İster bir uzay mekiği fırlatıyor olalım, ister başka bir Dünya benzeri gezegeni keşfetmeye çalışalım, bize rehberlik edecek bilimsel yasalara ve teorilere güveniyoruz.
Bilim adamları, doğanın ve evrenin büyük ölçüde nasıl işlediğini açıklamaya çalışırken kullanabilecekleri birçok araca sahiptir. Genellikle önce yasalara ve teorilere ulaşırlar. Fark ne? Bir bilimsel yasa genellikle E = mc² olarak matematiksel bir açıklamada, indirgenebilir; ampirik verilere dayanan belirli bir ifadedir ve gerçekliği genellikle belirli bir dizi koşulla sınırlıdır. Örneğin, E = mc² durumunda, c, bir boşluktaki ışığın hızını ifade eder.
Bir bilimsel teori sıklıkla delil veya belirli olayların gözlemlerini bir vücut sentezlemek için çalışmaktadır. Genelde - her zaman olmasa da - doğanın nasıl işlediğine dair daha büyük, test edilebilir bir ifadedir. Bilimsel bir teoriyi özlü bir ifadeye veya denkleme indirgeyemezsiniz, ancak doğanın nasıl çalıştığı hakkında temel bir şeyi temsil eder.
Hem yasalar hem de teoriler, bir hipotez oluşturmak , bu önermeyi test etmek, ampirik kanıt bulmak (veya bulamamak) ve sonuçlara varmak gibi bilimsel yöntemin temel öğelerine bağlıdır . Sonunda, deney geniş çapta kabul gören bir yasa veya teori için temel oluşturacaksa, diğer bilim adamları sonuçları kopyalayabilmelidir.
Bu makalede, diyelim ki, sık sık bir taramalı elektron mikroskobu çalıştırırken bulmasanız bile, tazelemek isteyebileceğiniz 10 bilimsel yasa ve teoriye bakacağız . Evrime çarpmadan önce bir patlamayla başlayıp evrenin temel yasalarına geçeceğiz . Son olarak, kuantum fiziğinin derinliklerine inerek bazı önemli materyalleri ele alacağız.
10: Big Bang Teorisi
Büyük patlama teorisi
Bir bilimsel teori bilecekseniz, onu evrenin mevcut durumuna nasıl ulaştığını açıklayan yapın. Diğerlerinin yanı sıra Edwin Hubble, Georges Lemaitre ve Albert Einstein tarafından yapılan araştırmaya dayanan büyük patlama teorisi , evrenin neredeyse 14 milyar yıl önce büyük bir genişleme olayı ile başladığını varsayıyor. O zamanlar evren, evrenin tüm maddesini kapsayan tek bir noktayla sınırlıydı. Evren dışa doğru genişlemeye devam ederken, bu orijinal hareket bugün de devam ediyor.
Büyük patlama teorisi, Arno Penzias ve Robert Wilson'ın 1965'te kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunu keşfetmesinden sonra bilim camiasında yaygın bir destek kazandı . İki gökbilimci, radyo teleskoplarını kullanarak, zamanla dağılmayan kozmik gürültü veya statik tespit ettiler. Princeton araştırmacısı Robert Dicke ile işbirliği yapan ikili, Dicke'nin orijinal büyük patlamanın tüm evrende tespit edilebilen düşük seviyeli radyasyon bıraktığı hipotezini doğruladı.
9: Hubble'ın Kozmik Genişleme Yasası
Hubble ve ünlü yasası, evrenin galaksilerinin hareketini ölçmeye yardımcı oldu.
Edwin Hubble'a bir saniye takılalım. 1920'ler gürlerken ve Büyük Buhran aksarken, Hubble çığır açan astronomik araştırmalar yapıyordu. Hubble, yalnızca Samanyolu'nun yanı sıra başka galaksilerin de olduğunu kanıtlamakla kalmadı , aynı zamanda bu galaksilerin durgunluk adını verdiği bir hareket olan kendi galaksilerimizden uzaklaştığını da keşfetti .
Bu galaktik hareketin hızını ölçmek için Hubble, Hubble'ın Kozmik Genişleme Yasası'nı , diğer adıyla Hubble yasasını, hız = H × mesafeyi ifade eden bir denklemi önerdi . Hız , galaksinin durgunluk hızını temsil eder; H , Hubble sabiti veya evrenin genişleme hızını gösteren parametredir; ve mesafe , galaksinin karşılaştırılmakta olana olan uzaklığıdır.
Hubble sabiti zaman içinde farklı değerlerde hesaplanmıştır, ancak geçerli kabul edilen değer megaparsec başına 70 kilometre / saniyedir, ikincisi galaksiler arası uzayda bir mesafe birimidir. Amaçlarımız için bu o kadar önemli değil. En önemlisi, Hubble yasasının bir galaksinin hızını bizimkine göre ölçmek için özlü bir yöntem sağlamasıdır. Ve belki de en önemlisi, yasa, evrenin, hareketleri büyük patlamaya kadar uzanan birçok galaksiden oluştuğunu belirlemiştir.
8: Kepler'in Gezegen Hareket Kanunları
Kepler'in alanlar yasası
Yüzyıllar boyunca bilim adamları, gezegenlerin yörüngeleri hakkında, özellikle güneşimizin yörüngesinde olup olmadıkları konusunda birbirleriyle ve dini liderlerle savaştılar. 16. yüzyılda Copernicus, gezegenlerin Dünya'nın değil, güneşin etrafında döndüğü tartışmalı bir güneş merkezli güneş sistemi konseptini ortaya koydu. Ancak, gezegenlerin hareketleri için net bir bilimsel temel oluşturmak için Tyco Brahe ve diğerleri tarafından gerçekleştirilen çalışmalara dayanan Johannes Kepler gerekiyordu.
Kepler'in 17. yüzyılın başlarında oluşturulmuş üç gezegen hareketi yasası, gezegenlerin güneşin yörüngesinde nasıl döndüğünü açıklıyor. Bazen yörünge yasası olarak adlandırılan birinci yasa, gezegenlerin güneşin yörüngesinde eliptik olarak döndüğünü belirtir. İkinci yasa, alanlar yasası, bir gezegeni güneşe bağlayan bir çizginin eşit zaman dilimlerinde eşit bir alanı kapladığını belirtir. Başka bir deyişle, Dünya'dan güneşe doğru bir çizgi çizerek ve Dünya'nın hareketini 30 gün boyunca izleyerek oluşturulan alanı ölçüyorsanız, ölçümler başladığında Dünya'nın yörüngesinde nerede olursa olsun alan aynı olacaktır.
Üçüncüsü , dönemler yasası, bir gezegenin yörünge periyodu ile güneşten uzaklığı arasında net bir ilişki kurmamızı sağlar. Bu yasa sayesinde, Venüs gibi güneşe nispeten yakın bir gezegenin, Neptün gibi uzak bir gezegenden çok daha kısa bir yörünge dönemine sahip olduğunu biliyoruz.
7: Evrensel Çekim Yasası
Newton'un evrensel yasası sayesinde, herhangi iki nesne arasındaki çekim kuvvetini bulabiliriz
Şimdi bunu kesin olarak kabul edebiliriz, ancak 300 yıldan daha uzun bir süre önce Sir Isaac Newton devrimci bir fikir öne sürdü: kütleleri ne olursa olsun herhangi iki nesnenin birbirine çekim kuvveti uyguladığı . Bu yasa, birçok lise öğrencisinin fizik dersinde karşılaştığı bir denklemle temsil edilir. Aşağıdaki gibidir:
F = G × [(m 1 m 2 ) / r 2 ]
F , Newton cinsinden ölçülen iki nesne arasındaki yerçekimi kuvvetidir. M 1 ve m 2 iki nesnenin kütleleridir, r ise aralarındaki mesafedir. G yerçekimi sabitidir, şu anda 6,672 × 10-11 N · m 2 kg -2 [kaynak: Weisstein ] olarak hesaplanan bir sayıdır .
Evrensel çekim yasasının yararı, herhangi iki nesne arasındaki çekim kuvvetini hesaplamamıza izin vermesidir. Bu yetenek, bilim adamları, örneğin, yörüngeye bir uydu yerleştirmeyi planlarken veya ayın seyrini çizerken özellikle yararlıdır .
6: Newton'un Hareket Kanunları
Newton'un ikinci hareket yasası
Şimdiye kadar yaşamış en büyük bilim adamlarından birinden bahsettiğimiz sürece, hadi Newton'un diğer ünlü yasalarına geçelim . Üç hareket kanunu , modern fiziğin temel bir bileşenini oluşturur. Ve birçok bilimsel yasa gibi, basitlikleri bakımından oldukça zarifler.
Üç yasadan birincisi, hareket halindeki bir nesnenin, dışarıdan bir kuvvet tarafından uygulanmadıkça hareket halinde kaldığını belirtir. Zeminde yuvarlanan bir top için, bu dış kuvvet, top ile zemin arasındaki sürtünme olabilir veya topu başka bir yöne atan çocuk olabilir.
İkinci yasa, bir nesnenin kütlesi ( m ) ile ivmesi ( a ) arasında F = m × a denklemi biçiminde bir bağlantı kurar . F , Newton cinsinden ölçülen kuvveti temsil eder. Aynı zamanda bir vektör, yani yönlü bir bileşeni var. İvmesi nedeniyle, zeminde yuvarlanan topun belirli bir vektöre , hareket ettiği yöne sahiptir ve kuvvetinin hesaplanmasında hesaba katılır.
Üçüncü yasa oldukça özlüdür ve size aşina olmalıdır: Her eylem için eşit ve zıt bir tepki vardır. Yani, bir nesneye veya yüzeye uygulanan her kuvvet için, o nesne eşit kuvvetle geri iter.
5: TerTermodinamiğin yasaları uygulamada
modinamiğin Kanunları
İngiliz fizikçi ve romancı CP Snow bir keresinde termodinamiğin ikinci yasasını bilmeyen bir bilim insanı Shakespeare'i hiç okumamış bir bilim adamına benzediğini söylemişti . Snow'un şu anda meşhur olan ifadesi, hem termodinamiğin önemini hem de bilim insanlarının bunu öğrenmesinin gerekliliğini vurgulamaktı.
Termodinamik , ister motor ister Dünya'nın çekirdeği olsun, bir sistemde enerjinin nasıl çalıştığının incelenmesidir . Snow'un zekice özetlediği birkaç temel yasaya indirgenebilir.
Kazanamazsınız.
Hatta kıramazsın.
Oyundan çıkamazsınız.
Bunları biraz açalım. Snow, kazanamayacağınızı söyleyerek, madde ve enerji korunduğundan, diğerinden (yani, E = mc²) vazgeçmeden birini elde edemeyeceğinizi kastetti. Bu aynı zamanda, bir motorun iş üretmesi için ısı sağlamanız gerektiği anlamına gelir, ancak tamamen kapalı bir sistemden başka herhangi bir şeyde, kaçınılmaz olarak bir miktar ısı dış dünya tarafından kaybedilir ve bu da ikinci yasaya yol açar.
İkinci ifade - hatta kıramazsınız - sürekli artan entropi nedeniyle aynı enerji durumuna geri dönemeyeceğiniz anlamına gelir . Tek bir yerde yoğunlaşan enerji her zaman daha düşük konsantrasyonlu yerlere akacaktır.
Son olarak, üçüncü yasa - oyundan çıkamazsınız - mutlak sıfır anlamına gelir, mümkün olan en düşük teorik sıcaklık, sıfır Kelvin veya (eksi 273,15 santigrat derece ve eksi 459,67 derece Fahrenheit) olarak ölçülür. Bir sistem mutlak sıfıra ulaştığında, moleküller tüm hareketi durdurur, yani kinetik enerji yoktur ve entropi mümkün olan en düşük değere ulaşır. Ancak gerçek dünyada, uzayın girintilerinde bile, kesinlikle sıfıra ulaşmak imkansızdır - ona ancak çok yaklaşabilirsiniz.
4: Arşimet'in Yüzdürme Prensibi
Yüzdürme, lastik ördeklerden okyanus gemilerine kadar her şeyi su üstünde tutar.
Yüzdürme prensibini keşfettikten sonra, eski Yunan bilgini Arşimet'in "Eureka!" Diye bağırdığı iddia ediliyor. ve Syracuse kentinde çıplak koştu. Keşif bu kadar önemliydi. Hikaye, Arşimet'in küvete girerken suyun yükseldiğini fark ettiğinde büyük bir atılım yaptığını gösteriyor.
Göre Arşimed kaldırma ilkesi , kuvvet bir batırılmış veya kısmen su altında nesne nesne yer değiştirdiği sıvı ağırlığına eşit, hareket eden, ya da canlandırmaktadır. Bu tür bir prensip, çok geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir ve yoğunluk hesaplamalarının yanı sıra denizaltıları ve diğer okyanus gemilerinin tasarlanması için gereklidir.
3: Evrim ve Doğal Seleksiyon
Kurbağalar arasında doğal seçilimin nasıl oynayabileceğine dair varsayımsal (ve basitleştirilmiş) bir örnek.
Artık evrenimizin nasıl başladığına ve fiziğin günlük hayatımızda nasıl oynadığına dair bazı temel kavramları oluşturduğumuza göre, dikkatimizi insan formuna ve nasıl olduğumuza nasıl dönüştüğümüze çevirelim. Çoğu bilim insanına göre, dünyadaki tüm yaşamın ortak bir atası vardır. Ancak tüm canlı organizmalar arasında muazzam miktarda fark yaratmak için, bazılarının farklı türlere evrilmesi gerekiyordu .
Temel anlamda, bu farklılaşma evrim yoluyla, modifikasyonla iniş yoluyla meydana geldi. Organizma popülasyonları , mutasyon gibi mekanizmalar yoluyla farklı özellikler geliştirdi. Kahverengi rengi bir bataklıkta kamufle edilmesine izin veren bir kurbağa gibi hayatta kalmaya daha faydalı özelliklere sahip olanlar, doğal olarak hayatta kalmak için seçildi; dolayısıyla doğal seleksiyon terimi .
Bu teorilerin her ikisini de daha uzun süre genişletmek mümkündür, ancak bu, Darwin'in 19. yüzyılda yaptığı temel ve çığır açan keşiftir : Doğal seleksiyon yoluyla evrim, Dünya'daki muazzam yaşam çeşitliliğinden sorumludur.
2: Genel Görelilik Teorisi
Einstein'ın genel görelilik teorisi, evren anlayışımızı değiştirdi.
Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi , evrene bakış açımızı kalıcı olarak değiştirdiği için önemli ve temel bir keşif olmaya devam ediyor. Einstein'ın en büyük atılımı, uzay ve zamanın mutlak olmadığını ve yerçekiminin basitçe bir nesneye veya kütleye uygulanan bir kuvvet olmadığını söylemekti. Daha ziyade, herhangi bir kütle ile ilişkili yerçekimi , etrafındaki uzay ve zamanı (genellikle uzay-zaman olarak adlandırılır) eğriler.
Bunu kavramsallaştırmak için , Kuzey Yarımküre'de bir yerden başlayarak , Dünya'da düz bir çizgide doğuya doğru ilerlediğinizi hayal edin . Bir süre sonra, birisi bir harita üzerinde konumunuzu tam olarak belirleyecek olsaydı, aslında orijinal konumunuzun hem doğusunda hem de uzak güneyinde olurdunuz. Bunun nedeni, Dünya'nın kavisli olmasıdır. Doğrudan doğuya seyahat etmek için, Dünya'nın şeklini hesaba katmanız ve kendinizi biraz kuzeye çevirmeniz gerekir. (Düz kağıt harita ile küresel küre arasındaki farkı düşünün.)
Uzay hemen hemen aynı. Örneğin, Dünya'nın yörüngesinde dönen mekiğin sakinleri, uzayda düz bir çizgide yolculuk ediyormuş gibi görünebilir. Gerçekte, etraflarındaki uzay-zaman, Dünya'nın yerçekimi tarafından eğiliyor (bir gezegen veya kara delik gibi muazzam yerçekimine sahip herhangi bir büyük nesnede olduğu gibi), hem ileriye doğru hareket etmelerine hem de Dünya'nın yörüngesinde görünmelerine neden oluyor.
Einstein'ın teorisinin astrofiziğin ve kozmolojinin geleceği için muazzam etkileri vardı. Merkür'ün yörüngesindeki küçük, beklenmedik bir anormalliği açıkladı, yıldız ışığının nasıl eğildiğini ve kara deliklerin teorik temellerini nasıl attığını gösterdi.
1: Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi
Parçacık mı, dalga mı yoksa her ikisi mi?
Einstein'ın daha geniş görelilik teorisi bize evrenin nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi verdi ve kuantum fiziğinin temelini atmaya yardımcı oldu, ancak aynı zamanda teorik bilime daha fazla kafa karışıklığı getirdi. 1927'de, evrenin yasalarının bazı bağlamlarda esnek olduğu duygusu, Alman bilim adamı Werner Heisenberg'in çığır açan bir keşfine yol açtı.
Heisenberg , Belirsizlik İlkesini varsayarken , bir parçacığın iki özelliğini aynı anda yüksek düzeyde bir hassasiyetle bilmenin imkansız olduğunu fark etti. Başka bir deyişle, bir elektronun konumunu yüksek derecede kesin olarak bilebilirsiniz, ancak momentumunu bilemezsiniz ve bunun tersi de geçerlidir.
Niels Bohr daha sonra Heisenberg'in ilkesini açıklamaya yardımcı olan bir keşif yaptı. Bohr, bir elektronun hem parçacık hem de dalga niteliklerine sahip olduğunu buldu; bu, kuantum fiziğinin temel taşı haline gelen dalga-parçacık ikiliği olarak bilinen bir kavramdır . Yani bir elektronun konumunu ölçtüğümüzde, onu uzayda belirli bir noktada belirsiz bir dalga boyuna sahip bir parçacık olarak ele alıyoruz. Momentumunu ölçtüğümüzde, ona bir dalga muamelesi yapıyoruz, yani dalga boyunun genliğini biliyoruz ama yerini bilemiyoruz.
Beğenebileceğiniz daha fazla bilim konulu okumaya devam edin.
Bilimsel teori nedir?
Bilimsel bir teori, bilimsel yöntem ve gözlem kullanılarak tekrar tekrar test edilebilen ve doğrulanabilen doğal dünyanın açıklamasıdır. Bilimsel teoriler tahmin değil, belirli bir doğal fenomenin nasıl çalıştığına dair güvenilir bir açıklamadır.
Bilimsel teori örneği nedir?
En popüler bilimsel teorilerden biri, düz bir çizgide tutarlı bir hızda hareket eden nesneler için uzay ve zaman arasındaki ilişkiyi açıklayan Einstein'ın Özel Göreliliği'dir. Teori ayrıca zaman genişlemesi olarak bilinen bir kavramı da araştırıyor.
Bilimsel bir yasa, bilimsel bir teoriden daha doğru mu?
Bilimsel bir teori, doğal fenomenin doğrulanabilir bir açıklamasıdır. Örneğin, yerçekimi teorisi bir elmanın yere düştüğünde neden her zaman yere düştüğünü açıklar. Öte yandan yasa, bir gözlemdir. Daha basit bir ifadeyle, bir yasa ne olacağını tahmin eder ve bir teori nedenini açıklar.
Beş bilimsel yasa nedir?
En popüler beş bilimsel yasa, Hooke'un Esneklik Yasası, Arşimet'in Yüzdürme Prensibi, Dalton'un Kısmi Basınçlar Yasası, Bernoulli'nin Akışkanlar Dinamiği Yasası ve Fourier'in Isı İletimi Yasası'dır.
