۱۰ نظریه که علم را زیر و رو کردند

هفته نامه صدا - علی مقامی: اغلب حوزه های علمی در قرون اخیر حداقل با یک نظریه انقلابی رو به رو بوده اند. چنین نوآوری ها، یا گذار پارادایم ها، دانش کهن را در چارچوب جدیدی بازچینی می کند. نظریه های انقلابی زمانی موفق از آب در می آیند که چارچوب جدیدشان مسئله هایی که در رژیم فکری سابق حل ناپذیر بودند را حل کنند. در اینجا ده نظریه انقلابی علمی از دید تام سیگ فراید (Tom Seigfried) به اختصار توضیح داده شده است.

۱۰- نظریه اطلاعات: کلود شانون ۱۹۴۸

این نظریه در واقع انقلابی ترین نظریه نیست، اما نظریه ای مشابه با آن از قبل وجود نداشته است که منجر به این نظریه شود. شانون زیربنای ریاضی را برای پیشرفت های انقلابی در علوم کامپیوتر و ارتباط الکترونیکی فراهم آورد.

در این نظریه، کلود شانون نحوه مدل سازی مسئله ارسال اطلاعات در یک کانال مخابراتی را به صورت پایه ای بررسی کرده، و مدل کاملی برای مدل سازی ریاضی منبع اطلاعات، کانال ارسال اطلاعات و بازیابی آن ارائه کرده است. او مسئله ارسال اطلاعات از یک منبع به یک مقصد را به کمک علم احتمالات بررسی و تحلیل کرد.

دو نتیجه بسیار مهم، معروف به قضیه های شانون، عبارت اند از: اول حداقل میزان نرخی که می توان نرخ فشرده کردن اطلاعات یک منبع تصادفی اطلاعات را به آن محدود کرد برابر با آنتروپی آن منبع است. و دوم حداکثر میزان نرخی که می توان بر یک کانال مخابراتی اطلاعاتی ارسال کرد به نحوی که قادر به آشکارسازی اطلاعات در مقصد، با احتمال خاطی در حد قابل قبول کم، باشیم، مقداری ثابت و وابسته به مشخصات کانال است، که به آن ظرفیت کانال می گوییم. ارسال با نرخی بیشتر از ظرفیت یک کانال روی آن منجر به خطا می شود.

۹- نظریه بازی ها: جان فون نویمن و اسکار مارگنشترن ۱۹۴۴

این نظریه در ابتدا برای علوم اقتصادی توسعه داده شد و شاهد موفقیت های زیادی نیز بود، اما علم اقتصاد را به طور کامل دستخوش انقلاب نکرد، بلکه به صورت گسترده تری در سایر علوم اجتماعی به کار گرفته شد. نظریه انقلابی بازی ها هم اکنون شاخه مهمی از مطالعات انقلابی زیست شناسی است.

نظریه بازی ها را می توان حتی در فعالیت های روزمره مانند فوتبال به کار گرفت. همچنین نظریه ای به نام نظریه کوانتومی بازی ها وجود دارد، که به زودی چیزی را دچار انقلاب خواهدکرد. نش به خاطر فعالیت هایش در زمینه نظریه بازی ها برنده جایزه نوبل شد، و زندگی عجیب او نیز انگیزه اصلی برای نوشتن کتاب ذهن زیبا قرار گرفت. اما انتظار نداشته باشید که با دیدن نسخه فیلم شده این کتاب چیزی از نظریه بازی ها بیاموزید.

نظریه بازی در مطالعه طیف گسترده ای از موضوعات کاربرد دارد. از جمله نحوه تعامل تصمیم گیرندگان در محیط رقابتی به شکلی که نتایج تصمیم هر عامل موثر بر نتایج کسب شده سایر عوامل است. درواقع ساختار اصلی نظریه بازی ها در بیتشر تحلیل ها شامل ماتریسی چندبعدی است که در هر بعد مجموعه ای از گزینه ها قرار گرفته اند که در آرایه های این ماتریس نتایج کسب شده برای عوامل در ازاء ترکیب های مختلف از گزینه های مورد انتظار است.

۸- نظریه اکسیژنی احتراق: آنتوان لاوازیه ۱۷۷۰

اگرچه لاوازیه اکسیژن را کشف نکرد، اما او دریافت که این گاز با ترکیب شدن با مواد دیگر باعث احتراق می شود. لاوازیه به این ترتیب نظریه فلوژیستون را نقض کرد و مسیر جدیدی را برای توسعه شیمی مدرن گشود. لاوازیه به این نتیجه رسید که «مناسب ترین هوا برای تنفس» یکی از مواد بنیانی در ساخت اسیدهاست یعنی مهم ترین قسمت همه اسیدهاست، بعدها معلوم شد که این اعتقاد اشتباه بوده است (وقتی اسیدهای بدون اکسیژن هالوژنه تهیه شدند).

ولی در سال 1779 لاوازیه اندیشید که این خاصیت را در نام گاز کشف شده بگنجاند و از آن پس این عنصر را اکسیژن «oxygen» نامید که از کلمه یونانی «اسیدساز» گرفته شده است.

انگلس نوشته است: «پریستلی و شیل بدون اینکه بدانند دست روی اکسیژن گذاشته اند، آنها را تهیه کردند»... و گرچه لاوازیه همان گونه که بعدها اعتراف کرده است اکسیژن را همزمان و مستقل از آن دو نفر تهیه نکرده بود، با توجه به اینکه آن دو نفر نمی دانستند چه چیزی را تهیه کرده اند، لاوازیه را باید کاشف اکسیژن شناخت.

7- صفحات تکتونیک: آلفرد ویگنر 1912؛ توزو ویلسون 1960

آلفرد ویگنر در سفری به گرینلد در سال های 1913- 1912 ایده خود درباره رانش قاره ای را در اوایل سال 1012 مطرح کرد، مفهومی که بعدها با نظریه صفحات تکتونیک درهم آمیخت. هرچند ویگنر در اوایل سال 1012 رانش قاره ای را کشف کرد اما در سال های 1960 بود که دانشمندان تکه های مختلف این نظریه را کنار هم گذاشتند تا نظریه جامع صفحات تکتونیک را ارائه دهند.

ویلسون، یک ژئوفیزیکدان کانادایی، کلیدی ترین کار را برای ارائه این نظریه انجام داد، در حالی که تعدادی دیگر از محققان نیز نقش های برجسته ای ایفا کردند. تکتونیک صفحه ای (plate tectonics) نظریه ای علمی است که حرکت در مقیاس بزرگ لیتوسفر (قشر زمین و بخش فوقانی جبه زمین) را توصیف می کند.

این نظریه بیان می کند که لیتوسفر از چندین صفحه عظیم تشکیل شده است. این صفحات قاره ها و کف دریاها را می سازند. این صفحات روی یک لایه زیرین چسبناک نیمه جامد به نام آستنوسفر قرار دارند.

این صفحات نسبت به یکدیگر در یکی از سه نوع «مرز صفحه ای» در حرکت هستند. مرزهای همگرا یا تصادمی، مرزهای واگرا یا مراکز انتشار، و مرزهای دگرگونی تدریجی. زلزله ها، فعالیت های آتشفشانی، کوه سازی و ایجاد حفره های اقیانوسی در امتداد مرزهای این صفحات رخ می دهد. سرعت نسبی حرکت این صفحات متفاوت است و از صفر تا 100 میلی متر در سال تغییر می کند.

6- مکانیک آماری: جمعی از دانشمندان، اواخر قرن 19

مکانیک آماری با توصیف گرما براساس رفتار آماری اتم ها و مولکول ها، فرآیندهای ترمودینامیکی را توضیح داده و همچنین شواهد محکمی را برای وجود اتم ها فراهم آورد.

علاوه بر این، مکانیک آماری نقش احتمالات را در علوم فیزیک اثبات کرد. توسعه های جدید مکانیک آماری (که امروزه گاهی فیزیک آماری نیز نامیده می شود) به همه چیز از علم مواد و مغناطیس گرفته تا رفتار ترافیکِ اتومبیل ها اعمال می شود و حتی در نظریه بازی ها نیز کاربرد دارد.

۵- نسبیت خاص: اینیشتین ۱۹۰۵

آلبرت اینیشتین (۱۹۵۵- ۱۸۷۹) فیزیکدان نظری آلمانی است، او بیشتر به خاطر نظریه نسبیت و به ویژه برای هم ارزی جرم و انرژی (E=mc۲) شهرت دارد.

از بعضی جهات، نسبیت، نظریه ای چندان انقلابی نیست، چون دربرگیرنده مقادیر زیادی از مفاهیم فیزیک کلاسیک است. با این حال این نظریه فضا را به زمان و انرژی را به ماده ارتباط می دهد، و ساخت بمب های اتمی را نیز ممکن می سازد و به شما این امکان را می دهد تا عمرتان در سفینه های فضایی آهسته تر سپری شود.

4- نسبیت عام: اینیشتین 1915

نظریه نسبیت عام نسبت به نسبیت خاص نظریه انقلابی تری است، چون قانون گرانش نیوتن را در چارچوب خمش فضا- زمان توضیح می دهد و چشم فیزیکدانان را به کل تارخ جهان در حال انبساط می گشاید. و همچنین برای نویسندگان داستان های علمی- تخیلی سیاهچاله ها را فراهم می آورد.

نظریه، گرانش را به عنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی می کند. در این نظریه فضا- زمان توسط هندسه ریمانی بررسی می شود. خمش فضا- زمان مستقیما با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پاره ای به نام معادلات میدان اینشتین نمایش داده می شوند.

پایه نظری گرانش در کیهان شناسی، این نظریه و تعمیم های آن است. نظریه اینیشتین جنبه های اخترفیزیکی مهمی دارد. مثلا این نظریه وجود سیاهچاله ها را به عنوان وضعیت پایانی ستاره های بزرگ پیش بینی می کند.

۳- نظریه کوانتوم: جمعی از دانشمندان ۱۹۲۶- ۱۹۰۰

دانشمندان خالق نظریه کوانتومی، اروین شرودینگر، ورنر هایزنبرگ، ولفگان پائولی، ماکس پلانک، آلبرت اینیشتین و نیلز بوهر بودند. آلبرت اینیشتین بیشتر با نظریه نسبیت معروف شده است اما جایزه نوبل را نه به خاطر این نظریه بلکه با بسط تئوری کوانتوم و مکانیک آماری در سال ۱۹۲۱ به دلیل کشف قانون اثر فوتوالکتریک دریافت کرد.

نظریه کوانتوم اساس فیزیک کلاسیک را دچار لرزش کرد، مفاهیم متداول درباره ماهیت واقعیت را ویران کرد، کل فلسفه های علت و معلولی را نادیده گرفت و ویژگی های عجیبی درباره طبیعت آشکار کرد که هیچ کس تا آن زمان تصور آن را هم نکرده بود. واقعا باورش سخت است که این نظریه، نظریه شماره ۳ در این فهرست است.

۲- تکامل با گزینش طبیعی: چارلز داروین ۱۸۵۹

داروین نشان داد که پیچیدگی بغرنج حیات و رابطه های بین انواع گونه های زیستی می تواند بدون نیاز به هیچ طراحی، تنها برخاسته و بازمانده از فرآیندهای طبیعی باشد. نظریه او به قدری انقلابی است که هنوز عده ای درباره درستی آن تردید دارند.

چارلز رابرت داروین (۱۸۸۲-۱۸۰۹)، زیست شناس بریتانیایی و خالق نظریه تکامل یا فرگشت است. گزینش طبیعی یا انتخاب طبیعی فرآیندی است که در طی نسل های پیاپی، سبب شیوع آن دسته از صفات ارثی می شود که احتمال زنده ماندن و موفقیت زاد و ولد یک ارگانیسم را در یک جمعیت افزایش می دهند. این فرآیند از مکانیسم های کلیدی فرگشت (تکامل) محسوب می شود.

درون یک جمعیت از موجودات زنده، تنوع ژنتیکی سبب می شود که در زیستگاه کنونی آن جمعیت، بعضی از افراد گروه برای بقا و زاد و ولد احتمال موفقیت بیشتری نسبت به دیگران داشته باشند. به عنوان نمونه می توان بید بال فلفلی را نام برد که در بریتانیا یافت می شود و هر دو رنگ روشن و تیره آن را می توان در طبیعت دید.

در طول انقلاب صنعتی، که بسیاری از درختانی که بیدها روی آنها استراحت می کردند توسط دوده سیاه شدند بیدهای تیره رننگ به دلیل پنهان بودن از دید شکارچیان امتیاز بیشتری برای زنده ماندن و تولید مثل پیدا کردند.

۱- خورشیدمرکزی: کوپرنیک ۱۵۴۳

یکی از باشکوه ترین یافته های علمی که در تصور یوناینان باستان بود و دو هزار سال بعد اثبات شد: زمین به دور خورشید گردش می کند.

این نظریه انقلابی شماره یک است چون اولین نظریه انقلابی بوده. به نظر شما این واژه انقلابی از کجا آمد؟ (این واژه تا قبل از زمانی که کوپرنیک واژه انقلاب ها را عنوان کتاب انقلابی خود انتخاب کند به ندرت مفهوم امروزی را داشت.)

منبع: sciencenews