วิทยาศาสตร์เป็นความพยายามอย่างเป็นระบบที่สร้างและจัดระเบียบความรู้ในรูปแบบของคำอธิบายและการทำนายที่ทดสอบได้เกี่ยวกับจักรวาล ทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์เป็นคำอธิบายที่ครอบคลุมถึงบางแง่มุมของธรรมชาติซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยหลักฐานจำนวนมาก สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่เพียงการคาดเดา แต่เป็นข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งเกี่ยวกับวิธีการทำงานของโลก ซึ่งได้รับการยืนยันผ่านการทดสอบและการทดลองอย่างเข้มงวด บทเรียนนี้จะสำรวจทฤษฎีวิทยาศาสตร์ที่สำคัญซึ่งเป็นแกนหลักในการทำความเข้าใจจักรวาลของเรา
ทฤษฎีวิวัฒนาการโดยการคัดเลือกโดยธรรมชาติ ซึ่งคิดค้นครั้งแรกโดยชาร์ลส์ ดาร์วิน อธิบายว่าสายพันธุ์ต่างๆ วิวัฒนาการอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไปผ่านการกลายพันธุ์และการคัดเลือกแบบสุ่ม โดยระบุว่าบุคคลที่มีลักษณะพิเศษที่ช่วยเพิ่มความอยู่รอดและการสืบพันธุ์มีแนวโน้มที่จะถ่ายทอดลักษณะเหล่านั้นไปยังรุ่นต่อไป เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในสายพันธุ์ นำไปสู่ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตที่เราเห็นในปัจจุบัน
หนึ่งในตัวอย่างคลาสสิกของการคัดเลือกโดยธรรมชาติในการดำเนินการคือกรณีของผีเสื้อกลางคืนในอังกฤษ ก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม ผีเสื้อกลางคืนส่วนใหญ่มีสีอ่อน ซึ่งพรางตัวกับต้นไม้ที่มีไลเคนปกคลุม เพื่อปกป้องพวกมันจากผู้ล่า ในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรม มลพิษได้ฆ่าไลเคนและทำให้ต้นไม้มืดลงด้วยเขม่า ผีเสื้อกลางคืนที่มีสีเข้มกว่ามีความได้เปรียบในการเอาชีวิตรอด และเมื่อเวลาผ่านไป ประชากรก็เปลี่ยนจากผีเสื้อกลางคืนสีอ่อนไปเป็นผีเสื้อกลางคืนสีเข้ม การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นผลโดยตรงจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติซึ่งได้รับแจ้งจากการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม
ทฤษฎีบิ๊กแบงเป็นคำอธิบายที่สำคัญเกี่ยวกับการกำเนิดของจักรวาล แสดงให้เห็นว่าเอกภพเคยอยู่ในสภาวะร้อนจัดและหนาแน่นมากและขยายตัวอย่างรวดเร็ว การขยายตัวนี้ดำเนินต่อไปเป็นเวลาหลายพันล้านปีเพื่อก่อตัวจักรวาลอย่างที่เรารู้กันในปัจจุบัน หลักฐานชิ้นหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีนี้คือรังสีไมโครเวฟพื้นหลังคอสมิก ซึ่งเป็นแสงระเรื่อของบิ๊กแบง ซึ่งตรวจพบในทุกทิศทางบนท้องฟ้า บ่งบอกว่าจักรวาลขยายตัวจากสภาวะที่ร้อนและหนาแน่นมาก
เซอร์ไอแซก นิวตันได้กำหนดกฎการเคลื่อนที่สามข้อที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับแรงที่กระทำต่อวัตถุ และการเคลื่อนที่เพื่อตอบสนองต่อแรงเหล่านั้น กฎเหล่านี้เป็นรากฐานที่สำคัญในการพัฒนาฟิสิกส์คลาสสิก
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์แบ่งออกเป็นสองส่วน คือ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเสนอแนวคิดที่ว่ากฎของฟิสิกส์เหมือนกันสำหรับผู้สังเกตการณ์ที่ไม่เร่งความเร็ว และแสดงให้เห็นว่าความเร็วแสงภายในสุญญากาศจะเท่ากันไม่ว่าผู้สังเกตการณ์จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใด ในทางกลับกัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปสรุปสิ่งนี้โดยรวมแรงโน้มถ่วงเป็นคุณสมบัติของอวกาศและเวลา หรือกาลอวกาศ แทนที่จะเป็นแรงที่กระทำในระยะไกล
สมการที่มีชื่อเสียงที่สุดประการหนึ่งจากทฤษฎีนี้คือ \( E = mc^2 \) ซึ่งแสดงความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงาน สมการนี้หมายความว่ามวลจำนวนเล็กน้อยสามารถแปลงเป็นพลังงานปริมาณมากได้ ซึ่งอธิบายผลลัพธ์อันทรงพลังของปฏิกิริยานิวเคลียร์และดาวฤกษ์ รวมถึงดวงอาทิตย์ของเราด้วย
กลศาสตร์ควอนตัมเป็นทฤษฎีพื้นฐานในฟิสิกส์ที่ให้คำอธิบายคุณสมบัติทางกายภาพของธรรมชาติในระดับอะตอมและอนุภาคมูลฐาน หลักการสำคัญประการหนึ่งของกลศาสตร์ควอนตัมคือหลักการความไม่แน่นอน ซึ่งระบุว่าเราไม่สามารถรู้ทั้งตำแหน่งและโมเมนตัมของอนุภาคในเวลาเดียวกันได้อย่างแม่นยำ หลักการนี้ท้าทายแนวคิดคลาสสิกของลัทธิกำหนดระดับ และแนะนำแนวคิดเรื่องความน่าจะเป็นในความเข้าใจพื้นฐานของความเป็นจริงทางกายภาพ
การทดลองที่แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของควอนตัมคือการทดลองแบบสลิตคู่ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแสงและสสารสามารถแสดงลักษณะของคลื่นและอนุภาคที่กำหนดแบบคลาสสิกได้ ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าความเป็นคู่ของอนุภาคและคลื่น เมื่ออิเล็กตรอนถูกยิงผ่านช่องสองช่องบนหน้าจอ พวกมันจะสร้างรูปแบบการรบกวนตามแบบฉบับของคลื่น ซึ่งไม่ใช่สิ่งที่คุณคาดหวังหากเป็นเพียงอนุภาค
ทฤษฎีเชื้อโรคเกี่ยวกับโรควางตัวว่าจุลินทรีย์ที่เรียกว่าเชื้อโรคหรือ "เชื้อโรค" สามารถนำไปสู่โรคได้ ทฤษฎีนี้ได้รับการพัฒนาในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โดยนักวิทยาศาสตร์รวมทั้งหลุยส์ ปาสเตอร์ และโรเบิร์ต คอช ซึ่งค้นพบว่าจุลินทรีย์ทำให้เกิดการหมักและโรคตามลำดับ ทฤษฎีเชื้อโรคได้นำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านสาธารณสุข สุขอนามัย และการรักษาโรคด้วยการฉีดวัคซีนและยาปฏิชีวนะ
ทฤษฎีวิทยาศาสตร์เป็นกรอบในการทำความเข้าใจโลกธรรมชาติ ขึ้นอยู่กับหลักฐานเชิงประจักษ์และอาจมีการแก้ไขเมื่อมีหลักฐานใหม่ ทฤษฎีที่กล่าวถึงในบทเรียนนี้ก่อให้เกิดแนวคิดพื้นฐานบางประการที่หล่อหลอมความคิดทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่
