Vitenskap er et systematisk foretak som gjennom kritisk undersøkelse organiserer kunnskap og metoder, og inneholder et sett med prinsipper og kriterier for hvordan både metoder og observasjoner skal forstås. Moderne vitenskap deles ofte i naturvitenskap, som er studiet av den materielle verden, samfunnsvitenskap, som studerer folk og samfunn, og formell vitenskap, som logikk og matematikk. De formelle vitenskapene regnes ikke alltid med ettersom de er basert på en metodikk som ikke baserer seg på empiri (erfaring) og observasjoner. Fagfelt som bruker vitenskap, som medisin eller ingeniørfag, regnes som anvendt vitenskap.
Vitenskap bygger på ideen om at verden kan forstås ved hjelp av en kombinasjon av rasjonelle og empiriske framgangsmåter, og har vært beskrevet som «en kreativ prosess som handler om å frembringe ideer og resonnementer, mens forskning omfatter datainnsamling, analyse og publikasjon».Forskerforum: Hva er god vitenskap
Fra antikken og frem til 1800-tallet var filosofi og vitenskap knyttet sammen, og forskere innen astronomi, fysikk eller medisin ble kalt naturfilosofer.
Araberen Ibn al-Haitham (965–1040) arbeidet med optikk, og la grunnlaget for den vitenskapelige metoden gjennom sine systematiske eksperimenter.Encyclopedia Brotannica: Ibn al-Haytham
På 1600- og 1700-tallet ønsket stadig flere å formulere viten i form av fysiske lover. På 1800-tallet ble vitenskap mer og mer assosiert med metodikken man brukte i studier av verden, og fagfelt som biologi, kjemi og fysikk fant sin moderne form. Termer som «forsker» og «vitenskapelige miljø» oppstod, og frem mot 1900-tallet fikk vitenskap gradvis mer prestisje og økt betydning og påvirkning i forhold til flere deler av samfunnet og kulturen. Store forskningsprogrammer som Manhattanprosjektet og Apollo-programmet ble svært viktige for den geopolitiske situasjonen i etterkrigstiden.
Historie I førhistorisk tid ble kunnskap delt gjennom muntlig tradisjon mellom generasjonene. Utviklingen av skrivekunsten åpnet for at kunnskap kunne lagres og mer nøyaktig formidles. Mange tidlige kulturer, særlig i Egypt og Mesopotamia, gjorde nøyaktige astronomiske observasjoner og gjorde fremskritt innen medisin og matematikk. Årets lengde og månens bevegelse ble beskrevet med stor nøyaktighet.
thumb|right|Tales regnes ofte som den første vitenskapsmann Grekeren Tales fra Milet (640–546 f.Kr.) var den første til å forklare naturlige fenomener med naturlige krefter, for eksempel at land flyter på vann, og jordskjelv skyldes at vannet under endrer seg, ikke guden Poseidon. Pytagoras utforsket matematikken og postulerte at jorda var rund. Platon og Aristoteles hadde systemer for å diskutere naturfilosofien, og Aristoteles idé om å observere naturen og ut fra det å trekke generelle konklusjoner via induksjon fikk stor betydning for ettertiden. Aristoteles undersøkte og klassifiserte over 500 fugler, dyr og fisk, og studerte anatomien til over hundre dyr, mange ved disseksjon. Hippokrates beskrev en rekke sykdommer og medisinske tilstander, og formulerte etiske retningslinjer for medisinen med den hippokratiske eden. Grekerne Euklid og Arkimedes bidro med å utvikle matematisk metodikk.
I India var lingvistikk et tema i oldtiden,og Pāṇini (ca 520–460 f.Kr) formulerte grammatiske regler for Sanskrit og hadde en analytisk tilnærming til språket. En tid etter introduserte astronomen og matematikeren Aryabhata (476–550) funksjoner som sinus og cosinus. Brahmagupta forklarte hvorfor tallet 0 var viktig i et tallsystem med desimaltall, og det hindu-arabiske tallsystemet spredte seg siden til hele verden.
Kina var tidlig ute med observasjoner av solflekker, supernovaer og forutsigelser av solformørkelser, men kunnskapen gikk tapt under Ming-dynastiet. Fra det første århundret regnet kineserne med negative tall , og fra 1200-tallet løste de ligninger med grad mer enn tre. Shen Kuo (1031–1095) beskrev hvordan magnetisme kunne brukes til navigasjon, og bidro til anvendt vitenskap med å beskrive hvordan en tørrdokk kunne bygges. I opplysningstiden sendte misjonærer meldinger tilbake til Europa om kinesisk vitenskap og bidro slik til at kinesisk teknologi fant veien til europeiske universiteter.
I middelalderen utviklet vitenskapelig metode seg i den muslimske verden. Ibn al-Haytham redegjorde i sin «Optikk» (كتاب المناظر) for bruk av eksperimentelle data som grunnlag for vitenskapelige argumenter. Algoritme fikk navn etter Muhammad ibn Musa al-Khwarizmi, som selv kom med termen algebra. Astronomer bevarte gammel gresk kunnskap, og revisjoner av det geosentriske verdensbildet hadde likheter med Nikolaus Kopernikus' heliosentriske modell.
Medisinere og alkymister la fundamentet for moderne kjemi, og Jābir ibn Hayyān (Geber) introduserte termen «alkali» og regnes av mange som grunnlegger av kjemi som fagfelt.On wine, chirality and crystallography,Zygmunt S. Derewendaa
De første universitetene i Europa oppstod på 1100-tallet, og kontakt med den muslimske verden via Spania og Sicilia gjorde at gamle greske filosofer, og arabiske tenkere, kunne oversettes til latin og studeres. Innen hundre år fantes nesten alle viktige vitenskapelige verk på latin, og ble spredt via universiteter og klostre. I 1210, 1270 og 1277 fordømte universitetet i Paris, etter undersøkelser foretatt av biskopen, en rekke «hedenske» skrifter, deriblant mange teologiske skrifter og Aristoteles «Fysikk» (Φυσικὴ ἀκρόασις). Dette åpnet for en kritikk av Aristotelisk tenking, og mens for eksempel vakuum ble avfeid som umulig innen aristotelisk tenking, ble dette utforsket av senere naturfilosofer.https://plato.stanford.edu/entries/religion-science/
Svartedauden satte i 1348 en stopper for den raske vitenskapelige utviklingen i Europa.
thumb|right|Galileo Galileis bok Dialog som ble forbudt etter at Galilei i 1633 ble dømt til husarrest. På 1600-tallet tok stadig flere i bruk vitenskapelig metode. Nikolaus Kopernikus og Galileo Galilei (1564–1642) var i utgangspunktet støttet av kirken, men Galileo ble satt i husarrest og hans verk Dialog ble forbudt. Troen på at jorden gikk rundt solen ble ansett som vranglære. Tycho Brahe kunne i 1572 ikke se noen parallakse på supernovaer, og konkluderte at universet ikke var uforanderlig. Mangelen på en parallakse ble i samtiden ansett som bevis på at solen gikk rundt jorden.
Isaac Newton (1642-1727) forklarte hvordan usynlige krefter styrte planetenes bevegelse, og hans teorier og metodikk ble raskt akseptert og førte til en kraftig vekst i vitenskapelige publikasjoner i Europa. Hans bevegelseslover førte til at klassisk mekanikk vokste frem som fagfelt.
På 1900-tallet lanserte fysikere som Niels Bohr, Max Planck og Albert Einstein, kvantefysikken. Den endret forståelsen av mekaniske lover i liten skala, og rokket hele forståelsen av tid og rom. Werner Heisenberg og Erwin Schrödinger formulerte kvantemekanikken i 1925, og Edwin Hubbles observasjoner av galaksenes hastighet la grunnlaget for at presten Georges Lemaître formulerte det som av motstandere ble kalt Big Bang-teorien. En moderne vitenskap, der også «sikre observasjoner» må tolkes i lys av de gjeldende teoriene vokste frem.
Kjemiske egenskaper ble kartlagt av blant annet Antoine Lavoisier og John Dalton, og i 1869 beskrev Dmitrij Mendelejev det periodiske system.
thumb|right|Charles Darwin revolusjonerte biologien med sitt verk Artenes opprinnelse
Biologi, medisin og genetikk ble forandret da Ignác Fülöp Semmelweis, Joseph Lister og Louis Pasteur viste at mikroorganismer kunne skape sykdom og at antiseptika kunne forebygge dem. Charles Darwin revolusjonerte biologien ved sin evolusjonsteori, og munken Gregor Mendels studier av arv la grunnlaget for genetikk. Beskrivelsen av DNA-strukturen i 1953 åpnet nye muligheter innen vitenskap og industri.
Samfunnsvitenskap ble et begrep på 1800-tallet. Selv om moralfilosofi, politisk filosofi og historie har røtter eldre enn Platon og Aristoteles, er felt som ideologi, internasjonale studier, geopolitikk, politisk økonomi, offentlig administrasjon og fredsforskning, alle fagfelt fra 1900-tallet.
Psykologi, sosiologi og antropologi kom også som et resultat av den moderne vitenskapen. Studier fra 1800-tallet var ofte sterkt preget av kolonialistisk tenking og la grunnlag for en «vitenskapelig rasisme».
Vitenskapelig metode
Naturvitenskapelig forskning drives i hovedsak ved at forskere lanserer teorier eller hypoteser for å forklare fenomen. Fenomener som forutsies av hypotesen testes mot observasjoner («empiri»), gjerne ved bruk av eksperimenter. Dersom teorien kan forklare observasjonene, er teorien styrket; hvis observasjonene motsier teorien, må teorien forkastes eller modifiseres. Den hypotesen som best forklarer et fenomen beholdes mens de andre forkastes. (Kjent som Ockhams barberkniv.) En hypotese som ikke kan forutsi målbare resultater som kan bevise at hypotesen er feil, regnes som uvitenskapelig. Arbeidsmåten kalles også for den hypotetisk-deduktive metode.
Strengt tatt kan ikke noe sies å være «vitenskapelig bevist», bare at det hittil ikke er funnet observasjoner som motbeviser teorien. Det som til enhver tid blir regnet som de mest plausible, troverdige og mest motsigelsesfrie kunnskapene om et fagfelt regnes som vitenskapelige.
Innen matematikk og logikk brukes aksiomatisk metode. Et sett med grunnregler vedtas og blir definisjoner (en sirkel er rund) eller aksiomer (a+b=b+a), og ved å ikke fravike systemet og unngå selvmotsigelser, bevares sannheten. Noen fagfelt, som astrofysikk, der eksperimentering er vanskelig, og partikkelfysikk, der observasjon er vanskelig, baserer seg i stor grad på forutsigelser som er utledet matematisk under forutsetning at formulerte lovmessigheter beskriver naturen korrekt.
Metodikken for å finne data varierer mellom fagfelt. Innen fysikk kan empiri være måleresulater fra instrumenter. Innen samfunnsvitenskap kan det for eksempel være svar fra spørreundersøkelser. I historievitenskap finnes data i historiske kilder eller arkeologiske utgravninger. I rettsvitenskap brukes lover og rettspraksis m.m. Det er også variasjoner i hvordan de ulike fagene rapporterer og publiserer sine resultater. En av de vanligste måtene å formidle resultater er gjennom artikler i vitenskapelige tidsskrifter der artiklene ofte følger en ITMRD-struktur.
Vitenskapsfilosofi
Mange sentrale problemer innen vitenskapsfilosofien er det ikke enighet om, blant annet om vitenskapen kan avdekke sannheter om det vi ikke kan observere, eller om vitenskapelig funderte beslutninger kan tas i det hele tatt. Antipositivistene er talsmenn for bruk av hermeneutiske eller fenomenologiske metoder i samfunnsvitenskapene. Positivistene, empirisk orienterte vitenskapsfilosofer, ser den hypotetisk-deduktive metode som en sentral vitenskapelig metode, og har satt studiet av vitenskapens logiske strukturer i sentrum. I tillegg til generelle problemstillinger diskuterer vitenskapsfilosofer også problemer innen avgrensede felt, som biologi, fysikk eller humaniora.
Forskere tar normalt for gitt at det finnes en objektiv verden som kan studeres, at det finnes naturlover som forklarer denne virkeligheten, og at disse lovene kan avdekkes ved bruk av systematiske observasjoner og eksperimenter. Vitenskapsfilosofien studerer disse betingelsene og hvor riktige de er.
Forståelsen av hva vitenskap er og hvordan kunnskap blir til har endret seg gjennom historien. I moderne tid kan man dele inn vitenskapsfilosofien i empirisme og instrumentalisme. Empirisme baserer seg på at man gjennom observasjoner lager hypoteser som kan forutsi nye observasjoner. Klassisk vitenskap trakk slutninger via induksjon, mens bayesianisme og hypotetisk-deduktiv metode er mer moderne metodikker. Empirisme står filosofisk i kontrast til rasjonalisme. Karl Popper har hevdet at empirisk baserte hypoteser må være falsifiserbare for å være vitenskap.