Tiede tarkoittaa todellisuuden ilmiöiden ja niiden välisten suhteiden järjestelmällistä ja arvostelevaa tutkimista sekä sen avulla saatua tietojen jäsentynyttä kokonaisuutta. Tieteen tehtävänä on selittää ympäröivää maailmaa ja sen ilmiöitä. Tieteellinen tutkimus on järjestelmällistä ja järkiperäistä uuden tiedon hankintaa, mutta myös aikaisemman tieteellisen tiedon päälle rakentamista sekä selitysten ja ennustusten todentamista. Tieteen pyrkimyksenä on luoda vastaavuutta kielen ja todellisuuden välille tosilla väitteillä. Monet teknologiat ja tekniikat perustuvat tieteellisen tietoon. Tieteellinen tutkimus perustuu pääsääntöisesti muiden aikaisempiin tutkimustuloksiin, mikä tarkoittaa lähteiden käyttöä tutkimustyössä. Tieteen harjoittajia kutsutaan tieteilijöiksi, tiedemiehiksi ja tutkijoiksi.
Tieteet pohjautuvat tieteenfilosofiassa kehittyneeseen empiristiseen ajattelusuuntaan joka painottaa reaalimaailman havaintoja ja kokeita vastakohtana intuitiolle ja niin sanotulle musta tuntuu -ajattelulle, joiden molempien perustuvuus todellisuuteen ovat kyseenalaisia, koska jokainen ihminen on perustavasti subjektiivinen ja henkilökohtaiset kokemukset sekä havainnot ovat valikoituneita. Todellisuus ja yksittäisen ihmisen todellisuuskäsitys ovat toisistaan poikkeavia, mutta todellisuus on näistä tieteen tutkimuskohde. Tieteissä pidettyjen totuuksien kyseenalaistaminen on keskeistä. Tieteissä kerätään todistusaineistoa väitteiden tueksi. Tieteellinen menetelmä pyrkii olemaan objektiivinen, julkinen ja itseään korjaava.Haaparanta–Niiniluoto 1986: 7, 14. Tieteellisessä menetelmässä hypoteesit ja teoriat täytyy osoittaa tosiksi reaalimaailmassa, eikä tieteessä saisi tukeutua vain a priori -ajatteluun. Tieteissä teoria ja reaalimaailma ovat jatkuvassa kanssakäymisessä keskenään samalla tavalla kuin ihmisten käyttämä kieli ja ympäröivä todellisuus ovat vastaavasti kanssakäymisessä keskenään.Wittgenstein, Ludwig: Tractatus Logico-Philosophicus. 1921. Tiedettä ei olisi ilman kieltä (matematiikka lasketaan kieleksi jossa on kielioppi ja käsitteistö). Maapallon eliöistä vain ihmisillä on tiedettä, koska ihminen on ainoa kieltä käyttävä eliölaji. Tieteen historiaa käsittelee tieteenhistoria.
Osaa tieteistä sovelletaan käytäntöön yhteiskunnassa joko sellaisenaan tai monitieteisten sovellettujen tieteiden avulla, mutta osalla tieteistä ei ole varsinaisia käytännön sovelluksia, vaan niiden tarkoituksena on vain auttaa ymmärtämään ilmiöitä. Tieteet tukevat kuitenkin toisiaan. Tieteet jaotellaan reaalitieteisiin ja käsitteellisiin tieteisiin. Reaalitieteet jaetaan edelleen tavallisesti luonnontieteisiin (tarkastelevat luontoa) ja humanistisiin tieteisiin (tarkastelevat ihmisen toimintaa). Käsitteellisiin tieteisiin kuuluvat matematiikka ja logiikka. Tieteenalat liittyvät läheisesti luonnontieteiden ja humanististen tieteiden sisällä toisiinsa, ja monissa tieteissä tarvitaan muiden läheisten tieteiden perustietoja. Esimerkiksi kemian ja fysiikan perustiedot ovat hyödyksi kaikissa luonnontieteissä. Lisäksi matematiikkaa hyödynnetään kaikissa luonnontieteissä.
Kaikki tieteenalat ovat jakautuneet alun perin filosofiasta ja ne ovat edelleen jakautuneet ja jakautuvat edelleen erillisiksi tieteenaloiksi kun tieteellisen tiedon määrä ja tutkimusalueet lukumääräisesti kasvavat.
Yleistä
Tiede voidaan nähdä monella tavalla. Ensinnäkin se on tietojärjestelmä, joka kasvaa ja kehittyy jatkuvasti. Toiseksi se on uuden tiedon löytämisen ja perustelemisen menetelmä. Kolmanneksi se on yhteiskunnallinen laitos, jonka muodostavat tutkijat ja erilaiset tieteelliset laitokset.
Kosmologian professorin Kari Enqvistin mukaan sana ″tiede” ymmärretään usein väärin. Tieteen avulla ei todisteta asioita oikeaksi vaan tiede on vain nimi menetelmälle, jolla luotettavaa tietoa hankitaan. Tiede ei löydä totuuksia sanan matemaattisessa tai filosofisessa mielessä, mutta tieteen avulla hankittu tieto on kuitenkin parasta ja luotettavinta, mitä tällä hetkellä on tarjolla.
Tiede kuvaa todellisuutta teorioiden avulla. Teoria on joukko todellisuutta koskevia väittämiä, joilla ilmiöitä pystytään sekä selittämään että ennustamaan. Teoriat eivät kuitenkaan aina pidä paikkaansa, sillä mittauslaitteiden tai entistä paremman tiedon pohjalta voidaan saada tarkempia tuloksia kuin teoria antaa odottaa. Tällöin teoria ei kuvaa kohdetta tarpeeksi tarkasti ja on siltä osin puutteellinen. Teoriaa pyritään kehittämään tieteen menetelmien avulla tai vaihtoehtoisesti vanha teoria joudutaan hylkäämään kokonaan ja kehittämään parempi teoria. Jotta uusi teoria voisi korvata vanhan teorian, siltä vaaditaan muutamia asioita. Uuden teorian pitää olla joko vanhempaa yksinkertaisempi, kuvata tunnettua ilmiötä paremmin tai ennustaa havaittuja ilmiöitä, joita vanhempi teoria ei kykene ennustamaan.
Jotkut tieteen löydökset saattavat olla hyvinkin epäintuitiivisia. Esimerkiksi atomiteorian mukaan graniittilohkare, joka vaikuttaa raskaalta, kovalta, kiinteältä ja harmaalta kappaleelta, on todellisuudessa joukko alkeishiukkasia, joilla ei ole mitään näistä ominaisuuksista, ja jotka liikkuvat suurella nopeudella tyhjyydessä niin, että ne muodostavat vain pienen osan kappaleen koko tilavuudesta. Uudet tieteelliset löydöt ovat usein haastaneet monet ihmisten arkijärjen mukaiset ajatukset kaikkeuden toiminnasta. Esimerkiksi kvanttimekaniikka tutkii ilmiöitä, jotka vaikuttavat uhmaavan aiemmin hyvin perustavanlaatuisina pidettyjä oletuksia kausaliteetista ja ympärillämme olevan kaikkeuden toiminnasta.
Tieteen historia
Empiiristä luonnontutkimusta harjoitettiin jo antiikin aikana (muun muassa Aristoteles, Theofrastos ja Plinius vanhempi), ja erilaisia tieteellisiä menetelmiä sovellettiin jo keskiajalla (muun muassa Ibn al-Haitham, Al-Biruni ja Roger Bacon). Nykyaikaisen tieteen synty ajoitetaan kuitenkin uuden ajan alkuun 1500- ja 1600-luvuille — aikaan, jota kutsutaan yleisesti tieteelliseksi vallankumoukseksi.
Monien kielten tiedettä merkitsevä sana on peräisin latinan kielen sanasta scientia, joka tarkoittaa 'tietoa'. Vielä 1600-luvulla tällä viitattiin aristoteeliseen käsitykseen varmasta tiedosta. Tiede ja filosofia käsitettiin samaksi asiaksi. Luonnontutkimuksesta käytettiin nimitystä luonnonfilosofia ja inhimillisen toiminnan tutkimuksesta nimitystä moraalifilosofia.
1700-luvulla luonnonfilosofia alkoi erkaantua filosofiasta, vaikka se käsitettiinkin usein hyvin laajasti. Sana scientia viittasi edelleen luotettavaan tietoon millä tahansa alueella, aivan kuten sanaa tiede käytetään nykyään suomen kielessä (esimerkiksi kirjastotiede, tietojenkäsittelytiede, uskontotiede). Kapeammassa merkityksessä scientia alkoi viitata luonnonfilosofiaan luonnontieteenä, kun luonnonfilosofia alettiin yhdistää yhä laajenevaan joukkoon hyvin määriteltyjä luonnonlakeja Galileo Galilein, Johannes Keplerin ja Isaac Newtonin töiden ansiosta. 1800-luvun kuluessa tiede alettiin yhdistää yhä enenevässä määrin juuri luonnon tutkimukseen. Ajatus ihmistieteistä kehittyi myöhemmin.
1900-luvulle tultaessa oli kehittynyt nykyaikainen ajatus tieteestä erityisenä todellisuutta koskevan tiedon tarjoajana, jota harjoittivat erityiset tieteilijät ja joka hyödynsi sille ominaista tieteellistä menetelmää. 1900-luvun kuluessa myös kytkennät tieteen ja tekniikan välillä kasvoivat yhä vahvemmiksi.
Tieteellinen menetelmä
Tieteellinen menetelmä on tieteen tekemisessä käytettävä järjestelmällinen menettelytapa, jonka avulla pyritään luomaan uutta tietoa ja täsmentämään vanhempaa tietoa. Tieteellinen menetelmä ei ole yksinkertainen työohje vaan viitteistö siitä, kuinka tiedettä kannattaa tai tulee harjoittaa. Se myös käytännössä poikkeaa suuresti eri tieteenalojen välillä.
220px|thumb|Bohrin malli atomeista, kuten monet muut ajatukset tieteen historiassa, syntyi suoritettujen kokeiden innoittamana ja osoitettiin myöhemmin osittain vääräksi niiden seurauksena. Tieteellinen menetelmä pyrkii selittämään (esimerkiksi luonnossa ilmeneviä) tapahtumia toistettavissa olevalla tavalla ja niin, että tätä voidaan käyttää hyödyllisten ennusteiden tekemisessä. Tämä tapahtuu havaintojen ja/tai kokeiden kautta. Kokeilla pyritään simuloimaan luonnossa ilmeneviä tapahtumia kontrolloiduissa olosuhteissa. Tieteellinen menetelmä tarjoaa objektiivisen menetelmän ratkaisujen löytämiseksi erilaisiin ongelmiin tieteen ja tekniikan eri aloilla.
Ilmiöistä tehtyjen havaintojen perusteella tieteilijät voivat muodostaa tieteellisiä malleja. Tieteellinen malli on idealisaatio, joka kuvaa tutkittua systeemiä tietystä näkökulmasta. Malleilla ilmiöitä pyritään kuvaamaan loogisina tai matemaattisina esityksinä. Kun empiiristä aineistoa kerätään, tieteilijä voi muodostaa hypoteesin, joka selittää ilmiön. Tätä kuvausta voidaan käyttää sellaisen ennusteen tekemisessä, jota voidaan testata kokeellisesti. Jos hypoteesi osoittautuu epätyydyttäväksi, sitä voidaan kehitellä edelleen tai se voidaan hylätä.
Kokeiden tuloksia tulkitessa on mahdollista, että tieteilijällä on taipumus suosia jotain tuloksia toisten ohi. Tämä ei kuitenkaan saisi vaikuttaa tulkintaan. Tieteellisen menetelmän tiukalla noudattamisella pyritään minimoimaan tieteilijän omien asenteiden vaikutus kokeen lopputulokseen. Eräitä keinoja ovat kokeiden huolellinen suunnittelu sekä koetulosten ja tehtyjen johtopäätösten perusteellinen vertaisarviointi. Kun koetulokset on julkaistu, ne ovat koko tiedeyhteisön arvioitavissa.
Kun hypoteesi on selvinnyt kokeista, se voidaan ottaa osaksi tieteellistä teoriaa. Teoriat ovat loogisesti esitettyjä, sisäisesti johdonmukaisia malleja tai kehikkoja jonkin ilmiön käyttäytymisen kuvaamiseksi. Teoria kuvaa tyypillisesti laajemman ilmiöjoukon käyttäytymistä kuin hypoteesi. Teoria siis yleensä sitoo useita hypoteeseja yhteen. Teorioiden muotoilussa voidaan hyödyntää muun muassa sellaisia periaatteita kuin säästäväisyyden periaate. Teorioita testataan toistuvasti selvittämällä, kuinka koottu aineisto (tosiasiat) sopivat teoriaan. Kun teoria selviää suhteellisen suuresta määrästä empiirisiä havaintoja, siitä tulee tieteellinen yleistys, jota voidaan pitää verifioituna.
Tieteelliset teoriat ovat empiirisiä ja näin aina avoinna falsifioinnille, mikäli uutta todistusaineistoa esitetään. Jopa kaikkein perustavimmanlaatuiset teoriat voivat osoittautua epätäydellisiksi, jos uudet havainnot eivät ole yhteensopivia niiden kanssa. Tämän prosessin kannalta on keskeistä se, että kaikki uusi tutkimus on julkisesti saatavilla, mikä mahdollistaa sen, että monet toisistaan riippumatta toimivat tutkijat voivat jatkuvasti arvioida tutkimuksia ja toistaa suoritettuja kokeita. Vain näin voidaan määrittää, kuinka luotettavia koetulokset ovat.
Isaac Newtonin laki vetovoimasta on tunnettu esimerkki luonnonlaista, joka osoittautui myöhemmin ei-yleispäteväksi — se ei päde tilanteissa, joissa liikkeen nopeus on lähellä valonnopeutta tai liike tapahtuu lähellä voimakkaita painovoimakenttiä; näiden olosuhteiden ulkopuolella newtonilainen klassinen mekaniikka on täysin pätevä malli liikkeestä ja painovoimasta, kun taas yleinen suhteellisuusteoria selittää samat ilmiöt kuin Newtonin lait, ja lisäksi paljon muuta. Siksi yleistä suhteellisuusteoriaa pidetään nykyään kattavampana teoriana.
Eräs tieteenfilosofinen näkökulma on, ettei yhtä tieteellistä menetelmää ole olemassa. Sen sijaan on olemassa useita tieteellisiä menetelmiä. Tällaista näkemystä on kannattanut muun muassa Paul Feyerabend. Esimerkiksi fysiikassa, kemiassa, lääketieteessä jne. suoritetaan kontrolloituja kokeita. Sen sijaan klimatologiassa, geologiassa ja astrofysiikassa ne ovat mahdottomia; näissä tieteenaloissa ennusteiden vertailu havaintoihin palvelee hypoteesien vahvistamisen menetelmänä.
Sosiologian isänä pidetty Auguste Comte totesi: "Tieteen metodi on havaintoja ja teoriaa — sopivassa suhteessa".
Tieteenfilosofia