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 evidencia empírica procedente de la observación y la experimentación . [1] Mecanismos como la revisión por pares y la repetibilidad de los hallazgos se utilizan para tratar de garantizar 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 se pueden dividir 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 información sobre la naturaleza en medidas 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 más matemáticos y más experimentales de forma 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 de los descubrimientos , sucedió a la historia natural , que surgió en el siglo XVI describiendo y clasificando plantas, animales, minerales, etc. [4] Hoy en día, 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 ayudarles 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 repetibilidad 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 evidencia extensa 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 de manera absoluta, podría refutarse mediante la observación de un solo contraejemplo. Un contraejemplo así 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 biofísica de subcomponentes hasta ecologías complejas . La biología se ocupa de las características, clasificación y 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 puntos en común entre todos los seres vivos, se decidió que era mejor estudiarlos en su conjunto.
Algunos avances clave en biología fueron el descubrimiento de la genética , la evolución a través de la selección natural , la teoría de los gérmenes de las enfermedades y la aplicación de las técnicas de la química y la física al nivel de la célula o molécula orgánica .
La biología moderna se divide en subdisciplinas según el tipo de organismo y la escala que se estudia. La biología molecular es el estudio de la química fundamental de la vida, mientras que la biología celular es el examen de la célula; el componente básico de toda vida. En un nivel superior, la anatomía y la fisiología analizan las estructuras internas y sus funciones de un organismo, mientras que la ecología analiza cómo se interrelacionan varios organismos.
Ciencias de la Tierra (también conocida como geociencia), es un término que abarca todas las ciencias relacionadas con el planeta Tierra , incluyendo la geología , geografía , geofísica , geoquímica , climatología , glaciología , hidrología , meteorología y 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, llevó al desarrollo de la teoría de la tectónica de placas en la década de 1960, que ha tenido un efecto en las ciencias de la Tierra similar 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 consideran en conjunto con las ciencias de la tierra, debido al desarrollo independiente de sus conceptos, técnicas y prácticas y también al hecho de tener una amplia gama de subdisciplinas bajo su protección, las ciencias atmosféricas también se consideran una rama separada de las ciencias de la tierra. Ciencias Naturales. Este campo estudia las características de las diferentes capas de la atmósfera desde el nivel del suelo hasta el borde del espacio. La escala de tiempo del estudio también varía de un día a otro. A veces, el campo también incluye el estudio de patrones climáticos en planetas distintos de la Tierra. [6]
El estudio serio de los océanos comenzó entre principios y mediados del siglo XX. Como campo de las ciencias naturales, es relativamente joven, pero los programas independientes ofrecen especializaciones en el tema. Aunque persisten algunas controversias en cuanto a la categorización del campo en ciencias de la tierra, 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 el punto de tener sus propios paradigmas y prácticas. .
La ciencia planetaria o planetología, es el estudio científico de los planetas, que incluye planetas terrestres como la Tierra, y otros tipos de planetas, como gigantes gaseosos y otros cuerpos celestes, como lunas , asteroides y cometas . Esto incluye en gran medida el Sistema Solar , pero recientemente ha comenzado a expandirse a exoplanetas , particularmente exoplanetas terrestres . Explora diversos objetos, desde micrometeoroides hasta gigantes gaseosos, con el objetivo de establecer su composición, movimientos, génesis, interrelación y pasado. La ciencia planetaria es un dominio interdisciplinario, que se originó en la astronomía y las ciencias de la Tierra , y actualmente abarca una multitud de áreas, como la geología planetaria , la cosmoquímica , las ciencias atmosféricas , la física , la oceanografía , la hidrología , la planetología teórica , la glaciología y la exoplanetología. Campos relacionados engloban la física espacial , que profundiza en el impacto del Sol sobre los cuerpos del Sistema Solar, y la astrobiología .
La ciencia planetaria comprende ramas observacionales y teóricas interconectadas. La investigación observacional implica una combinación de exploración espacial , principalmente a través de misiones de naves espaciales robóticas que utilizan sensores remotos, y trabajo experimental comparativo realizado en laboratorios terrestres. El aspecto teórico implica un extenso 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 dedicados a las ciencias planetarias en todo el mundo. Generalmente, las personas que siguen una carrera en ciencias planetarias realizan estudios de posgrado en una de las ciencias de la Tierra, astronomía, astrofísica, geofísica o física. Luego centran su investigación dentro de la disciplina de la ciencia planetaria. Anualmente se celebran importantes conferencias y numerosas revistas revisadas por pares atienden los diversos intereses de investigación en ciencia planetaria. Algunos científicos planetarios son empleados de centros de investigación privados y con frecuencia participan en iniciativas de investigación colaborativas.
La química , que constituye el estudio científico de la materia a escala atómica y molecular , se ocupa principalmente de conjuntos de átomos, como gases , moléculas, cristales y metales . Se estudia la composición, propiedades estadísticas, transformaciones y 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 una comprensión de los procesos subyacentes. A la química se la suele llamar " 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 los trabajos 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 dio lugar a una industria química complementaria que ahora desempeña un papel importante en la economía mundial.
La física encarna el estudio de los constituyentes fundamentales del universo , las fuerzas e interacciones que ejercen entre sí y los resultados producidos por estas interacciones. En general, la física se considera la ciencia fundamental, porque todas las demás ciencias naturales utilizan y obedecen los principios y leyes de este campo. La física depende en gran medida de las matemáticas como marco lógico para formular y cuantificar principios.
El estudio de los principios del universo tiene una larga historia y en gran medida deriva de la observación y experimentación directa. La formulación de teorías sobre las leyes que rigen el universo ha sido fundamental para el estudio de la física desde muy temprano, y la filosofía fue cediendo gradualmente a las pruebas experimentales cuantitativas y sistemáticas y a la observación como fuente de verificación. Los principales avances históricos en física 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 energía atómica. y física subatómica.
El campo de la física es extremadamente amplio, 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 particular en lugar de ser "universalistas" como Isaac Newton , Albert Einstein y Lev Landau , que trabajaron en múltiples áreas.
La astronomía es una ciencia natural que estudia los objetos y fenómenos celestes. Los objetos de interés incluyen planetas, lunas, estrellas, nebulosas, galaxias y cometas. La astronomía es el estudio de todo lo que hay en el universo más allá de la atmósfera de la Tierra. Eso incluye objetos que podemos ver a simple vista. La astronomía es una de las ciencias más antiguas.
Los astrónomos de las primeras civilizaciones realizaron observaciones metódicas del cielo nocturno y se han encontrado artefactos astronómicos de períodos mucho más antiguos. Hay dos tipos de astronomía: astronomía observacional y astronomía teórica. La astronomía observacional se centra en la adquisición y análisis de datos, utilizando principalmente principios básicos de la física, mientras que la astronomía teórica se orienta 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 utilizada por los astrónomos se recopila mediante observación remota, aunque se han realizado algunas reproducciones en laboratorio de fenómenos celestes (como la química molecular del medio interestelar ). Existe una considerable superposición con la física y en algunas áreas de las ciencias de la tierra . También existen campos interdisciplinarios como la astrofísica , las ciencias planetarias y la cosmología , junto con disciplinas afines como la física espacial y la astroquímica .
Si bien los orígenes del estudio de las características y fenómenos celestes se remontan a la antigüedad, la metodología científica de este campo comenzó a desarrollarse a mediados del siglo XVII. Un factor clave fue la introducción por parte de Galileo del telescopio para examinar el cielo nocturno con más detalle.
El tratamiento matemático de la astronomía comenzó con el desarrollo de Newton de la mecánica celeste y las leyes de la gravitación , aunque fue desencadenado 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 claras y comparten muchos campos interdisciplinarios. La física juega un papel importante en las demás ciencias naturales, representadas por la astrofísica , la geofísica , la física química y la biofísica . Asimismo, 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 basa en 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 sobre la biodiversidad y la sostenibilidad . Esta ciencia también se basa en conocimientos de otros campos como la economía, el derecho y las ciencias sociales.
Una disciplina comparable es la oceanografía , ya que se basa en una variedad similar de disciplinas científicas. La oceanografía se subclasifica en disciplinas cruzadas más especializadas, como la oceanografía física y la biología marina . Como el ecosistema marino es muy grande y diverso, la biología marina se divide en muchos subcampos, incluidas especializaciones en especies particulares .
También hay un subconjunto de campos interdisciplinarios que tienen fuertes corrientes que van en contra de la especialización por la naturaleza de los problemas que abordan. Dicho de otra manera: en algunos campos de aplicación integradora, los especialistas en más de un campo son una parte clave del diálogo. Estos campos integradores incluyen, por ejemplo, la nanociencia , la astrobiología y la informática de sistemas complejos .
La ciencia de los materiales es un campo interdisciplinario relativamente nuevo que se ocupa del estudio de la materia y sus propiedades; así como el descubrimiento y diseño de nuevos materiales. Desarrollado originalmente en el campo de la metalurgia , el estudio de las propiedades de los materiales y sólidos se ha expandido ahora a todos los materiales. El campo cubre las aplicaciones de química, física e ingeniería de materiales, incluidos metales, cerámicas, polímeros artificiales y muchos otros. El núcleo del campo trata de relacionar la estructura de los materiales con sus propiedades.
Está a la vanguardia de la investigación en ciencia e ingeniería. Es una parte importante de la ingeniería forense (la investigación de materiales, productos, estructuras o componentes que fallan o no operan o funcionan según lo previsto, causando lesiones personales o daños a la propiedad) y el análisis de fallas , siendo este último la clave para comprender, por ejemplo, la causa de diversos accidentes de aviación. Muchos de los problemas científicos más apremiantes que 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 implica estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades . Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una determinada aplicación. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y cómo se ha procesado hasta su forma final. Estas características, tomadas en conjunto y relacionadas a través de las leyes de la termodinámica y la cinética , gobiernan la microestructura de un material y, por tanto, sus propiedades.
Algunos estudiosos remontan los orígenes de las ciencias naturales a sociedades humanas prealfabetizadas, donde comprender el mundo natural era necesario para sobrevivir. [7] La gente observó y desarrolló conocimientos sobre el comportamiento de los animales y la utilidad de las plantas como alimento y medicina, que se transmitieron de generación en generación. [7] Estos entendimientos primitivos 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]
También surgió una tradición de investigación científica en la antigua China , donde los alquimistas y filósofos taoístas experimentaron con elixires para prolongar la vida y curar dolencias. [10] Se centraron en el yin y el yang , o elementos contrastantes de 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) describieron un ciclo de transformaciones en la naturaleza. El agua se convirtió en madera, que al arder se convirtió en fuego. Las cenizas que dejó 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 aceptado en Occidente. . [13]
Sobrevive poca evidencia de cómo las antiguas culturas indias 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 algo 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 sana era el resultado del 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 realizaron cirugías complejas y desarrollaron una comprensión detallada de la anatomía humana. [13]
Los filósofos presocráticos de la cultura griega antigua acercaron la filosofía natural un paso más a la investigación directa sobre la causa y el efecto en la naturaleza entre 600 y 400 a. C., aunque permaneció un elemento de magia y mitología. [14] Fenómenos naturales como terremotos y eclipses se explicaban cada vez más en el contexto de la naturaleza misma en lugar de atribuirse a dioses enojados. [14] Tales de Mileto , uno de los primeros filósofos que vivió entre el 625 y el 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 . [dieciséis]
Posteriormente , el pensamiento socrático y platónico se centró en la ética, la moral y el arte y no intentó una investigación del mundo físico; Platón criticó a los pensadores presocráticos tildándolos de materialistas y antirreligionarios. [17] Aristóteles , sin embargo, un alumno de Platón que vivió del 384 al 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 mantarraya , 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]
Si bien Aristóteles consideraba la filosofía natural más seriamente que sus predecesores, la abordaba como una rama teórica de la ciencia. [23] Aún así, inspirados por su trabajo, los antiguos filósofos romanos de principios del siglo I d. C., incluidos Lucrecio , Séneca y Plinio el Viejo , escribieron tratados que trataban de 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 espiritismo. [25] Los filósofos medievales tempranos , incluidos Macrobio , Calcidio y Marciano Capella, también examinaron el mundo físico, en gran medida desde una perspectiva cosmológica y cosmográfica , y propusieron 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 traduciéndose y estudiándose en medio del ascenso del Imperio Bizantino y el Califato Abasí . [27]
En el Imperio Bizantino, Juan Filopono , un comentarista aristotélico alejandrino y teólogo cristiano, fue el primero que cuestionó las enseñanzas de la física de Aristóteles. A diferencia de Aristóteles, que basó su física en argumentos verbales, Filopono se basó en la observación y defendió la observación en lugar de recurrir a un argumento verbal. [28] Introdujo la teoría del impulso . 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 la época del 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 aproximadamente mediados del siglo XII, cuando las obras fueron traducidas del griego y el árabe al latín . [33] El desarrollo de la civilización europea a finales de la Edad Media trajo consigo nuevos avances en la filosofía natural. [34] Los inventos europeos como la herradura , el collar de caballo y la rotación de cultivos permitieron un rápido crecimiento demográfico, dando paso finalmente a la urbanización y la fundación de escuelas conectadas a monasterios y catedrales en las actuales Francia e Inglaterra . [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] Este enfoque, sin embargo, fue visto por algunos detractores como una herejía . [36] En el siglo XII, los eruditos y filósofos de Europa occidental entraron en contacto con un conjunto de conocimientos que antes habían ignorado: un gran corpus de obras en griego y árabe que fueron preservadas por eruditos islámicos. [37] A través de la traducción al latín, Europa occidental conoció a Aristóteles y su filosofía natural. [37] Estas obras se enseñaron en nuevas universidades de París y Oxford a principios del siglo XIII, aunque la práctica estaba mal vista por la Iglesia católica. [38] Un decreto de 1210 del Sínodo de París ordenó que "no se llevarán a cabo 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 anterior erudito persa Al-Farabi titulado Sobre las ciencias , llamando al estudio de la mecánica de la naturaleza Scientia naturalis , o ciencia natural. [39] Gundisalino también propuso su propia 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 basadas en la filosofía griega y árabe que llegó a Europa occidental. [39] Gundisalinus definió las ciencias naturales como "la ciencia que considera sólo cosas no abstraídas y con movimiento", a diferencia de las matemáticas y las ciencias que se basan en las matemáticas. [40] Siguiendo a Al-Farabi, luego dividió las ciencias en ocho partes, incluyendo física, cosmología, meteorología, ciencia de los minerales y ciencia de plantas y animales. [40]
Los filósofos posteriores 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 las ciencias naturales como la ciencia que se ocupa de los cuerpos en movimiento. [41] Roger Bacon , un fraile y filósofo inglés, escribió que las ciencias naturales trataban de "un principio de movimiento y reposo, como en las partes de los elementos fuego, aire, tierra y agua, y en todas las cosas inanimadas hechas de ellos". ". [42] Estas ciencias también abarcaban plantas, animales y cuerpos celestes. [42] Más tarde, en el siglo XIII, un sacerdote y teólogo católico Tomás de Aquino definió las ciencias naturales como aquellas que se ocupan de "seres móviles" y "cosas que dependen de una materia no sólo para su existencia sino también para su definición". [43] Hubo un amplio acuerdo entre los eruditos de la época medieval en que las ciencias naturales trataban de cuerpos en movimiento, aunque había división sobre la inclusión de campos como la medicina, la música y la perspectiva. [44] Los filósofos reflexionaron sobre cuestiones como la existencia de un vacío, si el movimiento podría producir calor, los colores del arco iris, el movimiento de la tierra, si existen sustancias químicas elementales y si en la atmósfera se forma la lluvia. [45]
Desde el siglo hasta el final de la Edad Media, las ciencias naturales a menudo se mezclaban con filosofías sobre la magia y el ocultismo. [46] La filosofía natural apareció en una amplia gama de 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 la filosofía natural como un afloramiento de la ciencia pagana griega y sospechaban de ella. [48] Aunque algunos filósofos cristianos posteriores, incluido Tomás de Aquino, llegaron a ver las ciencias naturales como un medio para interpretar las Escrituras, esta sospecha persistió hasta los siglos XII y XIII. [49] La Condena de 1277 , que prohibía situar la filosofía en un nivel igual a la teología y el debate de las 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] Tomás de 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 que uno hace de Aristóteles con la enseñanza de la fe", escribió en 1271. [52]
En los siglos XVI y XVII, la filosofía natural experimentó una evolución más allá del comentario sobre Aristóteles a medida que se fue descubriendo y traduciendo 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 se desarrolló 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 probaron muchas de las teorías de Aristóteles sobre el cuerpos celestes falsos. [54] Varios filósofos del siglo XVII, incluidos Thomas Hobbes , John Locke y Francis Bacon, rompieron con el pasado al rechazar rotundamente a Aristóteles y sus seguidores medievales, calificando de superficial su enfoque de la filosofía natural. [55]
Los títulos de la obra Dos nuevas ciencias de Galileo y Nueva astronomía de Johannes Kepler subrayaron la atmósfera de cambio que se produjo en el siglo XVII cuando Aristóteles fue descartado en favor de nuevos métodos de investigación del mundo natural. [57] Bacon jugó un papel decisivo en la popularización de este cambio; Sostuvo que la gente debería utilizar las artes y las ciencias para dominar 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 efectuar 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 ser desarmado y comprendido, muy parecido a un reloj complejo. [60] Filósofos naturales como Isaac Newton , Evangelista Torricelli y Francesco Redi llevaron a cabo experimentos centrados en el flujo de agua, midiendo la presión atmosférica utilizando un barómetro y refutando la generación espontánea . [61] Sociedades científicas y revistas científicas surgieron y se difundieron ampliamente a través de la imprenta, desencadenando la revolución científica . [62] Newton en 1687 publicó sus Principios matemáticos de la filosofía natural , o Principia Mathematica , que sentó las bases para las leyes físicas que se mantuvieron vigentes hasta el siglo XIX. [63]
Algunos eruditos modernos, incluidos Andrew Cunningham, Perry Williams y Floris Cohen , sostienen que la filosofía natural no se puede llamar propiamente ciencia y que la investigación científica genuina comenzó sólo con la revolución científica. [64] Según Cohen, "la emancipación de la ciencia de una entidad global 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 se produjo cuando los principios aprendidos en las ciencias exactas de la óptica, la mecánica y la astronomía comenzaron a aplicarse a las cuestiones 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 uno de los primeros trabajos de la física moderna. [sesenta y cinco]
La revolución científica, que comenzó a afianzarse 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 recogieron datos y se realizaron mediciones repetibles en experimentos . [67] Luego, los científicos formularon hipótesis para explicar los resultados de estos experimentos. [68] Luego, la hipótesis se probó utilizando el principio de falsabilidad para probar o refutar su exactitud. [68] Las ciencias naturales continuaron llamándose filosofía natural, pero la adopción del método científico llevó la ciencia más allá del ámbito de las conjeturas filosóficas e introdujo una forma más estructurada de examinar la naturaleza. [66]
Newton, matemático y físico inglés, fue la figura fundamental de 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 antes se pensaba que funcionaban independientemente una de otra, de acuerdo con reglas físicas separadas. [71] Newton, por ejemplo, demostró que las mareas eran causadas por la atracción gravitacional 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 medio de medición y análisis, sus principios no se utilizaron como medio para comprender la causa y el efecto en la naturaleza hasta Newton. [73]
En los siglos XVIII y XIX, científicos como Charles-Augustin de Coulomb , Alessandro Volta y Michael Faraday se basaron en la mecánica newtoniana explorando el electromagnetismo , o la interacción de fuerzas con cargas positivas y negativas en partículas cargadas eléctricamente . [74] Faraday propuso que las fuerzas de 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] Utilizando ecuaciones matemáticas y experimentación, Maxwell descubrió que el espacio estaba lleno de partículas cargadas que podían actuar sobre sí mismas y entre sí y que eran un medio para la transmisión de ondas cargadas. [74]
Durante la revolución científica también se produjeron importantes avances en química. Antoine Lavoisier , un químico francés, refutó la teoría del flogisto , que postulaba que las cosas se quemaban liberando "flogisto" al 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 la atención se centraba 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. Linneo 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 había pasado al ámbito de profesionales e instituciones. Al hacerlo, adquirió gradualmente el nombre más moderno de ciencia natural. El término científico fue acuñado por William Whewell en una reseña de 1834 de Sobre la conexión de las ciencias de Mary Somerville . [77] Pero la palabra no entró en uso general hasta casi finales del mismo siglo. [ cita necesaria ]
Según un famoso libro de texto de 1923, Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances , del químico estadounidense Gilbert N. Lewis y del físico químico estadounidense Merle Randall , [78] las ciencias naturales contienen tres grandes ramas:
Aparte de las ciencias lógicas y matemáticas, hay tres grandes ramas de las ciencias naturales que se distinguen por la variedad de deducciones de gran alcance extraídas de un pequeño número de postulados primarios: 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.
Fundamentalmente, las ciencias naturales se definen como disciplinas que se ocupan únicamente de eventos naturales (es decir, variables independientes y dependientes de la naturaleza) utilizando métodos científicos.
