Naturwissenschaften als Basis der Technikwissenschaften

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1 Technik-, Ingenieur-, Natur-Wissenschaften Naturwissenschaften als Basis der Technikwissenschaften Eberhard Umbach Auditorium Friedrichstraße 21. Oktober 2015

2 Definition der Naturwissenschaften: NW sind Wissenschaften, die sich mit der Erforschung der Natur, der Vorgänge in der Natur und deren Gesetzmäßigkeiten beschäftigen. Konventionelle Gliederung: - (Mathematik) - Physik (inkl. Astronomie, Meteorologie) - Chemie (inkl. Pharmazie, Lebensmittel-C.) - Biologie (inkl. medizinische Grundlagen) - Geowissenschaften NW arbeiten empirisch und theoretisch.

3 Selbstverständnis der NW (I/II): NW ist in erster Linie Grundlagen-Wissenschaft, also Erkenntnis-getriebene und orientierte W. NW - ist vor allem der elementaren Neugier verpflichtet, - dient zur exakten Beschreibung und zum elementaren Verständnis der Natur, - schöpft Erkenntnis aus Beobachtung, modellhafter (theor.) Beschreibung und empirischer Verifizierung, - möchte Mechanismen und Zusammenhänge, Abhängigkeiten und Wechselwirkungen verstehen, - möchte Naturgesetze ableiten und (mathem.) formulieren, - hat das Ziel, fundamental Neues zu schaffen.

4 Selbstverständnis der NW (II/II): Im Vordergrund stehen Neugier und Erkenntnis, nicht irgendeine Anwendung Daher ist oft der Antagonismus innerhalb der NW: - Grundlagen (Erkenntnis) versus - Anwendung wobei Anwendung vom Patent bis zum Produkt und vom Beitrag für andere Wissenschaften bis zum Beitrag für die Gesellschaft reicht. Aber: NW Puristen fühlen sich nur der Erkenntnis verpflichtet.

5 Nutzen der NW für die Gesellschaft: Erkenntnisgewinn: - Weltall, Entstehung der Welt - Fundamentale Kräfte und Teilchen, Naturgesetze - Elementare chemische Reaktionen und WW - Kenntnis aller Tiere und Pflanzen - Verständnis der biologischen Vorgänge - Verständnis der Erde und deren Entwicklung Vorsorge: - Biologie und Chemie als Grundlagen für Medizin, Ernährung, Umwelt, - Physik und Chemie (z.t. Biologie) als Grundlagen für neue Materialien und Verhaltensweisen Technik/Wirtschaft: - Physik, Chemie und Biologie als Basis für neue Technologien und Prozesse Politik/Gesellschaft:- NW als Randbedingung aller Entscheidungen Aber: Den potenziellen Schaden sollte man nicht unterschlagen!

6 Teilgebiete der NW: Physik: - Experimental-P. / Theoretische P- / Angewandte P. oder nach Gebieten: - Festkörper, Atome/Moleküle, Kerne, Teilchen, Plasma, Mathematische P., Statistische P., Astrophysik, Astronomie, Chemische Physik, Biophysik, Geophysik, Meteorologie, Chemie: - Anorganische C., Organische C., Analytische C., Technische C., Physikalische C., Bio-C., Geo-C., Lebensmittel-C., Pharmazie Biologie: - Zell- und Entwicklungs-B., Pflanzenwissenschaft, Botanik, Zoologie, Mikro-B., Neuro-B., Genetik, Human-B., Biotechnologie, Biophysik, Bioinformatik, Pharmazeut. B. Geowis.: - Geographie, Geologie, Paläontologie, Geobiologie, Geophysik, Mineralogie, Kristallographie

7 Teilgebiete der NW: (mit Überlappungen untereinander) Physik: - Experimental-P. / Theoretische P- / Angewandte P. oder nach Gebieten: - Festkörper, Atome/Moleküle, Kerne, Teilchen, Plasma, Mathematische P., Statistische P., Astrophysik, Astronomie, Chemische P., Biophysik, Geophysik, Meteorologie, Chemie: - Anorganische C., Organische C., Analytische C., Technische C., Physikalische C., Bio-C., Geo-C., Lebensmittel-C., Pharmazie Biologie: - Zell- und Entwicklungs-B., Pflanzenwissenschaft, Botanik, Zoologie, Mikro-B., Neuro-B., Genetik, Human-B., Biochemie, Biotechnologie, Biophysik, Bioinformatik, Pharmazeut. B. Geowis.: - Geographie, Geologie, Paläontologie, Geobiologie, Geophysik, Geochemie, Mineralogie, Kristallographie

8 Teilgebiete der NW: (mit Überlappungen zu anderen) Physik: - Experimental-P. / Theoretische P- / Angewandte P. oder nach Gebieten: - Festkörper, Atome/Moleküle, Kerne, Teilchen, Plasma, Mathematische P., Statistische P., Astrophysik, Astronomie, Chemische Physik, Biophysik, Geophysik, Meteorologie, Chemie: - Anorganische C., Organische C., Analytische C., Technische C., Physikalische C., Bio-C., Geo-C., Lebensmittel-C., Pharmazie Biologie: - Zell- und Entwicklungs-B., Pflanzenwissenschaft, Botanik, Zoologie, Mikro-B., Neuro-B., Genetik, Human-B., Biotechnologie, Biophysik, Bioinformatik, Pharmazeut. B. Geowis.: - Geographie, Geologie, Paläontologie, Geobiologie, Geophysik, Mineralogie, Kristallographie

9 Starke Abhängigkeiten NW NW und NW TW (Beispiele): Mathematik Physik Chemie Biologie Theoretische P., Theoretische C., Informatik (Phys.) Chemie, E.-Technik, Masch.W., Informations.-T. Chemie-Ingen., Verfahrenstechnik, Bau-Ingen. Biotechnologie, Bioverfahrens-T., Medizin Chemie Physikalische Chemie Materialwissenschaft Physik Chemie Physik Biologie Geowissenschaften

10 TW und IW brauchen NW: - zur Entwicklung von Gesetzmäßigkeiten und Formeln - zur Herleitung grundlegender Erklärungen (z.b. Supraleitung, ) - zur Entdeckung neuer Phänomene (z.b. Transistor, Laser, ) - zur Entwicklung höchst genauer Messverfahren (bis zur Metrologie) - zur Erfindung neuer Materialien (z.b. Ionische Flüssigkeiten ) - zur Entwicklung von neuer Reaktionsabläufe und Katalysatoren - zur Entdeckung neuer Wirkstoffe und Pharmazeutika - zur Entdeckung und Entwicklung neuer Konzepte für die großen gesellschaftlichen Herausforderungen, wie z.b. Energieversorgung (Kernspaltung, Fusion, Biomasse-Verwertung, Solar Fuels, ) oder Klimaentwicklung, Wettervorhersage, Volkskrankheiten, Brauchen die NW die TW/IW? Ja, aber nur beschränkt (z.b. IKT, manche (Groß)Geräte,

11 Unterschiede in der Herangehensweise NW T/IW (I): Chemiker entwickelt neue Syntheseroute oder Substanz, interessiert sich für Ergebnisvielfalt, charakterisiert alle Eigenschaften der neuen Substanz, testet alle Parameterabhängigkeiten, versucht Mechanismen, Strukturen und WW im Detail zu verstehen. Chemieingenieur sucht nach vorgegebenen Kriterien das bestgeeignete Syntheseverfahren aus, optimiert dieses nach allen Regeln der Kunst, vergrößert die Maßstäbe (up-scaling), passt an die gewünschten Bedingungen an (Kosten, Rohstoffe, Mengen, Reinheit)

12 Unterschiede in der Herangehensweise NW T/IW (II): Physiker entdecken neue Gesetzmäßigkeit und leiten die allgemeinste und einfachste Formel dafür ab. Elektroingenieure entwickeln daraus eine Formel, in die man Parameter einsetzen kann, um ein quantitatives Ergebnis zu erhalten. Oder Physiker entdecken einen neuen Effekt (z.b. Laser) und untersuchen Mechanismen und Abhängigkeiten im Detail, bis Effekt verstanden ist. Ingenieure entwickeln kostengünstige und leistungsfähige Laser für alle möglichen Anwendungen zu vernünftigen Preisen.

13 Erfolgskriterien (Beispiele): Für NW: - neue Entdeckung gemacht - neue Substanzen synthetisiert - Mechanismen entschlüsselt - grundlegendes Verständnis erzielt - als Erster publiziert - in Topjournalen publiziert und viel zitiert - viele eingeladene Vorträge auf großen intl. Konf. Für T/IW: - neues optimiertes Verfahren entwickelt - neue Produkte entwickelt - wirtschaftlich optimierte Lösungen kreiert - viele Zusammenarbeiten mit Wirtschaft - hohe Drittmittel aus privaten Händen - viele Patente und Lizenzen - viele eingeladene Vorträge auf Fachtagungen Sehr unterschiedliche Wissenschaftskulturen!

14 Trivialst mögliches Fazit: Unsere Gesellschaft braucht - Erkenntnis, also NW - Technik, also TW TW braucht (teilweise) die Grundlagen aus NW NW wird durch TW manchmal erleichtert NW gibt Impulse, Umsetzung durch TW Die Übergänge zwischen Grundlagen, Anwendungen und Technik sind fließend.

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!