علم تلاشی سیستماتیک است که دانش را در قالب توضیحات و پیش‌بینی‌های قابل آزمون درباره جهان می‌سازد و سازمان می‌دهد. تئوری ها در علم توضیحات جامع برخی از جنبه های طبیعت هستند که با شواهد گسترده ای پشتیبانی می شوند. آنها حدس و گمان صرف نیستند، بلکه بینش عمیقی در مورد چگونگی کارکرد جهان هستند که از طریق آزمایش و آزمایش دقیق تأیید شده است. این درس به بررسی نظریه‌های کلیدی علمی می‌پردازد که ستون فقرات درک ما از جهان را تشکیل می‌دهند.
نظریه تکامل توسط انتخاب طبیعی که اولین بار توسط چارلز داروین فرموله شد، توضیح می دهد که چگونه گونه ها در طول زمان از طریق جهش و انتخاب تصادفی تکامل می یابند. این بیان می کند که افرادی با ویژگی هایی که بقا و تولیدمثل آنها را افزایش می دهد، احتمال بیشتری دارد که این ویژگی ها را به نسل بعدی منتقل کنند. با گذشت زمان، این می تواند به تغییرات قابل توجهی در گونه ها منجر شود و به تنوع زندگی که امروزه شاهد آن هستیم منجر شود.
یکی از نمونه های کلاسیک انتخاب طبیعی در عمل، مورد پروانه فلفلی در بریتانیا است. قبل از انقلاب صنعتی، بیشتر پروانه‌های فلفلی رنگ روشنی داشتند که آنها را در برابر درختان پوشیده از گلسنگ استتار می‌کرد و از آنها در برابر شکارچیان محافظت می‌کرد. در طول انقلاب صنعتی، آلودگی گلسنگ ها را از بین برد و درختان را با دوده تیره کرد. پروانه هایی که رنگ تیره تری داشتند، اکنون از مزیت بقا برخوردار بودند و با گذشت زمان، جمعیت از پروانه های روشن به تیره تغییر یافت. این تغییر نتیجه مستقیم انتخاب طبیعی ناشی از تغییرات محیطی بود.
نظریه انفجار بزرگ توضیح اصلی در مورد چگونگی شروع جهان است. این نشان می دهد که جهان زمانی در یک حالت بسیار داغ و متراکم بوده که به سرعت منبسط شده است. این انبساط در طول میلیاردها سال ادامه داشته است تا جهان را به شکلی که اکنون می شناسیم تشکیل دهد. یکی از شواهدی که این نظریه را تأیید می کند تابش پس زمینه ریزموج کیهانی است که درخشش پس از انفجار بزرگ است که در هر جهت در آسمان شناسایی شده است و نشان می دهد که جهان از حالت بسیار داغ و متراکم منبسط شده است.
سر آیزاک نیوتن سه قانون حرکت را تنظیم کرد که رابطه بین یک جسم و نیروهای وارد بر آن و حرکت آن را در پاسخ به این نیروها توصیف می کند. این قوانین سنگ بنای توسعه فیزیک کلاسیک بوده است.
نظریه نسبیت آلبرت انیشتین به دو بخش نسبیت خاص و نسبیت عام تقسیم می شود. نسبیت خاص این ایده را معرفی کرد که قوانین فیزیک برای همه ناظران بدون شتاب یکسان است و نشان داد که سرعت نور در خلاء بدون توجه به سرعت حرکت ناظر یکسان است. از سوی دیگر، نسبیت عام، این را تعمیم می دهد تا گرانش را به عنوان یک ویژگی فضا و زمان، یا فضازمان، به جای نیرویی که در فاصله عمل می کند، شامل شود.
یکی از معروف ترین معادلات این نظریه \( E = mc^2 \) است که معادل جرم و انرژی را نشان می دهد. این معادله به این معنی است که مقدار کمی از جرم می تواند به مقدار زیادی انرژی تبدیل شود و خروجی قدرتمند واکنش های هسته ای و ستارگان از جمله خورشید ما را توضیح می دهد.
مکانیک کوانتومی یک نظریه اساسی در فیزیک است که توصیفی از خواص فیزیکی طبیعت در مقیاس اتم ها و ذرات زیراتمی ارائه می دهد. یکی از اصول کلیدی مکانیک کوانتومی اصل عدم قطعیت است که بیان می‌کند ما نمی‌توانیم موقعیت و تکانه یک ذره را به طور همزمان بدانیم. این اصل ایده کلاسیک جبرگرایی را به چالش می کشد و مفهوم احتمالات را به درک اساسی واقعیت فیزیکی وارد می کند.
آزمایشی که اثرات کوانتومی را نشان می دهد، آزمایش دو شکاف است، که نشان می دهد نور و ماده می توانند ویژگی های امواج و ذرات کلاسیک تعریف شده را نشان دهند، پدیده ای که به عنوان دوگانگی موج-ذره شناخته می شود. هنگامی که الکترون ها از طریق یک شکاف دوتایی روی صفحه پرتاب می شوند، یک الگوی تداخلی معمولی برای امواج ایجاد می کنند، نه آن چیزی که اگر صرفاً ذره باشند، انتظار نمی رود.
نظریه میکروب بیماری بیان می کند که میکروارگانیسم هایی که به عنوان پاتوژن یا "میکروب" شناخته می شوند، می توانند منجر به بیماری شوند. این نظریه در اواسط قرن 19 توسط دانشمندانی از جمله لوئی پاستور و رابرت کخ ایجاد شد که کشف کردند میکروارگانیسم ها به ترتیب باعث تخمیر و بیماری می شوند. تئوری میکروب منجر به پیشرفت های قابل توجهی در بهداشت عمومی، بهداشت و درمان بیماری ها از طریق واکسیناسیون و آنتی بیوتیک ها شده است.
نظریه های علم چارچوبی برای درک جهان طبیعی ارائه می دهند. آنها بر اساس شواهد تجربی هستند و با دستیابی به شواهد جدید در معرض تجدید نظر قرار می گیرند. نظریات مطرح شده در این درس برخی از مفاهیم اساسی را تشکیل می دهند که تفکر علمی مدرن را شکل داده اند.
