自然科学

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January 20, 2022

自然科学是组织对自然现象的理解的知识体系,是科学的一个分支。

概括

自然科学是指以人的理性和通过该过程获得的知识体系,以理性和逻辑的方式追求普遍原理的过程。因此,在科学中,结论固然重要,但得出结论的过程更为重要。科学获得的知识体系是通过经验方法推断出来的,并不是绝对的真理。例如,艾萨克牛顿的经典力学可能无法根据条件解释自然现象。但是,经典力学的实验方法仍然是自然科学的一个领域,牛顿运动定律在一定条件下仍然有效。科学必须始终对反例持开放态度,因为即使是通过实验获得的、忠实地遵循科学方法的知识体系也可以被其他证据修改。要正确认识自然科学,重要的是要了解科学的这些局限性,从史前时代开始,人类就已经过着基于各种自然规律的生活。制作工具、使用机器、使用火等。在古代,建造了巨大的建筑物并开发了各种技术。然而,使用科学方法的现代科学始于文艺复兴后的欧洲。现代精神的本质被伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)详细记录,他首先将自然视为“巨型机器”,并理解“自然是用数学语言写成的”,并通过发现力学定律建立了经典力学。艾萨克·牛顿和艾萨克·牛顿的运动,奠定了当前学术体系的基础。换言之,通过经验实验发现自然规律已经成为科学的特征。

科学的方法

科学方法是一种基于实验证明的研究方法。换句话说,它是一种通过论证和证据来证明的方法,而不是基于信念做出理论假设或解释。在自然科学中,根据研究领域使用各种方法,但以下方法是常见的。观察 - 观察是对自然现象的调查和记录。科学方法旨在找出导致观察到的现象发生的原因。温度变化的测量和材料成分的分析都是观察。假设 - 假设是对观察到的现象的原因的猜测。假设在被证明为论证和证据之前不被视为科学知识,因为它们是直觉的和先验的。另一方面,由于科学方法是根据经验来判断的,反例随时可能出现。从严格意义上讲,自然科学的所有定律都可以说是假设,因为即使是被广泛接受的科学知识,一旦发现反例,也会被否定或修改。预测 - 预测是根据假设预测自然现象的尝试。实验——实验是通过适当的控制来简化要观察的现象,并测量并记录它是否按预期进行。根据研究的类型有不同的实验方法。证明 - 在科学方法中,证明是根据实验结果争论基于假设的预测是否正确的过程。一般而言,假设的对错是通过根据实验结果比较实验组和对照组来确定的。泛化 - 在通过实验和证明过程证明的假设经过多次迭代测试后被普遍接受为正确的科学知识被称为自然科学定律。一个例子是经典力学的作用-反应定律。

历史

今天留下的许多遗迹表明,人类自史前时代以来就一直在使用科学知识。对于巨石阵和支石墓等石头结构的建造,使用杠杆、斜角、楔子和滑轮等简单机械是必不可少的。

古代科学

天文学和日历 早期的古代社会文明,包括美索不达米亚文明,已经观察到天体并根据它们制作日历。根据美索不达米亚神话,智慧女神伊南娜教人们如何计时。在巴比伦,gnomon,一种日晷,被用来测量时间。在古埃及,一年是通过观察大犬座的天狼星来计算的。五月,当天狼星在日出前出现在东方天空时,尼罗河开始泛滥。因为尼罗河的泛滥对古埃及的农业非常重要,所以季节的计算也很重要。古埃及人将一月定为 30 天,将一年定为 12 个月。上个月乌苏里加5天,一年按365天计算。由于埃及历法中没有闰年,因此历法和实际季节会随着时间的推移而不同。力学和建筑在古代石头建筑中,例如美索不达米亚的金字形塔和古埃及的金字塔,机械知识与各种简单机械的使用一起被使用。这些古老的巨型建筑是在不使用电力的情况下建造的,使用基于简单机械原理的各种方法。古罗马的典型建筑方法是拱门,它也利用力学知识通过分配重量来支撑它。古代生物学家亚里士多德对生物研究表现出浓厚的兴趣,例如直接研究生物的解剖结构。他写了各种与生物有关的书籍,例如动物史。火药和火箭最早的火药和火箭是在中国使用的。火药的发明是基于各种化学知识的积累。第一种火药是在汉朝发明的,但由于其爆炸威力低,主要用于在战场上点火。但是,随着火药原料基石的比例逐渐增加,爆发力越来越强,枪炮就产生了。中国的火药技术在 13 世纪左右传到欧洲。地图制作 地图是在不同的古代文化中制作的。巴比伦已经在泥板上绘制了地图。全尺寸地图的制作发生在古希腊,阿那克西曼德被认为是第一位西方制图师。古罗马绘制了地图,显示了连接其领土内各省的道路。阿格里帕制作的地图记录了从幼发拉底河到莱茵河各省的位置、面积和居民,并标出了连接各省的公路网。在汉末,使用比例尺制作了地图,在 3 世纪,制图师裴裴制作了使用正交基线和比例尺的 Ugong Jidok 地图。论证体系的建立 古希腊科学试图通过论证来证明真理。古希腊学者认为,不能通过论证来证明的,才是真正不能接受的。在这个过程中,不仅建立了哲学概念,而且建立了数学规律和政治论证的论证体系。古希腊科学的这一特点导致了逻辑学和各种论证方法的发展,这些方法后来成为科学方法的基础。全尺寸地图的制作发生在古希腊,阿那克西曼德被认为是第一位西方制图师。古罗马绘制了地图,显示了连接其领土内各省的道路。阿格里帕制作的地图记录了从幼发拉底河到莱茵河各省的位置、面积和居民,并标出了连接各省的公路网。在汉末,使用比例尺制作了地图,在 3 世纪,制图师裴裴制作了使用正交基线和比例尺的 Ugong Jidok 地图。论证体系的建立 古希腊科学试图通过论证来证明真理。古希腊学者认为,不能通过论证来证明的,才是真正不能接受的。在这个过程中,不仅建立了哲学概念,而且建立了数学规律和政治论证的论证体系。古希腊科学的这一特点导致了逻辑学和各种论证方法的发展,这些方法后来成为科学方法的基础。全尺寸地图的制作发生在古希腊,阿那克西曼德被认为是第一位西方制图师。古罗马绘制了地图,显示了连接其领土内各省的道路。阿格里帕制作的地图记录了从幼发拉底河到莱茵河各省的位置、面积和居民,并标出了连接各省的公路网。在汉末,使用比例尺制作了地图,在 3 世纪,制图师裴裴制作了使用正交基线和比例尺的 Ugong Jidok 地图。论证体系的建立 古希腊科学试图通过论证来证明真理。古希腊学者认为,不能通过论证来证明的,才是真正不能接受的。在这个过程中,不仅建立了哲学概念,而且建立了数学规律和政治论证的论证体系。古希腊科学的这一特点导致了逻辑学和各种论证方法的发展,这些方法后来成为科学方法的基础。古希腊学者认为,不能通过论证来证明的,才是真正不能接受的。在这个过程中,不仅建立了哲学概念,而且建立了数学规律和政治论证的论证体系。古希腊科学的这一特点导致了逻辑学和各种论证方法的发展,这些方法后来成为科学方法的基础。古希腊学者认为,不能通过论证来证明的,才是真正不能接受的。在这个过程中,不仅建立了哲学概念,而且建立了数学规律和政治论证的论证体系。古希腊科学的这一特点导致了逻辑学和各种论证方法的发展,这些方法后来成为科学方法的基础。

中世纪和现代科学

中世纪早期西欧的情况 古罗马灭亡后,西欧有一段时间没有建立起系统的教育体系。然而,即使在此期间,学术研究也是以寺院为中心进行的。然而,在优先考虑神学的背景下,科学是为宗教做出贡献的一种手段,而不是经验知识。另一方面,从世俗的欲望出发的占星术和炼金术,无论其动机如何,都能够通过各种实验积累各种知识。中世纪伊斯兰世界的成就 古罗马灭亡后,以古代成就为基础的学术成就在中世纪的西欧被耽搁了一段时间。古代学术是由拜占庭帝国和中世纪的伊斯兰世界进行的。特别是在中世纪的伊斯兰世界,医学、化学、天文学等各个领域都取得了长足的进步。中世纪伊斯兰教的统治者出于实际目的将古希腊文本翻译成阿拉伯语。早期主要翻译医学相关书籍,逐渐接受天文、占星术、炼金术、博物学等领域的知识。 ,逐渐有了独特的发展。以盖伦医书为基础发展起来的医学在伊本西那的《医学经典》中达到了当时的最高水平,以托勒密为基础发展起来的天文学随着各种观测仪器的设计而得到了精密的发展。特别是在撒马尔罕,使用了 40 米的半径和三层建筑高度的六分之一。阿尔巴塔尼用球面三角学等几何方法改进和补充了托勒密天文学,系统地研究了太阳和月亮的运动,准确地测量了一年和四个季节的长度。伊斯兰教在整个伊斯兰世界建立了天文台,公元 828 年左右,马蒙在巴格达建立了世界上第一个天文台。天文台有一个相当大的图书馆和政府资助的科学教育。这种教育旨在提高占星术的预言能力。后来,他创造了一个超越古代天文学的非托勒密模型来解释行星运动,并用高精度的观测加以验证。然而,这个模型也是一个以地球为中心的模型。伊斯兰数学强调实用的算术和代数,而不是理论几何。阿拉伯数字是从印度引入的,实际上解决了高阶方程,但伊斯兰数学植根于诸如税收和遗产分配等实用问题,而不是纯粹出于数学目的的发展。伊斯兰教也对光学的发展做出了巨大贡献。许多眼科文献是在埃及写成的,那里的沙漠气候对眼睛很友好,穆斯林医生是眼科治疗和视觉(眼睛)解剖和生理学方面的专家。伊斯兰物理学家 Ibn al-Haisam 虽然不是医生,但写过关于眼部疾病的文章,他的光学处理各种光学现象,如视觉、折射、暗房、照明镜、镜片和彩虹。中世纪伊斯兰教的科学是后来传播的并为欧洲科学的发展做出了巨大贡献。酒精和算法等词来自阿拉伯语。航海的发展和地理的扩展 15世纪,明朝的郑政从苏州航行到印度洋,开辟了贸易航线,到达蒙巴萨。净化的航行是在古印度的贸易路线上进行的。与此同时,欧洲也开始了所谓的大航海时代。所有这些航海都极大地扩展了地理意识,带动了地理学的发展。文艺复兴和科学的发展 欧洲在文艺复兴时期再次开始重视经验知识。伽利略伽利略通过各种实验观察了重力、摩擦和惯性等科学现象,也使用望远镜观察了天体。东亚中现代科学 在东亚,从远古时代就开始观察天体以提前预测重要迹象。本川义是中国元朝参考伊斯兰天文台制作,并介绍给朝鲜。另一方面,朝鲜的承政元日记中记录的降雨等气象记录被评价为有价值的数据,因为它们记录了 500 多年没有遗漏的气象现象。

现代科学

科学革命 17 世纪之后,经验主义和自然主义在欧洲的传播创造了一种气候,在这种氛围中,只接受有证据的知识并建立科学方法论。然后,在17、18世纪,得益于艾萨克·牛顿创立经典力学、安托万·拉瓦锡发现氧气、约翰内斯·开普勒计算地球轨道等成就,物理学等科学,化学和天文学被建立,并取得了爆炸性的发展。失去了。这种科学的发展被称为科学革命。科学革命与工业革命相互交织,产生了现代性特征。 18-19世纪的科学 18世纪,以古生物学的化石研究成果为基础进行地质年代分类的地质研究,积极研究对各种物种的特征进行调查和分类的分类学。卡尔·冯·林奈 (Karl von Linnaeus) 提出的生物名称分类命名法至今仍在使用。19 世纪,电磁波的预言和发现、进化论的建立、孟德尔遗传定律的介绍和遗传学的建立等各个领域都被广泛使用。建立为新学科。成为詹姆斯克拉克麦克斯韦通过证明当时被认为是不同力的电和磁是同一种电磁力来预测电磁波的存在。他提出的麦克斯韦方程组成为后来无线电波研究的基础,并被用于今天的无线电通信和广播等无线电波中,查尔斯·达尔文发表了进化论,将进化因素视为自然选择的物种形成。达尔文的进化论虽然从一开始就遭到基督徒的强烈反对,但它已经成为现代进化论的核心概念,格雷戈尔·孟德尔在豌豆实验中发现了孟德尔的遗传定律,奠定了遗传学的基础。他的遗传定律在出版时很少受到关注,但随着 20 世纪早期不同科学家的重新发现,它们成为经典遗传学的核心原理。科学的阴影 早期现代科学家坚信科学的进步将有助于改善人类福祉。然而,与他们的意愿相反,科学成果被用作武器,造成更大的破坏和死亡。炸药的发明者阿尔弗雷德·诺贝尔因将他的发明用作武器而受到批评,因此他决定用自己赚取的财富来表彰那些为人类福祉与和平而努力的人的成就。以这种方式创造的诺贝尔奖至今仍颁发给那些为科学与和平做出贡献的人。然而,即使在诺贝尔奖之后,更强大的武器,如原子弹,被制造出来,造成了更多的破坏。另一方面,现代科学与工业革命相结合所形成的大规模生产和运输的发展,将整个世界连接成一个单一的市场。结果,人类能够比以往任何时候都更快地进行更多的货物贸易,但欧洲所谓的大国基于这些发展采取了殖民其他国家和人民的帝国政策。帝国主义列强用现代科学产生的材料和技术压迫世界大部分地区。炸药的发明者阿尔弗雷德·诺贝尔因将他的发明用作武器而受到批评,因此他决定用自己赚取的财富来表彰那些为人类福祉与和平而努力的人的成就。以这种方式创造的诺贝尔奖至今仍颁发给那些为科学与和平做出贡献的人。然而,即使在诺贝尔奖之后,更强大的武器,如原子弹,被制造出来,造成了更多的破坏。另一方面,现代科学与工业革命相结合所形成的大规模生产和运输的发展,将整个世界连接成一个单一的市场。结果,人类能够比以往任何时候都更快地进行更多的货物贸易,但欧洲所谓的大国基于这些发展采取了殖民其他国家和人民的帝国政策。帝国主义列强用现代科学产生的材料和技术压迫世界大部分地区。炸药的发明者阿尔弗雷德·诺贝尔因将他的发明用作武器而受到批评,因此他决定用自己赚取的财富来表彰那些为人类福祉与和平而努力的人的成就。以这种方式创造的诺贝尔奖至今仍颁发给那些为科学与和平做出贡献的人。然而,即使在诺贝尔奖之后,更强大的武器,如原子弹,被制造出来,造成了更多的破坏。另一方面,现代科学与工业革命相结合所形成的大规模生产和运输的发展,将整个世界连接成一个单一的市场。结果,人类能够比以往任何时候都更快地进行更多的货物贸易,但欧洲所谓的大国基于这些发展采取了殖民其他国家和人民的帝国政策。帝国主义列强用现代科学产生的材料和技术压迫世界大部分地区。

现代科学

20世纪,科学的发展进一步加速。科学已经变得如此分散,以至于它已经构成了更专业的子学科。量子力学和相对论 20 世纪上半叶物理学的最大发展是量子力学的建立和爱因斯坦狭义相对论和广义相对论的发表。量子力学的建立是为了证明经典力学不再完美。同时,被认为是静态的宇宙和自然现象实际上依赖于概率事件的量子力学核心概念对人们的世界观产生了很大的影响。薛定谔的猫是一个著名的思想实验,很好地展示了量子力学的概率,爱因斯坦的狭义相对论证明了时间、长度等物理量不能再当作固定常数来处理,这与经典力学的观点不同。广义相对论预言了引力场对空间的变形,后来通过观测太阳引力场对光的折射得到了证明。粒子物理学的发展导致了基本粒子的发现,并结合了量子力学的成就,标准模型已经建立在标准模型中,物质之间存在的力被组织成电磁力、弱力、强力和引力,从 20 世纪后期开始,通过大统一理论来解释这些力的研究正在进行中。 20世纪末,斯蒂芬霍金根据他的理论物理研究成果综合了现代宇宙学。分子生物学和遗传学的进展 1953 年,James D. Watson 和 Francis Crick 通过 X 射线衍射揭示了 DNA 的结构。他们揭示的 DNA 结构是两条核苷酸链扭曲成双螺旋。DNA的这种结构表明核苷酸序列与遗传密切相关,DNA复制与遗传性状的传递有关。 Watson 和 Crick 因这项工作于 1962 年获得诺贝尔生理学或医学奖,DNA 的结构已知后,分子生物学和遗传学得到迅速发展。基因表达的机制是已知的,基因在遗传性疾病中的作用已被一一阐明。 2003年,完成了人类基因组计划,绘制了整个人类基因组图谱。此外,可以直接观察到进化现象,完成了尼安德特人的基因图谱,通过对活化石基因组的研究证明了进化论,已发展为进化科学或种群遗传学。新材料的发现和核能的使用 粒子物理学的进步使得操纵 19 世纪以来研究的各种放射性材料的裂变和聚变成为可能。通过这种方式,科学家合成了自然界中不存在的物质,例如钚。核物理知识可用于核电站等和平领域,但也可用作破坏力超过常规武器的武器,例如核弹。太空探索 自 20 世纪以来,现代首先是太空探索的时代。人类探索了月球,向太阳系外发射了航海者2号等探测器,并发射了哈勃太空望远镜进入轨道观察外层空间。基因表达的机制是已知的,基因在遗传性疾病中的作用已被一一阐明。 2003年,完成了人类基因组计划,绘制了整个人类基因组图谱。此外,可以直接观察到进化现象,完成了尼安德特人的基因图谱,通过对活化石基因组的研究证明了进化论,已发展为进化科学或种群遗传学。新材料的发现和核能的使用 粒子物理学的进步使得操纵 19 世纪以来研究的各种放射性材料的裂变和聚变成为可能。通过这种方式,科学家合成了自然界中不存在的物质,例如钚。核物理知识可用于核电站等和平领域,但也可用作破坏力超过常规武器的武器,例如核弹。太空探索 自 20 世纪以来,现代首先是太空探索的时代。人类探索了月球,向太阳系外发射了航海者2号等探测器,并发射了哈勃太空望远镜进入轨道观察外层空间。基因表达的机制是已知的,基因在遗传性疾病中的作用已被一一阐明。 2003年,完成了人类基因组计划,绘制了整个人类基因组图谱。此外,可以直接观察到进化现象,完成了尼安德特人的基因图谱,通过对活化石基因组的研究证明了进化论,已发展为进化科学或种群遗传学。新材料的发现和核能的使用 粒子物理学的进步使得操纵 19 世纪以来研究的各种放射性材料的裂变和聚变成为可能。通过这种方式,科学家合成了自然界中不存在的物质,例如钚。核物理知识可用于核电站等和平领域,但也可用作破坏力超过常规武器的武器,例如核弹。太空探索 自 20 世纪以来,现代首先是太空探索的时代。人类探索了月球,向太阳系外发射了航海者2号等探测器,并发射了哈勃太空望远镜进入轨道观察外层空间。核物理知识可用于核电站等和平领域,但也可用作破坏力超过常规武器的武器,例如核弹。太空探索 自 20 世纪以来,现代首先是太空探索的时代。人类探索了月球,向太阳系外发射了航海者2号等探测器,并发射了哈勃太空望远镜进入轨道观察外层空间。核物理知识可用于核电站等和平领域,但也可用作破坏力超过常规武器的武器,例如核弹。太空探索 自 20 世纪以来,现代首先是太空探索的时代。人类探索了月球,向太阳系外发射了航海者2号等探测器,并发射了哈勃太空望远镜进入轨道观察外层空间。

场地

物理

物理学是一门通过研究物体之间的相互作用、物体的运动、成分、性质和能量变化来理解自然的科学。它与化学生物学等共同构成自然科学,是自然科学中最基本、最早的系统研究。作为研究物质的自然科学领域,它是研究物质在空间和时间中的运动,包括力和能量等概念,并进一步探索宇宙存在方式的研究。物理学研究的主题范围从亚原子粒子到星系。物理学所研究的物质研究与所有其他知识有关。因此,物理学通常被称为“基础科学”。现代物理学细分为几个子学科,如粒子物理学、核物理学、热力学和量子力学。

生物学

生物学是对生物结构和功能的科学研究。按生物体的种类分为动物学、植物学、微生物学,按目标现象或现象分为分类学、形态学、解剖学、胚胎学、生理学、生物化学、细胞学、遗传学、生态学、生物地理学、进化学等。研究方法。现代生物学已被 Karl Friedrich Burdach、Gottfried Reinhold Treviranus 和 Jean-Baptiste Lamarck 等学者确立为一门独立学科。生物学是一门涉及众多学科的学科。其中,现代生物学的主要核心研究领域包括细胞理论、进化、基因、能量和稳态。生物学的子领域可以根据研究的方法和目的进行划分,例如研究生物中发生的化学现象的生物化学,研究发生在分子水平上的生物现象的分子生物学,以及对进化过程和增加的研究。在生命的多样性中 有处理发生在细胞中的生物现象的进化生物学,处理发生在细胞中的生物现象的细胞生物学,研究器官和组织的生理学,以及探索环境中各种生物之间关系的生态学在生物学中,根据生物的特征和分类学名动物遵循国际动物学名法典,植物和真菌分别遵循国际植物学名法典和国际真菌学名法典。此外,病毒、类病毒和朊病毒等病毒生物遵循病毒分类和命名的国际代码。另一方面,仍有未分类的病毒种类。

化学

化学是自然科学的一个分支,研究物质的性质、组成、结构和变化以及伴随它的能量。物理学也是一门处理物质的科学,但与物理学不同,物理学处理物体的运动和能量、热、电、光和机械特性,包括元素和化合物,并试图从这些现象中建立一个统一的理论,在化学中,物质本身就是研究的主题。用 化学提供了一种利用现有物质合成用于特定目的的新物质的方法,这提供了多种优势,例如增加作物产量、治疗和预防疾病、提高能源效率和减少环境污染。

空间科学

天文学作为一个子领域包括在内。

地球科学

地球科学是研究地球的科学的统称。一般来说,被称为地球科学的学科包括气象学(研究发生在大气中的现象)、地质学(主要研究地球表面的物质)、海洋学(研究海洋现象)和地球物理学(研究发生在地球深处的现象)。地球。有。

元科学

自然科学长期以来被认为是对自然现象的客观描述。但是,根据托马斯·库恩提出的范式转移理论,自然科学的科学方法也是时代环境所形成的知识体系的一部分。库恩认为科学的发展是相互碰撞的知识系统主动权之争的结果,而不是建立在过去知识的基础上。库恩的论证引发了对科学知识和科学方法的反思,对科学和哲学产生了很大的影响。检验和研究自然科学本身的知识体系和科学方法的研究领域称为元科学。

一起看

社会科学工程人文

脚注

外部链接

(영어) 近代科学技术史