dieser mythischen Vorstellungen gab es um die Zeit 1600 v. Chr. schon die Beschreibung von etwa 47 Krankheiten mit ihren Symptomen, Diagnose- und Therapiemöglichkeiten.Mason: Geschichte, S. 27f.
In Babylon und Ägypten nahmen die Priester, die gleichzeitig auch Beamte waren, naturwissenschaftliche Aufgaben wahr und hielten ihre Erkenntnisse vor allem in den Bereichen Astronomie, Mathematik und Medizin schriftlich fest. Jedoch entstand in der gelehrten Tradition im Laufe der Jahrhunderte die Neigung, sich auf die Aneignung und Deutung dieser alten Schriften zu beschränken und auf mögliche Fortschritte zu verzichten. Zur Tradition des Handwerks (z. B. im Bereich Metallerzeugung) bestand eine tiefe Kluft, sodass die Chance einer gegenseitigen Befruchtung vertan wurde. Die Handwerker gaben ihre Fertigkeiten durch Vorzeigen und mündliches Erklären weiter.Zur Kluft zwischen Gelehrten und Handwerkern siehe Mason: Geschichte, S. 28f.
Im 2. Jahrtausend v. Chr. kam es neben den beiden Hochkulturen der Ägypter und Babylonier zu zwei sehr wichtigen Neuerungen: der Alphabetschrift und der Eisenverarbeitung. Wahrscheinlich waren es die Phönizier, die als erste eine Schrift mit etwa nur 30 Zeichen, basierend auf Lauten der Aussprache, entwickelten. Dadurch konnten auch Menschen außerhalb der elitären Klassen das Lesen und Schreiben lernen. Gleichzeitig verbreitete sich das in Kleinasien entwickelte Verfahren zum Schmelzen von Eisenerz in dem Vorderen Orient und dem Mittelmeerraum. Das Ende der Bronzezeit war gekommen. Völker, die Seehandel praktizierten, profitierten von der Eisenerzeugung und gingen auf diese Weise von der Steinzeit direkt in die Eisenzeit über.Zum Übergang zur Eisenzeit siehe Mason: Geschichte, S. 29–31.
Griechische Kultur Die griechische Kultur profitierte durch den Seehandel von einem regen Austausch an Wissen zwischen den umliegenden Zivilisationen. Das von anderen Völkern übernommene Wissen und eigene Naturbeobachtungen wurden zuerst zwar vorwiegend mythologisch gedeutet, jedoch entstand im Laufe der Jahrhunderte in der Naturphilosophie eine Orientierung an der Mathematik. Man versuchte zuerst hauptsächlich Aussagen über das „Wesen“ der Natur und das dynamische Prinzip allen Wirkens zu treffen und dessen Ursprung (arché) oder Urstoff zu finden. Anaximenes vermutete beispielsweise die Luft als Ursubstanz und argumentierte, dass alle anderen Stoffe verschiedene Erscheinungsformen der selbigen seien. Durch Verdichtung der Luft entstehen Wind, Wolken, daraus Wasser und bei noch stärkerer Kompression Erde und Stein.Mason: Geschichte, S. 33. So soll jede beobachtete Einzelsubstanz als eine Art Aggregatzustand des einen Urstoffs erklärt werden (materialer Monismus). Ein weiteres Beispiel ist die Vier-Elemente-Lehre von Empedokles, der dynamische Prozesse zwischen den vier „Elementen“ Feuer, Luft, Wasser und Erde beschreibt, aus denen die ganze wahrnehmbare Welt zusammengesetzt sei. Entscheidend ist dabei nicht nur die objektive Beschreibung, sondern die Ursache hinter der Entfaltung und Wandlung der Natur (Metaphysik).
mini|Mondfinsternis 2007. Aristoteles begründete die Kugelgestalt der Erde unter anderem aus der Beobachtung, dass der Erdschatten bei einer Mondfinsternis immer rund ist.
Obwohl sich die Argumentationsweise der damaligen Naturphilosophen größtenteils von der heutigen Wissenschaftsmethodik unterscheidet, wurden schon damals die wichtigsten Denkrichtungen beschritten. Die Philosophen Leukipp, Demokrit und später Epikur entwickelten die Ansicht des Atomismus, die von der Unteilbarkeit der elementaren Bestandteile (Atome) des Universums ausgeht.Mason: Geschichte, S. 40. Auf diese Weise sollte Vielfalt und Komplexität durch Reduktion auf Weniges seine Erklärung finden. Demgegenüber ordnet Aristoteles mit dem Konzept der sogenannten Übersummativität der Gesamtheit einen größeren Gehalt zu als der Summe seiner Teile.Aristoteles: Metaphysik (Aristoteles) Buch 8. 6. 1045a: 8–10. Dieses Paradigma stützt sich auf die Beobachtung, dass ein System nicht vollständig aus den Eigenschaften seiner Einzelteile erklärt werden kann (Emergenz) und wird heute als Holismus bezeichnet. Die Auseinandersetzung mit dieser und zahlreichen anderen Fragestellungen damaliger Zeit ist bis heute von großer Bedeutung für die Wissenschaftstheorie.