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Was Ist WissenschaftlicheArbeitsweise?
Logik auf Abwegen: Irrglaube, Lüge, TäuschungSeminarleiter: Jun.-Prof. Dr. Bernhard Beckert
Sarah [email protected]
Universitat Koblenz
Institut fur Informatik
Sommersemester 2004
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 1/37
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Definition von Wissenschaft?
• Es existiert kein einheitlicherWissenschaftsbegriff
• Vielfalt an Methoden und Prinzipien• Uneinigkeit der Wissenschaftstheoretiker
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 2/37
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Inhalt
1. Einteilung der Wissenschaften
2. Einblick in die Wissenschaftstheorie
3. Kriterien für Theorien
4. Die empirische Methode desErkenntnisgewinns
5. Fazit
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 3/37
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Einteilung der Wissenschaften
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 4/37
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Einteilung der Wissenschaften
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Einblick in dieWissenschaftstheorie
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 6/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Sir Karl Raimund Popper (1902–1974):Philosoph und Wissenschaftstheoretiker
• Ablehnung der Induktion als Beweismethode• die Verifikation einer Theorie sei nicht
möglich: unendliche Anzahl anEinzelbeobachtungen erforderlich
Bsp.: „Alle Stoffe dehnen sich bei Hitze aus“
• aber Falsifikation bereits durch eineEinzelbeobachtung
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 7/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Einziges gültiges Schlussverfahren: Deduktion
Prämissen Alle Menschen sind sterblich
Sokrates ist ein Mensch
Schluss Sokrates ist sterblich
A → B
A
B
Schlussregel des modus ponens: „Wenn gilt ’aus A folgt B’und ’A ist wahr’, dann gilt auch ’B ist wahr’.“
(Wikipedia/Modus Ponens)
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 8/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
• Aus wissenschaftlichen Aussagen W müssensich prüfbare Folgerungen F ableiten lassen
• Falsifizierender Schluss durch modus tollens:
((W → F ) ∧ ¬F ) → ¬W
„Wenn gilt ’aus W folgt F’ und ’F ist falsch’,dann gilt auch ’W ist falsch’.“(Wikipedia/Modus Tollens)
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 9/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
• Theorien müssen nicht bewiesen werden,sondern falsifizierbar sein
• falsifizierbare Aussagen schließen möglicheBeobachtungen aus
• Bei Bewährung: Hypothese vorläufigakzeptieren
• Bei Falsifikation: Hypothese als falschablehnen
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Beispiele:• „Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen
Bahnen um die Sonne.“
→ falsifizierbar• „Es gibt Kinder, die niemals weinen.“
→ nicht falsifizierbar• „Alle Männer haben einen Ödipuskomplex.“
→ nicht falsifizierbar
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Beispiele:• „Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen
Bahnen um die Sonne.“
→ falsifizierbar
• „Es gibt Kinder, die niemals weinen.“
→ nicht falsifizierbar• „Alle Männer haben einen Ödipuskomplex.“
→ nicht falsifizierbar
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 11/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Beispiele:• „Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen
Bahnen um die Sonne.“
→ falsifizierbar• „Es gibt Kinder, die niemals weinen.“
→ nicht falsifizierbar• „Alle Männer haben einen Ödipuskomplex.“
→ nicht falsifizierbar
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 11/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Beispiele:• „Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen
Bahnen um die Sonne.“
→ falsifizierbar• „Es gibt Kinder, die niemals weinen.“
→ nicht falsifizierbar
• „Alle Männer haben einen Ödipuskomplex.“
→ nicht falsifizierbar
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 11/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Beispiele:• „Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen
Bahnen um die Sonne.“
→ falsifizierbar• „Es gibt Kinder, die niemals weinen.“
→ nicht falsifizierbar• „Alle Männer haben einen Ödipuskomplex.“
→ nicht falsifizierbar
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 11/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Beispiele:• „Alle Planeten bewegen sich auf elliptischen
Bahnen um die Sonne.“
→ falsifizierbar• „Es gibt Kinder, die niemals weinen.“
→ nicht falsifizierbar• „Alle Männer haben einen Ödipuskomplex.“
→ nicht falsifizierbar
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 11/37
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Karl Popper:Kritischer Rationalismus
Grenzen des Falsifikationismus:• Beobachtungsaussagen sind fehlbar• Hypothesen sind von Theoriesystem
abhängig• modus tollens sagt nicht welche Prämisse
falsch ist (((W ∧ A1 ∧ ... ∧ An) → F ) ∧ ¬F ) → ¬(W ∧ A1 ∧ ... ∧ An)
→ Quine-Duheme-These: „ . . . jede Beobachtungkann durch geeignete Anpassungenuntergebracht werden.“
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Th. Kuhn:Wissenschaftl. Revolutionen
Thomas Samuel Kuhn (1922–1996): Physiker,Wissenschaftstheoretiker und -historiker
• Forschergemeinschaft richtet sich nach demParadigma
• Phasen der Normalwissenschaft• Krise und wissenschaftlichen Revolution• Enstehung eines neuen Paradigma
⇒ Große Bedeutung der scientific community
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Kriterien für Theorien
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Was ist eine Theorie?
„System von Aussagen oder Sätzen, das ingewissem Umfang der Zusammenfassung,Beschreibung, Erklärung und Vorhersage vonPhänomenen dient“ (Brockhaus)
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 15/37
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Was ist eine Theorie?
Vollendete Form der wissenschaftlichen Theorie:Axiomatisches System
• Grundlage: Axiomensystem ausunabhängigen Axiomen: wahre Grundsätze,die keiner Begründung bedürfen
• Deduktion neuer Sätze mit Hilfe festgelegterSchlussregeln
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Widerspruchsfreiheit
Innere Widerspruchsfreiheit• Aus einer Theorie dürfen nicht A und ¬A
abgeleitet werden können
Äußere Widerspruchsfreiheit• Vereinbarkeit mit etablierten
Wissensbeständen
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 17/37
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Wissenschaftliche Erklärung
Hempel-Oppenheim-Schema:Deduktiv-nomologische Erklärung
G1, ..., Gi deterministische Gesetze Explanans
A1, ..., Aj Antecedenz-Sätze
E(e) Ereignis Explanandum
Forderung: Explanans-Sätze müssen wahr
sein...
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 18/37
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Wissenschaftliche Erklärung
Abgeschwächte Forderung fürrealwissenschaftliche Gesetzeshypothesen:
• empirisch bewährte Allsätze• raum-zeitlich unbeschränkter
Gegenstansbereich• allgemeingültig, deterministisch• Gesetze sind synthetische Sätze
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 19/37
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Argumentation
Zirkelfreiheit• für Beweis einer Aussage darf nicht die
Aussage selbst vorausgesetzt werden• keine tautologischen Aussagen
Wertfreiheit• nicht auf subjektive Anschauung stützen
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 20/37
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Empirischer Gehalt
Erklärungswert• möglichst viele Phänomene erklären• Axiomensysteme müssen vollständig sein:
alle Sätze aus Axiomen ableitbar• Empirische Wissenschaften: je falsifizierbarer
umso mehr Informationsgehalt(„Entweder es regnet oder es regnet nicht“...)
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 21/37
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Empirischer Gehalt
Intersubjektive Prüfbarkeit• Aussagen, Ergebnisse unabhängig von der
Person prüfbar• Prinzipielle Verifizier- oder Falsifizierbarkeit
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 22/37
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Kommunikabilität
Wissenschaft unterliegt Veröffentlichungsgebot(→ Fachzeitschriften: peer review)
Terminologische Exaktheit
• nachvollziehbare Aussagen
• → formale Sprachen
Authentizität
• korrekte Zitierweise
• vollständige Quellenangaben
Diskussion des aktuellen Forschungsstandes
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 23/37
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Einfachheit
• Gutes Kriterium für konkurrierende Theorien• Sparsamkeitsprinzip Ockham’s Razor:
„Die Theorien, die mit weniger Annahmenauskommt, ist vorzuziehen.“
• Achtung: „einfache“ Theorie meistkomplizierter!
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 24/37
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Die empirische Methode desErkenntnisgewinns derNaturwissenschaften
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 25/37
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Beobachtung
• Fehlbarkeit von Beobachtung einschränken→ Überprüfbare Protokollaussagen
• Carnapa: Trennung vonBeobachtungsvokabular und theoretischemVokabular
• heute: Beobachtung ist theoriebeladen
aRudolf Carnap (1891–1970): Philosoph
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 26/37
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Hypothesengewinnung
Hypothese: „wissenschaftlich begründeteAnnahme“
Hypothesenfindung:• kreativer, intuitiver Prozess• oft Verwendung der Induktion• „wichtigste“a Schlussweise der Wissenschaft:
Abduktionanach Charles Peirce (1839–1914): Mathematiker, Philosoph, Logiker
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 27/37
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Hypothesengewinnung
subsumierende Abduktion:
Wenn es regnet, wird die Straße nass A → B
Die Straße ist nass B
Es hat geregnet A
→ kein logisch gültiger Schluss
terminogene Abduktion:Regel A → B wird neu konstruiert
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 28/37
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Deduktion aus der Hypothese
• Deduktion prüfbarer Aussagen aus derHypothese
• Vorhersagungen müssen weiter reichen alsbisher beobachteter Gegenstand
• Abgeleitete Vorhersage muss vor derUntersuchung aufgestellt werden
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 29/37
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Definition von Begriffen
Operationalisierung• Wie und womit können Begriffe der Aussage
gemessen werden?• Messgröße, Erhebungsinstrument angeben• Bsp. Einstein: Definition von „Gleichzeitigkeit“
und „Zeit“
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 30/37
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Überprüfung im Experiment
• Versuchsbeschreibung für Reproduzierbarkeit• Sicherstellung der Reliabilität• Isolation von Störfaktoren für interne Validität• bei Kausalzusammenhängen: Kontrollversuch
• zahlreiche Überprüfungen
→ Bsp. aus der Medizin: (Doppel)blindversuch
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 31/37
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Verwerfung oder Theoriebildung
a) Widerspruch
• Hypothese verwerfen, aber
• Modifikationen erlaubt, wenn nicht ad-hocBeispiel: Entdeckung des Planeten Neptun
b) Bewährung
• Übereinstimmung zwischen Vorhersage undVersuchsergebnis noch kein Beweis
• allgemeinere Erklärungen suchen und prüfen, usw...
→ Hypothetisch-deduktive Methode
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 32/37
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Hypothetisch-deduktive Methode
Schematische Darstellung des Erkenntnisgewinns (nach Bochenski)
⇒ Naturwissenschaftliche Theorie als „auf dem Kopf stehendes axiomatisches System“
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 33/37
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Fazit
Schwierigkeiten
• Theorien sind komplexe Systeme→ Kriterien nicht immer erfüllt, z.B. Unabhängigkeit derAxiome formalwissenschaftlicher Theorien→ Erkenntnismethode nur idealisiert vorgestellt, z.B.Experimente in der Kosmologie?
• Grundsätze von Theorien letztlich nicht beweisbar
⇒ Akzeptanz durch Bewährung der Folgerungen
⇒ Theorien dennoch als revidierbar zu betrachten
Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 34/37
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Quellen
• Bertelsmann. Lexikon in 3 Bänden. Jubiläumsausgabe (2003) Gütersloh;München: Wissen Media Verlag
• Bochenski, I.M. (1954): Die zeitgenössischen Denkmethoden. München: A.Francke Verlag
• Boyd, R. et al. (1991): The Philosophy of Science. Massachusetts: MIT Press
• Brockhaus. Die Enzyklopädie in 24 Bänden (1996) Leipzig; Mannheim: F.A.Bockhaus
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Was Ist Wissenschaftliche Arbeitsweise? – p. 37/37