Отрасли науки , также называемые науками , научными областями или научными дисциплинами , обычно делятся на три основные группы :
Научное знание должно основываться на наблюдаемых явлениях и должно быть поддающимся проверке другими исследователями, работающими в тех же условиях. [2] Эта проверяемость может варьироваться даже в пределах одной научной дисциплины. [3] [4]
Естественные, социальные и формальные науки составляют фундаментальные науки , которые формируют основу междисциплинарности - и прикладные науки, такие как инженерия и медицина . Специализированные научные дисциплины, которые существуют в нескольких категориях, могут включать части других научных дисциплин, но часто обладают собственной терминологией и экспертизой . [5]
Формальные науки — это отрасли науки, изучающие формальные системы , такие как логика , математика , теоретическая информатика , теория информации , теория систем , теория принятия решений , статистика .
В отличие от других отраслей, формальные науки не занимаются обоснованностью теорий, основанных на наблюдениях в реальном мире ( эмпирическое знание ), а скорее свойствами формальных систем, основанных на определениях и правилах . Отсюда и разногласия по поводу того, действительно ли формальные науки являются наукой. Методы формальных наук, однако, необходимы для построения и проверки научных моделей, имеющих дело с наблюдаемой реальностью, [6] и крупные достижения в формальных науках часто способствовали крупным достижениям в эмпирических науках.
Логика (от греч . λογική , logikḗ , «обладающий разумом , интеллектуальный , диалектический , аргументативный ») [7] [8] [примечание 1] — это систематическое изучение правил вывода , т. е. отношений, которые приводят к принятию одного предложения ( заключения ) на основе набора других предложений ( предпосылок ). В более широком смысле, логика — это анализ и оценка аргументов . [9]
Традиционно она включает в себя классификацию аргументов; систематическое изложение логических форм ; обоснованность и обоснованность дедуктивных рассуждений ; силу индуктивных рассуждений ; изучение формальных доказательств и выводов (включая парадоксы и заблуждения ); а также изучение синтаксиса и семантики .
Исторически логика изучалась в философии (с древних времен) и математике (с середины 19 века). В последнее время логика изучалась в когнитивной науке , которая опирается на информатику , лингвистику , философию и психологию , среди других дисциплин.
Информатика — это академическая область, которая в первую очередь занимается анализом , сбором, классификацией , обработкой, хранением, извлечением , перемещением, распространением и защитой информации . Практики в этой области и за ее пределами изучают применение и использование знаний в организациях, а также взаимодействие между людьми, организациями и любыми существующими информационными системами с целью создания, замены, улучшения или понимания информационных систем.
Математика , в самом широком смысле, является всего лишь синонимом формальной науки; однако традиционно под математикой понимают совокупность четырех областей: арифметики , алгебры , геометрии и анализа , которые в определенной степени изучают количество, структуру, пространство и изменение соответственно.
Статистика – это наука о сборе, организации и интерпретации данных . [10] [11] Она занимается всеми аспектами этого, включая планирование сбора данных с точки зрения разработки опросов и экспериментов . [10]
Статистик — это тот, кто особенно хорошо разбирается в способах мышления, необходимых для успешного применения статистического анализа. Такие люди часто приобретали этот опыт, работая в любой из множества областей . Существует также дисциплина, называемая математической статистикой , которая занимается теоретической основой предмета.
Слово статистика , когда оно относится к научной дисциплине, употребляется в единственном числе, например, «Статистика — это искусство». [12] Его не следует путать со словом статистика , относящимся к величине (например, среднее значение или медиана ), вычисляемой на основе набора данных, [13] множественное число которого — статистика («эта статистика кажется неверной» или «эта статистика вводит в заблуждение»).
Теория систем — это трансдисциплинарное изучение систем в целом, призванное прояснить принципы, которые могут быть применены ко всем типам систем во всех областях исследований. Этот термин пока не имеет устоявшегося, точного значения, но теорию систем можно обоснованно считать специализацией системного мышления и обобщением системной науки . Термин берет свое начало в Общей теории систем (GST) Берталанфи и использовался в более поздних работах в других областях, таких как теория действия Талкотта Парсонса и социологический аутопоэзис Никласа Лумана .
В этом контексте слово « системы» используется для обозначения конкретно саморегулирующихся систем, т.е. тех, которые самокорректируются посредством обратной связи . Саморегулирующиеся системы встречаются в природе, включая физиологические системы человеческого организма, в локальных и глобальных экосистемах и климате.
Теория принятия решений (или теория выбора, не путать с теорией выбора ) — это изучение выбора агента . [14] Теорию принятия решений можно разделить на две ветви: нормативную теорию принятия решений, которая анализирует результаты решений или определяет оптимальные решения с учетом ограничений и предположений, и описательную теорию принятия решений, которая анализирует, как агенты на самом деле принимают решения.
Теория принятия решений тесно связана с областью теории игр [15] и является междисциплинарной темой, изучаемой экономистами, статистиками, психологами, биологами [16] , политологами и другими социальными учеными, философами [17] и компьютерщиками.
Эмпирические приложения этой содержательной теории обычно осуществляются с помощью статистических и эконометрических методов.
Теоретическая информатика ( ТИК ) — это подмножество общей информатики и математики , которое фокусируется на более математических темах вычислений и включает в себя теорию вычислений .
Трудно точно очертить теоретические области. Специальная группа по интересам в области алгоритмов и теории вычислений (SIGACT) Ассоциации вычислительной теории ( ACM ) дает следующее описание: [18]
TCS охватывает широкий спектр тем, включая алгоритмы , структуры данных , вычислительную сложность , параллельные и распределенные вычисления, вероятностные вычисления , квантовые вычисления , теорию автоматов , теорию информации , криптографию , семантику и верификацию программ , машинное обучение , вычислительную биологию , вычислительную экономику , вычислительную геометрию и вычислительную теорию чисел и алгебру . Работа в этой области часто отличается акцентом на математической технике и строгости .
Естественные науки — это раздел науки, занимающийся описанием, прогнозированием и пониманием природных явлений на основе эмпирических данных , полученных в результате наблюдений и экспериментов . Такие механизмы, как экспертная оценка и повторяемость результатов, используются для того, чтобы попытаться обеспечить обоснованность научных достижений.
Естественные науки можно разделить на две основные ветви: науки о жизни и физические науки . Науки о жизни также известны как биология , а физические науки подразделяются на ветви: физика , химия , астрономия и науки о Земле . Эти ветви естественных наук могут быть далее разделены на более специализированные ветви (также известные как области).
Физическая наука — это охватывающий термин для отраслей естественных наук, которые изучают неживые системы, в отличие от наук о жизни. Однако термин «физический» создает непреднамеренное, несколько произвольное различие, поскольку многие отрасли физической науки также изучают биологические явления. Существует разница между физической наукой и физикой.
Физика (от древнегреческого : φύσις , романизированного : physis , букв. «природа») — естественная наука , которая занимается изучением материи [примечание 2] и ее движения в пространстве-времени , а также связанных с ней понятий, таких как энергия и сила . [20] В более широком смысле, это общий анализ природы , проводимый с целью понять, как ведет себя Вселенная . [21] [22] [примечание 3]
Физика является одной из старейших академических дисциплин , возможно, старейшей из-за включения в нее астрономии . [примечание 4] В течение последних двух тысячелетий физика была частью естественной философии наряду с химией , некоторыми разделами математики и биологией , но во время научной революции в 16 веке естественные науки появились как уникальные исследовательские программы сами по себе. [примечание 5] Некоторые области исследований являются междисциплинарными , например, биофизика и квантовая химия , что означает, что границы физики не определены жестко . В девятнадцатом и двадцатом веках физикализм появился как основная объединяющая черта философии науки , поскольку физика дает фундаментальные объяснения для каждого наблюдаемого природного явления . Новые идеи в физике часто объясняют фундаментальные механизмы других наук, одновременно открывая новые области исследований в математике и философии.
Химия (этимология слова была предметом многочисленных споров) [примечание 6] — это наука о материи и изменениях, которые она претерпевает. Наукой о материи занимается также физика , но в то время как физика придерживается более общего и фундаментального подхода, химия более специализирована, занимаясь составом, поведением (или реакцией), структурой и свойствами материи , а также изменениями, которые она претерпевает в ходе химических реакций . [23] [24] Это физическая наука , которая изучает различные вещества , атомы , молекулы и материю (особенно на основе углерода). Примерами субдисциплин химии являются: биохимия , изучение веществ, обнаруженных в биологических организмах ; физическая химия , изучение химических процессов с использованием физических концепций, таких как термодинамика и квантовая механика ; и аналитическая химия , анализ образцов материалов для получения представления об их химическом составе и структуре . В последние годы появилось много более специализированных дисциплин, например, нейрохимия, химическое исследование нервной системы .
Науки о Земле (также известные как геонауки , геонауки или науки о Земле ) — всеобъемлющий термин для наук , связанных с планетой Земля . [25] Это, возможно, особый случай в планетарной науке , поскольку Земля является единственной известной планетой, на которой есть жизнь . Существуют как редукционистские , так и целостные подходы к наукам о Земле. Формальная дисциплина наук о Земле может включать изучение атмосферы , гидросферы , литосферы и биосферы , а также твердой Земли . Обычно ученые, изучающие Землю, используют инструменты из физики , химии , биологии , географии , хронологии и математики для построения количественного понимания того, как работает система Земли и как она эволюционировала до своего нынешнего состояния.
Геология (от древнегреческого γῆ, gē («земля») и -λoγία, -logia , («изучение», «дискурс») [26] [27] ) — наука о Земле, изучающая твердую Землю , породы , из которых она состоит, и процессы, посредством которых они изменяются с течением времени. Геология также может включать изучение твердых особенностей любой земной планеты или естественного спутника, такого как Марс или Луна . Современная геология в значительной степени пересекается со всеми другими науками о Земле, включая гидрологию и науки об атмосфере , и поэтому рассматривается как один из основных аспектов комплексной науки о системе Земли и планетарной науки .
Океанография , или морская наука , является отраслью наук о Земле , которая изучает океан. Она охватывает широкий спектр тем, включая морские организмы и динамику экосистемы ; океанские течения , волны и геофизическую динамику жидкости; тектонику плит и геологию морского дна; и потоки различных химических веществ и физических свойств в океане и через его границы. Эти разнообразные темы отражают множество дисциплин, которые океанографы объединяют для дальнейшего изучения мирового океана и понимания процессов в нем: биологию , химию , геологию , метеорологию и физику , а также географию .
Метеорология — это междисциплинарное научное изучение атмосферы . Исследования в этой области ведутся уже тысячелетия, хотя существенный прогресс в метеорологии произошел только в 17 веке. В 19 веке произошел прорыв после того, как наблюдательные сети были разработаны в нескольких странах. После разработки компьютера во второй половине 20 века был достигнут прорыв в прогнозировании погоды .
Космическая наука — это изучение всего, что находится в космическом пространстве. [28] Иногда это называют астрономией , но в последнее время астрономию стали рассматривать как раздел более широкой космической науки, которая разрослась и включила в себя другие смежные области, [29] такие как изучение вопросов, связанных с космическими путешествиями и исследованием космоса (включая космическую медицину ), космическую археологию [30] и науку, осуществляемую в космическом пространстве (см. космические исследования ).
Науки о жизни , также известные как биология , являются естественной наукой , изучающей жизнь, такую как микроорганизмы , растения и животные , включая людей , - включая их физическую структуру , химические процессы , молекулярные взаимодействия , физиологические механизмы , развитие и эволюцию . [31] Несмотря на сложность науки, некоторые объединяющие концепции объединяют ее в единую, связную область. Биология признает клетку как основную единицу жизни, гены как основную единицу наследственности , а эволюцию как двигатель, который продвигает создание и вымирание видов . Живые организмы являются открытыми системами , которые выживают, преобразуя энергию и уменьшая свою локальную энтропию [32] для поддержания стабильного и жизненно важного состояния, определяемого как гомеостаз . [33]
Биохимия , или биологическая химия , — это изучение химических процессов внутри и в отношении живых организмов . [34] Это субдисциплина как биологии, так и химии, и с редукционистской точки зрения она является фундаментальной в биологии. Биохимия тесно связана с молекулярной биологией , клеточной биологией , генетикой и физиологией .
Микробиология — это изучение микроорганизмов , которые бывают одноклеточными (отдельная клетка), многоклеточными (клеточная колония) или бесклеточными (отсутствуют клетки). Микробиология охватывает многочисленные субдисциплины, включая вирусологию , бактериологию , протистологию , микологию , иммунологию и паразитологию .
Ботаника , также называемая наукой о растениях , биологией растений или фитологией , является наукой о жизни растений и разделом биологии . Традиционно ботаника также включала изучение грибов и водорослей микологами и фикологами соответственно, при этом изучение этих трех групп организмов остается в сфере интересов Международного ботанического конгресса . В настоящее время ботаники (в строгом смысле) изучают около 410 000 видов наземных растений , из которых около 391 000 видов являются сосудистыми растениями (включая около 369 000 видов цветковых растений ), [35] и около 20 000 являются мохообразными . [36]
Зоология ( / z oʊ ˈ ɒ l ə dʒ i / ) [примечание 7] — раздел биологии , изучающий царство животных, включая структуру , эмбриологию , эволюцию , классификацию , привычки и распространение всех животных , как ныне живущих, так и вымерших , и то, как они взаимодействуют со своими экосистемами. Термин происходит от древнегреческого ζῷον, zōion , т. е. « животное » и λόγος, logos , т. е. «знание, изучение». [37] Некоторые разделы зоологии включают: антрозоологию , арахнологию , археозоологию , цетологию , эмбриологию , энтомологию , гельминтологию , герпетологию , гистологию , ихтиологию , малакологию , маммологию , морфологию , нематологию , орнитологию , палеозоологию , патологию , приматологию , протозоологию , таксономию и зоогеографию .
Экология (от греч . οἶκος , «дом» или «окружающая среда»; -λογία , «изучение») [примечание 8] — раздел биологии [38], изучающий взаимодействие организмов и их биофизической среды , которая включает как биотические , так и абиотические компоненты. К интересующим темам относятся биоразнообразие , распределение, биомасса и популяции организмов, а также сотрудничество и конкуренция внутри видов и между ними . Экосистемы — это динамически взаимодействующие системы организмов , сообществ, которые они составляют, и неживых компонентов их среды. Экосистемные процессы, такие как первичное производство , педогенез , круговорот питательных веществ и построение ниш , регулируют поток энергии и вещества через среду. Организмы с определенными чертами жизненного цикла поддерживают эти процессы.
Социальная наука — это отрасль науки, посвященная изучению обществ и отношений между людьми в этих обществах. Ранее этот термин использовался для обозначения области социологии , изначальной «науки об обществе», созданной в 19 веке. Помимо социологии, в настоящее время она охватывает широкий спектр академических дисциплин , включая антропологию , археологию , экономику , образование , историю , географию общества , право , лингвистику , политологию и психологию .
Позитивистские социальные ученые используют методы, напоминающие методы естественных наук , в качестве инструментов для понимания общества, и таким образом определяют науку в ее более строгом современном смысле . Интерпретативистские социальные ученые, напротив, могут использовать социальную критику или символическую интерпретацию, а не строить эмпирически фальсифицируемые теории. В современной академической практике исследователи часто эклектичны , используя множественные методологии (например, комбинируя как количественные , так и качественные исследования ). Термин « социальное исследование » также приобрел определенную степень автономии, поскольку практики из разных дисциплин разделяют его цели и методы.
Прикладная наука — это использование существующих научных знаний для достижения практических целей, таких как создание технологий или изобретений.
В рамках естественных наук дисциплины, которые являются фундаментальными науками, разрабатывают базовую информацию для объяснения и, возможно, предсказания явлений в естественном мире. Прикладная наука — это использование научных процессов и знаний в качестве средств для достижения особенно практичного или полезного результата. Это включает в себя широкий спектр областей, связанных с прикладной наукой, включая сельскохозяйственные науки , инженерию и медицину .
Прикладная наука может также применять формальную науку , такую как статистика и теория вероятностей , как в эпидемиологии . Генетическая эпидемиология — это прикладная наука, применяющая как биологические, так и статистические методы.
Взаимосвязи между отраслями науки суммированы в таблице [39]
Метанаука относится к области науки, которая касается самой науки, или включает ее. OpenAlex и Scholia можно использовать для визуализации и изучения научных областей и тем исследований.
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Физическая наука — это раздел знаний, который касается порядка природы или, другими словами, закономерной последовательности событий.
Физика —
экспериментальная
наука. Физики наблюдают явления природы и пытаются найти закономерности и принципы, связывающие эти явления. Эти закономерности называются физическими теориями или, когда они очень хорошо обоснованы и широко используются, физическими законами или принципами.
Физика — это наука о вашем мире, а также о мире и вселенной вокруг вас.