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科学は、自然や社会に関する検証可能な説明という形で知識を構築し、整理する体系的な学問分野である。[ 1 ]： 49-71 [ 2 ]科学は科学的方法によって推進される。科学的方法とは、通常、観察を行い、仮説を立て、証拠を用いて仮説を検証し、結論を導き出すという経験的なサイクルである。科学はこのプロセスと、それによって生み出される知識体系を包含し、科学コミュニティはそれを継続的に検証し、妥当性を確認し、整理する。
現代科学は、通常、2つまたは3つの主要な分野に分けられます。 [ 3 ]物理世界を研究する自然科学と、個人や社会を研究する社会科学です。[ 4 ] [ 5 ]形式科学と呼ばれることもありますが、論理学、数学、理論計算機科学の研究は、科学的方法ではなく演繹的推論を主な方法論として利用するため、通常は別個のものとみなされます。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]一方、応用科学は、工学や医学のように、科学的知識を実用的な目的に利用する分野です。[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
科学の歴史は歴史記録の大部分を占めており、現代科学の最も初期の先駆者はエジプトとメソポタミアの青銅器時代（紀元前3000年～1200年頃）に遡ります。数学、天文学、医学への貢献は、古典古代のギリシャ自然哲学と後の中世の学問に影響を与え、物理世界の出来事を自然原因に基づいて説明しようとする正式な試みがなされました。一方、ヒンドゥー・アラビア数字体系の導入を含むさらなる進歩は、インドの黄金時代とイスラムの黄金時代に達成されました。[ 13 ]： 12 [ 14 ]： 1–26 [ 15 ] [ 16 ] [ 13 ]： 163–192
ルネサンス期にギリシャの著作やイスラムの探求が西ヨーロッパに取り込まれ、自然哲学が復活した[13]：193-224、225-253[17 ]。これは後に16世紀に始まった科学革命によって変容し[ 18 ]、新しいアイデアや発見が以前のギリシャの概念や伝統から逸脱した[ 13 ]： 357-368 [ 14 ]： 274-322。科学的方法はすぐに知識の獲得においてより大きな役割を果たすようになり、19世紀には科学の制度的および専門的な特徴の多くが形作られ始め[ 19 ] [ 20 ]、「自然哲学」が「自然科学」へと変化した[ 21 ] 。
科学における新たな知識は、世界への好奇心と問題を解決したいという願望に駆り立てられた科学者の研究によって進歩する。[ 22 ] [ 23 ]現代の科学研究は、多くの場合、高度に協力的であり、学術機関や研究機関、[ 24 ]政府機関、[ 13 ] : 163–192および企業[ 25 ]のチームによって頻繁に実施される。同時に、特に基礎科学における多くの大きな進歩は、個々の研究者によってもたらされ、ノーベル賞などの主要な国際賞によって広く認められている。科学研究の実際的な成果は、商業製品、医療、公共インフラ、環境保護、防衛能力の責任ある開発を優先しようとする科学政策の出現につながっている。
「science」という単語は、14世紀（中英語）以来、「知る状態」という意味で英語で使われてきました。この単語は、アングロ・ノルマン語から接尾辞「-cience 」として借用されたもので、これはラテン語の「scientia」（知識、認識、理解）から借用されたもので、「sciens」（知ること）の名詞派生語であり、それ自体は「 sciō」（知る）の現在能動分詞です。[ 26 ]
科学の語源については多くの仮説がある。オランダの言語学者でインド・ヨーロッパ語学者のミヒール・デ・ヴァーンによれば、sciō は「知る」という意味の* skije-または* skijo-として原イタリア語に由来する可能性があり、これは「切る」という意味の原インド・ヨーロッパ語の* skh1 - ie、* skh1 - ioに由来する可能性がある。Lexikon der indogermanischen Verbenでは、sciōは「知らない、不慣れである」という意味のnescīreの逆成であり、これはラテン語のsecāreの原インド・ヨーロッパ語の* sekH-、または「切る」という意味の* sḱʰeh2 (i) -からの* skh2-に由来する可能性があると提案している。[ 27 ]
かつて、科学はラテン語の語源にちなんで「知識」または「研究」の同義語でした。科学研究を行った人は「自然哲学者」または「科学者」と呼ばれていました。[ 28 ] 1834年、ウィリアム・ホイウェルはメアリー・サマーヴィルの著書『物理科学の関連性について』の書評で「科学者」という用語を導入し、[ 29 ]「ある独創的な紳士」（おそらく彼自身）にその功績を帰しました。[ 30 ]
科学には単一の起源はありません。むしろ、科学的思考は何万年もかけて徐々に出現し、[ 32 ] [ 33 ]世界中でさまざまな形をとり、最も初期の発展についてはほとんど詳細がわかっていません。先史時代の科学では女性が中心的な役割を果たした可能性が高く、[ 34 ]宗教儀式も同様でした。[ 35 ]一部の学者は、過去の活動がいくつかの点で現代科学に似ているが、すべての点で似ているわけではないことを示すために「原科学」という用語を使用しています。 [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]しかし、このラベルは軽蔑的である[ 39 ]、またはそれらの活動を現代のカテゴリーとの関連でのみ考える現在主義を示唆しすぎている[ 40 ]として批判されています。
古代エジプトとメソポタミアの青銅器時代の文明（紀元前3000年頃～1200年頃）における文字体系の出現により、科学的プロセスの直接的な証拠がより明確になり、科学史における最古の記録が作成された。[ 13 ]： 12-15 [ 14 ]当時、「科学」や「自然」といった言葉や概念は存在しなかったものの、古代エジプト人とメソポタミア人は、後にギリシャや中世の科学に取り入れられることになる数学、天文学、医学などの分野に貢献した。[ 41 ] [ 13 ]： 12
紀元前3千年紀から 、古代エジプト人は非位取り十進法を開発し、[ 42 ]幾何学を用いて実用的な問題を解決し、[ 43 ]暦を開発しました。[ 44 ]彼らの治療法には、薬物療法と祈り、呪文、儀式などの超自然的なものが含まれていました。 [ 13 ] : 9古代ヌビア人は初期の抗生物質を開発し、初期の日時計の基礎となる幾何学体系を確立しました。ヌビア人はまた、エジプト人と同等の三角法も用いていました。 [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]
古代メソポタミア人は、陶器、ファイアンス、ガラス、石鹸、金属、石灰漆喰、防水材の製造に、さまざまな天然化学物質の性質に関する知識を利用していました。 [ 49 ]彼らは、占いの目的で動物の生理学、解剖学、行動、占星術を研究しました。 [ 50 ]メソポタミア人は医学に強い関心を持っており、最古の医療処方箋はウル第3王朝時代にシュメール語で現れました。[ 49 ] [ 51 ]彼らは、実用的または宗教的な応用のある科学的主題を研究し、好奇心を満たすことにはほとんど関心がなかったようです。[ 49 ]
古典古代には、現代の科学者に相当する古代の人物は実際には存在しません。代わりに、教養のある、通常は上流階級の、そしてほぼ例外なく男性である人々が、時間のある時に自然に関する様々な調査を行っていました。[ 52 ]ソクラテス以前の哲学者たちがピュシス（自然）という概念を発明または発見する以前は、植物が成長する自然な「方法」 [ 53 ]や、例えばある部族が特定の神を崇拝する「方法」を説明するために、同じ言葉が使われる傾向がありました。このため、これらの人々は厳密な意味での最初の哲学者であり、「自然」と「慣習」を明確に区別した最初の人物であると主張されています。[ 54 ]
ミレトスのタレスによって創始され、後に後継者のアナクシマンドロスとアナクシメネスによって引き継がれたミレトス学派の初期のギリシャ哲学者たちは、超自然的なものに頼らずに自然現象を説明しようと試みた最初の人々でした。[ 55 ]ピタゴラス派は複素数の哲学を発展させ[ 56 ] : 467–468、数学の発展に大きく貢献しました。[ 56 ] : 465原子論は、ギリシャの哲学者レウキッポスとその弟子デモクリトスによって発展しました。[ 57 ] [ 58 ]後にエピクロスは原子論に基づいた完全な自然宇宙論を発展させ、物理的基準または科学的真実の基準を確立する「規範」（定規、基準）を採用しました。[ 59 ]ギリシャの医師ヒポクラテスは体系的な医学の伝統を確立し[ 60 ] [ 61 ] 、「医学の父」として知られています。[ 62 ]
初期哲学科学の歴史における転換点は、ソクラテスが哲学を人間の本性、政治共同体の性質、そして人間の知識そのものといった人間的な事柄の研究に応用した例である。プラトンの対話篇に記録されているソクラテス式方法は、仮説排除の弁証法的な方法である。つまり、矛盾につながる仮説を着実に特定し排除することによって、より良い仮説が見つかる。ソクラテス式方法は、信念を形成する一般的な共通認識を探し出し、それらの整合性を精査する。[ 63 ]ソクラテスは、物理学の古いタイプの研究は純粋に思弁的であり、自己批判に欠けていると批判した。[ 64 ]
紀元前4世紀 、アリストテレスは目的論的哲学の体系的なプログラムを作成しました。[ 65 ]紀元前3世紀 、ギリシャの天文学者サモスのアリスタルコスは、太陽が中心にあり、すべての惑星がその周りを公転するという、宇宙の地動説モデルを初めて提唱しました。 [ 66 ]アリスタルコスのモデルは物理法則に反すると考えられたため広く拒否されましたが、[ 66 ]代わりに、太陽系の地球中心説を記述したプトレマイオスの『アルマゲスト』が初期ルネサンスまで受け入れられました。[ 67 ] [ 68 ]発明家であり数学者でもあるシラクサのアルキメデスは、微積分学の始まりに大きく貢献しました。[ 69 ]大プリニウスはローマの著述家であり博学者で、重要な百科事典『博物誌』を著しました。[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]
数を表すための位取り記数法は、おそらく西暦3世紀から5世紀にかけて インドの交易路沿いで出現した。この記数法によって効率的な算術演算がより容易になり、最終的には世界中の数学の標準となった。[ 73 ]
西ローマ帝国の崩壊により、5 世紀には知的衰退が見られ、西ヨーロッパでは古典ギリシアの世界観に関する知識が衰退した。[ 13 ] : 194イシドールス・デ・セビリアのような当時のラテン語百科事典編纂者たちは、古代の一般的な知識の大部分を保存した。[ 74 ]対照的に、ビザンツ帝国は侵略者からの攻撃に抵抗したため、以前の学問を保存し、向上させることができた。[ 13 ] : 159 6 世紀のビザンツの学者ヨハネス・フィロポノスは、アリストテレスの物理学の教えに疑問を呈し始め、インペトゥスの理論を導入した。[ 13 ] : 307, 311, 363, 402彼の批判は中世の学者やガリレオ・ガリレイに影響を与え、ガリレオは 10 世紀後に彼の著作を広く引用した。[ 13 ] : 307–308 [ 75 ]
古代末期から中世初期にかけて、自然現象は主にアリストテレス的アプローチによって研究された。このアプローチには、アリストテレスの4つの原因、すなわち質料因、形相因、運動因、目的因が含まれる。[ 76 ]多くのギリシャ古典文献はビザンツ帝国によって保存され、アラビア語訳は主にネストリウス派と単性論派のキリスト教徒によって行われた。アッバース朝の下で、これらのアラビア語訳は後にアラビアの科学者によって改良され発展した。[ 14 ] : 62-67 6世紀から7世紀にかけて、隣接するササン朝ペルシア帝国はゴンディシャープール医学アカデミーを設立し、ギリシャ、シリア、ペルシアの医師たちはこれを古代世界で最も重要な医学の中心地とみなした。[ 77 ]
イスラム世界におけるアリストテレス哲学の研究は、イラクのアッバース朝の首都バグダッドに設立された知恵の館で盛んになり[ 78 ] 、 13世紀のモンゴル侵攻まで繁栄した[ 79 ] 。アルハゼンとしてよく知られるイブン・アル＝ハイサムは、光学の研究に制御実験を用いた[ a ] [ 81 ] [ 82 ]。医学百科事典であるアヴィセンナの『医学典範』の編纂は、医学において最も重要な出版物の1つと考えられており、18世紀まで使用された[ 83 ] 。
11 世紀までにヨーロッパの大部分がキリスト教化され、[ 13 ] : 204 1088 年にボローニャ大学がヨーロッパ初の大学として誕生しました。[ 84 ]そのため、古代および科学文献のラテン語翻訳の需要が高まり、[ 13 ] : 204 12 世紀のルネサンスに大きく貢献しました。西ヨーロッパのルネサンス期のスコラ学は、自然界の対象を観察、記述、分類することによって実験が行われ、隆盛しました。[ 85 ] 13 世紀には、ボローニャの医学教師と学生が人体を解剖し始め、モンディーノ・デ・ルッツィによる人体解剖に基づく最初の解剖学教科書が誕生しました。[ 86 ]
1440年頃、ドイツのマインツにあるたった1つの印刷所から始まった活版印刷機は、中央ヨーロッパ、西ヨーロッパ、東ヨーロッパの約270もの都市にまで広がり、15世紀末までにはすでに2000万冊以上の書籍を印刷していた。[ 87 ]印刷によって学術書へのアクセスが容易になり、研究者は古代の文献を自由に参照し、自身の観察結果を他の学者の観察結果と比較できるようになった。[ 88 ]印刷は、事実がほとんど存在しなかった中世の写本文化を終焉させ、信頼できる文書化された事実が急速に増殖し、科学的知識の確固たる基盤となった印刷文化に取って代わった。[ 89 ]
16 世紀、ニコラウス・コペルニクスは太陽系の地動説を提唱し、太陽は宇宙の中心付近に位置し、静止しており、地球や他の惑星は周転円によって修正された一定の速度でその周りを円運動しているとしました。 [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ]コペルニクスのモデルは、地球を宇宙の中心に置いたプトレマイオスの支配的な地球中心説に異議を唱えました。16 世紀の天文学者たちは、コペルニクスが等速線を排除したことが彼の最大の功績であると信じていましたが、彼のモデルはプトレマイオスのモデルに取って代わることはなく、プトレマイオスのモデルは 70 年後の 1610 年のガリレオの望遠鏡による観測によってようやく支持を失いました。[ 94 ]
16 世紀後半のティコ・ブラーエによる前例のないほど正確な天体観測と、 17 世紀初頭のガリレオ・ガリレイによる望遠鏡観測が組み合わさって、天文学は最初の近代科学となった。ガリレオの観測は、千年にも及ぶ前近代の天文学的正統性を終わらせた[ 95 ]。一方、ヨハネス・ケプラーはブラーエのデータを用いて、惑星の軌道が円ではなく楕円であることを発見し、惑星運動の法則を発展させた[ 96 ]。ケプラーのおかげで、天体現象は物理法則によって支配されていると見なされるようになった。[ 97 ] 17 世紀末までに最終的に出現した「新科学」は、それ以前の自然哲学と大きく決別し、[ 98 ] [ 99 ] [ 100 ]以前のギリシャの概念や伝統から離れ、[ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]世界観はより機械論的で、数学との統合が進み、[ 102 ] [ 105 ] [ 106 ]新しい証拠の獲得と解釈に執着しました。[ 107 ]
啓蒙時代の始まりに、アイザック・ニュートンは『自然哲学の数学的原理』によって古典力学の基礎を築き、後の物理学者に大きな影響を与えた。[ 108 ]ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツはアリストテレス物理学の用語を取り入れ、新たな非目的論的な方法で用いた。これは物体の見方の変化を意味し、物体には生来の目的がないと考えられた。ライプニッツは、異なる種類のものはすべて、特別な形式的原因や目的原因を持たず、同じ一般的な自然法則に従って機能すると仮定した。[ 109 ]
この時期、科学の公言された目的と価値は、より多くの食料、衣服、その他の物を持つという物質的な意味で、人間の生活を向上させる富と発明を生み出すことになった。ベーコンの言葉を借りれば、「科学の真の正当な目標は、人間の生活に新しい発明と富を与えることである」のであり、彼は科学者たちが目に見えない哲学的または精神的な思想を追求することを思いとどまらせた。なぜなら、彼はそれらが「微妙で崇高な、あるいは心地よい（思索の）煙」以外には人間の幸福にほとんど貢献しないと信じていたからである。[ 110 ]
啓蒙時代の科学は、科学協会やアカデミーによって支配されており、[ 111 ]それらは科学研究開発の中心として大学に取って代わった。協会やアカデミーは、科学専門職の成熟の基盤であった。もう一つの重要な発展は、識字率の向上に伴い、科学が普及したことである。 [ 112 ]啓蒙時代の哲学者たちは 、当時のあらゆる物理的および社会的分野の指針として、ガリレオ、ケプラー、ボイル、ニュートンといった、彼らの科学的先駆者たちに目を向けた。 [ 113 ] [ 114 ]
18 世紀には、医学[ 115 ]と物理学[ 116 ] の実践において大きな進歩が見られ、カール リンネによる生物分類学の発展[ 117 ]、磁気と電気に関する新たな理解[ 118 ] 、そして化学が学問分野として成熟しました[ 119 ] 。啓蒙主義の間には、人間の本性、社会、経済に関する考え方が発展しました。ヒュームや他のスコットランド啓蒙主義の思想家は『人間本性論』を著し、これは歴史的にジェームズ バーネット、アダム ファーガソン、ジョン ミラー、ウィリアム ロバートソンなどの著述家による作品に表現されました。彼らは皆、古代および原始文化における人間の行動に関する科学的研究と、近代を決定づける力に対する強い認識を融合させました[ 120 ]。現代社会学は、主にこの運動から生まれました。[ 121 ] 1776年、アダム・スミスは『国富論』を出版した。これはしばしば近代経済学の最初の著作とみなされている。[ 122 ]
19 世紀には、現代科学の多くの特徴が形作られ始めました。これには、生命科学と物理科学の変革、精密機器の頻繁な使用、「生物学者」、「物理学者」、「科学者」などの用語の出現、自然を研究する人々の専門化の進展、科学者が社会の多くの側面で文化的権威を獲得すること、多くの国の工業化、科学普及書の隆盛、科学雑誌の出現などが含まれます。[ 123 ] 19 世紀後半には、ヴィルヘルム・ヴントが1879 年に心理学研究のための最初の実験室を設立したことで、心理学は哲学とは別の学問分野として出現しました。[ 124 ]
19世紀半ば、チャールズ・ダーウィンとアルフレッド・ラッセル・ウォレスは、それぞれ独立して1858年に自然選択による進化論を提唱し、様々な植物や動物がどのように発生し進化してきたかを説明しました。彼らの理論は、1859年に出版されたダーウィンの著書『種の起源』に詳細に記されています。 [ 125 ]また、グレゴール・メンデルは1865年に「植物の交雑に関する実験」という論文を発表し、 [ 126 ]生物学的遺伝の原理を概説し、現代遺伝学の基礎を築きました。[ 127 ]
19世紀初頭、ジョン・ドルトンは、デモクリトスの原子と呼ばれる分割不可能な粒子の原案に基づいて、現代の原子論を提唱した。[ 128 ]エネルギー保存則、運動量保存則、質量保存則は、資源の損失がほとんどない非常に安定した宇宙を示唆していた。しかし、蒸気機関と産業革命の出現により、すべての形態のエネルギーが同じエネルギー特性、つまり有用な仕事や他の形態のエネルギーへの変換の容易さを持っているわけではないという理解が深まった。[ 129 ]この認識は、宇宙の自由エネルギーが絶えず減少していると見なされる熱力学の法則の発展につながり、閉じた宇宙のエントロピーは時間とともに増加する。 [ b ]
電磁気理論は、19 世紀にハンス・クリスチャン・エルステッド、アンドレ＝マリー・アンペール、マイケル・ファラデー、ジェームズ・クラーク・マクスウェル、オリバー・ヘヴィサイド、ハインリヒ・ヘルツらの研究によって確立されました。この新しい理論は、ニュートンの枠組みでは容易に答えられない疑問を提起しました。X線の発見は、1896 年にアンリ・ベクレルとマリー・キュリーによる放射能の発見を促しました。 [ 132 ]マリー・キュリーは、2 つのノーベル賞を受賞した最初の人物となりました。[ 133 ]翌年には、最初の素粒子である電子が発見されました。[ 134 ]
19世紀前半には、抗生物質や人工肥料の開発により、世界中の人々の生活水準が向上した。[ 135 ] [ 136 ]オゾン層破壊、海洋酸性化、富栄養化、気候変動などの有害な環境問題が人々の注目を集め、環境研究の開始につながった。[ 137 ]
この時期、科学実験は規模と資金の両面でますます大きくなっていった。[ 138 ]第一次世界大戦、第二次世界大戦、冷戦によって刺激された広範な技術革新は、宇宙開発競争や核軍拡競争といった世界的な競争につながった。[ 139 ] [ 140 ]武力紛争にもかかわらず、大規模な国際協力も行われた。[ 141 ]
20世紀後半には、女性の積極的な採用と性差別の撤廃により女性科学者の数が大幅に増加したが、一部の分野では依然として大きな男女格差が残っていた。[ 142 ] 1964年の宇宙マイクロ波背景放射の発見[ 143 ]は、宇宙の定常状態モデルを否定し、ジョルジュ・ルメートルのビッグバン理論を支持することにつながった。[ 144 ]
20世紀には、科学分野に根本的な変化が見られました。進化論は、20世紀初頭に現代の総合説によってダーウィン進化論と古典遺伝学が調和したことで統一理論となりました。[ 145 ]アルベルト・アインシュタインの相対性理論と量子力学の発展は、古典力学を補完し、極限的な長さ、時間、重力における物理現象を記述します。[ 146 ] [ 147 ] 20世紀最後の四半期における集積回路の普及と通信衛星の発展は、情報技術の革命と、スマートフォンを含むグローバルインターネットとモバイルコンピューティングの台頭につながりました。長く絡み合った因果連鎖と大量のデータの体系化の必要性から、システム理論とコンピュータ支援科学モデリングの分野が台頭しました。[ 148 ]
ヒトゲノム計画は、ヒトゲノムのすべての遺伝子を特定しマッピングすることで2003年に完了しました。[ 149 ] 2006年に最初の誘導多能性ヒト幹細胞が作られ、成体細胞を幹細胞に変換して体内のあらゆる細胞型に変化させることが可能になりました。[ 150 ] 2013年にヒッグス粒子の発見が確認されたことで、素粒子物理学の標準模型によって予測された最後の粒子が発見されました。 [ 151 ] 2015年には、1世紀前に一般相対性理論によって予測された重力波が初めて観測されました。[ 152 ] [ 153 ] 2019年には、国際共同研究のイベントホライズンテレスコープがブラックホールの降着円盤の最初の直接画像を発表しました。[ 154 ]
現代科学は一般的に、自然科学、社会科学、形式科学の3つの主要な分野に分けられます。[ 3 ]これらの各分野は、それぞれ独自の用語と専門知識を持つ、さまざまな専門的でありながら重複する科学分野から構成されています。[ 155 ]自然科学と社会科学はどちらも経験科学です。[ 156 ]その知識は経験的観察に基づいており、同じ条件下で研究を行う他の研究者によってその妥当性を検証することができます。[ 157 ] : 3–26
自然科学は物理世界の研究です。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。これらの2つの分野はさらに専門的な分野に細分化できます。たとえば、物理科学は物理学、化学、天文学、地球科学に細分化できます。現代の自然科学は、古代ギリシャで始まった自然哲学の後継です。ガリレオ、デカルト、ベーコン、ニュートンは、より数学的で実験的なアプローチを体系的に用いることの利点について議論しました。それでも、しばしば見落とされがちですが、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す。[ 158 ]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、その他の生物を記述および分類することによって出現した博物学の後継です。[ 159 ]今日、「博物学」は一般大衆を対象とした観察記述を意味します。[ 160 ]
社会科学は、人間の行動と社会の機能の研究です。[ 4 ] [ 5 ]社会科学には、人類学、経済学、歴史学、人文地理学、政治学、心理学、社会学など、多くの分野が含まれますが、これらに限定されません。 [ 4 ]社会科学には、多くの競合する理論的視点があり、その多くは、社会学における機能主義者、葛藤理論家、相互作用主義者などの競合する研究プログラムを通じて拡張されています。[ 4 ]大規模な個人グループや複雑な状況を対象とした統制実験の実施には限界があるため、社会科学者は、歴史的方法、事例研究、異文化研究などの他の研究方法を採用することがあります。さらに、定量的な情報が入手可能な場合は、社会科学者は、社会関係やプロセスをよりよく理解するために統計的手法に頼ることがあります。[ 4 ]
形式科学は、形式システムを使用して知識を生成する研究分野です。[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]形式システムは、一連の規則に従って公理から定理を推論するために使用される抽象的な構造です。 [ 164 ]これには、数学、[ 165 ] [ 166 ]システム理論、および理論計算機科学が含まれます。形式科学は、知識領域の客観的で慎重かつ体系的な研究に依拠するという点で、他の2つの分野と類似点を共有しています。しかし、経験的証拠を必要とせずに演繹的推論のみに依存して抽象的な概念を検証するため、経験的科学とは異なります。[ 8 ] [ 167 ] [ 157 ]したがって、形式科学は先験的な学問分野であり、このため、形式科学が科学を構成するかどうかについては意見の相違があります。[ 6 ] [ 168 ]それにもかかわらず、形式科学は経験的科学において重要な役割を果たしています。例えば、微積分はもともと物理学における運動を理解するために発明されました。[ 169 ]数学的応用に大きく依存する自然科学や社会科学には、数理物理学[ 170 ]、化学[ 171 ]、生物学[ 172 ]、金融[ 173 ]、経済学[ 174 ]などがあります。
応用科学とは、科学的方法と知識を用いて実際的な目標を達成することであり、工学や医学など幅広い分野が含まれます。[ 175 ] [ 12 ]工学とは、科学的原理を用いて機械、構造物、技術を発明、設計、構築することです。[ 176 ]科学は、新しい技術の開発に貢献する可能性があります。[ 177 ]医学とは、怪我や病気の予防、診断、治療を通して健康を維持、回復させることで患者をケアする実践です。 [ 178 ] [ 179 ]
応用科学は、自然界の出来事を説明し予測する科学理論や法則の発展に焦点を当てた基礎科学と対比されることが多い。 [ 180 ] [ 181 ]
ブルースカイ研究（ブルースカイサイエンスとも呼ばれる）は、「現実世界」への応用がすぐには明らかにならない領域における科学研究である。これは「明確な目標のない研究」[ 182 ]や「好奇心主導の科学」と定義されている。この科学の形態の支持者は、予期せぬ科学的ブレークスルーは、アジェンダ主導の研究の成果よりも価値がある場合があると主張し、遺伝学や幹細胞生物学の進歩を、当初は純粋に理論的な範囲と見なされていた研究の予期せぬ利点の例として挙げている。投資に対するリターンが本質的に不確実であるため、ブルースカイプロジェクトは政治的にも商業的にも不人気になることがあり、より確実に利益がある、または実用的であると見なされる研究に資金を奪われる傾向がある。[ 183 ]
計算科学は、コンピュータシミュレーションを科学に応用することで、形式的な数学だけでは達成できない科学的問題の理解を深めることを可能にする。機械学習と人工知能の利用は、エージェントベースの計算経済学、ランダムフォレスト、トピックモデリング、さまざまな形式の予測など、科学への計算による貢献の中心的な特徴になりつつある。しかし、機械だけでは知識の進歩はまれであり、人間の指導と推論能力を必要とする。また、機械は特定の社会集団に対して偏見を生じさせたり、人間よりも劣ったパフォーマンスを示すことがある。[ 184 ] [ 185 ]
学際科学とは、2つ以上の分野を1つに組み合わせたものであり、[ 186 ]生物学とコンピュータ科学を組み合わせたバイオインフォマティクス[ 187 ]や認知科学などが挙げられる。この概念は古代ギリシャ時代から存在し、20世紀に再び人気を博した。[ 188 ]
科学研究は、基礎研究と応用研究に分類できます。基礎研究は知識の探求であり、応用研究はその知識を用いて実際的な問題の解決策を探求するものです。ほとんどの理解は基礎研究から得られますが、応用研究は特定の実際的な問題に焦点を当てることもあります。これにより、以前は想像もできなかった技術的進歩がもたらされます。[ 189 ]
科学研究には、再現可能な方法で自然現象を客観的に説明しようとする科学的方法の使用が含まれます。[ 190 ]科学者は通常、科学的方法を正当化するために必要な一連の基本的な仮定を当然のこととしています。すなわち、すべての合理的な観察者が共有する客観的な現実が存在すること、この客観的な現実が自然法則によって支配されていること、そしてこれらの法則が体系的な観察と実験によって発見されたことです。[ 2 ]数学は、定量的モデリング、観察、および測定の収集に広く使用されているため、仮説、理論、および法則の形成に不可欠です。[ 157 ] : 3–26統計は、データを要約および分析するために使用され、科学者が実験結果の信頼性を評価することを可能にします。[ 191 ]
科学的方法では、説明的思考実験または仮説が、簡潔性の原則を使用して説明として提示され、観察または科学的問題に関連する他の受け入れられた事実と一致すること、つまり整合性を追求することが期待されます。 [ 192 ]この暫定的な説明は、反証可能な予測を行うために使用され、通常は実験によって検証される前に提示されます。予測の反証は進歩の証拠です。[ 190 ] : 4–5 [ 193 ]実験は、相関の誤謬を避けるために因果関係を確立するのに役立つため、科学において特に重要ですが、天文学や地質学などの一部の科学では、予測された観察の方がより適切である場合があります。[ 194 ]
仮説が不十分であることが判明した場合、それは修正されるか破棄されます。仮説が検証に耐えた場合、それは科学理論の枠組み、つまり特定の自然現象の挙動を記述するための妥当な推論に基づく自己整合的なモデルまたは枠組みに採用される可能性があります。理論は通常、仮説よりもはるかに広範な観察の挙動を記述します。一般的に、多数の仮説は単一の理論によって論理的に結び付けられます。したがって、理論は他のさまざまな仮説を説明する仮説です。その意味で、理論は仮説とほぼ同じ科学的原理に従って定式化されます。科学者は、論理的、物理的、または数学的な表現の観点から観察を記述または描写しようとするモデルを生成し、実験によって検証できる新しい仮説を生成することができます。[ 195 ]
仮説を検証するための実験を行う際、科学者はある結果を別の結果よりも好むことがある。[ 196 ] [ 197 ]バイアスを排除するには、透明性、綿密な実験設計、実験結果と結論の徹底的な査読プロセスが必要である。 [ 198 ] [ 199 ]実験結果が発表または公表された後、独立した研究者が研究の実施方法を再確認し、同様の実験を実施して結果の信頼性を判断するのが通常の慣行である。[ 200 ]全体として、科学的方法は主観的バイアスと確証バイアスの影響を最小限に抑えながら、非常に創造的な問題解決を可能にする。[ 201 ]相互主観的検証可能性、つまり合意に達して結果を再現する能力は、すべての科学的知識の創造の基本である。[ 202 ]
科学研究はさまざまな文献で発表されます。[ 203 ]科学雑誌は、大学やその他のさまざまな研究機関で行われた研究の結果を伝達および記録し、科学のアーカイブ記録としての役割を果たします。最初の科学雑誌であるJournal des sçavansとPhilosophical Transactionsは、1665 年に発行を開始しました。それ以来、活動中の定期刊行物の総数は着実に増加しています。1981 年の時点で、発行されている科学技術雑誌の数は 11,500 と推定されています。[ 204 ]
ほとんどの科学雑誌は単一の科学分野を扱い、その分野の研究を発表します。研究は通常、科学論文の形で表現されます。科学は現代社会に広く浸透しているため、科学者の業績、ニュース、野望をより多くの人々へ伝えることが必要不可欠であると考えられています。[ 205 ]
科学哲学には様々な学派が存在する。最も一般的な立場は経験主義であり、知識は観察を伴う過程によって生み出されるという考え方である。科学理論は観察を一般化するものである。[ 206 ]： 39-56経験主義は一般的に帰納主義を包含する。帰納主義とは、限られた量の経験的証拠からどのように一般理論を構築できるかを説明する立場である。経験主義には多くの形態が存在し、その中でもベイズ主義と仮説演繹法が主流である。[ 206 ]： 219-232
経験主義は、知識は観察ではなく人間の知性によって創造されるという、もともとデカルトに関連付けられていた立場である合理主義とは対照的であった。 [ 206 ] : 19-38批判的合理主義は、オーストリア系イギリス人の哲学者カール・ポパーによって最初に定義された、20世紀の科学に対する対照的なアプローチである。ポパーは、経験主義が理論と観察の関係を説明する方法を否定した。彼は、理論は観察によって生成されるのではなく、観察は理論に照らして行われるものであり、理論Aが観察によって影響を受ける唯一の方法は、理論Aが観察と矛盾し、理論Bが観察に耐える場合であると主張した。[ 206 ] : 57-74ポパーは、科学理論の基準として検証可能性を反証可能性 に置き換え、経験的方法として帰納法を反証法に置き換えることを提案した。[ 206 ] : 102–121ポパーはさらに、科学に特有のものではなく、批判、試行錯誤という否定的方法のみが存在すると主張した。[ 206 ] : 102–121これは、科学、数学、哲学、芸術を含む人間の精神のすべての産物を網羅している。[ 207 ]
もう一つのアプローチである道具主義は、現象を説明し予測するための道具としての理論の有用性を強調する。科学理論をブラックボックスとみなし、その入力（初期条件）と出力（予測）のみが重要であると考える。結果、理論的実体、論理構造は無視すべきものだと主張される。[ 208 ]道具主義に近いのが構成的経験主義であり、それによれば、科学理論の成功の主な基準は、観察可能な実体についてそれが述べていることが真実であるかどうかである。[ 209 ]
トーマス・クーンは、観察と評価のプロセスはパラダイム、つまりその枠組みからなされた観察と矛盾しない論理的に一貫した世界の「肖像」の中で行われると主張した。彼は、通常の科学を、パラダイムの中で行われる観察と「パズル解決」のプロセスと特徴づけ、革命的な科学は、パラダイムシフトで1つのパラダイムが別のパラダイムを追い越すときに起こるとした。[ 210 ]各パラダイムには、それぞれ独自の疑問、目的、解釈がある。パラダイムの選択には、2つ以上の「肖像」を世界に当てはめ、どの類似性が最も有望かを決定することが含まれる。パラダイムシフトは、古いパラダイムでかなりの数の観察上の異常が生じ、新しいパラダイムがそれらを理解するときに起こる。つまり、新しいパラダイムの選択は、古いパラダイムを背景とした観察に基づいているが、その観察は観察に基づいている。クーンにとって、パラダイムの受容または拒否は、論理的なプロセスであると同時に社会的なプロセスでもある。しかし、クーンの立場は相対主義ではない。[ 211 ]
「創造科学」のような物議を醸す運動に対する科学的懐疑論の議論でよく引用されるもう 1 つのアプローチは、方法論的自然主義です。自然主義者は、自然と超自然を区別する必要があり、科学は自然の説明に限定されるべきだと主張します。[ 206 ] : 149–162方法論的自然主義は、科学は経験的研究と独立した検証に厳密に従う必要があると主張します。[ 212 ]
科学哲学における一つの問いは、科学的証拠や理論がどのようにして意思決定につながるかということである。存在と当為の問題が示すように、事実だけでは何をすべきかは分からない。これは価値依存性という重要な概念につながる。つまり、科学的知見に基づいて行われる選択が、どのように価値観に依存するかということである。[ 213 ]
科学コミュニティは、科学研究を行う科学者たちのネットワークです。コミュニティは、科学分野で活動する小規模なグループで構成されています。査読、ジャーナルや会議での議論や討論を通じて、科学者たちは研究方法論の質と結果の解釈における客観性を維持しています。[ 214 ]
科学者は、関心のある分野の知識を進歩させるために科学研究を行う個人です。[ 215 ] [ 216 ]科学者は、現実に対する強い好奇心と、公衆衛生、国家、環境、または産業の利益のために科学的知識を応用したいという願望を示すことがあります。その他の動機には、同僚からの評価や名声などがあります。[ 217 ]現代では、多くの科学者が学術機関で特定の科学分野を研究し、その過程で高度な学位を取得することがよくあります。[ 218 ]多くの科学者は、学術界、産業界、政府、非営利団体など、さまざまな分野でキャリアを追求しています。 [ 219 ] [ 220 ] [ 217 ]
科学は歴史的に男性優位の分野であり、例外もいくつかある。女性は、男性優位社会の他の分野と同様に、科学においても相当な差別を受けてきた。例えば、女性は仕事の機会を逃したり、自分の業績を認められなかったりすることが多かった。[ 221 ]科学における女性の功績は、家庭内における労働者としての伝統的な役割に反抗したことに起因するとされている。[ 222 ]
科学的思考や実験の伝達と促進を目的とした学術団体は、ルネサンス以来存在しています。[ 223 ]多くの科学者は、それぞれの科学分野、職業、または関連する分野のグループを促進する学術団体に所属しています。[ 224 ]会員資格は、誰でも取得できる場合もあれば、科学的資格の保有が求められる場合、または選挙によって付与される場合もあります。[ 225 ]ほとんどの科学団体は非営利団体であり、[ 226 ]多くは専門家団体です。その活動には、新しい研究成果の発表と議論のための定期的な会議の開催や、その分野の学術誌の出版または後援などが含まれます。一部の団体は専門家団体として機能し、公共の利益または会員の集団的利益のために会員の活動を規制しています。
19世紀に始まった科学の専門化は、 1603年のイタリアのリンチェイ・アカデミー[ 227 ]、1660年の英国王立協会[228]、1666年のフランス科学アカデミー[ 229 ] 、 1863年の米国国立科学アカデミー[230]、1911年のドイツのカイザー・ヴィルヘルム協会[231]、1949年の中国科学院[232]などの、各国の著名な科学アカデミーの設立によって部分的に可能になった。国際科学会議などの国際科学組織は、科学の発展のための国際協力に専念している[ 233 ] 。
科学賞は通常、ある分野に多大な貢献をした個人または組織に授与されます。これらの賞は権威ある機関によって授与されることが多く、そのため、科学者が受賞することは大変名誉なこととされています。初期ルネサンス以来、科学者はしばしばメダル、賞金、称号を授与されてきました。広く認められている権威ある賞であるノーベル賞は、医学、物理学、化学の分野で科学的進歩を達成した人に毎年授与されます。[ 234 ]
科学への資金提供は、多くの場合、競争的なプロセスを通じて行われ、潜在的な研究プロジェクトが評価され、最も有望なものだけが資金を受け取ります。政府、企業、または財団によって運営されるこのようなプロセスは、限られた資金を配分します。ほとんどの先進国における研究資金総額は、GDPの1.5%から3%の間です。[ 235 ] OECDでは、科学技術分野の研究開発の約3分の2は産業界によって行われ、大学と政府はそれぞれ20%と10%を行っています。特定の分野では政府の資金提供の割合が高く、社会科学と人文科学の研究を支配しています。発展途上国では、政府が基礎科学研究の資金の大部分を提供しています。[ 236 ]
多くの政府には、科学研究を支援するための専門機関があり、例えば、米国の国立科学財団[ 237 ]、アルゼンチンの国立科学技術研究評議会[ 238 ] 、 オーストラリアの連邦科学産業研究機構[ 239 ] 、フランスの国立科学研究センター[ 240 ] 、ドイツのマックス・プランク協会[ 241 ] 、スペインの国立研究評議会[ 242 ]などがある。商業研究開発においては、最も研究志向の強い企業を除いて、好奇心に基づく研究よりも、短期的な商業化の可能性に重点を置いている[ 243 ] 。
科学政策は、研究資金を含む科学事業の遂行に影響を与える政策に関係しており、多くの場合、商業製品開発を促進するための技術革新、兵器開発、医療、環境モニタリングなどの他の国家政策目標を追求するものです。科学政策は、科学的知識と合意を公共政策の策定に適用する行為を指す場合もあります。公共政策が国民の福祉に関心を寄せていることに倣い、科学政策の目標は、科学技術が公共に最も貢献できる方法を検討することです。[ 244 ]公共政策は、研究資金を提供する組織に税制上の優遇措置を提供することにより、産業研究のための設備投資や知的インフラへの資金提供に直接影響を与えることができます。[ 205 ]
一般市民向けの科学教育は学校のカリキュラムに組み込まれており、オンラインの教育コンテンツ（例えば、YouTubeやKhan Academy ）、博物館、科学雑誌やブログによって補完されています。米国科学振興協会（AAAS）などの主要な科学者団体は、科学を哲学や歴史とともにリベラルアーツの学習伝統の一部とみなしています。[ 245 ]科学的リテラシーは主に、科学的方法、測定の単位と方法、経験主義、統計の基礎的理解（相関、定性的観察と定量的観察、集計統計）、および物理学、化学、生物学、生態学、地質学、計算などの中核的な科学分野の基礎的理解に関係しています。学生が正式な教育のより高い段階に進むにつれて、カリキュラムはより深くなります。通常カリキュラムに含まれる伝統的な科目は自然科学と形式科学ですが、最近の動きでは社会科学と応用科学も含まれています。[ 246 ]
マスメディアは、科学界全体における信頼性の観点から、競合する科学的主張を正確に描写することを妨げる圧力に直面している。科学的議論において、異なる立場にどれだけの重みを与えるべきかを判断するには、その問題に関する相当な専門知識が必要となる場合がある。[ 247 ]真の科学的知識を持つジャーナリストは少なく、特定の科学的問題に精通している担当記者でさえ、突然取材を依頼された他の科学的問題については無知である可能性がある。[ 248 ] [ 249 ]
『ニュー・サイエンティスト』、『サイエンス＆ヴィー』、『サイエンティフィック・アメリカン』などの科学雑誌は、より幅広い読者のニーズに応え、特定の研究分野における注目すべき発見や進歩を含む、人気のある研究分野の非専門的な要約を提供している。[ 250 ]主にスペキュラティブ・フィクションであるSFジャンルは、科学の考え方や方法を一般の人々に伝えることができる。[ 251 ]科学と文学や詩などの非科学分野とのつながりを強化または発展させるための最近の取り組みには、ロイヤル・リテラリー・ファンドを通じて開発されたクリエイティブ・ライティング・サイエンスのリソースが含まれる。[ 252 ]
科学的方法は科学界で広く受け入れられているが、社会の一部には特定の科学的見解を拒否したり、科学に懐疑的な人々がいる。例としては、COVID-19は米国にとって大きな健康上の脅威ではないという一般的な考え（2021年8月時点でアメリカ人の39%が支持）[ 253 ]や、気候変動は米国にとって大きな脅威ではないという信念（2019年末から2020年初頭にかけてアメリカ人の40%が支持）[ 254 ]などがある。心理学者は、科学的結果の拒否を促すいくつかの要因を指摘している。[ 255 ]
反科学的な態度は、社会集団からの拒絶への恐れから生じることが多いようです。例えば、気候変動を脅威と認識しているのは、政治的スペクトルの右派のアメリカ人のわずか22%ですが、左派では85%に上ります。[ 257 ]つまり、左派の人が気候変動を脅威とみなさない場合、その人は軽蔑され、その社会集団から拒絶される可能性があります。実際、人々は社会的地位を失ったり危うくしたりするよりも、科学的に認められた事実を否定する方を選ぶかもしれません。[ 258 ]
科学に対する態度は、政治的な意見や目標によって左右されることが多い。政府、企業、擁護団体は、科学研究者に影響を与えるために法的および経済的な圧力を行使することが知られている。反知性主義、宗教的信念に対する脅威の認識、ビジネス上の利益への懸念など、多くの要因が科学の政治化の側面として作用する可能性がある。[ 260 ]科学の政治化は通常、科学的証拠に関連する不確実性を強調する形で科学的情報が提示されたときに達成される。[ 261 ]会話の方向転換、事実の認識の拒否、科学的コンセンサスへの疑念を利用するなどの戦術は、科学的証拠によって弱体化された見解に注目を集めるために使用されてきた。[ 262 ]科学の政治化が関係する問題の例としては、地球温暖化論争、農薬の健康への影響、タバコの健康への影響などが挙げられる。[ 262 ] [ 263 ]
再現性の危機は、科学の一部に影響を与える進行中の体系的な危機です。科学研究のごく一部の結果が再現不可能であることが証明されています。[ 264 ]この危機には長い歴史があり、このフレーズは問題への認識の高まりの一環として2010年代初頭に造語されました。[ 265 ] 2026年の再現性研究では、社会科学および行動科学（ビジネス、経済学、教育、政治学、心理学、社会学）で再現率が低いことがわかりました。[ 266 ]再現性の危機は、メタサイエンスにおける重要な研究分野であり、メタサイエンスは、すべての科学研究の質と科学的誠実性を向上させ、無駄を削減することを目的としています。[ 267 ]
科学的不正行為という用語は、研究者が発表したデータを意図的に偽ったり、発見の功績を故意に間違った人物に与えたりした状況を指します。[ 268 ] 本来は得られない正当性を主張しようとして科学を装う研究分野や憶測は、疑似科学、周辺科学、またはジャンクサイエンスと呼ばれることがあります。[ 269 ] [ 270 ]物理学者のリチャード・ファインマンは、研究者が科学を行っていると信じ、一見そう見えるものの、結果を厳密に評価させるだけの誠実さを欠いているケースを「カーゴカルト科学」と名付けました。 [ 271 ]誇大広告から詐欺まで、さまざまな種類の商業広告がこれらのカテゴリーに該当する可能性があります。科学は、有効な主張と無効な主張を区別するための「最も重要なツール」と表現されています。[ 272 ]時には、研究は善意に基づいているものの、科学的アイデアの不正確、時代遅れ、不完全、または過度に単純化された説明である場合がある。
学問の自由は、政府、機関、他の科学者、または自己検閲による科学的検閲によって制限される可能性がある。 [ 273 ]一部の科学者は、危害回避を理由に科学的検閲を正当化していることが判明した。[ 273 ]科学には政治的偏見やイデオロギー的偏見の要素も存在する可能性がある。一部の国の科学者は、一般の人々と比較して政党の好みに偏りがあることがわかった。[ 274 ]科学分野の平均的な政治的偏見は時間とともに変化する可能性があり、分野と環境の相互作用と自己選択バイアスで説明できる。[ 275 ]政治的主張と重なる科学活動は、科学の信頼性を低下させる可能性がある。[ 276 ]
発見であると同時に発明でもある。自然は概して規則的に作用するため、法則や数学によって記述できるという発見があり、その規則性を明らかにし、法則的な記述を確保するための技術、抽象概念、装置、組織を考案するには発明が必要だった。
グプタ朝の政治的功績と同様に、この創造性と学問の高まりこそが、彼らの時代を黄金時代たらしめることになるのである。
この変化の最も顕著な兆候は、「自然哲学」が「自然科学」に置き換えられたことである。1800年には「自然科学」という言葉を使う人はほとんどいなかったが、1880年までにはこの表現が伝統的な「自然哲学」という名称に取って代わった。20世紀に「自然哲学」が存続したのは、主に過去の慣習への歴史的な言及によるものである（図11参照）。今や明らかになったように、これは単に一つの用語を別の用語に置き換えただけではなく、哲学の実践や哲学的な生活を送る上での様々な個人的資質を放棄することを伴っていた。
ナイル川はエジプト文化において重要な位置を占めており、数学、地理、暦の発展に影響を与えました。エジプトの幾何学は、土地の測量を行う習慣によって発展しました。「ナイル川の氾濫によって各人の土地の境界が消えてしまうため」です。
おそらく1088年（大学設立の公式な日付）という早い時期から存在していた可能性もある。
印刷文化では、経験は具体的で、直接的で、記録され、検索可能である。印刷の世界と比較すると、手稿文化は噂やゴシップの世界である。印刷機は情報革命を象徴し、確かな事実はその結果である。
秩序ある世界を数学的に記述することに成功したニュートン物理学の成功は、18世紀におけるこの運動の隆盛に大きな役割を果たしたことは明らかである。
「形式科学」とは、数学やコンピュータ科学のように、形式システムを用いて知識を生成する研究分野のことです。形式科学は、すべての定量的科学がそれに依存しているため、重要な科目です。
驚くべき点は、数学の発見以来初めて、その結果が相互主観的な価値を持つ方法が導入されたということだ！
しかし、彼は科学者ではなく、科学研究を行ったこともありません。私の科学者の定義は、「彼または彼女は…を示した」という文を完成させることができる人です」とウィルソンは言います。
科学者とは、体系的に研究と証拠を収集して使用し、仮説を立ててそれを検証し、理解と知識を獲得して共有する人のことです。
出典：ガーディアン/バイス/CCN/YouGov世論調査。注：誤差範囲は±4％。
スティーブン・ロックが亡くなってからちょうど10年が経ちました
…ランセット誌編集者の許可を得て転載。
Wiktionaryにおける科学の辞書的定義