علوم پایه

علوم پایه که از آن با نام تحقیقات پایه هم یاد شده است، به منظور بهبود بخشیدن به نظریه های تحقیقاتی و درک بهتر و جامعتر آن ها وارد محافل علمی و سطوح دانشگاهی شده است. در مقابل علوم پایه، علوم کاربردی قرار می گیرد که از آن با نام تحقیقات کاربردی هم یاد شده است و در آن توجه افراد متخصص بیشتر معطوف به استفاده از نظریه های علمی به گونه ای است که بتوان به این واسطه تکنولوژی را توسعه بخشید و نیز راهکارهایی یافت که با استفاده از آنها امکان تغییر و تعدیل برخی مواد طبیعی و غیر طبیعی فراهم شود. در بسیاری از موارد مشاهده شده است که تحقیقات انجام گرفته در علوم کاربردی مورد مطالعه و بررسی افراد متخصص در علوم پایه قرار گرفته است. در مباحث مرتبط با تحقیق و توسعه هم هر دوی این حوزه های علمی مطالب و اهداف مشترکی پیدا می کنند.

سرفصل های این پست:

• نگاهی کلی به علوم پایه
• مقایسه علوم پایه با علوم کاربردی
• ریاضیات
• حوزه های متفاوت علم ریاضی
• شیمی
• فیزیک
• گرایشهای فیزیک
• فیزیک هسته ای و فیزیک ذرات
• فیزیک اتمی، ملکولی و نوری
• فیزیک ماده چگال
• فیزیک نجوم
• فیزیک کاربردی
• فلسفه
• زمین شناسی
• آمار

نگاهی کلی به علوم پایه

تلاش اولیه هر کسی که برای تحصیل در رشته های مرتبط با علوم پایه راهی دانشگاه و سطوح آکادمیک می شود این است که دانش و شناخت اولیه و اساسی خود از جهان را گسترش دهد. به علاوه افراد متخصص در این علوم توجه خود را معطوف به به وجود آوردن، رد کردن و یا پشتیبانی کردن از نظریه هایی می کنند که درباره پدیده های مشاهده شده توسط افراد مختلف مطرح شده است (و می شود). علوم پایه به عنوان منبع اصلی بیشتر روش های تفکر و ایده های علمی درباره جهان شناخته می شود. این علوم و تحقیقات پایه ممکن است اکتشافی، توصیفی، و یا توضیحی باشند؛ با این وجود، شیوه توضیحی از دو روش دیگر معمولتر است.

در علوم پایه به طور معمول ایده ها، اصول و قواعد و نظریه هایی مطرح می شود که ممکن است به محض مطرح شدن مورد استفاده قرار نگیرند، اما در عین حال همین گونه پیشرفت های حاصل شده در علوم پایه است که در نهایت زمینه ساز توسعه و بهبود اساسی مباحث مطرح در حوزه های دیگر علمی می شود. برای این که درک بهتری از این مسئله پیدا کنید می توان به این مثال اشاره کرد که اگر تحقیقات پایه ای درباره ریاضیات و مباحث مرتبط با آن چیزی حدود یک قرن پیش انجام نمی گرفت، مطمئنا نمی توانستیم شاهد کامپیوترهای امروزی باشیم. البته باید خاطرنشان کرد که امکان مباحث مطرح شده در علوم پایه برای استفاده روزانه در مسائل کاربردی تقریبا ممکن نیست؛ با این وجود این انگیزه را در افراد شاغل در حوزه های کاربردی علوم ایجاد می کند که به شیوه های متنوعی تفکر کنند. علوم کاربردی پتانسیل این را هم دارند که به گونه ای مباحث مطرح در حوزه دیگری از علوم را با تغییرات عمده رو به رو کرده و چگونگی برخورد افرادی که در آینده در حوزه های علوم کاربردی تخصص پیدا خواهند کرد را تا حدود زیادی بهبود خواهد بخشید.

مقایسه علوم پایه با علوم کاربردی

همانگونه که پیشتر از این هم عنوان شد تمرکز در مباحث مرتبط با علوم کاربردی بیشتر بر توسعه و بهبود تکنولوژی و شیوه های مورد استفاده در فعالیت های گوناگون است. در مقابل اما علوم مباحث مطرح شده در علوم پایه مرتبط با توسعه و بهبود دانش علمی و انجام دادن پیش بینی هایی در زمینه های علمی است. بیش از هر حوزه و علم دیگری، علوم طبیعی مورد توجه افراد متخصص در علوم پایه قرار می گیرند، با این حال، تحقیقات آن ها به دیگر زمینه های علوم تجربی هم گسترش پیدا کرده است و به طور کلی نظریه افراد متخصص در علوم پایه به عنوان پایه و اساس علمی فعالیت های علوم کاربردی لحاظ می شود. این اتحادیه علوم ملی بود که برای نخستین بار تحقیقات جامعی درباره رابطه میان علوم کاربردی و علوم پایه انجام داد. در این تحقیقات رابطه میان تحقیقات انجام گرفته در علوم پایه با توسعه نوآوری های جدید بشری مورد بررسی قرار گرفت (نوآوری هایی چون ضبط صوت و دیگر محصولات این چنینی). بنا به این تحقیقات مشخص شد که علوم پایه از نقشی کلیدی در توسعه این نوآوری ها داشته است. علاوه بر این مشخص شد که پس از انجام گرفتن مطالعاتی به خصوص در یکی از حوزه های علوم پایه و نهایی شدن تحقیقات آن ها، مدت بیست تا سی سال زمان می برد تا آن تحقیقات توسط افراد متخصص دیگر به جهت توسعه این گونه نوآوری ها به کار گرفته شود. بنابر این با وجود آن که تقریبا تمامی نوآوری های بشری از حوزه علوم کاربردی سر بر می آورند و علاوه بر آن بیشتر در بخش خصوصی روند توسعه شان پیش می رود، علوم پایه و تحقیقات و مطالعات انجام گرفته در حوزه های مرتبط با آن به عنوان قدم اولیه برای ظهور این گونه محصولات شناخته می شود. تقریبا چیزی حدود هفتاد و شش درصد از تحقیقات علوم پایه در دانشگاه ها صورت می گیرد.

یکی از وجوه تمایز علوم پایه با علوم و رشته های دیگری چون پزشکی و تکنولوژی از آن جهت است که رشته های دیگر معمولا در قالب دو گروهی قرار می گیرند که از آن ها با نام اس تی ام (عبارت اختصاری برای علم، تکنولوژی و پزشکی) و اس تی اس (عبارت اختصاری برای علم، تکنولوژی و جامعه) یاد می شود و رشته های قرار گرفته در این دو گروه غالبا با یکدیگر تقابل پیدا کرده و بر یکدیگر تأثیر می گذارند (حتی با وجود آن که معیارها و روش های هر رشته منحصر به خود آن رشته است)، حال آن که مباحث مرتبط با علوم پایه در این دو گروه بندی قرار نمی گیرند.

از برخی مهمترین رشته های علوم پایه می توان به ریاضیات، شیمی، فیزیک، فلسفه، زمین شناسی و آمار اشاره کرد. در ادامه به طور مجزا در مورد هر یک از این علوم اطلاعاتی در اختیارتان قرار خواهیم داد.

در جدول زیر می توانید ترجمه علوم پایه را به برخی زبان ها مشاهده کنید:

ریاضیات

ریاضیات (به انگلیسی mathematics که از واژه یونانی μάθημα به معنای «دانش، مطالعه، یادگیری» گرفته شده است؛ تلفظ واژه یونانی ماثما {mathema} هست) یکی از علوم پایه به شمار می رود و مباحث و سرفصل هایی چون کمیت، ساختار، حجم و تغییرات در آن مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد.

در این علم افراد به جستجو به دنبال و استفاده از الگوهای متفاوت می پرازند تا به واسطه آن ها قادر به فرمول بندی کردن تخمین های خود باشند؛ در نهایت هم معادلات ریاضیاتی را به کار گرفته و به وسیله آن درست یا نادرست بودن تخمین های خود را مشخص می کنند. زمانی که ساختارهای ریاضیاتی به دست آمده از دقت و کیفیت کافی برخوردار باشد و مدلی شایسته از پدیده های طبیعی به وجود آمده باشد، آن گاه می توان با استفاده از منطق ریاضیاتی بینش عمیقتری نسبت به طبیعت به دست آورده و پیش بینی هایی نیز در مورد آن صورت داد. با استفاده از مفاهیم انتزاعی و منطق ریاضیاتی به مرور این علم در حوزه هایی چون حساب، شمارش، سنجش، و مطالعه اصولی اشکال و حرکات اجسام فیزیکی بسیار گسترده تر شد. از لحاظ تاریخی استفاده کاربردی از ریاضیات قدمتی به اندازه کشف نخستین دست نوشته های بشری دارد. جالب است بدانید که برای یافتن پاسخ صحیح برخی مسائل مطرح شده در ریاضیات گاهی سال ها و حتی قرن ها زمان سپری شده است.

به طور کلی می توان عنوان کرد که ریاضیات در بسیاری از رشته های دیگر کاربرد دارند که از آن جمله می توان به علوم طبیعی، علوم مهندسی، پزشکی، علوم مالی و اقتصادی و در نهایت علوم اجتماعی اشاره کرد. پیشرفت های حاصل شده در ریاضیات کاربردی هم از سوی دیگر باعث شد تا رشته های کاملا جدیدی از ریاضیات سر بر آورند (رشته هایی چون آمار). نکته دیگر این که معمولا افرادی که برای تحصیل در سطح دانشگاهی رشته ریاضیات را انتخاب می کنند، قصد مطالعه ریاضی صرفا به خاطر فراگیری مفاهیم آن را دارند و از قبل هیچ گونه استفاده کاربردی از آن را در ذهن ندارند. البته بعضا مشاهده شده است که از دل همین افراد بعدها کسانی هم از ریاضیات استفاده های کاربردی کرده اند.

حوزه های متفاوت علم ریاضی

کمیت، ساختار، فضا و تغییرات مهمترین سرفصل های مورد بحث در علم ریاضیات هستند (که در قالب حساب، جبر، هندسه و تجزیه و تحلیل مورد مطالعه قرار می گیرند). دسته بندی اعداد به حقیقی، طبیعی و ... از جمله مطالعات کمیتی ریاضیات بوده است. در بحث ساختار ریاضیاتی نظریه اعداد، نظریه گروه ها و ... مطرح می شود. هندسه، مثلثات، هندسه دیفرانسیل از جمله مهمترین سرفصل های فضای ریاضیاتی هستند و در نهایت حساب، تجزیه و تحلیل ریاضی و معادلات دیفرانسیلی از مهمترین سرفصل های تغییرات ریاضیاتی.

دیگر حوزه مهم ریاضیات، ریاضیات کاربردی است که در آن به کشف و توسعه روش هایی بر پایه ریاضیات پرداخته می شود که بتوان از آن ها در علوم دیگری چون مهندسی، تجارت و صنعت استفاده کاربردی کرد.

در جدول زیر می توانید ترجمه علوم ریاضیات را به برخی زبان ها مشاهده کنید:

شیمی

رشته شیمی در حال حاضر در دانشگاه های سراسر جهان تدریس می شود و در آن سر و کار افراد با المان ها و ترکیباتی است که متشکل از اتم، ملکول و یون هستند: برای نمونه این که چگونه به وجود می آیند، ساختارشان چگونه است، چه ویژگی هایی دارند، و در حین شرکت در واکنش با ماده یا مواد دیگر چه تغییراتی نشان خواهند داد؛ این ها از جمله مباحثی هستند که دانشجویان و افراد متخصص در رشته شیمی به آن ها می پردازند. با در نظر گرفتن موضوعات مطرح شده در این رشته می توان گفت به طور علمی و دقیق در جایی میان دو علم فیزیک و زیست شناسی قرار می گیرد. بعضا در محافل علمی از شیمی با نام دانش مرکزی هم یاد شده است، چراکه در حقیقت این علم شیمی است که دانشی اساسی در مورد علوم پایه و کاربردی دیگر در اختیار ما می گذارد. برای نمونه بخش هایی از ویژگی هایی شیمیایی گیاهان به وسیله علم شیمی توضیح داده می شود (گیاه شناسی)، و چگونگی شکل گیری سنگهای آذرین (زمین شناسی)، و اینکه لایه ازون چگونه شکل گرفته است و اینکه چگونه آلاینده های محیط زیست از بین می روند (بوم شناسی یا اکولوژی)، و خصوصیات و ویژگی های خاک کره ماه (فیزیک نجومی)، و اینکه داروها چگونه بر کارکرد اندامگان تأثیر می گذارند (داروشناسی)، و اینکه چگونه می توان در صحنه جنایت اقدام به گردآوری شواهدی برای مشخص کردن دی ان ای کرد (پزشکی قانونی)؛ رشته های یاد شده از جلمه علومی هستند که برخی مباحث و سرفصل های موجود در آن ها به وسیله دانشمندان شیمی توضیح داده می شود.

در ادامه تعدادی از گرایش های علم شیمی عنوان خواهد شد و درباره کاربرد و ویژگی های هر یک توضیحاتی مختصر عنوان خواهد شد:

• شیمی تجزیه: در این گرایش علم شیمی نمونه هایی از مواد به منظور پیدا کردن درکی کلی از ساختار و ترکیب شیمیایی آن ها مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند،
• بیوشیمی: در این گرایش مواد و ترکیبات شیمیایی، واکنش های شیمیایی و نیز آثار متقابل این واکنش ها بر یکدیگر، در اندامگان زنده مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد،
• شیمی غیر معدنی، یا غیر آلی: در این گرایش ویژگی ها و واکنش های شیمیایی مواد غیر آلی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد،
• شیمی مواد: مباحثی چون آماده سازی، دسته بندی کردن و پیدا کردن درکی کلی از موادی که کاربردی به خصوص دارند در این گرایش مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد،
• شیمی هسته ای: در این گرایش چگونگی کنار هم قرار گرفتن ذرات شبه اتمی و تشکیل هسته به واسطه این گردهمایی مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد،
• شیمی آلی، یا معدنی: ساختار، ویژگی ها، ترکیب، مکانیسم و واکنش های ترکیبات ارگانیک یا آلی در این گرایش از علم شیمی مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد.

البته شیمی دارای گرایش های دیگری هم هست که در این مقاله امکان ذکر تمامی آن ها مقدور نیست و سعی بر آن بود تا به مهمترین گرایش ها اشاره ای هر چند مختصر داشته باشیم.

در جدول زیر می توانید ترجمه شیمی را به برخی زبان ها مشاهده کنید:

فیزیک

در علم فیزیک پیش از هر چیز دیگری ماده و حرکت و رفتار آن در فضا و زمان مورد مطالعه و بررسی قرار می گیرد. علاوه بر این، انرژی و نیرو، ویژگی های هر یک از این دو و نیز تأثیر متقابل این دو بر یکدیگر از دیگر مباحث اصلی و مهم علم فیزیک هستند. مهمترین هدف از پیدایش علم فیزیک پیدا کردن درکی کلی و دقیق از این مسئله بوده است که جهان چه خصوصیات و ویژگی هایی دارد و چگونه حرکت و رفتاری برای آن می توان متصور بود؛ هنوز هم این هدف به عنوان هدف اصلی از مطالعه فیزیک شناخته می شود، و به همین خاطر است که فیزیک را به عنوان یکی از اساسی ترین و مهمترین علوم تحقیقاتی می دانند.

فیزیک از لحاظ قدمت به عنوان یکی از قدیمی ترین رشته های آکادمیک در تاریخ بشر شناخته می شود و به این خاطر که علم ستاره شناسی یا نجوم به عنوان زیرمجموعه ای از فیزیک شناخته می شود، به احتمال بسیار زیاد قدیمی ترین رشته آکادمیک هم هست. در طول دو هزاره گذاشته تاریخ بشر، علومی چون فیزیک، شیمی، زیست شناسی و برخی شاخه های ریاضیات، همگی بخشی از فلسفه طبیعی را تشکیل می داده اند، اما به دنبال انقلاب علمی قرن هفدهم میلادی این علوم هر کدام به طور جداگانه اهمیت مختص به خود را پیدا کرده و در محافل علمی راه پیدا کردند. فیزیک با حوزه های بین رشته ای تحقیقات و علوم بسیاری مباحث مشترک پیدا می کند که از آن جمله می توان به بیوفیزیک و شیمی کوانتوم اشاره کرد؛ به همین خاطر مشخص کردن مرز و محدوده ای برای علم فیزیک کار چندان ساده ای نیست. ایده های جدیدی که در علم فیزیک مطرح می شوند اغلب توضیحاتی برای مکانیسم های مورد مطالعه دیگر علوم ارائه می کنند و برای برخی دیگر از رشته های دانشگاهی، چون ریاضیات و فلسفه، راه و روشهای تازه رویکرد به وجود می آورند.

غالبا پیشرفتهای حاصل شده در علم فیزیک، راه را برای پیشرفتهایی در تکنولوژی هموار می کند. برای نمونه پیشرفتهای حاصل شده در حوزه درک و به کارگیری الکترومغناطیس و فیزیک هسته ای مستقیما سبب شکلگیری و توسعه محصولاتی شد که جوامع امروزی را به شکل قابل توجهی دستخوش تغییر کردند؛ محصولاتی چون تلوزیون، کامپیوتر، لوازم، برخی لوازم خانگی امروزی و سلاحهای هسته ای؛ پیشرفتهای به دست آمده در حوزه ترمودینامیک سبب توسعه صنعتی سازی کشورها شد؛ و در نهایت پیشرفتهای حاصل شده در حوزه مکانیک سبب توسعه حسابداری شد.

گرایشهای فیزیک

در ادامه مهمترین حوزه های تحقیقاتی در علم فیزیک عنوان شده و به دنبال آن زیرشاخه های مرتبط با هر یک آورده خواهد شد:

:

فیزیک هسته ای و فیزیک ذرات

زیرشاخه های این حوزه عبارتند از: فیزیک هسته ای، فیزیک نجومی هسته ای، فیزیک ذرات، فیزیک نجومی ذرات، پدیده شناسی فیزیک ذرات.

فیزیک اتمی، ملکولی و نوری

زیرشاخه های این حوزه عبارتند از: فیزیک اتمی، فیزیک ملکولی، فیزیک نجومی اتمی و ملکولی، شیمی فیزیک، فیزیک نور.

فیزیک ماده چگال

زیرشاخه های این حوزه عبارتند از: فیزیک ماده چگال سخت، فیزیک ماده چگال نرم، فیزیک پلیمر.

فیزیک نجوم

زیرشاخه های این حوزه عبارتند از: نجوم، اخترسنجی، کیهانشناسی، فیزیک جاذبه، فیزیک پلاسما.

فیزیک کاربردی

زیرشاخه های این حوزه عبارتند از: بیوفیزیک، شیمی فیزیک، فیزیک ارتباطی، فیزیک مهندسی، ژئوفیزیک، فیزیک لیزر، فیزیک مواد و برخی رشته های دیگر.