Sciences naturelles - Natural science

Les sciences naturelles cherchent à comprendre comment fonctionnent le monde et l' univers qui nous entourent. Il existe cinq branches principales (de haut en bas à droite) : Chimie , astronomie , sciences de la Terre , physique et biologie .

Les sciences naturelles sont une branche de la science concernée par la description, la compréhension et la prédiction des phénomènes naturels , sur la base de preuves empiriques issues de l' observation et de l' expérimentation . Des mécanismes tels que l'examen par les pairs et la répétabilité des résultats sont utilisés pour tenter de garantir la validité des avancées scientifiques.

Les sciences naturelles peuvent être divisées en deux branches principales : les sciences de la vie et les sciences physiques . Les sciences de la vie sont également connues sous le nom de biologie , et les sciences physiques sont subdivisées en branches : physique , chimie , sciences de la terre et astronomie . Ces branches des sciences naturelles peuvent être divisées en branches plus spécialisées (également appelées domaines). En tant que sciences empiriques, les sciences naturelles utilisent des outils des sciences formelles , tels que les mathématiques et la logique, convertissant les informations sur la nature en mesures qui peuvent être expliquées comme des déclarations claires des « lois de la nature ».

Les sciences naturelles modernes ont succédé à des approches plus classiques de la philosophie naturelle , généralement attribuées aux traditions taoïstes en Asie et en Occident à la Grèce antique . Galilée , Descartes , Bacon et Newton ont débattu de l'intérêt d'utiliser des approches plus mathématiques et plus expérimentales de manière méthodique. Pourtant, les perspectives philosophiques, les conjectures et les présupposés , souvent négligés, restent nécessaires en sciences naturelles. La collecte systématique de données, y compris la science de la découverte , a succédé à l'histoire naturelle , qui a émergé au XVIe siècle en décrivant et en classant les plantes, les animaux, les minéraux, etc. Aujourd'hui, « l'histoire naturelle » propose des descriptions observationnelles destinées à un public populaire.

Critères

Les philosophes des sciences ont suggéré plusieurs critères, y compris le critère controversé de falsifiabilité de Karl Popper , pour les aider à différencier les efforts scientifiques des non-scientifiques. La validité , l' exactitude et le contrôle de la qualité , tels que l'examen par les pairs et la répétabilité des résultats, sont parmi les critères les plus respectés dans la communauté scientifique mondiale d'aujourd'hui.

En sciences naturelles, les affirmations d'impossibilité en viennent à être largement acceptées comme extrêmement probables plutôt que considérées comme prouvées au point d'être irréfutables. La base de cette forte acceptation est une combinaison de preuves étendues de quelque chose qui ne se produit pas, combinée à une théorie sous-jacente, très efficace pour faire des prédictions, dont les hypothèses conduisent logiquement à la conclusion que quelque chose est impossible. Alors qu'une affirmation d'impossibilité en sciences naturelles ne peut jamais être absolument prouvée, elle pourrait être réfutée par l'observation d'un seul contre-exemple. Un tel contre-exemple exigerait que les hypothèses sous-jacentes à la théorie qui impliquait l'impossibilité soient réexaminées.

Branches des sciences naturelles

La biologie

Cellules d' oignon ( Allium ) dans différentes phases du cycle cellulaire. La croissance dans un « organisme » est soigneusement contrôlée en régulant le cycle cellulaire.

Ce domaine englobe un ensemble diversifié de disciplines qui examinent les phénomènes liés aux organismes vivants. L'échelle d'étude peut aller de la biophysique des sous-composants jusqu'aux écologies complexes . La biologie s'intéresse aux caractéristiques, à la classification et aux comportements des organismes , ainsi qu'à la façon dont les espèces se sont formées et à leurs interactions entre elles et avec l' environnement .

Les domaines biologiques de la botanique , de la zoologie et de la médecine remontent aux premières périodes de la civilisation, tandis que la microbiologie a été introduite au 17ème siècle avec l'invention du microscope. Cependant, ce n'est qu'au XIXe siècle que la biologie est devenue une science unifiée. Une fois que les scientifiques ont découvert des points communs entre tous les êtres vivants, il a été décidé qu'ils étaient mieux étudiés dans leur ensemble.

Certains développements clés en biologie ont été la découverte de la génétique ; évolution par sélection naturelle ; la théorie des germes de la maladie et l'application des techniques de la chimie et de la physique au niveau de la cellule ou de la molécule organique .

La biologie moderne est divisée en sous-disciplines par type d'organisme et par l'échelle étudiée. La biologie moléculaire est l'étude de la chimie fondamentale de la vie, tandis que la biologie cellulaire est l'examen de la cellule ; la pierre angulaire de toute vie. À un niveau supérieur, l' anatomie et la physiologie examinent les structures internes et leurs fonctions d'un organisme, tandis que l' écologie examine les interactions entre divers organismes.

Sciences de la Terre

Les sciences de la Terre (également appelées géosciences) sont un terme général pour les sciences liées à la planète Terre , notamment la géologie , la géographie , la géophysique , la géochimie , la climatologie , la glaciologie , l' hydrologie , la météorologie et l' océanographie .

Bien que l' exploitation minière et les pierres précieuses aient été des intérêts humains tout au long de l'histoire de la civilisation, le développement des sciences connexes de la géologie économique et de la minéralogie n'a eu lieu qu'au XVIIIe siècle. L'étude de la terre, en particulier la paléontologie , s'épanouit au XIXe siècle. La croissance d'autres disciplines, telles que la géophysique , au 20ème siècle, a conduit au développement de la théorie de la tectonique des plaques dans les années 1960, qui a eu un effet similaire sur les sciences de la Terre que la théorie de l'évolution a eu sur la biologie. Les sciences de la Terre sont aujourd'hui étroitement liées aux ressources pétrolières et minérales , à la recherche sur le climat ainsi qu'à l' évaluation et à l' assainissement de l' environnement .

Sciences de l'atmosphère

Bien que parfois considérée en conjonction avec les sciences de la terre, en raison du développement indépendant de ses concepts, techniques et pratiques et aussi du fait qu'elle a un large éventail de sous-disciplines sous son aile, la science de l'atmosphère est également considérée comme une branche distincte de sciences naturelles. Ce domaine étudie les caractéristiques des différentes couches de l'atmosphère du niveau du sol au bord de l'espace. L'échelle de temps de l'étude varie également d'un jour à l'autre. Parfois, le domaine comprend également l'étude des régimes climatiques sur des planètes autres que la terre.

Océanographie

L'étude sérieuse des océans a commencé au début du milieu du 20e siècle. En tant que domaine des sciences naturelles, il est relativement jeune, mais des programmes autonomes offrent des spécialisations dans le sujet. Bien que certaines controverses subsistent quant à la catégorisation du domaine en sciences de la terre, sciences interdisciplinaires ou en tant que domaine distinct à part entière, la plupart des travailleurs modernes dans le domaine conviennent qu'il a mûri jusqu'à avoir ses propres paradigmes et pratiques. .

Chimie

Cette formule structurelle pour la molécule de caféine montre une représentation graphique de la façon dont les atomes sont disposés.

Constituant l'étude scientifique de la matière à l' échelle atomique et moléculaire , la chimie traite principalement des collections d'atomes, tels que les gaz , les molécules, les cristaux et les métaux . La composition, les propriétés statistiques, les transformations et les réactions de ces matériaux sont étudiées. La chimie implique également de comprendre les propriétés et les interactions des atomes et des molécules individuels pour une utilisation dans des applications à plus grande échelle.

La plupart des processus chimiques peuvent être étudiés directement en laboratoire, en utilisant une série de techniques (souvent bien testées) pour manipuler les matériaux, ainsi qu'une compréhension des processus sous-jacents. La chimie est souvent appelée « la science centrale » en raison de son rôle dans la connexion des autres sciences naturelles.

Les premières expériences en chimie ont leurs racines dans le système de l' Alchimie , un ensemble de croyances combinant le mysticisme avec des expériences physiques. La science de la chimie commença à se développer avec les travaux de Robert Boyle , le découvreur du gaz, et d' Antoine Lavoisier , qui développa la théorie de la Conservation de la masse .

La découverte des éléments chimiques et de la théorie atomique a commencé à systématiser cette science, et les chercheurs ont développé une compréhension fondamentale des états de la matière , des ions , des liaisons chimiques et des réactions chimiques . Le succès de cette science a conduit à une industrie chimique complémentaire qui joue désormais un rôle important dans l'économie mondiale.

La physique

Les orbitales de l' atome d'hydrogène sont des descriptions des distributions de probabilité d'un électron lié à un proton . Leurs descriptions mathématiques sont des problèmes standard en mécanique quantique , une branche importante de la physique.

La physique incarne l'étude des constituants fondamentaux de l' univers , des forces et interactions qu'ils exercent les uns sur les autres, et les résultats produits par ces interactions. En général, la physique est considérée comme la science fondamentale, car toutes les autres sciences naturelles utilisent et obéissent aux principes et aux lois du domaine. La physique s'appuie fortement sur les mathématiques comme cadre logique pour formuler et quantifier les principes

L'étude des principes de l'univers a une longue histoire et découle en grande partie de l'observation directe et de l'expérimentation. La formulation de théories sur les lois régissant l'univers a été très tôt au cœur de l'étude de la physique, la philosophie cédant progressivement le pas aux tests et à l'observation expérimentaux systématiques et quantitatifs comme source de vérification. Les principaux développements historiques de la physique comprennent la théorie de la gravitation universelle et de la mécanique classique d' Isaac Newton , une compréhension de l' électricité et de sa relation avec le magnétisme , les théories d' Einstein sur la relativité restreinte et générale , le développement de la thermodynamique et le modèle de mécanique quantique de l' atome . et la physique subatomique.

Le domaine de la physique est extrêmement vaste et peut inclure des études aussi diverses que la mécanique quantique et la physique théorique , la physique appliquée et l' optique . La physique moderne devient de plus en plus spécialisée, où les chercheurs ont tendance à se concentrer sur un domaine particulier plutôt que d'être des "universalistes" comme Isaac Newton , Albert Einstein et Lev Landau , qui ont travaillé dans plusieurs domaines.

Astronomie

L'astronomie est une science naturelle qui étudie les objets et les phénomènes célestes. Les objets d'intérêt comprennent les planètes, les lunes, les étoiles, les nébuleuses, les galaxies et les comètes. L'astronomie est l'étude de tout ce qui se trouve dans l'univers au-delà de l'atmosphère terrestre. Cela inclut les objets que nous pouvons voir à nos yeux nus. L'astronomie est l'une des sciences les plus anciennes.

Les astronomes des premières civilisations ont effectué des observations méthodiques du ciel nocturne, et des artefacts astronomiques ont été trouvés à des périodes beaucoup plus anciennes. Il existe deux types d'astronomie : l'astronomie d'observation et l'astronomie théorique. L'astronomie observationnelle est axée sur l'acquisition et l'analyse de données, principalement en utilisant les principes de base de la physique, tandis que l'astronomie théorique est orientée vers le développement de modèles informatiques ou analytiques pour décrire des objets et des phénomènes astronomiques.

Des missions d'engins spatiaux non habités et habités ont été utilisées pour imager des emplacements éloignés dans le système solaire , comme cette vue d' Apollo 11 du cratère Daedalus de l' autre côté de la Lune .

Cette discipline est la science des objets célestes et des phénomènes qui proviennent de l'extérieur de l' atmosphère terrestre . Il concerne l'évolution, la physique , la chimie , la météorologie et le mouvement des objets célestes, ainsi que la formation et le développement de l'univers .

L'astronomie comprend l'examen, l'étude et la modélisation des étoiles, des planètes et des comètes. La plupart des informations utilisées par les astronomes sont recueillies par observation à distance, bien que certaines reproductions en laboratoire de phénomènes célestes aient été réalisées (comme la chimie moléculaire du milieu interstellaire ).

Alors que les origines de l'étude des caractéristiques et des phénomènes célestes remontent à l'Antiquité, la méthodologie scientifique de ce domaine a commencé à se développer au milieu du XVIIe siècle. Un facteur clé a été l'introduction par Galilée du télescope pour examiner le ciel nocturne plus en détail.

Le traitement mathématique de l'astronomie a commencé avec le développement par Newton de la mécanique céleste et des lois de la gravitation , bien qu'il ait été déclenché par des travaux antérieurs d'astronomes tels que Kepler . Au XIXe siècle, l'astronomie était devenue une science formelle, avec l'introduction d'instruments tels que le spectroscope et la photographie , ainsi que des télescopes bien améliorés et la création d'observatoires professionnels.

Études interdisciplinaires

Les distinctions entre les disciplines des sciences naturelles ne sont pas toujours nettes et elles partagent de nombreux domaines interdisciplinaires. La physique joue un rôle important dans les autres sciences naturelles, représentées par l' astrophysique , la géophysique , la physique chimique et la biophysique . De même, la chimie est représentée par des domaines tels que la biochimie , la biologie chimique , la géochimie et l' astrochimie .

Un exemple particulier d'une discipline scientifique qui s'appuie sur de multiples sciences naturelles est la science de l'environnement . Ce domaine étudie les interactions des composants physiques, chimiques, géologiques et biologiques de l' environnement , en particulier en ce qui concerne l'effet des activités humaines et l'impact sur la biodiversité et la durabilité . Cette science s'appuie également sur l'expertise d'autres domaines tels que l'économie, le droit et les sciences sociales.

Une discipline comparable est l' océanographie , car elle s'appuie sur un éventail similaire de disciplines scientifiques. L'océanographie est subdivisée en disciplines transversales plus spécialisées, telles que l'océanographie physique et la biologie marine . Comme l' écosystème marin est très vaste et diversifié, la biologie marine est en outre divisée en de nombreux sous-domaines, y compris des spécialisations dans des espèces particulières .

Il existe également un sous-ensemble de domaines transversaux qui ont des courants forts qui vont à l'encontre de la spécialisation par la nature des problèmes qu'ils abordent. En d'autres termes : dans certains domaines d'application intégrative, les spécialistes de plusieurs domaines sont un élément clé de la plupart des dialogues. Ces domaines d'intégration, par exemple, comprennent les nanosciences , l' astrobiologie et l' informatique des systèmes complexes .

La science des matériaux

Le paradigme des matériaux représenté par un tétraèdre

La science des matériaux est un domaine interdisciplinaire relativement nouveau qui traite de l'étude de la matière et de ses propriétés; ainsi que la découverte et la conception de nouveaux matériaux. Développée à l'origine dans le domaine de la métallurgie , l'étude des propriétés des matériaux et des solides s'est aujourd'hui étendue à tous les matériaux. Le domaine couvre les applications de chimie, de physique et d'ingénierie des matériaux, notamment les métaux, les céramiques, les polymères artificiels et bien d'autres. Le cœur du domaine traite de la relation entre la structure des matériaux et leurs propriétés.

Il est à la pointe de la recherche en science et en ingénierie. C'est une partie importante de l'ingénierie médico - légale (l'enquête sur les matériaux, les produits, les structures ou les composants qui échouent ou ne fonctionnent pas ou ne fonctionnent pas comme prévu, causant des blessures ou des dommages matériels) et l' analyse des défaillances , cette dernière étant la clé de la compréhension, par exemple, la cause de divers accidents d'aviation. Bon nombre des problèmes scientifiques les plus urgents auxquels nous sommes confrontés aujourd'hui sont dus aux limitations des matériaux disponibles et, par conséquent, les percées dans ce domaine sont susceptibles d'avoir un impact significatif sur l'avenir de la technologie.

La base de la science des matériaux consiste à étudier la structure des matériaux et à les relier à leurs propriétés . Une fois qu'un scientifique des matériaux connaît cette corrélation structure-propriété, il peut ensuite étudier les performances relatives d'un matériau dans une certaine application. Les déterminants majeurs de la structure d'un matériau et donc de ses propriétés sont ses éléments chimiques constitutifs et la manière dont il a été transformé en sa forme finale. Ces caractéristiques, réunies et reliées par les lois de la thermodynamique et de la cinétique , régissent la microstructure d' un matériau , et donc ses propriétés.

Histoire

Certains chercheurs font remonter les origines des sciences naturelles aux sociétés humaines pré-alphabétisées, où la compréhension du monde naturel était nécessaire à la survie. Les gens ont observé et accumulé des connaissances sur le comportement des animaux et l'utilité des plantes comme nourriture et médecine, qui ont été transmises de génération en génération. Ces compréhensions primitives ont cédé la place à une enquête plus formalisée vers 3500 à 3000 avant JC dans les cultures mésopotamienne et égyptienne antique , qui ont produit la première preuve écrite connue de la philosophie naturelle , précurseur des sciences naturelles. Alors que les écrits montrent un intérêt pour l'astronomie, les mathématiques et d'autres aspects du monde physique, le but ultime de l'enquête sur le fonctionnement de la nature était dans tous les cas religieux ou mythologique, non scientifique.

Une tradition de recherche scientifique a également émergé dans la Chine ancienne , où les alchimistes et les philosophes taoïstes ont expérimenté des élixirs pour prolonger la vie et guérir les maladies. Ils se sont concentrés sur le yin et le yang , ou des éléments contrastés de la nature ; le yin était associé à la féminité et à la froideur, tandis que le yang était associé à la masculinité et à la chaleur. Les cinq phases – feu, terre, métal, bois et eau – décrivaient un cycle de transformations de la nature. L'eau s'est transformée en bois, qui s'est transformé en feu lorsqu'il a brûlé. Les cendres laissées par le feu étaient de la terre. En utilisant ces principes, les philosophes et médecins chinois ont exploré l'anatomie humaine, caractérisant les organes comme étant à prédominance yin ou yang, et ont compris la relation entre le pouls, le cœur et le flux sanguin dans le corps des siècles avant qu'il ne soit accepté en Occident.

Peu de preuves subsistent de la façon dont les cultures indiennes anciennes autour de l' Indus comprenaient la nature, mais certaines de leurs perspectives peuvent être reflétées dans les Vedas , un ensemble de textes sacrés hindous . Ils révèlent une conception de l'univers en constante expansion et constamment recyclé et réformé. Les chirurgiens de la tradition ayurvédique considéraient la santé et la maladie comme une combinaison de trois humeurs : le vent , la bile et le flegme . Une vie saine était le résultat d'un équilibre entre ces humeurs. Dans la pensée ayurvédique, le corps était composé de cinq éléments : la terre, l'eau, le feu, le vent et l'espace. Les chirurgiens ayurvédiques ont effectué des chirurgies complexes et développé une compréhension détaillée de l'anatomie humaine.

Les philosophes présocratiques de la culture grecque antique ont rapproché la philosophie naturelle de l'enquête directe sur la cause et l'effet dans la nature entre 600 et 400 avant JC, bien qu'un élément de magie et de mythologie soit resté. Les phénomènes naturels tels que les tremblements de terre et les éclipses étaient de plus en plus expliqués dans le contexte de la nature elle-même au lieu d'être attribués à des dieux en colère. Thalès de Milet , un des premiers philosophes qui vécut de 625 à 546 av. J.-C., expliqua les tremblements de terre en théorisant que le monde flottait sur l'eau et que l'eau était l'élément fondamental de la nature. Au 5ème siècle avant JC, Leucippe était un des premiers représentants de l' atomisme , l'idée que le monde est composé de particules fondamentales indivisibles. Pythagore a appliqué les innovations grecques en mathématiques à l'astronomie et a suggéré que la terre était sphérique .

Philosophie naturelle aristotélicienne (400 avant JC-1100 après JC)

La vision d'Aristote de l'hérédité, en tant que modèle de transmission des schémas de mouvement des fluides corporels des parents à l'enfant, et de la forme aristotélicienne du père.

Plus tard , la pensée socratique et platonicienne s'est concentrée sur l'éthique, la morale et l'art et n'a pas tenté une enquête sur le monde physique ; Platon a critiqué les penseurs présocratiques comme matérialistes et anti-religionnaires. Aristote , cependant, un étudiant de Platon qui a vécu de 384 à 322 avant JC, a accordé une plus grande attention au monde naturel dans sa philosophie. Dans son Histoire des animaux , il a décrit le fonctionnement interne de 110 espèces, dont la raie pastenague , le poisson - chat et l' abeille . Il a étudié les embryons de poulet en cassant des œufs ouverts et en les observant à divers stades de développement. Les travaux d'Aristote ont été influents jusqu'au XVIe siècle et il est considéré comme le père de la biologie pour son travail de pionnier dans cette science . Il a également présenté des philosophies sur la physique, la nature et l'astronomie en utilisant le raisonnement inductif dans ses ouvrages Physics and Meteorology .

Platon (à gauche) et Aristote dans un tableau de 1509 de Raphaël . Platon a rejeté l'enquête sur la philosophie naturelle par opposition à la religion, tandis que son étudiant, Aristote, a créé un corpus de travaux sur le monde naturel qui a influencé des générations d'érudits.

Alors qu'Aristote considérait la philosophie naturelle plus sérieusement que ses prédécesseurs, il l'abordait comme une branche théorique de la science. Pourtant, inspirés par son travail, les philosophes romains du début du 1er siècle après JC, dont Lucrèce , Sénèque et Pline l'Ancien , ont écrit des traités qui traitaient des règles du monde naturel à des degrés divers de profondeur. De nombreux néoplatoniciens romains antiques du IIIe au VIe siècle ont également adapté les enseignements d'Aristote sur le monde physique à une philosophie qui mettait l'accent sur le spiritualisme. Les premiers philosophes médiévaux , dont Macrobius , Calcidius et Martianus Capella, ont également examiné le monde physique, en grande partie d'un point de vue cosmologique et cosmographique , en avançant des théories sur l'arrangement des corps célestes et des cieux, qui étaient supposés être composés d' éther .

Les travaux d'Aristote sur la philosophie naturelle ont continué à être traduits et étudiés au milieu de la montée de l' empire byzantin et du califat abbasside .

Dans l'Empire byzantin, Jean Philoponus , un commentateur aristotélicien d'Alexandrie et théologien chrétien, fut le premier à remettre en question l'enseignement de la physique d'Aristote. Contrairement à Aristote qui a basé sa physique sur l'argument verbal, Philoponus s'est plutôt appuyé sur l'observation et a plaidé pour l'observation plutôt que de recourir à un argument verbal. Il a introduit la théorie de l'impulsion . La critique de John Philoponus des principes aristotéliciens de la physique a servi d'inspiration à Galileo Galilei pendant la révolution scientifique .

Un renouveau des mathématiques et des sciences a eu lieu à l'époque du califat abbasside à partir du IXe siècle, lorsque les érudits musulmans ont développé la philosophie naturelle grecque et indienne . Les mots alcool , algèbre et zénith ont tous des racines arabes .

Philosophie naturelle médiévale (1100-1600)

Les œuvres d'Aristote et d'autres philosophies naturelles grecques n'ont atteint l'Occident que vers le milieu du XIIe siècle, lorsque les œuvres ont été traduites du grec et de l'arabe en latin . Le développement de la civilisation européenne plus tard au Moyen Âge a apporté de nouveaux progrès dans la philosophie naturelle. Les inventions européennes telles que le fer à cheval , le collier de cheval et la rotation des cultures ont permis une croissance rapide de la population, cédant finalement la place à l'urbanisation et à la fondation d'écoles liées aux monastères et aux cathédrales de la France et de l' Angleterre d'aujourd'hui . Aidée par les écoles, une approche de la théologie chrétienne s'est développée qui a cherché à répondre aux questions sur la nature et d'autres sujets en utilisant la logique. Cette approche, cependant, a été considérée par certains détracteurs comme une hérésie . Au XIIe siècle, les érudits et les philosophes d'Europe occidentale sont entrés en contact avec un ensemble de connaissances qu'ils ignoraient auparavant : un vaste corpus d'ouvrages en grec et en arabe conservés par les savants islamiques. Grâce à la traduction en latin, l'Europe occidentale a été présentée à Aristote et à sa philosophie naturelle. Ces travaux ont été enseignés dans les nouvelles universités de Paris et d' Oxford au début du XIIIe siècle, bien que la pratique ait été désapprouvée par l'église catholique. Un décret du Synode de Paris de 1210 ordonna qu'"aucune conférence ne doit être tenue à Paris ni publiquement ni en privé utilisant les livres d'Aristote sur la philosophie naturelle ou les commentaires, et nous interdisons tout cela sous peine d'ex-communication".

À la fin du Moyen Âge, le philosophe espagnol Dominicus Gundissalinus a traduit en latin un traité du premier érudit persan Al-Farabi intitulé Sur les sciences , appelant l'étude de la mécanique de la nature Scientia naturalis , ou science naturelle. Gundissalinus a également proposé sa propre classification des sciences naturelles dans son ouvrage de 1150 Sur la division de la philosophie . Ce fut la première classification détaillée des sciences basée sur la philosophie grecque et arabe à atteindre l'Europe occidentale. Gundissalinus a défini les sciences naturelles comme « la science ne considérant que les choses non abstraites et avec mouvement », par opposition aux mathématiques et aux sciences qui reposent sur les mathématiques. À la suite d'Al-Farabi, il a ensuite séparé les sciences en huit parties, dont la physique, la cosmologie, la météorologie, la science des minéraux et la science végétale et animale.

Les philosophes ultérieurs ont fait leurs propres classifications des sciences naturelles. Robert Kilwardby a écrit sur l'ordre des sciences au 13ème siècle qui a classé la médecine comme une science mécanique, avec l'agriculture, la chasse et le théâtre tout en définissant les sciences naturelles comme la science qui traite des corps en mouvement. Roger Bacon , un frère et philosophe anglais, a écrit que les sciences naturelles traitaient « d'un principe de mouvement et de repos, comme dans les parties des éléments feu, air, terre et eau, et dans toutes les choses inanimées qui en sont faites ». Ces sciences couvraient également les plantes, les animaux et les corps célestes. Plus tard au 13ème siècle, un prêtre catholique et théologien Thomas d'Aquin a défini les sciences naturelles comme traitant des "êtres mobiles" et "des choses qui dépendent d'une matière non seulement pour leur existence mais aussi pour leur définition". Il y avait un large accord parmi les érudits à l'époque médiévale que les sciences naturelles concernaient les corps en mouvement, bien qu'il y ait eu des divisions sur l'inclusion de domaines tels que la médecine, la musique et la perspective. Les philosophes ont réfléchi à des questions telles que l'existence d'un vide, si le mouvement pouvait produire de la chaleur, les couleurs des arcs-en-ciel, le mouvement de la terre, si des produits chimiques élémentaires existent et si dans l'atmosphère la pluie se forme.

Au cours des siècles jusqu'à la fin du Moyen Âge, les sciences naturelles étaient souvent mêlées aux philosophies sur la magie et l'occultisme. La philosophie naturelle est apparue dans un large éventail de formes, des traités aux encyclopédies aux commentaires sur Aristote. L'interaction entre la philosophie naturelle et le christianisme était complexe pendant cette période ; certains premiers théologiens, dont Tatien et Eusèbe , considéraient la philosophie naturelle comme un affleurement de la science grecque païenne et s'en méfiaient. Bien que certains philosophes chrétiens ultérieurs, dont Thomas d'Aquin, en soient venus à considérer les sciences naturelles comme un moyen d'interpréter les Écritures, cette suspicion a persisté jusqu'aux XIIe et XIIIe siècles. La Condamnation de 1277 , qui interdit de mettre la philosophie sur un pied d'égalité avec la théologie et le débat sur les constructions religieuses dans un contexte scientifique, a montré la persistance avec laquelle les dirigeants catholiques ont résisté au développement de la philosophie naturelle, même d'un point de vue théologique. Thomas d'Aquin et Albertus Magnus , un autre théologien catholique de l'époque, ont cherché à distancer la théologie de la science dans leurs œuvres. "Je ne vois pas ce que l'interprétation d'Aristote a à voir avec l'enseignement de la foi", écrit-il en 1271.

Newton et la révolution scientifique (1600-1800)

Aux XVIe et XVIIe siècles, la philosophie naturelle a subi une évolution au-delà du commentaire sur Aristote alors que la philosophie grecque plus ancienne était découverte et traduite. L'invention de l'imprimerie au XVe siècle, l'invention du microscope et du télescope et la Réforme protestante ont fondamentalement modifié le contexte social dans lequel la recherche scientifique a évolué en Occident. La découverte par Christophe Colomb d'un nouveau monde a changé les perceptions sur la composition physique du monde, tandis que les observations de Copernic , Tyco Brahe et Galileo ont apporté une image plus précise du système solaire comme héliocentrique et ont prouvé que de nombreuses théories d'Aristote sur les corps célestes étaient fausses. . Plusieurs philosophes du XVIIe siècle, dont Thomas Hobbes , John Locke et Francis Bacon, ont rompu avec le passé en rejetant purement et simplement Aristote et ses disciples médiévaux, qualifiant leur approche de la philosophie naturelle de superficielle.

Les titres de l'ouvrage de Galilée Deux nouvelles sciences et La nouvelle astronomie de Johannes Kepler ont souligné l'atmosphère de changement qui s'est installée au XVIIe siècle lorsqu'Aristote a été écarté en faveur de nouvelles méthodes d'enquête sur le monde naturel. Bacon a contribué à populariser ce changement; il a soutenu que les gens devraient utiliser les arts et les sciences pour dominer la nature. Pour y parvenir, il a écrit que "la vie humaine [doit] être dotée de découvertes et de pouvoirs". Il a défini la philosophie naturelle comme « la connaissance des causes et des mouvements secrets des choses ; et l'élargissement des limites de l'empire humain, à l'accomplissement de toutes les choses possibles ». Bacon a proposé que la recherche scientifique soit soutenue par l'État et alimentée par la recherche collaborative de scientifiques, une vision sans précédent par sa portée, son ambition et ses formes à l'époque. Les philosophes naturels en sont venus à considérer de plus en plus la nature comme un mécanisme pouvant être démonté et compris, un peu comme une horloge complexe. Des philosophes de la nature, dont Isaac Newton , Evangelista Torricelli et Francesco Redi, ont mené des expériences axées sur l'écoulement de l'eau, mesurant la pression atmosphérique à l' aide d'un baromètre et réfutant la génération spontanée . Des sociétés scientifiques et des revues scientifiques ont émergé et se sont largement répandues dans l'imprimerie, déclenchant la révolution scientifique . Newton a publié en 1687 ses Principes mathématiques de la philosophie naturelle , ou Principia Mathematica , qui ont jeté les bases des lois physiques qui sont restées actuelles jusqu'au 19ème siècle.

Certains érudits modernes, dont Andrew Cunningham, Perry Williams et Floris Cohen , soutiennent que la philosophie naturelle n'est pas à proprement parler une science et que la véritable recherche scientifique n'a commencé qu'avec la révolution scientifique. Selon Cohen, "l'émancipation de la science d'une entité globale appelée" philosophie naturelle est l'une des caractéristiques déterminantes de la révolution scientifique ". D'autres historiens des sciences, dont Edward Grant , soutiennent que la révolution scientifique qui a fleuri aux 17e, 18e et 19e siècles s'est produite lorsque les principes appris dans les sciences exactes de l'optique, de la mécanique et de l'astronomie ont commencé à être appliqués aux questions soulevées par la philosophie naturelle. . Grant soutient que Newton a tenté d'exposer la base mathématique de la nature - les règles immuables auxquelles elle obéissait - et, ce faisant, a rejoint la philosophie naturelle et les mathématiques pour la première fois, produisant un premier travail de physique moderne.

Isaac Newton est largement considéré comme l'un des scientifiques les plus influents de tous les temps.

La révolution scientifique, qui a commencé à s'installer au 17ème siècle, a représenté une rupture brutale avec les modes d'enquête aristotéliciens. L'une de ses principales avancées a été l'utilisation de la méthode scientifique pour étudier la nature. Des données ont été recueillies et des mesures reproductibles ont été effectuées expérimentalement . Les scientifiques ont alors formulé des hypothèses pour expliquer les résultats de ces expériences. L'hypothèse a ensuite été testée en utilisant le principe de falsifiabilité pour prouver ou réfuter son exactitude. Les sciences naturelles ont continué à être appelées philosophie naturelle, mais l'adoption de la méthode scientifique a emmené la science au-delà du domaine de la conjecture philosophique et a introduit une manière plus structurée d'examiner la nature.

Newton, mathématicien et physicien anglais, fut la figure phare de la révolution scientifique. S'appuyant sur les progrès réalisés en astronomie par Copernic, Brahe et Kepler, Newton a dérivé la loi universelle de la gravitation et les lois du mouvement . Ces lois s'appliquaient à la fois sur terre et dans l'espace, unissant deux sphères du monde physique que l'on croyait auparavant fonctionner indépendamment l'une de l'autre, selon des règles physiques distinctes. Newton, par exemple, a montré que les marées étaient causées par l'attraction gravitationnelle de la lune . Une autre avancée de Newton a été de faire des mathématiques un puissant outil d'explication des phénomènes naturels. Alors que les philosophes de la nature utilisaient depuis longtemps les mathématiques comme moyen de mesure et d'analyse, leurs principes n'étaient pas utilisés comme moyen de comprendre les causes et les effets dans la nature jusqu'à Newton.

Aux XVIIIe et XIXe siècles, des scientifiques tels que Charles-Augustin de Coulomb , Alessandro Volta et Michael Faraday se sont appuyés sur la mécanique newtonienne en explorant l' électromagnétisme , ou l'interaction des forces avec des charges positives et négatives sur des particules chargées électriquement . Faraday a proposé que les forces de la nature opéraient dans des « champs » qui remplissaient l'espace. L'idée de champs contrastait avec la construction newtonienne de la gravitation comme une simple « action à distance », ou l'attraction d'objets sans rien dans l'espace entre eux pour intervenir. James Clerk Maxwell au 19ème siècle a unifié ces découvertes dans une théorie cohérente de l'électrodynamique . À l'aide d'équations mathématiques et d'expérimentations, Maxwell a découvert que l'espace était rempli de particules chargées qui pouvaient agir sur elles-mêmes et les unes sur les autres et qu'elles constituaient un support pour la transmission d'ondes chargées.

Des avancées significatives en chimie ont également eu lieu pendant la révolution scientifique. Antoine Lavoisier , un chimiste français, a réfuté la théorie du phlogistique , qui postulait que les choses brûlaient en libérant du "phlogiston" dans l'air. Joseph Priestley avait découvert l' oxygène au 18ème siècle, mais Lavoisier a découvert que la combustion était le résultat de l' oxydation . Il a également construit une table de 33 éléments et a inventé la nomenclature chimique moderne. La science biologique formelle est restée à ses balbutiements au 18ème siècle, lorsque l'accent était mis sur la classification et la catégorisation de la vie naturelle. Cette croissance de l'histoire naturelle a été dirigée par Carl Linnaeus , dont la taxonomie de 1735 du monde naturel est toujours utilisée. Linnaeus dans les années 1750 a introduit des noms scientifiques pour toutes ses espèces.

Développements du XIXe siècle (1800-1900)

L' expérience Michelson-Morley a été utilisée pour réfuter cette lumière propagée à travers un éther luminifère . Ce concept du 19ème siècle a ensuite été remplacé par Albert Einstein de la théorie de la relativité restreinte .

Au XIXe siècle, l'étude des sciences était devenue l'apanage des professionnels et des institutions. Ce faisant, elle a progressivement acquis le nom plus moderne de science naturelle. Le terme scientifique a été inventé par William Whewell dans une revue 1834 de Mary Somerville d » Au Connexion des Sciences . Mais le mot n'est entré dans l'usage général que vers la fin du même siècle.

Sciences naturelles modernes (1900-présent)

Selon un célèbre manuel de 1923, Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances , du chimiste américain Gilbert N. Lewis et du physico-chimiste américain Merle Randall , les sciences naturelles contiennent trois grandes branches :

Outre les sciences logiques et mathématiques, il existe trois grandes branches des sciences naturelles qui se distinguent par la variété des déductions de grande portée tirées d'un petit nombre de postulats primaires - ce sont la mécanique , l' électrodynamique et la thermodynamique .

Aujourd'hui, les sciences naturelles sont plus communément divisées en sciences de la vie, telles que la botanique et la zoologie ; et les sciences physiques, qui comprennent la physique, la chimie, l'astronomie et les sciences de la Terre.

Voir également

Les références

Bibliographie

Lectures complémentaires