العلم هو مسعى منهجي لبناء وتنظيم المعرفة في شكل تفسيرات وتنبؤات قابلة للاختبار حول الكون. النظريات في العلوم هي تفسيرات شاملة لبعض جوانب الطبيعة التي تدعمها مجموعة واسعة من الأدلة. إنها ليست مجرد تكهنات، ولكنها رؤى عميقة حول كيفية عمل العالم، والتي تم تأكيدها من خلال الاختبارات والتجارب الصارمة. سوف يستكشف هذا الدرس النظريات العلمية الأساسية التي تشكل العمود الفقري لفهمنا للكون.
تشرح نظرية التطور عن طريق الانتقاء الطبيعي، التي صاغها تشارلز داروين لأول مرة، كيف تتطور الأنواع مع مرور الوقت من خلال الطفرات العشوائية والانتقاء. وينص على أن الأفراد الذين لديهم سمات تعزز بقائهم وتكاثرهم هم أكثر عرضة لتمرير تلك السمات إلى الجيل التالي. وبمرور الوقت، يمكن أن يؤدي ذلك إلى تغييرات كبيرة في الأنواع، مما يؤدي إلى تنوع الحياة الذي نراه اليوم.
أحد الأمثلة الكلاسيكية على الانتقاء الطبيعي هو حالة العث المفلفل في بريطانيا. قبل الثورة الصناعية، كانت معظم الفراشات المفلفلة ذات لون فاتح، مما كان يخفيها أمام الأشجار المغطاة بالأشنة، ويحميها من الحيوانات المفترسة. خلال الثورة الصناعية، قتل التلوث الأشنات وأظلم الأشجار بالسخام. أصبحت العثات التي كانت ذات لون أغمق تتمتع الآن بميزة البقاء على قيد الحياة، وبمرور الوقت، تحول عدد سكانها من العث الفاتح إلى العث الداكن. وكان هذا التغيير نتيجة مباشرة للانتقاء الطبيعي الناجم عن التغيرات البيئية.
نظرية الانفجار الكبير هي التفسير الرئيسي لكيفية نشأة الكون. ويشير ذلك إلى أن الكون كان في يوم من الأيام في حالة شديدة الحرارة والكثافة، ثم توسع بسرعة. وقد استمر هذا التوسع على مدى مليارات السنين لتكوين الكون كما نعرفه الآن. أحد الأدلة التي تدعم هذه النظرية هو إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، وهو شفق الانفجار الكبير، الذي تم اكتشافه في كل اتجاه في السماء، مما يشير إلى أن الكون توسع من حالة شديدة الحرارة والكثيفة.
صاغ السير إسحاق نيوتن ثلاثة قوانين للحركة تصف العلاقة بين الجسم والقوى المؤثرة عليه، وحركته استجابة لتلك القوى. وكانت هذه القوانين بمثابة حجر الزاوية في تطور الفيزياء الكلاسيكية.
تنقسم النظرية النسبية لألبرت أينشتاين إلى قسمين: النسبية الخاصة والنسبية العامة. قدمت النسبية الخاصة فكرة أن قوانين الفيزياء هي نفسها بالنسبة لجميع المراقبين غير المتسارعين، وأظهرت أن سرعة الضوء في الفراغ هي نفسها بغض النظر عن السرعة التي يتحرك بها المراقب. من ناحية أخرى، تعمم النسبية العامة ذلك لتشمل الجاذبية كخاصية للمكان والزمان، أو الزمكان، وليس كقوة تعمل على مسافة.
ومن أشهر المعادلات من هذه النظرية \( E = mc^2 \) والتي تبين تكافؤ الكتلة والطاقة. وتعني هذه المعادلة أنه يمكن تحويل كمية صغيرة من الكتلة إلى كمية كبيرة من الطاقة، وهو ما يفسر الناتج القوي للتفاعلات النووية والنجوم، بما في ذلك شمسنا.
ميكانيكا الكم هي نظرية أساسية في الفيزياء تقدم وصفًا للخصائص الفيزيائية للطبيعة على مستوى الذرات والجسيمات دون الذرية. أحد المبادئ الأساسية لميكانيكا الكم هو مبدأ عدم اليقين، الذي ينص على أننا لا نستطيع أن نعرف بدقة موقع الجسيم وزخمه في نفس الوقت. يتحدى هذا المبدأ الفكرة الكلاسيكية للحتمية ويقدم مفهوم الاحتمالات في الفهم الأساسي للواقع المادي.
إحدى التجارب التي توضح التأثيرات الكمومية هي تجربة الشق المزدوج، والتي توضح أن الضوء والمادة يمكن أن يظهرا خصائص كل من الموجات والجسيمات المحددة بشكل كلاسيكي، وهي ظاهرة تعرف باسم ازدواجية الموجة والجسيم. عندما يتم إطلاق الإلكترونات من خلال شق مزدوج على الشاشة، فإنها تخلق نمط تداخل نموذجي للموجات، وليس ما تتوقعه لو كانت مجرد جسيمات.
تفترض نظرية جرثومة المرض أن الكائنات الحية الدقيقة المعروفة باسم مسببات الأمراض أو "الجراثيم" يمكن أن تؤدي إلى المرض. تم تطوير هذه النظرية في منتصف القرن التاسع عشر من قبل علماء من بينهم لويس باستور وروبرت كوخ، الذين اكتشفوا أن الكائنات الحية الدقيقة تسبب التخمر والمرض، على التوالي. أدت نظرية الجراثيم إلى تقدم كبير في الصحة العامة والنظافة وعلاج الأمراض من خلال التطعيمات والمضادات الحيوية.
توفر نظريات العلوم إطارًا لفهم العالم الطبيعي. وهي تستند إلى أدلة تجريبية وتخضع للمراجعة عند توفر أدلة جديدة. تشكل النظريات التي تمت مناقشتها في هذا الدرس بعض المفاهيم الأساسية التي شكلت الفكر العلمي الحديث.
