学科:科学史
科学是一个实证和理论知识的集合体，由世界上研究者的社群产生，运用特别的技术对真实现象作观察与解释，此技术总结在科学方法栏目底下。就其本质而论，科学史利用了思想史和社会史两个面向的历史研究方法。科学起源于对自然其功能性的实用考量以及纯粹的哲学探究。
虽然科学方法自古便不断发展，但现代科学方法却是始自伊斯兰科学家，海什木（Alhazen）在大约公元1000年左右，运用实验的经验法则写出了一本关于光学的书。然而，现代科学方法在13世纪的欧洲由大学经院哲学的学者所发起科学革命时，方才算发展完全[1]，到了16世纪及17世纪早期的发展高峰，现代科学方法的广泛应用更引领了知识的全面重估。科学方法的发展被某些人（尤其是科学哲学家及实证科学家）认为是太过于基础而重要的，认为早先对于自然的探索只不过是前科学（pre-scientific），现代科学方法才被他们认为是真正的科学。习惯上，科学史学家仍旧认定早先的科学探索也包含于广大而充足的科学范畴之中。[2]
数学史、科技史及哲学史则在其各自的条目中描述。数学跟科学很接近但有所区别（至少在现代的观念上是这样认为）。科技涉及设计有用的物件和系统的创造过程，跟寻求传统意义上的真理（empirical truth）又有所不同。哲学跟科学的不同在哲学还寻求其他的知识领域，如伦理学，即便自然科学和社会科学也都是以既定的事实作为理论基础。实际上这些领域都作为外在的重要工具为其他领域所用。
研究科学史大都在从事回答：“科学是什么？”和“它如何运作”，以及它是否显示出大规模的形式和趋势。特别是科学社会学（sociology of science）专注于科学家工作的方法，尤其注重观察在他们“产生”和“建立”科学知识时的方法。自1960年代以来，科学研究（science studies）一个共同的趋势，就在强调科学知识的“人的成分”，而不再强调科学资料是自显的、无关价值和前因后果的这个观点。
在哲学上，科学的一个主要议题和其争论焦点，正是关于理论改变这一范畴。有三个哲学家曾讨论过这个题目。其一是卡尔·波普，指出科学知识是长年累月的累积，具有前进性；其二是汤玛斯·孔恩，认为科学知识是一个范式转换（paradigm shift）的过程，而非单单是具前进性；其三是保罗·费耶阿本德，其观点是科学知识并非长久的累积也不具前进性，而是一个类别的划界（demarcation）。
自孔恩著作《科学革命的结构》（The Structure of Scientific Revolutions）于1962年出版以来，学界一直辩论著关于“科学”的定义和目标。通常都没有一致答案，尤其是关于在“真实性”的概念上，更曾一度引致观点上的冲突。
在史前时代，知识早就以代代相传方式保存着。到人类踏入农业耕作的时代，写作的流行使知识能得以传到千秋万代。最基本、最古老的科学知识，首推天文学。
古时许多文明国家，都会利用观察收集天文上的资料，并以系统性方式纪录。虽然并没有严谨的研究方式，许多关于行星和星系的自然现象，都开始有了理论上的阐释。
一些人体结构的研究开始显现，并且开始有人观察动物和植物的特质；同时一些炼金术的理论，也在几个主要文明出现。这是化学的原始面貌。
早在公元3500年前，中东的幼发拉底河一带（即今伊拉克）的人，已开始发展出一套以数学概念，纪录自然现象的方式。但是这些观察都只是有其他目的，而非纯粹自然科学研究。举例当时已有类似毕氏定理的数字研究纪录，包含了一系列的数组——(3,4,5)、(5,12,13)。但这始终都未能证明这些是毕氏定律的研究。
同时在古埃及，天文学、数学和医药研究都开始有了雏型。几何学被普遍应用于土地测量，如“3、4、5”直角三角形等资料纪录，代表着古时的埃及已发展出一个实质的几何体系。而炼金术在古埃及也是重要项目。
在古典时期，面对着一些实际性问题的解决，包括编制历法和疾病治疗，纯粹的自然科学研究慢慢开始兴起。当时从事科学研究的人，通常不被称作“科学家”，而被视为科学上的哲学家。
最早期的科学哲学家起源于古希腊。最早的一群曾向人发问过一个问题：“宇宙是从何而来？”。其后以柏拉图和亚里士多德等为首的后起者，相继出版了首批的自然哲学著作。虽然著作里的理论并不是相当具结构，并有一些理论被后世推翻，但却为后世的科学探索，奠下重要基础。
在这段期间，不同形式和类型的科学，都开始有个雏型。这包括了动物学、植物学、天文学等等；而一些像物理和数学的简单理论，也开始出现。最典型的例子，首推毕达哥拉斯发表的毕氏定理；阿基米德发现了“杠杆原理”和“力矩”的观念。
中国有悠久丰富的技术创新的历史。古代中国的四大发明是指南针、火药、造纸和印刷。
中国古代偏重于技术的研究，精于记录天象，但对科学理论的探究较少，更缺乏逻辑的、系统的科学体系。
在各个时期中对中国科学领域有显著贡献的人很多。其中一个最佳的例子是沈括（1031年－1095年），一名通才的科学家兼政治家，他是第一位描述航海用磁制指南针的人，此外他还发现了真北的概念，改进了天文观测用的日规、浑天仪、瞄准管和水钟以及描述了如何使用干船坞来修理船只。在观察过淤泥的自然淹没过程和太行山上的海洋化石后，沈括想出了一套陆地形成（或地形学）理论。他还在观察过陕西延安的石化竹子后，采纳了一套区域气候随时间渐变的理论。如果没有沈括的著作的话，很少人会知道喻皓的建筑，还有活字印刷的发明者毕昇（990年-1051年）也是。沈括的同期人苏颂（1020年－1101年）也是一名优秀的通才，他创制了星图的天球图集，写过跟植物学、动物学、矿物学及冶金学相关的制药专著，还于1088年在开封市建过一座大型天文钟楼。为操作最高处的浑天仪，他的钟楼配备了擒纵器装置，这装置世界已知最古老的环状动力传输的链传输装置。
十六及十七世纪时的耶稣会中国任务“学会了欣赏这古文化的科学成就，并将它们在欧洲传播，让那儿的人们知道。欧洲科学家就是从这些通讯中第一次得悉中国的科学和技术。”[3] 西方学者对中国科技的思潮是由李约瑟（Joseph Needham）和李约瑟研究所所激发的。中国的技术成就包括早期的地震仪（公元二世纪张衡的候风地动仪）、水力天球仪（张衡）、火柴、独立发明的十进制、干船坞、滑动卡尺、双重动力的活塞泵（风箱）、铸铁、高炉、铁犁、多管型播种器、独轮手推车、吊桥、簸榖机、旋转扇、降落伞、燃料用的天然气、地形图、螺旋桨、弩、及一支固体燃料火箭、多级火箭、马轭，还有逻辑学、天文学及医学等其他领域的贡献。
然而，文化因素使得这些中国成就并没有发展成能称得上“科学”的学问。[1] 根据李约瑟的说法，使得中国知识分子不能够相信自然定律这概念的，是他们的宗教和哲学结构：
不是中国人眼中的自然没有秩序，而是他们有的不是由一个理性的人所订下的秩序，因此说理性的人们能用没那样世俗的语言，去阐明他很早以前就制定好的神圣法典，这是没有说服力的。当然，道教人士会藐视这样的一个见解，说它对于他们凭直觉所知的宇宙微妙处和复杂性来说，那实在是太幼稚了。[4]
自古罗马帝国崩溃后，欧洲踏入中世纪。这时欧洲进入了一个封建制年代，整个知识都是由教廷垄断，只有东面的拜占庭帝国还是学术中心。科学在这时无从在欧洲发展，一直到十二至十三世纪为止。
与此同时，希腊哲学已经在中东世界的阿拉伯酋长处获得了一定支持。在7至8世纪间，伊斯兰教蓬勃发展，给科学技术的研究提供了良好的环境。由各方赞助的奖励制度一直持续到了14世纪。此外，中东通行的阿拉伯语使各国的科学技术交流得以无障碍地进行下去。从拜占廷帝国得到的希腊和罗马科技文章与印度传来的研究成果为中东的科技研究提供了一个完整的根基。麦加朝圣也给了全伊斯兰世界的科技学者们合作交流的机会。
伊斯兰科学家对实验的重视远超过希腊人。波斯数学家穆罕默德·阿尔·花拉子模（Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi）在数学上作出了杰出的贡献。现在通行的“算法”（Algorithm）即是从他的名字演变而来。[5]“代数学”（Algebra）一词则是由他的一本著作“al-jabr”演变而来的。萨比科学家巴塔尼为天文学和数学作出了很大的贡献，而波斯人拉齐则在化学上有卓著成果。巴塔尼为希巴克斯的测量方法做了改进，这在他的《大成》中有记载。巴塔尼也为地球轴长的测量作出了贡献。阿拉伯炼金术虽然严格地说不算是科学，但是其主要思想影响了罗杰·培根，使他发明了实验理论。阿拉伯炼金术也对艾萨克·牛顿有很大影响。
十二世纪欧洲出现了中世纪大学，标志着知识界在欧洲复兴。同时十字军东征使欧洲开始与伊斯兰世界接触。频繁的通商容许了文化的交流，令教廷在知识上垄断地位，受到前所未有的冲击。举例十二世纪意大利旅行家马可波罗到中国旅游，并在回国后著有《马可波罗游记》，使欧洲人的眼界有所扩阔。
种种因素都助长了文艺复兴的兴起。城市在意大利崛起，住有大量新资产阶级。他们都信奉新柏拉图主义，希望摆脱宗教禁欲主义的束缚，大力保护艺术家对世俗生活的描绘。与此同时圣方济各会的宗教激进主义，力图摒弃正统宗教的经院哲学，歌颂自然的美和人的精神价值。这时罗马教廷也在走向腐败，历届教宗的享乐规模，比一般民众还要厉害。他们也在保护艺术家，允许艺术偏离正统的宗教教条。哲学、科学都在逐渐地在比较宽松的气氛中发展，也酝酿着宗教改革的前奏。
这段期间最为明显的变化乃天文学。当时教廷强调“天动说”，认为太阳是围绕着地球旋转。波兰人哥白尼是第一位提出太阳为中心——日心说的欧洲天文学家，一般认为他著的《天体运行论》是现代天文学的起步点。其后经意大利科学家伽利略的提倡，“地动说”开始传播甚广，进而导致教廷把其软禁。
这时的科学发展乃自古希腊以来最为发达，其发达程度甚至超越了古希腊时代。如伽利略便最先使用科学实验和数学分析的方法研究力学。他认为选择得当的数学证明，可以用来探索任何牵涉到定量性的问题。同时期的开普勒除了在天文上提出了崭新的见解外，还首度以几何概念发展出光学概念。
文艺复兴使欧洲知识界重视生机，不但天文学、数学、物理学，包括化学、生物、医药等领域都有创新见解。其对科学所产生的影响力，至今仍非常深远。大多科学史专家都认为十四至十八世纪乃科学革命的年代。其中部分更认为自哥白尼于1543年出版著作《天体运行论》开始，欧洲已踏入科学革命时代。
在这段时期的科学思想家包括：
- 安德烈·维赛留斯（Andreas Vesalius）：1543年出版了《人体构造》，解释了血液在人体内循环的过程，还从解剖尸体组装了第一副人类骨架。
- 威廉·吉尔伯特（William Gilbert）：1600年出版了《磁石论》，是物理学史上第一部系统阐述磁学的专著。
- 第谷·布拉赫（Tycho Brahe）：对十六世纪末期所认知的星体进行了详细并且准确的观测，为开普勒的研究提供了基本数据。
- 弗兰西斯·培根（Francis Bacon）：通过分析和确定科学的一般方法和表明其应用方式，给予新科学运动以发展的动力和方向。
- 威廉·哈维（William Harvey）：通过解剖等手段展示了血液的循环。
- 勒奈·笛卡尔（René Descartes）：演绎推理的先驱，1637年出版了《方法论》。
- 安东·范·列文霍克（Antony van Leeuwenhoek）：建造了高清晰度的单显微镜，研究了毛细管循环和肌肉纤维。他观察了血球、精子与细菌，并绘出了它们的形象。于1683年发现了细菌。
- 艾萨克·牛顿（Isaac Newton）：1687年7月5日发表的《自然哲学的数学原理》，提出的万有引力定律以及牛顿运动定律，是经典力学的基石。牛顿还和莱布尼茨各自独立地发明了微积分。
科学革命使世界科学推上了一个前所未有的巅峰。它使科学知识内容大大扩充，而绝大多数都是今日研习科学者必须认识到的知识，例如地动说和牛顿运动定律等等。到了十九世纪，科学研究已变得相当具系统，并分成不同派别，一直延至二十世纪。
在物理史上，科学革命乃古希腊时代科学哲学和古典物理的分水岭。波兰人哥白尼首先以日心说否定了过去人们一直深信不疑的天动说。其后德国人开普勒也发展出其行星运行的模型，提出行星乃按其轨迹而围绕着太阳运行。同时意大利人伽利略除不断强调其地动说外，还发展出多项基本的力学理论。
到了1687年，英国人牛顿出版了《自然哲学的数学原理》，详细地说明了两个既复杂又成功的物理理论：牛顿三大运动定律和万有引力定律，皆建立了古典力学的根基。电子和磁力的研究以英国人法拉第和德国人欧姆为首，时为十九世纪。
二十世纪初的物理学也出现了革命性变化，代表者为爱因斯坦。他于1905年发表了四篇划时代的论文，分别为：《关于光的产生和转化的一个启发性观点》、《根据分子运动论研究静止液体中悬浮微粒的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体惯性与其所含能量有关吗？》，随后导出了E = mc²的公式。这被统称作相对论，主要是对牛顿力学的概念作出了修正。这对物理学也影响深远，因为爱因斯坦的理论，根本性地修订了过往科学界深信的知识，时到今天仍然备受讨论。
二次大战期间更进一步发明出现。这包括了雷达和原子弹。这些技术日后皆被各国政府用作军事上，对日后的军事技术产生深远影响。
现代化学的历史在科学革命年代，早已由炼金术转化到现代化学领域。1661年爱尔兰人波义耳发现了气体定律。其后法国人拉瓦锡更有前瞻性理论──对过去人们深信不疑的燃素说作出全面否定；倡导质量守恒定律，指出物质作转化时其质量不变。同时他还推论，动物的呼吸实质上是缓慢氧化。
踏入十九世纪，又有英国人道尔顿确立了“物质是由粒子组成”的理论。1869年俄罗斯人门得列夫编制了元素周期表，把物质中数十个元素列举出来。这两人的研究对日后也影响深远，前者为日后的粒子理论奠下基础；后者则成为了化学的基本知识。今日的化学教科书，都少不了元素周期表。
远在十一世纪，中国的科学家沈括已率先提出了地形结构的原理。他从原油的产地观察，认为原油产地过去乃海洋一片，后因地形转化，使部分物质转化为原油。
而在西欧，学界一直相信泰奥弗拉斯托斯对岩石的解说，一直到科学革命为止。1700年，两位法国人古德达和德斯马拉特在法国中部行山，并把他们观察纪录成一地图。前者记录了首个火山的观察。1788年詹姆士‧赫顿出版其著作《地球的理论》，其理论被称作均变学说。
1811年两位法国动物学家古菲尔和博格尼特出版了一著作，从他们在巴黎发现的大象化石，阐述了他们对地球结构的看法。这个观点后来成为地层学的重要理论基础。而英国人查理斯·莱尔的《地质学原理》更把詹姆士‧赫顿观点进一步强化，影响日后达尔文的进化论。
到了二十世纪，地质学更有革命性看法。以韦格纳为代表的“板块构造理论”，把地球外壳由板块组成的观点进一步扩大。
天文在科学革命以降受到光学仪器渐发达影响，也可圈可点。1801年首粒谷神星被发现；1846年海王星也被发现。
二十世纪中来自美国的乔治·伽莫夫、拉尔夫·阿尔菲、罗伯特·赫尔曼，通过计算推论出有证据显示，宇宙间曾有大爆炸的痕迹。这些证据被视为计算宇宙历史的基础。
其后六十年代美国和苏联开始进太空科技竞赛，计有1961年苏联派出世界第一个太空人加加林登上太空；后美国也派出岩士唐等太空人升空，历史性地首次登陆月球。其后各项太空发明相继面世，包括人造卫星、火箭和航天飞机等等。
1847年匈牙利物理学家斯姆威尔兹戏剧性地发现减低孕妇患上产后热机会的技术──在孕妇生产时协助她们清洗头部。提前了微生物致病论的发现，不过斯姆威尔兹的发现在当时并未受到重视。直到1865年，由英国外科医师约瑟夫·李斯特证实了消毒法之后，微生物致病论才得以应用。李斯特的研究是基于法国生物学家路易·巴斯德的重要发现，巴斯德连结了疾病与微生物的关系，造成医学的革命。此外他在1880年所生产的狂犬病疫苗，使预防医学上的重要方法诞生。巴斯德发明了一种称为巴斯德杀菌法的技术，防止疾病经由牛奶或食物传递。
1859年，英国博物学家查尔斯·达尔文在《物种起源》中，首先提出了以自然选择为主的演化理论，这可能是科学上最为显著，且影响深远的一个理论。达尔文提出各种不同的动物，是经历了长时间的自然进程之后成形，甚至连人类也是如此演化而来的生物。进化论引起了社会上的反对和支持声浪，并深切地影响了大众对于“人类在宇宙中的地位”之理解。到了20世纪早期的1900年代，奥地利僧侣格里哥·孟德尔在1866年所发展的遗传定律被重新发现，之后遗传成为了主要的研究对象。孟德尔定律是遗传学研究的起始关键，此学门也成为科学与产业上的主要研究领域之一。1953年，詹姆斯·沃森、佛朗西斯·克里克和罗莎琳·富兰克林阐明了DNA，也就是使所有生物型态得以表现的遗传物质的基本结构[6]。到了20世纪晚期，遗传工程的可能性，使首次的大规模国际性计划，也就是解开人类的整个基因组的人类基因组计划在1990年代展开。此研究结果在分子生物学和医学上有相当大的利用价值。
生态学学科的起源，一般可追溯到19世纪末到20世纪初，达尔文进化论与洪堡生物地理学的融合。此外，微生物学与土壤科学对于生态学的开端也相当重要，尤其是路易·巴斯德与费迪南·科恩的生命周期概念。“生态”（ecology）一词是由恩斯特·海克尔所铸造，主要是以整体观点（以及达尔文理论的辅助）来研究自然界，对于是生态学思想的散布相当重要。1930年代，亚瑟·谭斯雷与其他人开始发展生态系生态学领域，统合了实验性质的土壤科学，以及田野生物学的生理能量概念与研究方法。20世纪的环境保护主义与生态学有密切的联系，1960年代的盖亚假说，以及较晚近的深生态学上的科学-宗教运动，使两者关系更为密切。
对政治的研究最早可见于西方文化中的古希腊，政治学是在社会科学出现后方产生的术语。然而，这门学科确有一系列先驱，如伦理学、政治哲学、政治经济学、历史学等等,以及有关理想化的政府所应具备的特征和运作方式的探究。在每个历史阶段和每个地区，都可以找到研究政治和试图不断增进对政治理解的人物。
政治学研究可以溯源到柏拉图和亚里士多德以前的荷马、赫西俄德、修昔底德、色诺芬和欧里庇得斯的著作。后来，柏拉图研究了政治系统，他将以往的文学和历史角度的分析抽象化，使用了一种我们可以理解为类似哲学研究的方法。亚里斯多德在柏拉图的基础上，建立了基于历史经验证据的研究方法。
在古罗马统治时期，著名历史学家欧里庇得斯、蒂托·李维和普鲁塔克记录了罗马共和国的兴起，以及其他国家的历史和起源，同时象恺撒和西塞罗等政治家为我们提供了罗马共和国和帝国的战争和政治生活画面。这个时代的政治学研究关注于理解历史，治理方法和政府运作方式。
随着罗马帝国的衰落，政治研究的领域蔓延开来。西方传统上的一神教兴起，特别是基督教为政治和政治行为打开了新的空间。在中世纪，对政治的研究遍及教会和法庭。圣奥古斯丁的《上帝之城》一类的著作将当时的哲学和政治传统与基督教相融合，重新定义了宗教与政治的界限。大部分有关政府与宗教的问题在这一时期得到辩论和澄清。
古典经济学的基础是来自亚当·斯密于1776年出版的的《国富论》。亚当·斯密批评重商主义，提倡“分工”的自由贸易体系。它假定有一只“看不见的手”借由个人追求自身利益而使得巨大的经济体系得以自我规范。马克思建立了一个替代的经济体系，叫做“马克思经济学”(Marxian economics)。马克思经济学是以劳动价值理论为基础来运作的，并假设商品的价值主要是来自于生产时所需劳力的投入。在此假设之下，“资本主义”的雇主就未付出足够的报酬合于劳工所生产的利益。而奥地利经济学派则认为实业家才是经济发展的驱动力，并利用供给和需求来取代劳动价值理论。
在1920年代，凯恩斯主张区分总体经济学及个体经济学。在凯恩斯主义架构之下，总体经济学趋向个人造成"整体"的经济学选择。政府应提升对商品的总体需求来刺激经济扩张。在第二次世界大战时，米尔顿·傅利曼创造了货币主义的概念。货币主义关注使用金钱的供给与需求来作为控制经济活动的方法。在1970年代，货币主义转变为供给面经济学，是以减税作为增加货币流通量进而促使经济扩张的方法。
其他的经济学派还有新古典派经济学及新凯恩斯经济学等等。新古典派经济学是从1970年代开始形成，强调以稳固的个体经济学基础发展总体经济学。新凯恩斯经济学某些程度来说是创造来回应新古典派经济学，处理需要被央行或是政府所控制的市场无效率现象。
20世纪，一些跨学科科学领域逐渐形成，例如以下三个领域最为典型：
通信科学结合生物通信、信息论、市场学、公共关系学、电子通信以及其他通信学科。
计算机科学建立在理论语言学、离散数学和电子工程基础上，研究计算的本质和极限。它包括计算理论、计算复杂度、数据库、计算机网络、人工智能、计算机硬件设计等子学科。相对于软件工程，计算机科学更强调其数学理论基础，后者则强调程序和软件设计的实践。
材料科学植根于金属学、矿物学和晶体学，同时结合了化学、物理和一些工程学科。材料科学研究金属、陶瓷、塑料、半导体和合金等材料。
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