مروری بر مهم‌ترین دستاوردهای علمی بشر در قرون اخیر به مناسبت روز جهانی علم
ده‌گانه دانایی
فرض کنید ارسطو، ابن‌سینا، گالیله، ابوریحان، پاستور و دیگر دانشمندان کلاسیک تاریخ علم در قبل از انقلاب علمی به مناسبت امروز که 20 آبان/ دهم نوامبر و روز جهانی علم است فرصت پیدا می‌کردند به اندازه یک روز در دنیای ما در سال 2020 میلادی زندگی کنند. بدون شک آنها مایل بودند در این مهلت 24ساعته از مهم‌ترین کشفیات و نظریه‌های علمی زمانه ما مطلع شوند و مثلا از ما می‌پرسیدند 10 یافته و کشف مهمی را که فکر می‌کنیم شناخت امروز ما را از عالم زیر و رو کرده‌است، برایشان شرح بدهیم. در این صورت چه پاسخی می‌دادید؟! به نظر شما اطلاع از کدام نظریه‌ها و یافته‌های علمی قرون اخیر برای بزرگ‌ترین دانشمندان تاریخ جذاب‌تر است؟ راستش را بگویم، خیلی به پاسخ این سوال فکر کرده‌ام. نه برای نگارش این نوشتار که پیش از این هم در خلوت خودم بارها به پاسخ این سوال فکر کرده‌ام. انتخاب 10 مورد برای تنظیم چنین فهرستی بسیار سخت است. این‌که چقدر فرآیند علم و شناخت امروز ما از عالم و پدیده‌های طبیعی با 2000سال یا حتی 500سال پیش متفاوت شده، به‌راستی حیرت‌آور است. با این حال چاره‌ای نیست و نباید فرصت را از دست بدهیم. اگر قرار باشد فقط 10 یافته برجسته علمی زمانه‌مان را برای بزرگ‌ترین دانشمندان تاریخ علم شرح بدهم، سراغ فهرست زیر خواهم رفت. خیلی دوست داشتم مرزهای علم تا آن حد پیش رفته بود که بتوانیم «کشف نخستین نشانه از حیات در سیاره‌ای به‌جز زمین» یا «کشف درمان قطعی بیماری سرطان» را در این فهرست بگنجانیم. شما هم فکر کنید.. حتما موارد زیادی است که می‌توانست در این فهرست ده‌تایی قرار بگیرد. اینها انتخاب ما در گروه دانش روزنامه جام‌جم است.
نظریه مهبانگ
در طول تاریخ یکی از پرسش‌های بزرگ بشر این بوده که جهان ما چطور شکل گرفته‌است؟ امروزه کیهان‌شناسان با بررسی شواهد فیزیکی و محاسبات پیچیده ریاضی می‌گویند اگر در زمان به عقب برگردیم، به نقطه‌ای در گذشته می‌رسیم که در آن قوانین فیزیکی شناخته‌شده برای ما در زمین دیگر کارایی نخواهدداشت. آنها این نقطه را تکینگی نامیده‌اند. طبق این نظریه، عالم از نقطه‌ای بسیار چگال و متراکم پس از انفجاری بسیار بسیار بسیار عظیم که آن را مهبانگ (BigBang) می‌خوانیم زاده شد و با گذشت زمان انبساط یافت. توجه کنید مهبانگ انفجاری در فضا نبوده، بلکه انفجار خود فضا بوده‌است. بر اساس تازه‌ترین محاسبات، 13میلیارد و 800میلیون سال پیش این رویداد رخ داده‌است. محاسبات و مدل‌سازی‌ها نشان می‌دهد پس از انبساط اولیه، عالم به اندازه کافی سرد شد و امکان پیدایش ذرات زیراتمی و سپس اتم‌های ساده نظیر هیدروژن به وجود آمد. بعدها از به‌هم‌پیوستن ابرهای عظیم عناصر اولیه بر اثر نیروی گرانش، زمینه شکل‌گیری ستاره‌ها و کهکشان‌ها فراهم شد.
کیهان‌شناسی مدرن
توصیفی که دانشمندان کلاسیک نظیر بطلمیوس و ابن سینا و... از سازوکار عالم داشتند این بود که زمین در مرکز عالم قرار دارد و ماه و خورشید و سیاره‌ها هر کدام در فلکی به دور زمین در گردش هستند. ستاره‌ها نیز به سطح داخلی فلکی در دوردست چسبیده‌اند و آن فلک نیز به دور زمین در گردش است. این نوع شناخت از عالم را امروزه «مدل زمین مرکزی» می‌نامیم. بعدها مشاهدات و رصدهای نجومی نشان داد این مدل برای توصیف سازوکار گردش سیاره‌ها کارایی ندارد و قادر به پاسخ نسبت به بسیاری از ابهامات در رصدهای نجومی نیست. این گونه شد که متناسب با مشاهدات و محاسبات، نیکلاس کوپرنیک، مدل خورشید مرکزی را برای توصیف سازوکار عالم پیشنهاد داد. با این حال مطالعات تکمیلی‌تر نیز نشان داد خورشید هم در مرکز عالم نیست. امروزه کیهان‌شناسان می‌گویند خورشید ستاره‌ای کاملا معمولی بوده و یکی از حدود 200میلیارد ستاره کهکشان راه شیری است. کهکشان راه شیری نیز یکی از میلیون‌ها میلیون کهکشانی است که در عالم قابل مشاهده وجود دارد. نمی‌دانید چقدر دوست دارم بدانم اگر ابوریحان بیرونی این توصیف از عالم را می‌شنید چه می‌گفت و چه احساسی داشت!
نظریه تکامل
این نظریه را شاید بتوان متحول‌کننده‌ترین و نبوغ‌آمیزترین نظریه زیست‌شناسی در دوران مدرن دانست؛ فرگشت یا تکامل در زیست‌شناسی به‌معنی دگرگونی در یک یا چند ویژگی ظاهری و وراثت است که طی زمان در جمعیت موجودات زنده رخ می‌دهد. طبق این نظریه همه موجودات زنده با وجود تنوعی که دارند، از نیاکانی مشترک پدیدار شده‌اند. این نظریه قادر به توضیح فرآیند گونه‌زایی است؛ فرآیندی که در شباهت‌های ساختاری، جنینی و ژنتیک جانداران، پراکندگی جغرافیایی گونه‌های مرتبط با هم و ثبت سنگواره‌ای تغییرات قابل مشاهده‌است. نیای مشترک جانداران امروزی تا بیش از 5/3میلیارد سال پیش؛ یعنی از زمان پیدایش حیات روی زمین، قدمت دارد. مطالعه علمی در این حوزه از نیمه قرن نوزدهم آغاز شد، اما سازوکارهای پیش‌برنده تکامل نامشخص باقی‌مانده‌بودند تا این‌که چارلز داروین و آلفرد راسل والاس در سال 1237شمسی/ ۱۸۵۸میلادی نظریه انتخاب طبیعی را به‌طور مستقل مطرح کردند. در اوایل قرن بیستم، آرای تکاملی داروین با ژنتیک و دیرین‌شناسی تلفیق و با توجه به تعدد شواهد تجربی در پشتیبانی از آن به پارادایم حاکم بر زیست‌شناسی امروز تبدیل شد. هرچند در سطح غیرمتخصصان در بسیاری از جوامع بدفهمی‌های متنوعی نسبت به چیستی و ماهیت آن به وجود آمده‌است.
رمزگشایی از ساختار دی‌ان‌ای
توصیف سازوکار حفظ اطلاعات وراثتی در سلول‌های موجودات زنده و چگونگی انتقال آن به نسل‌های بعدی در قالب ساختار دو رشته‌ای دی‌ان‌ای را می‌توان از مهم‌ترین دستاوردهای زیست‌شناسی در یک قرن اخیر دانست. ساختار دو رشته‌ای مولکول دی‌ان‌ای از چهار نوع نوکلئوتید آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین تشکیل شده‌است که به صورت جفت‌های مشخصی با هم پیوند هیدروژنی برقرار می‌کنند و پله‌های نردبان دورشته‌ای دی‌ان‌ای را می‌سازند. واتسون و کریک دو دانشمندی بودند که در ادامه مطالعات دیگر زیست‌شناسان هم‌عصر خود توانستند مدل دو رشته‌ای دی‌ان‌ای را سال 1332شمسی/ 1953میلادی ارائه کنند که جایزه نوبل سال 1962 میلادی را برای آنها به ارمغان آورد. شالوده‌های دانش ژنتیک امروز و دستاوردهای خیره‌کننده آن در کشاورزی و پزشکی مدیون همین رمزگشایی از ساختار دی‌ان‌ای است.
نظریه زمین‌ساخت صفحه‌ای
این نظریه بنیادی در زمین‌شناسی بر اساس «نظریه رانش قاره‌ای» آلفرد وگنر در اوایل قرن بیستم، پس از ارائه شواهد و توضیح چگونگی جابه‌جاشدن صفحه‌های قاره‌ای از سوی بسیاری از زمین شناسان پذیرفته شد. وگنر حاصل مطالعات خود را روی فسیل‌های یافت شده در لبه‌های قاره‌ها و با توجه به شکل قاره‌ها که همچون پازلی می‌توانند کنار هم قرار بگیرند سال 1294/ 1915 در قالب فرضیه اشتقاق قاره‌ها شرح داد. او می‌گفت حدود ۲۰۰ میلیون سال پیش قاره‌ای عظیم
نظریه اتمی جدید
این‌که کوچک‌مقیاس‌ترین اجزای تشکیل دهنده هر ماده چیست، از مهم‌ترین مباحث دانشمندان و فلاسفه در قرون متمادی بوده‌است. آن قدر که واژه اتم از واژه یونانی atomos به معنی تقسیم‌ناپذیر گرفته شده‌است. با آن‌که ارسطو معتقد بود ماده به صورت بی‌نهایت قابلیت تقسیم‌شدن به ذرات ریزتر را دارد، نظریه اتمی جدید امروزه سنگ بنای شیمی جدید محسوب می‌شود. این نظریه ریشه در مطالعات جان دالتون در اوایل قرن نوزدهم دارد که نظریه خود را بر قانون بقای جرم و قانون نسبت‌های معین استوار کرد. یک اتم کوچک‌ترین ذره یک عنصر است که با اتم‌های سایر عناصر می‌تواند ترکیب شود و ترکیبات شیمیایی متنوعی را ایجاد کند. خود اتم از ذرات ریزتری به نام ذرات بنیادی شامل الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده‌است.
قانون گرانش عمومی نیوتن
خدا می‌داند اگر خیام و افلاطون و خواجه نصیر و گالیله و... امروز زنده می‌شدند و می‌فهمیدند نیوتن در قرن هفدهم چگونه توانست علت سقوط‌نکردن ماه از آسمان بر زمین را توضیح دهد، چه حالی داشتند.
قانون گرانش عمومی نیوتن معادله‌ای است که 333 سال پیش نخستین بار، ایزاک نیوتن آن را برای توصیف نیروی گرانش در کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» ارائه کرد. بر این اساس اگر در سطح سیاره‌ای پرتابه‌ای با سرعت زیاد از بالا به صورت افقی پرتاب شود، بر اثر گرانش، مسیری منحنی را خواهد پیمود. اگر سرعت این پرتابه به‌اندازه کافی باشد، می‌تواند مسیری دایره‌مانند را بپیماید و در مدار آن سیاره قرار گیرد. چنان‌که ماه یا ماهواره‌ها بر این اساس می‌توانند به گرد زمین بچرخند.
الکساندر پوپ، شاعر انگلیسی در ستایش عظمت کار نیوتن در دنیای علم جمله‌ای سروده‌است که بر سنگ مزار نیوتن حک شده‌است: «طبیعت و قوانین طبیعت در تاریکی نهان بود. خدا گفت بگذار تا نیوتن بیاید... و همه روشن شد.»
نظریه کوانتومی
نظریه نسبیت
نظریه نسبیت شامل دو نظریه بنیادی و مشهور «نسبیت خاص» و «نسبیت عام» آلبرت اینشتین است. بنیان اصلی این نظریه آن است که زمان و فضا با هم مرتبط هستند، نه جدا از هم و ثابت. نسبیت خاص نگره‌ای روی ساختار فضازمان است و به ویژگی‌های ماده، رفتار گرانش و توصیف رویدادهای فیزیکی در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور می‌پردازد. نسبیت عام، نظریه‌ای هندسی برای گرانش است که شکل نهایی‌اش در ۱۹۱۶ ارائه شد و تصویر کنونی فیزیک جدید از گرانش را می‌سازد. نسبیت عام، نظریه نسبیت خاص و قانون گرانش عمومی نیوتن را تعمیم می‌دهد و توصیفی یکتا از گرانش به عنوان یک ویژگی هندسی فضا و زمان یا فضازمان ارائه می‌کند. شالوده مدل‌های کنونی کیهان‌شناسان از جهان در حال انبساط بر پایه نسبیت عام بنا شده‌است. عجیب آن‌که ردیابی نشانه‌ای از امواج گرانشی که از نتایج پیش‌بینی شده در این نظریه است درست در صدسالگی ارائه نظریه نسبیت عام در فوریه 2016 به دست آمد.
نظریه سلولی
دانشمندان کلاسیک و در رأس آنها ارسطو به این نتیجه رسیده‌بودند که جانوران و گیاهان با همه شباهت‌ها و تفاوت‌ها و پیچیدگی‌های ساختاری‌شان از یک سری اجزای تکرارشده ساخته شده‌اند. با این حال هرگز نتوانستند آن اجزا را ببینند. با اختراع عدسی‌های بزرگ در قرن هفدهم، رابرت هوک توانست برش‌های چوب پنبه‌ای ساختمان سلولی را کشف کند. سپس آنتونی فان لیوونهوک با میکروسکوپ ساده خود موجودات تک‌سلولی را در آب راکد دید. بعدها شلایدن و شوان در اوایل قرن نوزدهم از مشاهدات‌شان نتیجه گرفتند همه موجودات زنده از واحدهای ساختمانی به اسم سلول ساخته شده‌اند و به این ترتیب نظریه سلولی ارائه کردند. امروزه می‌دانیم این قاعده اما و اگرهایی دارد، اما به هر حال
شالوده زیست‌شناسی مدرن را تشکیل می‌دهد. در چند دهه اخیر مشاهده سلول‌ها با میکروسکوپ الکترونی، اطلاعات حیرت‌انگیزی از مکانیسم حیات در سلول‌ها در اختیار دانشمندان قرار داده‌است. اطلاع از همین سازوکارهای سلولی بر شیوه مقابله با بیماری‌ها و تولید داروهای مختلف اثر ژرفی داشته و پزشکی را متحول کرده‌است.
در طول تاریخ یکی از پرسش‌های بزرگ بشر این بوده که جهان ما چطور شکل گرفته‌است؟ امروزه کیهان‌شناسان با بررسی شواهد فیزیکی و محاسبات پیچیده ریاضی می‌گویند اگر در زمان به عقب برگردیم، به نقطه‌ای در گذشته می‌رسیم که در آن قوانین فیزیکی شناخته‌شده برای ما در زمین دیگر کارایی نخواهدداشت. آنها این نقطه را تکینگی نامیده‌اند. طبق این نظریه، عالم از نقطه‌ای بسیار چگال و متراکم پس از انفجاری بسیار بسیار بسیار عظیم که آن را مهبانگ (BigBang) می‌خوانیم زاده شد و با گذشت زمان انبساط یافت. توجه کنید مهبانگ انفجاری در فضا نبوده، بلکه انفجار خود فضا بوده‌است. بر اساس تازه‌ترین محاسبات، 13میلیارد و 800میلیون سال پیش این رویداد رخ داده‌است. محاسبات و مدل‌سازی‌ها نشان می‌دهد پس از انبساط اولیه، عالم به اندازه کافی سرد شد و امکان پیدایش ذرات زیراتمی و سپس اتم‌های ساده نظیر هیدروژن به وجود آمد. بعدها از به‌هم‌پیوستن ابرهای عظیم عناصر اولیه بر اثر نیروی گرانش، زمینه شکل‌گیری ستاره‌ها و کهکشان‌ها فراهم شد.
کیهان‌شناسی مدرن
توصیفی که دانشمندان کلاسیک نظیر بطلمیوس و ابن سینا و... از سازوکار عالم داشتند این بود که زمین در مرکز عالم قرار دارد و ماه و خورشید و سیاره‌ها هر کدام در فلکی به دور زمین در گردش هستند. ستاره‌ها نیز به سطح داخلی فلکی در دوردست چسبیده‌اند و آن فلک نیز به دور زمین در گردش است. این نوع شناخت از عالم را امروزه «مدل زمین مرکزی» می‌نامیم. بعدها مشاهدات و رصدهای نجومی نشان داد این مدل برای توصیف سازوکار گردش سیاره‌ها کارایی ندارد و قادر به پاسخ نسبت به بسیاری از ابهامات در رصدهای نجومی نیست. این گونه شد که متناسب با مشاهدات و محاسبات، نیکلاس کوپرنیک، مدل خورشید مرکزی را برای توصیف سازوکار عالم پیشنهاد داد. با این حال مطالعات تکمیلی‌تر نیز نشان داد خورشید هم در مرکز عالم نیست. امروزه کیهان‌شناسان می‌گویند خورشید ستاره‌ای کاملا معمولی بوده و یکی از حدود 200میلیارد ستاره کهکشان راه شیری است. کهکشان راه شیری نیز یکی از میلیون‌ها میلیون کهکشانی است که در عالم قابل مشاهده وجود دارد. نمی‌دانید چقدر دوست دارم بدانم اگر ابوریحان بیرونی این توصیف از عالم را می‌شنید چه می‌گفت و چه احساسی داشت!
نظریه تکامل
این نظریه را شاید بتوان متحول‌کننده‌ترین و نبوغ‌آمیزترین نظریه زیست‌شناسی در دوران مدرن دانست؛ فرگشت یا تکامل در زیست‌شناسی به‌معنی دگرگونی در یک یا چند ویژگی ظاهری و وراثت است که طی زمان در جمعیت موجودات زنده رخ می‌دهد. طبق این نظریه همه موجودات زنده با وجود تنوعی که دارند، از نیاکانی مشترک پدیدار شده‌اند. این نظریه قادر به توضیح فرآیند گونه‌زایی است؛ فرآیندی که در شباهت‌های ساختاری، جنینی و ژنتیک جانداران، پراکندگی جغرافیایی گونه‌های مرتبط با هم و ثبت سنگواره‌ای تغییرات قابل مشاهده‌است. نیای مشترک جانداران امروزی تا بیش از 5/3میلیارد سال پیش؛ یعنی از زمان پیدایش حیات روی زمین، قدمت دارد. مطالعه علمی در این حوزه از نیمه قرن نوزدهم آغاز شد، اما سازوکارهای پیش‌برنده تکامل نامشخص باقی‌مانده‌بودند تا این‌که چارلز داروین و آلفرد راسل والاس در سال 1237شمسی/ ۱۸۵۸میلادی نظریه انتخاب طبیعی را به‌طور مستقل مطرح کردند. در اوایل قرن بیستم، آرای تکاملی داروین با ژنتیک و دیرین‌شناسی تلفیق و با توجه به تعدد شواهد تجربی در پشتیبانی از آن به پارادایم حاکم بر زیست‌شناسی امروز تبدیل شد. هرچند در سطح غیرمتخصصان در بسیاری از جوامع بدفهمی‌های متنوعی نسبت به چیستی و ماهیت آن به وجود آمده‌است.
رمزگشایی از ساختار دی‌ان‌ای
توصیف سازوکار حفظ اطلاعات وراثتی در سلول‌های موجودات زنده و چگونگی انتقال آن به نسل‌های بعدی در قالب ساختار دو رشته‌ای دی‌ان‌ای را می‌توان از مهم‌ترین دستاوردهای زیست‌شناسی در یک قرن اخیر دانست. ساختار دو رشته‌ای مولکول دی‌ان‌ای از چهار نوع نوکلئوتید آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین تشکیل شده‌است که به صورت جفت‌های مشخصی با هم پیوند هیدروژنی برقرار می‌کنند و پله‌های نردبان دورشته‌ای دی‌ان‌ای را می‌سازند. واتسون و کریک دو دانشمندی بودند که در ادامه مطالعات دیگر زیست‌شناسان هم‌عصر خود توانستند مدل دو رشته‌ای دی‌ان‌ای را سال 1332شمسی/ 1953میلادی ارائه کنند که جایزه نوبل سال 1962 میلادی را برای آنها به ارمغان آورد. شالوده‌های دانش ژنتیک امروز و دستاوردهای خیره‌کننده آن در کشاورزی و پزشکی مدیون همین رمزگشایی از ساختار دی‌ان‌ای است.
نظریه زمین‌ساخت صفحه‌ای
این نظریه بنیادی در زمین‌شناسی بر اساس «نظریه رانش قاره‌ای» آلفرد وگنر در اوایل قرن بیستم، پس از ارائه شواهد و توضیح چگونگی جابه‌جاشدن صفحه‌های قاره‌ای از سوی بسیاری از زمین شناسان پذیرفته شد. وگنر حاصل مطالعات خود را روی فسیل‌های یافت شده در لبه‌های قاره‌ها و با توجه به شکل قاره‌ها که همچون پازلی می‌توانند کنار هم قرار بگیرند سال 1294/ 1915 در قالب فرضیه اشتقاق قاره‌ها شرح داد. او می‌گفت حدود ۲۰۰ میلیون سال پیش قاره‌ای عظیم
به نام پانگه‌آ (به معنای همه خشکی‌ها) وجود داشته‌است که بعدها کم‌کم قطعه قطعه شده و سرانجام قاره‌های امروزی از آن به وجود آمده‌است. بعدها زمین‌شناس اسکاتلندی به نام هولمز توانست شرح دهد چگونه جریان همرفتی درون جبه زمین می‌تواند موجب حرکت صفحه‌ها شود و به این ترتیب از اواسط قرن بیستم نظریه معتبری شد. زمین‌شناسان می‌گویند سنگ‌کره زمین از هفت صفحه اصلی و 9 صفحه فرعی که در امتداد هم می‌لغزند تشکیل شده‌است. مطمئنم این از آن دست یافته‌های علمی است که دانستن‌اش دود از کله دانشمندان کلاسیک بلند می‌کند!
نظریه اتمی جدید
این‌که کوچک‌مقیاس‌ترین اجزای تشکیل دهنده هر ماده چیست، از مهم‌ترین مباحث دانشمندان و فلاسفه در قرون متمادی بوده‌است. آن قدر که واژه اتم از واژه یونانی atomos به معنی تقسیم‌ناپذیر گرفته شده‌است. با آن‌که ارسطو معتقد بود ماده به صورت بی‌نهایت قابلیت تقسیم‌شدن به ذرات ریزتر را دارد، نظریه اتمی جدید امروزه سنگ بنای شیمی جدید محسوب می‌شود. این نظریه ریشه در مطالعات جان دالتون در اوایل قرن نوزدهم دارد که نظریه خود را بر قانون بقای جرم و قانون نسبت‌های معین استوار کرد. یک اتم کوچک‌ترین ذره یک عنصر است که با اتم‌های سایر عناصر می‌تواند ترکیب شود و ترکیبات شیمیایی متنوعی را ایجاد کند. خود اتم از ذرات ریزتری به نام ذرات بنیادی شامل الکترون، پروتون و نوترون تشکیل شده‌است.
قانون گرانش عمومی نیوتن
خدا می‌داند اگر خیام و افلاطون و خواجه نصیر و گالیله و... امروز زنده می‌شدند و می‌فهمیدند نیوتن در قرن هفدهم چگونه توانست علت سقوط‌نکردن ماه از آسمان بر زمین را توضیح دهد، چه حالی داشتند.
قانون گرانش عمومی نیوتن معادله‌ای است که 333 سال پیش نخستین بار، ایزاک نیوتن آن را برای توصیف نیروی گرانش در کتاب «اصول ریاضی فلسفه طبیعی» ارائه کرد. بر این اساس اگر در سطح سیاره‌ای پرتابه‌ای با سرعت زیاد از بالا به صورت افقی پرتاب شود، بر اثر گرانش، مسیری منحنی را خواهد پیمود. اگر سرعت این پرتابه به‌اندازه کافی باشد، می‌تواند مسیری دایره‌مانند را بپیماید و در مدار آن سیاره قرار گیرد. چنان‌که ماه یا ماهواره‌ها بر این اساس می‌توانند به گرد زمین بچرخند.
الکساندر پوپ، شاعر انگلیسی در ستایش عظمت کار نیوتن در دنیای علم جمله‌ای سروده‌است که بر سنگ مزار نیوتن حک شده‌است: «طبیعت و قوانین طبیعت در تاریکی نهان بود. خدا گفت بگذار تا نیوتن بیاید... و همه روشن شد.»
نظریه کوانتومی
نظریه کوانتومی که با نام‌های فیزیک کوانتومی یا مکانیک کوانتومی هم از آن یاد می‌شود، شاخه‌ای بنیادی از فیزیک نظری است که به توضیح پدیده‌های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی می‌پردازد. تفاوت اصلی مکانیک کوانتومی با مکانیک کلاسیک در این است که مکانیک کوانتومی توصیفی سازگار با آزمایش‌ها از ذرات در اندازه‌های اتمی و زیراتمی در اختیار می‌دهد. این در حالی است که تکیه بر قوانین مکانیک کلاسیک در قلمرو میکروسکوپی نتایج صحیحی به دست نمی‌دهد. مکانیک کوانتومی در ابعاد بسیار کوچک با دقت زیادی بسیاری از پدیده‌ها را توصیف می‌کند. مکانیک کوانتومی به همراه نسبیت پایه‌های فیزیک نوین را تشکیل می‌دهند. مکانیک کوانتومی در نیمه اول قرن بیستم به کوشش هایزنبرگ، ماکس پلانک، اینشتین، لویی دو بروی، نیلز بور، شرودینگر، ماکس برن، نویمان، دیراک، پاولی، فاینمن و دیگران پایه‌ریزی شد. در مورد دستاوردهای این نظریه و توسعه مکانیک کوانتومی به طور خلاصه می‌توان گفت در حوزه تولید ابزارهای دیجیتال، ترانزیستورها و بسیاری از لوازم همچون گوشی هوشمند که این روزها لحظه‌ای از ما جدا نمی‌شود کاربرد داشته و دنیای ما را زیر و رو کرده‌است.
نظریه نسبیت
نظریه نسبیت شامل دو نظریه بنیادی و مشهور «نسبیت خاص» و «نسبیت عام» آلبرت اینشتین است. بنیان اصلی این نظریه آن است که زمان و فضا با هم مرتبط هستند، نه جدا از هم و ثابت. نسبیت خاص نگره‌ای روی ساختار فضازمان است و به ویژگی‌های ماده، رفتار گرانش و توصیف رویدادهای فیزیکی در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور می‌پردازد. نسبیت عام، نظریه‌ای هندسی برای گرانش است که شکل نهایی‌اش در ۱۹۱۶ ارائه شد و تصویر کنونی فیزیک جدید از گرانش را می‌سازد. نسبیت عام، نظریه نسبیت خاص و قانون گرانش عمومی نیوتن را تعمیم می‌دهد و توصیفی یکتا از گرانش به عنوان یک ویژگی هندسی فضا و زمان یا فضازمان ارائه می‌کند. شالوده مدل‌های کنونی کیهان‌شناسان از جهان در حال انبساط بر پایه نسبیت عام بنا شده‌است. عجیب آن‌که ردیابی نشانه‌ای از امواج گرانشی که از نتایج پیش‌بینی شده در این نظریه است درست در صدسالگی ارائه نظریه نسبیت عام در فوریه 2016 به دست آمد.
نظریه سلولی
دانشمندان کلاسیک و در رأس آنها ارسطو به این نتیجه رسیده‌بودند که جانوران و گیاهان با همه شباهت‌ها و تفاوت‌ها و پیچیدگی‌های ساختاری‌شان از یک سری اجزای تکرارشده ساخته شده‌اند. با این حال هرگز نتوانستند آن اجزا را ببینند. با اختراع عدسی‌های بزرگ در قرن هفدهم، رابرت هوک توانست برش‌های چوب پنبه‌ای ساختمان سلولی را کشف کند. سپس آنتونی فان لیوونهوک با میکروسکوپ ساده خود موجودات تک‌سلولی را در آب راکد دید. بعدها شلایدن و شوان در اوایل قرن نوزدهم از مشاهدات‌شان نتیجه گرفتند همه موجودات زنده از واحدهای ساختمانی به اسم سلول ساخته شده‌اند و به این ترتیب نظریه سلولی ارائه کردند. امروزه می‌دانیم این قاعده اما و اگرهایی دارد، اما به هر حال
شالوده زیست‌شناسی مدرن را تشکیل می‌دهد. در چند دهه اخیر مشاهده سلول‌ها با میکروسکوپ الکترونی، اطلاعات حیرت‌انگیزی از مکانیسم حیات در سلول‌ها در اختیار دانشمندان قرار داده‌است. اطلاع از همین سازوکارهای سلولی بر شیوه مقابله با بیماری‌ها و تولید داروهای مختلف اثر ژرفی داشته و پزشکی را متحول کرده‌است.
