自然科学

自然科学は、観察と実験からの経験的証拠に基づいて、自然現象の記述、理解、予測を扱う科学の分野の一つです。^[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使用されています。

自然科学は、生命科学と物理科学の2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、物理科学は物理学、化学、地球科学、天文学の分野に細分化されます。これらの自然科学の分野は、さらに専門化された分野（分野とも呼ばれます）に分けられます。経験科学である自然科学は、数学や論理学などの形式科学のツールを使用し、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測定値に変換します。^[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引き継いだ。ガリレオ、ケプラー、デカルト、ベーコン、ニュートンは、より数学的でより実験的なアプローチを系統的に使用することの利点について議論した。それでも、しばしば見落とされる哲学的視点、推測、前提は、自然科学において依然として必要である。^[3]発見科学を含む体系的なデータ収集は、植物、動物、鉱物などを記述および分類することで16世紀に登場した自然史を引き継いだ。 ^[4]今日、「自然史」は一般聴衆を対象とした観察記述を意味する。^[5]

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。妥当性、正確性、およびピアレビューや調査結果の再現性などの品質管理は、今日の世界的な科学コミュニティで最も尊重されている基準の1つです。

自然科学では、不可能性の主張は、反論の余地がないほど証明されていると見なされるのではなく、圧倒的に可能性が高いものとして広く受け入れられるようになります。この強い受容の根拠は、何かが起こらないという広範な証拠と、非常に優れた予測を行う基礎理論との組み合わせであり、その前提から論理的に何かが不可能であるという結論が導き出されます。自然科学における不可能性の主張は証明できませんが、1 つの反例を観察することで反証できます。そのような反例には、その不可能性を暗示する理論の前提を再検討することが必要になります。

この分野には、生物に関連する現象を研究する多様な学問分野が含まれます。研究の規模は、サブコンポーネント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、種の形成方法、生物同士および環境との相互作用に関係しています。

植物学、動物学、医学といった生物学の分野は文明の初期の時代にまで遡りますが、微生物学は顕微鏡の発明とともに 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になったのは 19 世紀になってからでした。科学者がすべての生物の共通点を発見すると、生物全体を研究するの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。

現代の生物学は、生物の種類と研究対象規模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本的な化学を研究する学問で、細胞生物学はすべての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。さらに高いレベルでは、解剖学と生理学は生物の内部構造とその機能を調べ、生態学はさまざまな生物がどのように相互に関係しているかを調べます。

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事であったが、経済地質学や鉱物学といった関連科学の発展は18 世紀まで見られなかった。地球の研究、特に古生物学は19 世紀に開花した。20 世紀には地球物理学などの他の学問分野が成長し、1960 年代にはプレートテクトニクス理論が発展した。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与えている。今日の地球科学は、石油・鉱物資源、気候研究、環境評価および環境修復と密接に結びついている。

大気科学は、その概念、技術、実践が独自に発展し、またその傘下に幅広い分野があるため、地球科学と関連して考え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。この分野では、地表から宇宙の端まで、大気のさまざまな層の特性を研究します。研究の時間スケールも、1日から100年までさまざまです。この分野には、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。^[6]

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。海洋は自然科学の分野としては比較的新しいものですが、独立したプログラムによって海洋の専門分野が提供されています。海洋を地球科学、学際科学、または独立した分野に分類することについては議論が続いていますが、海洋が独自のパラダイムと実践を持つまでに成熟したという点では、この分野の現代の研究者のほとんどが同意しています。

惑星科学または惑星学は、地球のような地球型惑星と、ガス惑星や氷惑星などの他の種類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、彗星などの他の天体にも関係しています。これには主に太陽系が含まれますが、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。微小流星体からガス惑星に至るまでのさまざまな物体を調査し、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、多数の分野を網羅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詳しく調べる宇宙物理学や、宇宙生物学が含まれます。

惑星科学は、相互に関連した観測と理論の分野から構成されています。観測研究には、主にリモートセンシングを利用したロボット宇宙船ミッションによる宇宙探査と、地球上の実験室で行われる比較実験作業の組み合わせが含まれます。理論的側面には、広範な数学的モデリングとコンピューターシミュレーションが含まれます。

通常、惑星科学者は大学や研究センターの天文学、物理学、または地球科学の学部に所属しています。ただし、世界中に専用の惑星科学研究所もあります。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、惑星科学の分野内で研究に焦点を当てます。毎年、大規模な会議が開催され、多数の査読付きジャーナル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センターに雇用され、共同研究イニシアチブに頻繁に参加しています。

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、金属などの原子の集合体を扱います。これらの物質の組成、統計的特性、変化、反応を研究します。化学では、より大規模な用途に使用するために、個々の原子や分子の特性と相互作用を理解することも求められます。

ほとんどの化学プロセスは、材料を操作する一連の（多くの場合、十分にテストされた）技術と基礎となるプロセスの理解を使用して、実験室で直接研究できます。化学は、他の自然科学を結びつける役割があるため、 「中心的科学」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システムにそのルーツを持っています。化学の科学は、気体の発見者であるロバート・ボイルと、質量保存の理論を開発したアントワーヌ・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により、この科学は体系化され始め、研究者は物質の状態、イオン、化学結合、化学反応に関する基本的な理解を深めました。この科学の成功により、補完的な化学産業が生まれ、現在では世界経済で重要な役割を果たしています。

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、およびこれらの相互作用によって生じる結果の研究を具体化します。物理学は、他のすべての自然科学が分野の原理と法則を使用し、従うため、一般的に基礎的なものと見なされています。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。

宇宙の原理の研究には長い歴史があり、大部分は直接的な観察と実験から派生しています。宇宙の支配法則に関する理論の構築は、非常に早い時期から物理学の研究の中心であり、哲学は徐々に体系的で定量的な実験テストと、検証の源としての観察に取って代わられました。物理学における重要な歴史的発展には、アイザック・ニュートンの万有引力の理論と古典力学、電気と磁気の関係の理解、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、原子および素粒子物理学の 量子力学モデルなどがあります。

物理学の分野は広大で、量子力学や理論物理学、応用物理学、光学など多様な研究が含まれます。現代物理学はますます専門化しており、研究者は複数の分野で研究したアイザック・ニュートン、アルバート・アインシュタイン、レフ・ランダウのような「普遍主義者」ではなく、特定の分野に焦点を当てる傾向があります。

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、月、恒星、星雲、銀河、彗星などがあります。天文学は、肉眼で見える天体も含め、地球の大気圏外にある宇宙のあらゆるものを研究する学問です。最も古い科学の 1 つです。

古代文明の天文学者は夜空の系統的な観測を行い、はるか昔の時代から天文学上の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使用して、データの取得と分析に重点を置いています。対照的に、理論天文学は、天体や現象を説明するコンピューター モデルや分析モデルの開発に重点を置いています。

この学問は、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扱っています。

天文学には、恒星、惑星、彗星の調査、研究、モデル化が含まれます。天文学者が使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。ただし、天体現象を実験室で再現する研究もいくつか行われています (星間物質の分子化学など)。物理学や地球科学の一部の領域とはかなり重複しています。また、天体物理学、惑星科学、宇宙論などの学際的な分野や、宇宙物理学や天体化学などの関連分野もあります。

天体の特徴や現象の研究は古代にまで遡ることができますが、この分野の科学的方法論は 17 世紀中頃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から始まりました。しかし、それはケプラーなどの天文学者によるそれ以前の研究によって引き起こされました。19世紀までに、分光器や写真などの機器の導入、望遠鏡の大幅な改良、専門的な天文台の設立により、天文学は正式な科学へと発展しました。

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、天体化学などの分野に代表されます。

複数の自然科学を活用する科学分野の具体的な例としては、環境科学が挙げられます。この分野では、環境の物理的、化学的、地質学的、生物学的要素の相互作用を研究し、特に人間の活動の影響と生物多様性および持続可能性への影響に着目します。この科学は、経済学、法律、社会科学などの他の分野の専門知識も活用します。

これに匹敵する学問分野は海洋学で、科学分野を同様に幅広く利用しています。海洋学は、海洋物理学や海洋生物学など、より専門的な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、特定の種に特化したものも含め、さらに多くのサブフィールドに分かれています。

また、扱う問題の性質上、専門化に反する強い流れを持つ学際的な分野のサブセットもあります。言い換えると、統合応用分野の中には、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占めているものもあります。このような統合分野には、たとえば、ナノサイエンス、宇宙生物学、複雑系 情報学などがあります。

材料科学は、物質とその特性の研究、および新素材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を通じて発展した材料と固体の特性の研究は、現在ではすべての材料に拡大しています。この分野は、金属、セラミック、人工ポリマーなど、材料の化学、物理学、および工学的応用をカバーしています。この分野の中核は、材料の構造とその特性の関係を扱っています。

材料科学は、科学と工学の研究の最前線にあります。これは、法医学工学（故障したり、意図したとおりに動作または機能せず、人身傷害や財産損害を引き起こした材料、製品、構造、またはコンポーネントの調査）と故障解析の重要な部分であり、後者は、たとえばさまざまな航空事故の原因を理解するための鍵となります。今日直面している最も差し迫った科学的問題の多くは、利用可能な材料の制限によるものであり、その結果、この分野でのブレークスルーは、テクノロジーの将来に大きな影響を与える可能性があります。

材料科学の基礎には、材料の構造を研究し、それをその特性と関連付けることが含まれます。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、ひいてはその特性を決定する主な要因は、その構成化学元素と、それが最終形態になるまでどのように処理されたかです。これらの特性は、熱力学と運動学の法則を通じて総合され、関連付けられて、材料の微細構造、ひいてはその特性を決定します。

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る者もいる。^[7]人々は動物の行動や、食物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。^[7]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に取って代わられ、自然科学の前身である自然哲学の最初の文書化された証拠が生み出された。 ^[8]これらの文書は天文学、数学、および物理世界の他の側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、すべての場合において、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。^[9]

科学的探究の伝統は古代中国にも生まれ、道教の 錬金術師や哲学者は不老不死の薬を試して寿命を延ばし、病気を治した。^{[10]彼らは}陰陽、つまり自然界の対照的な要素に注目した。陰は女性らしさや冷たさ、陽は男性らしさや暖かさと関連していた。^[11 ]火、土、金、木、水の5つの相は、自然界の変化のサイクルを表していた。水は木に変わり、木は燃えると火に変わった。火が残した灰は土だった。^[12]これらの原理を使って、中国の哲学者や医師は人体解剖学を研究し、臓器を主に陰陽として特徴づけ、西洋で受け入れられる何世紀も前に、脈拍、心臓、体内の血流の関係を理解し​​た。^[13]

インダス川周辺の古代インド文化が自然をどのように理解していたかを示す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可能性がある。 [ ^13]ヴェーダは、宇宙が常に拡大し、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。^[13]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、すなわち風、胆汁、粘液の組み合わせとみなした。^[13]健康な生活は、これらの体液のバランスから生まれた。^[13]アーユルヴェーダの思想では、身体は5つの要素、すなわち土、水、火、風、空で構成されていた。^[13]アーユルヴェーダの外科医は複雑な手術を行い、人体の解剖学に対する詳細な理解を深めた。^[13]

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求に一歩近づけた。しかし、魔法と神話の要素は残った。^[14]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た。^{[14]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、世界は水に浮かんでおり、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た。^[15]紀元前5世紀、レウキッポスは、世界は基本的な分割できない粒子でできているという考え方である原子論の初期の提唱者だった。 ^[16] ピタゴラスは、ギリシャの数学の革新を天文学に応用し、地球が球体であると示唆した。^[16]

その後のソクラテスやプラトンの思想は倫理、道徳、芸術に焦点を当て、物質世界の調査を試みなかった。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。^[17] 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。 ^{[18]彼は『}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。^[19]彼は卵を割って様々な発育段階を観察することで、ニワトリの胚を調査した。^{[20]アリストテレスの著作は16世紀を通じて影響力を持ち、}その科学における先駆的な仕事により生物学の父とみなされている。^[21]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。^[22]

アリストテレスは自然哲学を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一分野として捉えていた。^[23]それでも、ルクレティウス、セネカ、大プリニウスなど、紀元1世紀初頭の古代ローマの哲学者たちは、彼の著作に触発されて、自然界の法則をさまざまな深さで扱った論文を書いた。^[24] 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、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。 ^[25]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、天体はエーテルで構成されていると仮定した。^[26]

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。^[27]

ビザンチン帝国では、アレクサンドリアのアリストテレス論評家でキリスト教神学者のヨハネス・ピロポノスが、アリストテレスの物理学の教えに疑問を投げかけた最初の人物だった。物理学を口頭での議論に基づいていたアリストテレスと異なり、ピロポノスは観察に頼り、口頭での議論に頼るのではなく観察を主張した。^[28]彼はインペトゥス理論を提唱した。ヨハネス・ピロポノスのアリストテレス物理学の原理に対する批判は、科学革命の際のガリレオ・ガリレイにインスピレーションを与えた。^{[29] [30]}

9世紀以降のアッバース朝時代には、イスラムの学者たちがギリシャとインドの自然哲学を発展させたため、数学と科学が復興しました。^[31]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。^[32]

アリストテレスの著作やその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ていた。^[33]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。^[34]馬蹄、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、やがて都市化と、現代のフランスやイギリスにある修道院や大聖堂に関連のある学校の設立につながった。^[35]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開発された。 ^[36]しかし、このアプローチは一部の批判者から異端とみなされた。^[36] 12世紀までに、西ヨーロッパの学者や哲学者は、それまで知らなかった知識体系、すなわちイスラムの学者によって保存されたギリシャ語とアラビア語の膨大な著作集に接するようになった。^[37]ラテン語への翻訳を通じて、西ヨーロッパにアリストテレスとその自然哲学が紹介されました。^{[37]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、カトリック教会はそれを嫌っていました。^[38] 1210年のパリ会議の法令では、「パリでは、アリストテレスの自然哲学に関する本やその注釈を使った講義を公的にも私的にも行ってはならず、違反した場合は破門の罰則を科してこれをすべて禁止する」と命じられました。^[38]

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『科学について』という論文をラテン語に翻訳し、自然力学の研究をScientia naturalis、つまり自然科学と呼んだ。^[39]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案した。^[39]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だった。^[39]グンディサリヌスは、数学や数学に依存する科学とは対照的に、自然科学を「抽象化されずに運動するものだけを考える科学」と定義した。^[40]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つの部分に分けた。^[40]

その後、哲学者たちは自然科学を独自に分類した。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、その中で医学を農業、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た。 ^{[41]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、水の要素の部分や、それらから作られたすべての無生物のように、運動と静止の原理」を扱うと書いた。^[42]これらの科学は、植物、動物、天体も対象としていた。^[42] 13世紀後半には、カトリックの司祭で神学者のトマス・アクィナスが、自然科学を「動く存在」や「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た。^[43]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た。しかし、医学、音楽、遠近法などの分野を含めるかどうかについては意見が分かれました。^[44]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、大気のどこで雨が形成されるかなどの疑問について考えました。^[45]

中世末までの数世紀にわたり、自然科学は魔術やオカルトに関する哲学と混じり合っていた。^[46]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た。^[47]この時期、自然哲学とキリスト教の相互作用は複雑であった。タティアノスやエウセビオスなど、初期の神学者の中には、自然哲学を異教のギリシャ科学の現れとみなし、疑念を抱く者もいた。^[48]後のキリスト教哲学者の中には、トマス・アクィナスなど、自然科学を聖書を解釈する手段と見る者もいたが、この疑念は12世紀から13世紀まで続いた。^[49] 1277年の非難勅令は、哲学を神学と同等のレベルに置くことや、科学的文脈における宗教的構成物の議論を禁じており、神学的な観点から見てもカトリック指導者が自然哲学の発展に抵抗し続けたことを示している。^[50]アキナスと、当時のカトリック神学者アルベルトゥス・マグヌスは、著作の中で神学を科学から遠ざけようとした。 ^[51]「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」と彼は1271年に書いた。^[52]

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解説を超えて進化しました。^[53] 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、西洋における科学的探究が発展する社会的背景を根本的に変えました。^[53] 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、ガリレオの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、アリストテレスの天体に関する理論の多くが誤りであることを証明しました。^[54]トーマス・ホッブス、ジョン・ロック、フランシス・ベーコンを含む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であるとし、過去との決別を図りました。^[55]

ガリレオの著作『二つの新しい科学』とヨハネス・ケプラーの『新天文学』の題名は、17世紀にアリストテレスが退けられ、自然界の新しい探究方法が好まれるようになった変化の雰囲気を強調している。^[57]ベーコンはこの変化を広める上で重要な役割を果たした。ベーコンは、人々は芸術と科学を使って自然を支配すべきだと主張した。^[58]これを達成するために、ベーコンは「人間の生活には発見と力が与えられなければならない」と書いた。^[59]彼は自然哲学を「原因と物事の秘密の動きに関する知識、そして人間の帝国の境界を広げて、可能なすべてのことを実現すること」と定義した。^[57]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案したが、これは当時、その範囲、野心、形態において前例のないビジョンだった。^[59]自然哲学者は、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りました。^[60]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・レディなどの自然哲学者は、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、自然発生を反証しました。 [ ^61]科学団体と科学雑誌が出現し、印刷機を通じて広く普及し、科学革命を引き起こしました。^{[62]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、19世紀まで通用した物理法則の基礎を築きました。^[63]

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にふさわしいものではなく、真の科学的探究は科学革命によってのみ始まったと主張する者もいる。^[64]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 1 つである」。^[64]エドワード・グラントなど他の科学史家は、17 世紀、18 世紀、19 世紀に開花した科学革命は、光学、力学、天文学の精密科学で学んだ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。^[64]グラントは、ニュートンが自然の数学的基礎、つまり自然が従う不変の規則を明らかにしようとし、そうすることで初めて自然哲学と数学を結びつけ、近代物理学の初期の成果を生み出したと主張する。^[65]

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。^{[66]その主要な進歩の1つは、自然を調査するために}科学的手法を使用したことである。データが収集され、実験で繰り返し測定が行われた。^[67]次に、科学者はこれらの実験の結果を説明する仮説を立てた。 ^{[68]次に、仮説は}反証可能性の原理を使用してテストされ、その正確さが証明または反証された。^[68]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り、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が導入された。^[66]

イギリスの数学者で物理学者のニュートンは、科学革命の重要な人物でした。^[69]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して、ニュートンは万有引力の法則と運動の法則を導き出しました。^[70]これらの法則は地球と宇宙の両方に適用され、以前は別々の物理的ルールに従って独立して機能すると考えられていた物理世界の2つの領域を統合しました。^[71]たとえば、ニュートンは潮の満ち引き​​が月の引力によって引き起こされることを示しました。^[72]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す。^[73]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として使用されるようになったのは、ニュートンが登場してからでした。^[73]

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・ファラデーなどの科学者がニュートン力学を基盤として電磁気学、つまり電荷を帯びた粒子に働く正と負の電荷を持つ力の相互作用を研究しました。 ^[74]ファラデーは、自然界の力は空間を満たす「場」で作用すると提唱しました。 ^[75]場の考え方は、ニュートンの重力の概念が単に「遠隔作用」、つまり物体同士が空間に干渉するものがない状態で引き合うという概念と対照的でした。^[75] 19 世紀にはジェームズ・クラーク・マクスウェルが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。^[74]マクスウェルは数式と実験を使用して、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。^[74]

科学革命の時代には化学の大きな進歩も起こった。フランスの化学者アントワーヌ・ラボアジエは、物が燃えるのは「フロギストン」を空気中に放出するためだとするフロギストン説を否定した。 ^[75] ジョセフ・プリーストリーは18世紀に酸素を発見したが、ラボアジエは燃焼は酸化の結果であることを発見した。^[75]彼はまた、33元素の表を作成し、現代の化学命名法を発明した。^[75] 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別が焦点となっていた。自然史のこの成長はカール・リンネによって先導され、1735年に彼が自然界について発表した分類法は今でも使われている。リンネは1750年代に、彼が研究したすべての種に学名を導入した。 ^[76]

19世紀までに、科学の研究は専門家や機関の管轄下に入りました。その過程で、科学は徐々に自然科学という現代的な名称を獲得しました。科学者という用語は、1834年にメアリー・サマーヴィルの『諸科学の結合について』の書評でウィリアム・ヒューウェルによって造られました。^[77]しかし、この言葉が一般に使われるようになったのは、同世紀の終わり頃でした。^[要出典]

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・ランドールによる1923年の有名な教科書『熱力学と化学物質の自由エネルギー』^[78]によると、自然科学には3つの大きな分野があります。

論理科学と数学科学の他に、少数の基本仮説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。^[79]

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。

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• 自然史

• 自然科学の定義 Ledoux, SF, 2002: 自然科学の定義、Behaviorology Today、5(1)、34–36。
• ストークス、ドナルド E. (1997)。パスツールの象限: 基礎科学と技術革​​新。アルバート V. カロッツィとマルグリット カロッツィによる改訂と翻訳。ワシントン DC:ブルッキングス研究所出版。ISBN 978-0-8157-8177-6。

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