科学は、宇宙についての検証可能な説明と予測の形で知識を構築し、整理する体系的な取り組みです。科学の理論は、膨大な証拠によって裏付けられた、自然のある側面の包括的な説明です。それらは単なる推測ではなく、厳密なテストと実験によって確認された、世界の仕組みに関する深い洞察です。このレッスンでは、宇宙に対する私たちの理解のバックボーンを形成する主要な科学理論を探ります。
チャールズ・ダーウィンが初めて提唱した自然選択による進化論は、ランダムな突然変異と選択を通じて種が時間の経過とともにどのように進化するかを説明しています。生存と繁殖を促進する特性を持つ個体は、その特性を次の世代に伝える可能性が高くなります。時間が経つにつれて、これは種に大きな変化をもたらし、今日見られる生物の多様性につながります。
自然淘汰が実際に働いている典型的な例の 1 つは、英国のオオシモフリエダシャクの事例です。産業革命以前は、オオシモフリエダシャクの大半は明るい色で、地衣類に覆われた木々に紛れて捕食者から身を守っていました。産業革命の間、汚染により地衣類が枯れ、木々は煤で黒くなりました。色が濃い蛾は生存に有利になり、時間の経過とともに、個体数は明るい蛾から暗い蛾に移行しました。この変化は、環境の変化によって引き起こされた自然淘汰の直接的な結果でした。
ビッグバン理論は、宇宙の始まりについての主要な説明です。この理論では、宇宙はかつて非常に高温で高密度の状態にあり、急速に膨張したとされています。この膨張は数十億年にわたって続き、現在私たちが知っている宇宙が形成されました。この理論を裏付ける証拠の 1 つは、ビッグバンの残光である宇宙マイクロ波背景放射です。これは空のあらゆる方向で検出され、宇宙が非常に高温で高密度の状態から膨張したことを示しています。
アイザック・ニュートン卿は、物体とそれに作用する力の関係、およびそれらの力に対する物体の運動を説明する 3 つの運動法則を定式化しました。これらの法則は、古典物理学の発展の基礎となっています。
アルバート アインシュタインの相対性理論は、特殊相対性理論と一般相対性理論の 2 つの部分に分かれています。特殊相対性理論は、物理法則は加速しないすべての観測者にとって同じであるという考え方を導入し、観測者が移動する速度に関係なく真空内の光速は同じであることを示しました。一方、一般相対性理論は、これを一般化して、重力を、離れた場所で作用する力としてではなく、空間と時間、つまり時空の特性として含めます。
この理論の最も有名な方程式の 1 つは、質量とエネルギーの等価性を示す\( E = mc^2 \)です。この方程式は、少量の質量を大量のエネルギーに変換できることを意味し、核反応や太陽を含む恒星の強力な出力を説明しています。
量子力学は物理学における基礎理論であり、原子や素粒子のスケールで自然の物理的特性を説明します。量子力学の重要な原理の 1 つは不確定性原理です。これは、粒子の位置と運動量の両方を同時に正確に知ることはできないというものです。この原理は、古典的な決定論の考え方に異議を唱え、物理的現実の基本的な理解に確率の概念を導入します。
量子効果を実証する実験は二重スリット実験です。この実験では、光と物質が、古典的に定義された波と粒子の両方の特性を示すことができることが示されます。これは波動粒子二重性と呼ばれる現象です。電子が二重スリットを通ってスクリーンに発射されると、電子が単なる粒子である場合に予想されるものではなく、波に典型的な干渉パターンが生成されます。
細菌説は、病原体または「細菌」と呼ばれる微生物が病気を引き起こす可能性があると仮定しています。この説は、微生物がそれぞれ発酵と病気を引き起こすことを発見したルイ・パスツールやロベルト・コッホなどの科学者によって 19 世紀半ばに開発されました。細菌説は、公衆衛生、衛生、およびワクチン接種や抗生物質による病気の治療に大きな進歩をもたらしました。
科学理論は、自然界を理解するための枠組みを提供します。科学理論は経験的証拠に基づいており、新しい証拠が利用可能になると改訂されます。このレッスンで説明する理論は、現代の科学的思考を形作ってきた基本的な概念の一部を形成しています。
