自然科学
自然科学は、私たちの周りの世界と宇宙がどのように機能しているかを理解していこうとします。上の写真で左上から時計回りに見ると、天文学、化学、地球科学、生物学、物理学の5つの主要な分野があります。

自然科学または経験科学は、観察と実験から得られた経験的証拠に基づいて、自然現象の記述、理解、予測を扱う科学の一分野です。 [ 1 ]査読や研究結果の再現性などのメカニズムは、科学的進歩の妥当性を確保するために用いられます。

自然科学は、生命科学と物理科学という二つの主要な分野に分けられます。生命科学は生物学とも呼ばれます。物理科学は、物理学、天文学、地球科学、化学に細分されます。これらの自然科学の分野は、さらに専門分野（分野とも呼ばれます）に細分化されます。経験科学である自然科学は、数学や論理学といった形式科学のツールを用いて、自然に関する情報を「自然法則」の明確な記述として説明できる尺度に変換します。[ 2 ]

近代自然科学は、自然哲学へのより古典的なアプローチを継承した。ガリレオ・ガリレイ、ヨハネス・ケプラー、ルネ・デカルト、フランシス・ベーコン、そしてアイザック・ニュートンは、自然を研究する上で、より数学的な方法とより実験的な方法の利点について議論した。しかしながら、しばしば見落とされがちな哲学的視点、推測、そして前提は、自然科学において依然として必要不可欠である。[ 3 ]発見科学を含む体系的なデータ収集は、 16世紀に植物、動物、鉱物などを記述・分類することで出現した自然史を継承した。 [ 4 ]今日、「自然史」とは、一般大衆を対象とした観察に基づく記述を意味する。[ 5 ]

基準

科学哲学者は、科学的努力と非科学的な努力を区別するために、カール・ポパーの物議を醸した反証可能性基準を含むいくつかの基準を提案してきました。 [ 6 ] [ 7 ]妥当性、正確性、品質管理（査読や結果の再現性など）は、今日の世界的な科学界で最も尊重されている基準の一つです。[ 8 ] [ 9 ]

自然科学において、不可能性の主張は、反駁の余地がないほど証明されたとみなされるのではなく、圧倒的に蓋然性が高いと広く受け入れられるようになる。この強い受容の根拠は、何かが起こらないことを示す広範な証拠と、非常に優れた予測力を持つ基礎理論との組み合わせであり、その前提は論理的に何かが不可能であるという結論に導く。自然科学における不可能性の主張は決して証明できないが、単一の反例を観察することによって反駁することは可能である。そのような反例があれば、その不可能性を示唆した理論の根底にある前提を再検討する必要がある。

自然科学の分野

生物学

細胞周期の様々な段階にあるタマネギ（Allium ）の細胞。生物の成長は、細胞周期を調節することで厳密に制御されています。

この分野は、生物に関連する現象を研究する多様な学問分野を包含しています。研究規模は、下位構成要素の生物物理学から複雑な生態学まで多岐にわたります。生物学は、生物の特性、分類、行動、そして種の形成過程や生物同士、そして環境との相互作用を研究対象としています。

植物学、動物学、医学といった生物学の分野は文明の初期にまで遡り、微生物学は顕微鏡の発明によって17世紀に導入されました。しかし、生物学が統一された科学となったのは19世紀になってからでした。科学者たちがすべての生物に共通点を発見すると、生物全体を研究することが最善であると判断されました。

生物学における重要な発展としては、遺伝学の発見、自然選択による進化、病気の細菌説、そして細胞や有機分子のレベルでの化学と物理学の技術の応用などが挙げられます。

現代生物学は、生物の種類と研究対象となるスケールによっていくつかの分野に分かれています。分子生物学は生命の基礎となる化学を研究する学問であり、細胞生物学はあらゆる生命の基本的な構成要素である細胞を研究する学問です。より高度なレベルでは、解剖学と生理学は生物の内部構造とその機能を研究し、生態学は様々な生物がどのように相互に関係しているかを研究します。

地球科学

地球科学（地質科学とも呼ばれる）は、地質学、地理学、地球物理学、地球化学、気候学、氷河学、水文学、気象学、海洋学など、地球に関連する科学全般を指す包括的な用語です。

鉱業と宝石は文明の歴史を通じて人類の関心の対象となってきましたが、経済地質学や鉱物学といった関連科学の発展は18世紀まで待たなければなりませんでした。地球研究、特に古生物学は19世紀に開花しました。20世紀には地球物理学などの他の学問分野の発展が続き、1960年代にはプレートテクトニクス理論が発展しました。この理論は、進化論が生物学に与えた影響と同様の影響を地球科学にもたらしました。今日の地球科学は、石油・鉱物資源、気候研究、そして環境アセスメントと環境修復と密接に結びついています。

大気科学

大気科学は、その概念、技術、実践が独自に発展し、また広範な分野を擁していることから、地球科学と関連付けられることもありますが、自然科学の独立した分野とも考えられています。この分野は、地表から宇宙の果てまで、大気の様々な層の特性を研究します。研究の時間スケールも、日単位から世紀単位まで様々です。地球以外の惑星の気候パターンの研究も含まれる場合があります。[ 10 ]

海洋学

海洋に関する本格的な研究は20世紀初頭から中頃に始まりました。自然科学分野としては比較的新しい分野ですが、独立した専門分野が存在します。この分野を地球科学、学際科学、あるいは独立した分野として分類するべきかどうかについては依然として議論が続いていますが、現代の研究者の多くは、海洋が独自のパラダイムと実践を確立するまで成熟していることに同意しています。

惑星科学

惑星科学、または惑星学は、地球のような地球型惑星と、巨大ガス惑星や巨大氷惑星などの他のタイプの惑星を含む惑星の科学的研究です。惑星科学は、準惑星、衛星、小惑星、彗星など、他の天体にも関係します。これは主に太陽系を含みますが、最近では太陽系外惑星、特に地球型太陽系外惑星にまで範囲が広がり始めています。微小流星体から巨大ガス惑星に至るまでのさまざまな天体を調査し、それらの構成、動き、起源、相互関係、過去を解明します。惑星科学は、天文学と地球科学に端を発し、現在では惑星地質学、宇宙化学、大気科学、物理学、海洋学、水文学、理論惑星学、氷河学、太陽系外惑星学など、多数の領域を包含する学際的な領域です。関連分野には、太陽系の天体に対する太陽の影響を研究する宇宙物理学や宇宙生物学が含まれます。

惑星科学は、観測と理論の分野が相互に関連しています。観測研究は、主にリモートセンシングを活用したロボット宇宙船ミッションによる宇宙探査と、地上実験室で実施される比較実験を組み合わせたものです。理論的側面には、広範な数学モデルとコンピュータシミュレーションが含まれます。

惑星科学者は通常、大学や研究機関の天文学、物理学、または地球科学の学部に所属しています。しかし、世界中には惑星科学に特化した研究所も存在します。一般的に、惑星科学のキャリアを目指す人は、地球科学、天文学、天体物理学、地球物理学、または物理学のいずれかの分野で大学院レベルの研究を行います。その後、惑星科学の分野に特化した研究を行います。毎年主要な会議が開催され、多数の査読付き学術誌が惑星科学の多様な研究対象に対応しています。一部の惑星科学者は民間の研究機関に雇用され、共同研究に頻繁に参加しています。

化学

このカフェイン分子の構造式は、原子がどのように配置されているかをグラフィカルに表したものです。

化学は、原子および分子レベルで物質を科学的に研究する学問であり、主に気体、分子、結晶、金属といった原子の集合体を扱います。これらの物質の組成、統計的性質、変化、反応を研究します。また、化学は、より大規模な応用のために、個々の原子や分子の特性と相互作用を理解することも含みます。

ほとんどの化学プロセスは、物質を操作するための一連の（多くの場合、十分に検証された）技術と、その背後にあるプロセスの理解を用いることで、実験室で直接研究することができます。化学は、他の自然科学と繋がる役割を果たしているため、「中心科学」と呼ばれることがよくあります。

化学における初期の実験は、神秘主義と物理的実験を組み合わせた一連の信念である錬金術の体系に根ざしています。化学は、気体の発見者であるロバート・ボイルと、質量保存の法則を提唱したアントワーヌ・ラボアジエの研究によって発展し始めました。

化学元素と原子論の発見は、この科学を体系化させ始め、研究者たちは物質の状態、イオン、化学結合、化学反応に関する基礎的な理解を深めました。この科学の成功は、今日世界経済において重要な役割を果たす 補完的な化学産業の発展につながりました。

物理

水素原子の軌道は、陽子に結合した電子の確率分布を記述したものである。その数学的記述は、物理学の重要な分野である量子力学における標準的な問題である。

物理学は、宇宙の基本的な構成要素、それらが互いに及ぼす力と相互作用、そしてそれらの相互作用によって生じる結果を研究する学問です。物理学は、他のすべての自然科学が物理学の原理と法則を用い、従うため、一般的に基礎科学とみなされています。物理学は、原理を定式化し定量化するための論理的枠組みとして、 数学に大きく依存しています。

宇宙の原理の研究は長い歴史を持ち、その多くは直接的な観察と実験に由来しています。宇宙の支配法則に関する理論の構築は、物理学の研究において非常に初期の段階から中心的な位置を占めてきましたが、哲学は徐々に体系的かつ定量的な実験的検証と観察へと移行し、検証の源泉となってきました。物理学における重要な歴史的発展としては、アイザック・ニュートンの万有引力理論と古典力学、電気と磁気の関係についての理解、アインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論、熱力学の発展、そして原子および素粒子物理学の量子力学モデルなどが挙げられます。

物理学の分野は広大で、量子力学、理論物理学、応用物理学、光学など、多様な研究分野を含みます。現代物理学はますます専門化が進み、研究者はアイザック・ニュートン、アルバート・アインシュタイン、レフ・ランダウのように複数の分野で活躍した「普遍主義者」ではなく、特定の分野に焦点を当てる傾向にあります。

天文学

天文学は、天体や天体現象を研究する自然科学です。研究対象となる天体には、惑星、衛星、恒星、星雲、銀河、彗星などがあります。天文学は、地球の大気圏外にある宇宙のあらゆるもの、つまり肉眼で観測できる天体も研究対象としています。天文学は最も古い科学の一つです。

古代文明の天文学者たちは夜空を系統的に観測し、はるか昔の時代から天文遺物が発見されています。天文学には観測天文学と理論天文学の2種類があります。観測天文学は、主に物理学の基本原理を用いてデータの取得と分析に重点を置いています。一方、理論天文学は、天体や現象を記述するためのコンピュータモデルや解析モデルの開発に重点を置いています。

無人および有人宇宙船ミッションは、月の裏側にあるダイダロスクレーターのこのアポロ 11 号の眺めのように、太陽系内の遠く離れた場所の画像を撮影するために使用されました。

この学問分野は、地球の大気圏外で発生する天体および現象に関する科学です。天体の進化、物理学、化学、気象学、地質学、運動、そして宇宙の形成と発展を研究対象としています。

天文学には、恒星、惑星、彗星の調査、研究、そしてモデル化が含まれます。天文学者が利用する情報のほとんどは遠隔観測によって収集されます。しかしながら、天体現象の実験室での再現も行われてきました（星間物質の分子化学など）。天文学は物理学や地球科学の一部の分野とかなりの重複があります。また、天体物理学、惑星科学、宇宙論といった学際的な分野に加え、宇宙物理学や天体化学といった関連分野も存在します。

天体の特徴や現象の研究は古代にまで遡りますが、この分野の科学的方法論は17世紀半ばに発展し始めました。その鍵となったのは、ガリレオが望遠鏡を導入し、夜空をより詳細に観察したことです。

天文学の数学的扱いは、ニュートンによる天体力学と万有引力の法則の発見に始まります。しかし、それはケプラーをはじめとする天文学者によるそれ以前の研究によっても引き起こされました。19世紀までに、分光器や写真機といった機器の導入、望遠鏡の大幅な改良、そして専門的な天文台の設置により、天文学は正式な科学へと発展しました。

学際研究

自然科学の各分野間の区別は必ずしも明確ではなく、多くの分野横断的な分野を共有しています。物理学は、天体物理学、地球物理学、化学物理学、生物物理学に代表されるように、他の自然科学において重要な役割を果たしています。同様に、化学は、生化学、物理化学、地球化学、天体化学といった分野に代表されます。

複数の自然科学を基盤とする科学分野の一例として、環境科学が挙げられます。この分野は、環境の物理的、化学的、地質学的、生物学的な構成要素の相互作用を研究し、特に人間の活動が生物多様性と持続可能性に与える影響に焦点を当てています。また、経済学、法学、社会科学といった他の分野の専門知識も活用しています。

海洋学は、同様の幅広い科学分野を基盤としており、海洋学と類似した学問分野です。海洋学は、物理海洋学や海洋生物学など、より専門性の高い学際分野に分類されます。海洋生態系は広大で多様であるため、海洋生物学はさらに多くのサブフィールドに細分化され、特定の種に特化した分野も含まれます。

また、扱う問題の性質上、専門化に反する強い潮流を持つ学際的な分野も存在します。言い換えれば、統合的な応用分野の中には、複数の分野の専門家がほとんどの科学的議論の重要な部分を担っているものもあります。このような統合的な分野としては、例えば、ナノサイエンス、宇宙生物学、複雑系情報学などが挙げられます。

材料科学

四面体として表される材料パラダイム

材料科学は、物質とその特性の研究、そして新材料の発見と設計を扱う、比較的新しい学際的な分野です。もともと冶金学の分野で発展した材料と固体の特性の研究は、現在ではあらゆる材料にまで広がっています。この分野は、金属、セラミックス、人工ポリマーなど、様々な材料の化学、物理学、そして工学的応用を網羅しています。この分野の中核は、材料の構造と特性の関係を研究しています。

材料科学は、科学と工学における研究の最前線にあります。法医学工学（故障したり、意図したとおりに動作しなかったり、機能しなかったりして、人身傷害や財産損害を引き起こした材料、製品、構造、または部品の調査）と故障解析において不可欠な要素であり、故障解析は、例えば様々な航空事故の原因を解明する鍵となります。今日直面している最も差し迫った科学的問題の多くは、利用可能な材料の限界に起因しており、その結果、この分野におけるブレークスルーは、テクノロジーの未来に大きな影響を与える可能性があります。

材料科学の基礎は、材料の構造を研究し、その構造と特性を関連付けることです。この構造と特性の相関関係を理解することで、材料科学者は特定の用途における材料の相対的な性能を研究することができます。材料の構造、ひいては特性を決定づける主要な要因は、その構成化学元素と、最終形態に至るまでの加工方法です。これらの特性は、熱力学と動力学の法則を通して総合的に関連し、材料の微細構造、ひいては特性を決定づけます。

歴史

学者の中には、自然科学の起源を、生き残るために自然界を理解することが必要だった、文字を持たない人類社会にまで遡らせる者もいる。[ 11 ]人々は動物の行動や食料や薬としての植物の有用性を観察し、知識を蓄積し、それは世代から世代へと受け継がれた。[ 11 ]これらの原始的な理解は、紀元前3500年から3000年頃のメソポタミアと古代エジプトの文化において、より形式化された探究へと道を譲り、自然科学の前身である自然哲学の最初の文献が生まれた。 [ 12 ]これらの文献は天文学、数学、その他の物理世界の面への関心を示しているが、自然の仕組みに関する探究の最終的な目的は、いずれの場合も、科学的なものではなく、宗教的または神話的なものであった。[ 13 ]

科学的探究の伝統は古代中国にも現れ、道教の錬金術師や哲学者たちは寿命を延ばし病気を治すために不老不死の薬の実験を行った。[ 14 ]彼らは陰陽、つまり自然界の対照的な要素に注目した。陰は女性性と冷たさ、陽は男性性と暖かさに関連付けられた。[ 15 ]火、土、金、木、水の5つの段階は、自然界の変化のサイクルを表した。水は木に変わり、木は燃えて火に変わった。火が残した灰は土だった。[ 16 ]これらの原則を使用して、中国の哲学者や医師は人体解剖学を研究し、臓器を主に陰または陽として特徴付け、西洋で受け入れられる何世紀も前に、脈拍、心臓、および体内の血流の関係を理解し​​た。[ 17 ]

インダス川周辺の古代インド文化が自然をどのように捉えていたかについての証拠はほとんど残っていないが、彼らの視点の一部はヒンズー教の聖典であるヴェーダに反映されているかもしれない。[ 17 ]ヴェーダは、宇宙が永遠に拡大し、絶えずリサイクルされ、再形成されるという概念を明らかにしている。[ 17 ]アーユルヴェーダの伝統における外科医は、健康と病気を3つの体液、風、胆汁、粘液の組み合わせとみなした。[ 17 ]健康な生活はこれらの体液のバランスから生まれた。[ 17 ]アーユルヴェーダの思想では、体は5つの要素、土、水、火、風、空で構成されていた。[ 17 ]アーユルヴェーダの外科医は複雑な手術を行い、人体解剖学の詳細な理解を深めた。[ 17 ]

古代ギリシャ文化におけるソクラテス以前の哲学者たちは、紀元前600年から400年の間に自然哲学を自然の原因と結果についての直接的な探究に一歩近づけました。しかし、魔法と神話の要素は残りました。[ 18 ]地震や日食などの自然現象は、怒った神々のせいにされるのではなく、自然そのものの文脈で説明されることが増えました。[ 18 ]紀元前625年から546年まで生きた初期の哲学者であるミレトスのタレスは、世界が水に浮かんでおり、水が自然界の基本的な要素であるという理論を立てて地震を説明しました。[ 19 ]紀元前5世紀、レウキッポスは原子論、つまり世界は分割できない基本的な粒子でできているという考えの初期の提唱者でした。 [ 20 ]ピタゴラスはギリシャの数学の革新を天文学に適用し、地球が球体であると提唱しました。[ 20 ]

アリストテレス自然哲学（紀元前400年～紀元後1100年）

アリストテレスの遺伝観は、親から子への体液の移動パターンの伝達と、父親からのアリストテレス的形態の伝達のモデルとして考えられた。

後期のソクラテスやプラトンの思想は倫理、道徳、芸術に重点を置き、物質世界の探究を試みなかった。プラトンはソクラテス以前の思想家を唯物論者、反宗教主義者として批判した。[ 21 ] しかし、紀元前384年から322年まで生きたプラトンの弟子アリストテレスは、自身の哲学において自然界にもっと注意を払った。 [ 22 ]アリストテレスは『動物誌』で、アカエイ、ナマズ、ハチなど110種の内部構造を説明した。[ 23 ]アリストテレスは卵を割って様々な成長段階を観察することでニワトリの胚を調査した。[ 24 ]アリストテレスの著作は16世紀を通じて影響力を持ち、彼はその科学における先駆的な仕事から生物学の父とみなされている。[ 25 ]彼はまた、著書『物理学と気象学』の中で、帰納的推論を用いて物理学、自然、天文学に関する哲学を提示した。[ 26 ]

ラファエロが1509年に描いた絵画に描かれたプラトン（左）とアリストテレス。プラトンは宗教に反するとして自然哲学の探究を拒絶したが、彼の弟子であるアリストテレスは自然界に関する一連の著作を残し、何世代にもわたる学者に影響を与えた。

アリストテレスは、自然哲学をその先人たちよりも真剣に考えていたが、それを科学の理論的な一分野として捉えていた。[ 27 ]それでも、彼の著作に触発されて、ルクレティウス、セネカ、大プリニウスなど、西暦 1 世紀初頭の古代ローマの哲学者たちは、自然界の法則をさまざまな深さで扱った論文を書いた。[ 28 ] 3 世紀から 6 世紀の多くの古代ローマの新プラトン主義者もまた、アリストテレスの物理世界に関する教えを、心霊主義を強調した哲学に適応させた。[ 29 ]マクロビオス、カルキディウス、マルティアヌス・カペラなどの中世初期の哲学者たちも、主に宇宙論や宇宙史の観点から物理世界を検討し、天体の配置や天界に関する理論を提唱し、天界はエーテルで構成されていると仮定した。[ 30 ]

アリストテレスの自然哲学に関する著作は、ビザンチン帝国とアッバース朝の台頭の中でも翻訳され、研究され続けた。[ 31 ]

ビザンチン帝国において、アレクサンドリアのアリストテレス主義注釈者でありキリスト教神学者でもあったヨハネス・フィロポノスは、アリストテレスの物理学の教えに初めて疑問を呈した人物である。物理学を言語的議論に基づいていたアリストテレスとは異なり、フィロポノスは観察に依拠し、言語的議論に頼るのではなく観察を擁護した。[ 32 ]彼はインペトゥス理論を提唱した。ヨハネス・フィロポノスによるアリストテレス物理学の原理に対する批判は、科学革命期のガリレオ・ガリレイにインスピレーションを与えた。[ 33 ] [ 34 ]

9世紀以降のアッバース朝時代には、イスラム学者がギリシャとインドの自然哲学を拡張したことで、数学と科学の復興が起こりました。[ 35 ]アルコール、代数、天頂という言葉はすべてアラビア語に由来しています。[ 36 ]

中世の自然哲学（1100～1600年）

アリストテレスの著作や他のギリシャ自然哲学は、12世紀中ごろになって初めて西洋に伝わり、そのころには著作がギリシャ語とアラビア語からラテン語に翻訳された。[ 37 ]中世後期のヨーロッパ文明の発展は、自然哲学のさらなる進歩をもたらした。[ 38 ]蹄鉄、馬の首輪、輪作などのヨーロッパの発明は、急速な人口増加を可能にし、最終的には都市化と、現代のフランスとイギリスの修道院や大聖堂に関連のある学校の設立につながった。[ 39 ]学校の支援を受けて、自然やその他の主題に関する疑問に論理を用いて答えようとするキリスト教神学のアプローチが発展した。 [ 40 ]しかし、このアプローチは一部の批判者から異端と見なされた。[ 40 ]

12世紀までに、西ヨーロッパの学者や哲学者たちは、それまで知らなかった知識体系に触れるようになりました。それは、イスラムの学者たちが保存していたギリシャ語とアラビア語の膨大な著作群でした。[ 41 ]ラテン語への翻訳を通じて、西ヨーロッパはアリストテレスとその自然哲学を知るようになりました。[ 41 ]これらの著作は13世紀初頭までにパリとオックスフォードの新しい大学で教えられましたが、カトリック教会はこれに反発しました。 [ 42 ] 1210年のパリ教区の法令は、「パリでは、アリストテレスの自然哲学に関する著書やその注釈を用いた講義を、公的にも私的にも行ってはならない。違反者は破門の罰を受ける。」と命じました。[ 42 ]

中世後期、スペインの哲学者ドミニクス・グンディサリヌスは、ペルシャの学者アル・ファラビーの『諸科学について』をラテン語に翻訳し、自然力学の研究を「Scientia naturalis」（自然科学）と呼んだ。[ 43 ]グンディサリヌスは1150年の著書『哲学の区分について』でも自然科学の分類を提唱した。[ 43 ]これは、ギリシャとアラブの哲学に基づく科学の詳細な分類として西ヨーロッパに伝わった最初のものであった。[ 43 ]グンディサリヌスは自然科学を「抽象化されずに運動するものだけを考察する科学」と定義し、数学や数学に依存する科学とは対照的にした。[ 44 ]アル・ファラビーに倣い、彼は科学を物理学、宇宙論、気象学、鉱物科学、動植物科学の8つの分野に分けた。[ 44 ]

その後、哲学者たちは自然科学を独自に分類しました。ロバート・キルワードビーは13世紀に『科学の秩序について』を著し、医学を農業、狩猟、演劇とともに機械科学に分類し、自然科学を運動する物体を扱う科学と定義しました。 [ 45 ]イギリスの修道士で哲学者のロジャー・ベーコンは、自然科学は「火、空気、土、水といった要素、そしてそれらから構成されるすべての無生物における運動と静止の原理」を扱うと記しました。[ 46 ]これらの科学は、植物、動物、天体も対象としていました。[ 46 ]

13世紀後半、カトリックの司祭であり神学者でもあったトマス・アクィナスは、自然科学を「動く存在」と「存在だけでなく定義も物質に依存するもの」を扱うものと定義しました。[ 47 ]中世の学者の間では、自然科学は運動する物体に関するものであるという点で広く合意されていました。しかし、医学、音楽、遠近法といった分野を含めるかどうかについては意見が分かれました。[ 48 ]哲学者たちは、真空の存在、運動が熱を生み出すかどうか、虹の色、地球の運動、元素化学物質の存在の有無、大気中の雨がどこで生成されるかといった疑問について考察しました。[ 49 ]

中世末までの数世紀に、自然科学は魔法やオカルトに関する哲学としばしば混じり合っていました。[ 50 ]自然哲学は、論文から百科事典、アリストテレスに関する注釈まで、さまざまな形で登場しました。[ 51 ]この時期の自然哲学とキリスト教の相互作用は複雑で、タティアノスやエウセビオスなど、一部の初期の神学者は自然哲学を異教のギリシャ科学の発現と見なし、疑念を抱いていました。[52] トマス・アクィナスなど、後のキリスト教哲学者の中には自然科学を聖書を解釈する手段と見る者もいましたが、この疑念は12世紀と13世紀まで続きました。[ 53 ] 1277年の『神学の非難』は、哲学を神学と同等の水準に置くこと、そして科学的文脈における宗教的構成物の議論を禁じたが、これはカトリック指導者が神学的な観点からさえ自然哲学の発展に抵抗した執拗さを示している。[ 54 ]アキナスと、当時のもう一人のカトリック神学者であるアルベルトゥス・マグヌスは、著作の中で神学と科学を遠ざけようとした。 [ 55 ]彼は1271年に「アリストテレスの解釈が信仰の教えとどう関係するのか私には分からない」と書いている。[ 56 ]

ニュートンと科学革命（1600～1800年）

16世紀と17世紀までに、より初期のギリシャ哲学が発見され翻訳されるにつれて、自然哲学はアリストテレスに関する注釈を超えて進化しました。[ 57 ] 15世紀の印刷機の発明、顕微鏡と望遠鏡の発明、そして宗教改革は、西洋で科学的探究が発展する社会的状況を根本的に変えました。[ 57 ]クリストファー・コロンブスの新世界発見は世界の物理的構成についての認識を変え、一方コペルニクス、ティコ・ブラーエ、ガリレオによる観測は太陽系が太陽中心であるというより正確な描写をもたらし、天体に関するアリストテレスの理論の多くが誤りであることを証明しました。[ 58 ]ルネ・デカルト、ピエール・ガッサンディ、マラン・メルセンヌ、ニコラ・マルブランシュ、トーマス・ホッブズ、ジョン・ロック、フランシス・ベーコンなど17世紀の哲学者の多くは、アリストテレスとその中世の追随者を全面的に拒絶し、彼らの自然哲学へのアプローチは表面的だとして過去との決別を図った。[ 59 ]

ヨハネス・ケプラー（1571–1630）。ケプラーの『新天文学』は、「科学者がいかにして不完全なデータに対処し、卓越した精度を持つ理論を構築したかを文書化した最初の刊行物」であり、科学的方法の基礎を築いた。[ 60 ]

ガリレオの著作『二つの新科学』とヨハネス・ケプラーの『新天文学』のタイトルは、17世紀にアリストテレスが退けられ、自然界の探究における新しい方法が支持されるようになった変化の雰囲気を浮き彫りにしました。[ 61 ]ベーコンはこの変化を広める上で重要な役割を果たしました。彼は、人々は芸術と科学を用いて自然を支配すべきだと主張しました。[ 62 ]これを実現するために、彼は「人間の生活は発見と力に恵まれなければならない」と書きました。[ 63 ]彼は自然哲学を「原因と事物の秘密の運動に関する知識、そして人間の帝国の境界を拡大し、あらゆる可能なことを実現すること」と定義しました。[ 61 ]ベーコンは、科学的探究は国家によって支援され、科学者の共同研究によって推進されるべきだと提唱しました。これは、当時としてはその範囲、野心、形態において前例のないビジョンでした。[ 63 ]

自然哲学者たちは、自然を複雑な時計のように分解して理解できるメカニズムとして見るようになっていった。[ 64 ]アイザック・ニュートン、エヴァンジェリスタ・トリチェリ、フランチェスコ・レディ、エドム・マリオット、ジャン＝バティスト・ドニ、ジャック・ロオーなどの自然哲学者たちは、水の流れに焦点を当てた実験を行い、気圧計を使用して大気圧を測定し、自然発生を反証した。[ 65 ]科学団体や科学雑誌が生まれ、印刷機によって広く普及し、科学革命を引き起こした。[ 66 ]ニュートンは1687年に『自然哲学の数学的原理』、または『プリンキピア・マテマティカ』を出版し、これは19世紀まで通用した物理法則の基礎を築いた。[ 67 ]

アンドリュー・カニンガム、ペリー・ウィリアムズ、フロリス・コーエンなど、現代の学者の中には、自然哲学は科学と呼ぶべきものではなく、真の科学的探究は科学革命によって初めて始まったと主張する者もいる。[ 68 ]コーエンによれば、「『自然哲学』と呼ばれる包括的な存在からの科学の解放は、科学革命の決定的な特徴の一つである」。[ 68 ]エドワード・グラントを含む他の科学史家は、17世紀、18世紀、19世紀に開花した科学革命は、光学、力学、天文学といった精密科学で得られた原理が、自然哲学が提起した問題に適用され始めたときに起こったと主張する。[ 68 ]グラントは、ニュートンが自然の数学的基盤、すなわち自然が従う不変の法則を明らかにしようと試み、その過程で自然哲学と数学を初めて融合させ、近代物理学の初期の成果を生み出したと主張する。[ 69 ]

アイザック・ニュートンは、史上最も影響力のある科学者の一人として広く認められています。

17世紀に始まった科学革命は、アリストテレス的な探究方法からの大きな転換を意味した。[ 70 ]その主要な進歩の一つは、自然を調査するために科学的手法を用いたことであった。データが収集され、実験において繰り返し可能な測定が行われた。[ 71 ]科学者たちはこれらの実験の結果を説明する仮説を立てた。 [ 72 ]次に、仮説は反証可能性の原理を用いて検証され、その正確さが証明または反証された。[ 72 ]自然科学は自然哲学と呼ばれ続けたが、科学的手法の採用によって科学は哲学的推測の領域を超え、自然を調査するより構造化された方法を導入した。[ 70 ]

イギリスの数学者で物理学者のニュートンは、科学革命において重要な役割を果たした。[ 73 ]コペルニクス、ブラーエ、ケプラーによる天文学の進歩を参考に、ニュートンは万有引力の法則と運動の法則を導き出した。[ 74 ]これらの法則は地球と宇宙空間の両方に適用され、それまで別々の物理法則に従って独立して機能していると考えられていた物理世界の2つの領域を統合した。[ 75 ]例えば、ニュートンは潮汐が月の引力によって引き起こされることを示した。[ 76 ]ニュートンのもう1つの進歩は、数学を自然現象の強力な説明ツールにしたことである。[ 77 ]自然哲学者は長い間、数学を測定と分析の手段として使用していましたが、その原理が自然界の因果関係を理解する手段に使用されるようになったのは、ニュートンが登場するまでであった。[ 77 ]

18世紀と19世紀には、シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロン、アレッサンドロ・ボルタ、マイケル・ファラデーといった科学者たちが、ニュートン力学を基盤として、電磁気学、すなわち荷電粒子上の正負の電荷と力の相互作用を研究しました。[ 78 ]ファラデーは、自然界の力は空間を満たす「場」の中で作用すると提唱しました。 [ 79 ]この場の概念は、ニュートンの重力概念である「遠隔作用」、つまり物体同士が引き合う空間に干渉するものが何もない状態での引力とは対照的でした。[ 79 ] 19世紀のジェームズ・クラーク・マクスウェルは、これらの発見を電気力学の一貫した理論に統合しました。[ 78 ]マクスウェルは、数式と実験を用いて、空間は互いに作用し合い、荷電波を伝達する媒体となる荷電粒子で満たされていることを発見しました。[ 78 ]

科学革命の時代には、化学においても大きな進歩が見られました。フランスの化学者アントワーヌ・ラボアジエは、物体が燃焼する際に空気中に「フロギストン」を放出するというフロギストン説を否定しました。 [ 79 ]ジョセフ・プリーストリーは18世紀に酸素を発見しましたが、ラボアジエは燃焼が酸化反応の結果であることを発見しました。[ 79 ]彼はまた、33元素の元素表を作成し、現代の化学命名法を発明しました。[ 79 ] 18世紀には、正式な生物学はまだ初期段階にあり、自然生物の分類と類型化に焦点が当てられていました。自然史のこの発展は、カール・リンネによって牽引されました。彼が1735年に発表した自然界の分類法は、現在もなお用いられています。リンネは1750年代に、彼が研究対象としたすべての種に学名を導入しました。[ 80 ]

19世紀の発展（1800～1900年）

マイケルソン・モーリーの実験は、光が光伝導性エーテルを伝播するという事実を反証するために用いられた。この19世紀の概念は、その後、アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論に取って代わられた。

19世紀までに、科学研究は専門家や機関の管轄下に入るよ​​うになりました。その過程で、科学は徐々に自然科学というより現代的な名称を獲得しました。 「科学者」という用語は、1834年にウィリアム・ヒューウェルがメアリー・サマーヴィルの『諸科学の結合について』の書評の中で造語しました。[ 81 ]しかし、この言葉が一般的に使われるようになったのは、同世紀の終わり頃でした。[ 82 ] [ 83 ]

近代自然科学（1900年～現在）

1923年にアメリカの化学者ギルバート・N・ルイスとアメリカの物理化学者マール・ランドールが書いた有名な教科書『熱力学と化学物質の自由エネルギー』によると、[ 84 ]自然科学には3つの大きな分野があります。

論理科学や数学科学の他に、少数の基本公理から引き出される多種多様な広範な演繹によって際立っている自然科学の3つの大きな分野があります。それは、力学、電気力学、熱力学です。[ 85 ]

今日、自然科学は、植物学や動物学などの生命科学と、物理学、化学、天文学、地球科学を含む物理科学に分けられることが一般的です。

参照

参考文献

  1. ^ “Definitions of the Natural Science” . uopeople.edu . 2021年6月10日. 2022年12月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年12月27日閲覧。
  2. ^ Lagemaat 2006、283ページ。
  3. ^ガウチ、ヒュー・G. (2003). 『科学的手法の実践』ケンブリッジ大学出版局. pp.  71– 73. ISBN 978-0-521-01708-4. 2023年12月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年7月2日閲覧。
  4. ^オグリヴィ 2008年、1～2頁。
  5. ^ 「自然史」プリンストン大学WordNet。2012年3月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2012年10月21日閲覧。
  6. ^ 「反証可能性の基準｜反証主義、ポパー、仮説｜ブリタニカ」 www.britannica.com 2025年9月12日閲覧。
  7. ^スティーブン・ソーントン (1997年11月13日). 「カール・ポパー」 .スタンフォード哲学百科事典. 2025年12月23日閲覧。
  8. ^フィドラー、フィオナ、ウィルコックス、ジョン (2018年12月3日). 「科学的結果の再現性」 .{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  9. ^ Gundersen, Odd Erik (2021-03-29). 「再現性の基本原理」 . Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 379 (2197) 20200210. arXiv : 2011.10098 . Bibcode : 2021RSPTA.37900210G . doi : 10.1098/rsta.2020.0210 . PMID 33775150 . 
  10. ^ 「惑星と太陽系外惑星の大気」ジェット推進研究所、アメリカ航空宇宙局。2023年11月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年11月9日閲覧。
  11. ^ a bグラント 2007、p.1。
  12. ^グラント 2007、2ページ。
  13. ^グラント 2007、2～3頁。
  14. ^マグナー 2002、3ページ。
  15. ^マグナー 2002、3～4頁。
  16. ^マグナー 2002、4ページ。
  17. ^ a b c d e f g Magner 2002、p. 5.
  18. ^ a bグラント 2007、p.8。
  19. ^ Barr 2006、2ページ。
  20. ^ a b Barr 2006、3ページ。
  21. ^グラント2007、21～22頁。
  22. ^グラント2007、27～28頁。
  23. ^グラント2007、33～34頁。
  24. ^グラント2007、34ページ。
  25. ^グラント2007、34～35頁。
  26. ^グラント2007、37～39頁、53頁。
  27. ^グラント2007、52ページ。
  28. ^グラント2007、95ページ。
  29. ^グラント2007、54、59頁。
  30. ^グラント2007、103ページ。
  31. ^グラント2007、61–66頁。
  32. ^ 「ヨハネス・フィロポノス『アリストテレス物理学』注解、pp」homepages.wmich.edu。2016年1月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年4月25日閲覧。
  33. ^ Wildberg, Christian (2018年3月8日). Zalta, Edward N. (編). The Stanford Encyclopedia of Philosophy . Metaphysics Research Lab, Stanford University. 2019年8月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年5月9日閲覧– Stanford Encyclopedia of Philosophyより。
  34. ^リンドバーグ、デイヴィッド（1992）『西洋科学の始まり』シカゴ大学出版局、162ページ。
  35. ^バー 2006、11ページ。
  36. ^バー 2006、11～12ページ。
  37. ^グラント2007、95、130頁。
  38. ^グラント2007、106ページ。
  39. ^グラント2007、106-107頁。
  40. ^ a bグラント2007、115ページ。
  41. ^ a bグラント2007、130ページ。
  42. ^ a bグラント2007、143ページ。
  43. ^ a b cグラント2007、155ページ。
  44. ^ a bグラント2007、156ページ。
  45. ^グラント2007、156-157頁。
  46. ^ a bグラント2007、158ページ。
  47. ^グラント2007、159–163頁。
  48. ^グラント2007、234ページ。
  49. ^グラント2007、236-237頁。
  50. ^グラント2007、170–178頁。
  51. ^グラント2007、189～190頁。
  52. ^グラント2007、239–240頁。
  53. ^グラント2007、241–243頁。
  54. ^グラント2007、246–247頁。
  55. ^グラント2007、251ページ。
  56. ^グラント2007、252ページ。
  57. ^ a bグラント2007、274ページ。
  58. ^グラント2007、274～275頁。
  59. ^グラント2007、276-277頁。
  60. ^グールド、アラン（2016年9月24日）「ヨハネス・ケプラー：その生涯、その法則、そして時代」NASA 。 2021年6月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年9月1日閲覧。
  61. ^ a bグラント2007、278ページ。
  62. ^グラント2007、278～279頁。
  63. ^ a bグラント2007、279ページ。
  64. ^グラント2007、280–285頁。
  65. ^グラント2007、280–290頁。
  66. ^グラント2007、280–295頁。
  67. ^グラント2007、304–306頁。
  68. ^ a b cグラント2007、307ページ。
  69. ^グラント2007、317–318頁。
  70. ^ a b Barr 2006、26ページ。
  71. ^バー 2006、26～27頁。
  72. ^ a b Barr 2006、27ページ。
  73. ^バー 2006、33ページ。
  74. ^バー 2006、33～35頁。
  75. ^バー 2006、35ページ。
  76. ^バー 2006、36ページ。
  77. ^ a b Barr 2006、37ページ。
  78. ^ a b c Barr 2006、48ページ。
  79. ^ a b c d eバール 2006、p. 49.
  80. ^ Mayr 1982、171–179ページ。
  81. ^ホームズ, R. (2008). 『驚異の時代：ロマン派世代はいかにして科学の美と恐怖を発見したのか』ロンドン: ハーパー・プレス. p. 449. ISBN 978-0-00-714953-7。
  82. ^ロス、シドニー (1962). 「科学者：言葉の物語」 Annals of Science . 18 (2): 65– 85. doi : 10.1080/00033796200202722 . ISSN 0003-3790 . 
  83. ^ヒューウェル、ウィリアム (2024年10月28日). "『サマーヴィル夫人の『物理科学のつながりについて』（1834年）の書評』テイラー＆フランシス： 353–370。doi：10.4324 /9781003548249-15。ISBN 978-1-003-54824-9。
  84. ^ Lewis, Gilbert N.; Randall, Merle (1923). 『熱力学と化学物質の自由エネルギー』 後刷（初版） McGraw-Hill Book Company. ASIN B000GSLHZS . 
  85. ^ハギンズ、ロバート A. (2010)。エネルギー貯蔵(オンライン 8 月号)。ニューヨーク：スプリンガー。 p.  １３．ISBN 978-1-4419-1023-3。

参考文献

さらに読む

無料辞書のウィクショナリーで自然科学を調べてください。
  • 最近の科学技術の歴史
  • 自然科学生物学、地理学、応用生命科学、地球科学などの自然科学分野の研究に関する最新情報が含まれています。
  • 自然科学に関する書籍のレビューこのサイトには、自然科学に関する書籍のこれまでに出版された 50 冊以上のレビューと、自然科学のタイムリーな話題に関する選りすぐりのエッセイが掲載されています。
  • 科学研究助成金データベースには、過去 25 年間に実施された 2,000,000 件を超える科学研究プロジェクトの詳細が含まれています。
  • E!Science大学などの主要な情報源からの最新の科学ニュース アグリゲーター。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Natural_science&oldid=1333892308」より取得