Sains & Teknologi

5 Teori Ilmiah Penting yang Telah Mengubah Dunia

Sejak awal peradaban, pemikiran ilmiah dan teori-teori ilmiah berkembang secara konstan. Kemajuan ilmiah telah membawa umat manusia jauh, membuka kemajuan masyarakat kita. Kita tidak dapat mengabaikan kontribusi ilmu pengetahuan dan penelitian untuk kenyamanan hidup kita. Sains telah membawa kita untuk dapat membaca artikel ini melalui komputer, ponsel, atau tablet. Terima kasih sains untuk itu!

Semua kemajuan ilmu pengetahuan dimulai dengan teori ilmiah . Teori ilmiah ini telah diuji berulang kali menggunakan eksperimen, sesuai dengan metode ilmiah . Ada banyak teori ilmiah yang berkontribusi besar terhadap kemajuan kita dan membantu kita memahami dunia di sekitar kita. Sulit mengatakan mana yang paling penting. Dalam artikel ini, dijelaskan lima teori ilmiah yang diyakini sebagai bagian dari teori ilmiah penting di dunia, bersama dengan uraian singkat dan mengapa itu penting.

1. Teori kuantum

Fisika Kuantum.

Teori kuantum dikembangkan untuk mengimbangi kekurangan teori klasik dalam fisika. Teori klasik tidak dapat menjelaskan dengan baik beberapa bagian dari kenyataan. Sebagai contoh, fisika klasik Newton gagal jika diterapkan pada objek yang bergerak sangat cepat; di bawah kondisi gravitasi yang kuat, atau pada tingkat sistem yang sangat kecil (seperti atom). Teori kuantum menjelaskan bagaimana partikel materi yang sangat kecil (elektron, proton, neutron, dll) berperilaku. Ini adalah teori yang paling menjelaskan perilaku komponen ini. Selain itu, teori kuantum memungkinkan materi untuk dianggap sebagai bentuk energi, seperti halnya untuk cahaya, yang dilihat baik sebagai partikel (foton) dan energi (gelombang cahaya).

Pengembangan

Teori kuantum pertama dikembangkan oleh Max Plank pada tahun 1900. Dia membangun ide dari para ilmuwan sebelumnya, termasuk Ludwing Boltzman yang mengatakan pada 1877 bahwa tingkat energi sistem fisik, seperti molekul, bisa terpisah. Teori Plank menyatakan bahwa energi dikuantifikasi (terbuat dari “paket” energi yang kecil). Kemudian, teori kuantum diterapkan pada elektron oleh dua ilmuwan lain Stefan Procopiu dan Niels Bohr. Pada tahun 1905, Albert Einstein datang dengan beberapa perkembangan kritis terhadap teori kuantum dan menerbitkan hipotesis kuantum-cahaya. Faktanya, Einstein adalah salah satu tokoh terpenting dalam sejarah fisika kuantum, meskipun ia tidak menerima sebagian besar temuan kuantumnya sendiri, menganggap mereka terlalu “seram”. Pada tahun 1926, fisikawan Erwin Schrödinger merumuskan persamaan gelombang, mengembangkan lebih lanjut mekanika kuantum.
Schrödinger dikenal dengan Eksperimen kucing Schrödinger . Kemudian pada abad ke -20, teori kuantum berkembang dan mulai diterapkan di berbagai bidang ilmiah, dari kimia ke biologi.

Penerapan teori kuantum

Ilmu pengetahuan di balik teori kuantum memiliki banyak aplikasi praktis. Jam atom, jam paling presisi di dunia, mengukur waktu menggunakan prinsip-prinsip fisika kuantum. Alih-alih mengukur osilasi objek fisik (seperti pendulum atau kristal kuarsa), seperti jam tangan biasa, mereka mengukur frekuensi radiasi yang membuat elektron beralih di antara tingkat energi.

Prinsip kuantum juga digunakan dalam mengenkripsi pesan. Ini dicapai dengan foton yang dipolarisasi secara acak untuk menyimpan pesan. Jenis kode ini hampir tidak dapat dipecahkan kecuali seseorang memiliki kunci kuantum yang tepat yang digunakan untuk enkripsi awal. Aplikasi lain dari teori kuantum termasuk pengembangan komputer kuantum dan mikroskop resolusi tinggi berdasarkan keterikatan foton.

2. Sel Punca (stem cells)

Stem Cells atau sel punca (sel induk) dalam penyimpanan
Kredit : www.medicalnewstoday.com

Hampir setiap minggu terobosan baru penelitian melibatkan sel punca atau sel-sel induk dan bagaimana itu menjanjikan untuk merevolusi pengobatan. Sel punca berguna untuk regenerasi bagian tubuh, penyembuhan penyakit yang tidak dapat disembuhkan dan bahkan menunda penuaan. Tapi, apa sel-sel batang yang terkenal ini? Dan apa yang bisa mereka tawarkan kepada kita?

Sel punca adalah sel-sel muda (remaja) yang memiliki kemampuan luar biasa: mereka dapat berubah menjadi semua jenis sel dari organisme hidup! Secara teoritis, mereka adalah sumber permanen dari sel-sel baru yang dapat menggantikan jaringan yang rusak atau tua untuk menjaga tubuh tetap sehat dan fungsional. Sel induk dianggap sebagai keajaiban medis, dengan aplikasi yang berpotensi tidak terbatas dalam kesehatan, kedokteran, dan penelitian.

Penemuan dan sejarah sel punca (stem cells)

Sejarah stem cells bukanlah sejarah yang sangat panjang. Pada 1981, Sir Martin Evens dari Universitas Cardiff adalah yang pertama menemukan sel induk embrionik pada tikus, dan ia memenangkan Hadiah Nobel pada 2007. Pada 5 Juli 1996, di Roslin Institute di Edinburgh, Dolly lahir. Dolly si domba, mamalia pertama yang pernah dikloning dari sel dewasa! Dia sangat memajukan bidang sel punca. Teknik yang digunakan untuk mengkloning Dolly kemudian diterapkan oleh para ilmuwan untuk menghasilkan sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi (sel iPS). Ini adalah sel punca yang diperoleh dari sel kulit dewasa (bukan embrio). Penemuan ini dianugerahi hadiah Nobel lain pada tahun 2012. Mereka memiliki kemampuan yang sama untuk berdiferensiasi menjadi jenis sel apa pun, tetapi, mereka aman secara etis karena tidak perlu lagi mengekstrak sel induk dari embrio. Penggunaan medis pertama sel punca terjadi pada 2010 ketika seseorang dengan cedera tulang belakang menerima terapi sel punca embrionik . Dua tahun kemudian, sel induk digunakan untuk mengobati kebutaan. Kemajuan lebih lanjut terjadi pada 2013-2014 dengan kloning terapeutik yang sukses (menciptakan sel-sel induk yang secara genetik cocok dengan orang-orang tertentu) dan pada 2014 dengan awal uji klinis manusia.

Aplikasi sel punca

Aplikasi sel punca yang paling jelas adalah regenerasi jaringan. Setiap sel dalam tubuh berasal dari sel punca. Secara teori, instruksi yang benar diberikan kepada sel punca dapat menghasilkan tipe sel baru untuk meregenerasi jaringan yang rusak atau sakit.

Sel punca dapat digunakan untuk menyembuhkan penyakit tertentu secara spesifik. Sebagai contoh, mereka dapat digunakan untuk meregenerasi jaringan otak yang dipengaruhi oleh gangguan neurodegeneratif seperti penyakit Parkinson dan Alzheimer. Mereka dapat menggantikan jenis sel yang kurang dalam tubuh, seperti misalnya, sel-sel penghasil insulin yang hilang akibat diabetes. Pada 2013, sekelompok ilmuwan melaporkan pembuatan pembuluh darah baru dari sel punca pada tikus, sehingga membuka gerbang untuk aplikasi penyakit kardiovaskular. Menyembuhkan penyakit dengan sel punca masih dalam tahap penelitian untuk saat ini, jadi kita masih perlu menunggu sedikit sebelum pendekatan ini menjadi praktik umum.

Salah satu kegunaan praktis sel punca yang paling penting adalah regenerasi jaringan. Para ilmuwan secara rutin menggunakannya untuk memahami bagaimana suatu organisme terbentuk selama perkembangan, bagaimana menyembuhkan kanker, atau bagaimana sifat-sifat genetik diturunkan. Selain itu, para peneliti terus-menerus berusaha menemukan metode baru untuk mengontrol transformasi sel punca menjadi jaringan yang diinginkan, dengan aplikasi klinis langsung yang potensial.

Dalam praktiknya, sel punca saat ini sudah digunakan untuk mengobati kondisi medis seperti leukemia atau penyakit jantung. Namun, masih ada jalan panjang yang harus dilalui hingga sains dapat sepenuhnya mengendalikan diferensiasi sel punca. Ketika saat itu tiba, aplikasi tidak akan terbatas.

Video ini menjelaskan konsep sel induk:

3. Teori evolusi

Finch Darwin atau Finch Galapagos. Darwin, 1845. Jurnal penelitian tentang sejarah alam dan geologi dari negara-negara yang dikunjungi selama perjalanan H.M.S. Beagle berkeliling dunia, di bawah Komando Kapten Fitz Roy, R.N. Edisi 2d. 1. (kategori) Geospiza magnirostris 2. (kategori) Geospiza fortis 3. Geospiza parvula, sekarang (kategori) Camarhynchus parvulus 4. (kategori) Certhidea olivacea . Sumber: https://en.wikipedia.org

Pada tanggal 27 Desember 1831, ketika dia memulai berlayar di kapal HMS Beagle, Charles Darwin tidak menyadari bahwa perjalanan ini akan mengguncang dunia ilmiah dan selamanya mengubah hidupnya. Itu adalah awal dari perjalanan ilmiah yang intens yang akhirnya mengarah pada teori evolusi alami spesies . Konsep evolusi pertama kali dirumuskan oleh Darwin dalam bukunya “On the origin of species”. Hampir pada saat yang sama, ahli biologi lain, Alfred Russel Wallace, mengembangkan teori seleksi alam yang serupa dan kontribusinya terhadap konsep ini sekarang diterima secara luas.

Teori ilmiah evolusi karena seleksi alam menyatakan bahwa perubahan yang memengaruhi organisme dalam perjalanan waktu didorong oleh modifikasi dalam sifat fisik dan perilaku yang dapat diturunkan dari satu generasi ke generasi lainnya. Ciri-ciri yang diwariskan yang memungkinkan suatu organisme untuk lebih beradaptasi dengan lingkungan yang sering dinamis akan membantu spesies tersebut bertahan hidup. Selain itu, mereka akan menyebar lebih cepat karena organisme ini akan bereproduksi lebih efisien. Meskipun beberapa mungkin memohon berbeda, evolusi spesies adalah salah satu teori yang paling didukung dalam sains dengan bukti dari berbagai disiplin ilmu: genetika, biologi, geologi, paleontologi, dll. 

Sejarah teori evolusi

Teori ini pertama kali dijelaskan oleh Darwin pada tahun 1859, dalam bukunya “On the Origin of Species“, meskipun beberapa gagasan tentang evolusi sudah ada sebelum ini. Ahli zoologi Prancis Jean-Baptiste Lamarck (1744 – 1829) mengusulkan suatu mekanisme untuk evolusi, teori konsisten pertama dari jenis ini. Dia mengantisipasi bahwa lingkungan yang berubah dapat memaksa organisme untuk mengembangkan sifat-sifat baru. Konsep-konsepnya diterima dengan baik sampai teori Darwin muncul. Pada 1858, seorang naturalis Inggris, Alfred Russel Wallace, mengembangkan teori evolusi yang sangat mirip dengan Darwin. Wallace berkorespondensi pada subjek dengan Darwin dan mereka memutuskan untuk mempresentasikan teori mereka pada saat yang sama kepada komunitas ilmiah di London. Tahun berikutnya, “On the Origin of Species”, diterbitkan.  

Awalnya, evolusi melalui seleksi alam adalah ide radikal, dan itu tidak diterima dengan baik oleh semua orang. Pikiran bahwa hewan darat secara bertahap dapat berevolusi menjadi mamalia laut (seperti dalam kasus paus) agak terlalu etis untuk saat itu. Darwin tidak memiliki keahlian dalam genetika, tetapi ia mengamati sebuah pola di dunia kehidupan yang kemudian dikonfirmasi oleh penemuan-penemuan genetika. Dia berspekulasi bahwa sifat-sifat diturunkan dari satu generasi ke generasi lainnya. Proses ini kadang-kadang dapat memperkenalkan fitur fisik atau perilaku baru yang dapat bermanfaat dan dengan demikian dipertahankan. Secara bertahap, proses ini dapat mengarah pada generasi spesies yang sama sekali baru. Kita sekarang tahu bahwa mutasi dapat terjadi secara acak dan bahwa mutasi ini adalah alat evolusi.

Pentingnya dan aplikasi praktis dari teori evolusi

Banyak bidang sains dan biologi bergantung pada teori evolusi. Prinsip-prinsipnya diterapkan secara teratur oleh peternak yang mencoba mendapatkan variasi baru dari tanaman atau hewan. Ini disebut seleksi buatan dan secara luas digunakan dalam pertanian dan untuk seleksi sifat spesifik pada hewan atau organisme lain.

Evolusi diterapkan juga dalam ekologi, biologi konservasi dan epidemiologi. Sebagai contoh, kita tahu sekarang bahwa virus flu berubah setiap tahun melalui mutasi, sesuai dengan mekanisme evolusi yang dijelaskan oleh Darwin. Inilah mengapa kita perlu mendapatkan vaksin flu baru setiap tahun.

Teori ini bahkan diterapkan dalam ilmu komputer. Ini telah digunakan untuk mengembangkan algoritma evolusi dan strategi evolusi yang diterapkan untuk memecahkan masalah yang kompleks, misalnya dalam bidang teknikAlgoritma evolusioner adalah perangkat lunak inovatif yang dapat memecahkan masalah multi-dimensi lebih baik daripada program komputer lainnya.

4. Radioaktivitas

Radiasi. Kredit: https://www.toppr.com/

Kita semua pernah mendengar tentang radiasi, tetapi hanya sedikit yang benar-benar tahu apa itu radiasi. Radiasi ada di sekitar kita dan ia datang dalam berbagai ruangdan bentuk. Itu bisa alami atau buatan. Radiasi alami termasuk radiasi dari matahari, tetapi juga radiasi dari mineral radioaktif di dalam tanah dan bahan kimia bawah tanah. Radiasi buatan diproduksi oleh ponsel, televisi, microwave, dan beberapa sumber lainnya. Beberapa radiasi baik; dan yang lain buruk, jadi mari kita lihat bagaimana kerjanya!


Radiation Infographics: jenis radiasi dan sumber contoh

Penemuan radioaktivitas

Kisah ini dimulai pada 1895 ketika fisikawan Wilhelm Röntgen menemukan sinar-X. Satu tahun kemudian, Henri Becquerel menggunakan mineral fluorescent alami, seperti potassium uranyl sulfate, untuk mempelajari sifat-sifat sinar-X dan ia menemukan radioaktivitas dalam proses tersebut. Namun, kontribusi paling penting datang dari Marie Curie yang, bekerja sama dengan suaminya, dia sangat memperluas pemahaman kita tentang radioaktivitas. Dia adalah wanita pertama yang menerima hadiah Nobel untuk penemuannya. Dia menemukan radium elemen radioaktif pada tahun 1898.

Tapi apa itu radioaktivitas? Ini adalah emisi energi (radiasi) spontan dari inti atom yang “tidak stabil”. Emisi radiasi membantu nukleus bergeser ke keadaan energi yang lebih stabil. Ada beberapa jenis radiasi: alfa, beta, gamma, dll.

Radioaktivitas diukur menggunakan perangkat khusus yang dapat menghitung jumlah atom yang membusuk dari waktu ke waktu. Unit pengukuran disebut curie (Ci), dinamai dari keluarga Curie. Satu Ci setara dengan 37.000.000.000 disintegrasi per detik!

Mengapa radioaktivitas penting?

Memahami radioaktivitas telah memungkinkan kita untuk belajar bagaimana melindungi diri kita dari radiasi dan bagaimana memanfaatkan energi atom dan menggunakannya untuk keuntungan kita.

Ada banyak kegunaan praktis dari radioaktivitas dan radiasi. Elemen radioaktif yang disebut pelacak digunakan dalam kedokteran untuk menilai bagaimana fungsi organ. Mereka umumnya digunakan dalam diagnosis dan investigasi medis, dan juga dalam penelitian biologis. Radiasi sering digunakan untuk mensterilkan instrumen medis dan makanan. Ini bekerja karena mikroorganisme dibunuh oleh radiasi yang kuat. Proses ini telah disempurnakan sedemikian rupa sehingga tidak ada risiko kontaminasi dengan radiasi residu.

Energi radioaktif dapat dikumpulkan dalam reaktor nuklir dan digunakan untuk memberi daya listrik pada masyarakat kita. Pembangkit listrik tenaga nuklir secara teratur menggunakan uranium untuk menghasilkan energi. Ada juga aplikasi industri lainnya dari radioaktivitas: analisis bahan, radiografi industri dan banyak lagi.

Meskipun radiasi dianggap berbahaya, yang memang benar dalam banyak kasus. Namun, beberapa bentuk radiasi baik untuk kita. Sebagai contoh, radiasi ultraviolet (UV), suatu bentuk energi alami yang berasal dari matahari, merangsang produksi vitamin D. Dengan demikian, mengekspos diri dengan sedikit sinar matahari bermanfaat, tetapi ingatlah untuk menggunakan produk tabir surya untuk paparan yang lama. Ketika terlalu banyak radiasi dari matahari mencapai kulit kita, itu menjadi berbahaya.

5. Teori relativitas

Kamu mungkin sudah sangat akrab dengan nama teori ini, meskipun belum memahaminya. Pikirkan tentang ini: waktu terasa cepat berlalu ketika kita bersenang-senang, tetapi waktu berlalu dengan sangat lambat ketika mengalami sesuatu yang tidak menyenangkan. Tentu saja, teori relativitas sedikit lebih rumit dari itu. Sebenarnya, kita harus berbicara tentang dua teori: teori relativitas khusus dan teori relativitas umum. Teori-teori ini meramalkan beberapa fenomena yang sangat aneh, yang bertentangan dengan akal sehat seperti turis luar angkasa yang menua lebih lambat daripada orang-orang tinggal di planet; jam yang mengukur waktu secara berbeda, sebagai fungsi dari kecepatan di mana mereka bepergian; pembelokan cahaya oleh benda besar, dan sebagainya.

Asal usul teori relativitas

Pada tahun 1905, Albert Einstein menerbitkan sebuah makalah yang menyatakan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah sama untuk semua orang, terlepas dari kecepatan perjalanan para pengamat. Selain itu, hukum fisika adalah sama untuk pengamat ini (kecuali jika mereka bergerak cepat). Ini adalah pertama kalinya teori relativitas khusus diperkenalkan. Sebelum Einstein, diyakini bahwa kecepatan cahaya berubah berdasarkan posisi pengamat.

Salah satu tujuan teori ini adalah untuk memecahkan beberapa masalah dalam elektromagnetisme. Namun, itu memiliki implikasi yang mendalam dan aneh untuk ruang dan waktu. Ruang dan waktu tidak dapat dijaga konstan jika kecepatan cahaya absolut. Konsekuensi dari ini adalah bahwa waktu dan ruang harus saling berhubungan, membentuk struktur tunggal, kontinum ruang-waktu. Beberapa konsekuensi muncul dari teori ini. Waktu berlalu lebih lambat ketika pengamat bergerak sangat cepat, sebuah fenomena yang disebut dilatasi waktu. Pada saat yang sama, objek mengurangi ukurannya karena setiap panjang yang diukur dalam lingkungan yang bergerak cepat lebih pendek (kontraksi panjang). Akhirnya, massa benda yang bergerak cepat akan diukur oleh pengamat stasioner sebagai massa yang lebih besar. Ini adalah ide yang akhirnya membawa Einstein ke apa yang sekarang mungkin merupakan persamaan paling terkenal dalam sejarah:E = mc 2 .

Kemudian, pada tahun 1915, Einstein memasukkan percepatan dalam teori sebelumnya dan muncul dengan teori relativitas umum . Salah satu implikasi utama dari teori baru ini adalah bahwa objek yang sangat masif mampu mengubah struktur ruang-waktu. Untuk membayangkan ini, pikirkan tentang permukaan yang lunak dan fleksibel tempat benda berat diletakkan. Permukaan akan dideformasi oleh berat benda.

Bagaimana ruang-waktu membentang? Tonton video singkat ini menjelaskan efek benda-benda besar pada Semesta:

Aplikasi praktis dari teori relativitas

Elektromagnet menggunakan beberapa prinsip teori relativitas. Ini adalah dasar kerja di balik transformator dan generator listrik. Aplikasi lain adalah GPS (Global Positioning System). Untuk memberikan lokasi yang akurat, satelit GPS harus mengoreksi efek relativitas. Satelit bergerak sangat cepat di sekitar Bumi sehingga mereka harus mempertimbangkan relativitas agar sinyal waktu tepat.

Struktur yang sangat besar, seperti gugusan galaksi, dapat menekuk gelombang cahaya karena gaya gravitasi yang sangat besar. Fenomena ini disebut lensa gravitasi dan digunakan oleh para astronom untuk melihat bintang yang sangat jauh. Itu dikonfirmasi secara eksperimental pada tahun 1979. Ini bekerja mirip dengan lensa di kaca pembesar, kecuali gambar tidak fokus dalam satu titik tunggal, tetapi dalam beberapa hal, menciptakan beberapa gambar dari objek yang sama.  

Artikel Terkait:

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *