Du bist dran: Bei einem Wald- oder Parkspaziergang findest du vielleicht Ahornsamen (Abb. 2.1). Lass einen Ahornsamen fallen und beobachte genau die Bewegung, wenn er auf den Boden fällt. Sicher wird dir die Drehbewegung auffallen und du wirst dir Gedanken machen, wie diese Bewegung zustande kommt. Stelle eine Vermutung auf, warum sich der Ahornsame so bewegt. Die Menschen haben sich schon immer dafür interessiert, wie gewisse Naturvorgänge (Phänomene1) funktionieren. In der Vergangenheit, aber auch heute noch, werden Erklärungen gefunden, die manchmal sehr seltsam klingen und in das Reich der Phantasie gehören. So gibt es Menschen, die meinen, dass die Erde eine Scheibe – also flach – sei (Abb. 2.3). Seit der ersten Mondlandung (20. Juli 1969) wissen wir sicher, dass die Erde eine Kugel ist (Abb. 2.4). Das wurde auch schon im alten Griechenland vermutet. Aber eine reine Vermutung ohne Bestätigung ist zu wenig. Und hier kommen die Naturwissenschaften an die Reihe. Physikerinnen und Physiker geben sich nicht mit einmaligen Vermutungen zufrieden. Sie haben Vorgangsweisen entwickelt, ihre Vermutungen mit großer Sorgfalt und enormer Anstrengung so genau wie möglich zu überprüfen. Am Anfang steht zumeist eine Beobachtung oder eine Idee. Zuerst versucht man für eine Beobachtung eine sinnvolle Erklärung durch vorhandenes Vorwissen zu finden. Dafür recherchiert man in wissenschaftlichen Büchern und Zeitschriften, ob diese Beobachtung bereits von einer anderen Person gemacht und beschrieben worden ist. Dieses Vorwissen wird dann auch in die eigene Forschung miteinbezogen. Anschließend formulieren Forscherinnen und Forscher begründete Vermutungen (in der Fachsprache nennen wir das „Hypothesen2“) auf ihre gestellten Fragen. Das gelingt umso besser, je mehr Vorwissen Forscherinnen und Forscher haben. Diese Hypothesen überprüfen sie durch Experimente (Kap. 4) und Berechnungen. Können diese Hypothesen nicht widerlegt werden, so werden sie zu einer „Theorie3“ zusammengefasst. Diese erlaubt die Erklärung von Naturerscheinungen durch Naturgesetze und ermöglicht Vorhersagen. Zur genauen Beobachtung werden häufig Experimente durchgeführt. Experimente ermöglichen eine genaue Untersuchung von Naturphänomenen. Dabei werden diese nicht nur genau beobachtet, sondern durch exakte Messungen (Kap. 4) mit geeigneten Messgeräten beschrieben. Diese Ergebnisse sollen gefundene Naturgesetze überprüfen und können diese dann bestätigen oder auch widerlegen. Du kannst dir vorstellen, dass es nicht immer einfach ist, Naturvorgänge genau zu verstehen. Manchmal gelingt das überhaupt nicht oder nur vereinfacht. Daher arbeitet man in der Physik mit Modellen, welche die Realität vereinfacht darstellen. Diese Modelle verschaffen uns eine möglichst genaue Vorstellung von der Natur und ihren Gesetzen. Eine besondere Eigenschaft wissenschaftlicher Forschung ist der gegenseitige Austausch vieler Forscherinnen und Forscher weltweit. Erst wenn viele Forschungseinrichtungen eine bestimmte Hypothese als richtig anerkennen, wird diese neue Erkenntnis zur gültigen Theorie. Die Behauptungen einzelner Personen ist oft zu wenig, außer es handelt sich um wissenschaftlich nachvollziehbare Arbeit. 10 2 Naturwissenschaftliche Forschung Wie funktioniert Forschung? 1 Das Wort Phänomen bedeutet (bemerkenswerte) Erscheinung. 2 Hypothese kann man als begründete Vermutung übersetzen. 3 Sammlung von wissenschaftlich bestätigten Vermutungen 2.1 Ahorn-Samen im Wald 2.2 Baue ein Papiermodell eines Ahornsamens, eine Bauanleitung findest du im digitalen Zusatzmaterial in der -App. 2.3 Phantasie: „Scheibenerde“ 2.4 Realität: Die Erde ist eine Kugel. Hier siehst du eine Aufnahme von der Apollo 11 Mission auf dem Mond. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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