Was ist Wissenschaft?

Empirische Datenerhebung

Der wichtigste Bestandteil der Wissenschaft ist die systematische Datenerfassung. Es reicht nicht aus, eine einzelne zufällige Beobachtung zu machen. Experimente sollten so konzipiert sein, dass sie den Einfluss unvorhergesehener Faktoren minimieren und wiederholbar sind. Es muss eine Methode gewählt werden, die auch geeignet ist, eine bestimmte Sache zu untersuchen. Dabei müssen alle Ergebnisse dokumentiert und ausgewertet werden, nicht nur jene, die einen gewünschten Effekt zeigen. Nicht zuletzt müssen die Resultate für andere nachvollziehbar beschrieben und veröffentlicht werden.

Um die Experimente in wissenschaftlichen Publikationen einschätzen zu können, kann man sich u.a. folgende Fragen stellen: Sind alle erforderlichen Informationen gegeben, dass man das Experiment genauso durchführen könnte? Ist die Schlussfolgerung durch die Datenlage untermauert? Ließe sich der Einfluss von A auf B auch durch einen Faktor C erklären? Wurden Kontrollen durchgeführt, um einen Effekt von C auszuschließen?

Hypothesen und Theorien

Hypothesen in der Wissenschaft sind testbare Vermutungen darüber, wie etwas funktioniert. Man nutzt sie als Grundlage für Experimente. Wenn ich die Hypothese habe, dass A einen Effekt auf B hat, dann designe ich ein Experiment, mit dem ich diesen Effekt messen kann. Hypothesen werden dabei ständig erneuert, bestätigt oder verworfen.

Theorien werden im allgemeinen Sprachgebrauch meist mit fixen Ideen gleichgesetzt, haben in der Wissenschaft aber eine ganz andere Bedeutung. Wissenschaftliche Theorien sind die Zusammenfassung aller gesammelten Erkenntnisse. Sie beschreiben unseren Kenntnisstand. Theorien können sich weiter entwickeln, wenn neue Erkenntnisse gewonnen werden, selten aber werden sie in ihrem Kern erschüttert, da sich ihr Wahrheitsgehalt bereits zuvor in unzähligen Einzelbeobachtungen bestätigt hat.

Die Theorie des menschengemachten Klimawandels zum Beispiel wird von über 95% der Wissenschaftler akzeptiert. Sie stützt sich auf jahrzehnte lange Forschung. Neue Erkenntnisse gliedern sich zumeist gut in das Konstrukt ein. Wir können damit Geschehnisse erklären und Voraussagen für die Zukunft treffen. Die ersten Klimamodelle waren noch unvollständig und ihre Voraussagen unzureichend, aber mit mehr und mehr Daten, werden die Projektionen immer besser.

Folgendes Video gibt eine gute Zusammenfassung, was Fakten, Hypothesen, Theorien und Gesetze in der Wissenschaft bedeuten:

Arten von Studien

Wissenschaftliche Studien unterscheiden sich in der Art wie sie designed sind und daher auch in ihrer Aussagekraft. Ganz unten in der Beweis-Hierarchie stehen Fallstudien und Beobachtungen. Nehmen wir an, in einer Stadt gibt es eine Fabrik und die Vermutung, dass die Abgase dieser Fabrik eine bestimmte Atemwegserkrankung verursachen.

Eine Fallstudie wäre die Beschreibung eines Falles oder einiger weniger Fälle, bei denen Menschen, die in der Nähe der Fabrik wohnen, von dieser Krankheit betroffen sind. Dabei haben wir aber noch nicht berücksichtigt, ob die Krankheit in größerer Entfernung von der Fabrik oder in einer anderen Stadt genauso häufig vorkommt.

Dies versucht man bei Fall-Kontroll-Studien (case control studies) zu berücksichtigen. Dafür wird zunächst eine Gruppe von Erkrankten zusammengestellt, der man eine vergleichbare gesunde Kontrollgruppe gegenüber stellt. Sollte sich dabei herausstellen, dass die Kranken unverhältnismäßig häufig in der Nähe der Fabrik wohnen, ist das ein Hinweis auf einen möglichen Einfluss.

Einen Schritt weiter gehen die sogenannten Kohortenstudien (cohort studies), wo man versucht eine größere Gruppe über einen gewissen Zeitraum zu beobachten. Man wählt eine zufällige Stichprobe von Menschen in der Nähe der Fabrik und eine weitere Gruppe in größerer Entfernung. Dann untersucht man, wie viele der Menschen in beiden Gruppen in einem gewissen Zeitraum die besagte Krankheit entwickeln, um das Risiko abschätzen zu können.

In allen Fällen haben wir aber bisher nur beobachtet, ob, wann und wo eine Krankheit auftritt. Davon lässt sich noch kein kausaler Zusammenhang zwischen Fabrikabgasen und Krankheit ableiten. Dafür sind experimentelle Studien nötig.

Im besten Fall führt man daher eine randomisierte kontrollierte Studie durch. Dabei versucht man, alle nicht untersuchten Faktoren möglichst konstant zu halten und im Experiment nur den Faktor, den man untersuchen möchte, zu manipulieren. Das ist in der beschriebenen Stadt nicht wirklich möglich, weshalb man hier z.B. auf Tierversuche zurückgreifen könnte: Man nehme eine Rattenpopulation, die sowohl genetisch fast identisch ist als auch unter den gleichen Bedingungen aufgewachsen ist und teilt sie zufällig in verschiedenen Gruppen: Eine Kontrollgruppe wird regelmäßig mit einfacher Laborluft bepustet, andere Gruppen werden den Abgasen in verschiedenen Konzentrationen ausgesetzt. Dann untersucht man, ob das Einatmen der Abgase einen Einfluss auf die Atemwegsgesundheit der Tiere hat. In einer gut gemachten Studie lässt sich hier durchaus ein kausaler Zusammenhang annehmen.

Als übergeordnete Studien gelten die Meta-Analysen. Dabei werden die Ergebnisse vieler einzelner Studien in einen größeren Zusammenhang gebracht. Gibt es zum Beispiel 5 Studien mit jeweils 10 Teilnehmern, greift die Meta-Studie nun auf einen Datensatz von 50 Teilnehmern zurück und hat damit eine bessere Aussagekraft. Eine Meta-Studie ist aber nur so gut wie ihre Einzelstudien.

Zu guter Letzt werden sogenannte Reviews (Übersichtsartikel) dazu verwendet, um den Stand der Forschung zu beschreiben. Sie fassen alle verschiedenen bestehenden Studien zusammen und versuchen allgemeine Schlussfolgerungen zu ziehen.

Zitate und Quellenangaben

Wissenschaftliche Arbeiten sind gespickt mit Referenzen zu anderen Arbeiten. Das soll nicht nur den geschätzten Kollegen Tribut zu zollen, sondern dient vor allem dazu die eigenen Aussagen zu belegen. Für alle Behauptungen, die nicht durch Experimente in der eigenen Studie gestützt sind, wird deren Urheber angegeben. Man spricht deshalb auch von „Zitaten“, auch wenn es sich nicht um eine wörtliche Wiedergabe handelt. Dies bietet dem Leser die Möglichkeit, bei Bedarf die Quellen selbst zu untersuchen und auf ihre Glaubwürdigkeit zu überprüfen.

Journalisten arbeiten nach dem Zwei-Quellen-Prinzip, wonach eine Information für wahrscheinlich wahr gehalten werden kann, wenn sie von zwei voneinander unabhängigen Quellen bestätigt wird. Wenn die beiden Quellen von derselben dritten Quelle abgeschrieben haben, sind sie nicht unabhängig. In der Wissenschaft gelten Primärliteratur (also publizierte Studien) und wissenschaftliche Übersichtsartikel (Reviews) in anerkannten Wissenschaftsjournals als Standard. Die Journals lassen die Artikel vor Veröffentlichung von anderen Experten aus dem Wissenschaftsbereich kontrollieren (Peer-Review-Prozess). Fehler oder fehlende Kontrollexperimente müssen entsprechend korrigiert werden, bevor die Studie veröffentlicht wird.

Wir werden auch hier auf das Prinzip der Quellenangabe achten. Die wissenschaftliche Literatur ist im Internet zu finden und kann deshalb verlinkt werden. Leider befinden sich viele Artikel hinter einer sogenannten Paywall und sind nicht kostenfrei zugänglich. Glücklicherweise gibt es einen Trend zu „Open Access“-Publikationen und wir werden, wann immer möglich, auf solche frei zugänglichen Artikel zurückgreifen.