10 Wissenschaftliche Gesetze Und Theorien, Die Sie Wirklich Kennen Sollten

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10 wissenschaftliche gesetze und theorien, die sie kennen sollten, werden in diesem artikel von WordsSideKick.com erläutert. Lernen sie die 10 wissenschaftlichen gesetze und theorien, die sie kennen sollten.

Wissenschaftlern stehen viele Werkzeuge zur Verfügung, wenn sie versuchen zu beschreiben, wie die Natur und das Universum im Großen und Ganzen funktionieren. Oft greifen sie zuerst nach Gesetzen und Theorien. Was ist der Unterschied? EIN wissenschaftliches Gesetz kann oft auf eine mathematische Aussage reduziert werden, z. B. E = mc²; Es ist eine spezifische Aussage, die auf empirischen Daten basiert, und ihre Wahrheit ist im Allgemeinen auf eine Reihe von Bedingungen beschränkt. Im Fall von E = mc² bezieht sich c beispielsweise auf die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.

EIN wissenschaftliche Theorie versucht häufig, eine Sammlung von Beweisen oder Beobachtungen bestimmter Phänomene zu synthetisieren. Es ist im Allgemeinen - aber keineswegs immer - eine großartigere, überprüfbare Aussage über die Funktionsweise der Natur. Man kann eine wissenschaftliche Theorie nicht zwangsläufig auf eine markante Aussage oder Gleichung reduzieren, aber sie ist etwas grundlegendes für die Funktionsweise der Natur.

Sowohl Gesetze als auch Theorien hängen von grundlegenden Elementen der wissenschaftlichen Methode ab, z. B. Erstellen einer Hypothese, Testen dieser Prämisse, Finden (oder Nichtfinden) von empirischen Beweisen und Schlussfolgerungen. Schließlich müssen andere Wissenschaftler in der Lage sein, die Ergebnisse zu replizieren, wenn das Experiment die Grundlage für ein weithin akzeptiertes Gesetz oder eine weithin akzeptierte Theorie bilden soll.

In diesem Artikel werden wir uns 10 wissenschaftliche Gesetze und Theorien ansehen, die Sie vielleicht auf den neuesten Stand bringen möchten, selbst wenn Sie nicht gerade so häufig ein Rasterelektronenmikroskop betreiben. Wir beginnen mit einem Knall und gehen zu den grundlegenden Gesetzen des Universums über, bevor wir die Evolution erreichen. Zum Schluss beschäftigen wir uns mit etwas mehr Kopfarbeit und beschäftigen uns mit der Quantenphysik.

10. Urknalltheorie

10 Wissenschaftliche Gesetze und Theorien, die Sie wirklich kennen sollten: gesetze

Die Urknalltheorie © 2018 WordsSideKick.com

Wenn Sie eine wissenschaftliche Theorie kennenlernen möchten, machen Sie sie zu der, die erklärt, wie das Universum seinen gegenwärtigen Zustand erreicht hat. Basierend auf Recherchen von Edwin Hubble, Georges Lemaitre und Albert Einstein ua Urknalltheorie postuliert, dass das Universum vor fast 14 Milliarden Jahren mit einem massiven Expansionsereignis begann. Zu dieser Zeit war das Universum auf einen einzigen Punkt beschränkt, der die gesamte Materie des Universums umfasste. Diese ursprüngliche Bewegung setzt sich heute fort, da sich das Universum nach außen ausdehnt.

Die Theorie des Urknalls fand nach der Entdeckung von Arno Penzias und Robert Wilson breite Zustimmung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung 1965. Mit Hilfe von Radioteleskopen entdeckten die beiden Astronomen kosmisches Rauschen oder Statik, das sich im Laufe der Zeit nicht auflöste. In Zusammenarbeit mit dem Princeton-Forscher Robert Dicke bestätigte das Paar die Hypothese von Dicke, dass der ursprüngliche Urknall eine im ganzen Universum nachweisbare Strahlung mit niedrigem Pegel hinterließ.

9. Hubbles Gesetz der kosmischen Expansion

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Hubble und sein berühmtes Gesetz halfen dabei, die Bewegung der Galaxien des Universums zu quantifizieren. © 2018 WordsSideKick.com

Bleiben wir für eine Sekunde bei Edwin Hubble. Während die zwanziger Jahre vorbeizogen und die Weltwirtschaftskrise vorbeizog, führte Hubble bahnbrechende astronomische Forschungen durch. Hubble bewies nicht nur, dass es außer der Milchstraße noch andere Galaxien gab, er entdeckte auch, dass diese Galaxien sich von unseren eigenen entfernten, eine Bewegung, die er nannte Rezession.

Um die Geschwindigkeit dieser galaktischen Bewegung zu quantifizieren, schlug Hubble vor Hubbles Gesetz der kosmischen Expansion, alias Hubbles Gesetz, eine Gleichung, die besagt: Geschwindigkeit = H × Entfernung. Geschwindigkeit stellt die Rezessionsgeschwindigkeit der Galaxie dar; H ist die Hubble-Konstante oder ein Parameter, der die Rate angibt, mit der sich das Universum ausdehnt; und Entfernung ist die Entfernung der Galaxie von derjenigen, mit der sie verglichen wird.

Die Hubble-Konstante wurde im Laufe der Zeit mit unterschiedlichen Werten berechnet, aber der derzeit akzeptierte Wert beträgt 70 Kilometer / Sekunde pro Megaparsec, wobei letzteres eine Entfernungseinheit im intergalaktischen Raum ist [Quelle: Weiß]. Für unsere Zwecke ist das nicht so wichtig. Am wichtigsten ist, dass das Hubble-Gesetz eine präzise Methode zur Messung der Geschwindigkeit einer Galaxie im Verhältnis zu unserer eigenen bietet. Und am allerwichtigsten ist das Gesetz, dass das Universum aus vielen Galaxien besteht, deren Bewegungen auf den Urknall zurückgehen.

8. Keplers Gesetze der Planetenbewegung

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Keplers Gesetz der Bereiche © 2018 WordsSideKick.com

Seit Jahrhunderten kämpften Wissenschaftler miteinander und mit religiösen Führern um die Umlaufbahnen der Planeten, insbesondere darüber, ob sie unsere Sonne umkreisten. Im 16. Jahrhundert stellte Kopernikus sein umstrittenes Konzept eines heliozentrischen Sonnensystems vor, bei dem sich die Planeten um die Sonne drehten - nicht um die Erde. Aber Johannes Kepler musste auf den Arbeiten von Tyco Brahe und anderen aufbauen, um eine klare wissenschaftliche Grundlage für die Bewegungen der Planeten zu schaffen.

Kepler drei Gesetze der Planetenbewegung - im frühen 17. Jahrhundert gegründet - beschreiben, wie Planeten die Sonne umkreisen. Das erste Gesetz, manchmal auch genannt Gesetz der Umlaufbahnengibt an, dass Planeten die Sonne elliptisch umkreisen. Das zweite Gesetz, das Gesetz der Gebietegibt an, dass eine Linie, die einen Planeten mit der Sonne verbindet, über gleiche Zeiträume eine gleiche Fläche abdeckt.Mit anderen Worten, wenn Sie die Fläche messen, die durch Ziehen einer Linie von der Erde zur Sonne und Nachverfolgung der Erdbewegungen über 30 Tage erzeugt wird, ist die Fläche gleich, egal wo sich die Erde in ihrer Umlaufbahn befindet, wenn die Messungen beginnen.

Der dritte, der Gesetz der Zeitenermöglicht es uns, eine klare Beziehung zwischen der Umlaufzeit eines Planeten und seiner Entfernung von der Sonne herzustellen. Dank dieses Gesetzes wissen wir, dass ein Planet, der sich relativ nahe an der Sonne befindet, wie die Venus, eine weit kürzere Umlaufzeit hat als ein entfernter Planet wie der Neptun.

7. Universelles Gravitationsgesetz

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Dank des Newtonschen Universalgesetzes können wir die Schwerkraft zwischen zwei beliebigen Objekten ermitteln. © 2018 WordsSideKick.com

Wir mögen es jetzt als selbstverständlich ansehen, aber vor mehr als 300 Jahren schlug Sir Isaac Newton eine revolutionäre Idee vor: Zwei beliebige Objekte üben, unabhängig von ihrer Masse, Gravitationskraft aufeinander aus. Dieses Gesetz wird durch eine Gleichung dargestellt, der viele Gymnasiasten im Physikunterricht begegnen. Es geht wie folgt:

F = G × [(m1m2) / r2]

F ist die Gravitationskraft zwischen den beiden Objekten, gemessen in Newton. M1 und m2 sind die Massen der beiden Objekte, während r ist der Abstand zwischen ihnen. G ist die Gravitationskonstante, eine Zahl, die derzeit als 6.672 × 10 berechnet wird-11 N m2 kg-2 [Quelle: Weisstein].

Der Vorteil des universellen Gravitationsgesetzes besteht darin, dass wir die Gravitationskraft zwischen zwei beliebigen Objekten berechnen können. Diese Fähigkeit ist besonders nützlich, wenn Wissenschaftler beispielsweise planen, einen Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen oder den Mondverlauf aufzuzeichnen.

6. Newtons Bewegungsgesetze

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Newtons zweites Bewegungsgesetz © 2018 WordsSideKick.com

Solange wir über einen der größten Wissenschaftler sprechen, der je gelebt hat, gehen wir zu den anderen berühmten Gesetzen von Newton über. Seine drei Bewegungsgesetze bilden einen wesentlichen Bestandteil der modernen Physik. Und wie viele wissenschaftliche Gesetze sind sie in ihrer Einfachheit ziemlich elegant.

Das erste der drei Gesetze besagt, dass ein sich bewegendes Objekt in Bewegung bleibt, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft angegriffen. Bei einem Ball, der über den Boden rollt, könnte diese äußere Kraft die Reibung zwischen dem Ball und dem Boden sein, oder es könnte das Kleinkind sein, das den Ball in eine andere Richtung schlägt.

Das zweite Gesetz stellt eine Verbindung zwischen der Masse eines Objekts her (m) und seine Beschleunigung (ein) in Form der Gleichung F = m × ein. F steht für die Kraft, gemessen in Newton. Es ist auch ein Vektor, dh es hat eine Richtungskomponente. Aufgrund seiner Beschleunigung hat der über den Boden rollende Ball eine besondere Bedeutung Vektor, eine Richtung, in die es fährt, und es wird bei der Berechnung seiner Kraft berücksichtigt.

Das dritte Gesetz ist ziemlich kernig und sollte Ihnen bekannt sein: Für jede Aktion gibt es eine gleichwertige und entgegengesetzte Reaktion. Das heißt, für jede Kraft, die auf ein Objekt oder eine Fläche ausgeübt wird, drückt das Objekt mit gleicher Kraft zurück.

5. Gesetze der Thermodynamik

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Die Gesetze der Thermodynamik in Aktion © 2018 WordsSideKick.com

Der britische Physiker und Schriftsteller C.P. Snow sagte einmal, ein Nichtwissenschaftler, der den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik nicht kenne, sei wie ein Wissenschaftler, der Shakespeare nie gelesen habe (Quelle: Lambert). Snow 'jetzt berühmtes Statement sollte sowohl die Bedeutung der Thermodynamik als auch die Notwendigkeit hervorheben, dass Nichtwissenschaftler etwas darüber erfahren.

Thermodynamik ist die Studie darüber, wie Energie in einem System funktioniert, sei es ein Motor oder der Kern der Erde. Es kann auf einige grundlegende Gesetze reduziert werden, die Snow geschickt wie folgt zusammenfasst [Quelle: Physics Planet]:

  • Du kannst nicht gewinnen.
  • Sie können nicht einmal brechen.
  • Sie können das Spiel nicht beenden.

Lass uns diese ein bisschen auspacken. Mit der Aussage, dass Sie nicht gewinnen können, bedeutete Snow, dass Materie und Energie erhalten bleiben und Sie keine bekommen können, ohne etwas von der anderen aufzugeben (d. H. E = mc²). Das bedeutet auch, dass für einen Motor Arbeit geleistet werden muss, obwohl in einem anderen als einem perfekt geschlossenen System unweigerlich Wärme an die Außenwelt verloren geht, was dann zum zweiten Gesetz führt.

Die zweite Aussage - Sie können es gar nicht umreißen - bedeutet, dass Sie aufgrund der ständig zunehmenden Entropie nicht in den gleichen Energiezustand zurückkehren können. Energie, die an einem Ort konzentriert ist, fließt immer zu Orten mit geringerer Konzentration.

Schließlich bezieht sich das dritte Gesetz - Sie können das Spiel nicht beenden - auf den absoluten Nullpunkt, die niedrigste theoretische Temperatur, gemessen bei null Kelvin oder (minus 273,15 Grad Celsius und minus 459,67 Grad Fahrenheit). Wenn ein System den absoluten Nullpunkt erreicht, stoppen die Moleküle alle Bewegungen, was bedeutet, dass keine kinetische Energie vorhanden ist, und die Entropie erreicht ihren niedrigsten möglichen Wert. Aber in der realen Welt, selbst in den Nischen des Weltalls, ist es unmöglich, absolut Null zu erreichen - man kann nur sehr nahe kommen.

4. Das Auftriebsprinzip von Archimedes

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Der Auftrieb hält alles von Gummienten bis hin zu Hochseeschiffen aufrecht. © 2018 WordsSideKick.com

Nachdem er sein Auftriebsprinzip entdeckt hatte, rief der alte griechische Gelehrte Archimedes angeblich "Eureka!" und lief nackt durch die Stadt Syrakus. Die Entdeckung war so wichtig. Die Geschichte besagt, dass Archimedes seinen großen Durchbruch vollbrachte, als er bemerkte, dass das Wasser aufstieg, als er in die Wanne stieg [Quelle: Quake].

Gemäß Das Auftriebsprinzip von Archimedesist die Kraft, die auf ein untergetauchtes oder teilweise untergetauchtes Objekt einwirkt oder diesen Auftrieb gibt, gleich dem Gewicht der Flüssigkeit, die das Objekt verdrängt. Diese Art von Prinzip hat ein immenses Anwendungsspektrum und ist für die Berechnung der Dichte sowie für die Konstruktion von U-Booten und anderen Hochseeschiffen unerlässlich.

3. Evolution und natürliche Auslese

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Ein hypothetisches (und vereinfachtes) Beispiel dafür, wie sich die natürliche Auslese unter Fröschen auswirkt. © 2018 WordsSideKick.com

Nachdem wir nun einige grundlegende Konzepte dafür entwickelt haben, wie unser Universum begann und wie sich die Physik in unserem täglichen Leben entwickelt, lenken wir unsere Aufmerksamkeit auf die menschliche Form und wie wir so werden, wie wir sind. Den meisten Wissenschaftlern zufolge hat alles Leben auf der Erde einen gemeinsamen Vorfahren. Um jedoch den immensen Unterschied zwischen allen lebenden Organismen hervorzurufen, mussten sich bestimmte Organismen zu unterschiedlichen Arten entwickeln.

Grundsätzlich erfolgte diese Differenzierung durch Evolution, durch Abstieg mit Modifikation [Quelle: UCMP]. Organismenpopulationen entwickelten unterschiedliche Merkmale durch Mechanismen wie Mutationen. Diejenigen, die überlebenswichtigere Eigenschaften hatten, wie ein Frosch, dessen braune Färbung es ermöglicht, ihn in einem Sumpf zu tarnen, wurden auf natürliche Weise zum Überleben ausgewählt; daher der Begriff natürliche Selektion.

Es ist möglich, beide Theorien ausführlicher zu erläutern, aber dies ist die grundlegende und bahnbrechende Entdeckung, die Darwin im 19. Jahrhundert gemacht hat: Diese Evolution durch natürliche Auslese erklärt die enorme Vielfalt des Lebens auf der Erde.

2. Allgemeine Relativitätstheorie

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Einsteins allgemeine Relativitätstheorie veränderte unser Verständnis des Universums. © 2018 WordsSideKick.com

Albert Einstein Allgemeine Relativitätstheorie bleibt eine wichtige und essentielle Entdeckung, weil sie den Blick auf das Universum dauerhaft verändert hat. Einsteins größter Durchbruch bestand darin zu sagen, dass Raum und Zeit nicht absolut sind und dass die Schwerkraft nicht einfach eine Kraft ist, die auf ein Objekt oder eine Masse ausgeübt wird. Vielmehr krümmt die Schwerkraft jeder Masse den Raum und die Zeit (oft auch als Raumzeit bezeichnet).

Stellen Sie sich vor, Sie reisen geradeaus über die Erde in Richtung Osten und beginnen irgendwo in der nördlichen Hemisphäre. Wenn nach einer Weile jemand Ihre Position auf einer Karte bestimmen sollte, befinden Sie sich tatsächlich östlich und weit südlich Ihrer ursprünglichen Position. Das liegt daran, dass die Erde gekrümmt ist. Um direkt nach Osten zu reisen, muss man die Form der Erde berücksichtigen und sich leicht nach Norden neigen. (Denken Sie über den Unterschied zwischen einer flachen Papierkarte und einer Kugelkugel nach.)

Der Raum ist ziemlich gleich. Für die Insassen des Shuttles, die die Erde umkreisen, kann es zum Beispiel so aussehen, als würden sie auf einer geraden Linie durch das Weltall reisen. In Wirklichkeit wird die Raumzeit um sie herum durch die Schwerkraft der Erde gekrümmt (wie dies bei jedem großen Objekt mit immenser Schwerkraft wie einem Planeten oder einem Schwarzen Loch der Fall wäre), was dazu führt, dass sich beide vorwärts bewegen und die Erde umkreisen.

Einsteins Theorie hatte enorme Auswirkungen auf die Zukunft der Astrophysik und der Kosmologie. Es erklärte eine geringfügige, unerwartete Anomalie in der Umlaufbahn von Mercury, zeigte, wie sich das Sternenlicht biegt und die theoretischen Grundlagen für Schwarze Löcher legt.

1. Das Prinzip der Unschärfe von Heisenberg

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Ist es ein Teilchen, eine Welle oder beides? © 2018 WordsSideKick.com

Einsteins breitere Relativitätstheorie verriet uns mehr über die Funktionsweise des Universums und trug dazu bei, die Grundlagen für die Quantenphysik zu schaffen, brachte aber auch mehr Verwirrung in die theoretische Wissenschaft. 1927 führte dieses Gefühl, dass die Gesetze des Universums in einigen Kontexten flexibel waren, zu einer bahnbrechenden Entdeckung des deutschen Wissenschaftlers Werner Heisenberg.

In der Postulierung seines UnschärferelationHeisenberg erkannte, dass es unmöglich war, zwei Eigenschaften eines Partikels gleichzeitig mit hoher Genauigkeit zu kennen. Mit anderen Worten, Sie können die Position eines Elektrons mit einem hohen Maß an Sicherheit kennen, aber nicht seinen Impuls und umgekehrt.

Niels Bohr machte später eine Entdeckung, die das Prinzip von Heisenberg erklärt. Bohr fand heraus, dass ein Elektron sowohl die Eigenschaften eines Partikels als auch einer Welle besitzt Wellenpartikel-Dualität, die zu einem Eckpfeiler der Quantenphysik geworden ist. Wenn wir also die Position eines Elektrons messen, behandeln wir es als Partikel an einem bestimmten Punkt im Raum mit einer unsicheren Wellenlänge. Wenn wir seinen Impuls messen, behandeln wir ihn als Welle, das heißt, wir können die Amplitude seiner Wellenlänge kennen, nicht aber den Ort.

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Letzte redaktionelle Aktualisierung am 12. September 2018 14:11:02 Uhr.

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