Wetenschap is een systematische onderneming die kennis opbouwt en organiseert in de vorm van toetsbare verklaringen en voorspellingen over het universum. Theorieën in de wetenschap zijn alomvattende verklaringen van een bepaald aspect van de natuur, die worden ondersteund door een enorme hoeveelheid bewijsmateriaal. Het zijn niet alleen maar speculaties, maar het zijn diepgaande inzichten in hoe de wereld werkt, bevestigd door rigoureuze tests en experimenten. Deze les onderzoekt belangrijke wetenschappelijke theorieën die de ruggengraat vormen van ons begrip van het universum.
De theorie van evolutie door natuurlijke selectie, voor het eerst geformuleerd door Charles Darwin, legt uit hoe soorten in de loop van de tijd evolueren door willekeurige mutatie en selectie. Het stelt dat individuen met eigenschappen die hun overleving en voortplanting verbeteren, deze eigenschappen eerder zullen doorgeven aan de volgende generatie. In de loop van de tijd kan dit leiden tot aanzienlijke veranderingen in de soort, wat leidt tot de diversiteit van het leven dat we vandaag de dag zien.
Een van de klassieke voorbeelden van natuurlijke selectie in actie is het geval van de gepeperde motten in Groot-Brittannië. Vóór de industriële revolutie hadden de meeste gepeperde motten een lichte kleur, waardoor ze werden gecamoufleerd tegen met korstmos bedekte bomen en ze werden beschermd tegen roofdieren. Tijdens de Industriële Revolutie doodde de vervuiling de korstmossen en verdonkerde de bomen met roet. Motten die donkerder van kleur waren, hadden nu een overlevingsvoordeel, en na verloop van tijd verschoof de populatie van lichte naar donkere motten. Deze verandering was een direct gevolg van natuurlijke selectie veroorzaakt door veranderingen in het milieu.
De oerknaltheorie is de belangrijkste verklaring voor het ontstaan van het heelal. Het suggereert dat het heelal zich ooit in een extreem hete en dichte toestand bevond die zich snel uitbreidde. Deze uitdijing heeft zich gedurende miljarden jaren voortgezet en zo is het heelal ontstaan zoals wij dat nu kennen. Eén bewijsstuk ter ondersteuning van deze theorie is de kosmische microgolfachtergrondstraling, de nagloed van de oerknal, die in alle richtingen aan de hemel wordt waargenomen, wat erop wijst dat het heelal zich heeft uitgebreid vanuit een zeer hete en dichte toestand.
Sir Isaac Newton formuleerde drie bewegingswetten die de relatie beschrijven tussen een lichaam en de krachten die erop inwerken, en de beweging ervan als reactie op die krachten. Deze wetten zijn een hoeksteen geweest in de ontwikkeling van de klassieke natuurkunde.
De relativiteitstheorie van Albert Einstein is verdeeld in twee delen: de speciale relativiteitstheorie en de algemene relativiteitstheorie. De speciale relativiteitstheorie introduceerde het idee dat de natuurwetten hetzelfde zijn voor alle niet-versnellende waarnemers, en toonde aan dat de lichtsnelheid in een vacuüm hetzelfde is, ongeacht de snelheid waarmee een waarnemer reist. De algemene relativiteitstheorie generaliseert dit daarentegen door de zwaartekracht op te nemen als een eigenschap van ruimte en tijd, of ruimtetijd, in plaats van als een kracht die op afstand werkt.
Een van de bekendste vergelijkingen uit deze theorie is \( E = mc^2 \) , die de gelijkwaardigheid van massa en energie laat zien. Deze vergelijking betekent dat een kleine hoeveelheid massa kan worden omgezet in een grote hoeveelheid energie, wat de krachtige output van kernreacties en sterren, inclusief onze zon, verklaart.
Kwantummechanica is een fundamentele theorie in de natuurkunde die een beschrijving geeft van de fysische eigenschappen van de natuur op de schaal van atomen en subatomaire deeltjes. Een van de belangrijkste principes van de kwantummechanica is het onzekerheidsprincipe, dat stelt dat we niet tegelijkertijd de positie en het momentum van een deeltje precies kunnen kennen. Dit principe daagt het klassieke idee van determinisme uit en introduceert het concept van waarschijnlijkheden in het fundamentele begrip van de fysieke werkelijkheid.
Een experiment dat kwantumeffecten aantoont, is het dubbelspletenexperiment, dat aantoont dat licht en materie kenmerken kunnen vertonen van zowel klassiek gedefinieerde golven als deeltjes, een fenomeen dat bekend staat als golf-deeltje dualiteit. Wanneer elektronen door een dubbele spleet op een scherm worden afgevuurd, creëren ze een interferentiepatroon dat typisch is voor golven, niet wat je zou verwachten als het gewoon deeltjes waren.
De ziektekiemtheorie stelt dat micro-organismen die bekend staan als ziekteverwekkers of ‘ziektekiemen’ tot ziekten kunnen leiden. Deze theorie werd halverwege de 19e eeuw ontwikkeld door wetenschappers, waaronder Louis Pasteur en Robert Koch, die ontdekten dat micro-organismen respectievelijk fermentatie en ziekte veroorzaken. De kiemtheorie heeft geleid tot aanzienlijke vooruitgang op het gebied van de volksgezondheid, hygiëne en de behandeling van ziekten door middel van vaccinaties en antibiotica.
Wetenschappelijke theorieën bieden een raamwerk voor het begrijpen van de natuurlijke wereld. Ze zijn gebaseerd op empirisch bewijsmateriaal en kunnen worden herzien zodra er nieuw bewijsmateriaal beschikbaar komt. De theorieën die in deze les worden besproken vormen enkele van de fundamentele concepten die het moderne wetenschappelijke denken hebben gevormd.
