自然科學

自然科學是研究自然界的物質形態、結構、性質和運動規律的科學。它包括物理學、化學、生物學、天文學、地球科學基礎科學和醫學、農學、材料科學、環境科學等應用科學，它是人類改造自然的實踐經驗即生產鬥爭經驗的總結。它的發展取決於生產的發展。

原始社會中，人類對自然界的鬥爭，因生產工具簡單、粗笨，還受到原始宗教及其他意識的影響，自然科學的發展是緩慢的。不過，人類取得的每一個科技進步，都推動了生產的發展，同時又促進自然科學知識的不斷積累，預示着科技的新突破。因此，儘管當時的人們尚處於矇昧與野蠻狀態，他們在與自然界的鬥爭的過程中，以辛勤的勞動與聰明智慧，不斷地推動着科學技術的發展。

西班牙塔拉戈納市附近莫利·德·賽特（Molí del Salt）古人類遺址，西班牙羅維拉·維爾吉利大學（Universitat Rovira i Virgili）和加泰羅尼亞人類古生態學與社會進化研究所（the Catalan Institute of Human Paleoecology and Social Evolution）共同合作的一項考古研究表明，舊石器時代晚期的人類已開始循環使用石器類生活用品。該研究結論發表在最新一期美國《考古學期刊》（Journal of Archaeological Science）上。

研究人員是在對西班牙塔拉戈納市附近莫利·德·賽特（Molí del Salt）古人類遺址出土的燃燒過的石器製品進行研究後得出上述結論的。他們認為，這些燃燒過的石器製品可以用來判斷循環利用前後石器的不同形態。研究結果表明，循環利用生活用品的現象在舊石器時代晚期已十分普遍。這種循環利用的行為主要是為了應急。研究表明，舊石器時代晚期，人們在日常生活中遇到緊急情況時，為了避免因四處尋找製作工具的材料而浪費時間，開始選擇使用此前在當地居住的部落遺棄的工具進行加工。這也成為當時的人們選擇居住地所要考慮的因素之一。

方位的確定對人們的生產、生活有着重要的意義，古人們很早就掌握了方位的辨別知識。他們從日出、日落及日落後北斗等星體出現的規律中探索出東南西北的不同方位。他們在營造房舍、埋葬死者時，都注意到朝向。例如住房的朝向大多選擇南向；同一個墓地，甚至同一個考古學文化的不同墓地中，絕大多數死者的頭都朝着同一個方向。雖然其中有些朝向與正方向（正南、正北等）略有偏差，基本方向都是不變的（少數不同方向的墓葬，應與死因有關）。如西安半坡墓地中墓葬的排列十分整齊，它們的方向基本一致，略有偏差者也與正西方向相差不超過 20°。在年代更早的新鄭裴李崗墓地清理的 114 座墓葬，均為長方形豎穴墓，排列密集，很有規律，所有頭向均朝南或稍偏西。這些事例説明，距今 8000 年前的人們就已基本掌握了定向的方法。

一般認為，古希臘人泰勒斯、亞里士多德是自然科學的創始人，伽利略·伽利雷是將實驗引入自然科學的首倡人。18世紀以前歐洲自然科學與哲學幾乎不可分開，勒內·笛卡爾、戈特弗裏德·威廉·萊布尼茨、約翰·洛克等等著名的哲學家同時也是自然科學家。在自然科學發展的早期，對自然物體或者分類的系統研究稱之為博物學（英文：natural history，拉丁文：historia naturalis）。

物理學（physics）是研究自然界最一般的運動規律、相互作用，以及物質的基本存在狀態與結構層次的科學，是一門以實驗為基礎的自然科學。其理論結構充分地運用數學作為自己的工作語言，以實驗作為檢驗理論正確性的標準，因此它是最精密的一門自然科學。

物理學的一個永恆主題是尋找各種序、對稱性和對稱破缺、守恆律或不變性。一切自然現象都不會與物理學的定律相違背，因此，物理學是其他自然科學及一切現代科技的基礎。

實際的物理現象和物理規律一般比較複雜，涉及到許多因素。捨棄次要因素，抓住主要因素，從而突出客觀事物的本質特徵，這就叫構建物理模型。物理學的精髓是為研究對象建立物理模型，通過數學工具研究模型，再對研究對象做出解釋和預測。

物理模型、物理定律、物理公式/方程、物理圖像共同構成了物理理論的基本表現形式，它們都是物理語言的重要組成部分。

物理學的核心內容值得所有人普及，現行課本應加強近代物理學的普及，因為它所涉及的現象直觀上一般不能察覺，實際上客觀存在，而且許多傳説中一些離奇的自然現象都可以藉助近現代物理學（即相對論、量子力學、非線性物理學等）一一解釋。可見，物理學在人類“科學地認識自然、破除迷信”當中的地位何等重要。

化學（chemistry）是從原子、分子層面研究物質的組成、結構、性質、以及變化規律的科學。

不同於研究尺度更小的粒子物理學與核物理學，化學研究的物質結構尺度——元素、原子、分子、離子（團）與相互作用尺度——化學鍵、分子間作用力，是與人類生存的宏觀世界中物質和材料最為息息相關的微觀自然規律。宇宙是由物質組成的，作為溝通微觀與宏觀物質世界的重要橋樑，化學是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一。

化學是一門歷史悠久而又富有活力的學科，它的成就是社會文明的重要標誌。從開始用火的原始社會，到使用各種人造物質的現代社會，人類都在享用化學成果。人類的生活能夠不斷提高和改善，化學的貢獻在其中起了重要的作用。化學與人類進步和社會發展的關係非常密切，它的成就是社會物質文明的重要標誌。因此，化學是“材料科學的基礎、物質科學的核心、物質工業的後盾”，它是一門歷史悠久而又富有活力的學科。

生物學（biology）又稱生命科學，是研究生命現象、生命活動的本質、特徵和發生、發展規律的科學。可以用於有效地控制生命活動，能動地改造生物界，造福人類。生物學與人類生存、人民健康、經濟建設和社會發展有着密切關係，是當今在全球範圍內最受關注的基礎自然科學。

生物學源自博物學，經歷了實驗生物學、分子生物學，而進入了系統生物學時期。

地球科學（Earth science/geoscience）是以地球系統（包括大氣圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空間）的過程與變化及其相互作用為研究對象的科學。主要包括地理學、地質學、地球物理學、地球化學、大氣科學、海洋學以及新的交叉學科（地球系統科學、地球信息科學）等分支學科。

天文學（astronomy）是研究宇宙空間天體、宇宙的結構和發展的科學。內容包括天體的構造、性質和運行規律等。主要通過觀測天體發射到地球的輻射，發現並測量它們的位置、探索它們的運動規律、研究它們的物理性質、化學組成、內部結構、能量來源及其演化規律。

科學實驗、生產實踐和社會實踐並稱為人類的三大實踐活動。實踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗理論正確與否的惟一標準，科學實驗就是自然科學理論的源泉和檢驗標準。特別是現代自然科學研究中，任何新的發現、新的發明、新的理論的提出都必須以能夠重現的實驗結果為依據，否則就不能被他人所接受，甚至連已發表的學術論文都可能被撤稿。即便是一個純粹的理論研究者，他也必須對他所關注的實驗結果，甚至實驗過程有相當深入的瞭解才行。因此，可以説，科學實驗是自然科學發展中極為重要的活動和研究方法。

數學方法有兩個不同的概念，在方法論全書中的數學方法指研究和發展數學時的思想方法，而這裏所要闡述的數學方法則是在自然科學研究中經常採用的一種思想方法，其內涵是:它是科學抽象的一種思維方法，其根本特點在於撇開研究對象的其他一切特性，只抽取出各種量、量的變化及各量之間的關係，也就是在符合客觀的前提下，使科學概念或原理符號化、公式化，利用數學語言（即數學工具）對符號進行邏輯推導、運算、演算和量的分析，以形成對研究對象的數學解釋和預測，從量的方面揭示研究對象的規律性。這種特殊的抽象方法，稱為數學方法。

系統科學是關於系統及其演化規律的科學。儘管這門學科自20世紀上半葉才產生，但由於其具有廣泛的應用價值，發展十分迅速，現已成為一個包括眾多分支的科學領域。它包括有：一般系統論、控制論、信息論、系統工程、大系統理論、系統動力學、運籌學、博弈論、耗散結構理論、協同學、超循環理論、一般生命系統論、社會系統論、泛系分析、灰色系統理論等分支。這些分支，各自研究不同的系統。自然界本身就是一個無限大、無限複雜的系統，在自然界中包括着許許多多不同的系統，系統是一種普遍存在。一切事物和過程都可以看作組織性程度不同的系統，從而使系統科學的原理具有一般性和較高的普遍性。利用系統科學的原理，研究各種系統的結構、功能及其進化的規律，稱為系統科學方法，它已得到各研究領域的廣泛應用，尤其在生物學領域（生態系統）和經濟領域（經濟管理系統）中的應用最為引人注目。系統科學研究有兩個基本特點：其一是它與工程技術、經濟建設、企業管理、環境科學等聯繫密切，具有很強的應用性；其二是它的理論基礎不僅是系統論，而且還依賴於各有關的專門學科，與現代一些數學分支學科有密切關係。正因為如此，人們認為系統科學方法一般指研究系統的數學模型及系統的結構和設計方法。 ^[5] 

自然科學是研究世界規律的客觀的科學。不同於自然科學的普世性，社會科學在不同具體條件下存在差異性，需要具體情況具體分析。自然科學含括了許多領域的研究，自然科學通常試圖解釋世界是依照自然程序而運作，而非經由超自然的方式，其實建立於敬畏宇宙自然本身。自然科學一詞也是用來定位“科學”是遵守科學方法的一個學科。自然科學（natural science）是研究無機自然界和包括人的生物屬性在內的有機自然界的各門科學的總稱。其認識的對象是整個自然界，即自然界物質的各種類型、狀態、屬性及運動形式。其認識的任務在於揭示自然界發生的現象和過程的實質，進而把握這些現象和過程的規律性，並預見新的現象和過程，為在社會實踐中合理而有目的地利用自然界的規律開闢各種可能的途徑。

社會科學是關於社會事物的本質及其規律的科學。社會科學是科學化的研究人類社會現象的科學。如社會學主要研究社會的機制，政治學研究政治、政策和有關的活動，經濟學研究資源分配，人類學研究人類文化、習俗，歷史學研究有史料時代的歷史，傳播學研究傳播方式，教育學研究教育方法，心理學研究人類心理，語言學研究人類語言的發展、運用，地理學研究人類社會在地域上的特點，法學研究法律的作用。