문명의 기초는 자연 과학으로

자연 과학은 이성을 가지고 논리적이고 합리적인 방법으로 일반적인 원리를 발견해가는 과정과 그에 따라 얻어진 지식의 체계를 나타냅니다. 그러므로 결론만큼이나 결론을 끌어내는 과정이 중요한 것입니다. 과학으로 얻어진 지식의 체계는 경험을 통하여 추론한 것이기 때문에 절대적 진리가 될 수는 없습니다. 이를테면 뉴턴의 고전 역학은 모든 조건에서 자연의 현상이 설명되지는 못합니다. 그렇지만 그 실험 방법은 자연 과학의 한 분야가 되며, 특정 조건일 때는 여전히 뉴턴의 운동법칙이 성립합니다. 과학적인 방법을 충실하게 따른 실험으로 얻어진 지식체계라도 다른 사실에 의해 수정될 가능성이 있기 때문에 과학은 반증이 나타날 수 있음을 염두에 두어야 하는 것입니다. 이러한 과학의 한계를 이해하는 것이 자연 과학에 대해 올바르게 이해하는 것이라 할 수 있습니다.
선사 시대에서부터 여러 가지 법칙에 기반한 생활이 영위되어 왔는데, 불을 이용하고 기계를 사용하며 도구를 만드는 것 등입니다. 고대에는 각종 기술이 발달하여 거대한 건축물도 만들어졌습니다. 하지만 자연 과학에서의 과학적 방법을 이용한 것은 유럽의 르네상스 시대부터라고 볼 수 있습니다. 갈릴레오 갈릴레이는 자연이 수학적 언어로 되어 있으며 거대한 기계로 바라보기도 했습니다. 더 나아가 데카르는 과학적 방법론을 제시하고 뉴턴은 운동법칙에 의한 고전 역학을 발견하므로 현재와 같은 경험적 실험을 통한 자연법칙을 발견하는 체계를 이루게 되었습니다. 
한편 지금까지 남아있는 유적들을 통해 인류 세계가 고대 선사시대부터 과학적인 지식을 이용했다는 것을 알 수 있습니다. 고인돌이나 영국의 스톤헨지와 같은 석조물은 빗면, 쐐기, 지레, 도르래 같은 단순 기계들이 필수적으로 필요했습니다.
메소포타미아 문명에서는 천체 관찰과 이를 통한 달력을 제작하였습니다. 바빌로니아는 해시계인 그노몬을 이용하여 시간을 재기도 했습니다. 농업이 중요하여 계절의 계산이 필요했던 고대 이집트는 시리우스를 관찰하고 1년의 세월을 계산합니다.
이집트의 피라미드나 메소포타미아의 지구라트는 역학 지식을 통해 단순 기계와 함께 건축됩니다. 고대 로마의 아치 공법 역시 무게를 분산하여 지탱하는 역학적 지식이 담겨 있습니다.
그리스의 아리스토텔레스는 생물의 해부학적인 구조를 연구하여 생물에 관련된 다양한 저서를 남기기도 했습니다.
인류 세계에서 최초의 로켓과 화약은 중국에서 발명되었는데 이는 화학적 지식을 바탕으로 만들어진 것입니다. 점차 화약 원료인 초석의 비율과 폭발력의 강화로 총과 대포가 제작되는데, 중국의 화약은 13세기에 유럽에 전파된 것입니다.
또 다양한 문화에서 지리를 나타내는 지도가 제작되기도 했는데, 바빌로니아에서는 점토판에 지도를 그렸습니다. 고대 그리스의 아낙시만드로스는 최초의 지도 제작자로 불립니다. 로마는 제국 영도의 속주에 만든 도로를 표시한 지도를 제작합니다. 중국에서는 청동 정에 새겨진 지도가 발견되기도 하였습니다.
고대 그리스에서는 논증을 통한 진리의 증명을 이루고자 했는데, 그리스의 학자들은 입증되지 않은 사실은 참일 수 없다고 생각했습니다. 이를 통해 수학의 법칙이나 정치적 주장에 따른 논증 체계가 수립됩니다. 그리스의 학문은 논리학이 발달하였고 이후 과학적 방법의 근간이 되었습니다.
과학적 방법은 단순히 믿음을 기초한 추측이나 설명이 아니라 실험과 논증과 증거를 통하여 증명하는 방법입니다. 자연과학에서는 다양한 방법으로 연구하는데, 일반적으로는 관찰, 가설, 예상, 실험, 증명, 일반화로 이론을 세우게 됩니다.
관찰은 자연에서 일어나는 현상을 조사하고 기록하는 것인데, 이는 관찰된 현상이 어떠한 원인으로 나타난 것인지 알아내는 것에 목적을 두고 있습니다. 물질 성분의 분석이나 온도 변화의 측정 같은 것들이 관찰에 해당하는 것입니다.
가설은 현상이 나타난 원인에 대해 추측을 하는 것인데, 증거와 논증으로 증명되기 전의 것은 선험적이고 직관적이기에 과학적인 지식에 해당하지는 않습니다. 또한 경험을 근거하여 판단하기 때문에 반례가 나타날 수도 있는 것입니다. 아무리 인정받는 과학적 지식이라도 반례가 생긴다면 수정되거나 또는 부정될 수 있으므로 자연 과학의 법칙은 모두 가설이라고도 볼 수 있습니다.
예상은 세워진 가설을 통해 자연의 현상을 예측하는 것이며, 실험은 관찰하고자 하는 현상을 단순화하여 예상대로 되어가는지 측정하고 기록하는 것입니다.
증명은 실험 결과에 대해 가설에 입각한 예측이 옳은 것인지 틀린 것인지를 논증하는 것입니다. 실험군과 대조군을 비교하여 그 가설이 맞는지를 판단하게 됩니다.
일반화는 실험을 통하여 증명된 가설을 수많은 반복된 실험을 통해 검토한 결과 사실로 인정된 지식을 자연 과학 법칙이라 부르는 것입니다. 이를테면 고전 역학의 작용과 반작용의 법칙처럼 말입니다.
17세기 이후 유럽은 자연주의와 경험주의가 확산하여 증거로 입증된 지식만을 인정하였고 이를 토대로 과학적 방법론이 수립됩니다. 아이작 뉴턴의 고전 역학 정립, 요하네스 케플러의 지구 공전 궤도 계산, 앙투안 라부아지에의 산소발견과 같은 업적으로 물리학, 천문학, 화학이라는 학문을 통해 발전을 이루게 됩니다. 18세기에는 지질 시대를 분류하는 지질학 연구, 19세기에는 찰스 다윈의 진화론과 멘델의 유전법칙과 유전학, 맥스웰의 전자기파 존재를 증명한 맥스웰 방정식이 오늘날에도 이용되고 있습니다.