Ciencias Naturales

Las ciencias naturales son una de las ramas de la ciencia que se ocupan de la descripción, comprensión y predicción de los fenómenos naturales, con base en la evidencia empírica de la observación y la experimentación. Se utilizan mecanismos como la revisión por pares y la repetibilidad de los hallazgos 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 la información sobre la naturaleza en medidas que pueden explicarse como declaraciones claras de las "leyes de la naturaleza".

Las ciencias naturales modernas sucedieron a los enfoques más clásicos de la filosofía natural, que generalmente se remontan a las tradiciones taoístas en Asia y en Occidente a la antigua Grecia. Galileo, Descartes, Bacon y Newton debatieron los beneficios de utilizar enfoques más matemáticos y experimentales de forma metódica. Aún así, las perspectivas filosóficas, las conjeturas y las presuposiciones, a menudo pasadas por alto, siguen siendo necesarias en las ciencias naturales. La recopilación sistemática de datos, incluida la ciencia del descubrimiento, sucedió a la historia natural, que surgió en el siglo XVI al describir y clasificar plantas, animales, minerales, etc. Hoy, la "historia natural" sugiere descripciones observacionales dirigidas a audiencias populares.

Criterios

Los filósofos de la ciencia han sugerido varios criterios, incluido el controvertido criterio de falsabilidad de Karl Popper, para ayudarlos 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 mundial 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 para esta fuerte aceptación es una combinación de amplia evidencia de que algo no ocurre, combinada con una teoría subyacente, muy exitosa en hacer predicciones, cuyas suposiciones llevan lógicamente a la conclusión de que algo es imposible. Si bien una afirmación de imposibilidad en las ciencias naturales nunca se puede probar de manera absoluta, se puede refutar mediante la observación de un solo contraejemplo. Tal contraejemplo requeriría que los supuestos subyacentes a la teoría que implicaba la imposibilidad fueran reexaminados.

Ramas de las ciencias naturales

Biología

Este campo abarca un conjunto diverso de disciplinas que examina los 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, la clasificación y el comportamiento 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 como un todo.

Algunos desarrollos clave en biología fueron el descubrimiento de la genética; evolución a través de la selección natural; la teoría de los gérmenes de la enfermedad 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 la 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.

Ciencia de la Tierra

Las ciencias de la tierra (también conocidas como geociencias) son un término que abarca todas las ciencias relacionadas con el planeta Tierra, incluidas la geología, la geografía, la geofísica, la geoquímica, la climatología, la glaciología, la hidrología, la meteorología y la 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 con la geología económica y la mineralogía no se produjo hasta el siglo XVIII. El estudio de la tierra, particularmente la paleontología, floreció en el siglo XIX. El crecimiento de otras disciplinas, como la geofísica, en el siglo XX, condujo al desarrollo de la teoría de la tectónica de placas en la década de 1960, que ha tenido un efecto similar en las ciencias de la Tierra al que tuvo la teoría de la evolución en la biología. Las ciencias de la tierra hoy en día están estrechamente vinculadas al petróleo y los recursos minerales, la investigación climática y la evaluación y remediación ambiental.

Ciencias atmosféricas

Aunque a veces se considera en conjunto con las ciencias de la tierra, debido al desarrollo independiente de sus conceptos, técnicas y prácticas y también al hecho de que tiene una amplia gama de subdisciplinas bajo su ala, la ciencia atmosférica también se considera una rama separada de 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 a la Tierra.

Oceanografía

El estudio serio de los océanos comenzó a 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 trabajadores modernos en el campo están de acuerdo en que ha madurado hasta un estado en el que tiene sus propios paradigmas y prácticas..

Química

Al constituir el estudio científico de la materia a escala atómica y molecular, la química se ocupa principalmente de colecciones de átomos, como gases, moléculas, cristales y metales. Se estudia la composición, propiedades estadísticas, transformaciones y reacciones de estos materiales. La química también implica la comprensión de las propiedades y las interacciones de los 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 la comprensión de los procesos subyacentes. La química a menudo se llama "la ciencia central" debido a su papel en la conexión de otras ciencias naturales.

Los primeros experimentos en química tenían sus raíces en el sistema de la alquimia, un conjunto de creencias que combinan el misticismo con los experimentos físicos. La ciencia de la química comenzó a desarrollarse con el trabajo de Robert Boyle, el descubridor del gas, 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 condujo a una industria química complementaria que ahora juega un papel importante en la economía mundial.

Física

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 usan y obedecen los principios y leyes del campo. La física se basa en gran medida en las matemáticas como marco lógico para formular y cuantificar principios.

El estudio de los principios del universo tiene una larga historia y se deriva en gran medida de la observación y la experimentación directas. La formulación de teorías sobre las leyes que gobiernan el universo ha sido fundamental para el estudio de la física desde muy temprano, con la filosofía cediendo gradualmente a la prueba experimental cuantitativa sistemática y la observación como fuente de verificación. Los desarrollos históricos clave 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 física atómica y 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 enfocarse en un área en particular en lugar de ser "universalistas" como Isaac Newton, Albert Einstein y Lev Landau, quienes trabajaron en múltiples áreas.

Astronomía

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 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: la astronomía observacional y la astronomía teórica. La astronomía observacional se centra en adquirir y analizar datos, principalmente utilizando principios básicos de la física, mientras que la astronomía teórica se orienta hacia el desarrollo de modelos informáticos o analíticos para describir objetos y fenómenos astronómicos.

Esta disciplina es la ciencia de los objetos celestes y los fenómenos que se originan fuera de la atmósfera terrestre. Se ocupa de la evolución, la física, la química, la meteorología 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, cometas. La mayor parte de la información utilizada por los astrónomos se recopila mediante observación remota, aunque se han realizado algunas reproducciones de laboratorio de fenómenos celestes (como la química molecular del medio interestelar).

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 del telescopio por parte de Galileo 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.

Estudios Interdisciplinarios

Las distinciones entre las disciplinas de las ciencias naturales no siempre son nítidas 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 biología química, 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 la experiencia de otros campos, como la economía, el derecho y las ciencias sociales.

Una disciplina comparable es la oceanografía, ya que se basa en una amplitud similar de disciplinas científicas. La oceanografía se subcategoriza en disciplinas transversales 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 las especializaciones en especies particulares.

También existe un subconjunto de campos transversales 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 más. Dichos campos integradores, por ejemplo, incluyen la nanociencia, la astrobiología y la informática de sistemas complejos.

Ciencia de los Materiales

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. Originalmente desarrollado en el campo de la metalurgia, el estudio de las propiedades de los materiales y los sólidos ahora se ha expandido a todos los materiales. El campo cubre las aplicaciones de química, física e ingeniería de materiales que incluyen metales, cerámica, polímeros artificiales y muchos otros. El núcleo del campo se ocupa 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 varios accidentes de aviación. Muchos de los problemas científicos más apremiantes a los que se enfrenta 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 continuar estudiando el rendimiento relativo de un material en una determinada aplicación. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por lo tanto, de sus propiedades son los elementos químicos que lo componen y cómo ha sido procesado hasta su forma final. Estas características, tomadas en conjunto y relacionadas a través de las leyes de la termodinámica y la cinética, rigen la microestructura de un material y, por lo tanto, sus propiedades.

Historia

Algunos estudiosos remontan los orígenes de las ciencias naturales a las sociedades humanas prealfabetizadas, donde la comprensión del mundo natural era necesaria para la supervivencia. Las personas observaron y acumularon conocimientos sobre el comportamiento de los animales y la utilidad de las plantas como alimento y medicina, que se transmitieron de generación en generación. Estos conocimientos primitivos dieron paso a una investigación más formal alrededor del 3500 al 3000 a. C. en las culturas mesopotámica y egipcia antigua, que produjo la primera evidencia escrita conocida de la filosofía natural, el precursor de la ciencia natural. Si bien los escritos muestran interés por 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.

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. Se centraron en el yin y el yang, o elementos contrastantes de la naturaleza; el yin se asoció con la feminidad y la frialdad, mientras que el yang se asoció con la masculinidad y la calidez. Las cinco fases (fuego, tierra, metal, madera y agua) describen un ciclo de transformaciones en la naturaleza. El agua se convirtió en madera, que al arder se convirtió en fuego. Las cenizas dejadas por el fuego eran tierra.Utilizando estos principios, los filósofos y médicos chinos exploraron la anatomía humana, caracterizando los órganos predominantemente como yin o yang, y entendieron la relación entre el pulso, el corazón y el flujo de sangre en el cuerpo siglos antes de que fuera aceptado en Occidente.

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 hindúes sagrados. Revelan una concepción del universo en constante expansión y en constante reciclaje y reforma. Los cirujanos de la tradición ayurvédica veían la salud y la enfermedad como una combinación de tres humores: viento, bilis y flema. Una vida sana era el resultado de un equilibrio entre estos humores. En el pensamiento ayurvédico, el cuerpo constaba de cinco elementos: tierra, agua, fuego, viento y espacio. Los cirujanos ayurvédicos realizaron cirugías complejas y desarrollaron una comprensión detallada de la anatomía humana.

Los filósofos presocráticos de la cultura griega antigua llevaron la filosofía natural un paso más cerca de la investigación directa sobre la causa y el efecto en la naturaleza entre el 600 y el 400 a. C., aunque permaneció un elemento de magia y mitología. Los fenómenos naturales como los terremotos y los eclipses se explicaban cada vez más en el contexto de la naturaleza misma en lugar de atribuirse a dioses enojados. 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. 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.Pitágoras aplicó las innovaciones griegas en matemáticas a la astronomía y sugirió que la tierra era esférica.

Filosofía natural aristotélica (400 a. C.-1100 d. C.)

El pensamiento socrático y platónico posterior se centró en la ética, la moral y el arte y no intentó una investigación del mundo físico; Platón criticó a los pensadores presocráticos como materialistas y antirreligiosos. Aristóteles, sin embargo, un alumno de Platón que vivió entre el 384 y el 322 a. C., prestó más atención al mundo natural en su filosofía. En su Historia de los animales, describió el funcionamiento interno de 110 especies, incluidas la raya, el bagre y la abeja. Investigó embriones de pollo rompiendo huevos y observándolos en varias etapas de desarrollo. 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.También presentó filosofías sobre física, naturaleza y astronomía utilizando el razonamiento inductivo en sus obras Física y Meteorología.

Si bien Aristóteles consideró la filosofía natural con más seriedad que sus predecesores, la abordó como una rama teórica de la ciencia. Aún así, inspirados por su trabajo, los filósofos de la antigua Roma de principios del siglo I d. C., incluidos Lucrecio, Séneca y Plinio el Viejo, escribieron tratados que trataban las reglas del mundo natural en diversos grados de profundidad. Muchos neoplatónicos de la Antigua Roma de los siglos III al VI también adaptaron las enseñanzas de Aristóteles sobre el mundo físico a una filosofía que enfatizaba el espiritualismo.Los primeros filósofos medievales, incluidos Macrobius, Calcidius y Martianus Capella, también examinaron el mundo físico, en gran parte desde una perspectiva cosmológica y cosmográfica, presentando teorías sobre la disposición de los cuerpos celestes y los cielos, que se postularon como compuestos de éter.

Las obras de Aristóteles sobre filosofía natural continuaron traduciéndose y estudiándose en medio del surgimiento del Imperio bizantino y el califato abasí.

En el Imperio bizantino, John Philoponus, un comentarista aristotélico alejandrino y teólogo cristiano fue el primero en cuestionar la enseñanza de la física de Aristóteles. A diferencia de Aristóteles, que basó su física en argumentos verbales, Philoponus se basó en la observación y defendió la observación en lugar de recurrir a un argumento verbal. Introdujo la teoría del ímpetu. La crítica de John Philoponus a los principios aristotélicos de la física sirvió de inspiración para Galileo Galilei durante la Revolución Científica.

Se produjo un renacimiento de las matemáticas y la ciencia durante la época del califato abasí a partir del siglo IX, cuando los eruditos musulmanes ampliaron la filosofía natural griega e india. Las palabras alcohol, álgebra y cenit tienen raíces árabes.

Filosofía natural medieval (1100-1600)

Las obras de Aristóteles y otra filosofía natural griega no llegaron a Occidente hasta mediados del siglo XII, cuando las obras se tradujeron del griego y el árabe al latín. El desarrollo de la civilización europea más tarde en la Edad Media trajo consigo nuevos avances en la filosofía natural. Invenciones europeas como la herradura, el collar de caballo y la rotación de cultivos permitieron un rápido crecimiento de la población, lo que finalmente dio paso a la urbanización y la fundación de escuelas conectadas a monasterios y catedrales en la actual Francia e Inglaterra. Con la ayuda de las escuelas, se desarrolló un enfoque de la teología cristiana que buscaba responder preguntas sobre la naturaleza y otros temas usando la lógica. Este enfoque, sin embargo, fue visto por algunos detractores como una herejía.En el siglo XII, los eruditos y filósofos de Europa occidental entraron en contacto con un conjunto de conocimientos que antes desconocían: un gran corpus de obras en griego y árabe conservadas por eruditos islámicos. A través de la traducción al latín, Europa occidental conoció a Aristóteles y su filosofía natural. Estas obras se enseñaron en las nuevas universidades de París y Oxford a principios del siglo XIII, aunque la iglesia católica desaprobaba la práctica. Un decreto de 1210 del Sínodo de París ordenó que "no se celebren conferencias en París, ni en público ni en privado, utilizando los libros de Aristóteles sobre filosofía natural o los comentarios, y prohibimos todo esto bajo pena de excomunión".

A finales de la Edad Media, el filósofo español Dominicus Gundissalinus tradujo un tratado del anterior erudito persa Al-Farabi llamado Sobre las ciencias al latín, llamando al estudio de la mecánica de la naturaleza Scientia naturalis, o ciencia natural. Gundissalinus también propuso su propia clasificación de las ciencias naturales en su obra de 1150 Sobre la división de la filosofía. Esta fue la primera clasificación detallada de las ciencias basada en la filosofía griega y árabe que llegó a Europa Occidental. Gundissalinus definió la ciencia natural como "la ciencia que considera solo cosas no abstractas y con movimiento", a diferencia de las matemáticas y las ciencias que se basan en las matemáticas.Siguiendo a Al-Farabi, separó las ciencias en ocho partes, incluidas la física, la cosmología, la meteorología, la ciencia de los minerales y la ciencia de las plantas y los animales.

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, mientras que definía las ciencias naturales como la ciencia que se ocupa de los cuerpos en movimiento. Roger Bacon, un fraile y filósofo inglés, escribió que las ciencias naturales se ocupan de "un principio de movimiento y reposo, como en las partes de los elementos de fuego, aire, tierra y agua, y en todas las cosas inanimadas hechas de ellos". Estas ciencias también cubrían las plantas, los animales y los cuerpos celestes.Más tarde, en el siglo XIII, un sacerdote católico y teólogo, Tomás de Aquino, definió las ciencias naturales como "seres móviles" y "cosas que dependen de un asunto no solo para su existencia sino también para su definición". Hubo un amplio acuerdo entre los estudiosos de la época medieval en que las ciencias naturales trataban de los cuerpos en movimiento, aunque hubo división sobre la inclusión de campos como la medicina, la música y la perspectiva. 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 elementos químicos elementales y si en la atmósfera se forma la lluvia.

En los siglos hasta el final de la Edad Media, las ciencias naturales a menudo se mezclaban con filosofías sobre magia y ocultismo. La filosofía natural apareció en una amplia gama de formas, desde tratados hasta enciclopedias y comentarios sobre Aristóteles. La interacción entre la filosofía natural y el cristianismo fue compleja durante este período; algunos de los primeros teólogos, incluidos Taciano y Eusebio, consideraban que la filosofía natural era un afloramiento de la ciencia griega pagana y sospechaban de ella. 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.La Condena de 1277, que prohibió poner la filosofía al mismo nivel que 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. Santo Tomás de Aquino y Alberto Magno, otro teólogo católico de la época, buscaron en sus obras distanciar la teología de la ciencia. "No veo qué tiene que ver la interpretación de Aristóteles con la enseñanza de la fe", escribió en 1271.

Newton y la revolución científica (1600-1800)

En los siglos XVI y XVII, la filosofía natural experimentó una evolución más allá de los comentarios sobre Aristóteles a medida que se descubría y traducía más filosofía griega temprana. 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. El descubrimiento de Cristóbal Colón de un nuevo mundo cambió las percepciones sobre la composición física del mundo, mientras que las observaciones de Copérnico, Tyco Brahe y Galileo trajeron una imagen más precisa del sistema solar como heliocéntrico y demostraron que muchas de las teorías de Aristóteles sobre los cuerpos celestes eran falsas.Varios filósofos del siglo XVII, incluidos Thomas Hobbes, John Locke y Francis Bacon, hicieron una ruptura con el pasado al rechazar rotundamente a Aristóteles y sus seguidores medievales, calificando su enfoque de la filosofía natural como superficial.

Los títulos de la obra de Galileo Two New Sciences y New Astronomy 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. Bacon jugó un papel decisivo en la popularización de este cambio; argumentó que las personas deberían usar las artes y las ciencias para obtener el dominio sobre la naturaleza. Para lograr esto, escribió que "la vida humana [debe] estar dotada de descubrimientos y poderes". 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".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. Los filósofos naturales llegaron a ver la naturaleza cada vez más como un mecanismo que podía ser desarmado y entendido, muy parecido a un reloj complejo. Filósofos naturales como Isaac Newton, Evangelista Torricelli y Francesco Redi realizaron experimentos centrados en el flujo de agua, midiendo la presión atmosférica con un barómetro y refutando la generación espontánea. Las sociedades científicas y las revistas científicas surgieron y se difundieron ampliamente a través de la imprenta, desencadenando la revolución científica. Newton en 1687 publicó suLos Principios Matemáticos de la Filosofía Natural, o Principia Mathematica, que sentaron las bases para las leyes físicas que se mantuvieron vigentes hasta el siglo XIX.

Algunos académicos modernos, incluidos Andrew Cunningham, Perry Williams y Floris Cohen, argumentan que la filosofía natural no se llama propiamente una ciencia y que la investigación científica genuina comenzó solo con la revolución científica. Según Cohen, "la emancipación de la ciencia de una entidad global llamada 'filosofía natural es una característica definitoria de la revolución científica". Otros historiadores de la ciencia, incluido Edward Grant, sostienen que la revolución científica que floreció en los siglos XVII, XVIII y XIX ocurrió 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..Grant argumenta 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 un trabajo temprano de la física moderna.

La revolución científica, que comenzó a afianzarse en el siglo XVII, representó una ruptura radical con los modos de investigación aristotélicos. Uno de sus principales avances fue el uso del método científico para investigar la naturaleza. Se recopilaron datos y se realizaron mediciones repetibles en experimentos. Luego, los científicos formularon hipótesis para explicar los resultados de estos experimentos. Luego, la hipótesis se probó utilizando el principio de falsabilidad para probar o refutar su precisión. Las ciencias naturales continuaron llamándose filosofía natural, pero la adopción del método científico llevó a la ciencia más allá del ámbito de la conjetura filosófica e introdujo una forma más estructurada de examinar la naturaleza.

Newton, un matemático y físico inglés, fue la figura seminal de la revolución científica. 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. Estas leyes se aplicaron tanto en la Tierra como en el espacio exterior, uniendo dos esferas del mundo físico que antes se pensaba que funcionaban independientemente una de la otra, de acuerdo con reglas físicas separadas. Newton, por ejemplo, demostró que las mareas eran causadas por la atracción gravitatoria de la luna. Otro de los avances de Newton fue hacer de las matemáticas una poderosa herramienta explicativa de los fenómenos naturales.Si bien los filósofos naturales habían utilizado durante mucho tiempo las matemáticas como un medio de medición y análisis, sus principios no se utilizaron como un medio para comprender la causa y el efecto en la naturaleza hasta Newton.

En los siglos XVIII y XIX, científicos como Charles-Augustin de Coulomb, Alessandro Volta y Michael Faraday se basaron en la mecánica newtoniana al explorar el electromagnetismo, o la interacción de fuerzas con cargas positivas y negativas en partículas cargadas eléctricamente. Faraday propuso que las fuerzas de la naturaleza operaban en "campos" que llenaban el espacio. La idea de los campos contrastaba con la construcción newtoniana de la gravitación como simplemente "acción a distancia", o la atracción de objetos sin que interviniera nada en el espacio entre ellos. James Clerk Maxwell en el siglo XIX unificó estos descubrimientos en una teoría coherente de la electrodinámica.Usando 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.

Los avances significativos en química también tuvieron lugar durante la revolución científica. Antoine Lavoisier, un químico francés, refutó la teoría del flogisto, que postulaba que las cosas se quemaban al liberar "flogisto" en el aire. Joseph Priestley había descubierto el oxígeno en el siglo XVIII, pero Lavoisier descubrió que la combustión era el resultado de la oxidación. También construyó una tabla de 33 elementos e inventó la nomenclatura química moderna. La ciencia biológica formal permaneció en su infancia en el siglo XVIII, cuando el enfoque se centró 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. Linnaeus en la década de 1750 introdujo nombres científicos para todas sus especies.

Desarrollos del siglo XIX (1800-1900)

En el siglo XIX, el estudio de la ciencia había entrado en el ámbito de los profesionales y las instituciones. Al hacerlo, adquirió gradualmente el nombre más moderno de ciencia natural. El término científico fue acuñado por William Whewell en una revisión de 1834 de On the Connexion of the Sciences de Mary Somerville. Pero la palabra no entró en uso general hasta casi el final del mismo siglo.

Ciencias naturales modernas (1900-presente)

Según un famoso libro de texto de 1923, Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances, del químico estadounidense Gilbert N. Lewis y el químico físico estadounidense Merle Randall, 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 largo alcance extraídas de un pequeño número de postulados primarios: la mecánica, la electrodinámica y la termodinámica.

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 física, química, astronomía y ciencias de la Tierra.