วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เป็นสาขาวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาโลกธรรมชาติและกฎเกณฑ์ที่ควบคุมโลกธรรมชาติ ซึ่งรวมถึงการทำความเข้าใจลักษณะทางกายภาพ เคมี และชีวภาพ วิทยาศาสตร์ธรรมชาติแบ่งออกเป็นหลายสาขาวิชา โดยแต่ละสาขาวิชาจะเน้นไปที่สาขาวิชาเฉพาะ เรามาเจาะลึกแนวคิดพื้นฐานบางอย่างในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติกันดีกว่า
ฟิสิกส์ คือการศึกษาเรื่องสสาร พลังงาน และแรงพื้นฐานที่ควบคุมปฏิกิริยาระหว่างกัน โดยพยายามทำความเข้าใจว่าจักรวาลมีพฤติกรรมอย่างไรในทุกขนาด ตั้งแต่อนุภาคที่เล็กที่สุดไปจนถึงกาแลคซีที่ใหญ่ที่สุด
หลักการพื้นฐานในฟิสิกส์คือ กฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน กฎข้อที่หนึ่งของนิวตัน หรือที่รู้จักกันในชื่อกฎความเฉื่อย ระบุว่าวัตถุจะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอเป็นเส้นตรง เว้นแต่จะถูกกระทำโดยแรงภายนอก ในทางคณิตศาสตร์ สามารถแสดงเป็น \( F = ma \) โดยที่ \( F \) คือแรงที่ใช้ \( m \) คือมวลของวัตถุ และ \( a \) คือความเร่ง
พลังงาน เป็นแนวคิดหลักอีกประการหนึ่งในฟิสิกส์ ซึ่งครอบคลุมพลังงานจลน์ (พลังงานของการเคลื่อนที่) และพลังงานศักย์ (พลังงานสะสม) หลักการ อนุรักษ์พลังงาน ยืนยันว่าพลังงานในระบบปิดจะคงที่ตลอดเวลา
เคมี ตรวจสอบองค์ประกอบ โครงสร้าง คุณสมบัติ และการเปลี่ยนแปลงของสสาร สำรวจว่าสารมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไรเพื่อก่อให้เกิดสารใหม่ผ่านปฏิกิริยาทางเคมี
แนวคิดที่สำคัญในวิชาเคมีคือ ทฤษฎีอะตอม ซึ่งเสนอว่าสสารทั้งหมดประกอบด้วยอะตอม อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน ล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอน ตารางธาตุ จัดองค์ประกอบตามคุณสมบัติทางเคมีและโครงสร้างอะตอม
ปฏิกิริยาเคมีเป็นไปตามกฎ การอนุรักษ์มวล โดยระบุว่ามวลไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลายในปฏิกิริยาเคมี ดังนั้นมวลของสารตั้งต้นจะต้องเท่ากับมวลของผลิตภัณฑ์
ชีววิทยา คือการศึกษาสิ่งมีชีวิตและปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อม ครอบคลุมหัวข้อต่างๆ มากมาย ตั้งแต่อณูชีววิทยา (การศึกษาสิ่งมีชีวิตในระดับโมเลกุล) ไปจนถึงนิเวศวิทยา (การศึกษาสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อม)
เซลล์ เป็นหน่วยพื้นฐานของชีวิต สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ซึ่งอาจเป็นแบบเซลล์เดียวและเป็นเซลล์เดียว (โปรคาริโอต) หรือซับซ้อนและหลายเซลล์ (ยูคาริโอต) ทฤษฎีเซลล์ ซึ่งเป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานของชีววิทยา เสนอว่าสิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ เซลล์เป็นหน่วยพื้นฐานของชีวิต และเซลล์ทั้งหมดมาจากเซลล์ที่มีอยู่แล้ว
การสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการสำคัญในชีววิทยาของพืช ช่วยให้พืชแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในกลูโคสซึ่งเป็นโมเลกุลน้ำตาล กระบวนการสามารถสรุปได้ด้วยสมการทางเคมี: \( 6CO_2 + 6H_2O + light \ energy \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \) สมการนี้แสดงให้เห็นว่าคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเมื่อมีแสงจะถูกเปลี่ยนเป็นกลูโคสและ ออกซิเจน
วิทยาศาสตร์โลก หรือที่เรียกว่าธรณีศาสตร์ประกอบด้วยสาขาวิชาต่างๆ เช่น ธรณีวิทยา อุตุนิยมวิทยา และสมุทรศาสตร์ ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การทำความเข้าใจโครงสร้างของโลก ชั้นบรรยากาศ และมหาสมุทร
การแปรสัณฐานของแผ่นเปลือกโลก เป็นทฤษฎีกลางในธรณีวิทยาที่อธิบายการเคลื่อนที่ในวงกว้างของเปลือกโลก การเคลื่อนไหวนี้ทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น แผ่นดินไหว การสร้างภูเขา และการระเบิดของภูเขาไฟ
ในอุตุนิยมวิทยา วัฏจักรของน้ำ เป็นแนวคิดหลักที่อธิบายว่าน้ำเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ พื้นผิวโลก และใต้พื้นดินอย่างไร วงจรประกอบด้วยกระบวนการต่างๆ เช่น การระเหย การควบแน่น การตกตะกอน และการแทรกซึม
วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม เป็นสาขาสหวิทยาการที่ผสมผสานวิทยาศาสตร์กายภาพ ชีววิทยา และสารสนเทศเพื่อศึกษาสิ่งแวดล้อมและแนวทางแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อม โดยเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจว่ามนุษย์ส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร และจะจัดการทรัพยากรธรรมชาติอย่างยั่งยืนอย่างไร
มลพิษ เป็นจุดสนใจที่สำคัญในวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม รวมถึงมลพิษประเภทต่างๆ เช่น มลพิษทางอากาศ น้ำ และดิน แต่ละประเภทส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและความสมดุลทางธรรมชาติของระบบนิเวศในรูปแบบที่แตกต่างกัน
ชีววิทยาการอนุรักษ์ เป็นอีกแง่มุมที่สำคัญของวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม โดยมุ่งเน้นไปที่การอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพและการคุ้มครองพันธุ์สัตว์และแหล่งที่อยู่อาศัยที่ใกล้สูญพันธุ์
ดาราศาสตร์ เป็นวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาวัตถุท้องฟ้า (เช่น ดวงดาว ดาวเคราะห์ ดาวหาง และกาแลคซี) และปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นนอกชั้นบรรยากาศของโลก
การทำความเข้าใจ วงจรชีวิตของดาวฤกษ์ เป็นลักษณะพื้นฐานของดาราศาสตร์ ดาวต่างๆ มีการเปลี่ยนแปลงตามลำดับเป็นเวลาหลายพันล้านปี เริ่มจากเนบิวลา (เมฆฝุ่นและก๊าซขนาดยักษ์) ไปสู่ดาวฤกษ์ในลำดับหลัก และท้ายที่สุดจะสิ้นสุดวงจรชีวิตเป็นดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน หรือหลุมดำ ขึ้นอยู่กับระยะเริ่มต้นของพวกมัน มวล.
ทฤษฎีบิ๊กแบง เป็นแนวคิดสำคัญในจักรวาลวิทยา ซึ่งอธิบายต้นกำเนิดของจักรวาล ตามทฤษฎีนี้ จักรวาลเริ่มเป็นจุดร้อนและหนาแน่นอย่างยิ่งเมื่อประมาณ 13.8 พันล้านปีก่อน และขยายตัวนับตั้งแต่นั้นมา หลักฐานสำหรับทฤษฎีนี้รวมถึงการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิก และการสังเกตว่ากาแลคซีกำลังเคลื่อนตัวออกไปจากเราทุกทิศทาง
วิทยาศาสตร์ธรรมชาติเสนอกรอบการทำงานสำหรับการทำความเข้าใจจักรวาลและสถานที่ของเราภายในนั้น ตั้งแต่โลกระดับจุลทรรศน์ของอะตอมและโมเลกุลไปจนถึงปรากฏการณ์จักรวาลอันกว้างใหญ่ วิทยาศาสตร์ธรรมชาติสำรวจหลักการพื้นฐานที่ควบคุมโลกธรรมชาติ สาขาวิชาในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เช่น ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา ธรณีศาสตร์ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม และดาราศาสตร์ มีความสัมพันธ์กันและให้ภาพรวมของโลกธรรมชาติอย่างครอบคลุม จากการศึกษาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ เราได้รับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความซับซ้อนของธรรมชาติและความรับผิดชอบของเราในการอนุรักษ์ธรรมชาติไว้สำหรับคนรุ่นอนาคต
