Kuantum teorisi
Birkaç bilimsel kavram kuantum teorisi kadar garip. Bir kedinin siz kontrol edene kadar hem ölü hem de canlı olmasına izin veren teoridir. Gelecekteki olayların geçmişi etkileyebileceğini öngörüyor. 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. Gerçekliğin bazı kısımlarını iyi açıklayamıyorlardı. Örneğin, klasik Newton fiziği çok hızlı hareket eden nesnelere uygulandığında başarısız olur; 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 enerji (fotonlar) hem de enerji (ışık dalgaları) olarak görülen ışık için olduğu gibi bir enerji şekli olarak algılanmasını sağlar.
Gelişme
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 geldi ve hafif kuantum hipotezini yayınladı. Einstein, aslında, kuantum fiziği tarihindeki en önemli şahsiyetlerden biridir, ancak kendi kuantum bulgularının çoğunu “ürkütücü” olarak kabul etmedi. 1926’da fizikçi Erwin Schrödinger dalga denklemini formüle ederek kuantum mekaniğini geliştirdi. Daha sonra 20. yüzyılda, kuantum teorisi gelişti ve kimya biyolojiye kadar çeşitli bilimsel alanlarda uygulanmaya başlandı.
Kuantum teorisinin uygulamaları
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.
Kuantum prensipleri ayrıca mesajların şifrelenmesinde de kullanılır. Bu, bir mesajı saklamak için rastgele polarize fotonlarla gerçekleştirilir. Bu tür bir kod, ilk şifreleme için kullanılan tam kuantum anahtara sahip olmadıkça neredeyse kırılmaz. Kuantum teorisinin diğer uygulamaları, kuantum bilgisayarlarının ve foton dolaşımına dayalı yüksek çözünürlüklü mikroskopinin geliştirilmesini içerir.
Kök hücreleri
Neredeyse her hafta kök hücreleri ve tıpta nasıl devrim yaratacağını vaat eden yeni çığır açan bir çalışmadan haberdarız. Kök hücreler vücut kısımlarının yenilenmesi, tedavi edilemez hastalıkların iyileşmesi ve hatta yaşlanmayı geciktirme vaad eder. 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 keşfi ve tarihçesi
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. Kime sordun? Dolly koyun , şimdiye kadar yetişkin bir hücreden klonlanan ilk memeli! 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. Herhangi bir hücre tipini farklılaştırma yetenekleri aynıydı, ancak artık kök hücrelerin embriyolardan kök hücre çıkarmasına gerek olmadığından etik olarak güvende. Kök hücrelerin ilk tıbbi kullanımı, 2010 yılında omurilik yaralanması olan bir kişinin embriyonik kök hücre tedavisi aldığı zaman meydana geldi . İki yıl sonra, körlüğü tedavi etmek için kök hücreler kullanıldı. 2013-2014’te başarılı terapötik klonlama (spesifik insanlarla genetik olarak eşleşmiş kök hücreler oluşturma) ve 2014 yılında indüklenmiş pluripotent kök hücreler için insan klinik denemelerinin başlamasıyla birlikte başka ilerlemeler kaydedilmiştir.
Kök hücre uygulamaları
Kök hücrelerin en belirgin uygulaması doku yenilenmesidir. Vücuttaki her hücrenin kök hücresi vardır. Teoride, kök hücrelere verilen doğru talimatlar, hasarlı veya hastalıklı dokuları yeniden oluşturmak için yeni hücre tipleri üretebilir.
Kök hücreler, belirli hastalıkları spesifik olarak iyileştirmek için kullanılabilir. Örneğin, Parkinson ve Alzheimer hastalıkları gibi nörodejeneratif bozukluklardan etkilenen beyin dokusunu yeniden oluşturmak için kullanılabilirler. Vücuttaki eksik hücre tiplerinin yerini alabilirler, örneğin, diyabette kaybedilen insülin üreten hücreler gibi. 2013 yılında bir grup bilim insanı farelerdeki kök hücrelerden yeni kan damarları oluşturduğunu ve böylece kalp-damar hastalıkları uygulamalarına açılan kapıları açtığını bildirdi. Kök hücreli hastalıkları tedavi etmek şu an için hala araştırma aşamasındadır, bu yüzden bu yaklaşım yaygın bir uygulama haline gelmeden önce biraz beklememiz gerekir.
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.
Uygulamada, günümüzde kök hücreler, lösemi veya kalp hastalığı gibi tıbbi durumları tedavi etmek için zaten kullanılmaktadır. Ancak, bilim kök hücrelerin farklılaşmasını tamamen kontrol edebilecek kadar gitmek için uzun bir yol var. O an geldiğinde, uygulamalar sınırsız olacaktır.
Radyoaktivite
Hepimiz radyasyon hakkında bir şeyler duyduk, ama çok azı 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!
Radyoaktivitenin keşfi
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..
Radyoaktivite, zaman içinde azalan atomların sayısını sayabilen özel cihazlar kullanılarak ölçülür. Ölçüm ünitesine Curie ailesinin ismini taşıyan curie (Ci) adı verilir. Bir Ci, saniyede 37.000.000.000 dağılmanın eşdeğeridir!
Radyoaktivite neden önemlidir?
Radyoaktiviteyi anlamak kendimizi radyasyondan nasıl koruyacağımızı ve atomların enerjisini nasıl kullanabileceğimizi ve yararımız için nasıl kullanabileceğimizi öğrenmemizi sağlamıştır.
Radyoaktivite ve radyasyonun birçok pratik kullanımı vardır. İzleyici adı verilen radyoaktif elementler, tıpta organların nasıl çalıştığını değerlendirmek için kullanılır. Genellikle tıbbi tanı ve araştırmalarda, aynı zamanda biyolojik araştırmalarda kullanılırlar. Radyasyon genellikle tıbbi aletleri ve yiyecekleri sterilize etmek için kullanılır. Bu işe yarıyor, çünkü mikroorganizmalar yoğun radyasyonla öldürülüyor. İşlem, artık radyasyonla kirlenme riski bulunmayacak şekilde rafine edilmiştir.
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.
İzafiyet teorisi
Henüz bilmeseniz bile, bu teoriye zaten aşinasınız. Bunu düşünün: eğlenirken zaman uçar, 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.
İzafiyet teorisinin kökenleri
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 mekan hem de zaman için derin ve tuhaf bir ima kazandı. Işık hızı mutlaksa, mekan ve zaman sabit tutulmazdı. Bunun sonucu zaman ve mekanın birbirine bağlı olması, tek bir yapı, uzay-zaman sürekliliği oluşturması gerektiğidir. Bu teoriden çeşitli sonuçlar doğar. Gözlemci çok hızlı hareket ettiğinde zaman yavaşlar, zaman dilatasyonu denilen bir fenomen. 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 = mc 2 .
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.
İzafiyet teorisinin pratik uygulamaları
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.
Gökada kümeleri gibi son derece büyük yapılar, büyük çekim kuvveti nedeniyle hafif dalgaları bükebilir. Bu olguya çekim merceği denir ve gökbilimciler tarafından çok uzak yıldızları görmek için kullanılır. 1979’da deneysel olarak teyit edildi. Bir tek noktaya odaklanmadığı halde, aynı nesnenin birden çok görüntüsünü oluşturan, bir büyüteçteki lense benzer şekilde çalışır.