Naturwissenschaften: Grundwissen für Technik, Innovation und Forschung

Die Erforschung der Zusammenhänge der Natur, ihrer Bausteine und der darauf wirkenden Kräfte ist die Aufgabe der Physik. Viele andere Naturwissenschaften wie die Chemie oder die Biologie bedienen sich heute physikalischer Methoden für ihre Forschung.

Was sind die kleinsten Bausteine unserer Materie? Der Nobelpreisträger Peter Higgs im Forschungszentrum CERN. © CERN

Warum fallen Steine nach unten, wie entstehen Gewitter und was ist Energie? Mit diesen Fragen beschäftigten sich die großen Naturforscherinnen und -forscher vergangener Jahrhunderte. Während viele Phänomene unserer Alltagswelt heute verstanden sind, suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler noch immer nach Antworten auf grundlegende Fragen:

  • Was sind die kleinsten Bausteine unserer Materie?
  • Wie ist das Universum entstanden? Und wie wird es sich entwickeln?
  • Gibt es Leben auf anderen Planeten?
  • Welche Eigenschaften haben bestimmte Materialien – und warum?
  • Wie funktionieren die Prozesse in den Zellen unseres Körpers?

Diesen und anderen Fragen geht die naturwissenschaftliche Grundlagenforschung nach.

Förderung von Spitzenforschung in Deutschland

Deutschlands Wirtschaftsleistung basiert heute – und zukünftig noch stärker – auf Wissen, Technologien und Innovationen. Diese Fähigkeiten von Generation zu Generation zu erweitern, ist ein Ziel der Förderung des Bundesforschungsministeriums. Jede neue Wissenschaftlergeneration baut auf den Erkenntnissen der Vorjahre und -jahrzehnte auf. Mit dem Erlangen neuer Erkenntnisse verschieben sich die Grenzen des technisch Machbaren und bildet sich ein Nährboden für technologische Neuerungen.

Das Bundesforschungsministerium schafft die Voraussetzungen für naturwissenschaftliche Grundlagenforschung auf höchstem Niveau und gestaltet gemeinsam mit nationalen und internationalen Partnern die Landschaft der Großgeräte. Dies sichert den Forscherinnen und Forschern in Deutschland den Zugang zu weltweit führenden Großgeräten. An welchen der weltweit verteilten Anlagen sich Deutschland beteiligt, ist das Ergebnis strategischer Überlegungen: Mit einem nationalen Roadmap-Prozess wird politisch entschieden, welche Forschungsanlagen priorisiert werden, sodass deren Bau mit Mitteln des Ministeriums unterstützt werden kann. Die nationale Strategie ist dabei eingebettet in die europäischen und globalen Überlegungen zur Weiterentwicklung einer leistungsfähigen Landschaft von Forschungsinfrastrukturen.

Die Großgeräte der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung erfordern modernste Technologien und erreichen eine – oft beeindruckende – Komplexität und Größe. Damit sich deutsche Forscherinnen und Forscher  angemessen an diesen Anlagen beteiligen können, unterstützt sie der Bund durch institutionelle oder projektbezogene Förderung. Die institutionelle Förderung der Wissenschaftsorganisationen, wie Helmholtz-Gemeinschaft oder Max-Planck-Gesellschaft, wird dabei ergänzt durch das Förderinstrument der Verbundforschung.

Durch die Verbundforschung ermöglicht das Bundesforschungsministerium Forscherinnen und Forschern aus deutschen Universitäten die wissenschaftliche Beteiligung an den weltweit führenden Großgeräten – wie etwa dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN in der Schweiz. Diese gezielte Projektförderung erlaubt es insbesondere jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, innovative Experimente und Apparaturen für die Großgeräte zu entwickeln. Dadurch wird es möglich, diese Geräte international wettbewerbsfähig zu halten, neue grundlegende Erkenntnisse zu gewinnen und so einen wichtigen Beitrag zur Zukunftsvorsorge zu leisten. Die Projektförderung spannt dabei einen weiten Bogen von der wissenschaftlichen Qualifizierung junger Menschen bis hin zu nobelpreiswürdigen Forschungsarbeiten.

Higgs, Planeten und Zellen: Der lange Atem zählt

Im Jahr 2012 wurde am größten Teilchenbeschleuniger der Welt, dem LHC am Forschungszentrum CERN nahe Genf, das Higgs-Boson entdeckt. Mehr als fünfzig Jahre lang suchten Forscherteams nach diesem Elementarteilchen, das allen anderen ihre Masse verleiht. Der Nobelpreis für Physik ging 2013 an Peter Higgs und François Englert, die das Teilchen in den 1960er-Jahren vorhergesagt hatten. Die Entdeckung des Teilchens war nur möglich durch die internationale Finanzierung des LHC, mit dem Bundesforschungsministerium als größtem Beitragszahler.

Exoplaneten
Exoplaneten © European Southern Observatory

Mitte der 1990er Jahre entdeckten Astronominnen und Astronomen die ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Heute sind fast 2000 dieser extrasolaren Planeten bekannt. Leben, wie wir es kennen, fand man bisher auf keinem dieser Exoplaneten. Mit modernsten Teleskopen wie etwa dem European Extremely Large Telescope (E-ELT) können Astronominnen und Astronomen in den kommenden Jahren auch außerhalb unserer direkten kosmischen Nachbarschaft hinsehen. Vielleicht entdecken sie demnächst die ersten Hinweise auf einen belebten Zwillingsplaneten unserer Erde.

Ribosom-Antibiotikum Komplex
Ribosom-Antibiotikum Komplex © Joerg M. Harms

In unseren Zellen entstehen laufend neue Proteine. Wie diese speziellen Biomoleküle, die Ribosome, ihre Arbeit verrichten, untersuchten Ada Yonath und ihr Team mit einem Verfahren, das als Röntgenstrukturanalyse bezeichnet wird. Dafür bedarf es Elektronenbeschleuniger wie ESRF in Frankreich oder PETRA III in Hamburg, die mit Mitteln des Forschungsministeriums gebaut und betrieben werden. Hier lässt sich eine besondere Art von Röntgenstrahlung – die Synchrotronstrahlung – erzeugen. Mit diesem intensiven Röntgenlicht konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schließlich die Struktur des Ribosoms entschlüsseln und erhielten dafür 2009 den Nobelpreis für Chemie.

Diese Beispiele zeigen: Zum einen ist naturwissenschaftliche Erkenntnis interessant und relevant für unsere Gesellschaft – auch heute noch sind viele grundsätzliche Fragen nicht erforscht. Zum anderen braucht Naturwissenschaft einen langen Atem. Planungszeiträume für Versuchsreihen oder den Bau von großen Experimenten werden eher in Jahrzehnten als in Jahren gemessen. Daher ist die Strategie des Bundesforschungsministeriums langfristig ausgelegt. Die Entscheidungen für Bau, Betrieb und Rückbau von Großgeräten werden gemeinsam mit internationalen – besonders europäischen – Partnern getroffen. Dabei gestaltet das Ministerium eine weltweit führende Forschungslandschaft im Dialog mit der Wissenschaft.

Über die Fördermöglichkeiten für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler informiert die Förderberatung des Bundes.