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Ciencias naturales

Las ciencias naturales buscan comprender cómo funcionan el mundo y el universo que nos rodea. Existen cinco ramas principales, indicadas por las fotos de arriba, tomadas en el s...

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Las ciencias naturales buscan comprender cómo funcionan el mundo y el universo que nos rodea. Existen cinco ramas principales, indicadas por las fotos de arriba, tomadas en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior izquierda: astronomía , química , ciencias de la Tierra , biología y física .

La ciencia natural o empírica es una rama de la ciencia que se ocupa de la descripción, comprensión y predicción de los fenómenos naturales, basándose en evidencia empírica obtenida mediante la observación y la experimentación . [ 1 ] Se utilizan mecanismos como la revisión por pares y la reproducibilidad de los hallazgos para intentar garantizar la validez de los avances científicos.

Las ciencias naturales se dividen en dos ramas principales: ciencias de la vida y ciencias físicas . Las ciencias de la vida también se conocen como biología . Las ciencias físicas se subdividen en física , astronomía , ciencias de la Tierra y química . Estas ramas de las ciencias naturales pueden subdividirse 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 , para convertir la información sobre la naturaleza en mediciones que pueden explicarse como enunciados claros de las " leyes de la naturaleza ". [ 2 ]

La ciencia natural moderna sucedió a los enfoques más clásicos de la filosofía natural . Galileo Galilei , Johannes Kepler , René Descartes , Francis Bacon e Isaac Newton debatieron sobre las ventajas de un método más matemático frente a uno más experimental en la investigación de la naturaleza. Sin embargo, las perspectivas filosóficas, las conjeturas y las presuposiciones , a menudo pasadas por alto, siguen siendo necesarias en la ciencia natural. [ 3 ] La recopilación sistemática de datos, incluyendo la ciencia del descubrimiento , sucedió a la historia natural , que surgió en el siglo XVI al describir y clasificar plantas, animales, minerales, etc. [ 4 ] Hoy en día, "historia natural" sugiere descripciones observacionales dirigidas a un público general. [ 5 ]

Criterios

Los filósofos de la ciencia han sugerido varios criterios, incluido el controvertido criterio de falsabilidad de Karl Popper , para ayudarles a diferenciar los esfuerzos científicos de los no científicos. [ 6 ] [ 7 ] La validez , la precisión y el control de calidad, como la revisión por pares y la reproducibilidad de los hallazgos, se encuentran entre los criterios más respetados en la comunidad científica global actual. [ 8 ] [ 9 ]

En ciencias naturales, las afirmaciones de imposibilidad suelen aceptarse como abrumadoramente probables, en lugar de considerarse probadas hasta el punto de ser irrefutables. Esta fuerte aceptación se basa en una amplia evidencia de que algo no ocurre, junto con una teoría subyacente, muy eficaz en la predicción, cuyas premisas conducen lógicamente a la conclusión de que algo es imposible. Si bien una afirmación de imposibilidad en ciencias naturales nunca puede probarse, podría refutarse mediante la observación de un único contraejemplo. Dicho contraejemplo requeriría que se reexaminaran las premisas de la teoría que implica la imposibilidad.

Ramas de las ciencias naturales

Astronomía

La astronomía es una ciencia natural que estudia los objetos y fenómenos celestes. Entre los objetos de interés se incluyen planetas, lunas, estrellas, nebulosas, galaxias y cometas. La astronomía estudia todo lo que existe en el universo más allá de la atmósfera terrestre, incluyendo los objetos que se pueden observar a simple vista. Es una de las ciencias más antiguas.

Los astrónomos de las primeras civilizaciones realizaban observaciones metódicas del cielo nocturno, y se han encontrado artefactos astronómicos de épocas mucho más antiguas. Existen dos tipos de astronomía: la astronomía observacional y la astronomía teórica. La astronomía observacional se centra en la adquisición y el análisis de datos, principalmente mediante principios básicos de la física. En cambio, la astronomía teórica se orienta al desarrollo de modelos informáticos o analíticos para describir objetos y fenómenos astronómicos.

Se han utilizado misiones espaciales tripuladas y no tripuladas para obtener imágenes de lugares distantes dentro del Sistema Solar , como esta vista del cráter Dédalo en la cara oculta de la Luna tomada por el Apolo 11 .

Esta disciplina es la ciencia de los objetos y fenómenos celestes que se originan fuera de la atmósfera terrestre . Se ocupa de la evolución, la física , la química , la meteorología , la geología y el movimiento de los objetos celestes, así como de la formación y el desarrollo del universo .

La astronomía abarca el examen, el estudio y la modelización de estrellas, planetas y cometas. La mayor parte de la información que utilizan los astrónomos se obtiene mediante observación remota. Sin embargo, también se han realizado algunas reproducciones en laboratorio de fenómenos celestes (como la química molecular del medio interestelar ). Existe una considerable superposición con la física y en algunas áreas de las ciencias de la Tierra . También existen campos interdisciplinarios como la astrofísica , las ciencias planetarias y la cosmología , junto con disciplinas afines como la física espacial y la astroquímica .

Si bien el estudio de los fenómenos y características celestes se remonta 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 Galileo para examinar el cielo nocturno con mayor detalle.

El tratamiento matemático de la astronomía comenzó con el desarrollo de la mecánica celeste y las leyes de la gravitación por parte de Newton . Sin embargo, fue impulsado por trabajos anteriores de astrónomos como Kepler . Para 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 mucho más avanzados y la creación de observatorios profesionales.

Química

Esta fórmula estructural de la molécula de cafeína muestra una representación gráfica de cómo se disponen los átomos. Representaciones estructurales similares se utilizan en química orgánica , una rama importante de la química.

La química, que constituye el estudio científico de la materia a escala atómica y molecular , se ocupa principalmente de conjuntos de átomos, como gases , moléculas, cristales y metales . Se estudian la composición, las propiedades estadísticas, las transformaciones y las reacciones de estos materiales. La química también implica comprender las propiedades e interacciones de átomos y moléculas individuales para su uso en aplicaciones a mayor escala.

La mayoría de los procesos químicos pueden estudiarse 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 suele denominarse " la ciencia central " debido a su papel en la conexión con las demás ciencias naturales.

Los primeros experimentos en química tuvieron sus raíces en el sistema de la alquimia , un conjunto de creencias que combinaban el misticismo con la experimentación física. La ciencia de la química comenzó a desarrollarse con el trabajo de Robert Boyle , descubridor de los gases , 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 propició una industria química complementaria que hoy desempeña un papel importante en la economía mundial.

Biología

Células de cebolla ( Allium ) en diferentes fases del ciclo celular. El crecimiento en un organismo se controla cuidadosamente regulando el ciclo celular.

Este campo abarca diversas disciplinas que examinan fenómenos relacionados con los organismos vivos. El alcance del estudio puede variar desde la 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 .

Las disciplinas biológicas de la botánica , la zoología y la medicina se remontan a los albores 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 consolidó como una ciencia unificada. Una vez que los científicos descubrieron las características comunes entre todos los seres vivos, se decidió que lo mejor era estudiarlos en su conjunto.

Algunos avances clave en biología fueron el descubrimiento de la genética , la evolución por selección natural , la teoría microbiana de las enfermedades y la aplicación de las técnicas de la química y la física a nivel celular o de molécula orgánica .

La biología moderna se divide en subdisciplinas según el tipo de organismo y la escala de estudio. La biología molecular estudia la química fundamental de la vida, mientras que la biología celular examina la célula, el componente básico de toda la vida. A un nivel superior, la anatomía y la fisiología estudian las estructuras internas y las funciones de un organismo, mientras que la ecología analiza cómo se interrelacionan los distintos organismos.

Ciencias de la Tierra

Las ciencias de la Tierra (también conocidas como geociencias) son un término general que engloba las ciencias relacionadas con el planeta Tierra , incluyendo la geología , la geografía , la geofísica , la geoquímica , la climatología , la glaciología , la hidrología , la meteorología y la oceanografía .

Si bien la minería y las piedras preciosas han sido de interés humano a lo largo de la historia de la civilización, el desarrollo de las ciencias relacionadas, como la geología económica y la mineralogía , no se produjo hasta el siglo XVIII. El estudio de la Tierra, en particular 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. Hoy en día, las ciencias de la Tierra están estrechamente vinculadas con los recursos petrolíferos y minerales , la investigación climática y la evaluación y remediación ambiental .

ciencias atmosféricas

Aunque a veces se la considera junto con las ciencias de la Tierra, debido al desarrollo independiente de sus conceptos, técnicas y prácticas, así como al hecho de que abarca una amplia gama de subdisciplinas, la ciencia atmosférica también se considera una rama independiente de las ciencias naturales. Este campo estudia las características de las diferentes capas de la atmósfera, desde el nivel del suelo hasta el límite del espacio. La escala temporal del estudio también varía desde días hasta siglos. En ocasiones, este campo también incluye el estudio de los patrones climáticos en planetas distintos de la Tierra. [ 10 ]

Oceanografía

El estudio serio de los océanos comenzó en el siglo XIX. Como campo de las ciencias naturales, es relativamente joven, pero existen programas independientes que ofrecen especializaciones en la materia. Si bien persisten algunas controversias sobre su categorización dentro de las ciencias de la Tierra, las ciencias interdisciplinarias o como un campo independiente, la mayoría de los investigadores actuales coinciden en que ha alcanzado un nivel de madurez que le permite contar con sus propios paradigmas y prácticas. [ 11 ]

Ciencias planetarias

La ciencia planetaria , o planetología, es el estudio científico de los planetas, que incluyen planetas terrestres como la Tierra y otros tipos de planetas, como gigantes gaseosos y gigantes de hielo . La ciencia planetaria también se ocupa de otros cuerpos celestes, como planetas enanos , lunas , asteroides y cometas . Esto incluye principalmente el Sistema Solar , pero recientemente ha comenzado a expandirse a los exoplanetas , en particular a los terrestres. Explora diversos objetos, desde micrometeoroides hasta gigantes gaseosos, para determinar su composición, movimientos, génesis, interrelación y pasado. La ciencia planetaria es un campo interdisciplinario, que se originó en la astronomía y las ciencias de la Tierra , y que actualmente abarca multitud de áreas, como la geología planetaria , la cosmoquímica , la ciencia atmosférica , la física , la oceanografía , la hidrología , la planetología teórica , la glaciología y la exoplanetología. Los campos relacionados abarcan la física espacial , que profundiza en el impacto del Sol sobre los cuerpos del Sistema Solar, y la astrobiología .

La ciencia planetaria comprende ramas interconectadas de observación y teoría. La investigación observacional implica una combinación de exploración espacial , principalmente mediante misiones de naves espaciales robóticas que utilizan teledetección , y trabajo experimental comparativo realizado en laboratorios terrestres. El aspecto teórico incluye un extenso modelado matemático y simulación por computadora .

Por lo general, los científicos planetarios se integran en los departamentos de astronomía y física o ciencias de la Tierra de universidades o centros de investigación. Sin embargo, también existen institutos dedicados a la ciencia planetaria en todo el mundo. Generalmente, quienes aspiran a una carrera en ciencia planetaria realizan estudios de posgrado en ciencias de la Tierra, astronomía, astrofísica, geofísica o física. Posteriormente, centran su investigación en la disciplina de la ciencia planetaria. Anualmente se celebran importantes congresos y numerosas revistas científicas revisadas por pares cubren los diversos intereses de investigación en ciencia planetaria. Algunos científicos planetarios trabajan para centros de investigación privados y participan frecuentemente en proyectos de investigación colaborativa.

Física

Un dipolo eléctrico oscilante puede representarse gráficamente en el plano xz para describir el comportamiento de su radiación. Su descripción matemática constituye un problema estándar en electromagnetismo , una rama importante de la física.

La física abarca el estudio de los componentes fundamentales del universo , las fuerzas e interacciones que ejercen entre sí y los resultados que se derivan de dichas interacciones. Generalmente se considera fundamental porque todas las demás ciencias naturales utilizan y obedecen sus principios y leyes. La física se basa en gran medida en las matemáticas , en particular en el cálculo , como marco lógico para formular y cuantificar principios.

El estudio de los principios del universo tiene una larga historia y se basa principalmente en la observación directa y la experimentación. La formulación de teorías sobre las leyes que rigen el universo ha sido fundamental para el estudio de la física desde sus inicios, si bien la filosofía fue cediendo gradualmente el protagonismo a las pruebas y observaciones experimentales sistemáticas y cuantitativas como fuente de verificación. Entre los principales avances históricos en física se 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 cuántico de la física atómica y subatómica.

El campo de la física es vasto y abarca estudios tan diversos como la mecánica cuántica , la física teórica , la física aplicada y la óptica . La física moderna se especializa cada vez más, y los investigadores tienden a centrarse en un área específica en lugar de ser "universalistas" como Isaac Newton , Albert Einstein y Lev Landau , quienes trabajaron en múltiples áreas.

Estudios interdisciplinarios

Las distinciones entre las disciplinas de las ciencias naturales no siempre son claras, y comparten muchos campos interdisciplinarios. La física desempeña un papel importante en las demás ciencias naturales, como lo demuestran la astrofísica , la geofísica , la fisicoquímica y la biofísica . Del mismo modo, la química está representada por campos como la bioquímica , la fisicoquímica , la geoquímica y la astroquímica .

Un ejemplo particular de disciplina científica que se nutre de múltiples ciencias naturales es la ciencia ambiental . Este campo estudia las interacciones de los componentes físicos, químicos, geológicos y biológicos del medio ambiente , prestando especial atención al efecto de las actividades humanas y su impacto en la biodiversidad y la sostenibilidad . Esta ciencia también se nutre de conocimientos de otros campos, como la economía, el derecho y las ciencias sociales.

Una disciplina comparable es la oceanografía , ya que se basa en una gama similar de disciplinas científicas. La oceanografía se subdivide en disciplinas transversales más especializadas, como la oceanografía física y la biología marina . Dado que el ecosistema marino es vasto y diverso, la biología marina se divide a su vez en numerosos subcampos, incluyendo especializaciones en especies particulares .

También existe un subconjunto de campos interdisciplinarios con fuertes corrientes que se oponen a la especialización por la naturaleza de los problemas que abordan. Dicho de otro modo, en algunos campos de aplicación integradora, los especialistas en más de un campo son una parte fundamental de la mayoría del discurso científico. Dichos campos integradores incluyen, por ejemplo, la nanociencia , la astrobiología y la informática de sistemas complejos .

Ciencias de los materiales

El paradigma de los materiales se representa como un tetraedro.

La ciencia de los materiales es un campo interdisciplinario relativamente nuevo que se ocupa del estudio de la materia y sus propiedades, así como del descubrimiento y diseño de nuevos materiales. Originalmente desarrollada en el campo de la metalurgia , el estudio de las propiedades de los materiales y sólidos se ha extendido a todos los materiales. Este campo abarca la química, la física y las aplicaciones de ingeniería de los materiales, incluyendo metales, cerámicas, polímeros artificiales y muchos otros. Su núcleo radica en relacionar la estructura de los materiales con sus propiedades.

La ciencia de los materiales se encuentra a la vanguardia de la investigación científica y de ingeniería. Es una parte esencial de la ingeniería forense (la investigación de materiales, productos, estructuras o componentes que fallan o no funcionan según lo previsto, causando lesiones personales o daños a la propiedad) y del análisis de fallas , siendo este último clave para comprender, por ejemplo, la causa de diversos accidentes aéreos. Muchos de los problemas científicos más acuciantes que enfrentamos hoy se deben a las limitaciones de los materiales disponibles y, en consecuencia, es probable que los avances en este campo tengan un impacto significativo en el futuro de la tecnología.

La ciencia de los materiales se basa en el estudio de su estructura y su relación con sus propiedades . Al comprender esta correlación estructura-propiedad, los científicos de materiales pueden estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación específica. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por ende, de sus propiedades, son sus elementos químicos constituyentes y el proceso de obtención de su forma final. Estas características, en conjunto y relacionadas mediante las leyes de la termodinámica y la cinética , rigen la microestructura de un material y, por consiguiente, sus propiedades.

Historia

Algunos estudiosos sitúan los orígenes de la ciencia natural en sociedades humanas prealfabetizadas, donde comprender el mundo natural era esencial para la supervivencia. [ 12 ] Las personas observaban y acumulaban conocimientos sobre el comportamiento de los animales y la utilidad de las plantas como alimento y medicina, conocimientos que se transmitían de generación en generación. [ 12 ] Estos conocimientos primitivos dieron paso a una investigación más formalizada entre el 3500 y el 3000 a. C. en las culturas mesopotámica y del antiguo Egipto , que produjo la primera evidencia escrita conocida de filosofía natural , precursora de la ciencia natural. [ 13 ] Si bien los escritos muestran interés en la astronomía, las matemáticas y otros aspectos del mundo físico, el objetivo último de la investigación sobre el funcionamiento de la naturaleza era, en todos los casos, religioso o mitológico, no científico. [ 14 ]

También surgió una tradición de investigación científica en la antigua China , donde alquimistas y filósofos taoístas experimentaron con elixires para prolongar la vida y curar dolencias. [ 15 ] Se centraron en el yin y el yang , o elementos contrastantes de la naturaleza; el yin se asociaba con la feminidad y la frialdad, mientras que el yang se asociaba con la masculinidad y la calidez. [ 16 ] Las cinco fases —fuego, tierra, metal, madera y agua— describían un ciclo de transformaciones en la naturaleza. El agua se convertía en madera, que se convertía en fuego al arder. Las cenizas que dejaba el fuego eran tierra. [ 17 ] Utilizando estos principios, los filósofos y médicos chinos exploraron la anatomía humana, caracterizando los órganos como predominantemente yin o yang, y comprendieron la relación entre el pulso, el corazón y el flujo sanguíneo en el cuerpo siglos antes de que fuera aceptada en Occidente. [ 18 ]

Se conserva 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 sagrados hindúes . [ 18 ] Estos revelan una concepción del universo como en constante expansión, reciclaje y reformación. [ 18 ] Los cirujanos de la tradición ayurvédica consideraban la salud y la enfermedad como una combinación de tres humores: viento , bilis y flema . [ 18 ] Una vida sana resultaba de un equilibrio entre estos humores. [ 18 ] En el pensamiento ayurvédico, el cuerpo constaba de cinco elementos: tierra, agua, fuego, viento y espacio. [ 18 ] Los cirujanos ayurvédicos realizaban cirugías complejas y desarrollaron un conocimiento detallado de la anatomía humana. [ 18 ]

Los filósofos presocráticos de la antigua Grecia acercaron la filosofía natural a la investigación directa sobre causa y efecto en la naturaleza entre el 600 y el 400 a. C. Sin embargo, un elemento de magia y mitología permaneció. [ 19 ] Fenómenos naturales como terremotos y eclipses se explicaron cada vez más en el contexto de la naturaleza misma en lugar de atribuirlos a dioses iracundos. [ 19 ] Tales de Mileto , un filósofo primitivo 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. [ 20 ] En el siglo V a. C., Leucipo fue uno de los primeros exponentes del atomismo , la idea de que el mundo está compuesto de partículas fundamentales indivisibles. [ 21 ] Pitágoras aplicó innovaciones griegas en matemáticas a la astronomía y sugirió que la Tierra era esférica . [ 21 ]

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

La visión aristotélica de la herencia, como modelo de la transmisión de patrones de movimiento de los fluidos corporales de padres a hijos, y de la forma aristotélica del padre.

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. [ 22 ] Aristóteles , sin embargo, un discípulo de Platón que vivió entre 384 y 322 a. C., prestó mayor atención al mundo natural en su filosofía. [ 23 ] En su Historia de los animales , describió el funcionamiento interno de 110 especies, incluyendo la raya , el bagre y la abeja . [ 24 ] Investigó embriones de pollo rompiendo huevos y observándolos en varias etapas de desarrollo. [ 25 ] Las obras de Aristóteles fueron influyentes hasta el siglo XVI, y se le considera el padre de la biología por su trabajo pionero en esa ciencia . [ 26 ] También presentó filosofías sobre física, naturaleza y astronomía utilizando el razonamiento inductivo en sus obras Física y Meteorología . [ 27 ]

Platón (izquierda) y Aristóteles en una pintura de Rafael de 1509. Platón rechazó la investigación en filosofía natural por considerarla contraria a la religión, mientras que su discípulo, Aristóteles, creó un conjunto de obras sobre el mundo natural que influyeron en generaciones de eruditos.

Aunque Aristóteles consideró la filosofía natural más seriamente que sus predecesores, la abordó como una rama teórica de la ciencia. [ 28 ] Aun así, inspirados por su obra, filósofos romanos de principios del siglo I d. C., como Lucrecio , Séneca y Plinio el Viejo , escribieron tratados que abordaban las leyes del mundo natural con distintos grados de profundidad. [ 29 ] Muchos neoplatónicos romanos de los siglos III al VI también adaptaron las enseñanzas de Aristóteles sobre el mundo físico a una filosofía que enfatizaba el espiritualismo. [ 30 ] Filósofos de la Alta Edad Media , como Macrobio , Calcidio y Marciano Capella, también examinaron el mundo físico, principalmente desde una perspectiva cosmológica y cosmográfica , proponiendo teorías sobre la disposición de los cuerpos celestes y los cielos, que se postulaban como compuestos de éter . [ 31 ]

Las obras de Aristóteles sobre filosofía natural continuaron siendo traducidas y estudiadas en medio del auge del Imperio bizantino y el califato abasí . [ 32 ]

En el Imperio bizantino, Juan Filopono , comentarista aristotélico alejandrino y teólogo cristiano, fue el primero en cuestionar la enseñanza de la física de Aristóteles. A diferencia de Aristóteles, quien basaba su física en argumentos verbales, Filopono se apoyaba en la observación y argumentaba a favor de ella en lugar de recurrir a la argumentación verbal. [ 33 ] Introdujo la teoría del ímpetu . La crítica de Juan Filopono a los principios aristotélicos de la física sirvió de inspiración a Galileo Galilei durante la Revolución Científica . [ 34 ] [ 35 ]

Durante el califato abasí, a partir del siglo IX, se produjo un resurgimiento de las matemáticas y la ciencia, cuando los eruditos musulmanes ampliaron la filosofía natural griega e india . [ 36 ] Las palabras alcohol , álgebra y cenit tienen raíces árabes . [ 37 ]

Filosofía natural medieval (1100-1600)

Las obras de Aristóteles y otras obras de filosofía natural griega no llegaron a Occidente hasta mediados del siglo XII, cuando se tradujeron del griego y el árabe al latín . [ 38 ] El desarrollo de la civilización europea a finales de la Edad Media trajo consigo nuevos avances en la filosofía natural. [ 39 ] Inventos europeos como la herradura , el collar para caballos y la rotación de cultivos permitieron un rápido crecimiento demográfico, dando paso finalmente a la urbanización y a la fundación de escuelas vinculadas a monasterios y catedrales en la actual Francia e Inglaterra . [ 40 ] Gracias a estas escuelas, se desarrolló un enfoque de la teología cristiana que buscaba responder preguntas sobre la naturaleza y otros temas mediante la lógica. [ 41 ] Sin embargo, algunos detractores consideraron este enfoque como una herejía . [ 41 ]

En el siglo XII, los eruditos y filósofos de Europa Occidental entraron en contacto con un cuerpo de conocimiento que hasta entonces desconocían: un extenso corpus de obras en griego y árabe conservadas por eruditos islámicos. [ 42 ] Mediante la traducción al latín, Europa Occidental conoció a Aristóteles y su filosofía natural. [ 42 ] Estas obras se enseñaban en las nuevas universidades de París y Oxford a principios del siglo XIII, aunque la Iglesia católica desaprobaba esta práctica. [ 43 ] Un decreto del Sínodo de París de 1210 ordenaba que «no se impartirían en París conferencias, ni públicas ni privadas, utilizando los libros de Aristóteles sobre filosofía natural ni sus comentarios, y lo prohibíamos bajo pena de excomunión». [ 43 ]

A finales de la Edad Media, el filósofo español Dominicus Gundissalinus tradujo al latín un tratado del erudito persa Al-Farabi titulado Sobre las ciencias , llamando al estudio de la mecánica de la naturaleza Scientia naturalis , o ciencia natural. [ 44 ] Gundissalinus también propuso su clasificación de las ciencias naturales en su obra de 1150 Sobre la división de la filosofía . [ 44 ] Esta fue la primera clasificación detallada de las ciencias basada en la filosofía griega y árabe que llegó a Europa occidental. [ 44 ] Gundissalinus definió la ciencia natural como «la ciencia que considera solo las cosas no abstractas y con movimiento», en contraposición a las matemáticas y las ciencias que se basan en las matemáticas. [ 45 ] Siguiendo a Al-Farabi, separó las ciencias en ocho partes, que incluyen: física, cosmología, meteorología, ciencia de los minerales y ciencia de las plantas y los animales. [ 45 ]

Más tarde, los filósofos elaboraron sus propias clasificaciones de las ciencias naturales. Robert Kilwardby escribió Sobre el orden de las ciencias en el siglo XIII, donde clasificó la medicina como una ciencia mecánica, junto con la agricultura, la caza y el teatro, mientras que definió la ciencia natural como la ciencia que se ocupa de los cuerpos en movimiento. [ 46 ] Roger Bacon , fraile y filósofo inglés, escribió que la ciencia natural se ocupaba de "un principio de movimiento y reposo, como en las partes de los elementos fuego, aire, tierra y agua, y en todas las cosas inanimadas hechas de ellos". [ 47 ] Estas ciencias también abarcaban las plantas, los animales y los cuerpos celestes. [ 47 ]

Más adelante, en el siglo XIII, el sacerdote y teólogo católico Tomás de Aquino definió la ciencia natural como aquella que se ocupa de los "seres móviles" y de las "cosas que dependen de la materia no solo para su existencia, sino también para su definición". [ 48 ] En la Edad Media, existía un amplio consenso entre los eruditos de que la ciencia natural se ocupaba de los cuerpos en movimiento. Sin embargo, había discrepancias sobre la inclusión de campos como la medicina, la música y la perspectiva. [ 49 ] Los filósofos reflexionaron sobre cuestiones como la existencia del vacío, si el movimiento podía producir calor, los colores del arcoíris, el movimiento de la Tierra, la existencia de elementos químicos y el lugar de la atmósfera donde se forma la lluvia. [ 50 ]

En los siglos previos al final de la Edad Media, la ciencia natural se entremezcló frecuentemente con filosofías sobre magia y ocultismo. [ 51 ] La filosofía natural se presentó en diversas formas, desde tratados hasta enciclopedias y comentarios sobre Aristóteles. [ 52 ] La interacción entre la filosofía natural y el cristianismo fue compleja durante este período; algunos teólogos primitivos, como Taciano y Eusebio , consideraban la filosofía natural un vestigio de la ciencia griega pagana y desconfiaban de ella. [ 53 ] Si bien algunos filósofos cristianos posteriores, como Tomás de Aquino, llegaron a ver la ciencia natural como un medio para interpretar las Escrituras, esta desconfianza persistió hasta los siglos XII y XIII. [ 54 ] La Condena de 1277 , que prohibía equiparar la filosofía con la teología y el debate de las construcciones religiosas en un contexto científico, demostró la persistencia con la que los líderes católicos se resistieron al desarrollo de la filosofía natural, incluso desde una perspectiva teológica. [ 55 ] Tomás de Aquino y Alberto Magno , otro teólogo católico de la época, buscaron distanciar la teología de la ciencia en sus obras. [ 56 ] «No veo qué tiene que ver la interpretación de Aristóteles con la enseñanza de la fe», escribió en 1271. [ 57 ]

Newton y la Revolución Científica (1600-1800)

Para los siglos XVI y XVII, la filosofía natural evolucionó más allá del comentario sobre Aristóteles a medida que se descubría y traducía más filosofía griega antigua. [ 58 ] 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 evolucionó la investigación científica en Occidente. [ 58 ] El descubrimiento de un nuevo mundo por Cristóbal Colón cambió las percepciones sobre la composición física del mundo, mientras que las observaciones de Copérnico , Tyco Brahe y Galileo aportaron una imagen más precisa del sistema solar como heliocéntrico y demostraron que muchas de las teorías de Aristóteles sobre los cuerpos celestes eran falsas. [ 59 ] Varios filósofos del siglo XVII, incluidos René Descartes , Pierre Gassendi , Marin Mersenne , Nicolas Malebranche , Thomas Hobbes , John Locke y Francis Bacon , rompieron con el pasado al rechazar por completo a Aristóteles y sus seguidores medievales, calificando su enfoque de la filosofía natural de superficial. [ 60 ]

Johannes Kepler (1571–1630). La Astronomia Nova de Kepler es «el primer relato publicado en el que un científico documenta cómo ha lidiado con la multitud de datos imperfectos para forjar una teoría de precisión superior», sentando así las bases del método científico. [ 61 ]

Los títulos de la obra de Galileo, Dos nuevas ciencias , y de la Nueva Astronomía de Johannes Kepler, subrayaron la atmósfera de cambio que se afianzó en el siglo XVII, cuando Aristóteles fue descartado en favor de nuevos métodos de investigación del mundo natural. [ 62 ] Bacon fue fundamental para popularizar este cambio; argumentó que las personas debían usar las artes y las ciencias para obtener dominio sobre la naturaleza. [ 63 ] Para lograr esto, escribió que «la vida humana [debe] estar dotada de descubrimientos y poderes». [ 64 ] 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 lograr todo lo posible». [ 62 ] Bacon propuso que la investigación científica fuera apoyada por el Estado y alimentada por la investigación colaborativa de los científicos, una visión sin precedentes en su alcance, ambición y formas en aquel momento. [ 64 ]

Los filósofos naturales comenzaron a ver la naturaleza cada vez más como un mecanismo que podía desmontarse y comprenderse, como un reloj complejo. [ 65 ] Filósofos naturales como Isaac Newton , Evangelista Torricelli y Francesco Redi , Edme Mariotte , Jean-Baptiste Denis y Jacques Rohault realizaron experimentos centrados en el flujo del agua, midiendo la presión atmosférica con un barómetro y refutando la generación espontánea . [ 66 ] Surgieron sociedades científicas y revistas científicas que se difundieron ampliamente a través de la imprenta, dando inicio a la Revolución Científica . [ 67 ] En 1687, Newton publicó sus Principios matemáticos de la filosofía natural , o Principia Mathematica , que sentaron las bases de las leyes físicas que se mantuvieron vigentes hasta el siglo XIX. [ 68 ]

Algunos académicos modernos, entre ellos Andrew Cunningham, Perry Williams y Floris Cohen , sostienen que la filosofía natural no se denomina propiamente ciencia y que la verdadera investigación científica comenzó solo con la revolución científica. [ 69 ] Según Cohen, «la emancipación de la ciencia de una entidad general llamada "filosofía natural" es una característica definitoria de la Revolución Científica». [ 69 ] Otros historiadores de la ciencia, como Edward Grant , afirman que la revolución científica que floreció en los siglos XVII, XVIII y XIX se produjo 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. [ 69 ] Grant argumenta que Newton intentó exponer la base matemática de la naturaleza —las reglas inmutables que obedecía— y, al hacerlo, unió por primera vez la filosofía natural y las matemáticas, produciendo una obra temprana de la física moderna. [ 70 ]

Isaac Newton es ampliamente considerado como uno de los científicos más influyentes de todos los tiempos.

La Revolución Científica, que comenzó a afianzarse en el siglo XVII, representó una ruptura radical con los métodos de investigación aristotélicos. [ 71 ] 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 . [ 72 ] Los científicos formularon entonces hipótesis para explicar los resultados de estos experimentos. [ 73 ] Posteriormente, la hipótesis se puso a prueba utilizando el principio de falsabilidad para demostrar o refutar su veracidad. [ 73 ] Las ciencias naturales continuaron denominándose 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. [ 71 ]

Newton, matemático y físico inglés, fue una figura clave en la Revolución Científica. [ 74 ] Basándose en los avances en astronomía de Copérnico, Brahe y Kepler, Newton derivó la ley de gravitación universal y las leyes del movimiento . [ 75 ] Estas leyes se aplicaban tanto en la Tierra como en el espacio exterior, unificando dos esferas del mundo físico que antes se creían independientes, regidas por reglas físicas distintas. [ 76 ] Newton, por ejemplo, demostró que las mareas eran causadas por la atracción gravitatoria de la Luna . [ 77 ] Otro de los avances de Newton fue convertir las matemáticas en una poderosa herramienta explicativa de los fenómenos naturales. [ 78 ] Si bien los filósofos naturales habían utilizado durante mucho tiempo las matemáticas como medio de medición y análisis, sus principios no se emplearon para comprender la relación causa-efecto en la naturaleza hasta la llegada de Newton. [ 78 ]

En los siglos XVIII y XIX, científicos como Charles-Augustin de Coulomb , Alessandro Volta y Michael Faraday se basaron en la mecánica newtoniana para explorar el electromagnetismo , o la interacción de fuerzas con cargas positivas y negativas en partículas cargadas eléctricamente . [ 79 ] Faraday propuso que las fuerzas en la naturaleza operaban en " campos " que llenaban el espacio. [ 80 ] La idea de los campos contrastaba con la concepción newtoniana de la gravitación como simplemente "acción a distancia", o la atracción de objetos sin nada en el espacio entre ellos que pudiera intervenir. [ 80 ] James Clerk Maxwell, en el siglo XIX, unificó estos descubrimientos en una teoría coherente de la electrodinámica . [ 79 ] Mediante ecuaciones matemáticas y experimentación, Maxwell descubrió que el espacio estaba lleno de partículas cargadas que podían interactuar entre sí y que eran un medio para transmitir ondas cargadas. [ 79 ]

Durante la Revolución Científica también se produjeron avances significativos en química. Antoine Lavoisier , químico francés, refutó la teoría del flogisto , que postulaba que las cosas ardían liberando flogisto al aire. [ 80 ] Joseph Priestley había descubierto el oxígeno en el siglo XVIII, pero Lavoisier descubrió que la combustión era el resultado de la oxidación . [ 80 ] También elaboró ​​una tabla de 33 elementos e inventó la nomenclatura química moderna. [ 80 ] La biología formal aún se encontraba en sus inicios en el siglo XVIII, cuando el enfoque se centraba 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 se utiliza. Linnaeus, en la década de 1750, introdujo nombres científicos para todas sus especies. [ 81 ]

Desarrollos del siglo XIX (1800-1900)

El experimento de Michelson-Morley se utilizó para refutar la idea de que la luz se propagaba a través de un éter luminífero . Este concepto del siglo XIX fue posteriormente reemplazado por la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein .

En el siglo XIX, el estudio de la ciencia pasó a ser competencia de profesionales e instituciones. De este modo, adquirió gradualmente el nombre más moderno de ciencia natural. El término «científico» fue acuñado por William Whewell en una reseña de 1834 de la obra de Mary Somerville , «On the Connexion of the Sciences» . [ 82 ] Sin embargo, la palabra no se popularizó hasta casi finales del mismo siglo. [ 83 ] [ 84 ]

Ciencias naturales modernas (1900-presente)

Según un famoso libro de texto de 1923, Termodinámica y la energía libre de las sustancias químicas , del químico estadounidense Gilbert N. Lewis y el químico físico estadounidense Merle Randall , [ 85 ] 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 gran alcance extraídas de un pequeño número de postulados primarios: la mecánica , la electrodinámica y la termodinámica . [ 86 ]

En la actualidad, las ciencias naturales se dividen más comúnmente en ciencias de la vida, como la botánica y la zoología, y ciencias físicas, que incluyen la física, la química, la astronomía y las ciencias de la Tierra.

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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