Las ciencias naturales son una de las ramas de la ciencia que se ocupa de la descripción, comprensión y predicción de los fenómenos naturales , basándose en evidencias empíricas provenientes de la observación y la experimentación . [1] Se utilizan mecanismos como la revisión por pares y la reproducibilidad de los hallazgos para tratar de asegurar la validez de los avances científicos.
Las ciencias naturales se pueden dividir en dos ramas principales: ciencias de la vida y ciencias físicas . Las ciencias de la vida se conocen alternativamente como biología , y las ciencias físicas se subdividen en ramas: física , química , ciencias de la tierra y astronomía . Estas ramas de las ciencias naturales pueden dividirse a su vez en ramas más especializadas (también conocidas como campos). Como ciencias empíricas, las ciencias naturales utilizan herramientas de las ciencias formales , como las matemáticas y la lógica , convirtiendo la información sobre la naturaleza en mediciones que pueden explicarse como declaraciones claras de las " leyes de la naturaleza ". [2]
Las ciencias naturales modernas sucedieron a los enfoques más clásicos de la filosofía natural . Galileo , Kepler , Descartes , Bacon y Newton debatieron los beneficios de utilizar enfoques que fueran más matemáticos y más experimentales de una manera metódica. Aun así, las perspectivas filosóficas, las conjeturas y las presuposiciones , a menudo pasadas por alto, siguen siendo necesarias en las ciencias naturales. [3] La recopilación sistemática de datos, incluida la ciencia del descubrimiento , sucedió a la historia natural , que surgió en el siglo XVI al describir y clasificar plantas, animales, minerales, etc. [4] Hoy, la "historia natural" sugiere descripciones observacionales dirigidas a audiencias populares. [5]
Los filósofos de la ciencia han sugerido varios criterios, incluido el controvertido criterio de falsabilidad de Karl Popper , para ayudarlos a diferenciar los esfuerzos científicos de los no científicos. La validez , la precisión y el control de calidad , como la revisión por pares y la reproducibilidad de los hallazgos, se encuentran entre los criterios más respetados en la comunidad científica global actual.
En las ciencias naturales, las afirmaciones de imposibilidad llegan a ser ampliamente aceptadas como abrumadoramente probables en lugar de considerarse probadas hasta el punto de ser incuestionables. La base de esta fuerte aceptación es una combinación de amplia evidencia de que algo no ocurre, combinada con una teoría subyacente, muy exitosa en hacer predicciones, cuyos supuestos conducen lógicamente a la conclusión de que algo es imposible. Si bien una afirmación de imposibilidad en las ciencias naturales nunca puede probarse, podría refutarse mediante la observación de un único contraejemplo. Tal contraejemplo requeriría que se reexaminaran los supuestos subyacentes a la teoría que implicaba la imposibilidad.
Este campo abarca un conjunto diverso de disciplinas que examinan fenómenos relacionados con los organismos vivos. La escala de estudio puede variar desde la biofísica de subcomponentes hasta ecologías complejas . La biología se ocupa de las características, la clasificación y los comportamientos de los organismos , así como de cómo se formaron las especies y sus interacciones entre sí y con el medio ambiente .
Los campos biológicos de la botánica , la zoología y la medicina se remontan a los primeros períodos de la civilización, mientras que la microbiología se introdujo en el siglo XVII con la invención del microscopio. Sin embargo, no fue hasta el siglo XIX que la biología se convirtió en una ciencia unificada. Una vez que los científicos descubrieron los puntos en común entre todos los seres vivos, se decidió que era mejor estudiarlos como un todo.
Algunos avances clave en biología fueron el descubrimiento de la genética , la evolución a través de la selección natural , la teoría microbiana de la enfermedad y la aplicación de las técnicas de la química y la física a nivel de la célula o la molécula orgánica .
La biología moderna se divide en subdisciplinas según el tipo de organismo y la escala que se estudie. La biología molecular estudia la química fundamental de la vida, mientras que la biología celular estudia la célula, el componente básico de toda vida. En un nivel superior, la anatomía y la fisiología estudian las estructuras internas y sus funciones de un organismo, mientras que la ecología estudia cómo se interrelacionan los distintos organismos.
La ciencia de la Tierra (también conocida como geociencia) es un término que abarca las ciencias relacionadas con el planeta Tierra , incluida la geología , la geografía , la geofísica , la geoquímica , la climatología , la glaciología , la hidrología , la meteorología y la oceanografía .
Aunque la minería y las piedras preciosas han sido intereses humanos a lo largo de la historia de la civilización, el desarrollo de las ciencias relacionadas de la geología económica y la mineralogía no se produjo hasta el siglo XVIII. El estudio de la tierra, en particular la paleontología , floreció en el siglo XIX. El crecimiento de otras disciplinas, como la geofísica , en el siglo XX condujo al desarrollo de la teoría de la tectónica de placas en la década de 1960, que ha tenido un efecto similar en las ciencias de la Tierra al que tuvo la teoría de la evolución en la biología. Hoy en día, las ciencias de la Tierra están estrechamente vinculadas con el petróleo y los recursos minerales , la investigación climática y la evaluación y remediación ambiental .
Aunque a veces se considera en conjunción con las ciencias de la Tierra, debido al desarrollo independiente de sus conceptos, técnicas y prácticas y también al hecho de que tiene una amplia gama de subdisciplinas bajo su ala, la ciencia atmosférica también se considera una rama separada de la ciencia natural. Este campo estudia las características de diferentes capas de la atmósfera desde el nivel del suelo hasta el borde del espacio. La escala temporal del estudio también varía de un día a un siglo. A veces, el campo también incluye el estudio de los patrones climáticos en planetas distintos de la Tierra. [6]
El estudio serio de los océanos comenzó a principios y mediados del siglo XX. Como campo de las ciencias naturales, es relativamente joven, pero existen programas independientes que ofrecen especializaciones en el tema. Aunque aún existen algunas controversias en cuanto a la categorización del campo dentro de las ciencias de la tierra, las ciencias interdisciplinarias o como un campo separado por derecho propio, la mayoría de los investigadores modernos en el campo coinciden en que ha madurado hasta un estado en el que tiene sus propios paradigmas y prácticas.
La ciencia planetaria o planetología, es el estudio científico de los planetas, que incluyen planetas terrestres como la Tierra, y otros tipos de planetas, como gigantes gaseosos y gigantes de hielo . La ciencia planetaria también se ocupa de otros cuerpos celestes, como planetas enanos , lunas , asteroides y cometas . Esto incluye en gran medida el Sistema Solar , pero recientemente ha comenzado a expandirse a exoplanetas , particularmente exoplanetas terrestres . Explora varios objetos, que abarcan desde micrometeoroides hasta gigantes gaseosos, para establecer su composición, movimientos, génesis, interrelación y pasado. La ciencia planetaria es un dominio interdisciplinario, que se originó a partir de la astronomía y la ciencia de la Tierra , y actualmente abarca una multitud de áreas, como la geología planetaria , la cosmoquímica , la ciencia atmosférica , la física , la oceanografía , la hidrología , la planetología teórica , la glaciología y la exoplanetología. Los campos relacionados abarcan la física espacial , que profundiza en el impacto del Sol sobre los cuerpos del Sistema Solar, y la astrobiología .
La ciencia planetaria comprende ramas teóricas y observacionales interconectadas. La investigación observacional implica una combinación de exploración espacial , principalmente a través de misiones espaciales robóticas que utilizan teledetección, y trabajo experimental comparativo realizado en laboratorios terrestres. El aspecto teórico implica un amplio modelado matemático y simulación por computadora .
Por lo general, los científicos planetarios trabajan en departamentos de astronomía y física o ciencias de la Tierra en universidades o centros de investigación. Sin embargo, también existen institutos especializados en ciencias planetarias en todo el mundo. Por lo general, las personas que buscan una carrera en ciencias planetarias realizan estudios de posgrado en una de las siguientes disciplinas: ciencias de la Tierra, astronomía, astrofísica, geofísica o física. Luego, centran su investigación en la disciplina de las ciencias planetarias. Anualmente se celebran importantes congresos y numerosas revistas revisadas por pares se ocupan de los diversos intereses de investigación en ciencias planetarias. Algunos científicos planetarios trabajan en centros de investigación privados y con frecuencia participan en iniciativas de investigación colaborativa.
La química es el estudio científico de la materia a escala atómica y molecular y se ocupa principalmente de conjuntos de átomos, como gases , moléculas, cristales y metales . Se estudian la composición, las propiedades estadísticas, las transformaciones y las reacciones de estos materiales. La química también implica comprender las propiedades e interacciones de átomos y moléculas individuales para su uso en aplicaciones a mayor escala.
La mayoría de los procesos químicos se pueden estudiar directamente en un laboratorio, utilizando una serie de técnicas (a menudo bien probadas) para manipular materiales, así como un conocimiento de los procesos subyacentes. A la química se la suele denominar " la ciencia central " debido a su papel de conexión con las demás ciencias naturales.
Los primeros experimentos en química tenían sus raíces en el sistema de la alquimia , un conjunto de creencias que combinaban el misticismo con los experimentos físicos. La ciencia de la química comenzó a desarrollarse con el trabajo de Robert Boyle , el descubridor de los gases , y Antoine Lavoisier , quien desarrolló la teoría de la conservación de la masa .
El descubrimiento de los elementos químicos y la teoría atómica comenzaron a sistematizar esta ciencia y los investigadores desarrollaron una comprensión fundamental de los estados de la materia , los iones , los enlaces químicos y las reacciones químicas . El éxito de esta ciencia condujo a una industria química complementaria que hoy desempeña un papel importante en la economía mundial.
La física abarca el estudio de los componentes fundamentales del universo , las fuerzas e interacciones que ejercen entre sí y los resultados que producen estas interacciones. En general, se considera que la física es fundamental porque todas las demás ciencias naturales utilizan y obedecen los principios y leyes de este campo. La física se basa en gran medida en las matemáticas como marco lógico para formular y cuantificar principios.
El estudio de los principios del universo tiene una larga historia y deriva en gran medida de la observación directa y la experimentación. La formulación de teorías sobre las leyes que rigen el universo ha sido central para el estudio de la física desde sus inicios, y la filosofía fue cediendo terreno gradualmente a la observación y las pruebas experimentales cuantitativas y sistemáticas como fuente de verificación. Entre los desarrollos históricos clave en física se incluyen la teoría de la gravitación universal y la mecánica clásica de Isaac Newton , la comprensión de la electricidad y su relación con el magnetismo , las teorías de la relatividad especial y general de Einstein , el desarrollo de la termodinámica y el modelo mecánico cuántico de la física atómica y subatómica.
El campo de la física es vasto y puede incluir estudios tan diversos como la mecánica cuántica y la física teórica , la física aplicada y la óptica . La física moderna se está volviendo cada vez más especializada, donde los investigadores tienden a centrarse en un área en particular en lugar de ser "universalistas" como Isaac Newton , Albert Einstein y Lev Landau , quienes trabajaron en múltiples áreas.
La astronomía es una ciencia natural que estudia los objetos y fenómenos celestes. Entre los objetos de interés se encuentran los planetas, las lunas, las estrellas, las nebulosas, las galaxias y los cometas. La astronomía es el estudio de todo lo que hay en el universo más allá de la atmósfera terrestre, incluidos los objetos que podemos ver a simple vista. Es una de las ciencias más antiguas.
Los astrónomos de las civilizaciones antiguas realizaban observaciones metódicas del cielo nocturno y se han encontrado artefactos astronómicos de períodos mucho más antiguos. Existen dos tipos de astronomía: la astronomía observacional y la astronomía teórica. La astronomía observacional se centra en la adquisición y el análisis de datos, utilizando principalmente principios básicos de la física. Por el contrario, la astronomía teórica está orientada al desarrollo de modelos informáticos o analíticos para describir objetos y fenómenos astronómicos.
Esta disciplina es la ciencia de los objetos y fenómenos celestes que se originan fuera de la atmósfera terrestre . Se ocupa de la evolución, la física , la química , la meteorología , la geología y el movimiento de los objetos celestes, así como de la formación y el desarrollo del universo .
La astronomía incluye el examen, estudio y modelado de estrellas, planetas y cometas. La mayor parte de la información que utilizan los astrónomos se obtiene mediante observación remota. Sin embargo, se han realizado algunas reproducciones de laboratorio de fenómenos celestes (como la química molecular del medio interestelar ). Existe una superposición considerable con la física y en algunas áreas de las ciencias de la Tierra . También hay campos interdisciplinarios como la astrofísica , las ciencias planetarias y la cosmología , junto con disciplinas afines como la física espacial y la astroquímica .
Si bien el estudio de las características y fenómenos celestes se remonta a la antigüedad, la metodología científica de este campo comenzó a desarrollarse a mediados del siglo XVII. Un factor clave fue la introducción del telescopio por parte de Galileo para examinar el cielo nocturno con más detalle.
El tratamiento matemático de la astronomía comenzó con el desarrollo de la mecánica celeste y las leyes de la gravitación por parte de Newton . Sin embargo, fue impulsado por trabajos anteriores de astrónomos como Kepler . En el siglo XIX, la astronomía se había convertido en una ciencia formal, con la introducción de instrumentos como el espectroscopio y la fotografía , junto con telescopios muy mejorados y la creación de observatorios profesionales.
Las distinciones entre las disciplinas de las ciencias naturales no siempre son nítidas y comparten muchos campos interdisciplinarios. La física desempeña un papel importante en las demás ciencias naturales, representadas por la astrofísica , la geofísica , la física química y la biofísica . Del mismo modo, la química está representada por campos como la bioquímica , la química física , la geoquímica y la astroquímica .
Un ejemplo particular de una disciplina científica que se nutre de múltiples ciencias naturales es la ciencia ambiental . Este campo estudia las interacciones de los componentes físicos, químicos, geológicos y biológicos del medio ambiente , con especial atención al efecto de las actividades humanas y el impacto en la biodiversidad y la sostenibilidad . Esta ciencia también se nutre de la experiencia de otros campos, como la economía, el derecho y las ciencias sociales.
Una disciplina comparable es la oceanografía , ya que se basa en una amplitud similar de disciplinas científicas. La oceanografía se subdivide en disciplinas interdisciplinarias más especializadas, como la oceanografía física y la biología marina . Como el ecosistema marino es vasto y diverso, la biología marina se divide a su vez en muchos subcampos, incluidas las especializaciones en especies particulares .
También existe un subconjunto de campos interdisciplinarios con fuertes corrientes que van en contra de la especialización por la naturaleza de los problemas que abordan. Dicho de otro modo: en algunos campos de aplicación integradora, los especialistas en más de un campo son una parte clave de la mayor parte del discurso científico. Dichos campos integradores, por ejemplo, incluyen la nanociencia , la astrobiología y la informática de sistemas complejos .
La ciencia de los materiales es un campo relativamente nuevo e interdisciplinario que se ocupa del estudio de la materia y sus propiedades, así como del descubrimiento y diseño de nuevos materiales. El estudio de las propiedades de los materiales y los sólidos, que en un principio se desarrolló en el campo de la metalurgia , se ha expandido ahora a todos los materiales. El campo abarca las aplicaciones químicas, físicas e ingenieriles de los materiales, incluidos los metales, las cerámicas, los polímeros artificiales y muchos otros. El núcleo del campo se ocupa de relacionar la estructura de los materiales con sus propiedades.
La ciencia de los materiales está a la vanguardia de la investigación en ciencia e ingeniería. Es una parte esencial de la ingeniería forense (la investigación de materiales, productos, estructuras o componentes que fallan o no funcionan como se espera, causando lesiones personales o daños a la propiedad) y del análisis de fallas , siendo este último la clave para comprender, por ejemplo, la causa de varios accidentes de aviación. Muchos de los problemas científicos más urgentes a los que nos enfrentamos hoy en día se deben a las limitaciones de los materiales disponibles y, como resultado, es probable que los avances en este campo tengan un impacto significativo en el futuro de la tecnología.
La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarla con sus propiedades . Al comprender esta correlación entre estructura y propiedad, los científicos de materiales pueden estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación particular. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por lo tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y cómo se ha procesado hasta alcanzar su forma final. Estas características, tomadas en conjunto y relacionadas a través de las leyes de la termodinámica y la cinética , rigen la microestructura de un material y, por lo tanto, sus propiedades.
Algunos estudiosos rastrean los orígenes de las ciencias naturales en las sociedades humanas prealfabetizadas, donde la comprensión del mundo natural era necesaria para la supervivencia. [7] Las personas observaban y acumulaban conocimientos sobre el comportamiento de los animales y la utilidad de las plantas como alimento y medicina, que se transmitían de generación en generación. [7] Estas comprensiones primitivas dieron paso a una investigación más formalizada alrededor del 3500 al 3000 a. C. en las culturas mesopotámica y del Antiguo Egipto , que produjeron la primera evidencia escrita conocida de la filosofía natural , la precursora de las ciencias naturales. [8] Si bien los escritos muestran un interés en la astronomía, las matemáticas y otros aspectos del mundo físico, el objetivo final de la investigación sobre el funcionamiento de la naturaleza era, en todos los casos, religioso o mitológico, no científico. [9]
Una tradición de investigación científica también surgió en la antigua China , donde los alquimistas y filósofos taoístas experimentaron con elixires para prolongar la vida y curar enfermedades. [10] Se centraron en el yin y el yang , o elementos contrastantes en la naturaleza; el yin se asociaba con la feminidad y la frialdad, mientras que el yang se asociaba con la masculinidad y la calidez. [11] Las cinco fases (fuego, tierra, metal, madera y agua) describían un ciclo de transformaciones en la naturaleza. El agua se convertía en madera, que se convertía en fuego cuando ardía. Las cenizas que dejaba el fuego eran tierra. [12] Utilizando estos principios, los filósofos y médicos chinos exploraron la anatomía humana, caracterizando los órganos como predominantemente yin o yang, y comprendieron la relación entre el pulso, el corazón y el flujo de sangre en el cuerpo siglos antes de que fuera aceptada en Occidente. [13]
Sobrevive poca evidencia de cómo las culturas indias antiguas alrededor del río Indo entendían la naturaleza, pero algunas de sus perspectivas pueden reflejarse en los Vedas , un conjunto de textos sagrados hindúes . [13] Revelan una concepción del universo como en constante expansión y en constante reciclaje y reforma. [13] Los cirujanos de la tradición ayurvédica veían la salud y la enfermedad como una combinación de tres humores: viento , bilis y flema . [13] Una vida saludable resultaba de un equilibrio entre estos humores. [13] En el pensamiento ayurvédico, el cuerpo constaba de cinco elementos: tierra, agua, fuego, viento y espacio. [13] Los cirujanos ayurvédicos realizaban cirugías complejas y desarrollaban una comprensión detallada de la anatomía humana. [13]
Los filósofos presocráticos de la cultura griega antigua llevaron la filosofía natural un paso más cerca de la investigación directa sobre la causa y el efecto en la naturaleza entre 600 y 400 a. C. Sin embargo, permaneció un elemento de magia y mitología. [14] Los fenómenos naturales como los terremotos y los eclipses se explicaban cada vez más en el contexto de la naturaleza misma en lugar de atribuirse a dioses enojados. [14] Tales de Mileto , un filósofo temprano que vivió entre 625 y 546 a. C., explicó los terremotos teorizando que el mundo flotaba sobre el agua y que el agua era el elemento fundamental de la naturaleza. [15] En el siglo V a. C., Leucipo fue uno de los primeros exponentes del atomismo , la idea de que el mundo está formado por partículas fundamentales indivisibles. [16] Pitágoras aplicó las innovaciones griegas en matemáticas a la astronomía y sugirió que la Tierra era esférica . [16]
El pensamiento socrático y platónico posterior se centró en la ética, la moral y el arte y no intentó una investigación del mundo físico; Platón criticó a los pensadores presocráticos como materialistas y antirreligionarios. [17] Sin embargo, Aristóteles , un estudiante de Platón que vivió entre 384 y 322 a. C., prestó más atención al mundo natural en su filosofía. [18] En su Historia de los animales , describió el funcionamiento interno de 110 especies, incluidas la raya , el bagre y la abeja . [19] Investigó embriones de pollo rompiendo huevos y observándolos en varias etapas de desarrollo. [20] Las obras de Aristóteles fueron influyentes durante el siglo XVI, y se le considera el padre de la biología por su trabajo pionero en esa ciencia . [21] También presentó filosofías sobre la física, la naturaleza y la astronomía utilizando el razonamiento inductivo en sus obras Física y Meteorología . [22]
Aunque Aristóteles consideraba la filosofía natural más seriamente que sus predecesores, la abordaba como una rama teórica de la ciencia. [23] Aun así, inspirados por su obra, los filósofos romanos antiguos de principios del siglo I d. C., incluidos Lucrecio , Séneca y Plinio el Viejo , escribieron tratados que trataban las reglas del mundo natural en diversos grados de profundidad. [24] Muchos neoplatónicos romanos antiguos de los siglos III al VI también adaptaron las enseñanzas de Aristóteles sobre el mundo físico a una filosofía que enfatizaba el espiritualismo. [25] Los primeros filósofos medievales , incluidos Macrobio , Calcidio y Marciano Capella, también examinaron el mundo físico, en gran medida desde una perspectiva cosmológica y cosmográfica , proponiendo teorías sobre la disposición de los cuerpos celestes y los cielos, que se postulaban como compuestos de éter . [26]
Las obras de Aristóteles sobre filosofía natural continuaron siendo traducidas y estudiadas durante el ascenso del Imperio bizantino y el califato abasí . [27]
En el Imperio bizantino, Juan Filópono , un comentarista aristotélico alejandrino y teólogo cristiano, fue el primero en cuestionar la enseñanza de la física de Aristóteles. A diferencia de Aristóteles, que basaba su física en argumentos verbales, Filópono se basó en la observación y argumentó a favor de la observación en lugar de recurrir a un argumento verbal. [28] Introdujo la teoría del ímpetu . La crítica de Juan Filópono a los principios aristotélicos de la física sirvió de inspiración a Galileo Galilei durante la Revolución científica . [29] [30]
Durante el califato abasí, a partir del siglo IX, se produjo un resurgimiento de las matemáticas y las ciencias, cuando los eruditos musulmanes ampliaron la filosofía natural griega e india . [31] Las palabras alcohol , álgebra y cenit tienen raíces árabes . [32]
Las obras de Aristóteles y otras filosofías naturales griegas no llegaron a Occidente hasta mediados del siglo XII, cuando se tradujeron obras del griego y el árabe al latín . [33] El desarrollo de la civilización europea más tarde en la Edad Media trajo consigo nuevos avances en la filosofía natural. [34] Las invenciones europeas como la herradura , el collar de caballo y la rotación de cultivos permitieron un rápido crecimiento de la población, dando paso finalmente a la urbanización y la fundación de escuelas conectadas a monasterios y catedrales en la Francia e Inglaterra actuales . [35] Con la ayuda de las escuelas, se desarrolló un enfoque de la teología cristiana que buscaba responder preguntas sobre la naturaleza y otros temas utilizando la lógica. [36] Sin embargo, algunos detractores vieron este enfoque como una herejía . [36] En el siglo XII, los eruditos y filósofos de Europa occidental entraron en contacto con un cuerpo de conocimiento del que anteriormente habían sido ignorantes: un gran corpus de obras en griego y árabe que fueron preservadas por eruditos islámicos. [37] A través de la traducción al latín, la Europa occidental conoció a Aristóteles y su filosofía natural. [37] Estas obras se enseñaban en las nuevas universidades de París y Oxford a principios del siglo XIII, aunque la Iglesia católica desaprobaba esta práctica. [38] Un decreto de 1210 del Sínodo de París ordenó que "no se celebren conferencias en París, ni pública ni privadamente, utilizando los libros de Aristóteles sobre filosofía natural o los comentarios, y prohibimos todo esto bajo pena de excomunión". [38]
A finales de la Edad Media, el filósofo español Dominicus Gundissalinus tradujo al latín un tratado del erudito persa anterior Al-Farabi llamado Sobre las ciencias , llamando al estudio de la mecánica de la naturaleza Scientia naturalis , o ciencia natural. [39] Gundissalinus también propuso su clasificación de las ciencias naturales en su obra de 1150 Sobre la división de la filosofía . [39] Esta fue la primera clasificación detallada de las ciencias basada en la filosofía griega y árabe que llegó a Europa occidental. [39] Gundissalinus definió la ciencia natural como "la ciencia que considera solo cosas no abstractas y con movimiento", en oposición a las matemáticas y las ciencias que se basan en las matemáticas. [40] Siguiendo a Al-Farabi, separó las ciencias en ocho partes, que incluyen: física, cosmología, meteorología, ciencia de los minerales y ciencia de las plantas y los animales. [40]
Más tarde, los filósofos hicieron sus propias clasificaciones de las ciencias naturales. Robert Kilwardby escribió Sobre el orden de las ciencias en el siglo XIII que clasificaba la medicina como una ciencia mecánica, junto con la agricultura, la caza y el teatro, al tiempo que definía la ciencia natural como la ciencia que trata de los cuerpos en movimiento. [41] Roger Bacon , un fraile y filósofo inglés, escribió que la ciencia natural trataba de "un principio de movimiento y reposo, como en las partes de los elementos de fuego, aire, tierra y agua, y en todas las cosas inanimadas hechas de ellos". [42] Estas ciencias también cubrían plantas, animales y cuerpos celestes. [42] Más tarde en el siglo XIII, un sacerdote católico y teólogo, Tomás de Aquino, definió la ciencia natural como la que trata de "seres móviles" y "cosas que dependen de una materia no solo para su existencia sino también para su definición". [43] Hubo un amplio acuerdo entre los eruditos en la época medieval de que la ciencia natural trataba de los cuerpos en movimiento. Sin embargo, hubo división sobre la inclusión de campos como la medicina, la música y la perspectiva. [44] Los filósofos reflexionaron sobre cuestiones como la existencia del vacío, si el movimiento podía producir calor, los colores del arco iris, el movimiento de la Tierra, si existen elementos químicos y en qué parte de la atmósfera se forma la lluvia. [45]
En los siglos hasta el final de la Edad Media, la ciencia natural a menudo se mezclaba con filosofías sobre la magia y lo oculto. [46] La filosofía natural apareció en varias formas, desde tratados hasta enciclopedias y comentarios sobre Aristóteles. [47] La interacción entre la filosofía natural y el cristianismo fue compleja durante este período; algunos de los primeros teólogos, incluidos Taciano y Eusebio , consideraban que la filosofía natural era un afloramiento de la ciencia griega pagana y desconfiaban de ella. [48] Aunque algunos filósofos cristianos posteriores, incluido Aquino, llegaron a ver la ciencia natural como un medio para interpretar las escrituras, esta sospecha persistió hasta los siglos XII y XIII. [49] La Condena de 1277 , que prohibía poner la filosofía al mismo nivel que la teología y el debate de construcciones religiosas en un contexto científico, mostró la persistencia con la que los líderes católicos resistieron el desarrollo de la filosofía natural incluso desde una perspectiva teológica. [50] Aquino y Alberto Magno , otro teólogo católico de la época, buscaron distanciar la teología de la ciencia en sus obras. [51] "No veo qué tiene que ver la interpretación de Aristóteles con la enseñanza de la fe", escribió en 1271. [52]
En los siglos XVI y XVII, la filosofía natural evolucionó más allá de los comentarios sobre Aristóteles a medida que se descubría y traducía más filosofía griega temprana. [53] La invención de la imprenta en el siglo XV, la invención del microscopio y el telescopio y la Reforma protestante alteraron fundamentalmente el contexto social en el que evolucionó la investigación científica en Occidente. [53] El descubrimiento de un nuevo mundo por parte de Cristóbal Colón cambió las percepciones sobre la composición física del mundo, mientras que las observaciones de Copérnico , Tyco Brahe y Galileo aportaron una imagen más precisa del sistema solar como heliocéntrico y demostraron que muchas de las teorías de Aristóteles sobre los cuerpos celestes eran falsas. [54] Varios filósofos del siglo XVII, entre ellos Thomas Hobbes , John Locke y Francis Bacon , rompieron con el pasado al rechazar de plano a Aristóteles y sus seguidores medievales, calificando de superficial su enfoque de la filosofía natural. [55]
Los títulos de las obras de Galileo Dos nuevas ciencias y Nueva astronomía de Johannes Kepler subrayaron la atmósfera de cambio que se apoderó de la humanidad en el siglo XVII cuando Aristóteles fue despedido en favor de nuevos métodos de investigación del mundo natural. [57] Bacon fue fundamental en la popularización de este cambio; argumentó que las personas deberían usar las artes y las ciencias para obtener dominio sobre la naturaleza. [58] Para lograr esto, escribió que "la vida humana [debe] estar dotada de descubrimientos y poderes". [59] Definió la filosofía natural como "el conocimiento de las causas y los movimientos secretos de las cosas; y la ampliación de los límites del imperio humano, para lograr todas las cosas posibles". [57] Bacon propuso que la investigación científica fuera apoyada por el estado y alimentada por la investigación colaborativa de los científicos, una visión que no tenía precedentes en su alcance, ambición y formas en ese momento. [59] Los filósofos naturales llegaron a ver la naturaleza cada vez más como un mecanismo que podía desmontarse y comprenderse, como un reloj complejo. [60] Los filósofos naturales, entre ellos Isaac Newton , Evangelista Torricelli y Francesco Redi, realizaron experimentos centrados en el flujo de agua, midiendo la presión atmosférica utilizando un barómetro y refutando la generación espontánea . [61] Surgieron sociedades científicas y revistas científicas que se difundieron ampliamente a través de la imprenta, lo que desencadenó la revolución científica . [62] Newton publicó en 1687 sus Principios matemáticos de la filosofía natural , o Principia Mathematica , que sentaron las bases de las leyes físicas que se mantuvieron vigentes hasta el siglo XIX. [63]
Algunos eruditos modernos, entre ellos Andrew Cunningham, Perry Williams y Floris Cohen , sostienen que la filosofía natural no se llama propiamente ciencia y que la investigación científica genuina comenzó solo con la revolución científica. [64] Según Cohen, "la emancipación de la ciencia de una entidad general llamada 'filosofía natural' es una característica definitoria de la Revolución científica". [64] Otros historiadores de la ciencia, incluido Edward Grant , sostienen que la revolución científica que floreció en los siglos XVII, XVIII y XIX ocurrió cuando los principios aprendidos en las ciencias exactas de la óptica, la mecánica y la astronomía comenzaron a aplicarse a las preguntas planteadas por la filosofía natural. [64] Grant sostiene que Newton intentó exponer la base matemática de la naturaleza -las reglas inmutables que obedecía- y, al hacerlo, unió la filosofía natural y las matemáticas por primera vez, produciendo una obra temprana de física moderna. [65]
La revolución científica, que comenzó a tomar fuerza en el siglo XVII, representó una ruptura radical con los modos de investigación aristotélicos. [66] Uno de sus principales avances fue el uso del método científico para investigar la naturaleza. Se recogían datos y se hacían mediciones repetibles en experimentos . [67] Luego, los científicos formulaban hipótesis para explicar los resultados de estos experimentos. [68] Luego, la hipótesis se ponía a prueba utilizando el principio de falsabilidad para demostrar o refutar su exactitud. [68] Las ciencias naturales siguieron llamándose filosofía natural, pero la adopción del método científico llevó a la ciencia más allá del ámbito de la conjetura filosófica e introdujo una forma más estructurada de examinar la naturaleza. [66]
Newton, matemático y físico inglés, fue una figura seminal en la revolución científica. [69] Basándose en los avances realizados en astronomía por Copérnico, Brahe y Kepler, Newton derivó la ley universal de la gravitación y las leyes del movimiento . [70] Estas leyes se aplicaban tanto en la Tierra como en el espacio exterior, uniendo dos esferas del mundo físico que anteriormente se pensaba que funcionaban de forma independiente, de acuerdo con reglas físicas separadas. [71] Newton, por ejemplo, demostró que las mareas eran causadas por la atracción gravitatoria de la luna . [72] Otro de los avances de Newton fue hacer de las matemáticas una poderosa herramienta explicativa de los fenómenos naturales. [73] Si bien los filósofos naturales habían utilizado durante mucho tiempo las matemáticas como un medio de medición y análisis, sus principios no se utilizaron como un medio para comprender la causa y el efecto en la naturaleza hasta Newton. [73]
En el siglo XVIII y XIX, científicos como Charles-Augustin de Coulomb , Alessandro Volta y Michael Faraday se basaron en la mecánica newtoniana al explorar el electromagnetismo , o la interacción de fuerzas con cargas positivas y negativas en partículas cargadas eléctricamente . [74] Faraday propuso que las fuerzas en la naturaleza operaban en " campos " que llenaban el espacio. [75] La idea de campos contrastaba con la construcción newtoniana de la gravitación como simplemente "acción a distancia", o la atracción de objetos sin nada en el espacio entre ellos que interviniera. [75] James Clerk Maxwell en el siglo XIX unificó estos descubrimientos en una teoría coherente de la electrodinámica . [74] Usando ecuaciones matemáticas y experimentación, Maxwell descubrió que el espacio estaba lleno de partículas cargadas que podían actuar unas sobre otras y eran un medio para transmitir ondas cargadas. [74]
Durante la revolución científica también se produjeron avances significativos en la química. Antoine Lavoisier , un químico francés, refutó la teoría del flogisto , que postulaba que las cosas se quemaban al liberar "flogisto" en el aire. [75] Joseph Priestley había descubierto el oxígeno en el siglo XVIII, pero Lavoisier descubrió que la combustión era el resultado de la oxidación . [75] También construyó una tabla de 33 elementos e inventó la nomenclatura química moderna. [75] La ciencia biológica formal permaneció en su infancia en el siglo XVIII, cuando el foco estaba puesto en la clasificación y categorización de la vida natural. Este crecimiento en la historia natural fue liderado por Carl Linnaeus , cuya taxonomía del mundo natural de 1735 todavía está en uso. Linnaeus, en la década de 1750, introdujo nombres científicos para todas sus especies. [76]
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En el siglo XIX, el estudio de la ciencia pasó a ser competencia de profesionales e instituciones, por lo que fue adquiriendo gradualmente el nombre más moderno de ciencia natural. El término científico fue acuñado por William Whewell en una reseña de 1834 de On the Connexion of the Sciences de Mary Somerville . [77] Pero la palabra no se generalizó hasta casi finales del mismo siglo. [ cita requerida ]
Según un famoso libro de texto de 1923, Termodinámica y la energía libre de las sustancias químicas , del químico estadounidense Gilbert N. Lewis y el químico físico estadounidense Merle Randall , [78] las ciencias naturales contienen tres grandes ramas:
Además de las ciencias lógicas y matemáticas, hay tres grandes ramas de las ciencias naturales que se distinguen por la variedad de deducciones de largo alcance extraídas de un pequeño número de postulados primarios: son la mecánica , la electrodinámica y la termodinámica . [79]
Hoy en día, las ciencias naturales se dividen más comúnmente en ciencias de la vida, como la botánica y la zoología, y ciencias físicas, que incluyen la física, la química, la astronomía y las ciencias de la Tierra.
Básicamente, las ciencias naturales se definen como disciplinas que tratan únicamente de eventos naturales (es decir, variables independientes y dependientes de la naturaleza) utilizando métodos científicos.
