(Fehler bei der Digitalisierung des Textes bitte ich zu entschuldigen bzw. mir mitzuteilen.) Prof. Dr. Walther Umstätter (W.U.)
Die Konzentration der Wissenschaft in der Gegenwart ist ein starkes und dominantes Charakteristikum, das der Einstellung vieler Wissenschaftler und Laien zur modernen Wissenschaft zugrunde liegt. Gerade das läßt die Wissenschaft so wesensmäßig
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"Da die Wissenschaft so weit über alles Frühere hinausgeht, sind wir offensichtlich in ein neues Zeitalter eingetreten, das bis auf die Grundtraditionen von allem Althergebrachten leergefegt wurde. Die Monumente, in denen moderne Wissenschaft Gestalt erlangte, werden nicht nur sinnvollerweise mit den Pyramiden Ägyptens und den großen Kathedralen des mittelalterlichen Europa verglichen, sondern auch der nationale Aufwand an Geld und Manpower für die Wissenschaft hat sie plötzlich zu einem Hauptteil unserer nationalen Wirtschaft werden lassen. Zur Beschreibung des gigantischen Charakters der modernen Wissenschaft - neu, glänzend und allmächtig - wurde der geglückte Ausdruck »Big Science« (Großforschung) geprägt.2
Big Science ist so neu, daß sich viele von uns ihrer Anfänge erinnern. Big Science ist so groß, daß sich viele von uns vor den Ausmaßen des Monsters, das wir geschaffen haben, zu fürchten beginnen. Big Science ist so anders als alles Frühere, daß eine Betrachtung der »Little Science«, die einst unsere Lebensart war, nur ein wehmütiger Rückblick ist.
Wenn wir verstehen wollen, wie man im jetzt heraufziehenden Zeitalter lebt und arbeitet, müssen wir den Übergang von Little Science zu Big Science begreifen. Es ist nur zu einfach, die Änderungen zu dramatisieren oder die Unterschiede mit sorgloser Naivität zu betrachten. Wieviel Wahrheit enthält das Bild vom einsamen Forscher, dem langhaarigen Genie, das in einer Dach- oder Kellerwerkstatt in Armut verkommt,
Wird er in Washington geehrt, von allen Forschungseinrichtungen am »Boston ring road« begehrt? Ist er als Glied einer elitären intellektuellen Bruderschaft von Kollegen Richter über sowohl politisches als auch technisches Geschehen? Und war die Grundlage für die Veränderungen eine drängende Reaktion der Öffentlichkeit auf die erste Atombomben-Explosion und die ersten nationalen Schocks über militärische Raketen und Satelliten? Geschah alles sehr schnell, mit historischen Wurzeln, die nicht weiter zurückreichen als bis zum Manhattan Projekt, zur Einrichtung vom Raketenbahnhof auf Cape Canaveral, zur Entdeckung des Penicillins, zur Erfindung des Radars und des elektronischen Computers?
Ich glaube, man kann auf alle diese Fragen mit einem glatten »Nein« antworten. Die Vorstellungen sind zu naiv, der Übergang von Little Science zu Big Science vollzog sich allmählicher, als es zunächst erscheint. Einerseits ist klar, daß Little Science viele Elemente des Großartigen enthält. Andererseits umfaßt Big Science, in akademischen Winkeln versteckt, Forschungsansätze unbekannter Pioniere, die, obwohl mit billigsten Methoden betrieben, 1975 von entscheidendem Interesse sein werden. Es ist eher die schöne Ausnahme als die Regel, daß entscheidende Durchbrüche in der Forschung in ihrem Anfangsstadium angekündigt werden, als bedeutende Arbeit bedeutender Leute.
In der Geschichte gab es zahlreiche gewaltige nationale Anstrengungen: die großen Observatorien von Ulugh Beg in Samarkand im 15. Jahrhundert, von Tycho Brahe auf der Insel Hven im 16. Jahrhundert und von Jai Singh in Indien im 17. Jahrhundert, von denen jedes einen fühlbaren Teil der verfügbaren nationalen Mittel verschlang. Im 18. Jahrhundert fanden gewaltige internationale Unternehmungen statt, um die Venusdurchgänge zu beobachten. Und von den großen wissenschaftlichen Apparaten waren die besonders im Holland
Der Unterschied ist allerdings, daß die damaligen Anstrengungen meist dazu dienten einzelnen Wissenschaftlern eine Arbeitsplattform zu bieten, während die Big Science nur noch von ganzen Teams von Wissenschaftlern vorangetrieben werden kann (W.U.).
Aber lassen wir uns von der Geschichte nicht ablenken. Wir wollen nicht so sehr durch Gegenbeispiele zeigen, daß Little Science manchmal groß und Big Science manchmal klein ist, sondern demonstrieren, daß der Wandel auffallend graduell vonstatten ging. Dazu müssen wir die Analyse der Wissenschaft mit Messungen beginnen, und in diesem Fall ist es noch schwieriger als gewöhnlich, sie durchzufahren und zu interpretieren.
Unser Ausgangspunkt sind empirische statistische Aussagen über verschiedene Gebiete und Aspekte der Wissenschaften. Sie zeigen mit eindrucksvoller Konsistenz und Regelmäßigkeit, daß bei jeder vernünftigen Meßweise das normale Wachstum beliebiger genügend großer Teilstücke der Wissenschaft exponentiell erfolgt. Das heißt, Wissenschaft wächst wie ein Kapital mit Zinseszins, sie multipliziert sich in gleichen Zeitintervallen mit dem gleichen Faktor. Mathematisch folgt exponentielles Wachstum aus der einfachen Bedingung, daß zu jeder Zeit die Wachstumsrate proportional der schon erreichten Größe ist - je größer ein Ding, um so schneller sein Wachstum. In dieser Hinsicht besteht Übereinstimmung mit dem allgemeinen Naturgesetz, das das Wachstum der Weltbevölkerung, der Bevölkerung eines bestimmten Landes, der Zahl der Fruchtfliegen in einer Flaschenkolonie regiert, oder das Wachstum des Eisenbahnnetzes zu Beginn der industriellen Revolution beschreibt.
Es mag scheinen, daß die Gültigkeit eines solchen empirischen Gesetzes für das Wissenschaftswachstum weder unerwartet noch bedeutsam ist. Das Gesetz hat jedoch einige bemerkenswerte
Der überraschendste und bedeutsamste Zug dieses empirischen Gesetzes ist, daß es mit großer Genauigkeit über lange Zeitperioden hinweg gilt.
Selbst bei wenig sorgfältiger und kritischer Auswahl der als Maßstab benutzten Größe hat man kaum Schwierigkeiten zu zeigen, daß ein allgemeines exponentielles Wachstum über 2 oder 3 Jahrhunderte hinweg aufrechterhalten blieb. Dadurch erhält das Gesetz, obwohl es in diesem Stadium noch empirisch ist, sofort einen bedeutsameren Status als die gewöhnlich kurzfristigen ökonomischen Zeitreihen. Es erweckt den starken Verdacht, daß dieses Gesetz mehr als nur empirischen Charakter hat und daß mit brauchbaren Definitionen der exponentiell wachsenden Größen eine einleuchtende theoretische Basis für ein solches Gesetz gefunden werden kann. Wir werden das später zeigen.
Die zweite wichtige Eigenschaft des Wissenschaftswachstums ist seine überraschende Geschwindigkeit. Exponentielle Zunahme wird am besten durch die Verdoppelungszeit oder die Verzehnfachungszeit charakterisiert.3Heute hat das Wissenschaftsvolumen, gemessen in Manpower oder in Publikationszahlen, eine Verdoppelungszeit von 10 bis 15 Jahren. Die 10-Jahresperiode ergibt sich mit einem alles einbeziehenden Maßstab, der nicht zwischen hochqualifizierter und weniger qualifizierter Arbeit unterscheidet und von einer Minimaldefinition der Wissenschaft ausgeht; geht man selektiver vor, indem man die zu zählenden Wissenschaftler und wissenschaftlichen Publikationen enger definiert, erhält man eine Periode von 15 Jahren. Engt man den Bereich so weit ein, daß nur noch wissenschaftliche Arbeit sehr hoher Qualität zählt, so verlängert sich die Verdoppelungszeit auf fast 20 Jahre. Dise Einschätzung dürfte nach den Erfharungen der letzten Jahrzehnte am ehesten zutreffen. Sie berücksichtigt auch in der fundamental wichtigen Abbildung 1 die Beginne im 17. Jh. stärker als es bei de Solla Price geschieht. Außerdem muß hier klar unterschieden werden zwischen dem Wachstum an Information und dem an Wissen. Wissen als hochkomprimierte Form von Information und Redundanz wächst zwangsläufig langsamer als das Aufkommen von Information und Redundanz. (W.U.).
Verdoppelungszeit 100 Jahre Eintragungen in die nationalen biographischen Lexika
50 Jahre Arbeitskraft Bevölkerung Zahl der Universitäten 20 Jahre Bruttosozialprodukt wichtige Entdeckungen große Physiker Anzahl der bekannten chemischen Elemente Genauigkeit der Instrumente Collegeanfänger pro Tausend der Bevölkerung 15 Jahre Studienabschlüsse in Geistes- und Naturwissenschaften wissenschaftliche Zeitschriften Mitarbeiter in wissenschaftlichen Instituten Anzahl der bekannten chemischen Verbindungen Anzahl der wissenschaftlichen Abstracts aller Gebiete 10 Jahre Anzahl der bekannten Asteroiden Fachliteratur über die Theorie der Determinanten über nichteuklidische Geometrie über Röntgenstrahlung über Experimentalpsychologie
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Erinnern wir uns an die lange Gültigkeitsdauer des exponentiellen Wachstums, so können wir feststellen, daß eine Verdoppelungsperiode von 15 Jahren über drei Jahrhunderte hinweg einer Vermehrung um 220, also ungefähr um den Faktor eine Million, entspricht. Meßgrößen für den Umfang der Wissenschaft mit dieser Verdoppelungsperiode sollten sich also seit 1660 auf das Millionenfache vergrößert haben. Man bietet die vernünftigste Erklärung der wissenschaftlichen und industriellen Revolution an, wenn man feststellt, daß genau das tatsächlich geschehen ist. Kurz nach 1660 wurden die ersten neuzeitlichen nationalen wissenschaftlichen Gesellschaften gegründet, sie schufen die ersten wissenschaftlichen Zeitschriften, und die Wissenschaftler begannen, Aufsätze anstelle von Büchern zu schreiben, die bis dahin ihre einzige Kommunikationsmöglichkeit waren. Heute kennen wir 50.000 periodische wissenschaftliche Zeitschriften (Abb. 1), von denen 30.000 noch erscheinen. Sie enthalten insgesamt ungefähr 6 Mill. wissenschaftliche Aufsätze (Abb. 2), die sich mit einer Rate von mindestens ½ Million pro Jahr vermehren.4Die Zahl dürfte heute (um 2000) auf etwa 100.000 laufende Zeitschriften mit etwa 10 Mio. Aufsätzen von etwa 10 Mio. Wisssenschaflern angstiegen sein. Von disen Publikationen erscheinen allerdings immer mehr nur noch elektronisch (W.U.). Das gleiche gilt allgemein auch für wissenschaftliche Manpower. Während es in der Mitte des 17. Jahrhunderts nur wenige wissenschaftlich gebildete Menschen gab - eine Handvoll,
Anzahl der Telefone in den USA Anzahl der Ingenieure in den USA Transportgeschwindigkeit Kilowattstunden Elektrizität 5 Jahre Anzahl der Übersee-Telefonate Magnetische Permeabilität von Magneten 1½ Jahre Energie der Beschleuniger in MeV
Die ständige Verdoppelung etwa alle 15 Jahre hat uns das gegenwärtige wissenschaftliche Zeitalter beschert und die eigenartige Gegenwartskonzentration der Wissenschaft erzeugt, die uns zu sagen erlaubt, daß der größte Teil der wissenschaftlichen Arbeit jetzt erfolgt und die meisten Wissenschaftler als unsere Zeitgenossen leben. Wenn sich die Zahl der Wissenschaftler, sagen wir, alle 15 Jahre verdoppelt, dann werden in jedem Intervall von 15 Jahren so viele Wissenschaftler ausgebildet wie in der gesamten Zeit davor. Aber zu jedem Zeitpunkt existieren Wissenschaftler nebeneinander, die in den vergangenen 45 Jahren ausgebildet wurden. Dieses Zeitintervall entspricht dem mittleren Abstand zwischen Eingliederung in die Forschungsfront und Rücktritt von der aktiven wissenschaftlichen Arbeit. Folglich kommt auf jeden Wissenschaftler, der vor mehr als 45 Jahren geboren wurde, eine in der ersten, zwei in der zweiten und vier in der dritten Verdoppelungsperiode geborene Personen, die Wissenschaftler wurden oder werden. Das bedeutet, daß von 8 Wissenschaftlern heute 7 leben, also 87 1/2%; das wollen wir den Koeffizienten der Gegenwartskonzentration nennen. Das kann man exakt unter Benutzung der versicherungsmathematischen Sterbetafeln berechnen, aber viel wird sich nicht ändern, denn die Verdoppelungszeit der Wissenschaft ist viel kürzer als die mittlere Schaffenszeit des Wissenschaftlers.
Für eine Verdoppelungsperiode von 10 Jahren berechnet sich der Koeffizient der Gegenwartskonzentration zu 96%, für eine Verdoppelungsperiode von 20 Jahren zu 81%. Selbst wenn man nur die allgemeine Form der Wachstumsfunktion und die Größenordnung der Zeltkonstanten zugesteht, muß man das Gefühl bekommen, daß die meisten großen Wissenschaftler
Besonders der Ausdruck »Koeffizient der Gegenwartskonzentration« kann irreführend sein. Vergleichen wir zuerst die eben gefundenen Zahlen mit den vermutlichen Zahlen für die Weltbevölkerung.
Zu Beginn des christlichen Zeitalters zählte die menschliche Bevölkerung ungefähr 250 Millionen, sie wuchs langsam und unregelmäßig, unterschiedlich an verschiedenen Orten und zu verschiedenen Zeiten, und erreichte in der Mitte des 17. Jahrhunderts die Zahl von 550 Millionen. Sie wuchs dann mit immer zunehmendem Tempo, so daß heute ungefähr 3.000 Millionen Menschen leben, und es sieht so aus, als ob sich diese Zahl alle 40 bis 50 Jahre verdoppelt. Wenn wir 20 Jahre pro Generation rechnen, müssen mindestens 60.000 Millionen Menschen insgesamt gelebt haben, folglich leben heute nur noch 5% aller Menschen, die nach Christus geboren wurden. Berechnen wir die vorchristlichen Menschen mit ein, wird der Bruchteil kleiner. Zählen wir nur die Menschen seit der Mitte des 17-Jahrhunderts, erhalten wir kaum mehr als 10%. Eine angemessene Berücksichtigung der Veränderungen des Sterbealters und des Eintritts der Gebärfähigkeit werden vermutlich das qualitative Ergebnis nicht ändern - die menschliche Bevölkerung ist bei weitem nicht so gegenwartskonzentriert wie die Wissenschaft.
Ohne einen Vergleich dieser Art kann man gar nicht erkennen, wie zwerghaft die Bevölkerungsexplosion und alle anderen nichtwissenschaftlichen menschlichen Wachstumsexplosionen neben der Wissenschaftsexplosion erscheinen.
"Mehr als 80% der Wissenschaft ist zeitgenössisch; diese Tatsache widerlegt die naive Vorstellung, daß wir von Little Science zu Big Science durch reine Veränderung der Größenordnung geführt wurden..." >>Von Little Science zu Big Science Tl. 2
Lotka´s Gesetz
Anzahl der Wissenschaftler
Die unsichtbaren Kollegien
Big Scientists
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2. Alvin M. Weinberg, Impact of large-scale science on the United States, in: Science 134 (Juli 1961), 164. Ich verdanke diesem Aufsatz viele Anregungen - Siehe auch die weiteren Kommentare von Weinberg in: The Federal Laboratories and Science Education, in: Science 136 (April 1962), 27.
3. 10 Verdopplungsperioden entsprechen ungefähr 3 Verzehnfachungsperioden (210 = 1024).
4. Eine ins einzelne gehende Diskussion findet sich in Derek J. de Solla-Price, Science Since Babylon, New Haven 1961, Kap. 5.
Abb. 1. Gesamtzahl der Gründungen von wissenschaftlichen Zeitschriften und Abstracts-Zeitschriften als einer Funktion der Zeit.
Es ist zu beachten, daß Abstracts-Zeitschriften in dem Augenblick zu erscheinen beginnen, in dem die Gesamtzahl der Zeitschriften etwa 300 erreicht. Die hier aufgeführten Zahlen beziehen sich auf Gründungen und nicht auf noch überlebende Zeitschriften; sie beziehen sich nicht nur auf rein wissenschaftliche Zeitschriften, sondern auf alle, die irgendwelche Wissenschaft enthalten. Engere Definitionen könnten die absolute Zahl um eine Größenordnung reduzieren, der allgemeine Trend bleibt jedoch bei allen Definitionen erhalten. Aus Derek J. de Solla-Price, Science Since Babylon, New Haven, Yale University Press, 1961. S. 20
Abb. 2. Gesamtzahl der Abstracts verschiedener Wissenschaftsgebiete vom Beginn der Abstracts-Zeitschrift bis zum angegebenen Datum.
Nach einer anfänglichen Periode schneller Expansion stellt sich eine stabile Wachstumsrate ein, dann wächst die Zahl der Abstracts exponentiell an und verdoppelt sich etwa alle 15 Jahre.
Abb. 3. Wachstum der wissenschaftlichen Manpower und der Gesamtbevölkerung der USA.
Je höher die Qualifikation der Manpower ist, um so höher ist ihre Wachstumsrate. Die Kurven zeigen eine deutliche Tendenz, sich einem Sättigungswert anzunähern, der parallel zur Bevölkerungskurve verläuft.