Doğa bilimleri
doğal dünyayı inceleyen bilim dalları
*Sağlık bilimleri
Doğa bilimleri veya tabii ilimler, gözlem ve deneylerden elde edilen ampirik kanıtlara dayalı olarak doğal olayların tanımlanması, anlaşılması ve tahmin edilmesiyle ilgilenen bilim dallarından biridir. Akran değerlendirmesi ve bulguların tekrarlanabilirliği gibi mekanizmalar, bilimsel ilerlemelerin geçerliliğini sağlamaya çalışmak için kullanılır.
Doğa bilimleri iki ana dala ayrılabilir: yaşam bilimleri ve fizik bilimleri. Yaşam bilimi alternatif olarak biyoloji olarak bilinir ve fizik bilimi alt dallara ayrılır: fizik, kimya, yer bilimleri ve astronomi. Doğa bilimlerinin bu dalları daha da özelleşmiş dallara (alanlar olarak da bilinir) ayrılabilir. Deneysel bilimler olarak doğa bilimleri, matematik ve mantık gibi formal bilimlerin araçlarını kullanır ve doğa hakkındaki bilgileri "doğa yasalarının" açık ifadeleri olarak açıklanabilecek ölçümlere dönüştürür.
Modern doğa bilimi, doğa felsefesine yönelik daha klasik yaklaşımların yerini almıştır. Galileo, Kepler, Descartes, Bacon ve Newton daha matematiksel ve daha deneysel yaklaşımları metodik bir şekilde kullanmanın faydalarını tartışmışlardır. Yine de, genellikle göz ardı edilen felsefi perspektifler, konjektürler ve ön kabuller doğa bilimlerinde gerekli olmaya devam etmektedir. Keşif bilimi de dahil olmak üzere sistematik veri toplama, 16. yüzyılda bitkilerin, hayvanların, minerallerin vb. tanımlanması ve sınıflandırılmasıyla ortaya çıkan doğa tarihinin yerini almıştır. Günümüzde "doğa tarihi" popüler kitlelere yönelik gözlemsel açıklamaları akla getirmektedir.
Kriterler
Bilim felsefecileri, Karl Popper'ın tartışmalı yanlışlanabilirlik kriteri de dahil olmak üzere, bilimsel çabaları bilimsel olmayanlardan ayırt etmelerine yardımcı olacak çeşitli kriterler önermişlerdir. Geçerlilik, doğruluk ve akran değerlendirmesi ve bulguların tekrarlanabilirliği gibi kalite kontrolü, günümüzün küresel bilim camiasında en çok saygı duyulan kriterler arasındadır.
Doğa bilimlerinde, imkansızlık iddiaları, tartışılamayacak derecede kanıtlanmış olarak kabul edilmek yerine, ezici bir olasılıkla kabul görmeye başlar. Bu güçlü kabulün temelinde, bir şeyin gerçekleşmediğine dair kapsamlı kanıtların, varsayımları mantıksal olarak bir şeyin imkansız olduğu sonucuna götüren, tahminlerde bulunmada çok başarılı olan temel bir teori ile birleşmesi yatar. Doğa bilimlerinde bir imkansızlık iddiası asla kesin olarak kanıtlanamazken, tek bir karşı örneğin gözlemlenmesiyle çürütülebilir. Böyle bir karşı örnek, imkansızlığı ima eden teorinin altında yatan varsayımların yeniden incelenmesini gerektirecektir.
Biyoloji
Bu alan, canlı organizmalarla ilgili olguları inceleyen çeşitli disiplinleri kapsar. Çalışma ölçeği, alt bileşen biyofizikten karmaşık ekolojilere kadar değişebilir. Biyoloji, organizmaların özellikleri, sınıflandırılması ve davranışlarının yanı sıra türlerin nasıl oluştuğu ve birbirleriyle ve çevreyle olan etkileşimleriyle ilgilenir.
Biyolojinin botanik, zooloji ve tıp alanları uygarlığın ilk dönemlerine kadar uzanırken, mikrobiyoloji 17. yüzyılda mikroskobun icadıyla ortaya çıkmıştır. Ancak biyolojinin birleşik bir bilim haline gelmesi 19. yüzyıla kadar gerçekleşmemiştir. Bilim insanları tüm canlılar arasındaki ortak noktaları keşfettikten sonra, bunların en iyi şekilde bir bütün olarak incelenebileceğine karar verildi.
Biyolojideki bazı önemli gelişmeler genetiğin keşfi, doğal seçilim yoluyla evrim, hastalıkların mikrop teorisi ve kimya ve fizik tekniklerinin hücre veya organik molekül düzeyinde uygulanmasıdır.
Modern biyoloji, organizma türüne ve incelenen ölçeğe göre alt disiplinlere ayrılır. Moleküler biyoloji yaşamın temel kimyasını incelerken, hücresel biyoloji tüm yaşamın temel yapı taşı olan hücrenin incelenmesidir. Daha yüksek bir seviyede, anatomi ve fizyoloji bir organizmanın iç yapılarına ve işlevlerine bakarken, ekoloji çeşitli organizmaların birbirleriyle nasıl ilişki kurduğuna bakar.
Yer bilimleri
Yer bilimleri; jeoloji, coğrafya, jeofizik, jeokimya, klimatoloji, buzul bilimi, hidroloji, meteoroloji ve oşinografi dahil olmak üzere Dünya gezegeniyle ilgili bilimler için kullanılan geniş kapsamlı bir terimdir.
Madencilik ve değerli taşlar uygarlık tarihi boyunca insanların ilgi alanı olmuş olsa da ilgili ekonomik jeoloji ve mineraloji bilimlerinin gelişimi 18. yüzyıla kadar gerçekleşmemiştir. Yeryüzü çalışmaları, özellikle de paleontoloji, 19. yüzyılda çiçek açmıştır. Jeofizik gibi diğer disiplinlerin 20. yüzyılda büyümesi, 1960'larda levha tektoniği teorisinin gelişmesine yol açmış ve bu da evrim teorisinin biyoloji üzerinde yarattığı etkiye benzer bir etkiyi yer bilimleri üzerinde yaratmıştır. Günümüzde yer bilimleri petrol ve mineral kaynakları, iklim araştırmaları ve çevresel değerlendirme ve iyileştirme ile yakından bağlantılıdır.
Atmosfer bilimi
Bazen yer bilimleri ile birlikte düşünülse de kavram, teknik ve uygulamalarının bağımsız gelişimi ve kanatları altında çok çeşitli alt disiplinler barındırması nedeniyle atmosfer bilimi de ayrı bir doğa bilimi dalı olarak kabul edilmektedir. Bu alan, yer seviyesinden uzayın sınırına kadar atmosferin farklı katmanlarının özelliklerini inceler. Çalışmanın zaman ölçeği de günden yüzyıla kadar değişir. Bazen bu alan, dünya dışındaki gezegenlerdeki iklim modellerinin incelenmesini de içerir.
Oşinografi
Okyanuslarla ilgili ciddi çalışmalar 20. yüzyılın başlarından ortalarına kadar olan dönemde başlamıştır. Bir doğa bilimi alanı olarak nispeten gençtir, ancak bağımsız programlar bu konuda uzmanlıklar sunmaktadır. Alanın yer bilimleri, disiplinler arası bilimler veya kendi başına ayrı bir alan olarak kategorize edilmesi konusunda bazı tartışmalar devam etse de, alandaki modern çalışanların çoğu, kendi paradigmaları ve uygulamaları olacak şekilde olgunlaştığı konusunda hemfikirdir.
Gezegen bilimi
Gezegen bilimi veya planetoloji, Dünya gibi karasal gezegenleri ve gaz devleri gibi diğer gezegen türlerini ve uydular, asteroitler ve kuyruklu yıldızlar gibi diğer gök cisimlerini içeren gezegenlerin bilimsel çalışmasıdır. Bu büyük ölçüde Güneş Sistemi'ni içerir, ancak son zamanlarda ötegezegenlere, özellikle de karasal ötegezegenlere doğru genişlemeye başlamıştır. Mikrometeoroidlerden gaz devlerine kadar uzanan çeşitli nesneleri, bileşimlerini, hareketlerini, oluşumlarını, birbirleriyle ilişkilerini ve geçmişlerini belirlemek amacıyla araştırır. Gezegen bilimi, astronomi ve yer bilimlerinden kaynaklanan ve şu anda gezegen jeolojisi, kozmokimya, atmosfer bilimi, fizik, oşinografi, hidroloji, teorik gezegenoloji, buzul bilimi ve ötegezegenoloji gibi çok sayıda alanı kapsayan disiplinler arası bir alandır. İlgili alanlar, Güneş'in Güneş Sistemi'ndeki cisimler üzerindeki etkisini inceleyen uzay fiziği ve astrobiyolojiyi kapsamaktadır.
Gezegen bilimi birbiriyle bağlantılı gözlemsel ve teorik dallardan oluşur. Gözlemsel araştırma, öncelikle uzaktan algılamayı kullanan robotik uzay aracı misyonları aracılığıyla uzay keşfi ve Dünya merkezli laboratuvarlarda yürütülen karşılaştırmalı deneysel çalışmaların bir kombinasyonunu gerektirir. Teorik yönü ise kapsamlı matematiksel modelleme ve bilgisayar simülasyonunu içerir.
Gezegen bilimciler genellikle üniversitelerin astronomi, fizik veya yer bilimleri bölümlerinde veya araştırma merkezlerinde yer alırlar. Bununla birlikte, dünya çapında özel gezegen bilimi enstitüleri de vardır. Genel olarak, gezegen bilimi alanında kariyer yapmak isteyen kişiler yer bilimleri, astronomi, astrofizik, jeofizik veya fizik alanlarından birinde yüksek lisans düzeyinde eğitim alırlar. Daha sonra araştırmalarını gezegen bilimi disiplini içinde yoğunlaştırırlar. Her yıl büyük konferanslar düzenlenir ve çok sayıda hakemli dergi gezegen bilimindeki çeşitli araştırma ilgi alanlarına hitap eder. Bazı gezegen bilimciler özel araştırma merkezleri tarafından istihdam edilir ve sıklıkla ortak araştırma girişimlerinde bulunurlar.
Kimya
Maddenin atomik ve moleküler ölçekteki bilimsel çalışmasını oluşturan kimya, öncelikle gazlar, moleküller, kristaller ve metaller gibi atom koleksiyonlarıyla ilgilenir. Bu materyallerin bileşimi, istatistiksel özellikleri, dönüşümleri ve reaksiyonları incelenir. Kimya ayrıca, daha büyük ölçekli uygulamalarda kullanılmak üzere tek tek atomların ve moleküllerin özelliklerini ve etkileşimlerini anlamayı da içerir.
Kimyasal süreçlerin çoğu, malzemelerin manipülasyonu için bir dizi (genellikle iyi test edilmiş) teknik ve altta yatan süreçlerin anlaşılması kullanılarak doğrudan bir laboratuvarda incelenebilir. Kimya, diğer doğa bilimlerini birbirine bağlamadaki rolü nedeniyle genellikle "merkezi bilim" olarak adlandırılır.
Kimyadaki ilk deneylerin kökleri, mistisizm ile fiziksel deneyleri birleştiren bir inançlar bütünü olan simya sistemine dayanıyordu. Kimya bilimi, gazları keşfeden Robert Boyle ve kütlenin korunumu teorisini geliştiren Antoine Lavoisier'in çalışmalarıyla gelişmeye başladı.
Kimyasal elementlerin keşfi ve atom teorisi bu bilimi sistematik hale getirmeye başladı ve araştırmacılar maddenin halleri, iyonlar, kimyasal bağlar ve kimyasal reaksiyonlar hakkında temel bir anlayış geliştirdiler. Bu bilimin başarısı, şu anda dünya ekonomisinde önemli bir rol oynayan tamamlayıcı bir kimya endüstrisine yol açtı.
Fizik
Fizik, evrenin temel bileşenlerinin, birbirleri üzerinde uyguladıkları kuvvetlerin ve etkileşimlerin ve bu etkileşimlerin ürettiği sonuçların incelenmesini içerir. Genel olarak, fizik temel bilim olarak kabul edilir, çünkü diğer tüm doğa bilimleri bu alanın ilke ve yasalarını kullanır ve bunlara uyar. Fizik, ilkeleri formüle etmek ve nicelleştirmek için mantıksal çerçeve olarak büyük ölçüde matematiğe dayanır.
Evrenin ilkelerinin incelenmesi uzun bir geçmişe sahiptir ve büyük ölçüde doğrudan gözlem ve deneylerden kaynaklanmaktadır. Evreni yöneten yasalara ilişkin teorilerin formülasyonu, çok erken dönemlerden itibaren fizik çalışmalarının merkezinde yer almış, felsefe giderek yerini doğrulama kaynağı olarak sistematik, nicel deneysel testlere ve gözleme bırakmıştır. Fizikteki önemli tarihsel gelişmeler arasında Isaac Newton'un evrensel çekim teorisi ve klasik mekanik, elektriğin anlaşılması ve manyetizma ile ilişkisi, Einstein'ın özel ve genel görelilik teorileri, termodinamiğin gelişimi ve atomik ve atomaltı fiziğin kuantum mekanik modeli yer almaktadır.
Fizik alanı son derece geniştir ve kuantum mekaniği ve teorik fizik, uygulamalı fizik ve optik gibi çeşitli çalışmaları içerebilir. Modern fizik giderek uzmanlaşmakta, araştırmacılar Isaac Newton, Albert Einstein ve Lev Landau gibi birden fazla alanda çalışan "evrenselciler" olmak yerine belirli bir alana odaklanma eğilimi göstermektedir.
Astronomi
Astronomi, gök cisimlerini ve olaylarını inceleyen bir doğa bilimidir. İlgi çeken nesneler arasında gezegenler, uydular, yıldızlar, bulutsular, galaksiler ve kuyruklu yıldızlar yer alır. Astronomi, evrende Dünya atmosferinin ötesindeki her şeyin incelenmesidir. Buna çıplak gözle görebildiğimiz nesneler de dahildir. Astronomi en eski bilimlerden biridir.
İlk uygarlıkların astronomları gece gökyüzünde metodik gözlemler yapmışlardır ve çok daha eski dönemlere ait astronomik eserler bulunmuştur. İki tür astronomi vardır: gözlemsel astronomi ve teorik astronomi. Gözlemsel astronomi, temel olarak fiziğin temel ilkelerini kullanarak veri elde etmeye ve analiz etmeye odaklanırken, Teorik astronomi astronomik nesneleri ve olayları tanımlamak için bilgisayar veya analitik modellerin geliştirilmesine yöneliktir.
Bu disiplin, Dünya atmosferi dışında oluşan gök cisimlerinin ve olaylarının bilimidir. Evrenin oluşumu ve gelişiminin yanı sıra gök cisimlerinin evrimi, fiziği, kimyası, meteorolojisi, jeolojisi ve hareketi ile ilgilenir.
Astronomi, yıldızların, gezegenlerin ve kuyruklu yıldızların incelenmesini, çalışılmasını ve modellenmesini içerir. Gök bilimciler tarafından kullanılan bilgilerin çoğu uzaktan gözlem yoluyla toplanır, ancak göksel olayların bazı laboratuvar yeniden üretimi gerçekleştirilmiştir (yıldızlararası ortamın moleküler kimyası gibi). Fizik ve yer bilimlerinin bazı alanları ile önemli ölçüde örtüşmektedir. Astrofizik, gezegen bilimi ve kozmoloji gibi disiplinler arası alanların yanı sıra uzay fiziği ve astrokimya gibi müttefik disiplinler de vardır.
Göksel özelliklerin ve fenomenlerin incelenmesinin kökenleri antik çağlara kadar uzanırken, bu alanın bilimsel metodolojisi 17. yüzyılın ortalarında gelişmeye başlamıştır. Kilit faktörlerden biri Galileo'nun gece gökyüzünü daha detaylı incelemek için teleskopu kullanmasıydı.
Astronominin matematiksel olarak ele alınması, Newton'un gök mekaniği ve kütleçekim kanunlarını geliştirmesiyle başlamış olsa da Kepler gibi astronomların daha önceki çalışmaları tarafından tetiklenmiştir. 19. yüzyıla gelindiğinde astronomi, spektroskop ve fotoğraf gibi aletlerin yanı sıra çok daha gelişmiş teleskoplar ve profesyonel gözlemevlerinin kurulmasıyla resmi bir bilim haline gelmiştir.
Disiplinlerarası çalışmalar
Doğa bilimleri disiplinleri arasındaki ayrımlar her zaman keskin değildir ve birçok disiplinler arası alanı paylaşırlar. Fizik; astrofizik, jeofizik, kimyasal fizik ve biyofizik ile temsil edildiği üzere diğer doğa bilimlerinde önemli bir rol oynamaktadır. Benzer şekilde kimya da biyokimya, fiziksel kimya, jeokimya ve astrokimya gibi alanlarla temsil edilmektedir.
Birden fazla doğa biliminden yararlanan bilimsel bir disiplinin özel bir örneği çevre bilimidir. Bu alan, çevrenin fiziksel, kimyasal, jeolojik ve biyolojik bileşenlerinin etkileşimlerini, özellikle de insan faaliyetlerinin biyoçeşitlilik ve sürdürülebilirlik üzerindeki etkilerini inceler. Bu bilim dalı aynı zamanda ekonomi, hukuk ve sosyal bilimler gibi diğer alanların uzmanlıklarından da faydalanmaktadır.
Karşılaştırılabilir bir disiplin olan oşinografi de benzer genişlikte bilimsel disiplinlerden faydalanmaktadır. Oşinografi, fiziksel oşinografi ve deniz biyolojisi gibi daha uzmanlaşmış çapraz disiplinler olarak alt kategorilere ayrılır. Deniz ekosistemi çok büyük ve çeşitli olduğundan, deniz biyolojisi de belirli türlerdeki uzmanlıklar da dahil olmak üzere birçok alt alana ayrılmıştır.
Ayrıca, ele aldıkları sorunların doğası gereği uzmanlaşmaya ters düşen güçlü akımlara sahip disiplinler arası alanların bir alt kümesi de vardır. Başka bir deyişle: Bazı bütünleştirici uygulama alanlarında, birden fazla alandaki uzmanlar en çok diyalogun önemli bir parçasıdır. Bu tür bütünleştirici alanlara örnek olarak nanobilim, astrobiyoloji ve karmaşık sistem bilişimi verilebilir.
Malzeme bilimi
Malzeme bilimi, maddenin ve özelliklerinin incelenmesinin yanı sıra yeni malzemelerin keşfi ve tasarımı ile ilgilenen nispeten yeni, disiplinler arası bir alandır. Başlangıçta metalurji alanında geliştirilen malzeme ve katıların özelliklerinin incelenmesi artık tüm malzemeleri kapsayacak şekilde genişlemiştir. Bu alan, metaller, seramikler, yapay polimerler ve diğerleri dahil olmak üzere malzemelerin kimyasını, fiziğini ve mühendislik uygulamalarını kapsar. Alanın özü, malzemelerin yapısı ile özelliklerini ilişkilendirmekle ilgilidir.