Naturwissenschaft

Die Naturwissenschaft ist einer der Wissenschaftszweige, der sich mit der Beschreibung, dem Verständnis und der Vorhersage von Naturphänomenen befasst und sich dabei auf empirische Erkenntnisse aus Beobachtungen und Experimenten stützt.

Die Biowissenschaften werden auch als Biologie bezeichnet, und die Naturwissenschaften sind im wesentlichen in die Bereiche Physik, Chemie, Geowissenschaften und Astronomie unterteilt. Diese Zweige der Naturwissenschaften können weiter in spezialisierte Zweige (auch als Felder bezeichnet) unterteilt werden. Als empirische Wissenschaften nutzen die Naturwissenschaften Werkzeuge der formalen Wissenschaften wie Mathematik und Logik, um Informationen über die Natur in Messungen umzuwandeln, die als klare Aussagen über die „Naturgesetze“ erklärt werden können.

Die moderne Naturwissenschaft löste die eher klassischen Ansätze der Naturphilosophie ab. Galilei, Kepler, Descartes, Bacon und Newton debattierten über die Vorteile der Verwendung mathematischer und experimenteller Ansätze auf methodische Weise. Dennoch bleiben philosophische Perspektiven, Vermutungen und Voraussetzungen, die oft übersehen werden, in der Naturwissenschaft notwendig.

Physik

Die Physik befasst sich mit den grundlegenden Bestandteilen des Universums, den Kräften und Wechselwirkungen, die sie aufeinander ausüben, und den Ergebnissen, die sich aus diesen Wechselwirkungen ergeben. Die Physik wird allgemein als grundlegend angesehen, da alle anderen Naturwissenschaften die Prinzipien und Gesetze dieses Fachs nutzen und befolgen. Die Physik stützt sich stark auf die Mathematik als logischen Rahmen für die Formulierung und Quantifizierung von Prinzipien.

Die Erforschung der Prinzipien des Universums hat eine lange Geschichte und beruht weitgehend auf direkten Beobachtungen und Experimenten. Die Formulierung von Theorien über die herrschenden Gesetze des Universums stand schon sehr früh im Mittelpunkt des Studiums der Physik, wobei die Philosophie allmählich der systematischen, quantitativen experimentellen Prüfung und Beobachtung als Quelle der Überprüfung wich.
Zu den wichtigsten historischen Entwicklungen in der Physik gehören Isaac Newtons Theorie der universellen Gravitation und der klassischen Mechanik, das Verständnis der Elektrizität und ihrer Beziehung zum Magnetismus, Einsteins Theorien der speziellen und allgemeinen Relativitätstheorie, die Entwicklung der Thermodynamik und das quantenmechanische Modell der atomaren und subatomaren Physik.

Das Gebiet der Physik ist weitläufig und kann so unterschiedliche Studien wie Quantenmechanik und theoretische Physik, angewandte Physik und Optik umfassen. Die moderne Physik spezialisiert sich immer mehr, und die Forscher konzentrieren sich eher auf ein bestimmtes Gebiet als auf „Universalisten“ wie Isaac Newton, Albert Einstein und Lev Landau, die in mehreren Bereichen tätig waren.

Chemie

Die Chemie ist die wissenschaftliche Untersuchung der Materie auf atomarer und molekularer Ebene und befasst sich in erster Linie mit Ansammlungen von Atomen, wie Gasen, Molekülen, Kristallen und Metallen. Untersucht werden die Zusammensetzung, die statistischen Eigenschaften, die Umwandlungen und die Reaktionen dieser Materialien. In der Chemie geht es auch darum, die Eigenschaften und Wechselwirkungen einzelner Atome und Moleküle zu verstehen, um sie für Anwendungen in größerem Maßstab zu nutzen.

Die frühen Experimente in der Chemie hatten ihre Wurzeln im System der Alchemie, einem Glaubenssystem, das Mystik mit physikalischen Experimenten verband. Die Wissenschaft der Chemie begann sich mit den Arbeiten von Robert Boyle, dem Entdecker der Gase, und Antoine Lavoisier, der die Theorie der Massenerhaltung entwickelte, zu entwickeln.

Mit der Entdeckung der chemischen Elemente und der Atomtheorie begann die Systematisierung dieser Wissenschaft, und die Forscher entwickelten ein grundlegendes Verständnis der Aggregatzustände, Ionen, chemischen Bindungen und chemischen Reaktionen. Der Erfolg dieser Wissenschaft führte zu einer ergänzenden chemischen Industrie, die heute eine bedeutende Rolle in der Weltwirtschaft spielt.

Biologie

Dieser Bereich umfasst eine Vielzahl von Disziplinen, die Phänomene im Zusammenhang mit lebenden Organismen untersuchen. Die Skala der Untersuchungen kann von der Biophysik von Teilkomponenten bis hin zu komplexen Ökologien reichen. Die Biologie befasst sich mit den Merkmalen, der Klassifizierung und dem Verhalten von Organismen sowie mit der Frage, wie Arten entstanden sind und wie sie miteinander und mit der Umwelt interagieren.

Die moderne Biologie gliedert sich je nach Art des Organismus und der untersuchten Größenordnung in verschiedene Teildisziplinen. Die Molekularbiologie (u.a. Genetik) befasst sich mit der grundlegenden Chemie des Lebens, während die Zellbiologie (u.a. Stoffwechsel, Signaltransduktion) die Zelle untersucht, den Grundbaustein allen Lebens.
Auf einer höheren Ebene befassen sich Anatomie und Physiologie mit den inneren Strukturen eines Organismus und ihren Funktionen, während die Ökologie untersucht, wie verschiedene Organismen miteinander in Beziehung stehen.

Geowissenschaft

Geowissenschaft ist ein umfassender Begriff für die Wissenschaften, die sich mit dem Planeten Erde befassen, einschließlich Geologie, Geografie, Geophysik, Geochemie, Klimatologie, Glaziologie, Hydrologie, Meteorologie und Ozeanografie.

Obwohl Bergbau und Edelsteine seit jeher zu den Interessen der Menschen gehören, entwickelten sich die verwandten Wissenschaften der Wirtschaftsgeologie und Mineralogie erst im 18. Die Erforschung der Erde, insbesondere die Paläontologie, erlebte ihre Blütezeit im 19. Das Wachstum anderer Disziplinen, wie z. B. der Geophysik, im 20. Jahrhundert führte in den 1960er Jahren zur Entwicklung der Theorie der Plattentektonik, die einen ähnlichen Einfluss auf die Geowissenschaften hatte wie die Evolutionstheorie auf die Biologie.
Die Geowissenschaften sind heute eng mit der Erschließung von Erdöl- und Mineralienvorkommen, der Klimaforschung sowie der Umweltbewertung und -sanierung verbunden.

Astronomie

Die Astronomie ist eine Naturwissenschaft, die Himmelsobjekte und -phänomene untersucht. Zu den interessanten Objekten gehören Planeten, Monde, Sterne, Nebel, Galaxien und Kometen. Die Astronomie befasst sich mit allem, was sich im Universum außerhalb der Erdatmosphäre befindet, einschließlich der Objekte, die wir mit bloßem Auge sehen können. Sie ist eine der ältesten Wissenschaften.

Es gibt erhebliche Überschneidungen mit der Physik und einigen Bereichen der Geowissenschaften. Außerdem gibt es interdisziplinäre Bereiche wie Astrophysik, Planetenwissenschaften und Kosmologie sowie verwandte Disziplinen wie Weltraumphysik und Astrochemie.

Die Astronomen der frühen Zivilisationen führten methodische Beobachtungen des Nachthimmels durch, und es wurden astronomische Artefakte aus viel früheren Zeiten gefunden.
Die Erforschung von Himmelserscheinungen und -phänomenen lässt sich zwar bis in die Antike zurückverfolgen, doch die wissenschaftliche Methodik auf diesem Gebiet entwickelte sich erst ab Mitte des 17. Ein Schlüsselfaktor war die Einführung des Fernrohrs durch Galilei, mit dem der Nachthimmel genauer untersucht werden konnte.

Die mathematische Behandlung der Astronomie begann mit der Entwicklung der Himmelsmechanik und der Gravitationsgesetze durch Newton. Sie wurde jedoch durch frühere Arbeiten von Astronomen wie Kepler ausgelöst. Bis zum 19. Jahrhundert hatte sich die Astronomie zu einer formalen Wissenschaft entwickelt, als Instrumente wie das Spektroskop und die Fotografie eingeführt wurden, zusammen mit stark verbesserten Teleskopen und der Einrichtung professioneller Sternwarten.