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科学大纲

以下大纲是科学的主题概述:

科学(英语:Science希腊语Επιστήμη)是通过经验实证的方法,对现象(原来指自然现象,现泛指包括社会现象等现象)进行归因的学科。科学活动所得的知识是条件明确的(不能模棱两可或随意解读)、能经得起检验的,而且不能与任何适用范围内的已知事实产生矛盾。科学原仅指对自然现象之规律的探索与总结,但人文学科也被越来越多地冠以“科学”之名。

人们习惯根据研究对象的不同把科学划分为不同的类别,传统的自然科学主要有生物学物理学化学地球科学天文学逻辑学数学的地位比较特殊,它们是其它一切科学的论证基础和工具。

科学在认识自然的不同层面上设法解决各种具体的问题,强调预测结果的具体性和可证伪性,这有别于空泛的哲学。科学也不等同于寻求绝对无误的真理,而是在现有基础上,摸索式地不断接近真理。故科学的发展史就是一部人类对自然界的认识偏差的纠正史。因此“科学”本身要求对理论要保持一定的怀疑性,因此它绝不是“正确”的同义词。

形式科学

逻辑

逻辑(英语:logic),又称理则、论理、推理、推论,是有效推论哲学研究。[1]逻辑被使用在大部分的智能活动中,但主要在哲学心理学习推论统计学脑科学数学语义学法律计算机科学等领域内被视为一门学科。逻辑讨论逻辑论证会呈现的一般形式,哪种形式是有效的,以及其中的谬论

逻辑通常可分为三个部分:归纳推理溯因推理演绎推理

哲学里,逻辑被应用在大多数的主要领域之中:形而上学/宇宙论本体论知识论伦理学

数学里,逻辑是指形式逻辑和数理逻辑,形式逻辑是研究某个形式语言的有效推论[2]。主要是演绎推理。 在辩证法中也会学习到逻辑[3]。数理逻辑是研究抽象逻辑关系和数学基本的问题。

心理脑科学语义学法律里,是研究人类思想推理的处理。

学习推论统计学里,是研究最大可能的结论。主要是归纳推理溯因推理

计算机科学里, 是研究各种方法的性质,可能性,和实现在机器上。主要是归纳推理溯因推理,也有在归纳推理的研究。

古文明开始(如印度[4]中国[5]希腊)都有对逻辑进行研究。在西方,亚里斯多德将逻辑建立成一门正式的学科,并在哲学中给予它一个基本的位子。

数学

数学是利用符号语言研究数量[6]结构[7]变化[8][9]以及空间[6]等概念的一门学科,从某种角度看属于形式科学的一种。数学透过抽象化逻辑推理的使用,由计数计算量度和对物体形状运动的观察而产生。数学家们拓展这些概念,为了公式化新的猜想以及从选定的公理定义中建立起严谨推导出的定理。[10]

计算理论

为了对计算进行严谨的研究,计算机科学家会将计算以数学的方式抽象化,称为计算模型

信息论

自创立以来,它已拓展应用到许多其他领域,包括统计推断、自然语言处理密码学神经生物学[11]、进化论[12]和分子编码的功能[13]生态学的模式选择[14]、热物理[15]量子计算语言学、剽窃检测[16]模式识别、异常检测和其他形式的数据分析[17]

统计学

统计学是在资料分析的基础上,研究如何测定、收集、整理、归纳和分析反映数据资料,以便给出正确讯息的科学。这一门学科自17世纪中叶产生并逐步发展起来,它广泛地应用在各门学科,从自然科学社会科学人文学科,甚至被用于工商业政府的情报决策。随着大数据(Big Data)时代来临,统计的面貌也逐渐改变,与资讯、计算等领域密切结合,是资料科学(Data Science)中的重要主轴之一。

有些科学广泛的应用统计的方法使得他们拥有各自的统计术语,这些学科包括:

统计软件gretl
  • 社会统计(包括所有的社会科学)
  • 文献统计分析
  • 化学与程序分析(所有有关化学的资料分析与化工科学)
  • 运动统计学,特别是棒球以及曲棍球

统计对于商业以及工业是一个基本的关键。他被用来了解与测量系统变异性,程序控制,对资料作出结论,并且完成资料取向的决策。在这些领域统计扮演了一个重要的角色。

自然科学

自然科学是研究大自然中有机或无机的事物和现象的科学。

天文学

广义地来说,任何源自地球大气层以外的现象都属于天文学的研究范围。

天体

天体(astronomical object,也称为celestial object)是在可观测宇宙中,经由科学确认其存在的物体、或是结构[18]

天体可能像恒星行星彗星等结合较紧密的星体或类星体,也可能是指一个复杂的,彼此关联较松散的结构,如星团星系,其中可能包括许多其他的星体,甚至有其他更小的结构。

天体的例子包括行星系星团星云星系,而小行星月球行星恒星等则算是星体或类星体。彗星若只考虑其以冰和灰尘组成的彗核,是一个类星体,但若考虑彗核及其彗发彗发,则是一个关联较松散的天体。

银河系天文学

银河系天文学是研究我们的银河系和其所有内容。相对来说,星系天文学是研究在我们银河系之外的一切,包括所有其他的星系。

不要将银河系天文学和星系的形成和演化混淆,后者一般是研究星系的诞生、结构、成分、动力学、交互作用和它们的形式和范围。

我们自己的银河系,就是我们的太阳系所属于的星系,在很多方面是被研究得最多的星系,即使重要的部分在可见波长区域被宇宙尘遮蔽了,在20世纪发展的无线电天文学红外线天文学、和次微米波天文学英语Submillimetre astronomy仍将被气体和尘埃遮蔽的区域首度呈现出银河系的图形。

星系天文学

星系天文学是天文学的一个分支,研究的对象是我们的银河系以外的星系(研究所有不属于银河系天文学的天体),又称河外天文学

当工作的仪器获得改善,就可以更详细的研究现在只能审视的遥远天体,因此这个分支可以再细分为更有效的近银河系外天文学和远银河系外天文学。前者的成员与对象包括星系本星系群,距离近得可以详细研究内部的超新星遗迹星协。后者远得只是可以测量的对象和只有最明亮的部分可以描述或研究。

近银河系外天文学

对象包括星系本星系群,可以详细研究内部的超新星遗迹星协

远银河系外天文学

研究远得只是可以测量的对象和只有最明亮的部分

恒星天文学
行星状星云:蚂蚁星云。从死亡的中心恒星喷发出的气体呈现对称的形状,不同于一般爆炸的混沌型式。

恒星天文学是研究对恒星恒星演化的,了解宇宙的基础,恒星的天文物理学通过对恒星的观察、研究、测量和理论上的了解;还有经由电脑对内部的模拟[19]

太阳天文学

太阳天文学的主要分支是太阳物理学

观测天文学

,乃至电磁辐射,是人类对天象的主要观测途径。[20]观测天文学的不同领域可依电磁波谱的区域所分,其中有的波长可从地球表面观测,有的则须要在高海拔甚至在地球大气层以外才能有效观测。

射电天文学无线电天文学

射电天文学利用波长超过1毫米左右的电磁辐射进行观测。[21]和其他类型的观测天文学领域不同的是,射电天文学所观测的无线电波可以视为,而不是单独的光子,所以相对较短波长的辐射更容易测定波幅相位[21]

尽管天体自身的热辐射也会发出无线电波,但是绝大部分的无线电波都是同步辐射所致,也就是电子磁场中运动时发出的辐射。[21]此外,还有星际气体所产生的某些谱线,也处于无线电波的波长范围内,特别是的21cm谱线。[22][21]

可通过无线电波观测的天体包括超新星、星际气体、脉冲星活动星系核等。[22][21]

红外天文学
智利的阿塔卡马大型毫米波/次毫米波阵列(ALMA)是地球上海拔最高的天文台之一[23]

红外天文学通过红外辐射进行天文观测,此类辐射的波长比红光更长,位于人类肉眼的观测范围以外。红外天文学能最有效观测温度较低、无法发出可见光的天体,例如行星星周盘及光线被尘埃遮蔽的星云等。红外辐射的波长较可见光长,所以可以穿透可见光所无法穿透的尘埃云,有助于研究分子云深处的年轻恒星和星系核。例如,广域红外线巡天探测卫星(WISE)已成功观测到多个银河系内的原恒星和这些恒星所在的星团[24][25]除了十分接近可见光的红外光以外,大部分红外辐射都会被地球大气层吸收;大气本身也会产生较强的红外辐射,进一步影响观测。因此,红外天文台都必须在海拔高、湿度低的地点建造,甚至是作为卫星发射到太空。[26]某些分子在红外辐射范围有较强的谱线,这有助于研究天体的化学成分,如彗星所含的[27]

可见光天文学
毛纳基火山上的昴星团望远镜(左)和凯克天文台(中)在近红外和可见光范围观测。美国国家航空航天局望远镜英语NASA Infrared Telescope Facility(右)只在近红外范围观测。

自远古起,人类便利用肉眼作可见光天文观测。最早的观测都是以图画记录下来。19世纪末,人们开始对天象进行摄影。现代天文摄影技术一般使用数码探测器,特别是感光耦合元件(CCD)。虽然可见光的波长范围大约在4000Å至7000Å(即400nm至700nm)之间,[28]但可见光摄影设备也可以用来观测一部分的近紫外线近红外线

紫外线天文学

紫外线天文学利用波长在100至3200Å(10至320nm)间的紫外辐射进行观测。紫外线此类辐射会被地球大气层吸收,所以紫外线天文学的观测只能在大气上层或太空中进行。紫外线天文学最适合研究发射紫外线的高温蓝色恒星(OB星),包括银河系以外的蓝色恒星,以及行星状星云超新星遗迹等等。不过,紫外线会被星际尘埃吸收,所以取得的数据必须再利用其它方法加以校准。[21]

X射线天文学

X射线天文学在X射线范围观测天体。宇宙中的X射线来自于同步辐射(电子围绕磁场线旋转所发出的辐射)、温度高于1千万开尔文的稀薄气体发出的热辐射(见轫致辐射)以及温度高于1千万开尔文的稠密气体发出的热辐射(见黑体辐射)。发出X射线的天体有:X射线联星脉冲星超新星遗迹椭圆星系星系群活动星系核等。由于X射线会被地球大气层吸收,所以X射线观测必须用高海拔气球英语high-altitude balloon火箭X射线天文卫星进行。[21]

伽马射线天文学

伽马射线天文学所观测的是电磁波谱中波长最短的辐射。伽马射线可通过康普顿伽玛射线天文台等卫星或大气切伦科夫望远镜英语IACT来观测。[21]切伦科夫望远镜不直接探测伽马射线,而是观测大气吸收伽马射线时所产生的可见光闪光。[29]

伽马射线暴是突然发出伽马射线的天体,持续时间从几毫秒到几千秒不等,大部分伽马射线源都属于此类。只有一成的伽马射线源为持续性射源,这包括脉冲星、中子星及活动星系核等可能为黑洞的天体。[21]

高能天文学

高能天文学是研究天体所释放的高能量电磁波的一个天文学分支。高能天文学包含伽马射线天文学X射线天文学和极紫外线天文学;并且也研究微中子宇宙射线。而这些物理现象的研究也常被称为高能天文物理学。

中微子天文学

中微子天文学利用屏蔽效果极佳的地下中微子探测器测量中微子的流量。这类设施包括俄美镓实验英语SAGE (ruSsian American Gallium Experiment)(SAGE)、GALLEX、超级神冈探测器等。绝大数穿过地球的中微子都来自太阳,但也曾经有探测到24颗来自SN 1987A超新星爆发的中微子。[21]宇宙射线由极高能量粒子(原子核)组成,在进入地球大气层时会衰变或被吸收,过程中会产生一系列的衍生粒子。现今的天文台可通过探测此类粒子来研究宇宙射线。[30]未来的中微子探测器能力将会提高,有望探测到宇宙射线冲击大气时所发出的粒子。[21]

引力波天文学

引力波天文学通过观测引力波来研究遥远的大质量天体,是一门新兴的天文学领域。激光干涉引力波天文台(LIGO)是其中一座正在运行的引力波探测器,它在2015年9月14日探测到历史上首个引力波讯号,讯号源自双黑洞[31]2017年,LIGO和室女座干涉仪共同探测到首个来自双中子星(GW170817)的引力波讯号。[32]

多元讯息天文学英语multi-messenger astronomy

多元讯息天文学英语multi-messenger astronomy结合电磁辐射中微子引力波等不同方法研究同一个天体。[33][34]

天体测量学天体力学
NGC 6357星团和星云

天文学乃至所有科学中最古老的一个领域,是对各天体位置的测量。在历史上,准确测量日、月、行星、恒星的位置,有天文航海和制订历法等作用。

18世纪开始,天文学家以精确测定的行星位置作为基础,发展出完善的引力摄动理论,可以极精确地推算过去和未来的行星位置。这门学科称为天体力学。今天,科学家对近地天体进行大规模追踪,目的是预测这些天体何时会近距离略过地球以及评估与地球相撞的风险。[35]

太阳系周边恒星的视差宇宙距离尺度的起始点。在用视差测量附近恒星的距离后,可以通过比对,推测遥远恒星的各种属性。通过测量恒星的径向速度自行,天文学家可以绘出银河系内恒星的运行轨迹,从而算出银河系暗物质的分布。[36]

1990年代,天文学家开始利用多普勒光谱学观察太阳系周边恒星的摆动。这种方法可以用来发现一些较大的系外行星(详见系外行星侦测法)。[37]

理论天文学

理论天文学家的研究手段包括数学模型及用电脑做数值模拟,两者各有千秋。数学模型一般能揭示天文现象背后更深层次的原理,数值模拟则可以演示现实中难以观察的现象。[38][39]


物理学

物理学(希腊文φύσις自然)是研究物质能量的本质与性质,以及它们彼此之间交互作用的自然科学[40]由于物质与能量是所有科学研究的必须涉及的基本要素,所以物理学是自然科学中最基础的学科之一。

古希腊物理学

1824年,在伦敦发行的《机械杂志》内的一副刻画。阿基米德说:“给我一个支点,我就可以撬起整个地球。”[41]:65-66

从古代以来,人们就尝试着了解大自然的奥妙:为什么物体会往地面掉落,为什么不同的物质会具有不同的性质?如此等等。从观测与分析大自然的现象,早期人们找到其中的样式,并针对这些样式提出了各种理论,试图解释大自然的奥妙,然而他们所提出的大多数理论都不正确。以现代准则来看,早期的物理理论更像是一些哲学理论:现代的理论都需要经过严格的实验检验,而那些早期的理论并没有经过严格证实。像托勒密亚里士多德提出的理论中,有些就与日常所能观察到的事实相悖。[42]:1, 28

尽管如此,仍有许多古学者贡献出相当正确的理论。古希腊哲学家泰勒斯(约前624年-约前546年)曾经远渡地中海,在美索不达米亚埃及学习天文学与几何,还加以推广延伸,发扬光大。他预测出公元前585年发生的日蚀,还能够估算船只离岸边的距离,又从金字塔的阴影计算出其高度。泰勒斯拒绝倚赖玄异或超自然因素来解释自然现象,他主张,任何事件的发生都有其不变与普适的因果关系。[41]:8-10, 28[43]公元前5世纪古希腊哲学家留基伯与学生德谟克利特率先提出原子论,认为所有物质皆是由不会毁坏、不可分割的原子所构成。[41]:14-15古希腊的思想家阿基米德作用力方面推导出许多正确的定量结论,如对于杠杆原理的解释[41]:65-66

中世纪伊斯兰世界的物理学

海什木是光学的拓荒者

从公元850年至950年间,大量希腊学术被翻译成阿拉伯文。穆斯林科学家从希腊人继承了亚里士多德物理学。在伊斯兰黄金时代,他们将这些学术发扬光大,特别强调观测的动作,发展出一种早期形式的科学方法[41]:130-131.[44]:362-363

伊本·沙尔英语Ibn Sahl肯迪海什木伊本·西那等等科学家在光学与视觉领域给出创新理论。海什木在著名著作《光学书英语Book of Optics》(Kitab al-Manazir)里,坚定地驳斥了古希腊的视觉理论——发射说,并且给出新理论。倚赖盖伦关于眼睛内部解剖结构的信息,他说明了光线如何进入眼睛,如何被聚焦与投射至眼睛的后部,他认为眼睛就如同“暗室”,光线进入一个小洞后,在暗室形成颠倒影像。很明显地,在这里,他所指的是针孔相机暗箱。他还描述怎样用暗室来观测日蚀。[45]:6-7

海什木的成就在阿拉伯世界并没有得到应有的重视。十二世纪,他的著作被翻译成拉丁文,书名为《透视》(Perspectiva)。直至十七世纪,这著作在欧洲是光学的标准参考书,强烈影响了后来约翰内斯·开普勒威铁鲁英语Witelo罗杰·培根等等科学家的研究。[45]:6-7[46]:86, 209

经典物理学

艾萨克·牛顿(1643年-1727年)

经典物理学指的是不涉及到量子力学或相对论的物理学,例如,牛顿力学热力学马克士威电磁学等等。[47]经典物理学的盛期开始于十六世纪的第一次科学革命,终止于十九世纪末。[48]:67[49]:11尼古拉·哥白尼打响了科学革命的第一枪,他于1543年提出了描述太阳系统的日心说,这理论推翻了托勒密的地心说。在1609年与1619年期间,约翰内斯·开普勒发表了主导行星运动的定律,他用数学方程准确估算出从天文观测获得的行星绕着太阳的公转数据,从而给予日心说强而有力的理论支持。伽利略·伽利莱做实验研究物体运动,发现落体定律,并且展示出实验方法对于科学研究的重要性。他倚赖使用实验或观测所获得的证据,而不是倚靠纯粹推理,来证实任何假说的正确性。他强调使用数学来描述物理现象,大自然的语言是数学,假若不懂数学,则无法明白大自然。1687年,艾萨克·牛顿提出的牛顿运动定律万有引力定律为经典物理学奠定了稳固的基础,他创建了微积分,给出一种新的高功能数学方法来研析物理问题。他为第一次科学革命画上了完美的终止符。[50][48]:84, 98物理学展现出两个独门特征:使用实验证据来检视物理定律、采用数学语言来表述物理定律。物理学逐渐发展进步,成为一门独立学科。[48]:100:193-194

经典力学

经典力学是力学的一个分支。经典力学是以牛顿运动定律为基础,在宏观世界和低速状态下,研究物体运动的基本学科。在物理学里,经典力学是最早被接受为力学的一个基本纲领。经典力学又分为静力学(描述静止物体)、运动学(描述物体运动)和动力学(描述物体受力作用下的运动)。16世纪,伽利略·伽利莱就已采用科学实验数学分析的方法研究力学。他为后来的科学家提供了许多豁然开朗的启示。艾萨克·牛顿则是最早使用数学语言描述力学定律的科学家。

静力学

静力学是力学的分支,专门解析物体在静力平衡状态下的负载(力量力矩)。在这状态下,或许有外力作用于此物体;但是,各个分系统的相对位置、成分、结构仍旧保持不变。当呈静力平衡状态时,系统或者是静止的,或者其质心维持常速运动。

依照牛顿运动第二定律,当静力平衡时,施于此系统的净力与净力矩皆为零。从这限制,应力压力皆可被导出。零净力的要求又称为静力平衡第一条件,零净力矩的要求则被称为静力平衡第二条件。参考静定

静力学在分析结构上是很重要的。举例而言,在建筑学结构工程学里,材料的强度常需应用到静力平衡。

运动学

运动学描述物体的运动,完全不考虑力或质量等等影响运动的因素。

动力学

动力学研究改变物体运动的因素与物体运动如何因此改变。

向量力学

向量力学着重于论述位移速度加速度、力等等向量间的关系。

分析力学

是对经典力学的高度数学化的表达。

分析力学从受力物体运动时的拉格朗日量哈密顿量来分析物体的运动行为。[51]:绪论[52]:5-6

声学

声学是研究声音的制造、控制、传播、接收与效应的学术领域。[53]

超声波学

超声波学研究超过人类听觉能力的高频率声波,在医学诊断与医学治疗方面有很多重要用途。

生物声学英语bioacoustics

生物声学研究涉及动物的声波。

电声学英语electroacoustics

电声波学研究电声设备的操控。[54]

光学

光学专注于光的性质与行为的物理学分支领域。[55]

几何光学

光在几何光学里被视为光线,能够以直线移动,直到遇到不同介质时,才会改变方向。反射、折射等现象都可以用几何光学的理论来解释。

物理光学

光在物理光学里被视为光波,能够用来描述衍射干涉偏振等等现象。[56]:149

热力学

热力学主要研究热量机械功彼此之间的转换。在热力学里,通常透过描述物理系统平均性质的宏观变量,像温度内能压强等等来解释自然现象。热力学研究这些宏观变量彼此之间的关系(如麦克斯韦关系式)、以及它们的改变对于物理系统的影响。学习热力学的起跑点是热力学定律。热力学不研究物质的微观性质,这属于统计力学领域。从统计力学的理论可以推导出热力学定律。统计力学应用几率论来研究由大量粒子组成的系统的物理行为。统计力学将单独原子或分子的微观性质桥接至大块物质的宏观性质,对于这些宏观性质给出微观层级的诠释。在大尺度的实验中可以测量到这些宏观性质,[57]:ix-x

电磁学

电磁学描述带电粒子电场磁场的交互作用。电磁学的分支有静电学静磁学电动力学等等。静电学研究静止带电粒子彼此之间的交互作用。静磁学研究所有涉及常定磁场的现象。电动力学研究所有涉及加速度带电粒子、电磁辐射、时变电场与时变磁场的现象。经典电磁学的基础理论是马克士威方程式劳仑兹力方程式[58]光波电磁波的一种,可由带电粒子的加速度运动产生。[59]

现代物理学

近代物理学古典物理学的比较

近代物理学(Modern physics)所涉及的物理学领域包括量子力学相对论,与牛顿力学为核心的古典物理学相异。近代物理研究的对象有时小于原子分子尺寸,用来描述微观世界的物理现象。爱因斯坦创立的相对论经常被视为近代物理学的范畴。

化学

化学是一门研究物质的性质、组成、结构、以及变化规律的基础自然科学。

无机化学

是研究无机化合物的化学。

元素化学

无机合成化学

主要是经由各式各样的无机反应来建构无机分子。

有机化学

是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科,又称为碳化合物的化学。

有机金属化学

是有机化学和无机化学交叠的一门分支课程,研究含有金属(包括类金属)和碳原子键结的有机金属化合物,其化学反应、合成等各种问题。

有机合成化学

合成化学的一个分支,主要是经由各式各样的有机反应来建构有机分子。和无机分子相比,有机分子通常在结构上复杂许多,包括官能基、立体化学、多环构造等结构性细节。现今有机合成已经发展成为有机化学一个十分重要的分支,也是制药、生医、材料等产业重要的基础。有机合成中有两个主要的领域:全合成与合成方法的研究。

天然有机化学

分析化学

是开发分析物质成分、结构与量的方法,使化学物质成分得以定性或定量,化学物质结构得以确定。

按分析目标分,可分为定性分析定量分析

定性分析

主要任务是确定物质的组分

定量分析

需要测定物质中各组分的含量的分析方法

按分析手段分,可分为化学分析与仪器分析

化学分析
仪器分析

是用仪器的物理学方法,测量物质的物理和化学性质的参数,并实验其变化,以此判断其化学成分,元素含量,甚至化学结构等。

生物化学

是研究生物体中的化学进程的一门学科,常常被简称为生化。

材料化学

材料化学(材料科学或材料工程)是一个多学科领域,涉及物质的性质及其在各个科学和工程领域的应用。它是研究材料的制备或加工工艺、材料的微观结构与材料宏观性能三者之间的相互关系的科学。

核化学

又称为核子化学,研究原子核(稳定性和放射性)的反应、性质、结构、分离、鉴定等的一门学科。

物理化学

是一门从物理学角度分析物质体系化学行为的原理、规律和方法的学科,可谓近代化学的原理根基。

理论化学

运用非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。近年来,理论化学主要包括量子化学,即应用量子力学来解决化学问题。

量子化学

是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。

结构化学

是研究原子、分子和晶体结构以及结构与性能之间关系的学科。近几十年,这门学科获得迅速发展,结构化学观点不仅渗透到化学各个分支学科领域,同时在生物、材料、矿冶、地质等技术科学中也得到应用

放射分析化学

同位素化学

辐射化学

辐射化学(英语:Radiation chemistry)为核化学的一部分,是一门研究辐射能作用于物体上产生的化学作用的学科;这与放射化学完全不同,因为经辐射被化学改变的物质不需要表现出放射性。其中一个例子就是将水转变为氢气过氧化氢

核燃料

核燃料循环过程。

核武器中不可控的核反应不同,核反应堆能控制核反应的反应速率。对于裂变核燃料,当今一些国家已经形成了相当成熟的核燃料循环,包含对核矿石的开采、提炼、浓缩、利用和最终处置。大多数裂变核燃料包含重裂变元素,最常见的是铀-235235U)和钚-239239Pu)。这些元素能发生核裂变从而释放能量。例如,铀-235能够通过吸收一个慢中子(亦称热中子)分裂成较小的核,同时释放出数量大于一个的快中子和大量能量。当反应堆中的中子减速剂令快中子转变为慢中子,慢中子再轰击堆中其他铀-235时,类似的核反应将能持续发生,即自我维持的核裂变链式反应。这使得自持链式反应成为可能,其释放的能量用在核反应堆中以可以控制的速率释放或在核武器中以非常迅速失控制速率释放。目前商业核反应堆的运行都需要依靠这种可以控制的持续的链式反应维持,但不仅限于元素这一种核燃料。

原子核平均结合能核子数的关系

并不是所有的核燃料都是通过核裂变产生能量的。钚-238和一些其他的元素也能在放射性同位素热电机及其他类型的核电池中以放射性衰变的形式用于少量地发电。此外,诸如3H)等轻核素可以用作聚变核燃料。由于目前尚未有投入运行的商业核聚变反应堆,故核燃料一般指的是都裂变核燃料。

目前在各种燃料中,核燃料是具有最高能量密度的燃料。例如,1千克铀-235完全裂变产生的能量约相当于2500吨煤燃烧所释放的能量。裂变核燃料有多种形式,其中金属核燃料、陶瓷核燃料和弥散型核燃料属于固体燃料,而熔盐核燃料则属于液体燃料,他们分别有着各自的特性,适用于不同类型的反应堆。

反应堆

瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)内的小型研究型核反应堆CROCUS的堆芯

核反应堆(英语:nuclear reactor)是一种启动、控制并维持核裂变核聚变链式反应的装置。相对于核武爆炸瞬间所发生的失控链式反应,在反应堆之中,核变的速率可以得到精确的控制,其能量能够以较慢的速度向外释放,供人们利用。

核反应堆有许多用途,当前最重要的用途是产生热能,用以代替其他燃料加热,产生蒸汽发电或驱动航空母舰等设施运转。一些反应堆被用来生产为医疗和工业用途的同位素,或用于生产武器级。一些反应堆运行仅用于研究。当前全部商业核反应堆都是基于核裂变的。今天,在世界各地的大约30个国家里有被用于发电的大约450个核反应堆[60]

裂变产物化学

地球化学

海洋化学

大气化学

大气化学是研究大气组成和化学过程的学科,是大气科学的一个重要分支学科。大气化学研究的空间范围从城市、区城向全球扩展,研究的时间尺度从几天到几年,以至几十年。大气化学研究的对象包括大气微量气体英语trace gas气溶胶、大气放射性物质和降水化学等:研究的空间范围主要是对流层平流层;研究的手段有现场观测、实验室模拟和数值模拟等。研究大气化学要涉及与光化学、均相非均相反应动力学、大气扩散理论、痕量分析化学等领域;不仅研究大气的化学反应,还要研究大气的复杂物理化学过程的数值模拟。大气化学的主要分支有:大气痕量组成化学、对流层化学、平流层化学,如臭氧层的破坏、气溶胶化学、降水化学、大气放射性物质化学。

环境化学

环境化学是研究化学物质在环境中迁移、转化、降解规律,研究化学物质在环境中的作用的学科。它不应与绿色化学,即探求如何减少潜在的污染源头的学科搞混乱。它可以定义为研究源头、反应、物质运动、作用效果、以及化学元素在空气土壤水利环境的生存和人类活动对其的影响。 环境化学是在各个学科之间的科学,包括大气、水生以及土壤化学,也减轻在分析化学和使环境与其他有关科学的部分发生关系起到很大作用。 环境化学重要的研究成果是发现DDT在环境中很难降解,并会在通过食物链在动物体内蓄积,导致在全世界禁止生产、使用DDT;另外发现氟里昂在环境中不降解,会消耗、破坏臭氧层,导致对氟里昂使用、生产的限制和无氟冰箱的出现,

宇宙化学

研究宇宙中物体的化学组成和形成这些组成的过程[61]。这主要是通过研究陨石的化学成分和其它实物的样本。由于陨石母体的小行星有些是太阳系形成初期凝固的第一批固体,宇宙化学通常,但不完全是研究与太阳系有关的物体。

星际化学

药物化学

药物化学(英语:Medicinal chemistry),简称“药化”,是建立在化学生物学基础上,对药物结构和活性进行研究的一门学科。研究内容涉及发现、修饰和优化先导化合物,从分子水平上揭示药物及具有生理活性物质的作用机理,研究药物及生理活性物质在体内的代谢过程。

药物化学的任务包括:研究药物的化学结构和活性间的关系(构效关系);药物化学结构与物理化学性质的关系;阐明药物与受体的相互作用;鉴定药物在体内吸收转运、分布的情况及代谢产物;通过药物分子设计或对先导化合物的化学修饰获得新化学实体创制新药。

化学基因组学英语Chemogenomics
药理学
药理学由各个分支学科组成

药理学(英语:Pharmacology),是研究药品有机体(含病原体)相互作用及作用规律的学科[62]它既研究药品对生物的作用及作用机制,即药品效应动力学(Pharmacodynamics,简称药效学);也研究药品在人体的影响下所发生的变化及其规律,即药品代谢动力学(Pharmacokinetics,简称药代动力学或者药动学)。药理学是以基础医学中的生理学生物化学病理学病理生理学微生物学免疫学分子生物学等为基础,为防治疾病、合理用药提供基本理论、基础知识和科学思维方法,是基础医学临床医学以及医学药学的桥梁。

药物效应动力学

药物效应动力学(英语:Pharmacodynamics),简称药效学,是药理学的一个分支,主要研究药物作用与药理效应(即药物对机体的作用及作用机制)、治疗效果和不良反应。

药物代谢动力学
图为米氏动力学模型曲线,显示了一种与一种基质的关系:其中的参数之一用来研究药物代谢,基质则为一种药物

药物代谢动力学(英语:Pharmacokinetics),简称药代动力学药动学,也简称为PK,是药理学的分支,研究药物在机体的影响下所发生的变化及其规律,其中的药物包括药剂激素营养素毒素。药代动力学研究药物的体内过程(包括吸收、分布、代谢和排泄),并运用数学原理和方法阐释药物在机体内的动态规律。

药代动力学阐释在使用某种药物后身体如何吸收和扩散药物,以及药物在身体内发生的化学变化(如通过代谢细胞色素P450或葡萄糖醛酸转移酶),以及药物的效果和排泄方式。[63] 药代动力学属性常常受给药方式和剂量影响,这些原因也会影响吸收率。[64] 药代动力学常与药效学一起研究,后者研究药物在体内的效果。

药代动力学的研究常采用ADME英语ADME方案(当“释放”过程从“吸收”中过程独立开来时,也称为LADME):

  • 释放(Liberation) - 药物制剂的释放。[65][66] 详见IVIVC英语IVIVC
  • 吸收(Absorption) - 药物进入血液循环的过程。
  • 分布(Distribution) - 药物在体内组织和液体中的分布或散布
  • 代谢Metabolization)(或生物转化,或失活) – 器官对外来物质的识别并且将母体化合物不可逆地转化为子代化合物
  • 排泄Excretion) - 物质从体内排出的方式。在某些罕见情况下,药物会在身体组织内不可逆地累积。
临床药理学英语Clinical pharmacology

研究药品对于人体相互作用的规律。

神经药理学英语Neuropharmacology

研究药品对中枢神经系统周围神经系统及其机能的影响。

精神药理学

研究药物对于神经系统与行为的影响。

遗传药理学英语Pharmacogenetics

根据药品基因组学,研究药品代谢和效应个体差异的遗传基础。

药物基因组学

基因工程应用在药品开发英语Drug discovery

药物流行病学英语Pharmacoepidemiology

对某一已明确定义的族群,研究药品对他们的影响。

系统药理学

系统生物学的理论应用到药理学中。

毒理学

研究药品或化学物质在过量使用时的不良反应及其分子目标。

理论药理学

是将计算化学和药理学结合的新生领域。

药剂学

药品制剂剂型的处方设计、生产工艺等,以药品的吸收、分布、代谢及排泄关系的综合技术科学。

剂量学(Posology)

研究对于不同的人,要如何决定药剂的量。

生药学

研究来自生物的药品的成分、应用及发展。

行为药理学
环境药理学

研究基因-环境相互作用英语Gene–environment interaction、药物-环境相互作用及毒物-环境相互作用的新兴领域

牙科药理学

研究牙科疾病常用的药品。

神经化学

神经化学,是致力于神经化合物研究的神经科学分支。神经化合物是神经系统活动中的一个有机分子

这规定经常使用提到神经传送体和其它分子譬如影响神经元作用的神经活跃药物。

农业化学

是一门利用化学来研究农学题的学科。

石油化学

研究石油及其产品的组成和性质、石化过程的一门学科。[67]

木材化学

土壤化学

煤化学

兴起于18世纪产业革命之后。随着蒸汽机的广泛使用,作为蒸汽机重要动力来源的煤受到了科学界的广泛重视和研究。

食品化学

化学地理学

天体化学

岩石化学

空间化学

胶体与界面化学

生物学

生物学(希腊语βιολογία拉丁语biologia德语法语biologie;英语:biology)或称生物科学biological sciences)、生命科学(英语:life sciences),是自然科学的一大门类,由经验主义出发,广泛研究生命的所有方面,包括生命起源演化、分布、构造发育、功能、行为、与环境的互动关系,以及生物分类学[68]

这些是生物学的主要分支[69][70]

动物学领域

动物生理学

动物生理学研究动物体的机能(如消化、循环、呼吸、排泄、生殖、刺激反应性等)、机能的变化发展以及对环境条件所起的反应等。

动物分泌学
动物免疫学
解剖学

涉及生命体的结构和组织的生物学分支学科[71]

动物解剖学
  • 脊椎动物解剖学
  • 无脊椎动物解剖学
人类解剖学
植物解剖学

了解植物体各部之功能[72]

大体解剖学英语gross anatomy
表面解剖学
美学解剖学
胚胎学
神经生物学
发育生物学
昆虫学
动物行为学
组织学

植物学领域

简单的学门分类可概分为[73]

应用植物学
农学农艺学
园艺学
花卉学
植物育种学
林学
植物病理学
纯科学(之植物学)
植物分类学
植物生理学
植物形态学
植物解剖学
植物地理学
遗传学
生态学
藻类学

藻类学研究藻类植物的分类、形态、构造、生态、生理、生化、遗传等等,其中又以分类、形态和生态两个范畴较为成熟。

藻类分类研究藻类植物的门、纲、目、科、属、种系统地位,以了解它们的资源区系和进化系统;藻类形态研究藻类植物的形态构造;藻类生态则研究藻类植物之间及它与周围环境的相互关系。

藻类学还包括实验藻类生态学(藻类生态生理学)、藻类生理、生化、藻类遗传学,以至原核生物形的藻类的研究,以蓝绿藻(cyanobacteria)为最著名。

微生物免疫学领域
微生物学
免疫学
病毒学
生物化学领域
生物化学
蛋白质力学
糖类生化学
脂质生化学
代谢生化学
演化生态学领域
古生物学
进化论
演化生物学
社会生物学
分类学
系统分类学
生态学
生物分布学
现代生物技术学领域
生物技术学
基因工程
酵素工程学
生物工程
代谢工程学
基因体学
合成生物学
细胞分子生物学领域
细胞学
分子生物学
遗传学
表观遗传学
神经生物学
生物和物理学领域

生物物理学结构生物学、生医光电学、医学工程

生物和医学领域

感染性疾病、毒理学放射生物学、癌生物学。

生物和资讯领域

生物资讯学生物数学仿生学系统生物学

环境和生物学领域

大气生物学、生物地理学海洋生物学淡水生物学

应用科学

应用科学是将自然科学的知识应用到实际问题上的科学,其多来源于实践本身,会存在一定的非科学内容,于工程医学有着密切的关系。

应用物理学

物理学通常视做一种基础科学,而非应用科学[74]。物理学也被认为是基础科学中的基础科学,因为其它自然科学的分支,像化学天文学地球物理学生物学的理论都必须遵守物理定律。[75]:94ff。例如,化学研究物质的性质、结构、化学反应(化学专注于原子尺寸, 这是化学与物理的主要界线)。结构的形成是因为粒子与粒子之间彼此施加静电力于对方。能量守恒、质量守恒、电荷守恒等等,这些物理定律主导了物质性质,化学反应。

应用物理学的课程规划通常会选修一些应用学科的课程,像地质学电机工程学。应用物理学与工程学不同,应用物理学不会特别地设计某种元件或机器,而是用物理理论或从事物理研究来发展某种新科技或解析某问题。

工程学应用到很多物理理论。例如,在学习建造桥梁与其它建筑物的技术之前,必须先学会静力学的理论。设计世界一流的音乐厅,必须先学会声学。设计与制造更优良的光学元件必须先熟读精思光学。经过考虑种种物理因素而设计出来的飞行模拟器电子游戏电影等等,会显得更加维妙维肖、栩栩如生。

物理学使用的一些探本溯源,格物致知的方法也可以使用于跨学科领域。物理学或多或少地影响了很多重要学术领域。例如,经济物理学econophysics)应用很多物理学里的理论与方法来解析经济学问题;这些问题时常会涉及不确定性混沌

声学

声音是由物体振动产生的。声音的传播需要介质,它可在气体液体固体中传播,但真空不能传声。声音在不同物质中的传播速度也是不同的,一般在固体中传播的速度最快,液体次之,在气体中传播得最慢。并且,在气体中传播的速度还与气体的温度和压强有关。

有规律的声音叫乐音,没有规律的声音叫噪音。 响度、音调和音色是决定乐音特征的三个因素。

  • 响度。物理学中把人耳能感觉到的声音的强弱称为响度。声音的响度大小一般与声源振动的幅度有关,振动幅度越大,响度越大。分贝(dB)则常用来表示声音的强弱。
  • 音调。物理学中把声音的高、低称为音调。声音的音调高低一般与发生体振动快慢有关,物体振动频率越大,音调就越高。
  • 音色。音色又叫音品,它反映了声音的品质和特色。不同物体发出的声音,其音色是不同的,因此我们才能分辨不同人讲话的声音、不同乐器演奏的声音等。

另外,有许多声音是正常人的耳朵听不到的。因为声波的频率范围很宽,由10-4Hz到1012Hz,但正常人的耳朵只能听到20Hz到20000Hz之间的声音。通常把高于20000Hz的声音称为超声波,低于20Hz的声音称为次声波,在20Hz到20000Hz之间的声音称为可闻声。:

物理声学(波动声学)

研究声学的最基本问题,包括非线性声学量子声学等方面。

几何声学(射线声学)
统计声学
电声学
次声学

次声学,顾名思义就是研究次声的产生、传播、接收与应用的声学分支。次声是指频率在20赫兹以下,不能被人辨认的声音。最初人们只能从自然界中接收到高能量的次声,高能炸药和核武器的出现推动了次声学的发展。[76]

超声学

应用如超声检测、评价和成像。

噪声学
量子声学

一般情况下,当频率高到109赫以上量子行为即显示出来。

非线性声学

振幅大的声波有非线性现象。

大气声学
地壳中的声波地震学
水声学

研究声在海洋中的传播和应用,如声遥感。

生物声学(医疗声学)
语言声学

是处理语音的声学方面的语音学的子领域。声学语音学研究诸如波形的均方振幅,其持续时间,其基频或其频谱的其它性质以及这些性质与其它语音学分支(例如发音或听觉语音学)的关系的属性,以及抽象语言概念,如电话,短语或话语。

心理声学

是研究人对声音感知的学科,即研究人对声音(包括言语音乐)的生理和心理反应的科学,是心理物理学的分支学科。

农业物理
弹道学
生物物理
通讯物理
经济物理
工程物理
流体动力学
激光物理
地球物理学
量子电子学
医学物理
核物理
光学
光电子学
等离子物理
量子力学
土壤物理
固体物理
天体物理
自旋电子学
车辆动力学

行星科学

阿波罗15号的月球轨道单元上拍摄的阿里斯塔克斯陨石坑附近的月溪。虽然只有三分之一大小,但两个溪谷的排列非常相似于匈牙利大平原多瑙河蒂萨

行星科学(Planetary science,很少用planetology)是研究行星(包括地球)、卫星,和行星系(特别是太阳系),以及它们形成过程的科学。它研究对象的尺度从小至微流星体到大至气态巨行星,目的在确定其组成、动力学、形成、相互的关系和历史。它是高度科技整合的学科,最初成长于天文学地球科学[77],但现在包含许多学科,包括行星地质学(结合地球化学地球物理学)、大气科学海洋学水文学、理论行星科学、冰川学、和系外行星 [77]。类似的学科包括关心太阳对太阳系内天体影响的太空物理学天文生物学

还有相关于行星科学的观测和理论分支与关联性。观测的研究涉及与太空探索的结合,主要是与使用遥测技术的机器人的太空船任务,和在地面实验室所做的工作比较。理论部分涉及大量的电脑模拟和数学建模。

虽然全世界有好几个纯粹的行星科学研究所,但行星学家一般都在大学或研究中心的天文学和物理学或地球科学部门。他们每年都有几个重要的会议,和范围广泛的等同综述论的期刊

地球科学

地球科学是指一切研究地球的科学,是行星科学的专门分支。各学科通常会以物理地理地质气象数学化学生物的角度研究地球。

自然地理学
地貌学(Geomorphology)
水文学(Hydrology)
冰川学(Glaciology)
洞穴学(Speleology)
湖沼学(Limnology)
地质学
矿物学(Mineralogy)
岩石学(Petrology)
沉积学(Sedimentology)
结构地质学(Structural geology)
历史地质学(Historical geology)
地层学(Stratigraphy)
行星地质学(Planetary geology)
应用地质学(Applied geology)
地球化学
同位素地球化学(Isotope geochemistry)
岩石地球化学(Petrogeochemistry)
水文地球化学(Hydrogeochemistry)
有机地球化学(Organic geochemistry)
勘查地球化学(Exploration geochemistry)
宇宙化学(Cosmochemistry)
地球物理学
地球动力学(Geodynamics)
地震学(Seismology)
火山学(Volcanology)
地磁学(Geomagnetism)
地电学(Geoelectrics)
地热学(Geothermometry)
构造物理学(Tectonophysics)
地质年代学(Geochronology)
勘探地球物理学 (Geophysical survey)
大地测量学(Geodesy)
土壤科学
土壤学(Pedology)
土壤力学(Soil mechanics)
土壤化学 (Soil chemistry)
土壤生态学(Edaphology)
海洋科学
物理海洋学(Physical oceanography)
海洋化学(Marine Chemistry)
海洋地质学(Marine Geology)
海洋生物学(Marine Biology)
大气科学
气象学(Meteorology)
气候学(Climatology)
  • 动力气候学(Dynamic climatology)
  • 应用气候学(Applied climatology)
古气候学(Paleoclimatology)
大气物理学(Atmospheric physics)
  • 云物理学(Cloud physics)
  • 大气辐射学(Atmospheric radiation)
  • 大气电学(Atmospheric electricity)
  • 大气声学(Atmosphericacoustics)
  • 大气光学(Atmospheric optics)
大气动力学(Atmospheric dynamics)
大气化学(Atmospheric Chemistry)
太空科学
太空等离子物理学(Space plasma physics)
电离层物理学(Ionospheric Physics)
高层大气物理学(Aeronomy)
遥测学(Remote sensing)
空间资讯科学(Geoinformatics)
天文学
天文测量学(Astrometry)
天文物理学(Astrophysics)
天体力学(Celestial mechanics)
行星科学(Planetary science)
太阳物理学(Solar physics)
生命
生物地球化学(Biogeochemistry)
生物地理学(Biogeography)
生态学(Ecology)
地质考古学(Geoarchaeology)
地质微生物学(Geomicrobiology)
古生物学(Paleontology)
系统
地球系统科学(Earth system science)
系统地质学(Systems geology)
系统生态学(Systems ecology)
环境科学(Environmental science)

社会科学

社会科学市场调查的范例

社会科学是用科学的方法,研究人类社会的种种现象。如社会学研究人类社会(主要是当代),政治学研究政治政策和有关的活动,经济学研究资源分配。广义的“社会科学”,是人文学科和社会科学的统称。

政治学

经济学

经济学是一门对产品和服务的生产、分配以及消费进行研究的社会科学。西方语言中的“经济学”一词源于古希腊οἰκονομία英语wikt:οἰκονομία[78]。起初这一领域被称为政治经济学,但19世纪经济学家采用简短的“经济学”一词来代表“经济科学”,这也是为避免被误解为政治学数学伦理学等领域[79]

经济学注重的是研究经济行为者在一个经济体系下的行为,以及他们彼此之间的互动。在现代,经济学的教材通常将这门领域的研究分为总体经济学和个体经济学。微观经济学检视一个社会里基本层次的行为,包括个体的行为者(例如个人、公司、买家或卖家)以及与市场的互动。而宏观经济学则分析整个经济体和其议题,包括失业、通货膨胀、经济成长、财政和货币政策等。

其他的对照还包括了实证经济学(研究“是什么”)以及规范经济学(研究“应该是什么”)、经济理论与实用经济学、行为经济学与理性选择经济学、主流经济学(研究理性-个体-均衡等)与非主流经济学(研究体制-历史-社会结构等)[80][81][82]

经济学的分析也被用在其他各种领域上,主要领域包括了商业金融、和政府等,但同时也包括了如健康、犯罪[83]教育[84]法律政治社会架构、宗教[85]、战争[86]、和科学[87]等等。到了21世纪初,经济学在社会科学领域各方面不断扩张影响力,使得有些学者讽刺地称其为“经济学帝国主义”[88]

军事学

军事学与甚多范畴有关,主要与战争有关。此外,军事学本身包含了各种学问。军事是政治的一部分,战争是政治的一种延续,是一国或者集团用暴力手段达到自己目标和目的的方式,而目标和目的往往与利益有关。战争是军事的集中体现,但不是唯一的体现。第二次世界大战(1939年-1945年)后的美国苏联冷战,就是一种威慑基础上的回避战争方式的斗争。在人类可以看到的未来,军事始终是政治生活中重要的方面,并在科学技术上对人类生活予重大影响:人类很多科技成就往往先产生于军事领域然后普及到非军事领域的。

古代军事学

现代军事学

军队政治工作学

包括对军队内部的控管,及对敌心理作战等。政战(政工)制度源起于苏联共产党苏联红军中设置的政治委员,后期的中国国民党与***纷纷仿效。一开始“军队政治工作”,主要作为军队里的思想检查工具。但随着时代演进,政战人员的角色也有所转换。

军事历史学
军事地理学

法学

犯罪学

犯罪学(英语:Criminology)是一门社会科学,主题是寻找犯罪行为的现象与规律,寻找犯罪发生的原因,借此寻找方法以减轻犯罪对社会的影响(最后这项于今日已被更精致地分科为刑事政策,而与犯罪学同属刑事学的分支学门)。除了针对犯罪人以外,犯罪学研究也会调查社会与政府对犯罪的认定标准和反应,以及研究如何改善被害人的处境。

在研究方法上,当世的犯罪学特别着重于应用社会学心理学经济学的理论及研究方法来观察和了解犯罪现象、成因。此外,随着大脑神经科学基因的研究兴盛,这两种领域的观点也越来越受犯罪学的欢迎。

教育学

社会学

新闻学

公共关系学

公共行政学

传播学

民族学

民俗学

宗教学

人类学

组织心理学

组织行为学

地理学

历史学

语言学

生物学

医学

心理学

语言学

伦理学

艺术

社会工作学

法律学

工程学

现代音乐厅的设计就包括了工程学中许多不同的领域,包括声学工程英语Acoustical engineering建筑工程土木工程

工程的范围很广,一般会分为数个子学科,这些子学科是工程中的不同领域。一开始工程师会训练在某一个特定的领域,但在其职业生涯中可能还是会接触其他领域。一般工程学主要可以分为四类[89][90][91]

此外,也有其他的工程领域,以往的分类有包括海洋工程矿业工程,现在的分类有会包括制造工程声学工程英语Acoustical engineering仪表及控制工程英语Instrumentation and control航空工程航海工程车辆工程计算机工程电子工程、通讯工程、系统工程软件工程土木工程建筑工程[92] 纺织工程工业工程材料工程[93]核工程[94]英国工程委员会就包括了上述许多的工程领域。

有时一些特别的应用会整合上述传统的领域,形成一个新的领域,例如地球系统工程及管理英语Earth Systems Engineering and Management就包括了人类学工程研究英语Engineering studies环境科学伦理学哲学。一些新的领域会暂时定义为一些已有领域的组合,因此某一特定的应用是否视为一个领域仍有许多灰色地带,一个主要的指标是主要的大学是否有开设此领域的学系、研究所或学程。

上述的领域中有相当的重叠部分,尤其是各领域中应用科学的部分,例如数学、物理及化学等。

工程领域列表

工程学分支列表

社会科学自然科学的交叉

心理学

心理学是一门研究人类以及其他动物的心理现象、精神功能和行为的科学,既是一门理论学科,也是一门应用学科。包括理论心理学应用心理学两大领域。

生物心理学神经心理学生理心理学认知神经科学

核磁共振成像显示的人脑。箭头所指的是下丘脑

生物心理学或行为神经科学从生物角度研究行为和心理过程。生物心理学中有不同的专业分支。例如,生理心理学运用动物模型,特别是老鼠,来研究神经、基因、细胞机能在学习、记忆、恐惧中产生的作用。[95]知神经科学家利用神经成像工具研究神经与人类心理活动之间的关系,神经心理学家使用心理测评来进行科学研究,如大脑损伤带来认知缺失的程度与表现形式。

临床心理学

临床心理学的研究与应用包括理解、预防、缓解心理痛苦与紊乱,促进心理健康和个人成长。虽然临床心理学家也会参与研究、教学、咨询、出庭作证、程序编订与管理,但该分支的中心是心理测评与治疗[96]一些临床心理学家会着重于对脑损伤的病人进行临床监护,这一领域被称为临床神经心理学英语Clinical neuropsychology。在许多国家里,临床心理学是受到管制的心理健康专业。

临床心理学家所做的努力受到诸多治疗方案的影响,所有方案都包括专业人士与患者(通常是个人、夫妻、家庭、或小群体)之间的正式关系。不同的治疗实践方案与不同的理论观点相互关联,采用不同的流程来建立治疗组合、探究心理病因、鼓励新的方法来思考、感受、行动。四大治疗理论观点包括精神动力治疗英语Psychodynamic psychotherapy认知行为治疗存在—人本主义治疗系统/家庭治疗英语Family therapy。目前有趋势表明一部分心理家正在努力整合各个治疗派系,特别是在对文化、性别、精神、性取向的理解加深的情况下,这个趋势更加显著。[97][98]在丰富的研究成果下,有证据表明各大治疗派系的效果趋于等同,并共享相同的基础元素,可以形成强大的心理治疗组合。正因为如此,更多的心理学培训课程采取了折中的治疗趋向英语Integrative psychotherapy[99][100][101][102][103]

认知心理学

绿


绿 绿


斯特鲁普效应指出读出文字的颜色,第一组的要比第二组的简单很多。

认知心理学研究心理活动中的认知。知觉注意理智思维解题记忆学习语言情绪都在它的研究领域之中。经典认知心理学与认知主义学派有相互联系,根据机能主义实验心理学认知主义支持心理信息处理模型。

在更广域的层面上,认知科学是一种跨学科范畴,包括认知心理学认知神经科学人工智能语言学人机互动计算神经科学数理逻辑人类学计算机常被用于模拟这类实验现象。 计算机模拟为研究思维的功能组织提供了工具,神经系统科学则为大脑活动提供了度量衡。

比较心理学

比较心理学指对非人类动物的科学研究,特别是与系统发展史、适应值、行为发展相关的领域。在此领域的研究讨论许多问题,使用许多不同的方式,探索不同物种的行为,从昆虫到灵长类动物。比较心理学与其它研究动物行为的学科,如动物行为学有紧密联系。[104]比较心理学的研究有时会给人类行为研究带来启发,但是有时两者的关联却十分矛盾,例如艾德华·威尔森所提出的社会生物学[105]动物模型常常被用来研究与人类行为相关的神经处理过程,例如在认知神经科学就常常应用动物模型。

发展心理学

发展心理学着重于人类意志在毕生当中的发展过程,试图理解人们在世界中如何意识、理解、行动,并且研究这些现象是如何随着年龄而改变的。这些研究可能会着重于认知、感情、道德、社交、神经的发展。研究人员在探究儿童案例时使用一系列特殊的方式,以使得观察在自然的环境中进行,或是干脆与他们在实验中进行互动。这些实验常常以游戏或是活动的方式呈现,既好玩,又有科学意义;研究人员甚至设计出非常灵巧的方式以研究婴儿的心理活动。在研究儿童心理之余,发展心理学家也会研究人类毕生的老化过程,特别是在某些时段的快速转变(例如青少年老年)。发展心理学家设计了一整套心理学理论来支持他们的研究。

教育心理学

教育心理学中认知能力测试的一个例题。

教育心理学是研究人类在教育过程中的学习、效率、授课心理以及学校作为一个组织的社会心理。儿童心理学家,如利维·维谷斯基让·皮亚杰杰罗姆·布鲁纳、伯纳德·罗斯金(Bernard Luskins)等人对教授方式与教学实践都有重要影响。在许多国家里,教育心理学都是教师的必修课。

学校心理学英语School psychology组合了教育心理学和临床心理学,试图理解、应付有学习障碍的学生;培育资优生;促进青春期亲社会英语Prosocial behavior行为;或是提倡安全、互助、高效的教育环境。学校心理学家在许多领域,如教育行为评估、干预、预防、咨询等都有了解、有的在研究领域颇有造诣。[106]

演化心理学

演化心理学从现代演化观点来研究心理的特质理论——例如记忆知觉语言等。它试图去探究是何种人类心理特征在适应进化,即,作为自然选择和性选择的功能产品。演化心理学家认为在人类先祖生活的环境下,心理适应的演化解决了呈周期性出现的问题。通过研究心理特质的演化及其适应性功能,演化心理学为其它心理学领域提供了最为近似的发展性解释(即演化心理学专注于终极问题、或问“为什么”,而不是近似的、或问“如何”)。

工业与组织心理学

工业与组织心理学(I–O)应用心理学概念与方法优化工作场所的人类潜能。作为I–O的分支,人事心理学应用心理学原理与方法对员工进行筛选与评估。I–O的另一分支组织心理学研究工作环境与管理风格对工作积极性、成就感和生产力的影响效果。[107]

人格心理学

人格心理学关注个人持续性的行为思想情绪——这些被称作是人格。人格理论因学派不同而有所不同,他们就潜意识的作用及儿时经历的重要性有不同的假设。根据弗洛伊德,人格是基于本我、自我与超我之间的互动而产生的。[108]与之相反,特质理论则尝试使用离散统计数据来进行研究,所提出的特质种类也大有千秋。早期的汉斯·艾森克模型提出人格由三种基本特质组成:外向性与内向性神经质精神质英语Psychoticism雷蒙德·卡特尔则提出了16条人格特征英语16 Personality Factors。如今,人格维度模型受到越来越多的重视,例如DSM-V模型英语DSM-5

社会心理学

社会心理学研究社会行为的质与因。

社会心理学研究人类彼此之间的看法以及它们是如何产生联系的。社会心理学家研究课题包括他人对个体行为的影响(例如:从众劝导英语Persuasion)、信仰的建立、态度、对他人的刻板印象等。社会认知英语Social cognition将认知心理学与社会学的元素联系在一起,试图理解人们如何处理、记忆、扭曲社会信息。群体动力学研究揭示领导能力、交流及其他微观层面现象英语Microsociology的本质及其优化潜质。近些年来,许多社会心理学家对隐含尺度英语Implicit Association Test中位模型英语Mediation (statistics)、个人与社会价值互动所致行为倍感兴趣。因此,对人类社会的研究可以发现导致心理紊乱的潜在原因。一些被应用到心理紊乱的社会学概念包括社会角色、病人角色、阶层、生活事件、文化、迁移等等。[109]

积极心理学

积极心理学从马斯洛人本主义心理学衍生而来。正向心理学运用实验科学手法,研究人类的快乐与力量。与传统临床心理学不同,正向心理学关注健康人的保健。目前,正向心理学的介入已获得了一些实验性的肯定。在2010年《临床心理学评论》(Clinical Psychological Review)中发表了一篇特刊,报导使用积极心理学方法介入(Intervention)的效果,例如感恩日记英语Gratitude journal和物理形式的感恩表达。然而,对于介入的效果来讲还需要进一步的研究。积极心理学介入仍然有局限性,但是他们的效果被认为高于安慰剂,特别是对于身体形象缺失者有更好的效果。

地理学

自然地理学

自然地理学专注于地理学中的地球科学。其目标为了解大自然的岩石圈水文圈大气圈土壤圈(pedosphere)及生物圈(全球植物相动物相模式)。自然地理学利用生物学来研究,是一种系统的地理学、了解全球性植物群和动物区系样式,利用数学物理学来研究地球本身的运动以及它和其他太阳系中星体的关系,是研究位置空间地球变化的学科。自然地理学可以分类为以下粗略的范畴:

Línea de Wallace.jpg Cyclone Catarina from the ISS on March 26 2004.JPG 90 mile beach.jpg Gavin Plant.JPG Meridian convergence and spehrical excess.png Delicate Arch LaSalle.jpg Pangea animation 03.gif
生物地理学
景观生态学
气候学
史前气候学
(Paleoclimatology)
海洋学
海岸地理学
(Coastal
Geography)
环境地理学
环境管理
(Environmental
Management)
大地测量学 地形学 古地理学
及第四纪学
(Quaternary
Science)
Meander.svg Soil profile.jpg Fagus sylvatica JPG2a.jpg Receding glacier-en.svg Chemicals in flasks.jpg Chennai damage 1.jpg
水文学
水文地理学
土壤学土壤地理学 物候学 冰川学冻土学 化学地理学 地震学火山学

人文地理学

人文地理学是地理学的一个分支,专注于研究塑造人类与众多环境之间的相互作用模式和过程。他包含社会科学的成分如人文政治经济层面。虽然人文地理学的主要焦点并不是地球的实质地貌(见自然地理学),但是由于各种人类活动均在实质地貌上发生,所以实际上不提及实质地貌去讨论人文地理学并不可能,而环境地理学正好出现用作两者的桥梁。人文地理学可以分为很多不同的粗略范畴(详见人文地理学),例如:

Qichwa conchucos 01.jpg Pepsi in India.jpg Assorted United States coins.jpg Star of life.svg British Empire 1897.jpg Pyramide Comores.PNG

Dairy cattle, Synergy Farm, New York.jpg

社会文化地理学
文化地理学
社会地理学
发展地理学 经济地理学
商业地理学
医疗地理学 历史地理学
时间地理学
(Time
Geography)
人口地理学
人口学
工业地理学
农业地理学
ReligionSymbol.svg RERParisVision2025.png Bangladeshi villagers and foreigner.jpg New-York-Jan2005.jpg UN General Assembly.jpg
宗教地理学 交通地理学 旅游地理学 聚落地理学
都市地理学
军事地理学 政治地理学
地缘政治学
人种地理学

因应不同的时期,众多方法出现并被应用在人文地理学的研究上,包括:

环境地理学

环境地理学是地理学的一门分支,从空间层面描述人类与凡自然世界的关系。环境地理学除了需要对人文地理学及自然地理学有认识外,亦需要对人类社会用作概念化环境的方法有所认知。

环境地理学出现作为人文地理学及自然地理学的桥梁的原因为以上两个学科的日益专门化。此外,人类与环境的关系因为全球化科技发展(technological change)而有所改变,要去理解这个一个正在改变及动态的关系便需要一个新的方法。环境地理学的研究范畴的例子有灾害管理环境管理(environmental management)、可持续性生态政治学(ecopolitics)或政治生态学(political ecology)。

地理资讯学

数值高程模型(Digital Elevation Model, DEM)

地理资讯学(geomatics)是地理学的一门分支,它在1950年代的地理学计量革命(quantitative revolution)中首先出现。地理资讯学包含利用地图学测绘学所使用的传统空间技术及电脑应用。地理资讯学与其他利用地理资讯系统遥感方法的学科一起成为一门普遍的科目。地理资讯学亦引起部分地理部门的复兴,此现象特别在1950年代经历地理部门衰退的北美洲更为显著。

地理资讯学包含大范围的学科包括空间分析,例如地图学、地理资讯系统、遥感探测及全球定位系统

区域地理学

区域地理学是地理学的一门分支,她研究地球上不同大小的区域。其主要目的是去理解或定义个别地区包含人类及自然因素的独特性或特色。区域地理学的注意力亦有放在区域化(regionalization)上,包括适合的的方法把空间分界成为区域。

区域地理学亦被认为是研究地理科学的必然方式(类似计量革命或批判地理学),详细参见地理学历史

相关范畴

  • 城市规划,区域规划(regional planning)及空间规划(spatial planning):利用地理科学帮助决定如何发展(或是不发展)土地去满足特定条件,例如安全、美观、经济机会、保护建筑或自然遗产等等。城市、城镇及区域规划可以被视为应用地理学
  • 区域学(Regional science):区域学在1950年代由沃尔特·艾萨德(Walter Isard)带领而冒起,她提供一个更为以数据及分析作基础的方法去面对地理学问题,而不是传统地理学上以描述的趋向去面对。区域学包含的知识中空间向度(spatial dimension)扮演重要的角色,例如区域经济学、资源管理(resource management)、区位理论、城市规划、区域规划、交通运输通讯、人文地理学、人口分布(population distribution)、景观生态学及环境质素。
  • 行星学:虽然地理学通常关注地球,但亦有可能非正式地用作描述其他世界的研究,例如太阳系的其他行星,甚至更远。研究比地球更大的系统通常会形成部分天文学宇宙学。其他行星的研究通常被称为行星学。

其他分支学科

人类学

人类学(英语:anthropology)一词,起源于希腊文“ανθρωπος(anthrōpos,人)”以及“λογος(-logia,学科)”,意思是研究人的学科。这个学科名称首次出现于德国哲学家亨德英语Magnus Hundt在1501年的作品《人类学——关于人的优点、本质和特性、以及人的成分、部位和要素》(Antropologium de hominis dignitate, natura et proprietatibus, de elementis, partibus et membris humani corporis),当时人类学这个字指的是人的体质构造。[110][111]当代人类学具有自然科学人文学社会科学的源头。[112]

考古学

西班牙阿塔普埃尔卡山的葛兰多利纳遗址发掘工作,2008年。

考古学(英语:archaeologyarcheology,源自古希腊文ἀρχαιολογία, archaiologia ;ἀρχαῖος,arkhaīos,“古代”;以及-λογία, -logiā,“学问”),对于过去人类社会的研究,主要透过重建与分析古代人们的物质文化与环境资料,包括器物建筑生物遗留英语biofact (archaeology)文化景观英语Cultural Landscapes。由于考古学运用许多不同的研究程序,它可被认定为一门科学与一门人文学[113]而且在美国,它是人类学的一个分支,[114]欧洲则是一门独立学科。

参见

  • 理科-显示科学中的分支,而简单地介绍该分支。

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