מדעי הטבע

מדעי הטבע הם תחומי המדע החוקרים את חוקי הטבע והיקום. הם מנסים לתאר תופעות טבע באמצעות תאוריות וניסויים. מחקר במדעי הטבע משתמש במודלים מתמטיים, דגמים שמייצגים תהליכים טבעיים, בתצפיות רבות ובניסויים שמדווחים כך שאחרים יוכלו לחזור עליהם.

יש חמישה ענפים עיקריים: ביולוגיה (מדעי החיים), כימיה (מדעי החומר), פיזיקה (מדעי היקום), אסטרונומיה (מדעי החלל) ומדעי כדור הארץ. הענפים חופפים לפעמים, למשל כימיה פיזיקלית, ויש קשרים למדעי החברה כשהם משתמשים במודלים מתמטיים.

חקר הטבע החל ביוון הקדומה, אך לא תמיד פעל על פי שיטות מודרניות. אוניברסיטאות בצורתן המודרנית החלו להתפשט באירופה, לפי הדוגמה כבר מהמאה העשירית. המדע המודרני התגבש בראשית העת החדשה; הדפוס אפשר הפצה רחבה של רעיונות. במאה ה-20 חלה התמחות רבה והתחומים התפצלו לפקולטות שונות, למשל בין מדעים מדויקים ומדעי החיים.

פילוסופים של המדע הציעו כללים למחקר מדעי. דוגמה חשובה היא עקרון ההפרכה (Karl Popper), רעיון שתאוריה צריכה להיות אמורה להיבדק ולגרום לכישלון אם היא שגויה. קריטריונים נוספים כוללים: דיווח מפורט של ניסויים כדי שאחרים יחזרו עליהם; שימוש בכלים אובייקטיביים כדי לקבל תוצאות רציפות; ודרכי פרסום מבוקרות כמו ביקורת עמיתים, שמסייעות לשמור על איכות.

הביולוגיה חוקרת אורגניזמים, התפתחותם, גנים (חלקי מידע שעוזרים ליצור חיים) ויחסי גומלין בין מינים ובין מין לסביבה. ענפי משנה כוללים ביולוגיה מולקולרית (חקר החומרים הכימיים של החיים), ביולוגיה של התא, פיזיולוגיה ואקולוגיה. חידושים משמעותיים היו גילוי הגנים, תורת האבולוציה של דרווין והבנת מחלות חיידקיות.

הכימיה חוקרת את החומר ברמות של אטומים ומולקולות. היא בודקת הרכב, תכונות ותגובות של חומרים שונים ומפתחת יישומים גדולים. חלק מההיסטוריה שלה שורשית באלכימיה; מדע הכימיה המודרני נבנה סביב עבודות של חוקרים כמו רוברט בויל ואנטואן לבואזיה, והבנת היסודות והאטום הובילה להתפתחות התעשייה הכימית.

הפיזיקה בוחנת את המרכיבים הבסיסיים של היקום, הכוחות שפועלים ביניהם ותוצאות האינטראקציות. היא משתמשת במתמטיקה כדי לכמת חוקים. הישגים חשובים כוללים את מכניקת ניוטון, תורת היחסות של איינשטיין ומכניקת הקוונטים. הפיזיקה נחשבת לבסיס שגם מדעים אחרים נשענים עליו.

אסטרונומיה חוקרת גופים שמימיים מחוץ לאטמוספירה: כוכבים, כוכבי לכת, גלקסיות והיקום כולו. מידע רב מגיע מתצפיות בטלסקופים. השיטה המדעית באסטרונומיה התפתחה מאוד מאז המצאת הטלסקופ וגילוייו של גלילאו ונוסחאות של ניוטון.

תחום זה עוסק בגאולוגיה, גאופיזיקה, מטאורולוגיה, אוקיינוגרפיה ומדעי הקרקע. התפתחויות מרכזיות כוללות זיהוי מחקרים פלאונטולוגיים במאה ה-19 ותאוריית טקטוניקת הלוחות במאה ה-20. יישומים מודרניים כוללים חיפוש משאבים ומחקרי אקלים.

מדעי האטמוספירה חוקרים את שכבות האוויר סביב כדור הארץ, מהקרקע ועד הגבול עם החלל. התחום כולל חקר מזג אוויר ואקלים ולעיתים בוחן אטמוספירות גם בכוכבי לכת אחרים.

האוקיינוגרפיה חוקרת את הימים והאוקיינוסים. תחום זה התפתח בעיקר במאה ה-20 והוא נחקר כיום כתחום בעל פרדיגמות ושיטות משלו.

מדעי הטבע חוקרים איך הטבע והיקום עובדים. הם משתמשים בניסויים ובתצפיות כדי לבדוק רעיונות.

יש חמש קבוצות עיקריות: ביולוגיה, כימיה, פיזיקה, אסטרונומיה ומדעי כדור הארץ.

האנשים חקרו את הטבע כבר ביוון העתיקה. אוניברסיטאות במתכונת מודרנית נוצרו באירופה, למשל מהמאה העשירית. המצאת הדפוס אפשרה להפיץ רעיונות במהירות.

מדענים צריכים לבדוק ולפרסם ניסויים. פירוש: אחרים יכולים לחזור על הניסוי ולראות אם קיבלו אותה תוצאה. יש חוקים שעוזרים להחליט אם רעיון מדעי נכון.

ביולוגיה חוקרת חיים: צמחים, בעלי חיים ותאים. גנים הם מידע שעוזר ליצור יצור חי. דרווין הציע את רעיון האבולוציה, איך מינים משתנים עם הזמן.

כימיה חוקרת חומרים ואיך הם מגיבים. היא בודקת אטומים (חלקיקי יסוד) ומולקולות (קבוצות אטומים).

פיזיקה בוחנת חוקים כלליים של היקום, כמו תנועה וכוח. ניוטון ואיינשטיין תרמו הרבה להבנת החוקים האלה.

אסטרונומיה בוחנת כוכבים וכוכבי לכת. טלסקופים עזרו למדענים לראות רחוק מאוד.

התחום בוחן סלעים, מזג אוויר ואוקיינוסים. בשנים האחרונות הבינו שמבנה הלוחות של כדור הארץ משנה את פני השטח.

הם חוקרים את האוויר והמזג אוויר. לפעמים גם בודקים אטמוספרות של כוכבים אחרים.

האוקיינוגרפיה חוקרת את הימים והיצורים בהם. זה תחום צעיר יחסית במדעי הטבע.