Dünyayı Değiştiren 5 Bilimsel Teori

BYqe...FixS

2 Feb 2024

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.

Kuantum teorisi

Kuantum teorisi atom ve atom altı parçacıkları inceleyen fizik bilim dalı olarak bilinmektedir. Kuantum fiziği veya kuantum teorisi olarak ifade edilen bilim dalı fizik kurallarının en son modernize edilmiş halidir. Kuantum fiziği evrenin oluşumu ve süreci ile ilgilenmektedir. Bilim alanında nörolojik alanda kuantum teorisi dalga ışık tedavisi olarak kullanılmaktadır. Tıpta kullanılan radyoloji ışık ve dalga sistemi temeline dayanmaktadır.

Kuantum fiziği veya kuantum mekaniği bilim dalının incelediği temel birimler nicel olan birimlerdir.

Dalgalar, atomlar, ışık nicellerini incelemektedir. Örnek vermek gerekirse ışık niceli ele alındığında ışığın dağılımı ne şekildedir. dalga şeklinde mi yayılmakta ya da daha hızlı ve şiddetli mesela mermi hızında mı yayılıyor? Fizik kurallarının evren içi yerçekimleri bazı dengelerde devre dışı kalmaktadır. Bu bağlamda hızların ne şekilde olduğu ve bu dalgaların insanlık için nasıl fayda sağlayacağını incelemektedir.

Kuantum teorisi insanlık tarihi kadar eski bir geçmişe sahip fizik kurallarını içermektedir. Evrenin oluşması ve atomların oluşumlarında detaylarını incelemek üzere fizik bilim dalı yanı sıra kuantum teorisi ortaya çıkmıştır. Kronolojik sıraya göre Kuantum teorisine katkıdan bulunan bilim adamları 1897yılında Pieter Zeeman, ışık dalgasının bir atomun içerisindeki hareketini keşfetmesi ile buldu. J.J. Thomson da, atom içerisindeki elektronu keşfetti. 1900 yılında Max Planck, kara cisim aydınlanması sonucunda enerji yayımını keşfetti. Tüm bu keşifler sonrası kuantum kuramı doğmuştur.

Kuantum mekaniği, diğer bir ifade ile dalga mekaniği olarak tanımlanmaktadır. Moleküllerle birlikte atomların ve tüm bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi moleküler parçacıkların detaylarını incelemektedir. Kuantum mekaniği günlük hayatta özellikle teknolojik alanlarda kullanılan cihazlar bu kuramla üretilmektedir.

Örnek vermek gerekirse, oldukça gelişmiş mikroskop cihazları, hassas saatlerde, Bilgisayar kasalarında, kodların oluşturulmasında kullanılmaktadır. Kuantum mekaniği tam olarak halen çözülebilmiş değildir. Evrenin oluşması ile ilgili hala aydınlanmamış bir takım sorular bulunmaktadır. Uzay, evren ve boşluk, dalga ve ışık hızları bunlardan sadece bazılarıdır. Kuantum Mekaniği bu anlamda sorulara sürekli yanıt aramakta olan bir bilim dalıdır. Niceli arar.Kuantum Teorisi ilkeler ile işlev görmektedir.

Örnek vermek gerekirse en önemli ilkesi Karşılılık ilkesi ve belirsizlik ilkesidir. Belirsizlik ilkesi Doğada, doğuştan gelen bir belirsizlik vardır. Bu belirsizliği nicel durumda araştırır. Buradaki belirsizlik elektronun belirsiz bir yerde olmasıdır. İki dalga tepesi ya da arasındaki mesafeye dalga boyu olarak tanımlanmaktadır. Dalga boyutları ve dalga sesleri bununla birlikte dalga frekansı atomun parçalanmasında rol almaktadır. Atom kelime anlamı bölünemez olmasına rağmen aslında evrende atomun parçalandığı ispatlanmış fakat bu durumun nasıl gerçekleştiği konusu hala bir takım belirsizlikleri söz konusu olmuştur.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.

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.

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.

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.

İzafiyet teorisi

Fizikte, özel görelilik teorisi (kısaca özel görelilik) veya izafiyet teorisi,uzay ve zaman arasındaki ilişkiyi açıklayan bir bilimsel teoridir.Albert Einstein,'ın orijinal çalışmalarında teori, iki varsayıma dayanmaktadır:

Fizik yasaları, tüm süredurum referans çerçevelerinde (yani ivmesiz referans çerçevelerinde) değişmezdir (yani aynıdır).
Işık kaynağının veya gözlemcinin hareketinden bağımsız olarak vakumdaki ışığın hızı, tüm gözlemciler için aynıdır.

1905'te Albert Einstein tarafından Annalen Der Pshvik dergisinde, "Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine" isimli makalenin ikinci sayfasında açıklanan ve ardından beşinci sayfasındaki "bir cismin atıllığı enerji içeriği ile bağlantılı olabilir mi?" başlıklı makaleyle pekiştirilmesiyle ortaya çıkmıştır. Teoriye göre bütün varlıklar ve varlığın fiziksel olayları görelidir.zama mekan hareket birbirlerinden bağımsız değildirler. Aksine bunların hepsi birbirine bağlı, göreli olaylardır. Nesne zamanla, zaman nesneyle, mekan hareketle, hareket mekanla ve dolayısıyla hepsi birbiriyle bağımlıdır. Bunlardan hiçbiri bağımsız değildir, kendisi bu konuda şöyle demektedir:

Zaman ancak hareketle, cisim hareketle, hareket cisimle vardır. O halde; cisim, hareket ve zamandan birinin diğerine bir önceliği yoktur. Galilei'nin Görelilik Prensibi, zamanla değişmeyen hareketin göreceli olduğunu; mutlak ve tam olarak tanımlanmış bir hareketsiz halinin olamayacağını önermekteydi. Galileo'nin ortaya attığı fikre göre; dış gözlemci tarafından hareket ettiği söylenen bir gemi üzerindeki bir kimse geminin hareketsiz olduğunu söyleyebilir.

Einstein'ın teorisi,Galilei'nin Görelilik Prensibi ile doğrusal ve değişmeyen hareketinin durumu ne olursa olsun tüm gözlemcilerin ışığın hızını her zaman aynı büyüklükte ölçeceği önermesini birleştirir. Bu teori sezgisel olarak algılanamayacak, ancak deneysel olarak kanıtlanmış birçok ilginç sonuca varmamızı sağlar. Özel görelilik teorisi, uzaklığın ve zamanın gözlemciye bağlı olarak değişebileceğini ifade ederek Newton'ın mutlak uzay zaman kavramını anlamsızlaştırır. Uzay ve zaman gözlemciye bağlı olarak farklı algılanabilir. Bu teori, madde ile enerjinin ünlü E:mc2 formülü ile birbirine bağlı olduğunu da gösterir (c ışık hızıdır). Özel Görelilik teorisi, tüm hızların ışık hızına oranla çok küçük olduğu uygulama alanlarında Newton mekaniği ile yaklaşık aynı sonuçları verir.

Teorinin özel ifadesiyle anılmasının nedeni, görelilik ilkesinin yalnızca eylemsiz gözlem çerçevesine uygulanış şekli olmasından kaynaklanır. Einstein, tüm gözlem çerçevelerine uygulanan ve yerçekimi kuvvetinin etkisinin de hesaba katıldığı Genel Görelilik teorisini geliştirmiştir. Özel Görelilik, yerçekimi kuvvetini hesaba katmaz ancak ivmeli gözlemcilerin durumunu da inceler. Özel Görelilik, günlük yaşamımızda mutlak olarak algıladığımız, zaman gibi kavramların göreli olduğunu söylemesinin yanı sıra, sezgisel olarak göreceli olduğunu düşündüğümüz kavramların ise mutlak olduğunu ifade eder. Birbirlerine göre hareketi nasıl olursa olsun tüm gözlemciler için ışığın hızının aynı olduğunu söyler. Özel Görelilik, c katsayısının sadece belli bir doğa olayının –ışık– hızı olmasının çok ötesinde, uzay ile zamanın birbiriyle ilişkisinin temel özelliği olduğunu ortaya çıkarmıştır. Özel Görelilik ayrıca, hiçbir maddenin ışığın hızına ulaşacak şekilde hızlandırılamayacağını söyler.

Özel görelilik, kendi zamanı için inanılması güç, pek çok öngörülerde bulunmuştur. Bunlardan en önemlileri:

Nesneler hızlandıkça zaman nesne için daha yavaş akmaya başlayacaktır, ışık hızına ulaşıldığında zaman durmalıdır.
Nesneler hızlandıkça kütlelerinin bir kısmı kinetik enerjiye dönüşür, durağan kütleye sahip cisimler hiçbir zaman ışık hızına erişemeyeceklerdir.
Cisimler hızlandıkça hareket doğrultusundaki boyları kısalmaya uğrayacaktır.
Hiçbir cisim ışık hızında veya daha hızlı gidemez.

Özel görelilik, mantığımıza ve sağ duyumuza aykırı bir evren tanımladığından, bilim insanları 100 yılı aşkın bir süredir bunun doğruluğunu gözleri ile görmek ve bir açık bulmak umudu ile deneyler yapıp durmaktadırlar. Bu öngörülerin pek çoğu 1905'ten günümüze dek defalarca denenmiş ve doğru çıkmıştır:

İçlerinde çok hassas atom saatleri taşıyan uçaklar değişik yönlere doğru değişik hızlarla hareket ettirilmiş ve saatlerin kuramın hesaplarına yeterince uygun olarak yavaşladığı/hızlandığı gözlenmiştir.
Zamandaki yavaşlamanın sadece saatte meydana gelmediğini, gerçekte yaşandığının kanıtı ilk olarak nötrino ve mü-mezon deneylerinde ortaya çıkmıştır. Güneşten dünyaya gelen nötrino ve muonların ışık hızına çok yaklaştıkları (%99,5) için ömürlerinin (yaşam sürelerinin) Dünya'da üretilen durağan olanlara göre çok daha uzun olduğu görülmektedir.
Parçacık hızlandırıcılarındaki hızlandırma deneylerinde bugüne kadar kütlesi olan hiçbir cisim, atom veya elektron, ışık hızına çıkarılamamıştır. Hız arttıkça kütlesi de arttığı için ivmelendirilmesi zorlaşmaktadır.