מדע

שמאל|ממוזער|300px|, המאה ה-6 לספירה
מדע הוא תחום ידע המתאפיין בחקירה שיטתית, לוגית ומבוססת ראיות של תופעות או מבנים מופשטים.

המונח "מדע" מתייחס למכלול הידע שנצבר בדרך של מחקר שיטתי, ניסויים מבוקרים והסקת מסקנות באופן לוגי ועקבי. בקרב המומחים קיימים חילוקי דעות לגבי ההגדרה המדויקת של מדע. הפילוסופיה של המדע עוסקת בהגדרת השיטה המדעית ובהגדרת ההיקף והתכולה של המושג "מדע".

 מדע אמפירי ומדע פורמלי 
מדעים אמפיריים חוקרים תופעות הניתנות למדידה כמותית באמצעות תצפיות וניסויים מבוקרים, באמצעות איסוף וניתוח נתונים כמותיים ובאמצעות פיתוח ובדיקה של השערות ותיאוריות.

מדעים פורמליים חוקרים מבנים לוגיים ומופשטים באמצעות הנחת אקסיומות בסיסיות, פיתוח והוכחה של משפטים ותיאוריות ובאמצעות לוגיקה. שני סוגי המדעים מתאפיינים בשאיפה לאובייקטיביות ודיוק, בביקורת עמיתים ושחזור תוצאות, בפתיחות לשינוי תיאוריות לאור ראיות או הוכחות חדשות וביצירת ידע מצטבר ומתקדם בתחומם.

המונח "מדע אמפירי" (או "המדעים המדויקים") מתייחס לענפי מדע כגון פיזיקה, ביולוגיה וכימיה, שמבוססים על נתונים מדידים שנאספו באמצעות תצפיות מדעיות ואוששו בניסויים שניתן לחזור עליהם. מטרת מחקרים אלו לאשש או לסתור או ליצור מודלים חדשים המתגבשים לתאוריה מדעית המאפשרת לקשור סיבה למסובב ולחזות מראש תוצאות של פעולות כלומר יש להן כוח ניבוי. זאת, תוך כדי שאיפה לרמת הדיוק הגבוה ביותר. אדם שעוסק בהם נקרא מדען. יש ענפי מדע שמיישמים את עקרונות השיטה המדעית בתחומים שהם לא אמפיריים. כגון: סוציולוגיה והיסטוריה, ונקראים "מדעי הרוח". מדעים אלה מתאפיינים בפרשנות של תופעות או תיאוריות שאינה ניתנת להוכחה בשיטת המחקר האמפירי. לוגיקה, מתמטיקה וסטטיסטיקה אינן נחשבות לענפי מדע אמפירי אלא למדע פורמלי המשמש מדענים לניתוח וצבירת נתונים, הצגת תוצאות מחקר, הסקת המסקנות וחיזוי תוצאות דומות.

 צבירת הידע המדעי 
גוף הידע המדעי מתעצב ומתעדכן בעקבות תגליות ומחקרים חדשים, שמסקנותיהם מתועדות ומופצות בקהילה המדעית. לעיתים קורה שתגלית או ניסוי יביאו לשינוי של הקונצנזוס המדעי. במאות השנים שחלפו מאז התגבשו ענפי המדע, המדענים הצליחו להגיע להסכמות רחבות ומבני ידע עמוקים ועקביים, המשמשים בסיס לפיתוחים טכנולוגיים, חידושים ברפואה ושינויים חברתיים רבים. רבות מהתאוריות המדעיות (כמו המודל ההליוצנטרי, מכניקה קלאסית, אבולוציה, תורת היחסות, מכניקת הקוונטים) היו לא אינטואטיביות ובאותם זמנים נדמה היה כי הן סותרות את השכל הישר. תאוריות רבות זוכות בתחילה להתנגדות מצד חוקרים או מצד גורמים בחברה כמו המאבק בין דת ומדע אך הן התקבלו תודות לשכנוע רוב המדענים בתחום, והחלשות התמיכה בתאוריות מתחרות או הסברים מסורתיים שהיו נפוצים לפניהם. תאוריות בדרך כלל הובילו לתגליות נוספות, אישוש ויישום אבל תאוריות קיימות מובילות לשאלת חדשות. למדע יש תכונה של אוניברסליות – כלומר אנשים מרקע תרבותי שונה מגיעים להסכמות רחבות ועקביות כאשר הן מבוססות על המתודה המדעית. כמו כן עם השנים התברר כי ענפי מדע שונים תומכים באותו "מבנה על" כך שחוקי הפיזיקה מהווים את הבסיס להבנת הכימיה ושני תחומים אלה מהווים את הבסיס להבנת רוב התופעות והתאוריות בתחום הביולוגיה ובתחומים רבים נוספים כמו הנדסה או אסטרונומיה.

 עובדות ופרשנות 
ביחס לחזית המחקר, לשאלות רבות אין עדיין תשובה ודאית אחת כך שמדענים, חוקרים ופרשנים עשויים להיות חלוקים בדעותיהם. בדרך כלל יש הסכמה על תקפותן של תאוריות ושיטות מחקר רבות שמהוות מאגר ידע עקבי וגדול שנצבר לאורך שנות מחקר ולימוד רבות. מחלוקת מדעית קיימת לעיתים על הפירוש ולא על העובדות שנחקרו. מידת ההסכמה בין מדענים ביחס לתאוריות מדעיות אמפיריות מבוססת יותר בהשוואה למידת ההסכמה בתחומי המדע הפורמלי כמו תרבות, דת, פילוסופיה או פוליטיקה שלעיתים קרובות לא מצליחות להתכנס להסכמה גם לאחר ויכוחים של עשרות ואף מאות שנים. מאגר ידע מדעי נשאר איתן במשך מאות שנים, ומשמש בסיס לתאוריות ופירוש חדש ככל שנאסף ידע. לדוגמה מכניקה קלאסית שפותחה על ידי אייזק ניוטון התבררה כנכונה בתנאי המחקר בפיזיקה הקלאסית ומשמשת כלי בסיסי במכניקה והנדסה אך עברה שינוי והתאמה לתורת היחסות בתחילת המאה ה-20 כאשר הבנת מרחב הזמן והחלל שנחקרו חייבו שינוי.ראה גם ההיסטוריה של המדע
לא בכל תרבות מתפתח מדע. מסורות של איסוף ידע והעברתו מדור לדור התפתחו במקומות רבים ובתקופות רבות, אולם מסורות אלה לא הכילו על פי רוב את הספק והביקורתיות, שהם חלק מהותי מהשיטה המדעית. הסיבה שהספק והביקורתיות הם קריטיים עבור התפתחות המדע היא שללא אמצעים אלה אמת ושקר וזיוף מתערבבים זה בזה, והמדע מאבד את האמינות והדיוק שלו.על פי המדע האמפירי "אמת מדעית" היא ממצא של מחקר המבוסס על תצפית וניסוי שניתן לחזור עליו ואושר על-ידי ביקורת עמיתים את עיקרי הולדת המדע מקובל ליחס ליוון העתיקה.

 פסאודו-מדע 

בשונה מגופי ידע אחרים, המדע מתגבש ומתחדש תדירות בתהליך מתמשך של ביקורת והוספה. אף תאוריה מדעית אינה חסינה בפני ביקורת, והיו תאוריות מרכזיות שנזנחו לאחר שנמצאו תאוריות מוצלחות יותר (האֶתֶר הוא דוגמה קלאסית לתאוריה כזו). ההתקדמות הטכנולוגית של מאות השנים האחרונות, שנובעת כולה מיישומים פרקטיים של תגליות מדעיות, מחזקת את המוניטין שיצאו למדע כשיטה אמינה ומסודרת להשגת תובנות אמיתיות על העולם. ההכרה ביתרונותיה של השיטה המדעית חזקה כל כך עד שאפילו שיטות כמו-דתיות כמו הסיינטולוגיה או "המדע הוֵדי", מכתירות את עצמן בשם "מדע", ויש אנשים שמתנגדים לפילוסופיה המדעית אך מייחסים משקל רב לפסאודו מדע.

 ערך המדע 
מעבר לשימושים המעשיים המרובים של המדע, יש לו חשיבות גם עבור כל אדם השואף לעמוד על חקר פלאי הטבע.

ערכו של המדע עבור הסקרנות האנושית בא לידי ביטוי בהנאה אינטלקטואלית אותה מפיק האדם המתעניין במדע, הן מתהליך המחקר עצמו והן מלמידת התוצאות של מחקרים קודמים.

לפי רוברט ס. וודוורת' , מסעי החקר של המדענים יכולים לשחרר את האנושות מפחדי שווא ואמונות הבל שהתגבשו בדורות קודמים, על ידי הקנייה של מידע רב ומדויק יותר אודות העולם שבו אנו חיים.

מכיוון שבעזרת יישום תיאוריות מדעיות ומודלים מדעיים המדע מסוגל לכאורה לנבא את העתיד, הוא משמש כלי משמעותי לשיפור והתאמה של האנושות למציאות המשתנה. בהתאם לכך, המדע הוא יכולת פוטנציאלית, אותה יכול האדם להפעיל על מנת לקדם את מטרותיו. לדוגמה: תחום הרפואה מתבסס לרוב על מחקר מדעי. המדע מנסה למצוא את הדרך היעילה ביותר על מנת לצמצם את מחלותיו ופגיעותו של האדם, ובכך לאפשר לרפואה למלא את מטרתה בצורה יעילה יותר. (לצד החקירה המדעית מבוססת הרפואה גם על ניסוי וטעייה).

המדע נחוץ לצורך הכרעה בשאלות מדיניות וכלכליות נכבדות, כמו גם לניהול חייו הפרטיים של האדם.

 היסטוריה של המדע 

שמאל|ממוזער|250px|אריסטו, הפילוסוף המשפיע והמצוטט ביותר בהיסטוריה, המדען ואיש האשכולות היווני הקדום
שמאל|ממוזער|250px|פסל של גלילאו גליליי, לצד הטלסקופ, בונה דגם של ספרה ארמיליארית. גלילאו היה אחד האנשים החשובים בעיצוב דמותו של המדע בעת החדשה ונחשב בעיני רבים למדען הראשון.
שורשי המדע בתפיסה האריסטוטלית, על פיה קיימת מציאות אובייקטיבית שמתנהלת על פי חוקים, וניתן לחקרה שכן היא ניתנת למדידה על ידי החושים. ראשית ההתפתחות המדעית נעשתה בהמצאת מושגי ההגדרה, התצפית המדעית והמודל המדעי ביוון העתיקה. תפיסות אלו, שאבדו במערב במהלך ימי הביניים, השתמרו ואף זכו לפיתוח באימפריה המוסלמית. פריחת המדע וקבלתו כשיטה התקפה ביותר לביאור הטבע היא התפתחות שהחלה באירופה של תקופת הרנסאנס, עם גיבוש מושגי הניסוי המדעי והמחקר המדעי,המבנה של מהפכות מדעיות וצברה תאוצה בעקבות המהפכה המדעית.

 המדע במזרח התיכון הקדום 
מחקר, לימוד ותכנון מדעי התקיימו כבר מהאלף הרביעי לפני הספירה. (תקופת הברונזה), המעבר משימוש בנחושת (התקופה הכלכוליתית, כ-4500–3500 לפנה"ס בלבנט) לשימוש בברונזה, שהיא סגסוגת של נחושת ובדיל, היווה בסיס למדע המטלורגיה ופיתוח מכשירים מורכבים. כדוגמה נתייחס למדע הקדום במצרים.

 המדע במצרים העתיקה 
התקופה הרלוונטית למדע המצרי העתיק היא בעיקר תקופת שושלות הממלכה העתיקה, הממלכה התיכונה והממלכה החדשה, המשתרעות בערך מ-3100 לפנה"ס עד 1070 לפנה"ס.

ענפי המדע החשובים: מתמטיקה: המצרים פיתחו מערכת מספרים עשרונית מתקדמת ויכולת לבצע חישובים מורכבים. הם השתמשו במתמטיקה לצורך מדידות קרקע, חישובי מיסים ובנייה. אסטרונומיה: הם עקבו אחר תנועות גרמי השמיים ופיתחו לוח שנה מדויק המבוסס על 365 ימים. ניווט ימי: המצאת אצטרולב שפותח במאה השנייה לפני הספירה ביוון העתיקה ומבוסס על שילוב של ידע באסטרונומיה, הנדסה, מתמטיקה וגאוגרפיה ונראה שהיה בשימוש כבר בתקופת הברזל (כ-1000 לפני הספירה) רפואה: המצרים העתיקים היו מתקדמים בתחום הרפואה. הם ביצעו ניתוחים, טיפלו בשברים ופיתחו תרופות מצמחים. הנדסה: הפירמידות והמקדשים הם עדות ליכולות ההנדסיות המרשימות שלהם, כולל תכנון מדויק וטכניקות בנייה מתקדמות. כימיה: הם פיתחו שיטות לייצור זכוכית, קוסמטיקה, צבעים ותהליכי חניטה. חקלאות: פיתחו שיטות השקיה מתקדמות וניהול יעיל של שיטפונות הנילוס לטובת החקלאות.ראה גם מצרים העתיקה

בין המדענים המצרים הקדומים החשובים היו אימחותפ (בערך 2650 לפנה"ס): ארכיטקט, רופא וכהן שתכנן את פירמידת המדרגות של ג'וסר. חסי-רע (בערך 2600 לפנה"ס): רופא בכיר בתקופת המלך ג'וסר. אחמס (בערך 1550 לפנה"ס): מתמטיקאי שכתב את פפירוס רינד, מסמך מתמטי חשוב. פיתוח ידע ומדע דומה היה גם בממלכה החתית ובמסופוטמיה.

 המדע הפורמלי בתקופה ההלניסטית 
תרבות יוון העתיקה הייתה שונה משאר תרבויות העולם הסובב אותה והקודם לה בכמה דברים. ראשית, מבנה האיים וההרים הגבוהים של יוון לא אפשר לה עם התפתחותה החומרית להפוך לממלכה והחברה השבטית שבה הפכה לחברה המאוגדת בעירות "פוליס" דמוקרטיות עצמאיות שבהן כל אדם יכול להעלות כל השערה בכל עניין, בעניין פוליטי ובענייני מבנה היקום וחוקיותו. שנית, השכבה היודעת קרוא וכתוב ביוון הייתה שכבה של סוחרים פרקטיים ויודעי חשבון ולא של קליגרפים. שלישית, ההישענות על מסחר הביא את היוונים להכיר תחום רחב יותר מהעולם ולהכיר תרבויות ודעות מגוונות.

שתי שיטות פילוסופיות התפתחו במקביל ביוון ההלניסטית (323 עד 123 לפני הספירה). האסקולה הסטואית – שפיתחה קוסמולוגיה המונעת על-ידי כוח יוצר – השגחה עליונה שמרכזה האש על פי התפיסה הראקליאנית שמבכרת תפיסה אינטואיטיבית על פני היקשים לוגיים והתבססה על משנתו של אפלטון, ולעומתה השיטה של תצפית ובחינתה הלוגית שהתבססה על משנתו של אריסטו ופותחה בהמשך על-ידי אפיקורוס ודמוקריטוס לשיטה מטריאליסטית שמהווה למעשה את הבסיס למדע הפורמלי. ניסוח תיאוריה שאינה מסתמכת על ניסויים אלא על ניתוח לוגי של תצפיות. בספרו המונומנטלי "על טבע היקום" של טיטוס לוקרטיוס טאורוס (חי ברומא 65–95 לפנ"הס) שהיה מתלמידיו של אפיקורוס, הוא מנתח תופעות טבע, שאנו מכירים היום בשמות הכבידה, האטום והמולקולה, האנרגיה והחומר, בעזרת השיטה הדדוקטיבית. לוקריציוס עם כל הערצתו למדע, לא ראה את המדע כמטרה בפני עצמה אלא כאמצעי ל"השגת האושר העליון". פיתוח המתמטיקה והגאומטריה ביוון העתיקה על-ידי פיתגורס ותלמידיו (כ-500 לפנ"הס) וארכימדס במצרים מהווה למעשה תחילת המדע הפורמלי, הבנוי כולו על ההקשר הלוגי שבין העובדות ולא על חקירתן. שורשי המדע בתפיסה האריסטוטלית, על פיה קיימת מציאות אובייקטיבית שמתנהלת על פי חוקים, וניתן לחקרה שכן היא ניתנת למדידה על ידי החושים. ראשית ההתפתחות המדעית נעשתה בהמצאת מושגי ההגדרה, התצפית המדעית והמודל המדעי ביוון העתיקה.

עם אימוץ הדת הנוצרית ברומא (בשנת 393) נבלם המחקר המבוסס על חשיבה ליברלית לוגית ומרבית הכתבים המבארים את הטבע והאדם שאינם תואמים לדוגמה הנוצרית ברומא הושמדו.

 תור הזהב של המדע בתקופת האסלאם 
תחילתה של הפילוסופיה המוסלמית קשורה למפעל התרגום של חיבורים פילוסופים מיוונית לערבית בבגדד בתקופת השושלת העבאסית (המאה ה-8 עד המאה ה-10), והתבססו בעיקר על האסקולה האריסטוטלית מחד והזרם הניאואפלטוני מאידך. מייסד המפעל היה עבד – אללה אבן אל מוקפע (חי בשנת 750)שתרגם גם מקורות הודים ויהודים. הפילוסופיה האריסטוטלית יחד עם לימוד מדעי המתמטיקה קודמו על-ידי אבו יוסוף אל קנדי (חי בשנת 830), שהיווה אחד היסודות בהקמת הזרם האיסמעילי באסלאם שיעי. שיאה של ההגות והמדע הפורמלי הגיע באל-אנדלוס במאה ה-10 וה-11, בהובלת אבו עלי אבן סינא והגיע לשיאה ביצירתו של מוחמד אבן רשד (1190), בוויכוח נוקב בין הפילוסופיה המוסלמית הפונדמנטליסטית הטוענתשכל מעשה נקבע מראש "העולמא", לבין הפילוסופיה הליברלית המבוססת על תבונת האדם הרצוינלי "המועתזילה ". בתקופה זאת גם צמחה גם הפילוסופיה והמחקר הפורמלי היהודי. בין החשובים שבפילוסופים החוקרים היהודים היו יצחק בן שלמה הישראלי שכתב את ספר היצירה סעדיה גאון, משה אבן עזרא, יהודה הלוי ובהמשך גם הרמב"ם. התרבות הליברלית של בית אומעייה ובית עבאס באנדלוס, המשיכה בתקופה הממלוכית (במאה ה-13) במצרים והלבנט והתנוונה עם עליית העות'מאנים כאשר העולמא השתלטה על הפילוסופיה המוסלמית הסונית.

 המדע בסין העתיקה 
 תקופות עיקריות: שושלת האן (202 לפנה"ס – 220 לספירה): תקופת פריחה מדעית משמעותית. שושלת טאנג (618–907): תקופה של חדשנות טכנולוגית. שושלת סונג (960–1279): תקופת שיא במדע ובטכנולוגיה הסינית.
 מרכזי המחקר החשובים היו: צ'אנגאן (שיאן המודרנית): בירת שושלות רבות ומרכז מדעי חשוב. קאיפנג: בירת שושלת סונג הצפונית ומוקד פעילות מדעית. האנגג'ואו: בירת שושלת סונג הדרומית.
 המדענים החשובים: ז'אנג הנג (78–139 לספירה): אסטרונום, מתמטיקאי וממציא הסיסמוגרף. שן קואו (1031–1095): מדען רב-תחומי, כתב על גאולוגיה, אסטרונומיה ורפואה. צאי לון (50–121 לספירה): המציא את הנייר המודרני. סו סונג (1020–1101): בנה שעון אסטרונומי מכני מתוחכם. בי שנג (990–1051 בערך): המציא את הדפוס.
 תחומי מחקר עיקריים: אסטרונומיה: תצפיות כוכבים, חיזוי ליקויים, פיתוח לוחות שנה. מתמטיקה: פיתוח שיטות אלגבריות, גאומטריה. רפואה: אבחון, צמחי מרפא, דיקור. כימיה: אלכימיה, מטלורגיה. הנדסה: בניית כלים, מכונות ומבנים מורכבים.

המדע הסיני העתיק היה מבוסס על פילוסופיה ותפיסת עולם שונה מהמדע המערבי המודרני, עם דגש על הרמוניה בין האדם לטבע ותפיסה הוליסטית של העולם.

 המדע באירופה 
פריחת המדע וקבלתו כשיטה התקפה ביותר לביאור הטבע היא התפתחות שהחלה באירופה של תקופת הרנסאנס, עם גיבוש מושגי הניסוי המדעי והמחקר המדעי, וצברה תאוצה בעקבות המהפכה המדעית.

לא בכל תרבות מתפתח מדע. מסורות של איסוף ידע והעברתו מדור לדור התפתחו במקומות רבים ובתקופות רבות, אולם מסורות אלה לא הכילו על פי רוב את הספק והביקורתיות, שהם חלק מהותי מהשיטה המדעית. הסיבה שהספק והביקורתיות הם קריטיים עבור התפתחות המדע היא שללא אמצעים אלה אמיתות ושקרים וזיופים מתערבבים זה בזה, והמדע מאבד את האמינות והדיוק שלו.

 ימי הביניים באירופה 
תקופה שנמשכה בערך מהמאה ה-5 עד המאה ה-15 לספירה, הייתה תקופה מורכבת מבחינת התפתחות המדע. בעוד שלעיתים תקופה זו מתוארת כ"תקופה חשוכה" למעשה היו בה התפתחויות מדעיות משמעותיות. הכנסייה הקתולית הייתה גורם משמעותי בשימור ופיתוח הידע המדעי, בעיקר דרך המנזרים והאוניברסיטאות. השפעה משמעותית הגיעה מהעולם המוסלמי, שבו התקיים "תור הזהב" של המדע במהלך חלק מתקופה זו. אלא שהקנאות הדתית הקתולית מנעה פיתוח חשיבה עצמאית שאיננה תומכת בדוגמה הנוצרית. בסוף ימי הביניים, התחילה להתפתח גישה יותר אמפירית למדע, שהובילה בסופו של דבר למהפכה המדעית המודרנית.

החוקרים בתחילת ימי הביניים היו ברובם גם כמרים ופילוסופים. החשובים שבהם: אלברטוס מגנוס 1200–1280) תאולוג ופילוסוף גרמני שתרם רבות לתחומי הלוגיקה, הפיזיקה, הביולוגיה והכימיה. רוג'ר בייקון (1214–1294) נזיר ופילוסוף אנגלי נחשב לאחד מחלוצי השיטה המדעית המודרנית. עסק באופטיקה, אסטרונומיה וכימיה. אדלרד מבאת' (1080–1152) מתמטיקאי ואסטרונום אנגלי תרגם עבודות מדעיות חשובות מערבית ללטינית. הילדגרד מבינגן (1098–1179) נזירה גרמנייה שתרמה לתחומי הרפואה והמדעים הטבעיים. ג'ון מסקרברו (1175–1245) פילוסוף ורופא אנגלי תרם רבות לתחום הרפואה והאנטומיה.

 סוף ימי הביניים ותחילת תקופת הרנסאנס 
תקופה זו מהווה תקופת מעבר חשובה בהתפתחות המדע המודרני עדיין תחת שליטתה של הכנסייה והאינקוויזיציה. כדוגמה כמה מדענים אירופאים חשובים מהמאות ה-14 עד ה-16. ניקולאוס קופרניקוס (1473–1543) אסטרונום פולני פיתח את המודל ההליוצנטרי של מערכת השמש, אלא שפרסום עבודתו נתקל בהתנגדות עיקשת של הכנסייה הקתולית – שממש בזמן זה הייתה שקועה במלחמה בפרוטסטנטיות, (מלחמות הדת 1517–1648) וחששה שההוכחה שהארץ סובבת סביב השמש תשרת את אויביה. גלילאו גליליי (1564–1642) מדען איטלקי שנחשב לאבי המדע המודרני בתרומותיו לאסטרונומיה, פיזיקה ומתמטיקה שהצליח לשבור את החרם של הכנסייה על התאוריה ההליוצנטרית של קופרניקוס וכך פרץ את מחסום ההתנגדות למדע המודרני המבוסס על הוכחות אמפיריות לתאוריות המבוססות על ניסויים ותצפיות. אנדריאס וסליוס (1514–1564) רופא ואנטומיסט בלגי נחשב לאבי האנטומיה המודרנית. פרצלסוס (1493–1541) רופא ואלכימאי שווייצרי חלוץ בתחום הרפואה והכימיה. אמברואז פארה (1510–1590) כירורג צרפתי נחשב לאבי הכירורגיה המודרנית. לאונרדו דה וינצ'י (1452–1519) אמן ומדען איטלקי תרומות רבות לאנטומיה, הנדסה ומדעים נוספים. יוהנס קפלר (1571–1630) אסטרונום ומתמטיקאי גרמני פיתח את חוקי התנועה הפלנטרית. ויליאם גילברט (1544–1603) רופא ופיזיקאי אנגלי מחקר פורץ דרך בתחום המגנטיות.

 המהפכה המדעית 
המהפכה המדעית באירופה, שהתרחשה בערך בין המאות ה-16 וה-18, הייתה תקופה של התקדמות מדעית משמעותית ושינוי בתפיסת העולם. להלן סקירה של תגליות חשובות ומדענים מובילים מתקופה זו: חוקי התנועה והכבידה של ניוטון. מחזור הדם. חוקי קפלר לתנועת כוכבי הלכת. תאוריית הגזים – חוק בויל-מריוט. המצאת המיקרוסקופ והטלסקופ. גילוי תאים ביולוגיים ומיקרואורגניזמים. פיתוח החשבון האינפיניטסימלי ועוד.

המהפכה המדעית התאפיינה בשינויים מהותיים: אימוץ השיטה המדעית המבוססת על תצפיות, ניסויים והסקת מסקנות. שימוש גובר במתמטיקה לתיאור תופעות טבע. התפתחות מכשירים מדעיים חדשים. שינוי בתפיסת העולם מאריסטוטלית לניוטונית. הקמת אקדמיות ואגודות מדעיות. תקופה זו הניחה את היסודות למדע המודרני והשפיעה עמוקות על החברה והתרבות באירופה.

המדענים החשובים: גלילאו גליליי (1564–1642): ביצע תצפיות אסטרונומיות מהפכניות ופיתוח חוקי התנועה. יוהנס קפלר (1571–1630): ניסח את חוקי תנועת כוכבי הלכת וחוקי פיזיקה ומתמטיקה. אייזק ניוטון (1643–1727): פיתח חוקי התנועה והכבידה והמציא את החשבון האינפיניטסימלי. רוברט בויל (1627–1691): אבי הכימיה המודרנית, ניסח את חוק בויל. אנטוני ואן לוונהוק (1632–1723): פיתח מיקרוסקופים משוכללים, גילה מיקרואורגניזמים. ויליאם הארווי (1578–1657): גילה את מחזור הדם. רנה דקארט (1596–1650): פילוסוף ומתמטיקאי, תרם לפיתוח הגאומטריה האנליטית. בלז פסקל (1623–1662): תרומות בתחומי המתמטיקה והפיזיקה, כולל חוק פסקל בהידרוסטטיקה. רוברט הוק (1635–1703): המציא את המיקרוסקופ המורכב וערך תצפיות על תאים ביולוגיים, וחקר בתחום האופטיקה והאסטרונומיה.

 התפתחות המדע המודרני הקלסי (המאות 18–19) 
תקופה זו הייתה המשך ישיר של המהפכה המדעית והתאפיינה בהתקדמות משמעותית במגוון תחומים מדעיים.
 פיזיקה: פיתוח תורת האלקטרומגנטיות, חוקי התרמודינמיקה, תורת הגלים.
 כימיה: גילוי יסודות כימיים רבים, הטבלה המחזורית של מנדלייב, תורת האטום המודרנית
 ביולוגיה: תורת האבולוציה של דרווין, התפתחות המיקרוביולוגיה, גילוי תהליך הפוטוסינתזה.
 גאולוגיה: תאוריית הטקטוניקה של הלוחות, הבנת תהליכי היווצרות כדור הארץ.
 מתמטיקה: התפתחות האנליזה המתמטית, פיתוח הסטטיסטיקה המודרנית.
 אסטרונומיה: גילוי כוכבי לכת חדשים וגלקסיות, פיתוח הספקטרוסקופיה האסטרונומית

מדענים בולטים: מייקל פאראדיי (1791–1867): תרומה מכרעת להבנה ושימוש של אלקטרומגנטיות. ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879): איחוד החשמל והמגנטיות לתיאוריה אחת. צ'ארלס דרווין (1809–1882): תורת האבולוציה באמצעות ברירה טבעית. לואי פסטר (1822–1895): אבי המיקרוביולוגיה המודרנית והאימונולוגה. דמיטרי מנדלייב (1834–1907): יצירת הטבלה המחזורית של היסודות. אנטואן לבואזיה (1743–1794): אבי הכימיה המודרנית. קרל פרידריך גאוס (1777–1855): תרומות מהפכניות במתמטיקה. ג'ון דלטון (1766–1844): פיתוח התיאוריה האטומית המודרנית. אלכסנדר פון הומבולדט (1769–1859): חלוץ בתחום הגאוגרפיה והאקולוגיה.

 המדע במאה השנים האחרונות 
 בין מדע וטכנולוגיה 
 מדע: תחום העוסק בחקר שיטתי של העולם הטבעי באמצעות תצפיות, ניסויים, והסקת מסקנות. מטרתו להבין ולהסביר תופעות טבעיות.
 טכנולוגיה: יישום מעשי של ידע מדעי לפתרון בעיות או ליצירת מוצרים ושירותים שימושיים.

במהלך 100 השנים האחרונות המדע שינה פנים. תאוריות שהיו מבוססות מאות שנים נפלו ופינו מקומן לראיה חדשה של הסובב והמסובב (הפעולה והתוצאה) בכל שטחי החיים ויצרו תרבות אנושית חדשה בכל ההיבטים:

מצד אחד אמנם התהליך של המחקר המדעי נצמד עכשיו לתהליך של הוכחות המבוססות על תצפיות וניסויים מבוקרים, של שיתופי פעולה בין-לאומיים, על הסכמות בין-לאומיות על אתיקה מדעית אבל גם על פתיחות חדשה לשינוי בתפיסות הבסיסיות של המדעים: מאידך תוצרי המחקר המדעי הוגדרו כנכס המוגן בפטנטים וכך הפך המחקר המדעי לכוח פוליטי וכלכלי. בנוסף למחקר המדעי מתפתחת תחרות על מחקר ופיתוח טכנולוגי שאיננו במסגרת הגדרת המחקר המדעי הקלסי. חברות מחקר ופיתוח שאינן מבוקרות ואינן חייבות בפרסום תוצאות המחקר מחליפות בהדרגה את האוניברסיטאות ומוסדות המחקר הציבורי. תהליך זה השפיע על הכלכלה והתרבות האנושית אף יותר מהמדע הממוסד והמוגדר כמדע אמפירי. הגבולות בין המדעים (דיסיפלינות) המוכרות מיטשטשים והתמונה התלת-ממדית של שילוב פיזיקה, אסטרונומיה כימיה, ביולוגיה וגאולוגיה הולכת ומתבהרת במערכת משוואות מתימטיות חדשות.

 החידושים העיקריים במדע – ההישגים הטכנולוגיים נגזרים מהם
 פיזיקה 
הפיזיקה חרגה מגבולות הפלנטה שלנו למרחבי התבל. תורת הקוונטים שמחברת את הפיזיקה לכימיה ותורת היחסות הכללית והפרטית הפכו על פניה את הפיזיקה הניוטינית המוכרת, אבל גם הן משתנות ותיאוריות חדשות, המבוססות על גילוי חלקיקים תת-אטומיים חדשים כמו קווארקים וחלקיקי ביזון, חומר ואנטי-חומר, זיהוי הכח החזק, הכוח החלש והכבידה, זהות של אנרגיה וחומר, הבנה חדשה של החלל – מדעי החלל – היווצרות החומר כתופעה אנרגטית חד פעמית והוכחת קרינת הרקע ו"התפשטות החלל", זיהוי החומר האפל, ופיתוח תאוריית המיתרים, הבנת היווצרות ומוות של גלקסיות, גילוי חורים שחורים והכוחות הפועלים בהם באמצעות טלסקופים המשוטטים מעבר לאטמוספירה, וקליטת קרינות רדיו אור ואנרגיה ממרחבי החלל הרחוק תורמים להבנתנו על מקור והיווצרות היקום. מחקר ושליטה על האנרגיה האטומית לטוב ולרע, והיתכנות של הפקת אנרגיה מהתכה אטומית. גילוי הרזוננס האלקטרוני, שאפשר יצירת טכנולוגיות חדשות כמו MRI (NMR) ומוליכות-על.

מדענים מובילים בתחום הפיזיקה: אלברט איינשטיין (1879–1955) הישגים עיקריים: תורת היחסות הפרטית והכללית, הסבר האפקט הפוטואלקטרי. נילס בוהר (1885–1962) הישגים עיקריים: מודל האטום של בוהר, תרומות למכניקת הקוונטים. ריצ'רד פיינמן (1918–1988) הישגים עיקריים: אלקטרודינמיקה קוונטית, דיאגרמות פיינמן. סטיבן הוקינג (1942–2018) הישגים עיקריים: תיאוריות על חורים שחורים, קוסמולוגיה. פיטר היגס (1929–2024) הישגים עיקריים: תאוריית מנגנון היגס, חלקיק היגס. קרלו רוביה וסימון ואן דר מיר קיבלו פרס נובל ב-1989 על גילוי הכח החלש.

מדענים מובילים בתחום האסטרונומיה והקוסמולוגיה: אדווין האבל (1889–1953) הישגים עיקריים: גילוי התפשטות היקום, סיווג גלקסיות. ג'ורג' גאמוב (1904–1968) הישגים עיקריים: תאוריית המפץ הגדול, הסבר לסינתזת היסודות הקלים. סוברהמניאן צ'נדראסקאר (1910–1995) הישגים עיקריים: מחקר על מבנה וההתפתחות של כוכבים, גבול צ'נדראסקאר. ורה רובין (1928–2016) הישגים עיקריים: גילוי החומר האפל, מחקר על תנועת גלקסיות. סטיבן ויינברג (1933–2021) הישגים עיקריים: תרומות לתאוריית האיחוד האלקטרו-חלש, המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים.

 ביולוגיה 
ביולוגיה היא מדע שבעבר התרכז בתצפיות, מיון ולימוד מערכות החיים, הכרה רחבה וחקירת מודלים של תורת האבולוציה – המסבירה את התפתחות עולם החי. כיום מדע זה ממוין לסדרה של מדעים המחולקים בין הכימיה והפיזיקה כמו ביוכימיה, החוקרת מבנה ותפקוד של מולקולות האופייניות לחי, כמו חלבונים, אנזימים, ונוקליאוטידים. פיזיולוגיה היא מדע העוסק בחקר התפקוד המכני, הפיזי והביוכימי של גופם של יצורים חיים. אנטומיה – מדע העוסק במכניקה ובמבנה איברים בבעלי חיים ומיקומם בגוף. אנדוקרינולוגיה – חוקרת את מערכות ההורמונים והבלוטות המפרישות אותם ותפקודם, וירולוגיה ומיקרוביולוגיה חוקרים מיקרואורגניזמים (חד תאיים, חיידקים, פטריות) המועילים והפתוגנים ווירוסים ומהווה בסיס להצלחת המאבק האנושי במחלות.

מדענים מובילים בתחום: ג'יימס ווטסון (נולד ב-1928) הישגים עיקריים: גילוי מבנה ה-DNA (יחד עם קריק ופרנקלין). פרנסיס קריק (1916–2004) הישגים עיקריים: גילוי מבנה ה-DNA, הקוד הגנטי והגנים. הגדרת הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית: רוזלינד פרנקלין (1920–1958) הישגים עיקריים: זיהתה לראשונה את המבנה הסלילי של הכרומוזום ה-DNA בעזרת קריסטלוגרפיית רנטגן של DNA חלוצה בגילוי המבנה המולקולרי של חלבונים. ברברה מקלינטוק (1902–1992) הישגים עיקריים: גילוי אלמנטים גנטיים ניידים (טרנספוזונים). קרייג ונטר (נולד ב-1946) הישגים עיקריים: ריצוף הגנום האנושי, יצירת תא סינתטי.

 רפואה 
הכחדת המגפות הבקטריאליות עם גילוי האנטיביוטיקה והמגפות הויראליות עם פיתוח החיסון. ניצול גילוי מבנה ה־DNA וה-RNA להבנת המבנה והתפקוד של התורשה, קריאת הצופן הגנטי המאפשרת זיהוי וטיפול במחלות גנטיות. פיתוח שיטות שכפול DNA ואיבחון כמו PCR. שימוש בשיטות חדישות המאפשרות זיהוי ובדיקה של פגיעה תוך גופית באמצעות מערכות הדמיה, השתלת איברים ושימוש בתאים עובריים, חקירה ולימוד של מבנה ותפקוד המח והמערכות האנדוקריניות אפשרו פיתוח תרופות והתאמת טיפול גם למחלות והפרעות התנהגותיות ולפיתוח תרופות מאריכות חיים. פיתוח שיטות כירורגיות חדשות בשילוב עם רובוטיקה ומחשוב מתקדם.

מדענים מובילים בתחום: אלכסנדר פלמינג (1881–1955) הישגים עיקריים: גילוי הפניצילין. יונה סאלק (1914–1995) הישגים עיקריים: פיתוח החיסון הראשון נגד שיתוק ילדים (פוליו) וירג'יניה אפגאר (1909–1974) הישגים עיקריים: פיתוח מדד אפגר להערכת מצב היילוד מיד לאחר הלידה: כריסטיאן בארנרד (1922–2001) הישגים עיקריים: ביצוע השתלת הלב הראשונה בעולם. מקור: פרנסיס קולינס (נולד ב-1950) הישגים עיקריים: הובלת פרויקט הגנום האנושי, גילוי גנים למחלות גנטיות.

 מדעי כדור הארץ 
שילוב של אקולוגיה וגאולוגיה-תאוריית הלוחות הטקטוניים המרכיבים את היבשות, חקירת הקשר בין תנאי הסביבה והחי והצומח וחקירת מנגנוני שינויי האקלים לצורך פיתוח מודלים אקלימיים מתקדמים. גילויים בתחום האוקיינוגרפיה. שילוב מדע הביולוגיה בחקר השפעת השינויים האקלימיים והמורפולוגים על האבולוציה. חקירת הקשר בין זיהום הסביבה והאטמוספירה לבין האקלים ותנאי החיים.

מדענים מובילים בתחום: אלפרד וגנר (1880–1930) הישגים עיקריים: תאוריית תזוזת היבשות. צ'ארלס דייוויד קילינג (1928–2005) הישגים עיקריים: מדידות ארוכות טווח של ריכוז CO2 באטמוספירה (עקומת קילינג) סילביה ארל (נולדה ב-1935) הישגים עיקריים: חקר מעמקי האוקיינוס, גילוי מערכות אקולוגיות ימיות עמוקות. ולדימיר ורנדסקי (1863–1945) הישגים עיקריים: פיתוח מושג הביוספירה, יסודות הגיאוכימיה.

 כימיה 
מדע הכימיה המודרני כולל כימיה אנליטית, כימיה אורגנית, ביוכימיה וכימיה פיסקלית. הקשר בין כימיה, ביולוגיה, פיזיקה וגאולוגיה מקיים את השילוב בין המדעים. הכלת תורת הקוונטים על מבנה החומר והתהליכים הכימיים מחברת את הכימיה לפיזיקה. הגדרה ובידוד האיזוטופים של היסודות ושימוש בהם במגוון רחב של טכנולוגיות בכללן גם פיתוח מקור לאנרגיה חדשה וגם לשימוש בנשק הגרעיני. פיתוח הכימיה האורגנית והמצאת הפולימרים כמו הפלסטיק המשמשים כיום מרכיב מרכזי ביצור אריזות, כלים, ציוד ומכונות שהחליפו למעשה שימוש במתכות ובחומרים טבעיים. פיתוח תרכובות חדישות המבוססות על ננו-חלקיקים בעלי תכונות של חוזק, משקל ומוליכות משופרים, פיתוח תהליכי עיבוד מתכות באמצעות פלסמה, ותהליכים כימיים חדשים בייצור ושימור מזון, פיתוח תהליכים אלקטרוכימיים ליצירת סוללות קטנות ועוצמתיות המשמשות כבר כתחליף למקור אנרגיה למנועים, פיתוח מוליכים למחצה ליצירת לוחות סולאריים ותהליכים ליצירת שבבים למערכות אלקטרוניות. פיתוח טכנולוגיות הדפסה וכימיה של הצילום, מהדפסת צבע ועד עד לטכנולוגיית הדפסת רקמות.

מדענים מובילים בתחום: לינוס פאולינג (1901–1994) הישגים עיקריים: מחקר על הקשר הכימי, גילוי מבנה החלבונים. רוזלין זוסמן יאלו (1921–2011) הישגים עיקריים: פיתוח שיטת הרדיואימונואסיי (שיטה לדיאגנוזה באימונולוגיה). דורותי קרופוט הודג'קין (1910–1994) הישגים עיקריים: פיתוח קריסטלוגרפיית רנטגן של ביומולקולות. פרדריק סנגר (1918–2013) הישגים עיקריים: שיטות לקביעת רצף חלבונים ו-DNA. מארי קירי (1867–1934) הישגים עיקריים: גילוי הרדיואקטיביות, גילוי היסודות רדיום ופולוניום.

 אלקטרוניקה ומדעי המחשב 
מדע יישומי חדש שמחבר טכנולוגיה, פיזיקה וכימיה – שהביא להמצאות כמו רדיו, טלוויזיה, מערכות תקשורת אלחוטית, שימוש באנרגיית קרני לייזר, פיתוח המחשב מכלי עזר לחישובים למערכות מידע, שליטה, תקשורת סלולרית ועד לפיתוח מכונית אוטונומית ומחשבי-על. מערכות אלה משולבות באורחות החיים ומשפיעות על ההתנהגות האנושית בעשרות השנים האחרונות.

מדענים חשובים בתחום: אלן טיורינג (1912–1954) הישגים עיקריים: מכונת טיורינג, מבחן טיורינג, יסודות מדעי המחשב. קלוד שאנון (1916–2001) הישגים עיקריים: תורת האינפורמציה, יסודות התקשורת הדיגיטלית. ג'ון פון נוימן (1903–1957) הישגים עיקריים: ארכיטקטורת פון נוימן למחשבים, תורת המשחקים. דונלד קנות' (נולד ב-1938) הישגים עיקריים: פיתוח אלגוריתמים מתקדמים. גרייס הופר (1906–1992) הישגים עיקריים: פיתוח הקומפיילר הראשון, תרומות לשפת התכנות COBOL.

 שינויים בתפיסת המושג "מדע" במהלך ההיסטוריה 
משמעותו המקובלת של המושג "מדע" השתנתה עם השנים, ובתקופות רבות הייתה שנויה במחלוקת. דוגמאות לשינויים בתפיסת המדע: המדע בין תקופתו של אריסטו לבין המאה ה-16 הסתמך כמעט ורק על תצפית. עד להופעת הפילוסופים מזרם האמפיריציזם, ניסוי מדעי היה כמעט זר לעיסוק המדעי. בימינו נחשב הניסוי המדעי לאבן הפינה של המדע ודיסציפלינה מדעית שמתקשה בעריכת ניסויים נחשבת לדיסציפלינה נחותה. לשימוש בניסויים שתי השלכות משמעותיות שונות על המדע. האחת – חיפוש ודיוק של המדע באופן מכוון, עם אפשרות לבדיקה של פרטים ספציפיים. השנייה – בחינת השערות חדשות על ידי הצעת ניסוי מתאים ובדיקה, מה שמאפשר סינון טעויות. היו תקופות בהן טיעונים מתחום המטאפיזיקה היו קבילים במדע. לאחר הופעת האמפיריציזם המדע נשען על לוגיקה, שכל ישר ומסורת מחקר בלבד. טיעונים מיסטיים ומטאפיזיים אינם נחשבים חלק מהשיטה המדעית. ההתייחסות לתוצאות חקירה מדעית כאל עובדות מוכחות בהכרח השתנתה עם השנים. המשמעות המקובלת של חוקי הפיזיקה הניוטונית השתנתה בעקבות קבלת תורתו של אלברט איינשטיין. אולם, אחרי איינשטיין עבודתם של. ריצ'רד פיינמן (1918–1988) הישגים עיקריים: אלקטרודינמיקה קוונטית, דיאגרמות פיינמן. סטיבן הוקינג (1942–2018) הישגים עיקריים: תיאוריות על חורים שחורים, קוסמולוגיה. פיטר היגס (1929–2024) הישגים עיקריים: תאוריית מנגנון היגס, חלקיק היגס. קרלו רוביה וסימון ואן דר מיר קיבלו פרס נובל ב-1989 על גילוי הכח החלש. נתפסה כניסוח עקרונות קרובים יותר למציאות מאלה שנוסחו לפניהם וגילוי האמת המדעית אינו נתפס כדבר הנמצא ביכולתם..

 תחומי המדע 
חלוקת המדע לתחומים נשענת הן על דמיון בין סוג המידע הנחקר בדיסציפלינות השונות והן על נסיבות פרקטיות.

שלושת תחומי המדע בחלוקה המודרנית הם מדעי הטבע, מדעי החברה/מדעי הרוח (עוסקים באופן מהותי באדם, ובחברה) והמדעים הפורמליים.

מסיבות פרקטיות, נוטים לפצל פקולטות של מדעי הטבע למדעים מדויקים, מדעי החיים ומדעי הבריאות. מסיבות כאלו המתמטיקאים יושבים בפקולטות למדעי הטבע ואילו הסטטיסטיקאים בפקולטות למדעי החברה ובבתי הספר לבריאות הציבור, אך לא בפקולטות למדעי הטבע המדויקים או מדעי החיים.

חלק מהחלוקה המסורתית של דיסציפלינות לתת דיסציפלינות חדלה להיות בשימוש או ששינתה את משמעותה. לדוגמה, בעבר רק המיקרוביולוגיה עסקה בחקר אורגניזמים מיקרוסקופיים ובימינו עוסקים בכך מרבית ענפי הביולוגיה. בימינו מקובל, למשל, שגנטיקאי יחקור חיידקים, בדומה למיקרוביולוג.

 גישות שונות בהכללת תחומים ב"מדע" 
 יש המצמצמים את משמעותו של המושג "מדע" למדעי הטבע בלבד, או אפילו למדעי הטבע המדויקים המתבססים על התצפית בעלת מדידה מדויקת והן על ניסוי מעבדתי. לעומתם יש הכוללים במושג גם פעילויות מתחום מדעי החברה המתבססות על תצפית ובחינה סטטיסטית. גם אם המדידות בהם פחות מדויקות או אפילו את אלה מהם שמכילים רק תצפיות ולא ניסויים. יש גם הטוענים כי במשמעות הרחבה כולל המושג "מדע" כל פעילות חקר אנושית, כולל זו הנכללת במדעי הרוח.
 יש המחשיבים את המתמטיקה למדע, אף שהיא אינה על הגדרת המדע האמפירי המבוסס על תצפית וניסוי. המתמטיקה היא שיטה לוגית אחידה המחברת תצפיות לתוצאות ניסויים ולתאוריה המסבירה אותם. אחרים טוענים שהיא ענף של הלוגיקה.
 ישנם גם ויכוחים לגבי שיוכן של תת-דיסציפלינות אל המדע. למשל, על השאלה האם הפסיכואנליזה היא מדע, יש ויכוח גם בין הפסיכולוגים. ויכוחים אלה נובעים מהשאלות: מהי הוכחה מדעית קבילה? ומהי שאלה שניתן לענות עליה באמצעים מדעיים? בספרו המבנה של מהפכות מדעיות מסביר תומאס קון כי בשטחי מדע שונים יש אילוצים שונים ופשרות שונות בתחום העקרונות המדעיים. הוא מסביר, לדוגמה, שהציבור לוחץ על האקדמיה לחקור את תחום הפסיכולוגיה אבל לא יכול לצפות מהאקדמיה שחקירה זו תעמוד בקריטריונים המחמירים של מחקר הפיזיקה.

 השיטה המדעית 

הליבה של החשיבה המדעית היא היכולת לתאם ולקשר בין התאוריה לבין המציאות העובדתית. בהתאם לכך, השיטה המדעית כוללת עקרונות ותהליכים לאיסוף, אימות וניתוח של הנתונים, לעריכה מבוקרת של ניסויים ולביקורת עמיתים על מסקנות המחקר.

בעוד שהמתמטיקה והפילוסופיה הם יצירי רוחו של האדם, המדע האמפירי מושג באמצעות תהליך שיטתי של תצפית, השערה, ניסוי והסקת מסקנות אובייקטיבית, ושואף להגיע להסברים נרחבים וכוללניים ככל האפשר.

 תאוריה מדעית 

תאוריה מדעית היא גוף ידע בו עוסקת קהילה חוקרת והוא מכיל הגדרות אחידות, טענות על הקשרים בין המושגים המוגדרים בו ודרכי הוכחה או הפרכה לטענות אלה. דרכי ההוכחה וההפרכה הן מתחום הניסוי התצפית וההישענות על תאוריות מתחום מדעי הנחשב בסיסי יותר. ההבדל בין הרבה מדעים הוא בדרכי עריכת ניסוי ותצפית הקבילים באותו מדע. למשל, באפידמיולוגיה יש תצפיות הנעשות על ידי ריאיון עם אנשים שחלו (בניגוד לרבים ממדעי הטבע) ובביהביוריזם ריאיון אינו תצפית מקובלת (בניגוד לרבים ממדעי החברה).

הטענות על הקשרים בין המושגים המוגדרים נחלקות לשני סוגים: טענות שכבר הוכחו, טענות שיהיה אפשר להוכיח או להפריך בעתיד וטענות בסיסיות שאותן אי אפשר להפריך או לאשש, בדומה לטענות מתמטיות שעשויות להפוך למשפטים מתמטיים. טענות שכבר הופרכו אינן חלק מהתאוריה המדעית ועל מעמדן של טענות שספק אם אפשר להוכיח או להפריך יש ויכוח.

דרישה נוספת מתאוריה מדעית היא שלא תסתור תאוריות מדעיות מקובלות אחרות, במיוחד לא כאלה הנחשבות לעוסקות במושגים "בסיסיים" יותר מאלה של התאוריה עצמה. למשל, מצב בו תאוריה בביולוגיה סותרת תאוריות אחרות בביולוגיה הוא מצב מאוד לא רצוי, שעל פי רוב הוא זמני (כמו הוויכוח בין חסידי מערכת החיסון התאית והנוגדנית שהסתבר שאין סתירה בין דבריהם). מצב בו תאוריה בביולוגיה סותרת תאוריה בכימיה הנתפסת כמדע "בסיסי" יותר הוא מצב לא נסבל.

הפיזיקה נחשבת למדע ה"בסיסי" והמדויק ביותר, והיא משמשת דוגמה לשיטה מדעית עבור שאר המדענים. תאוריה מדעית תשאף על פי רוב להכיל ניסויים בעלי מדידות העומדות בדרישות המחמירות של הפיזיקה ואחידות הגדרות עם הפיזיקאים. עמידה בדרישות אלה אינה פשוטה ומרבית המדעים מתקדמים בהדרגה לעבר דיוק ואחידות. ישנם מדעים, כמו הכימיה, שיש להם אקדמית לשון משלהם שדואגת לאחידות ההגדרות.

 שלבים במחקר במדעי הטבע. 
 הגדרת נשוא המחקר 
איתור נושא למחקר על-ידי איסוף נתונים ובחינת נשוא המחקר על סמך תצפיות קודמות וסיכום תצפיות בפרסומים קודמים, בירור חשיבות נשוא המחקר ביחס לאמצעים הנדרשים, הערכת העלויות והזמן שיוקצב לנושא. מוסדות המחקר ומרכזי מחקר כלכליים (חברות מסחריות) שממנים את המחקרים מהווים גורם משמעותי בקביעת נושא המחקר ותקציבו.

 תצפיות ותכנון המחקר 
בחינה מדוקדקת של הידע המצטבר והגדרת שאלות שלא ניתן להן פתרון הנדרש למטרות המחקר. במדעי הסביבה מוסיפים תצפיות חוזרות לאישוש נתונים. ביצוע ניסויים מקדימים במעבדה לבחינת צורכי המחקר והצגת השערה (השערת האפס) לבחינת הנושא והאמצעים הנדרשים לביצוע. הכנת תוכנית עבודה, הגדרת ציוד והוצאות הנדרשים למחקר.

 ניסוח השערת האפס 
השערת האפס היא נשוא המחקר. היא מנוסחת כך שניתן להוכיח חיוב או שלילה באמצעות בחינה סטטיסטית אובייקטיבית של ניסויים מבוקרים.

קובעים את רמת ההסתברות הנדרשת (P) להוכחת ההשערה. לדוגמה: תוצאה X מאשרת את הנחת העבודה כי תהליך Y מתקיים בוודאות של 95% (P= 0.05).

 תכנון הניסויים 
הגדרת המשתנים הקבועים בניסוי (בלתי תלויים בתוצאות הניסוי) והמשתנים הנמדדים (משתנים תלויים) להוכחת ההשערה. (דוגמה: בחקירת "השפעת רמת מליחות המים על גידול עגבניות"- המשתנה הבלתי תלוי הוא ריכוז המלח והמשתנה הנמדד הוא גובה הצמח). הגדרת נתוני ביקורת המלוות את הניסויים (תנאים שעשויים להשפיע על התוצאות, כמו טמפרטורה, תמיסות נלוות, קרינה וכדומה). ביצוע ניסויים מקדימים לקביעת גבולות הניסויים, כמו התאמת הציוד הנדרש, חקירת ניסויים דומים שפורסמו. עריכת תוכנית מפורטת של העבודה (work plane) והצגת אבן דרך (Mile Stone).

 ביצוע וסיכום הניסויים 
כל הניסויים מבוצעים בהתאם להנחיות (GLP ( Good Labortory Practices. (הנחיות אבטחת איכות קבועות לתנאי ניסוי במעבדות), סיכום מפורט של כל ניסוי והערכת ביצועים. בדרך כלל נדרשות שלוש חזרות לכל ניסוי להוכחת אמינותו.

 שלבים במחקר רפואי 
המחקר הרפואי, בעיקר בבחינת תרופות חדשות ותהליכי טיפול, נעשה כיום בעיקר במימון חברות או מכוני מחקר עצמאיים. מחקר כזה עשוי להימשך 5–10 שנים, כאשר הניסויים הקליניים, בהם מוכיחים את יעילות הטיפול והערכת הסיכונים (רעילות ותופעות לוואי), כוללים ניסויים בבעלי חיים ובאדם בהתאם להנחיות ועדת הלסינקי. כיום משתדלים להחליף ניסויים בבעלי חיים בשימוש בתרביות רקמה ובמודלים של AI (אינטליגנציה מלאכותית). עלות של פיתוח תרופה חדשה משלב המחקר המעבדתי ועד למוצר סופי עשויה להגיע למיליארד דולר, לכן בהערכת הסיכונים ובחישוב החזר ההשקעה שנגזר מחוק הפטנטים (המקנה זכויות על הידע ולכן על המוצר), מעט תרופות חדשות מאושרות בשנה.

הליך פרסום התוצאות
כלי הפרסום העיקרי לתוצאות חקירות מדעיות הוא מאמר מדעי הנעזר בביקורת העמיתים. מאמרים כאלה מתפרסמים בכתבי עת מקצועיים המיועדים לכך. כתבי עת אלו מגיעים אל ספריות מדעיות ואנשי מדע המנויים עליהם בין אם כחוברות נייר ובין אם בגרסתם האלקטרונית. תקצירי המאמרים מופיעים במאגרי מידע מדעיים.

כתבי העת השונים מיועדים, על פי רוב, לחוקרים מתחומים שונים. אולם, ישנם גם כתבי עת המיועדים לקהילה המדעית הרחבה כגון כתב העת Nature. כתבי העת נבדלים זה מזה גם במידת היוקרה שלהם, הנובעת בעיקר מהביסוס שלהם כמקור מדעי מוסמך, והשתתפות מדענים מובילי דעה. ככל שהמוניטין של כתב עת גבוה יותר, כך הוא בורר את המאמרים המוצעים לו בקפידה רבה יותר. בכתב עת יוקרתי יותר יופיעו מאמרים המדווחים על תגליות חשובות יותר ומביאים לתגליות אלה סימוכין חזקים יותר (סימוכין בניסוי, בתצפית ובמידע ממחקרים אחרים).

מערכת כתב העת בוררת את המאמרים המוצעים לה בבירור ראשוני ואלה שעוברים בירור זה נשלחים, כל אחד, אל שני מומחים מהתחום בו עוסק המאמר (ביקורת עמיתים) זהות המבקרים נשמרת בסוד. המבקרים יכולים לדחות את המאמר או לקבלו אחרי שיתוקן על פי הנחיותיהם או לקבלו כפי שהוא. אם המאמר נדחה, המדען מנסה על פי רוב לשפרו ולהגישו לכתב עת אחר.

לבד מפרסום מאמרים, אנשי מדע מדווחים על תוצאות מחקריהם גם בדרכים אחרות. שתי הדרכים המקובלות האחרות הן הצגת הנושא בכינוס מדעי מוביל בתחומו. ההצגה בכינוס המדעי אינה מחליפה על פי רוב את הצגת הממצאים במאמר. דרך להצגת תוצאות מחקרים היא התזה. (סיכום מחקר לתאר דוקטור), שבדרך כלל מלווה בפרסום מאמרים בנושאי המחקר. התגליות החשובות במיוחד זוכות להיות מסוכמות בספרי לימוד הנכתבים עבור מתלמדים ומומחים.

 המדע כמעצב תפיסות עולם ודפוסי חשיבה 

מלבד ערכו התכליתי של המדע כמשרת מטרה מוגדרת, למדע תפקיד מרכזי בעיצוב החשיבה האנושית. מכיוון שהמדע מתאר מציאות, הוא משפיע על תפיסת המציאות של בני האדם. תוצאות החקירה המדעית, ועצם קיומה, מובילים לשינוי תפיסתי-פילוסופי ניכר.
 לדוגמה: היחס לסוציולוגיה כאל תחום מדעי הביא לעיתים לתפיסה של האדם כיצור שמטרותיו היחידות הן הישרדות וצבירת כוח.
 דוגמה אחרת היא תיאורם הפיזי של גרמי השמיים. כיום, כשהגישה המקובלת בקהילה המדעית היא שכדור הארץ אינו שונה מהותית משאר כוכבי הלכת, והשמש אינה שונה מהותית משאר הכוכבים, נשמט הבסיס להנחה הפילוסופית העתיקה בדבר מרכזיותה של האנושות ביחס ליקום.

עצם קיומו של המחקר המדעי ותכונותיו, משפיע על אופן החשיבה האנושי. עקרונות המדע מאומצים על ידי החשיבה האנושית, והופכים להיות הכללים המגדירים את תפיסתו. גם חלוקת המדע לתחומים משפיעה על עיצוב התודעה, על ידי יצירת חלוקה תפיסתית תואמת. לדוגמה, הפרדת תחום הפסיכולוגיה (חקר הנפש) מתחום הכלכלה, עשויה ליצור תפיסה בציבור אשר אינה מחשיבה את השפעתם של המבנה הנפשי והשיטה הכלכלית אחד על השני.

 ראו גם 
 גישת מחקר
 שיטות מחקר – מונחים
 הוראת המדעים
 תורה ומדע
 מדענות
 פוליטיזציה של המדע
מטא-תאוריה
 נשים במדע
מטא-מדע

 קישורים חיצוניים 

 אליה ליבוביץ, "מידת 'מדעיוּתו' של מדע", אקדמיה, סתיו תשס"ח–2008

 על היחסיות של הטעות – מאמר של אייזק אסימוב המתייחס לשגיאות במחקר המדעי 


 בן גולדייקר: להילחם במדע גרוע – הרצאה באנגלית מאתר TED עם כתוביות בעברית 
 בו לוטו + איימי או'טול: מדע זה לכולם, כולל ילדים – על למידת חקר ותרומתם של הילדים למדע. הרצאה באנגלית מאתר TED עם כתוביות בעברית 
 בלי חופש דעה אין מדע פרופ' יונתן דובי באתר השילוח 21 ביוני 2023



סטטוטורי:
 משרד המדע – אתר ממשלתי רשמי
חדשות:
 הידען – חדשות מדע

הערות שוליים

*
*
קטגוריה:פילוסופיה של המדע