Medeniyetin başlangıcından beri bilimsel düşünce ve bilimsel teoriler sürekli olarak gelişti. Bilimsel ilerleme sayesinde insanlık uzun bir yol kat etti. Bilim ve bilimsel araştırmanın hayatımıza katkısını göz ardı edemeyiz. Bilimin tüm ilerlemeleri, bilimsel bir teori ile başlar. Böyle bir teori, deneyler kullanılarak tekrar tekrar test edilebilecek, bilimsel yönteme uygun olarak dünyanın bir yönünün açıklamasını ifade eder. İlerlememize büyük katkı sağlayan ve çevremizdeki dünyayı anlamamıza yardımcı olan birçok bilimsel teori vardır.
Muhtemelen bu makaleyi bir bilgisayarda, bir cep telefonunda veya bir tablette okuyorsunuz. Bunun için bilime teşekkür ederim! Şimdi dünyayı değiştiren 5 önemli bilimsel teoriye bir göz atalım:
1- Kuantum teorisi
Bazı bilimsel kavramlar kuantum teorisi kadar garip. Bu bir kedinin siz kontrol edene kadar hem ölü hem de canlı olmasına izin veren teoridir. Gelecekteki olayların geçmişi etkileyebileceğini öngörür. Ve herhangi bir yerde bulunabilecek parçacıkların belirli bir yerde var olma ihtimalinin sıfır olduğuna işaret ediyor!
Kuantum teorisi, fizikteki klasik teorilerin eksikliklerini telafi etmek için geliştirilmiştir. Teoriler gerçekliğin bazı kısımlarını iyi açıklayamıyorlardı. Örneğin, klasik Newton fiziği çok hızlı hareket eden nesnelere uygulandığında başarısız oluyordu. Örneğin, güçlü yerçekimi koşullarında veya çok küçük sistemler düzeyinde (atomlar gibi). Kuantum teorisi, çok küçük madde parçacıklarının (elektronlar, protonlar, nötronlar, vb.) nasıl davrandığını açıklar. Bu bileşenlerin davranışlarını en iyi açıklayan teoridir. Üstelik maddenin hem parçacık (fotonlar) hem de enerji (ışık dalgaları) olarak görülen ışık gibi bir enerji şekli olarak algılanmasını sağlar.
İlk kuantum teorisi, 1900 yılında Max Plank tarafından geliştirildi. 1877’de, molekül gibi fiziksel bir sistemin enerji seviyelerinin ayrık olabileceğini öne süren Ludwing Boltzman da dahil olmak üzere, önceki bilim insanlarının fikirlerini geliştirdi. Plank’ın teorisi, enerjinin nicelleştirildiğini (küçük “enerji paketlerinden” yapılmıştır) belirtti. Daha sonra, kuantum teorisi diğer iki bilim adamı Stefan Procopiu ve Niels Bohr tarafından elektronlara uygulandı. 1905’te Albert Einstein, kuantum teorisinde bazı kritik gelişmelerle katkı sağladı ve hafif kuantum hipotezini yayınladı.
Einstein, aslında, kuantum fiziği tarihindeki en önemli şahsiyetlerden biridir ancak kuantum bulgularının bazıları “ürkütücü” olarak görüldüğü için kabul edilmedi. 1926’da fizikçi Erwin Schrödinger dalga denklemini formüle ederek kuantum mekaniğini geliştirdi (Schrödinger’in kedi deneyi). Daha sonra 20 inci yüzyılda, kuantum teorisi gelişti ve kimyadan biyolojiye kadar çeşitli bilim alanlarında uygulanmaya başlandı.
Kuantum teorisinin arkasındaki bilim, birçok pratik uygulamaya sahiptir. Dünyadaki en kesin saatler olan atomik saatler, kuantum fiziğinin ilkelerini kullanarak zamanı ölçüyorlar. Normal saatler gibi fiziksel bir cismin (sarkaç veya kuvars kristali) salınımlarını ölçmek yerine, elektronların enerji seviyeleri arasında geçiş yapmasını sağlayan radyasyon frekansını ölçer.
2- Kök Hücreler
Neredeyse her hafta kök hücreleri ve tıpta nasıl devrim yaratacağını vaat eden birçok çalışmadan haberdarız. Kök hücreler vücut kısımlarının yenilenmesi, tedavi edilemez hastalıkların iyileşmesi ve hatta yaşlanmayı geciktirme vaadini ortaya atar. Ancak, bu ünlü kök hücreler nelerdir? Ve bize gerçekten ne önerebilirler?
Kök hücreler şaşırtıcı bir kabiliyete sahip olan farklılaşmamış (genç) hücrelerdir: canlı bir organizmadan herhangi bir hücreye dönüşebilirler! Teorik olarak, vücudu sağlıklı ve işlevsel tutmak için hasarlı veya yaşlı dokuların yerini alabilecek kalıcı yeni hücre kaynaklarıdır. Kök hücreler sağlık, tıp ve araştırma alanlarında potansiyel olarak sınırsız uygulamaları olan tıbbi bir mucize olarak kabul edilir.
Kök hücrelerin tarihi çok uzun değildir. 1981 yılında, Cardiff Üniversitesi’nden Sir Martin Evens, farelerde embriyonik kök hücreleri ilk keşfeden kişi oldu ve 2007’de Nobel Ödülü’nü kazandı. 5 Temmuz 1996’da Edinburgh Roslin Enstitüsü’nde Dolly doğdu. Dolly isimli koyun, şimdiye kadar yetişkin bir hücreden klonlanan ilk memeli! Bu kök hücre alanını büyük ölçüde geliştirdi. Dolly’yi klonlamak için kullanılan teknik daha sonra bilim adamları tarafından indüklenmiş pluripotent kök hücreler üretmek için uygulandı (iPS hücreleri). Bunlar yetişkin cilt hücrelerinden (embriyolar yerine) elde edilen kök hücrelerdir. Bu keşif, 2012’de başka bir Nobel ödülü aldı.
Kök hücrelerin en önemli pratik kullanımlarından biri bilimsel araştırmadır. Bilim adamları rutin olarak gelişim sırasında bir organizmanın nasıl oluştuğunu, kanseri nasıl tedavi edeceğini veya genetik özelliklerin nasıl geçtiğini anlamak için kullanırlar. Ayrıca, araştırmacılar sürekli potansiyel kök klinik uygulamalarla kök hücrelerin istenen dokulara dönüşümünü kontrol etmek için yeni yöntemler keşfetmeye çalışıyorlar.
3- Evrim teorisi
27 Aralık 1831’de, Charles Darwin, HMS Beagle gemisine bindiğinde bu yolculuğun bilim dünyasını sarsacağının ve hayatını sonsuza dek değiştireceğinin farkında değildi. Sonuçta bu türlerin doğal evrim teorisine yol açan yoğun bir bilimsel yolculuğun başlangıcıydı. Evrim kavramı ilk olarak “türlerin kökeni üzerine” adlı kitabında Darwin tarafından formüle edildi. Aynı zamanda, bir başka biyolog olan Alfred Russel Wallace da benzer bir doğal seleksiyon teorisi geliştirdi ve bu konsepte katkısı yakın bir zamanda geniş çapta kabul edildi.
Doğal seleksiyonla bilimsel evrim teorisi, zamanla organizmaları etkileyen değişikliklerin, bir nesilden diğerine geçebilecek fiziksel ve davranışsal özelliklerde yapılan değişikliklerden kaynaklandığını belirtir. Bir organizmanın sıklıkla dinamik bir ortama daha iyi adapte olmasına izin veren kalıtsal özellikler, türlerin hayatta kalmasına yardımcı olacaktır. Dahası, daha hızlı yayılırlar çünkü bu organizmalar daha verimli ürerler. Bazıları farklılık gösterebilse de türlerin evrimi, bilim dalında çok çeşitli disiplinlerden elde edilen kanıtlarla en iyi desteklenen teorilerden biridir: genetik, biyoloji, jeoloji, paleontoloji, vb.
Başlangıçta, doğal seleksiyon yoluyla evrim radikal bir fikirdi ve herkes tarafından pek iyi karşılanmadı. Bir kara hayvanının yavaş yavaş bir deniz memelisine dönüşebileceği düşüncesi (balinalarda olduğu gibi) bu zamanlar için biraz fazla ahlak dışıydı. Darwin’in genetik konusunda uzmanlığı yoktu ancak daha sonra genetik keşifler tarafından onaylanan canlı dünyasında bir model gözlemledi. Özelliklerin bir nesilden diğerine geçtiğini iddia etti. Bu işlem bazen yararlı olabilecek ve dolayısıyla korunmuş yeni fiziksel veya davranışsal özellikler getirebilir. Yavaş yavaş, bu süreç tamamen yeni bir türün üretilmesine yol açabilir. Mutasyonların rastgele olabileceğini ve bu mutasyonların evrimin araçları olduğunu biliyoruz.
Birçok bilim ve biyoloji alanı, evrim teorisine dayanmaktadır. İlkeleri, yeni bitki veya hayvan varyasyonları elde etmeye çalışan üreticiler tarafından düzenli olarak uygulanır. Buna yapay seçilim adı verilir ve tarımda, hayvanlarda veya diğer organizmalarda belirli bir özelliğin seçilmesinde yaygın olarak kullanılır. Ekoloji, koruma biyolojisi ve epidemiyolojide de uygulanır. Mesela, grip virüslerinin her yıl, Darwin tarafından tarif edilen evrim mekanizmalarına uygun olarak mutasyonlarla değiştiğini biliyoruz. Bu nedenle her yıl yeni bir grip aşısı yaptırmamız gerekiyor. Teori bilgisayar bilimlerinde bile uygulanmaktadır. Örneğin mühendislikte, karmaşık problemleri çözmek için uygulanan evrimsel algoritmalar ve evrim stratejileri geliştirmek için kullanılmıştır. Evrimsel algoritmalar, çok boyutlu problemleri diğer bilgisayar programlarından daha iyi çözebilen yenilikçi bir yazılımdır.
4- Radyoaktivite
Hepimiz radyasyon hakkında pek çok şey duyduk ama çok az insan gerçekten ne olduğunu biliyor. Radyasyon her tarafımızdadır ve birçok şekil ve biçimde gelir. Doğal veya yapay olabilir. Doğal radyasyonlar güneşten gelen radyasyonu, aynı zamanda topraktaki ve yeraltı kimyasallarındaki radyoaktif minerallerin yaydığı radyasyonu da içerir. Yapay radyasyon, cep telefonları, televizyonlar, mikrodalgalar ve sadece birkaç kaynağı isimlendirmek için üretilir. Bazı radyasyon iyidir; diğeri kötü, öyleyse nasıl çalıştığını görelim!
Hikaye 1895 yılında fizikçi Wilhelm Röntgen’in X-ışınlarını keşfettiği zaman başlar. Bir yıl sonra Henri Becquerel, X-ışınlarının özelliklerini incelemek için potasyum uranil sülfat gibi doğal flüoresan mineralleri kullanıyordu ve bu süreçte radyoaktiviteyi keşfetti. Ancak en önemli katkı, kocasıyla birlikte çalışan, radyoaktivite anlayışımızı büyük ölçüde genişleten Marie Curie’den geldi. Keşiflerinden dolayı Nobel ödülü kazanan ilk kadındı. 1898’de radyoaktif element radyumunu keşfetti. Fakat radyoaktivite nedir? Atom çekirdeğindeki “kararsız” enerji salınımıdır (radyasyon). Radyasyon emisyonu çekirdeğin daha kararlı bir enerji durumuna geçmesine yardımcı olur. Birkaç çeşit radyasyon vardır: alfa, beta, gama, vs.
Radyoaktif enerji nükleer reaktörlerde toplanır ve toplumumuzu güçlendirmek için kullanılır. Nükleer santraller düzenli olarak enerji üretmek için uranyum kullanır. Radyoaktivitenin başka endüstriyel uygulamaları da vardır: malzemelerin analizi, endüstriyel radyografi ve daha fazlası. Bazıları radyasyonun tehlikeli olduğunu düşünür bu çoğu durumda doğrudur. Ancak, bazı radyasyon türlerinin bizim için iyi olduğunu unutmayın. Örneğin, güneşten kaynaklanan bir tür doğal enerji olan ultraviyole ışınımı (UV), D vitamini üretimini teşvik eder. Bu nedenle, kendinizi biraz güneş ışığına maruz bırakmak faydalıdır, ancak uzun süre maruz kalmak için güneş kremi ürünlerini kullanmayı unutmayın. Güneşten gelen çok fazla radyasyon cildimize ulaştığında, tehlikeli hale gelir.
5- İzafiyet teorisi
Henüz bilmeseniz bile bu teoriye zaten aşinasınız. Şunu düşünün: eğlenirken zaman akar gider, ama hoş olmayan bir şey yaşarken çok yavaş geçer. Elbette, görelilik teorisi bundan biraz daha karmaşıktır. Aslında, iki teoriden bahsetmeliyiz: özel görelilik teorisi ve genel görelilik teorisi. Bu teoriler, ana gezegendeki insanlardan daha yavaş yaşlanan uzay yolcuları gibi sağduyuyla çelişen çok garip bir fenomeni; süreyi farklı bir biçimde ölçen saatler, seyahat ettikleri hızın bir işlevi olarak; hafif cisimler tarafından bükülen ışık vb. olguları ifade eder.
1905’te Albert Einstein, vakumdaki ışığın hızının, gözlemcilerin seyahat ettiği hızdan bağımsız olarak herkes için aynı olduğunu iddia eden bir bildiri yayınladı. Dahası, fizik yasaları bu gözlemciler için aynıdır (hızlandırılmış hareket halinde olmadıkça). Özel görelilik teorisi ilk kez tanıtılmıştı. Einstein’dan önce, ışığın hızının bir gözlemcinin konumuna göre değiştiğine inanılıyordu.
Bu teorinin amaçlarından biri elektromanyetizmadaki çeşitli problemleri çözmekti. Bununla birlikte, hem mekân hem de zaman için derin ve tuhaf bir durum ortaya çıktı. Işık hızı mutlaksa, mekân ve zaman sabit tutulamazdı. Bunun sonucu zaman ve mekânın birbirine bağlı olması, tek bir yapı, uzay-zaman sürekliliği oluşturması gerektiğidir. Bu teoriden çeşitli sonuçlar doğar. Gözlemci çok hızlı hareket ettiğinde zaman yavaşlar. Aynı zamanda, hızlı hareket eden ortamda ölçülen herhangi bir uzunluk daha kısa olduğundan (uzunluk daralması) nesneler boyutlarını azaltır. Son olarak, hızlı hareket eden bir cismin kütlesi sabit bir gözlemci tarafından daha büyük bir kütle olarak ölçülecektir. Sonunda Einstein’ı şimdi muhtemelen tarihin en ünlü denklemi olan şeye yönlendiren fikir: E = mc2 .
Daha sonra, 1915’te Einstein önceki teorisine ivme kazandırdı ve genel görelilik teorisi ile geldi. Yeni teorinin ana sonuçlarından biri, çok büyük nesnelerin uzay-zaman dokusunu bozabileceği idi. Bunu hayal etmek için üzerine ağır bir nesnenin yerleştirildiği yumuşak, esnek bir yüzey düşünün. Yüzey nesnenin ağırlığına göre deforme olacaktır.
Günümüzde pek çok uygulama alanı mevcuttur. Elektromıknatıslar görelilik teorisinin bazı prensiplerini kullanır. Transformatörlerin ve elektrik jeneratörlerinin arkasındaki çalışma temelidir. Diğer bir uygulama ise GPS (Global Konumlandırma Sistemi). Doğru konum sağlamak için, GPS uydularının göreliliğin etkisini düzeltmesi gerekir. Uydular Dünyada çok hızlı hareket eder, bu nedenle sinyalleri tam olarak zamanlamak için göreliliği göz önünde bulundurmaları gerekir.
Alexandru Ciobanu
Çeviri: Mert KÜÇÜKVARDAR
Kaynak
- https://sciencebriefss.com/science-explained/scientific-concepts/five-important-scientific-theories-that-have-changed-the-world-science-explained