Que nous lancions une navette spatiale ou que nous essayions de découvrir une autre planète semblable à la Terre, nous nous appuyons sur des lois et des théories scientifiques pour nous guider. © 2018 HowStuffWorks Les scientifiques disposent de nombreux outils pour tenter de décrire le fonctionnement de la nature et de l'univers dans son ensemble. Souvent, ils recherchent d'abord les lois et les théories. Quelle est la différence? UNE droit scientifique peut souvent être réduit à un énoncé mathématique, tels que E =mc² ; c'est une déclaration spécifique basée sur des données empiriques, et sa vérité est généralement confinée à un certain ensemble de conditions. Par exemple, dans le cas de E =mc², c fait référence à la vitesse de la lumière dans le vide.
UNE théorie scientifique cherche souvent à synthétiser un ensemble de preuves ou d'observations de phénomènes particuliers. C'est généralement - mais pas toujours - un plus grand, énoncé testable sur le fonctionnement de la nature. Vous ne pouvez pas nécessairement réduire une théorie scientifique à une déclaration ou une équation lapidaire, mais cela représente quelque chose de fondamental sur le fonctionnement de la nature.
Les lois et les théories dépendent des éléments de base de la méthode scientifique, comme générer une hypothèse, tester cette prémisse, trouver (ou ne pas trouver) des preuves empiriques et tirer des conclusions. Finalement, d'autres scientifiques doivent être capables de reproduire les résultats si l'expérience est destinée à devenir la base d'une loi ou d'une théorie largement acceptée.
Dans cet article, nous examinerons 10 lois et théories scientifiques que vous voudrez peut-être revoir, même si tu ne te trouves pas, dire, l'utilisation d'un microscope électronique à balayage tout cela fréquemment. Nous allons commencer en trombe et passer aux lois fondamentales de l'univers, avant de passer à l'évolution. Finalement, nous aborderons des sujets plus captivants, plonger dans le domaine de la physique quantique.
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La théorie du big bang © 2018 HowStuffWorks Si vous voulez connaître une théorie scientifique, en faire celui qui explique comment l'univers est arrivé à son état actuel. Sur la base des recherches effectuées par Edwin Hubble, Georges Lemaître et Albert Einstein, entre autres, les la théorie du Big Bang postule que l'univers a commencé il y a près de 14 milliards d'années avec un événement d'expansion massive. À l'époque, l'univers était confiné à un seul point, englobant toute la matière de l'univers. Ce mouvement originel se poursuit aujourd'hui, alors que l'univers continue de s'étendre vers l'extérieur.
La théorie du big bang a obtenu un large soutien dans la communauté scientifique après la découverte d'Arno Penzias et de Robert Wilson rayonnement de fond cosmique micro-ondes en 1965. À l'aide de radiotélescopes, les deux astronomes ont détecté du bruit cosmique, ou statique, qui ne s'est pas dissipée avec le temps. En collaboration avec le chercheur de Princeton Robert Dicke, la paire a confirmé l'hypothèse de Dicke selon laquelle le big bang d'origine a laissé derrière lui un rayonnement de faible intensité détectable dans tout l'univers.
Hubble et sa célèbre loi ont aidé à quantifier le mouvement des galaxies de l'univers. © 2018 HowStuffWorks Restons un instant avec Edwin Hubble. Alors que les années 1920 rugissaient et que la Grande Dépression passait en boitant, Hubble effectuait des recherches astronomiques révolutionnaires. Hubble a non seulement prouvé qu'il y avait d'autres galaxies en plus de la Voie lactée, il a également découvert que ces galaxies s'éloignaient de la nôtre, une motion qu'il a appelée récession .
Afin de quantifier la vitesse de ce mouvement galactique, Hubble a proposé La loi d'expansion cosmique de Hubble , alias la loi de Hubble, une équation qui dit : vitesse =H × distance . Rapidité représente la vitesse de récession de la galaxie ; H est la constante de Hubble, ou un paramètre qui indique la vitesse à laquelle l'univers s'étend ; et distance est la distance de la galaxie à celle avec laquelle elle est comparée.
La constante de Hubble a été calculée à différentes valeurs au fil du temps, mais la valeur actuellement acceptée est de 70 kilomètres/seconde par mégaparsec, cette dernière étant une unité de distance dans l'espace intergalactique [source :White]. Pour nos fins, ce n'est pas si important. Ce qui compte le plus, c'est que la loi de Hubble fournit une méthode concise pour mesurer la vitesse d'une galaxie par rapport à la nôtre. Et peut-être le plus important, la loi a établi que l'univers est composé de plusieurs galaxies, dont les mouvements remontent au big bang.
Loi des aires de Kepler © 2018 HowStuffWorks Depuis des siècles, les scientifiques se sont battus entre eux et avec les chefs religieux au sujet des orbites des planètes, surtout s'ils tournaient autour de notre soleil. Au XVIe siècle, Copernic a mis en avant son concept controversé d'un système solaire héliocentrique, dans lequel les planètes tournaient autour du soleil - pas de la Terre. Mais il faudrait Johannes Kepler, s'appuyant sur le travail effectué par Tyco Brahe et d'autres, établir une base scientifique claire pour les mouvements des planètes.
Kepler trois lois du mouvement planétaire — formé au début du 17e siècle — décrivent comment les planètes tournent autour du soleil. La première loi, parfois appelé le loi des orbites , déclare que les planètes orbitent autour du soleil de manière elliptique. La deuxième loi, les loi des aires , déclare qu'une ligne reliant une planète au soleil couvre une surface égale sur des périodes de temps égales. En d'autres termes, si vous mesurez la zone créée en traçant une ligne de la Terre au soleil et en suivant le mouvement de la Terre sur 30 jours, la zone sera la même peu importe où se trouve la Terre sur son orbite lorsque les mesures commenceront.
Le troisième, les loi des périodes , nous permet d'établir une relation claire entre la période orbitale d'une planète et sa distance au soleil. Grâce à cette loi, nous savons qu'une planète relativement proche du soleil, comme Vénus, a une période orbitale beaucoup plus courte qu'une planète lointaine, comme Neptune.
Grâce à la loi universelle de Newton, nous pouvons déterminer la force gravitationnelle entre deux objets quelconques. © 2018 HowStuffWorks Nous pouvons le prendre pour acquis maintenant, mais il y a plus de 300 ans, Sir Isaac Newton a proposé une idée révolutionnaire :que deux objets, quelle que soit leur masse, exercer une force gravitationnelle l'un vers l'autre. Cette loi est représentée par une équation que de nombreux lycéens rencontrent en cours de physique. Cela se passe comme suit :
F =G × [(m
F est la force gravitationnelle entre les deux objets, mesuré en Newton. M
L'avantage de la loi universelle de la gravitation est qu'elle nous permet de calculer l'attraction gravitationnelle entre deux objets. Cette capacité est particulièrement utile lorsque les scientifiques sont, dire, planifier de mettre un satellite en orbite ou de tracer la trajectoire de la lune.
La deuxième loi du mouvement de Newton © 2018 HowStuffWorks Tant que nous parlons de l'un des plus grands scientifiques qui ait jamais vécu, passons aux autres lois célèbres de Newton. Ses trois lois du mouvement forment une composante essentielle de la physique moderne. Et comme beaucoup de lois scientifiques, ils sont plutôt élégants dans leur simplicité.
La première des trois lois stipule qu'un objet en mouvement reste en mouvement à moins qu'une force extérieure n'agisse dessus. Pour une balle roulant sur le sol, cette force extérieure pourrait être le frottement entre la balle et le sol, ou ce pourrait être le tout-petit qui frappe le ballon dans une autre direction.
La deuxième loi établit un lien entre la masse d'un objet ( m ) et son accélération ( une ), sous la forme de l'équation F =m × une . F représente la force, mesuré en Newton. C'est aussi un vecteur, ce qui signifie qu'il a une composante directionnelle. En raison de son accélération, cette balle roulant sur le sol a une particularité vecteur , une direction dans laquelle il se déplace, et il est pris en compte dans le calcul de sa force.
La troisième loi est plutôt concise et devrait vous être familière :pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. C'est-à-dire, pour chaque force appliquée à un objet ou à une surface, cet objet repousse avec une force égale.
Les lois de la thermodynamique en action © 2018 HowStuffWorks Le physicien et romancier britannique C.P. Snow a dit un jour qu'un non-scientifique qui ne connaissait pas la deuxième loi de la thermodynamique était comme un scientifique qui n'avait jamais lu Shakespeare [source :Lambert]. La déclaration désormais célèbre de Snow visait à souligner à la fois l'importance de la thermodynamique et la nécessité pour les non-scientifiques d'en apprendre davantage à son sujet.
Thermodynamique est l'étude du fonctionnement de l'énergie dans un système, que ce soit un moteur ou le noyau de la Terre. Elle peut être réduite à plusieurs lois fondamentales, que Snow a habilement résumé ainsi [source :Physics Planet] :
Déballons-les un peu. En disant que tu ne peux pas gagner, La neige signifiait que puisque la matière et l'énergie sont conservées, vous ne pouvez pas en obtenir un sans renoncer à l'autre (c'est-à-dire, E=mc²). Cela signifie également que pour qu'un moteur produise du travail, vous devez fournir de la chaleur, bien que dans autre chose qu'un système parfaitement fermé, une partie de la chaleur est inévitablement perdue vers le monde extérieur, ce qui conduit alors à la deuxième loi.
La deuxième déclaration - vous ne pouvez pas atteindre le seuil de rentabilité - signifie qu'en raison de l'entropie toujours croissante, vous ne pouvez pas revenir au même état d'énergie. L'énergie concentrée en un seul endroit se dirigera toujours vers des endroits de plus faible concentration.
Finalement, la troisième loi - vous ne pouvez pas quitter le jeu - fait référence au zéro absolu, la température théorique la plus basse possible, mesuré à zéro Kelvin ou (moins 273,15 degrés Celsius et moins 459,67 degrés Fahrenheit). Lorsqu'un système atteint le zéro absolu, les molécules arrêtent tout mouvement, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'énergie cinétique, et l'entropie atteint sa valeur la plus basse possible. Mais dans le monde réel, même dans les recoins de l'espace, atteindre absolument zéro est impossible - vous ne pouvez que vous en approcher très près.
La flottabilité maintient tout à flot, des canards en caoutchouc aux paquebots. © 2018 HowStuffWorks Après avoir découvert son principe de flottabilité, l'ancien érudit grec Archimède aurait crié "Eureka!" et courut nu à travers la ville de Syracuse. La découverte était si importante. L'histoire raconte qu'Archimède a fait sa grande percée lorsqu'il a remarqué que l'eau montait alors qu'il entrait dans la baignoire [source :Quake].
Selon Principe de flottabilité d'Archimède , la force agissant sur, ou balisage, un objet immergé ou partiellement immergé est égal au poids du liquide que l'objet déplace. Ce genre de principe a une immense gamme d'applications et est essentiel aux calculs de densité, ainsi que la conception de sous-marins et autres navires de haute mer.
Un exemple hypothétique (et simplifié) de la façon dont la sélection naturelle pourrait jouer parmi les grenouilles. © 2018 HowStuffWorks Maintenant que nous avons établi certains des concepts fondamentaux sur la façon dont notre univers a commencé et comment la physique joue dans notre vie quotidienne, tournons notre attention vers la forme humaine et comment nous sommes devenus ce que nous sommes. Selon la plupart des scientifiques, toute vie sur Terre a un ancêtre commun. Mais afin de produire l'immense quantité de différence entre tous les organismes vivants, certains devaient évoluer en espèces distinctes.
Dans un sens basique, cette différenciation s'est produite au cours de l'évolution, par descendance avec modification [source :UCMP]. Les populations d'organismes ont développé des traits différents, par des mécanismes tels que la mutation. Ceux avec des traits qui étaient plus bénéfiques pour la survie tels que, une grenouille dont la coloration brune lui permet de se camoufler dans un marais, ont été naturellement sélectionnés pour la survie; d'où le terme sélection naturelle .
Il est possible de développer plus longuement ces deux théories, mais c'est la base, et révolutionnaire, découverte que Darwin fit au 19ème siècle :que l'évolution par la sélection naturelle rend compte de l'immense diversité de la vie sur Terre.
La théorie de la relativité générale d'Einstein a changé notre compréhension de l'univers. © 2018 HowStuffWorks celui d'Albert Einstein théorie de la relativité générale demeure une découverte importante et essentielle car elle a définitivement modifié notre regard sur l'univers. La percée majeure d'Einstein a été de dire que l'espace et le temps ne sont pas des absolus et que la gravité n'est pas simplement une force appliquée à un objet ou à une masse. Plutôt, la gravité associée à toute masse courbe l'espace et le temps (souvent appelé espace-temps) autour d'elle.
Pour conceptualiser cela, imaginez que vous voyagez à travers la Terre en ligne droite, en direction de l'est, en commençant quelque part dans l'hémisphère nord. Après un moment, si quelqu'un devait localiser votre position sur une carte, vous seriez en fait à la fois à l'est et à l'extrême sud de votre position d'origine. C'est parce que la Terre est courbée. Pour voyager directement vers l'est, vous devrez prendre en compte la forme de la Terre et vous orienter légèrement vers le nord. (Pensez à la différence entre une carte en papier plat et un globe sphérique.)
L'espace est à peu près le même. Par exemple, aux occupants de la navette en orbite autour de la Terre, il peut sembler qu'ils voyagent en ligne droite à travers l'espace. En réalité, l'espace-temps autour d'eux est courbé par la gravité terrestre (comme ce serait le cas avec n'importe quel grand objet avec une gravité immense comme une planète ou un trou noir), les faisant à la fois avancer et apparaître en orbite autour de la Terre.
La théorie d'Einstein a eu d'énormes implications pour l'avenir de l'astrophysique et de la cosmologie. Il a expliqué un mineur, anomalie inattendue sur l'orbite de Mercure, a montré comment la lumière des étoiles se plie et a jeté les bases théoriques des trous noirs.
Est-ce une particule, une vague ou les deux ? © 2018 HowStuffWorks La théorie plus large de la relativité d'Einstein nous en dit plus sur le fonctionnement de l'univers et a contribué à jeter les bases de la physique quantique, mais il a également introduit plus de confusion dans la science théorique. En 1927, ce sens que les lois de l'univers étaient, dans certains contextes, souple, conduit à une découverte révolutionnaire du scientifique allemand Werner Heisenberg.
En postulant son Principe incertain , Heisenberg s'est rendu compte qu'il était impossible de savoir simultanément, avec un haut niveau de précision, deux propriétés d'une particule. En d'autres termes, vous pouvez connaître la position d'un électron avec un haut degré de certitude, mais pas son élan et vice versa.
Niels Bohr a fait plus tard une découverte qui aide à expliquer le principe de Heisenberg. Bohr a découvert qu'un électron a les qualités à la fois d'une particule et d'une onde, un concept connu sous le nom dualité onde-particule , qui est devenu une pierre angulaire de la physique quantique. Ainsi, lorsque nous mesurons la position d'un électron, nous le traitons comme une particule à un point précis de l'espace, avec une longueur d'onde incertaine. Lorsque nous mesurons sa quantité de mouvement, nous le traitons comme une vague, ce qui signifie que nous pouvons connaître l'amplitude de sa longueur d'onde mais pas son emplacement.
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Publié à l'origine :19 janvier 2011
