科學大綱

以下大綱是科學的主題概述：科學、能經得起檢驗的，而且不能與任何適用範圍內的已知事實產生矛盾。科學原僅指對自然現象之規律的探索與總結，但人文學科也被越來越多地冠以“科學”之名。人們習慣根據研究物件的不同把科學劃分為不同的類別，傳統的自然科學主要有生物學、物理學、化學、地球科學和天文學。邏輯學和數學的地位比較特殊，它們是其它一切科學的論證基礎和工具。科學在認識自然的不同層面上設法解決各種具體的問題，強調預測結果的具體性和可證偽性，這有別於空泛的哲學。科學也不等同於尋求絕對無誤的真理，而是在現有基礎上，摸索式地不斷接近真理。故科學的發展史就是一部人類對自然界的認識偏差的糾正史。因此“科學”本身要求對理論要保持一定的懷疑性，因此它絕不是“正確”的同義詞。形式科學.邏輯.邏輯，又稱理則、論理、推理、推論，是有效推論的哲學研究。邏輯被使用在大部份的智慧活動中，但主要在哲學、心理、學習、推論統計學、腦科學、數學、語義學、 法律和電腦科學等領域內被視為一門學科。邏輯討論邏輯論證會呈現的一般形式，哪種形式是有效的，以及其中的謬論。邏輯通常可分為三個部份：歸納推理、溯因推理和演繹推理。在哲學裡，邏輯被應用在大多數的主要領域之中：形上學/宇宙論、本體論、知識論及倫理學。在數學裡，邏輯是指形式邏輯和數理邏輯，形式邏輯是研究某個形式語言的有效推論。主要是演繹推理。 在辯證法中也會學習到邏輯。數理邏輯是研究抽象邏輯關係和數學基本的問題。在心理、腦科學、語義學、 法律裡，是研究人類思想推理的處理。在學習、推論統計學裡，是研究最大可能的結論。主要是歸納推理、溯因推理。在電腦科學裡， 是研究各種方法的性質，可能性，和實現在機器上。主要是歸納推理、溯因推理，也有在歸納推理的研究。從古文明開始都有對邏輯進行研究。在西方，亞里斯多德將邏輯建立成一門正式的學科，並在哲學中給予它一個基本的位子。數學.數學是利用符號語言研究數量、結構、變化以及空間等概念的一門學科，從某種角度看屬於形式科學的一種。數學透過抽象化和邏輯推理的使用，由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察而產生。數學家們拓展這些概念，為了公式化新的猜想以及從選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的定理。計算理論.為了對計算進行嚴謹的研究，電腦科學家會將計算以數學的方式抽象化，稱為計算模型。資訊理論.自創立以來，它已拓展應用到許多其他領域，包括統計推斷、自然語言處理、密碼學、神經生物學、進化論和分子編碼的功能、生態學的模式選擇、熱物理、量子計算、語言學、剽竊檢測、模式識別、異常檢測和其他形式的資料分析。統計學.統計學是在資料分析的基礎上，研究如何測定、收集、整理、歸納和分析反映資料資料，以便給出正確訊息的科學。這一門學科自17世紀中葉產生並逐步發展起來，它廣泛地應用在各門學科，從自然科學、社會科學到人文學科，甚至被用於工商業及政府的情報決策。隨著大資料(Big Data)時代來臨，統計的面貌也逐漸改變，與資訊、計算等領域密切結合，是資料科學(Data Science)中的重要主軸之一。有些科學廣泛的應用統計的方法使得他們擁有各自的統計術語，這些學科包括：統計對於商業以及工業是一個基本的關鍵。他被用來瞭解與測量系統變異性，程式控制，對資料作出結論，並且完成資料取向的決策。在這些領域統計扮演了一個重要的角色。自然科學.自然科學是研究大自然中有機或無機的事物和現象的科學。天文學.廣義地來說，任何源自地球大氣層以外的現象都屬於天文學的研究範圍。天體.天體是在可觀測宇宙中，經由科學確認其存在的物體、或是結構。天體可能像恆星、行星、彗星等結合較緊密的星體或類星體，也可能是指一個複雜的，彼此關聯較鬆散的結構，如星團、星系，其中可能包括許多其他的星體，甚至有其他更小的結構。天體的例子包括行星系、星團、星雲及星系，而小行星、 月球、行星、恆星等則算是星體或類星體。彗星若只考慮其以冰和灰塵組成的彗核，是一個類星體，但若考慮彗核及其彗髮、彗髮，則是一個關聯較鬆散的天體。銀河系天文學.銀河系天文學是研究我們的銀河系和其所有內容。相對來說，星系天文學是研究在我們銀河系之外的一切，包括所有其他的星系。不要將銀河系天文學和星系的形成和演化混淆，後者一般是研究星系的誕生、結構、成分、動力學、互動作用和它們的形式和範圍。我們自己的銀河系，就是我們的太陽系所屬於的星系，在很多方面是被研究得最多的星系，即使重要的部分在可見波長區域被宇宙塵遮蔽了，在20世紀發展的無線電天文學、紅外線天文學、和仍將被氣體和塵埃遮蔽的區域首度呈現出銀河系的圖形。星系天文學.星系天文學是天文學的一個分支，研究的物件是我們的銀河系以外的星系，又稱河外天文學。當工作的儀器獲得改善，就可以更詳細的研究遙遠天體，因此這個分支可以再細分為近銀河系外天文學和遠銀河系外天文學。前者研究物件包括近得可以詳細研究內部的星系、本星系群，超新星遺蹟、星協；後者則研究遠得僅能觀測最明亮部份的星體。恆星天文學.恆星天文學是研究對恆星和恆星演化的，瞭解宇宙的基礎，恆星的天文物理學透過對恆星的觀察、研究、測量和理論上的瞭解；還有經由電腦對內部的模擬。太陽天文學.太陽天文學的主要分支是太陽物理學。觀測天文學.光，乃至電磁輻射，是人類對天象的主要觀測途徑。觀測天文學的不同領域可依電磁波譜的區域所分，其中有的波長可從地球表面觀測，有的則須要在高海拔甚至在地球大氣層以外才能有效觀測。射電天文學和無線電天文學.射電天文學利用波長超過1毫米左右的電磁輻射進行觀測。和其他型別的觀測天文學領域不同的是，射電天文學所觀測的無線電波可以視為波，而不是單獨的光子，所以相對較短波長的輻射更容易測定波幅和相位。儘管天體自身的熱輻射也會發出無線電波，但是絕大部分的無線電波都是同步輻射所致，也就是電子在磁場中運動時發出的輻射。此外，還有星際氣體所產生的某些譜線，也處於無線電波的波長範圍內，特別是氫的21cm譜線。可透過無線電波觀測的天體包括超新星、星際氣體、脈衝星和活動星系核等。紅外天文學.紅外天文學透過紅外輻射進行天文觀測，此類輻射的波長比紅光更長，位於人類肉眼的觀測範圍以外。紅外天文學能最有效觀測溫度較低、無法發出可見光的天體，例如行星、星周盤及光線被塵埃遮蔽的星雲等。紅外輻射的波長較可見光長，所以可以穿透可見光所無法穿透的塵埃雲，有助於研究分子雲深處的年輕恆星和星系核。例如，廣域紅外線巡天探測衛星已成功觀測到多個銀河系內的原恆星和這些恆星所在的星團。除了十分接近可見光的紅外光以外，大部分紅外輻射都會被地球大氣層吸收；大氣本身也會產生較強的紅外輻射，進一步影響觀測。因此，紅外天文臺都必須在海拔高、濕度低的地點建造，甚至是作為衛星發射到太空。某些分子在紅外輻射範圍有較強的譜線，這有助於研究天體的化學成分，如彗星所含的水。可見光天文學.自遠古起，人類便利用肉眼作可見光天文觀測。最早的觀測都是以圖畫記錄下來。19世紀末，人們開始對天象進行攝影。現代天文攝影技術一般使用數碼探測器，特別是感光耦合元件之間，但可見光攝影裝置也可以用來觀測一部分的近紫外線和近紅外線。紫外線天文學.紫外線天文學利用波長在100至3200Å，包括銀河系以外的藍色恆星，以及行星狀星雲、超新星遺跡等等。不過，紫外線會被星際塵埃吸收，所以取得的資料必須再利用其它方法加以校準。X射線天文學.X射線天文學在X射線範圍觀測天體。宇宙中的X射線來自於同步輻射。發出X射線的天體有：X射線聯星、脈衝星、超新星遺跡、橢圓星系、星系群及活動星系核等。由於X射線會被地球大氣層吸收，所以X射線觀測必須用高空氣球、火箭或X射線天文衛星進行。伽馬射線天文學.伽馬射線天文學所觀測的是電磁波譜中波長最短的輻射。伽馬射線可透過康普頓伽瑪射線天文臺等衛星或來觀測。切倫科夫望遠鏡不直接探測伽馬射線，而是觀測大氣吸收伽馬射線時所產生的可見光閃光。伽馬射線暴是突然發出伽馬射線的天體，持續時間從幾毫秒到幾千秒不等，大部分伽馬射線源都屬於此類。只有一成的伽馬射線源為持續性射源，這包括脈衝星、中子星及活動星系核等可能為黑洞的天體。高能天文學.高能天文學是研究天體所釋放的高能量電磁波的一個天文學分支。高能天文學包含伽馬射線天文學、X射線天文學和極紫外線天文學；並且也研究微中子和宇宙射線。而這些物理現象的研究也常被稱為高能天文物理學。中微子天文學.中微子天文學利用遮蔽效果極佳的地下中微子探測器測量中微子的流量。這類設施包括組成，在進入地球大氣層時會衰變或被吸收，過程中會產生一系列的衍生粒子。現今的天文臺可透過探測此類粒子來研究宇宙射線。未來的中微子探測器能力將會提高，有望探測到宇宙射線衝擊大氣時所發出的粒子。引力波天文學.引力波天文學透過觀測引力波來研究遙遠的大質量天體，是一門新興的天文學領域。雷射干涉引力波天文臺的引力波訊號。多元訊息天文學.結合電磁輻射、中微子和引力波等不同方法研究同一個天體。天體測量學與天體力學.天文學乃至所有科學中最古老的一個領域，是對各天體位置的測量。在歷史上，準確測量日、月、行星、恆星的位置，有天文航海和制訂曆法等作用。18世紀開始，天文學家以精確測定的行星位置作為基礎，發展出完善的引力攝動理論，可以極精確地推算過去和未來的行星位置。這門學科稱為天體力學。今天，科學家對近地天體進行大規模追蹤，目的是預測這些天體何時會近距離略過地球以及評估與地球相撞的風險。太陽系周邊恆星的視差是宇宙距離尺度的起始點。在用視差測量附近恆星的距離後，可以透過比對，推測遙遠恆星的各種屬性。透過測量恆星的徑向速度和自行，天文學家可以繪出銀河系內恆星的執行軌跡，從而算出銀河系暗物質的分佈。1990年代，天文學家開始利用多普勒光譜學觀察太陽系周邊恆星的擺動。這種方法可以用來發現一些較大的系外行星。理論天文學.理論天文學家的研究手段包括數學模型及用電腦做數值模擬，兩者各有千秋。數學模型一般能揭示天文現象背後更深層次的原理，數值模擬則可以演示現實中難以觀察的現象。物理學.物理學，對於過去人類社會的研究，主要透過重建與分析古代人們的物質文化與環境資料，包括器物、建築、與。由於考古學運用許多不同的研究程式，它可被認定為一門科學與一門人文學，而且在美國，它是人類學的一個分支，在歐洲則是一門獨立學科。