科學（英語：Science，希臘語：Επιστ?μη）是在尊重客觀事實的前提下，設法探尋事物運作之明確規律的學科。科學活動所得的知識是條件明確的（不能模棱兩可或隨意解讀）、能經得起檢驗的，而且不能與任何適用范圍內的已知事實產生矛盾。科學原僅指對自然現象之規律的探索與總結，但人文學科也被越來越多地冠以“科學”之名。人們習慣根據研究對象的不同把科學劃分為不同的類別，傳統的自然科學主要有生物學、物理學、化學、地質學和天文學。邏輯學和數學的地位比較特殊，它們是其它一切科學的論證基礎和工具。
科學在認識自然的不同層面上設法解決各種具體的問題，強調預測結果的具體性和可證偽性，這有別于空泛的哲學。科學也不等同于尋求絕對無誤的真理，而是在現有基礎上，摸索式地不斷接近真理。故科學的發展史就是一部人類對自然界的認識偏差的糾正史。因此“科學”本身要求對理論要保持一定的懷疑性，因此它絕不是“正確”的同義詞。
1·含義
“科學”不好以簡短文字加以準確定義。一般說來，科學涵蓋三方面含義：
觀察：致力于揭示自然真相，而對自然作用由充分的觀察或研究（包括思想實驗），通常指可通過必要的方法進行的，或能通過科學方法——一套用以評價經驗知識的程序而進行的。
假設：通過這樣的過程假定組織體系知識的系統性。
檢證：借此驗證研究目標的信度與效度。
科學包括基礎科學與應用科學。基礎科學僅以通過試驗探究自然原理為目的，其成果一般不容易在短期內得到應用，如物理、化學、生物和地質學；應用科學則兼有探究原理與關注應用這兩個方面的動機，如醫學、藥學、應用光學、氣象學、科技考古學和博弈論。按理來說，科學不同于純技術類學科，后者只涉及運用已有的知識與原理進行發明創造，而只帶來技術變革，不在原理層次挖掘出的新規律，如工程學、法醫學、農學和林學。應用科學與純技術有時候很難界定。因科學與技術經常一起被提及，重要的技術發展有時也會被大眾視為是科學成就，例如袁隆平曾3次未評上中國科學院院士的一大理由就是雜交水稻在科學界常只被認為是工程學成就，而非科學成就。[1]大眾關于愛迪生算不算科學家的爭論也與之類似。一些學科是側重基礎研究還是側重應用研究可能會隨時間發展而變動。如天文學的前身占星學是為宗教儀式服務的，屬于應用類學科（當時還不算是科學）；天文學目前是以基礎研究為主的科學，但也有發射宇宙衛星等少數可帶來實質性服務（如電臺廣播與手機信號）的技術應用；天文學在實現星際移民與太空資源開發的未來可能又會變成以應用為主的學科。
1.1與其它文化事物的聯系[編輯]
科學雖然與宗教有過大沖突，但它與宗教和神秘主義并沒有嚴格的對立關系。尤其是近代社會變革以來，一些宗教也發生了適應社會進步的改革，與科學的矛盾趨于緩和。有布道者也開始用可支持自己宗教觀點的科學原理舉例，雖然解讀得很走樣。歷史有許多著名科學家都有宗教信仰，如歐拉和柯西，宗教信仰并未使他們的科學視野有所局限。而知名物理學家恩里科·費米則是一個不可知論者，他對原子彈的研發和量子物理的發展有重要貢獻。費曼認為（在20世紀50年代）有超過半數的科學家無宗教信仰，而且科學不能論證上帝不存在。[2]與科學對立的事物主要是頑固守舊的原教旨主義、排斥理性的反智主義以及違反實證精神與客觀原則卻以“科學”自我標榜的偽科學。
除科學比哲學更腳踏實地地關注具體問題外，哲學與科學的區別也在于哲學沒有被廣泛認可的主流理論。而且哲學有很大一類分支，與科學的客觀態度相違背，即唯心主義。哲學雖無數次推動過科學進步，但現在與科學的聯系越來越疏遠。科學的知識越來越多，越來越細，越來越難，專職的哲學家已很難明白基礎科學的前沿問題。相反，科學新概念的快速發展倒是對傳統哲學沖擊很大，如不可分空間、不可定向流形、蝴蝶效應、量子化假設、平行宇宙、對稱性破缺和單電子宇宙。由于科學與哲學（尤其是自然哲學）的淵源，科學的最高學位頭銜直到今天仍被叫作“Ph.D.”，即“自然哲學博士”。
因科學與懷疑論相容，所以以毫不懷疑的態度信奉無神論的共產主義不被視作科學理論[3]，而只是一種指導實踐的哲學。對社會主義理論之科學性的批評主要來自奧地利與英國哲學家卡爾·波普爾。
未納入西方科學體系的方法論并不代表它就是不好的，例如中醫學。就研究角度而言，中醫學堅持整體論的研究方法，將人體各部分視為一個統一的整體對待，這與傳統西方科學對局部機理刨根問底的習慣完全相反。但自上世紀中期以來，西方科學也開始出現了關注系統科學的思潮。目前對中醫的主要研究不是浪費時間爭論中醫理論是否科學，而是用對比實驗確切地檢驗中醫療法中有哪些能有效醫治病人。2013年，史蒂文·諾維拉(Steven Novella)和大衛·科爾庫洪曾撰文指出有關針灸的現有論文出現了一個奇怪的現象，即有些人的實驗結果表明針灸有療效，而另一些人所做的實驗則無顯著效果。因此2人推測針灸實驗可能出現假陽性結果。而對于假陽性結果為何比較多，2人則猜測是安慰劑效應在起作用。[4]應當指出，數理統計學是地位特殊的科學，揭示的是隨機性的最一般規律，其方法既適用于西方各門類科學或技術研究，也適用于對中醫效果的評價。
2·語源
據說文解字，科，會意字：“從禾從斗，斗者量也”；故“科”學一詞乃取“測量”之學問之義為名。
從唐朝到近代以前，“科學”作為“科舉之學”的略語，“科學”一詞雖在漢語典籍中偶有出現，但古中文中“科學”一詞所指涉的概念與近代中文“科學”不同，大多指“科舉之學”[5][6]。 最早使用“科學”一詞之人似可溯及到唐末的羅袞[5][7][8]。
“科學”一詞由近代日本學界初用于對譯英文中的“Science”及其它歐洲語言中的相應詞匯，歐洲語言中該詞來源于拉丁文“Scientia”，意為“知識”與“學問”，在近代側重關于自然的學問。
在日本幕府末期到明治時期，“科學”是專門的“個別學問”，有的在以“分科的學問”的意義被使用著。
明治元年，福澤諭吉執筆的日本最初的科學入門書《窮理圖解》出版。同時，明治時代“science”這個語言進入了的時候，啟蒙思想家西周使用“科學”作為譯詞[7]。
甲午海戰以后，中國掀起了學習近代西方科技的高潮，清末主要通過近代化之路上走在前面的日本學習近代科學技術。樊洪業、吳鳳鳴等認為，中國最早使用“科學”一詞的學者大概是康有為。他出版的《日本書目志》[9]中就列舉了《科學入門》、《科學之原理》等書目。辛亥革命時期，中國人使用“科學”一詞的頻率逐漸增多，出現了“科學”與“格致”兩詞并存的局面。在中華民國時期，通過中國科學社的科學傳播活動，“科學”一詞才取代“格致”。
嚴復首先用“西學格致”翻譯science，后來又借用了science的日語譯名“科學”。而著名思想家、政論家章太炎則明確要求為“科學”正名。他在1903年8月發表《論承用“維新”二字之荒謬》一文，大力批駁責用“格物”之名翻譯“物理學”（physics）很不適當。[10]
中國社會科學院語言研究所1978年出版的《現代漢語詞典》則認為科學是：
1·反映自然、社會[11]、思維等的客觀規律的分科的知識體系；
2·合乎科學（精神、方法等）的。
不過社會類學科的研究并不容易做到客觀分析。一方面是難以控制變量，另一方面是難以給出準確的適用范圍和嚴格的預測結果。
英文中“Science（科學）”一詞的含義有狹義與廣義之分，前者只指自然基礎科學（即數學及自然科學；合稱“理科”），這與醫學、藥學及大地測量學等帶有應用目的的探索性學科相區別；后者泛指各種研究自然機理的應用性科學，但又與純粹研究技術應用、不探究機理的工程學、技術學和計算機信息學相區別。不過目前越來越多的人文學科和計算機學科甚至是文獻學也喜歡加上“科學”的頭銜。
2.1如今的“科學”在中國古代的稱呼[編輯]
中國傳統上將所有的知識統稱“學問”，古代將關于自然物道理的學問稱為“物理”[12]因此古代的物理即是自然科學，數學學科獨立于“物理”。
而自明代時中國則稱為格致[13]，即格物致知，以表示研究自然之物所得的學問。直至中日甲午戰爭以前出版的許多科學書籍多冠以格致或格物之名。
3·歷史與哲學[編輯]
3.1歷史
主條目：科學史
廣義的科學在歷史上許多古代文明就已經存在。[14]然而，現代科學的方法與以前有明顯的區別，同時現代的科學的成功也使其有目前的嚴格定義。但就基礎科學（不同于應用科學）而言，有一個特點變化不大，即相對寬裕的家境對于專職從事基礎科學研究來說是一個顯著優勢。而應用科學因相對來說較易出成果，且易轉化為可創造財富的生產力，故對專職研究者的家境不會有限制。
自然的哲學研究[編輯]
中世紀科學[編輯]
文藝復興時期與早期現代科學[編輯]
啟蒙時代[編輯]
19世紀[編輯]
20世紀[編輯]
科學哲學[編輯]
3.2參見：科學哲學
近代的科學，旨在理性、客觀的前提下，用知識（理論）與實驗有力地闡明事物運作的明確規律。由指以培根和馬赫等人倡導的實證主義（不過培根低估了數學在科學研究中的重要性），伽利略為實踐先驅的實驗方法為基礎，以獲取關于世界的系統知識的研究。主要是以自然現象為對象的自然科學。有些人也將以社會現象為對象的社會科學納入其中，但社會學科的知識多只局限于人類社會，而且沒有精確度很嚴密的數學公式或易證偽的命題。而藝術，哲學，宗教，文學則完全不屬于科學。現代科學，有時還包括以人類思維存在為對象的思維科學。
對于科學的核心特征或者說所謂科學精神，隨著人類的進步，有不同的觀點，目前一般認為科學具有如下特征：
理性客觀：從事科學研究不以“神”、“鬼”、“上帝”為前提（一些科學家會信仰宗教，但是“科學”本身是理性思維的結果），一切以客觀事實的觀察為基礎，通常科學家會設計實驗并控制各種變因來保證實驗的準確性，以及解釋理論的能力。科學理論不排斥“神”或“鬼”存在的可能性，只是反對故意裝神弄鬼的不誠實行為，避開缺乏可靠證據的神學空談。拉普拉斯認為科學是不借助神怪假設而單憑理性解釋世界的學問。
可否證性：這是來自卡爾·波普爾的觀點，人類其實無法知道一門學問里的理論是否一定正確，但若這門學問有部分有錯誤時，人們可以嚴謹明確的證明這部分的錯誤，的確是錯的，那這門學問就算是合乎科學的學問。
存在一個適用范圍：也就是說可以不是放之四海皆準的絕對真理。例如：牛頓力學在微觀世界失效。不過科學家們仍然努力尋找與探索是否有某種理論可以囊括所有自然現象（至少在物理界，將相對論與量子力學合并是一至少延續數十年的野心）。
普遍必然性：科學理論來自于實踐，也必須回到實踐，它必須能夠解釋其適用范圍內的已知的所有事實。如果其適用范圍內有任何無法解釋的反例存在，那么整個理論就都是錯的。
研究過程需嚴格控制變量。對于相互作用不易分離的多個重要變量，可設法利用統計學方法（如方差分析）對來自不同變量的影響加以分離。
科學還可以分為從理論和應用等多個層次。其中理論物理學除遵循上述原則外，還推崇還原論，追求用最簡略的假設描述廣泛而深刻的原理。蘇聯物理學家朗道指出“我們已知的大量物理定律可以由為數不多的最一般規律推演出來。”[16]愛因斯坦也指出任何事情都應該以最簡明扼要的方式呈現。[17]而應用科學則與社會發展有直接關系。在與社會進步的相互作用中，應用科學對實踐的指導作用得到不斷加強，科學體系本身也不斷壯大，它對人類歷史的重大影響日趨顯著。
4·科學實踐
4.1測量[編輯]
主條目：量度
科學中常常使用測量來作出對比并減少分歧。即便是有明顯的區別，也會通過測量提高精度，以便提高可重復性。例如不同的顏色可以通過光的波長來區分，而不使用“綠”或“藍”等“模糊”的概念。 測量常使用國際單位制(SI)，其中包括基本單位：千克,米,坎德拉,秒,安培,開爾文和摩爾。除了kg以外，其他六個單位是非人工定義的（不是以特定的物體為標準）。
第一個提出專門用于實驗的國際基本單位的是查爾斯·桑德斯·皮爾士(1839–1914),[18]他提出用米來定義譜線的波長。[19]這直接影響到邁克耳孫－莫雷實驗; 邁克耳孫和莫雷參考他的方法并進行了改進。[20]
4.2科學的方法[編輯]
主條目：科學方法
任何研究方法要被視為科學方法，則必須是客觀的（科學家們不能對于科學方法下產生的單一結果有不同的解釋且研究時不能故意去改變結果的發生）。另一項基本期待，則是必須有完整的資料文件以供佐證，以及研究方法必須由第三者小心檢視，并且確認該方法能重制（但在量子力學中，制備完全一樣的復雜量子態是難以實現的；另外理論地理學也難以進行重復實驗，但規律無疑也是確定存在的）。
一般理解，科學是對自然規律的追求。科學定律，有一個重要的標準，就是不能有反例。任何一個客觀存在的，能夠重復的現象，如果于已有的科學定律矛盾，即宣布此科學定律的終結。這也是反證法在理論分析中的應用依據。
科學方法使用可再現的方法解釋自然現象。[21]從預測當中提出思想實驗或假設。預測是在確認實驗或觀察前提出的，用于證明其中沒有受到干預。而對預測的反證則是進步的證明。[22][23]科學研究者提出假說來解釋自然現象，然后設計實驗來檢驗這些假說，這種實驗需要在可控條件（控制變量）下模擬自然現象（在觀測科學，如天文學或地質學，可預測的觀察結果可以替代核對實驗）。整體而言，科學方法可以解決極度創新的問題而又不受主觀偏見的影響（又稱確認偏誤）。[24]
除上述原則外，目前多數科學研究大量依賴于數學方法。在制定實驗方案時，會借助優選法（試驗設計）知識優化不必要的多余試驗，以達到事半功倍的效果。對于單次試驗成本較高的研究來說，減少不必要的試驗可以極大地節省經費開銷。在處理數據時，會應用SPSS、MatLab等軟件便捷地分析和處理數據。偏難或偏繁雜的常見計算都可由軟件執行。主流的商業軟件都會充分考慮用戶的難處，所以界面設計大多簡潔明了，比較容易上手。而專業一些的軟件則需要較多一些的學習時間，如應用廣泛的R語言。許多軟件都會允許人們開發專門的軟件功能擴展包并發布下載，以方便有不同特定需要的研究人群。當研究者提出一個新的計算模型時，就能馬上通過編程在現有軟件的基礎上實現。對于由測量數據而得出的結論，還需要運用數理統計學方法檢測結果的顯著性。研究人員需要根據不同的樣本數量大小（是大樣本還是小樣本）和數據比較類型（是兩組數據比較還是多組間比較等）確定合適的統計模型，然后在軟件中輸入數據并計算結果的顯著性數值。如果顯著性標準不達標，則論文一般不會有通過評審的希望。這樣的行業現狀也有弊端，許多有啟示性的失敗實驗得不到機會發表；很多人會把論文數據的達標當成研究的頭等大事，而忽略了自己從事研究工作的初衷。
盡管目前所有理工學科和多數人文學科都不同程度地應用了數學作為論證工具，但數學在各種具體學科中應用時并不能喧賓奪主。一般來說，分析問題需要有所側重，優先考慮對問題影響重要的因素，能作近似處理的就先作近似，而非對每個因素都用同樣嚴格的數學方法處理，即提倡“重點論”的思想。在各個細節都努力追求數學嚴密性而忽略了問題的最主要矛盾是非常錯誤的做法。[16]如果一個問題的影響因素過多，難以分清主次，則可以嘗試利用統計學中主成分分析的方法加以確定。又如利用數學計算分析一個生物學模型時，比起計算結果是否準確或運算技巧是否高明，生物學家會更關心計算的結果是否能明顯地體現出某種生物學意義（如哪些自變量對因變量影響最大？是正相關還是負相關？是幾次方的關系？是否在到達一定數量后會出現飽和效應？）以及能否順利通過大量實驗數據的驗證。
另外，雖然科學理論分不同層次。但基礎層面學科中的原理未必可直接適用于復雜層面的學科研究。這也導致了后來系統科學理論的出現。比如物理學是化學的基礎，很多化學現象歸根結底都可分解為一些量子層面的物理原理。雖然理論物理學家推崇還原論，但也承認量子力學中的微分方程求解方法在一般的化學實際研究中根本派不上用場。[25]化學研究中常遇到的多原子系統在物理學中是屬于非常復雜的模型，即使用近似方法計算也是極為繁雜的。所以化學家雖然需要學習和了解基本的物理原理，但會花更多時間掌握僅適用于本學科的特定研究方法。又如變分學和線性泛函分析雖然是現代物理學的重要數學基礎，但物理系學生一般不會像數學系學生一樣系統地學習這2門課程。又如雖然物理系和電子工程系都會開設專門的復變函數論課程，但一般的實際工作和研究中用到的復數知識并不多，多局限于復數的初等性質、復內積的性質、積分變換和共形變換。
5·科學方法
科學方法（英文：scientific method）指的是檢查自然現象、獲取新知識或修正與整合先前已得的知識，所使用的一整套技術[1][2]。為了合乎科學精神，這方法必須建立于收集可觀察、可經驗（empirical）、可量度的證據，并且合乎明確的推理原則[3]。梅里亞姆-韋伯斯特辭典如此定義[4]：
科學方法是一種有系統地尋求知識的程序，涉及了以下三個步驟：問題的認知與表述、實驗數據的收集、假說的構成與測試。
科學研究方法與其它獲得知識的方法之間有一個不同的主要特征：科學家設法讓事實自己說清楚、講明白，當理論的預測被確定時支持這理論，當理論的預測被否定時質疑這理論。雖然從一種學術領域到另外一種學術領域，程序或許會有所改變，科學研究擁有可辨認的特征，能夠明顯地跟其它種學術研究做區分切割。科學研究者提出假說來解釋自然現象，然后設計實驗來檢驗這些假說，核對從這些假說所推導出的預言是否正確無誤。為了要防范在做實驗時發生錯誤或誤解，這些步驟必須具有可重復性。一個假說在被學術界廣泛接受之前，必須先通過科學方法的嚴格驗證，以有條有理的方式來將理論結果與實驗數據互相比較。只有當理論結果和實驗數據互相吻合時，這假說才能被學術界接受。涉及比較廣泛學術領域的理論，可能會融合許多獨立推出的假說在一起，配搭一致、相輔相成。通過嚴格檢驗的理論，又可以觸類旁通，幫助形成新假說，或者設定其它假說的上下文[5]:265-266。
為了減少獲得偏差結果的機會，科學研究通常是要越客觀越好。所有測量數據與實驗程序都必須詳細紀錄，存檔于安全的數據庫，并且可供適當學者共享。這樣，適當學者可以仔細檢查，通過復制實驗來核對結果。這種行為方式，稱為“充分公開”（full disclosure），容許建立這些數據在統計學的信度。
即使科學領域涉及廣泛，任何研究方法要被視為科學方法，則必須是客觀的。科學家們不能對于科學方法下產生的單一結果有不同的解釋或不能去改變結果的發生。 另一項基本期待，則是必須有完整的資料文件以供佐證，以及研究方法必須由第三者小心檢視，并且確認該方法可以重制。如此也才能進行統計上的可性度分析。科學方法也包含了意圖去掌控或質問在科學研究中，因人為操縱因素所導致的后果。
5.1要素
觀察 - 用感應器官去注意自然現象或實驗中的種種轉變，并記錄下來。涉及的活動包括：眼看、鼻嗅、耳聞和手的觸摸。
1·解說 - 將從觀察得的事實，加以解釋。
2·預測 - 根據假說引申出可能的現象
3·確認 - 透過進一步的觀察和實驗去證實預測的結果
4·評估 - 根據經驗和結果主觀地評比或下結論。
5·發表 - 公布成果。發表有很多形式，像是投稿或是發表會。
