科学の分野

科学の分野は、科学、科学 分野、または科学分野とも呼ばれ、一般的に次の 3 つの主要グループに分けられます。

• 形式科学:論理学や数学の分野に属する形式体系の研究で、経験的方法論ではなく先験的方法論を使用します。形式体系によって記述される抽象構造を研究します。
• 自然科学：自然現象（宇宙の宇宙論的、地質学的、物理的、化学的、生物学的要因を含む）の研究。自然科学は、物理科学と生命科学（または生物学）の 2 つの主要な分野に分けられます。
• 社会科学と人文科学：社会的、文化的側面における人間行動の研究。 ^[1]

科学的知識は観察可能な現象に基づいており、同じ条件下で研究する他の研究者によって検証可能でなければならない。^[2]

自然科学、社会科学、形式科学は基礎科学を構成し、学際科学、および工学や医学などの応用科学の基礎を形成します。複数のカテゴリに存在する専門科学分野には、他の科学分野の一部が含まれる場合がありますが、独自の用語と専門知識を持っていることがよくあります。^[3]

形式科学は、論理学、数学、理論計算機科学、情報理論、システム理論、意思決定理論、統計学などの形式体系に関わる科学の分野です。

他の分野とは異なり、形式科学は現実世界の観察（経験的知識）に基づく理論の妥当性ではなく、定義と規則に基づく形式システムの特性に関係しています。したがって、形式科学が実際に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。しかし、形式科学の方法は、観察可能な現実を扱う科学的モデルの構築とテストに不可欠であり、 ^{[4]形式科学の大きな進歩は、多くの場合、}経験科学の大きな進歩を可能にしてきました。

論理学（ギリシャ語：λογική、logikḗ 、「理性を備えた、知的な、弁証法的な、議論的な」）^{[5] [6] [注 1]は、有効な}推論規則、つまり一連の他の命題（前提）に基づいて1つの命題（結論）を受け入れることにつながる関係を体系的に研究することです。より広義には、論理学は議論の分析と評価です。^[7]

伝統的に、議論の分類、論理形式の体系的な説明、演繹的推論の妥当性と健全性、帰納的推論の強さ、形式的な証明と推論の研究（パラドックスと誤謬を含む）、および統語論と意味論の研究が含まれていました。

歴史的に、論理は哲学（古代以来）と数学（19 世紀半ば以来）で研究されてきました。最近では、論理は認知科学で研究されており、コンピューター サイエンス、言語学、哲学、心理学などの分野 が活用されています。

情報科学は、主に情報の分析、収集、分類、操作、保管、検索、移動、配布、保護を扱う学問分野です。この分野の内外の専門家は、情報システムの作成、置き換え、改善、理解を目的として、組織における知識の応用と使用法、および人々、組織、既存の情報システム間の相互作用を研究します。

数学は、最も広い意味では、形式科学の同義語にすぎません。しかし、伝統的に数学は、より具体的には、算術、代数、幾何学、解析の4 つの領域の連合を意味し、これらはある程度、量、構造、空間、変化の研究です。

統計学は、データの収集、整理、解釈に関する研究です。^{[8] [9]統計学は、}調査や実験の設計の観点からのデータ収集の計画を含む、データの収集、整理、解釈のあらゆる側面を扱います。^[8]

統計学者とは、統計分析をうまく適用するために必要な考え方に特に精通している人のことです。そのような人は、多くの場合、さまざまな分野での業務を通じてこの経験を積んでいます。また、この主題の理論的基礎を扱う 数理統計と呼ばれる分野もあります。

統計 という言葉は、科学分野を指す場合は単数形で、「統計は芸術である」^[10]のように使われます。これを、データセットから計算される量（平均や中央値など）を指す統計 という言葉と混同しないでください。 ^[11]統計の複数形はstatisticsです（「この統計は間違っているようだ」または「これらの統計は誤解を招く」）。

システム理論は、あらゆる研究分野のあらゆる種類のシステムに適用できる原理を解明するための、システム一般に関する学際的な研究です。この用語はまだ十分に確立された正確な意味を持っていませんが、システム理論は、システム思考の専門化であり、システム科学の一般化であると合理的に考えることができます。この用語は、ベルタランフィの一般システム理論 (GST)に由来し、タルコット・パーソンズの行動理論やニクラス・ルーマンの社会学的オートポイエーシスなど、他の分野での後の取り組みでも使用されています。

この文脈では、システムという言葉は、特に自己調節システム、つまりフィードバックを通じて自己修正するシステムを指すために使用されます。自己調節システムは、人体の生理学的システム、地域および地球規模の生態系、気候など、自然界に存在します。

意思決定理論（選択理論と混同しないように注意）は、エージェントの選択を研究する理論です。^[12]意思決定理論は、意思決定の結果を分析したり、制約や仮定を前提とした最適な意思決定を決定する規範的意思決定理論と、エージェントが実際にどのように意思決定を行うかを分析する記述的意思決定理論の2つの分野に分けられます。

意思決定理論はゲーム理論^[13]の分野と密接に関連しており、経済学者、統計学者、心理学者、生物学者^[14]、政治学者やその他の社会科学者、哲学者^[15]、コンピューター科学者によって研究されている学際的なトピックです。^{[説明が必要]}

この豊富な理論の実証的な応用は、通常、統計的および計量経済学的手法の助けを借りて行われます。

理論計算機科学( TCS ) は、一般的な計算機科学と数学のサブセットであり、計算のより数学的なトピックに焦点を当てており、計算理論が含まれます。

理論領域を正確に限定することは困難である。ACM （計算理論協会）のアルゴリズムと計算理論に関する特別興味グループ（SIGACT）は、次のように説明している。^[16]

TCS は、アルゴリズム、データ構造、計算複雑性、並列および分散計算、確率計算、量子計算、オートマトン理論、情報理論、暗号化、プログラム意味論および検証、機械学習、計算生物学、計算経済学、計算幾何学、計算数論および代数など、幅広いトピックをカバーしています。この分野の研究は、数学的手法と厳密さを重視している点が特徴です。

自然科学は、観察と実験からの経験的証拠に基づいて、自然現象の説明、予測、理解に関わる科学の一分野です。査読や発見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という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、天文学、地球科学の分野に細分化されます。これらの自然科学の分野は、より専門的な分野 (分野とも呼ばれます) にさらに細分化されることがあります。

物理科学は、生命科学とは対照的に、非生物系を研究する自然科学の分野を包括する用語です。ただし、「物理」という用語は、意図しない、いくぶん恣意的な区別を生み出します。なぜなら、物理科学の多くの分野は生物学的現象も研究しているからです。物理科学と物理学には違いがあります。

物理学（古代ギリシャ語：φύσις、ローマ字：  physis、文字通り 「自然」）は、物質^[注2]と時空におけるその運動、およびエネルギーや力などの関連概念の研究を含む自然科学です。^{[18]より広義には、}宇宙がどのように振る舞うかを理解するために行われる自然の一般的な分析です。^{[19] [20] [注3]}

物理学は最も古い学問分野の一つであり、おそらく天文学を含んでいることから最も古い学問分野である。^{[注 4]}過去二千年にわたり、物理学は化学、数学の特定の分野、生物学とともに自然哲学の一部であったが、 16世紀の科学革命の間に、自然科学は独自のユニークな研究プログラムとして出現した。^{[注 5]生物}物理学や量子化学など、特定の研究分野は学際的であり、物理学の境界は厳密に定義されていないことを意味する。19世紀と20世紀には、物理​​学が観察されるあらゆる自然現象の根本的な説明を提供するため、物理主義が科学哲学の主要な統一特徴として現れた。物理学における新しいアイデアは、他の科学の基本的なメカニズムを説明することが多く、同時に数学と哲学における新しい研究分野への道を開く。

化学（この語源については多くの論争がある）^{[注 6]は、}物質とそれが受ける変化に関する科学である。物質の科学は物理学でも扱われるが、物理学がより一般的で基本的なアプローチをとるのに対し、化学はより専門的で、物質の構成、挙動（または反応）、構造、特性、および化学反応中に受ける変化を対象としている。^{[21] [22]}化学は、さまざまな物質、原子、分子、物質（特に炭素ベース）を研究する物理科学である。化学のサブ分野の例としては、生物に含まれる物質の研究である生化学、熱力学や量子力学などの物理的概念を使用して化学プロセスの研究である物理化学、材料サンプルを分析してその化学組成と構造を理解する分析化学などがある。近年では、神経系の化学的研究である神経化学など、より多くの専門分野が登場している。

地球科学（地質科学、地球科学、地球科学とも呼ばれる）は、地球という惑星に関連する科学全般を指す包括的な用語である。^[23]地球は生命を宿す唯一の惑星として知られているため、地球科学は惑星科学の中では特別なケースであると言える。地球科学には還元主義的アプローチと全体論的アプローチの両方がある。地球科学の正式な分野には、大気圏、水圏、岩石圏、生物圏、固体地球の研究が含まれる場合がある。通常、地球科学者は物理学、化学、生物学、地理学、年表学、数学のツールを用いて、地球システムがどのように機能し、現在の状態にまでどのように進化したかについて定量的な理解を深める。

地質学（古代ギリシャ語のγῆ, gē（「地球」）と-λoγία, -logia（「研究」、「談話」）^{[24] [25]}に由来）は、固体の地球、それを構成する岩石、およびそれらが時間とともに変化するプロセスを扱う地球科学です。地質学には、火星や月などの地球型惑星や自然衛星の固体の特徴の研究も含まれます。現代の地質学は、水文学や大気科学を含む他のすべての地球科学と大幅に重複しているため、統合地球システム科学および惑星科学の主要な側面の1つとして扱われています。

海洋学、あるいは海洋科学は、海洋を研究する地球科学の一分野です。海洋生物と生態系のダイナミクス、海流、波、地球物理的流体力学、プレートテクトニクスと海底の地質、海洋内外のさまざまな化学物質と物理的特性のフラックスなど、幅広いトピックをカバーしています。これらの多様なトピックは、海洋学者が世界の海洋に関する知識を深め、海洋内のプロセスを理解するために融合している複数の分野、すなわち生物学、化学、地質学、気象学、物理学、および地理学を反映しています。

気象学は、大気に関する学際的な科学的研究です。この分野の研究は数千年前に遡りますが、気象学の大きな進歩は 17 世紀まで起こりませんでした。19 世紀には、複数の国にまたがる観測ネットワークが開発され、画期的な進歩が見られました。20 世紀後半のコンピューターの発達により、天気予報の画期的な進歩が達成されました。

宇宙科学は、宇宙空間のあらゆるものを研究する学問です。^{[26]これは}天文学と呼ばれることもありますが、最近では天文学はより広範な宇宙科学の一部門と見なされるようになり、宇宙旅行や宇宙探査（宇宙医学を含む）に関連する問題の研究、宇宙考古学[ ^{28 ]、}宇宙空間で行われる科学（宇宙研究を参照）など、他の関連分野も含むようになりました。 ^[27]

生命科学は生物学とも呼ばれ、微生物、植物、人間を含む動物などの生命を研究する自然科学であり、その物理的構造、化学プロセス、分子相互作用、生理学的メカニズム、発達、進化などについて研究する。^[29]科学の複雑さにもかかわらず、特定の統一概念によって科学は単一の首尾一貫した分野に統合されている。生物学では、細胞を生命の基本単位、遺伝子を遺伝の基本単位、進化を種の創造と絶滅を推進する原動力と認識している。生物はエネルギーを変換し、局所的なエントロピーを減少させることで^[30]恒常性として定義される安定した重要な状態を維持することで生き残る開放系である。^[31]

生化学、または生物化学は、生物内部および生物に関連する化学反応の研究です。^[32]生化学 は生物学と化学の両方のサブ分野であり、還元主義の観点からは生物学の基礎となります。生化学は、分子生物学、細胞生物学、遺伝学、生理学と密接に関連しています。

微生物学は、単細胞（単一細胞）、多細胞（細胞群）、または無細胞（細胞を欠く）の微生物を研究する学問です。微生物学には、ウイルス学、細菌学、原生生物学、菌類学、免疫学、寄生虫学など、数多くの分野が含まれます。

植物学は、植物科学、植物生物学、植物学とも呼ばれ、植物の生命に関する科学であり、生物学の一分野です。伝統的に、植物学には菌類学者と藻類学者による菌類と藻類の研究も含まれており、これら3つの生物群の研究は国際植物会議の関心領域にとどまっています。今日、植物学者（厳密な意味で）は、約410,000種の陸上植物を研究しており、そのうち約391,000種は維管束植物（約369,000種の顕花植物を含む）であり、^[33]約20,000種はコケ類です。^[34]

動物学（/ z oʊ ˈ ɒ l ə dʒ i /）^{[注 7]}は、現生動物と絶滅動物を含むすべての動物の構造、発生学、進化、分類、習性、分布、および動物が生態系とどのように相互作用するかなど、動物界を研究する生物学の分野です。この用語は、古代ギリシャ語のζῷον、zōion、つまり「動物」とλόγος、logos 、つまり「知識、研究」に由来しています。^[35]動物学の分野には、人類動物学、クモ学、考古動物学、鯨類学、発生学、昆虫学、蠕虫学、爬虫両生類学、組織学、魚類学、軟体動物学、哺乳類学、形態学、線虫学、鳥類学、古動物学、病理学、霊長類学、原生動物学、分類学、動物地理学などがあります。

生態学（ギリシャ語：οἶκος、「家」または「環境」、-λογία、「研究」に由来）^{[注 8]は、}生物とその生物物理学的環境との相互作用に関する生物学の分野^{[36]であり、生物}的および非生物的要素の両方が含まれます。関心のあるトピックには、生物の多様性、分布、バイオマス、個体群、および種内および種間の協力と競争が含まれます。生態系は、生物、それらが構成するコミュニティ、および環境の非生物的要素が動的に相互作用するシステムです。一次生産、土壌生成、栄養循環、ニッチ構築などの生態系プロセスは、環境を通じたエネルギーと物質の流れを制御します。特定のライフヒストリー特性を持つ生物がこれらのプロセスを維持します。

社会科学は、社会と、その社会における個人間の関係を研究する科学の一分野です。この用語は、かつては19 世紀に確立された「社会の科学」の元祖である社会学の分野を指すために使用されていました。現在では、社会学に加えて、人類学、考古学、経済学、教育学、歴史学、人文地理学、法律学、言語学、政治学、心理学など、幅広い学問分野を網羅しています。

実証主義の社会科学者は、社会を理解するための手段として自然科学に似た方法を使用するため、科学をより厳密な現代的な意味で定義します。対照的に、解釈主義の社会科学者は、経験的に反証可能な理論を構築するのではなく、社会批評や象徴的解釈を使用する場合があります。現代の学術的実践では、研究者は折衷的であり、複数の方法論を使用します（たとえば、定量的研究と定性的研究の両方を組み合わせるなど）。「社会調査」という用語は、さまざまな分野の実践者がその目的と方法を共有するため、ある程度の自律性も獲得しています。

応用科学とは、技術や発明 などの実用的な目標を達成するために既存の科学的知識を活用することです。

自然科学では、基礎科学の分野では、自然界の現象を説明し、場合によっては予測するための基礎情報を開発します。応用科学は、特に実用的または有用な結果を達成するための手段として科学的プロセスと知識を使用することです。これには、農業科学、工学、医学など、応用科学に関連する幅広い分野が含まれます。

応用科学では、疫学のように統計学や確率論などの形式科学も応用できます。遺伝疫学は、生物学的手法と統計的手法の両方を応用した応用科学です。

科学の各分野間の関係は表^{[37]にまとめられている。}

メタサイエンスとは、科学そのものに関する科学分野を指します。OpenAlexとScholia を使用すると、科学分野や研究トピック を視覚化して探索できます。

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