Ciencias Naturales

Ciencias naturales

Ciencias naturales, ciencias de la naturaleza, ciencias físico-naturales o ciencias experimentales son aquellas ciencias que tienen por objeto el estudio de la naturaleza, siguiendo la modalidad del método científico conocida como método experimental. Estudian los aspectos físicos e intentando no incluir aspectos relativos a las acciones humanas. Así, como grupo, las ciencias naturales se distinguen de las ciencias sociales o ciencias humanas (cuya identificación o diferenciación de las humanidades y artes y de otro tipo de saberes es un problema epistemológico diferente).

Las ciencias naturales, por su parte, se apoyan en el razonamiento lógico y el aparato metodológico de las ciencias formales, especialmente de la matemática y la lógica, cuya relación con la realidad de la naturaleza es indirecta. A diferencia de las ciencias aplicadas, las ciencias naturales son parte de la ciencia básica, pero tienen en ellas sus desarrollos prácticos, e interactúan con ellas y con el sistema productivo en los sistemas denominados de investigación y desarrollo o investigación, desarrollo e innovación.

Ramas de las ciencias naturales

·         Ciencias físicas

·         Astronomía: se ocupa del estudio de los cuerpos celestes, sus movimientos, los fenómenos ligados a ellos, su registro y la investigación de su origen a partir de la información que llega a ellos a través de la radiación electromagnética o de cualquier otro medio.

·         Física: se ocupa del estudio de las propiedades del espacio, el tiempo, la materia y la energía, teniendo en cuenta sus interacciones.

·         Geología: se ocupa del estudio de la Tierra y de los cuerpos celestes rocosos, la materia que los compone, la estructura, sus mecanismos de formación y los cambios o alteraciones que han experimentado desde su origen.

·         Química: se ocupa del estudio de la composición, la estructura y las propiedades de la materia, así como de los cambios de sus reacciones químicas.

·         Ciencias biológicas

·         Biología: se ocupa del estudio de los seres vivos y, más específicamente, de su origen, evolución y propiedades (génesis, nutrición, morfogénesis, reproducción, patogenia, etc.).

·         Botánica: se ocupa del estudio de los vegetales: origen, evolución, distribución, etc.

·         Zoología: se ocupa del estudio de los animales: origen, evolución, distribución, características.

Las Ciencias de la Tierra

En la segunda mitad del siglo XX, surgió un nuevo enfoque de las ciencias físico-naturales referido a las ciencias de la Tierra, en el que se elimina el estudio de la Astronomía y otras ciencias similares y, en cambio, se le añaden algunas ciencias a nivel detallado que permiten una mejor interpretación del mundo en que vivimos, es decir, del planeta Tierra. El enfoque unificador de las ciencias de la Tierra es el flujo de energía, por lo que la Termodinámica viene a ser la ciencia que sirve de base a este grupo de ciencias.

Descripción de las ciencias naturales

Astronomía

Esta disciplina es la ciencia de los objetos y fenómenos astronómicos originados fuera de la atmósfera terrestre. Su campo está relacionado con la Física, con la Química, con el movimiento y con la evolución de los objetos celestes, así como también con la formación y el desarrollo del Universo. La Astronomía incluye el examen, estudio y modelado de las estrellas, los planetas, los cometas, las galaxias y el cosmos. La mayoría de la información usada por los astrónomos es recogida por la observación remota, aunque se ha conseguido reproducir, en algunos casos, en laboratorio, la ejecución de fenómenos celestes, como, por ejemplo, la Química Molecular del medio interestelar.

Mientras los orígenes del estudio de los elementos y fenómenos celestes pueden ser rastreados hasta la antigüedad, la metodología científica de este campo empezó a desarrollarse a mediados del siglo XVII. Un factor clave fue la introducción del telescopio por Galileo Galilei, que permitió examinar el cielo de la noche más detalladamente. El tratamiento matemático de la Astronomía comenzó con el desarrollo de la mecánica celeste y con las leyes de gravitación por Isaac Newton, aunque ya había sido puesto en marcha por el trabajo anterior de astrónomos como Johannes Kepler. Hacia el siglo XIX, la Astronomía se había desarrollado como una ciencia formal, con la introducción de instrumentos tales como el espectroscopio y la fotografía, que permitieron la continua mejora de telescopios y la creación de observatorios profesionales.

Biología

Este campo, comprende un conjunto de disciplinas que examinan fenómenos relativos a organismos vivos. La escala de estudio va desde los subcomponentes biofísicos hasta los sistemas complejos. La Biología se ocupa de las características, la clasificación y la conducta de los organismos, así como de la formación y las interacciones de las especies entre sí y con el medio natural.

Los campos biológicos de la Botánica, la Zoología y la Medicina surgieron desde los primeros momentos de la civilización, mientras que la Microbiología fue introducida en el siglo XVII con el descubrimiento del microscopio. Sin embargo, no fue hasta el siglo XIX cuando la Biología se unificó, una vez que los científicos descubrieron coincidencias en todos los seres vivos y decidieron estudiarlos como un conjunto. Algunos desarrollos clave en la ciencia de la Biología fueron la genética, la Teoría de la Evolución de Charles Darwin con la llamada selección natural, la Teoría Microbiana de las Enfermedades Infecciosas y la aplicación de técnicas de Física y Química a nivel celular y molecular (Biofísica y Bioquímica, respectivamente).

La Biología moderna se divide en sub-disciplinas, según los tipos de organismo y la escala en el que se estudian. La Biología Molecular es el estudio de la Química fundamental de la vida, mientras que la Biología Celular tiene como objeto el examen de la célula, es decir, la unidad constructiva básica de toda la vida. A un nivel más elevado, está la Fisiología, que estudia la estructura interna del organismo.

Física

La Física, incluye el estudio de los componentes fundamentales del Universo, las fuerzas e interacciones que ejercen entre sí y los resultados producidos por dichas interacciones. En general, la Física es considerada como una ciencia fundamental, estrechamente vinculada con la Matemática y la Lógica en la formulación y cuantificación de los principios.

El estudio de los principios del Universo tiene una larga historia y un gran trabajo deductivo, a partir de la observación y la experimentación. La formulación de las teorías sobre las leyes que gobiernan el Universo ha sido un objetivo central de la Física desde tiempos remotos, con la filosofía del empleo sistemático de experimentos cuantitativos de observación y prueba como fuente de verificación. La clave del desarrollo histórico de la Física incluye hitos como la Teoría de la Gravitación Universal y la mecánica clásica de Newton, la comprensión de la naturaleza de la electricidad y su relación con el magnetismo, la Teoría General de la Relatividad y la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein, el desarrollo de la termodinámica y el modelo de la mecánica cuántica, a los niveles de la Física atómica y subatómica.

El campo de la Física es extraordinariamente amplio, y puede incluir estudios tan diversos como la Mecánica Cuántica, la Física Teórica o la Óptica. La Física moderna se orienta a una especialización creciente, donde los investigadores tienden a enfocar áreas particulares más que a ser universalistas, como lo fueron Albert Einstein o Lev Landau, que trabajaron en una multiplicidad de áreas.

Geología

La Geología es un término que engloba a las ciencias relacionadas con el planeta Tierra, que incluyen la Geofísica, la Tectónica, la Geología estructural, la Estratigrafía, la Geología histórica, la Hidrología, la Meteorología, la Geografía Física, la Oceanografía y la Edafología.

Aunque la minería y las piedras preciosas han sido objeto del interés humano a lo largo de la historia de la civilización, su desarrollo científico dentro de la ciencia de la Geología no ocurrió hasta el siglo XVIII. El estudio de la Tierra, en especial, la Paleontología, floreció en el siglo XIX, y el crecimiento de otras disciplinas, como la Geofísica, en el siglo XX, con la Teoría de las Placas Tectónicas, en los años 60, que tuvo un impacto sobre las ciencias de la Tierra similar a la Teoría de la Evolución sobre la Biología.

La Geología está, en la actualidad, estrechamente ligada a la investigación climática y a las industrias minera y petrolera.

Paleontología

La paleontología estudia e interpreta el pasado de la vida sobre la Tierra a través de los fósiles. Posee un cuerpo de doctrina propio y comparte fundamentos y métodos con la geología y la biología con las que se integra estrechamente. Se divide en tres campos de estudio: paleobiología, tafonomía y biocronología.

Entre sus objetivos están, además de la reconstrucción de los seres vivos que vivieron en el pasado, el estudio de su origen, de sus cambios en el tiempo (evolución y filogenia), de las relaciones entre ellos y con su entorno (paleoecología, evolución de la biosfera), de su distribución espacial y migraciones (paleobiogeografía), de las extinciones, de los procesos de fosilización (tafonomía) o de la correlación y datación de las rocas que los contienen (bioestratigrafía).

La Paleontología permite entender la actual composición (biodiversidad) y distribución de los seres vivos sobre la Tierra (biogeografía) —antes de la intervención humana—, ha aportado pruebas indispensables para la solución de dos de las más grandes controversias científicas del pasado siglo, la evolución de los seres vivos y la deriva de los continentes, y, de cara a nuestro futuro, ofrece herramientas para el análisis de cómo los cambios climáticos pueden afectar al conjunto de la biosfera.

Química

Constituyendo el estudio científico de la materia a escala atómica y molecular, la Química se ocupa principalmente de las agrupaciones supraatómicas, como son los gases, las moléculas, los cristales y los metales, estudiando su composición, propiedades estadísticas, transformaciones y reacciones. La Química también incluye la comprensión de las propiedades e interacciones de la materia a escala atómica. La mayoría de los procesos químicos pueden ser estudiados directamente en el laboratorio, usando una serie de técnicas a menudo bien establecidas, tanto de manipulación de materiales como de comprensión de los procesos subyacentes. Una aproximación alternativa es la proporcionada por las técnicas de modelado molecular, que extraen conclusiones de modelos computacionales. La Química es llamada a menudo "ciencia central", por su papel de conexión con las otras Ciencias Naturales.

La experimentación química tuvo su origen en la Alquimia, un sistema de creencias que combinaba esoterismo y experimentación física. La ciencia de la Química comenzó a desarrollarse a finales del siglo XVIII, con el trabajo de científicos notables como Robert Boyle, el descubridor de los gases, o Antoine Lavoisier, que descubrió la Ley de Conservación de la Masa. La sistematización se hizo patente con la creación de la Tabla Periódica de los Elementos y la introducción de la Teoría Atómica, cuando los investigadores desarrollaron una comprensión fundamental de los estados de la materia, los iones, los enlaces químicos y las reacciones químicas. Desde la primera mitad del siglo XIX, el desarrollo de la Química lleva aparejado la aparición y expansión de una industria química de gran relevancia en la economía y la calidad de vida actuales.

Ciencias cruzadas

Las diferencias entre las disciplinas de las Ciencias Naturales no siempre son marcadas, y estas «ciencias cruzadas» comparten un gran número de campos. La Física juega un papel significativo en las otras Ciencias Naturales, dando origen, por ejemplo, a la Astrofísica, la Geofísica, la Química Física y la Biofísica. Asimismo, la Química está representada por varios campos, como la Bioquímica, la Geoquímica y la Astroquímica.

Un ejemplo particular de disciplina científica que abarca múltiples Ciencias Naturales es la ciencia del medio ambiente. Esta materia estudia las interacciones de los componentes físicos, químicos y biológicos del medio, con particular atención a los efectos de la actividad humana y su impacto sobre la biodiversidad y la sostenibilidad. Esta ciencia también afecta a expertos de otros campos.

Una disciplina comparable a la anterior es la Oceanografía, que se relaciona con una amplia gama de disciplinas científicas. La Oceanografía se subdivide, a su vez, en otras disciplinas cruzadas, como la Biología Marina. Como el ecosistema marino es muy grande y diverso, la Biología Marina también se bifurca en muchas subdivisiones, incluyendo especializaciones en especies particulares.

Hay también un grupo de campos con disciplinas cruzadas en los que, por la naturaleza de los problemas que abarcan, hay fuertes corrientes contrarias a la especialización. Por otro lado, en algunos campos de aplicaciones integrales, los especialistas, en más de un campo, tienen un papel clave en el diálogo entre ellos. Tales campos integrales, por ejemplo, pueden incluir la Nanociencia, la Astrobiología y complejos sistemas informáticos.