Khoa học là một nỗ lực có hệ thống nhằm xây dựng và tổ chức kiến thức dưới dạng những giải thích và dự đoán có thể kiểm chứng được về vũ trụ. Các lý thuyết trong khoa học là những giải thích toàn diện về một số khía cạnh của tự nhiên được hỗ trợ bởi rất nhiều bằng chứng. Chúng không chỉ là những suy đoán mà là những hiểu biết sâu sắc về cách thế giới vận hành, được xác nhận thông qua quá trình kiểm tra và thử nghiệm nghiêm ngặt. Bài học này sẽ khám phá các lý thuyết khoa học quan trọng hình thành nền tảng cho sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.
Lý thuyết tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên, lần đầu tiên được Charles Darwin xây dựng, giải thích cách các loài tiến hóa theo thời gian thông qua đột biến và chọn lọc ngẫu nhiên. Nó tuyên bố rằng những cá nhân có những đặc điểm giúp nâng cao khả năng sống sót và sinh sản của họ có nhiều khả năng truyền những đặc điểm đó cho thế hệ tiếp theo. Theo thời gian, điều này có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể về loài, dẫn đến sự đa dạng của cuộc sống mà chúng ta thấy ngày nay.
Một trong những ví dụ kinh điển về chọn lọc tự nhiên đang diễn ra là trường hợp của loài bướm đêm ở Anh. Trước Cách mạng Công nghiệp, hầu hết bướm đêm có màu sáng, giúp chúng ngụy trang trước những cây phủ địa y, bảo vệ chúng khỏi những kẻ săn mồi. Trong cuộc Cách mạng Công nghiệp, ô nhiễm đã giết chết địa y và làm cây cối tối đen vì bồ hóng. Những con bướm đêm có màu sẫm hơn giờ đây có lợi thế sinh tồn và theo thời gian, quần thể chuyển từ bướm sáng sang tối. Sự thay đổi này là kết quả trực tiếp của chọn lọc tự nhiên được thúc đẩy bởi những thay đổi của môi trường.
Thuyết Big Bang là lời giải thích hàng đầu về cách vũ trụ bắt đầu. Nó gợi ý rằng vũ trụ đã từng ở trạng thái cực kỳ nóng và đặc và giãn nở nhanh chóng. Sự giãn nở này đã tiếp tục qua hàng tỷ năm để hình thành nên vũ trụ như chúng ta biết ngày nay. Một bằng chứng ủng hộ lý thuyết này là bức xạ nền vi sóng vũ trụ, là hậu quả của Vụ nổ lớn, được phát hiện ở mọi hướng trên bầu trời, cho thấy vũ trụ giãn nở từ trạng thái rất nóng và đặc.
Ngài Isaac Newton đã xây dựng ba định luật về chuyển động mô tả mối quan hệ giữa một vật thể và các lực tác dụng lên nó, cũng như chuyển động của nó ứng với các lực đó. Những định luật này là nền tảng cho sự phát triển của vật lý cổ điển.
Thuyết tương đối của Albert Einstein được chia thành hai phần: thuyết tương đối đặc biệt và thuyết tương đối rộng. Thuyết tương đối đặc biệt đưa ra ý tưởng rằng các định luật vật lý là như nhau đối với mọi người quan sát không gia tốc, và nó cho thấy tốc độ ánh sáng trong chân không là như nhau bất kể tốc độ người quan sát di chuyển. Mặt khác, thuyết tương đối tổng quát khái quát hóa điều này để bao gồm lực hấp dẫn như một tính chất của không gian và thời gian, hay không thời gian, chứ không phải là một lực tác dụng ở khoảng cách xa.
Một trong những phương trình nổi tiếng nhất của lý thuyết này là \( E = mc^2 \) , cho thấy sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng. Phương trình này có nghĩa là một lượng nhỏ khối lượng có thể chuyển hóa thành một lượng lớn năng lượng, giải thích sức mạnh phát ra của các phản ứng hạt nhân và các ngôi sao, bao gồm cả Mặt trời của chúng ta.
Cơ học lượng tử là một lý thuyết cơ bản trong vật lý cung cấp sự mô tả các tính chất vật lý của tự nhiên ở quy mô nguyên tử và các hạt hạ nguyên tử. Một trong những nguyên lý then chốt của cơ học lượng tử là nguyên lý bất định, phát biểu rằng chúng ta không thể biết chính xác cả vị trí lẫn động lượng của một hạt cùng một lúc. Nguyên tắc này thách thức ý tưởng cổ điển về thuyết tất định và đưa khái niệm xác suất vào hiểu biết cơ bản về thực tại vật lý.
Một thí nghiệm chứng minh các hiệu ứng lượng tử là thí nghiệm hai khe, cho thấy ánh sáng và vật chất có thể biểu hiện các đặc tính của cả sóng và hạt được xác định theo phương pháp cổ điển, một hiện tượng được gọi là lưỡng tính sóng-hạt. Khi các electron được bắn qua một khe đôi trên màn hình, chúng tạo ra một hình ảnh giao thoa đặc trưng cho sóng, chứ không phải những gì bạn mong đợi nếu chúng chỉ đơn giản là các hạt.
Lý thuyết vi trùng gây bệnh cho rằng các vi sinh vật được gọi là mầm bệnh hay "vi trùng" có thể dẫn đến bệnh tật. Lý thuyết này được phát triển vào giữa thế kỷ 19 bởi các nhà khoa học bao gồm Louis Pasteur và Robert Koch, người đã phát hiện ra rằng các vi sinh vật lần lượt gây ra quá trình lên men và bệnh tật. Lý thuyết vi trùng đã dẫn đến những tiến bộ đáng kể trong y tế công cộng, vệ sinh và điều trị bệnh thông qua tiêm chủng và kháng sinh.
Các lý thuyết khoa học cung cấp một khuôn khổ để hiểu thế giới tự nhiên. Chúng dựa trên bằng chứng thực nghiệm và có thể được sửa đổi khi có bằng chứng mới. Các lý thuyết được thảo luận trong bài học này tạo thành một số khái niệm cơ bản đã định hình tư duy khoa học hiện đại.
