naturvidenskab

Der findes ingen bestemt metode, som er definerende for naturvidenskab, og som sikrer gyldig viden, blot metoden følges. Men der er alligevel metoder, som kendetegner naturvidenskab, og som er vigtige i bestræbelserne på at opnå sand viden om naturen. I de mere empiriske videnskaber, fx meteorologi og fysiologi, vil man ofte begynde med indsamling af data gennem observationer og eksperimenter for derved at kunne formulere nogle forslag til lovmæssigheder, dvs. korrelationer af mere eller mindre generel art mellem målelige størrelser. Dette er, hvad man betegner den empirisk-induktive metode. I de mere teoretiske og matematisk formulerede videnskaber, som fysik og astronomi, vil man ofte gå en anden vej, nemlig begynde med en generel hypotese og ud fra denne udlede nogle lovmæssigheder. Dette svarer til videnskabsteoriens hypotetisk-deduktive metode. Resultatet vil i begge tilfælde være en teori, et udsagn af en vis generalitet, som har empiriske konsekvenser, der går ud over de data, hvorpå teorien bygger. Det afgørende er ikke så meget den måde, teoridannelsen sker på, som den måde teorien vurderes på.

I naturvidenskab er kritisk testning den afgørende faktor. En teori testes typisk via dens forudsigelser, idet en god teori forudsiger fænomener, der enten kan være nye eller allerede kendte, men hidtil uden forklaring. Det er disse forudsigelser om, hvordan naturen opfører sig under visse omstændigheder, der kan testes, dvs. undersøges empirisk via eksperimenter eller observationer. Hvis forudsigelsen stemmer med eksperimenter, vil teorien være verificeret: Den vil være mere troværdig, men behøver ikke være sand. Hvis pålidelige og gentagne eksperimenter giver andre resultater end de forudsagte, vil teorien være falsificeret. Såfremt teorien er af en matematisk-deduktiv type, må den derfor være forkert, og forskerne må søge efter en ny og bedre teori. I denne søgen vil den forkastede teori og de resultater, den kunne forklare, normalt være udgangspunktet. Naturvidenskab er konservativ og bygger på respekt for allerede indvunden erkendelse.

I den videnskabelige praksis er den nævnte skematik dog hverken udtømmende eller realistisk. For det første vurderes en teori ikke kun på sine empiriske forudsigelser, men også på en række ikke-empiriske kriterier som fx konsistens, plausibilitet, sammenhæng med andre teorier og endog formel skønhed. For det andet kan der være gode grunde til ikke at acceptere en teori, der har bestået en række test, eller til i en periode at acceptere en teori, der er falsificeret. I sådanne situationer spiller forskersamfundets erfaringer og intuitioner en vigtigere rolle end videnskabsfilosofiske doktriner. For det tredje er der stor forskel mellem teorier, og langtfra alle teorier i naturvidenskaben leder deduktivt til direkte testbare forudsigelser. Teorier i geologi eller kosmologi kan ikke testes på samme måde som i fysik.

Det er en misforståelse at tro, at accepteret naturvidenskabelig viden er absolut sikker. Den er tværtimod ofte usikker (fejlbarlig) og midlertidig, om end bedre og mere sikker end enhver alternativ form for viden om naturen. Heri ligger samtidig dens styrke, idet naturvidenskabelig viden er korrigerbar, dvs. kan kontrolleres, udbygges og forbedres. At vide noget "med videnskabelig sikkerhed" betyder at have en viden, der er testet, og som er den bedst mulige for tiden og under de givne omstændigheder. Desuden, og dette er væsentligt, er denne viden objektiv. Den objektive karakter af viden er et grundlæggende træk ved naturvidenskabelig erkendelse. Herved menes først og fremmest, at den indvundne viden er offentlig eller intersubjektiv, dvs. den samme for alle forskere med ekspertise i det pågældende område. Derimod behøver den ikke kunne accepteres eller kontrolleres af alle mennesker. Naturvidenskab er en elitær, men offentlig vidensform, idet den bygger på enighed (konsensus) inden for det videnskabelige samfund. Mens en filosof eller en kunstner kan have sine egne idéer, der accepteres som gyldige, selvom de kun deles af få andre, er noget tilsvarende ikke muligt i naturvidenskab. Ej heller kan der, som i fx psykologi og litteraturvidenskab, være tale om uforenelige skoler i naturvidenskab gennem længere perioder.

Objektiv viden er ikke forbeholdt naturvidenskab, men den har via den eksperimentelle kontrol særlig effektive og forfinede metoder til at sikre objektiviteten. Når dette er tilfældet, skyldes det bl.a., at naturvidenskab ikke beskæftiger sig med individuelle eller unikke fænomener, men med egenskaber, der er fælles for ting og i den forstand generelle (fx stoffers massefylde, ræves yngelpleje eller proteiners sammensætning). De studerede fænomener kan derfor generaliseres, og deres egenskaber formuleres i lovmæssigheder, såkaldt nomologisk viden. Hertil svarer, at fænomenerne er gentagelige, således at et eksperiment altid vil give samme resultat, hvis det gentages under samme omstændigheder. Gentageligheden eller reproducerbarheden er afgørende for den eksperimentelle procedure og en vigtig faktor i den naturvidenskabelige erkendelses objektivitet og dermed troværdighed. Der gives dog tilfælde, hvor et videnskabeligt eksperiment af praktiske eller principielle grunde ikke kan gentages. Ligeledes er der naturvidenskaber som fx palæontologi, astronomi og ornitologi, der i det væsentlige er ikke-eksperimentelle.

Den naturvidenskabelige videns objektivitet, men også dens midlertidige og fejlbarlige karakter skyldes i vidt omfang, at dens objekt, naturen, er hinsides menneskelig kontrol. Ganske vist vil man i eksperimenter manipulere med naturen og evt. skabe effekter eller objekter, der ikke eksisterer i den uberørte natur, fx syntetiske grundstoffer, men alt dette sker på naturens præmisser. Naturens autoritet viser sig mest markant i form af opdagelser af nye naturfænomener. Disse er ofte utilsigtede, men deres eksistens må tages alvorligt og kan have drastiske konsekvenser for naturerkendelsen. Da vi aldrig ved, hvilke overraskelser naturen har til os, kan vi heller ikke være absolut sikre på vor øjeblikkelige viden. Opdagelsen af objekter og fænomener, der erkendes at "være der", og som vi ikke kan manipulere/kontrollere, er et særtræk ved naturvidenskab. Opdagelser findes ikke på samme måde i social- og humanvidenskaberne.

Den mest ophøjede og generelle form for erkendelse formuleres gennem de naturlove, som typisk hører til de fysiske videnskaber. Disse er helt generelle udsagn om naturen, sådan som den under alle eller ingen omstændigheder opfører sig. Termodynamikkens og kvantemekanikkens love er eksempler herpå. Sådanne naturlove er maksimalt falsificerbare, idet blot et enkelt modstridende eksempel vil forkaste loven. I de fysiske videnskaber er den ultimative ambition at reducere hele den fysiske verdens mangfoldighed til manifestationer af et lille antal forbundne naturlove. Dette naturlovsideal, der går tilbage til 1700-tallet, er dog ikke gyldigt for naturvidenskaben som helhed. Specielt spiller generelle, matematisk formulerede naturlove ingen stor rolle i de fleste biologiske og geologiske discipliner, hvor lovmæssighederne ofte er af en anden type, fx genetisk-evolutionære, og ikke har samme abstrakte form og logiske styrke.

Naturvidenskabens eksistens er ikke en historisk selvfølge. Mens alle kulturer har haft mytiske og religiøse forestillinger, har kun de færreste haft blot en rudimentær naturvidenskab.

De tidligste former for naturvidenskab, i form af astronomiske observationer med et astrologisk sigte, går tilbage til den babyloniske oldtid, ca. 2000 f.v.t. Under den græske storhedstid udvikledes dele af fysikken og især astronomien på et matematisk grundlag, mens biologi og medicin blev diskuteret som dele af den aristoteliske naturfilosofi. Men det var i det væsentlige uden brug af eksperimentelle metoder, og det samme var tilfældet med den form for naturvidenskab, der fandtes i Indien og Kina. Også i den europæiske middelalder og i de islamiske kulturer var naturvidenskab groft sagt underordnet en naturfilosofisk-teologisk ramme. Flere vigtige begreber i mekanik og optik blev dog diskuteret i 1200- og 1300-tallet. Udviklet naturvidenskab er et ret nyt fænomen, idet den stammer fra den naturvidenskabelige revolution i 1600-t. Pionerer som Galilei, Kepler, Descartes, Boyle, Huygens og Newton etablerede rammer og standarder for en naturvidenskabelig erkendelse, der er funderet i eksperimenter, men som samtidig betjener sig af matematisk analyse.

Den eksperimentelle metode opstod i det væsentlige i første halvdel af 1600-t. Denne metode, og mere generelt interessen for eller ligefrem pligten til at dyrke naturvidenskab, var koblet til tidens stærke religiøse interesse især inden for protestantiske og reformerte kredse. Ved at klarlægge naturens vidunderlige orden og rationalitet kunne man samtidig prise Gud som denne ordens skaber. Hertil krævedes ikke blot eksperimenter, men også matematik, for "naturens bog var skrevet i matematikkens sprog", som Galilei udtrykte det. Det var planetsystemets astronomi og mekanikken, som var i centrum for denne første form for avanceret naturvidenskab, mens de biologiske videnskaber, kemien og andre dele af fysikken, fx varmelære, elektricitet og magnetisme, først blev videnskabeliggjort i 1700-tallet eller senere. Se også eksperiment.

Mens det naturvidenskabelige verdensbillede omkring 1800 var statisk og ahistorisk, skete der fra ca. 1830 et vigtigt skift i retning mod at opfatte naturen som et historisk produkt, nemlig som resultatet af udviklingsprocesser. Det ny udviklings- og tidsperspektiv indførtes først i geologien og førte med Darwins evolutionsteori fra midt i 1800-t. til en revolution inden for de biologiske videnskaber. På omtrent samme tid skabtes en omfattende teoretisk syntese inden for de fysiske videnskaber med mekanikken, termodynamikken og Maxwells elektrodynamik som de grundlæggende teorier. Den naturvidenskabelige forskningsproces og de teoretiske og eksperimentelle metoder til opnåelse af viden om naturen var fuldt udviklede omkring 1880. Selvom der med kvantemekanik, relativitetsteori, molekylærbiologi, genetik og kosmologi er sket store begrebsmæssige ændringer i 1900-t., har det metode- og erkendelsesmæssige grundlag ikke ændret sig væsentligt. Der har været mange forsøg på at skabe radikalt alternative former for naturvidenskab, men de har alle slået fejl.

Naturvidenskab er ikke kun en intellektuel og kognitiv aktivitet, den er i høj grad også en aktivitet, der har samfundsmæssige konsekvenser, og som er afhængig af samfundets støtte og accept. Naturvidenskab har derfor en dobbelt historie, der inkluderer de sociale, økonomiske, ideologiske og politiske sammenhænge, hvori den indgår. Religiøse og ideologiske forestillinger var vigtige motiver for megen tidlig naturvidenskab. Den tidligste astronomi var fx baseret på idéen om guddommelige himmellegemer, og i den kristne middelalder opstod idéen om, at der ikke kunne være nogen modstrid mellem Bibelen og naturen; de var begge kilder til at forstå Guds visdom og almagt. Senere kølnedes forholdet mellem kirken og naturvidenskaben, der i 1700-tallet og 1800-tallet blev brugt som argument imod kirken og den etablerede politiske orden. Inden for enkelte videnskaber, især biologi og kosmologi, er sådan brug og misbrug af naturvidenskab i religiøse og politiske idéers tjeneste fortsat op til vor tid, bl.a. i New Age, men i almindelighed har naturvidenskab løsrevet sig fra ideologiernes verden.

Det andet vigtige motiv for naturvidenskab, og en afgørende del af dens samfundsmæssige legitimering, er troen på, at man via naturvidenskabelig forskning kan skabe nyttige teknologier og i almindelighed øget velfærd og økonomisk vækst. Denne utilitaristiske holdning var fremmed for oldtiden og middelalderen og opstod først for alvor i 1600-tallet. På den tid var der mest tale om ønsketænkning, men den senere udvikling viste, at naturvidenskab faktisk kan have karakter af en produktivkraft. Den industrielle revolution i sidste halvdel af 1700-tallet var kun i beskedent omfang baseret på ny naturvidenskab, og det var først i 1800-tallet, at forholdet ændredes. Kemien var den første videnskabsgren, der skabte en storindustri i form af uorganiske og især organiske synteseindustrier, og den blev fra omkring 1870 fulgt af den elektrotekniske industri med rødder i fysikken. I 1900-tallet er koblingen mellem naturvidenskab og industriel udnyttelse blevet yderligere forstærket inden for næsten alle discipliner med astronomi som en undtagelse. Siden 1960'erne har især biologi, biokemi og farmaci resulteret i vigtige industrielle innovationer og fremskridt inden for sundheds- og fødevaresektoren. Om end naturvidenskab således ofte er en nødvendig betingelse for ny teknologi, er den ikke en tilstrækkelig betingelse, og der er ingen simpel forbindelse mellem naturvidenskab og teknologi. Som økonomisk investering er naturvidenskab et usikkert aktiv, bl.a. fordi grundvidenskabelig forskning er offentligt tilgængelig og ikke kan patenteres.

Et særpræg ved naturvidenskab, betragtet i et kvantitativt perspektiv, er områdets stadige vækst. I mere end 200 år er antallet af artikler, forskere, tidsskrifter mv. vokset eksponentielt, og først ved slutningen af 1900-t. sporedes afmatningstendenser. Mere end 80 % af alle naturvidenskabsmænd, der nogensinde har levet, lever i dag (1999). Den kvantitative vækst er siden ca. 1940 blevet fulgt af et kvalitativt skift, en meget tæt forbindelse mellem naturvidenskab på den ene side og offentlige instanser og private virksomheder på den anden side. Fra at være en beskæftigelse for enkelte forskere, herunder mange amatører, har moderne naturvidenskab udviklet sig i industriel målestok og inkluderer laboratorier og forskningsprogrammer med hundreder eller tusinder af ansatte. Dette big science-fænomen er mest udpræget inden for fysik og astronomi, hvis instrumenter nemt kan koste millioner af kroner. Da Rutherford opdagede atomkernen i 1911, arbejdede han sammen med to medarbejdere, og hans billige udstyr kunne være på et spisebord. Den europæiske højenergifysiske LHC-accelerator, der blev taget i brug i 2008, var budgetteret til at koste omkring 40 mia. kroner.