10 самых громких научных открытий ХХ века
1. Научный XX век начался с революции. Причем устроил ее один-единственный человек - по имени… нет, не Карл Маркс. А Макс Планк. В конце XIX века Планка пригласили на должность профессора Берлинского университета, однако взамен того, дабы в свободное от лекций время играть в бридж или хотя бы в дурака, ученый взялся объяснить неразумному человечеству, как распределяется энергия в спектре абсолютно черного тела. нужно размышлять, с абсолютно белым телом все было к тому времени ясно.
Самое удивительное, что в 1900 году настойчивый Планк вывел-таки формулу, которая очень хорошо описывала поведение энергии в пресловутом спектре упомянутого абсолютно черного тела. Правда, выводы из этой формулы следовали фантастические. Получалось, что энергия излучается не равномерно, как от нее, собственно, и ждали, а кусочками - квантами. сперва Планк и сам усомнился в собственных выводах, но 14 декабря 1900 года все же доложил о них Немецкому физическому обществу. Так, на всякий случай.
Планку не просто поверили на слово. На основе его выводов в 1905 году Альберт Эйнштейнсоздал квантовую теорию фотоэффекта, а вскореНильс Бор построил первую модель атома, состоящую из ядра и электронов, летающих по определенным орбитам. И по всей планете понеслось! Переоценить последствия открытия, которое сделал Макс Планк, практически невозможно. Выбирайте любые слова - гениально, невероятно, обалдеть, вот это да и даже ух ты! - все будет недостаточно.
Планку не просто поверили на слово. На основе его выводов в 1905 году Альберт Эйнштейнсоздал квантовую теорию фотоэффекта, а вскореНильс Бор построил первую модель атома, состоящую из ядра и электронов, летающих по определенным орбитам. И по всей планете понеслось! Переоценить последствия открытия, которое сделал Макс Планк, практически невозможно. Выбирайте любые слова - гениально, невероятно, обалдеть, вот это да и даже ух ты! - все будет недостаточно.
Благодаря Планку развилась атомная энергетика, электроника, генная инженерия, получили мощнейший толчок химия, физика, астрономия. Потому что именно Планк четко определил границу, где кончается ньютоновский макромир (в котором вещество, как известно, меряют килограммами) и начинается микромир, в котором нельзя не учитывать влияния приятель на друга отдельных атомов. А вдобавок благодаря Планку мы знаем, на каких энергетических уровнях живут электроны и насколько им там удобно.
2. Второе десятилетие XX века принесло миру вдобавок одно открытие, которое перевернуло умы практически всех ученых - хотя умы у порядочных ученых и так набекрень. В 1916 году Альберт Эйнштейн завершил работу над общей теорией относительности(ОТО). благовременно, ее вдобавок называют теорией гравитации. сообразно этой теории, гравитация - это не результат взаимодействия тел и полей в пространстве, а следствие искривления четырехмерного пространства времени. Как только он это доказал, все стало около голубым и зеленым. В смысле - все поняли сущность вещей и обрадовались.
Большинство парадоксальных и противоречащих “здравому смыслу” эффектов, которые возникают при околосветовых скоростях, предсказаны именно ОТО. Самый ведомый - эффект замедления времени, при котором движущиеся относительно наблюдателя часы идут для него медленнее, чем безошибочно такие же часы у него на руке. При этом длина движущегося объекта вдоль оси движения сжимается. ныне общая теория относительности применяется уже ко всем системам отсчета (а не только к движущимся с постоянной скоростью приятель относительно друга).
Однако сложность вычислений привела к тому, что на работу потребовалось 11 лет. Первое подтверждение теория получила, когда с ее помощью удалось описать достаточно кривую орбиту Меркурия - и все от облегчения перевели дух. после ОТО объяснила искривление лучей от звезд при прохождении их около с Солнцем, красное смещение наблюдаемых в телескопы звезд и галактик. Но самым важным подтверждением ОТО стали черные дыры. Расчеты показали, что если Солнце сжать до радиуса трех метров, мощь его притяжения станет такой, что свет не сможет покинуть звезду. И в последние годы ученые нашли целые горы таких звезд!
3. Когда Бор и Резерфорд в 1911 году предположили, что атом устроен по образу и подобию Солнечной системы, физики возликовали. На основе планетарной модели, дополненной представлениями Планка и Эйнштейна о природе света, удалось рассчитать спектр атома водорода. Трудности начались, когда приступили к следующему элементу -гелию. Все расчеты показывали результат, прямо супротивный экспериментам. К началу 1920-х теория Бора померкла. молоденький немецкий физик Гейзенберг вычеркнул из теории Бора все предположения, оставив лишь то, что можно было измерить при помощи напольных весов.
В конце концов он установил, что скорость и местонахождение электронов нельзя измерить одновременно. Соотношение получило наименование “принцип неопределенности Гейзенберга”, а электроны приобрели репутацию ветреных красоток. Которые ныне в кондитерской,а завтра - блондинки. Однако на этом странности с элементарными частицами не закончились. К двадцатым годам физики уже притерпелись к тому, что свет может проявлять свойства волны и частицы, каким бы это ни казалось парадоксальным. А в 1923 году француз де Бройль предположил, что свойства волны могут проявлять и “обычные” частицы наглядно показав волновые свойства электрона.
Эксперименты де Бройля подтвердились мгновенно в нескольких странах. В 1926 году, соединив математическое описание волны и аналог уравнений Максвелла для света, австрийский физикШредингер описал материальные волны де Бройля. А коллега Кембриджского университета Дирак вывел общую теорию, частными случаями которой стали теории Шредингера и Гейзенберга. Хотя в двадцатые годы о многих элементарных частицах, известных теперь любому школьнику, физики даже не подозревали, их теория квантовой механики прекрасно описывает движение в микромире. И за последние 90 лет ее основы не претерпели изменений.
Квантовая механика теперь применяется во всех естественных науках, когда они выходят на атомарный уровень - от медицины и биологии до химии и минералогии, а также во всех инженерных науках. С ее помощью, в частности, рассчитаны молекулярные орбитали (а что - исключительно полезная в хозяйстве вещь). Следствием стало изобретение, положим, лазеров, транзисторов, сверхпроводимости, а заодно и компьютеров. А вдобавок разработана физика твердого тела, благодаря которой: а) каждый год появляются все новые материалы, б) возникла возможность четко видать структуру вещества. вдобавок бы приладить физику твердого тела к сексуальной жизни - и тогда каждый мужчина будет с благодарностью отчитывать фамилию Гейзенберг.
4. Тридцатые годы смело можно нарекать радиоактивными. Во всех смыслах этого слова. Правда, вдобавок в 1920 году Эрнест Резерфорд на заседании Британской ассоциации содействия развитию наук высказал достаточно странную (по тем, конечно, временам) гипотезу. В попытке объяснить, почему позитивно заряженные протоны не убегают в панике приятель от друга, он заявил: помимо позитивно заряженных частиц в ядре атома кушать и некие нейтральные частицы, равные по массе протону. По аналогии с протонами и электронами он предложил нарекать их нейтронами. Ассоциация поморщилась и предпочла пренебрегать экстравагантную выходку Резерфорда. И только через десять лет, в 1930 году, немцыБоте и Беккер приметили, что при облучении бериллия или бора альфа-частицами возникает необычное излучение. В отличие от альфа-частиц неведомые штуковины, вылетающие из реактора, обладали намного большей проникающей способностью. И вообще параметры у этих частиц были другие.
Через два года, 18 января 1932 года, Ирен и Фредерик Жолио-Кюри, предаваясь милым супружеским забавам, направили излучение Боте-Беккера на более тяжелые атомы. И выяснили, что под воздействием лучей Боте-Беккера те становятся радиоактивными. Так былаоткрыта искусственная радиоактивность. А 27 февраля того же года Джеймс Чедвик проверил попытка Жолио-Кюри. И не просто подтвердил, а выяснил, что виноваты в выбивании ядер из атомов новые, незаряженные частицы с массой чуть больше, чем у протона. Именно их нейтральность позволяла беззапретно вламываться в ядро и дестабилизировать его. Так Чедвик окончательнооткрыл нейтрон.
Открытие это принесло человечеству много тягот и перемен. К концу 1930-х годов физики доказали, что под воздействием нейтронов ядра атомов делятся. И что при этом выделяется вдобавок больше нейтронов. Это привело, с одной стороны, к бомбардировке Хиросимы и Нагасаки, к десятилетиям холодной войны, с иной, к развитию атомной энергетики, а с третьей - к широкому использованию радиоизотопов в самых разнообразных несекретных научных сферах.
5. Развитие квантовой теории не просто позволило ученым разуметь, что происходит внутри вещества. Следующим шагом сталапоползновение повлиять на эти процессы. К чему это привело в случае с нейтроном, описано выше. А 16 декабря 1947 года сотрудники американской компании АТ&Т Веll Laboratories Джон Бардин, Уолтер Браттейн иУильям Шокли научились при помощи малых токов заведовать большими токами, протекающими через полупроводники (Нобелевская премия 1966 года). Так былизобретен транзистор - инструмент, состоящий из двух p-n переходов, направленных навстречу приятель другу. Ток по такому переходу может идти только в одном направлении.
А если на переходе поменять полярность, то ток перестает течь. Два же перехода, направленные приятель к другу, дали просто уникальные возможности для игр с электричеством. Транзистор стал основой для развития всех наук, включая ветеринарию. Он вышиб из электроники лампы, чем резко сократил вес и объем всей аппаратуры (и количество пыли в наших домах). Открыл дорогу для появления логических микросхем, что привело в итоге к появлению в 1971 году микропроцессора и созданию современных компьютеров. Да что там компьютеры - теперь в мире нет ни одного прибора, ни одного автомобиля, ни одной квартиры, в которых не используются транзисторы.
6. Немец Карл Вольдемар Циглер был химиком. Не, реально, это безумно увлекательная история. Значит, был этот самый Карл Вольдемар немцем и химиком. И находился под большим впечатлением от реакции Гриньяра, в которой ученые сильно упростили синтез органических веществ. И наш Карл пытался понять: а можно ли сделать то же самое с другими металлами? благовременно, вопрос был не праздный, ведь работал Циглер в Кайзеровском институте по изучению угля. А поскольку побочный продукт угольной индустрии - этилен, его утилизация стала проблемой. В 1952 году он изучал распад одного из реагентов - литийалкила на гидрид лития и олефин. И получил ПНД - полиэтилен низкого давления. Но полностью заполимеризовать этилен не получалось.
Через пару месяцев в лаборатории Циглера произошел казус. По окончании реакции из колбы вдруг выпал не полимер, а димер (соединение двух молекул этилена) - альфа-бутен. Оказалось, что нерадивый студент просто плохо отмыл реактор от солей никеля. И хотя эти самые соли остались на стенках в микроскопических количествах, этого хватило, дабы напрочь зарубить основную реакцию. Но вот что любопытно - анализ смеси показал, что соли никеля во время реакции не изменились.
То кушать они выступили катализатором димеризации. Этот умозаключение сулил огромные прибыли - ведь сначала для получения полиэтилена приходилось прибавлять к этилену намного больше алюмоорганики. вновь же, проблем синтезу добавляли и высокое давление, и большая температура. Плюнув на алюминий, Циглер начал перебирать переходные металлы в поисках идеального катализатора. И нашел в 1953 году мгновенно несколько. Самыми мощными оказались комплексы на основе хлоридов титана. Циглер рассказал о своем открытии в итальянской компании “Монтекатини”, и там его катализаторы использовали на другом мономере - пропилене. Побочный продукт переработки нефти, пропилен стоил в десять раз дешевле этилена, да и давал возможность поиграть со структурой полимера. Игры привели к маленький модификации катализатора, из-за чего Натта получил стереорегулярный полипропилен. В нем все молекулы пропилена располагались одинаково.
Катализаторы Циглера-Наттадали химикам ничем не сравнимый контроль над полимеризацией. С их помощью, предположим, химики создали искусственный аналог каучука. Металлоорганические катализаторы, которые сделали большинство синтезов проще и дешевле, используются практически на всех химических заводах мира. Но главное место по-прежнему занимает полимеризация этилена и пропилена. Сам Циглер, несмотря на промышленное применение его работы, ввек считал себя ученым-теоретиком. А студента, который плохо вымыл реактор, понизили в статусе до лабораторной мыши.
7. 12 апреля 1961 года в 9 часов 7 минут утра произошло событие, которое, без сомнения, всколыхнуло полный мир. Со словами “Поехали!” со “второй площадки” отправился в космос первый человек. разумеется, это была не первая ракета, облетевшая около Земли, - первый искусственный спутник стартовал 4 октября 1957 года. Но именно Юрий Гагарин стал реальным воплощением мечты человечества о звездах. Запуск человека в космос дословно катализировал научно-техническую революцию. Было установлено, что в невесомости могут спокойно жить не только бактерии, растения и Белка со Стрелкой, но и человек. А главное, выяснилось, что пространство промеж планетами преодолимо.
Человек уже побывал на Луне. теперь готовится экспедиция к Марсу. Аппараты всевозможных космических агентств дословно наводнили Солнечную систему. Они крутятся около Юпитера, Сатурна, бродят по поясу Койпера, катаются по марсианским пустыням. А число спутников около Земли перевалило за несколько тысяч. Это и метеорологические приборы, и научные (в том числе знаменитые орбитальные телескопы), и коммерческие спутники связи. Благодаря последним, благовременно, можно спокойно позвонить в любую точку мира. Сидя в Москве, поболтать в чате с людьми из Сиднея, Кейптауна и Нью-Йорка. Пробежаться по нескольким тысячам телевизионных каналов со всего света. Или отправить письмо по электронной почте в Антарктиду - тем более, все равно никто не ответит.
8. 26 июля 1978 года в семье Лесли и Гилберта Браунов родилась дочь Луиза. Наблюдавшие за кесаревым сечением гинеколог Патрик Стэптоу и эмбриолог Боб Эдвардс чуть не лопались от гордости, ведь это они сделали то, ради чего полный мир занимается сексом - зачали Луизу. М-м-м… не надобно размышлять о неприличном. На самом деле ничего порнографического не произошло. Просто мадам Лесли Браун, мамаша Луизы, страдала от непроходимости маточных труб и, как и многие миллионы женщин на Земле, не могла зачать сама. Пыталась она, благовременно, больше девяти лет - но увы. Все входило, но ничего не выходило. дабы решить проблему, Стэптоу и Эдвардc сделали мгновенно несколько научных открытий. Они придумали, как извлечь из женщины яйцеклетку, не повредив ее, как создать этой самой яйцеклетке условия для нормальной жизни в пробирке, как надо ее оплодотворять и в какой момент возвращать назад. снова же, не повредив. И родители, и ученые вскоре убедились, что девочка совершенно нормальна. Вскоре у нее таким же способом появилась сестра, а к 2007 году благодаря методике экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) по всему миру родились примерно два миллиона детей. Которых бы никогда не было, если бы не опыты Стэптоу и Эдвардса.
Да вообще теперь жутко сказать, что творится. Взрослые дамы сами рожают себе внучек, если их дочери неспособны выносить чадо, а жены рожают от погибших мужей. Многочисленные опыты подтвердили, что “дети из пробирки” ничем не отличаются от зачатых естественным путем, так что с каждым годом методика ЭКО завоевывает все большую репутация. Гм. Хотя по старинке все-таки намного приятнее.
9. В 1985 году Роберт Керл, Гарольд Крото, Ричард Смолли и Хит О’Брайен изучали масс-спектры паров графита, которые образовывались под воздействием лазера на твердый образчик. И обнаружили странные пики, которые соответствовали атомным массам 720 и 840 единиц. Вскоре стало понятно, что ученые открыли новую вариация углерода, которая получила наименование“фуллерен” - по имени инженера Р. Бакминстера Фуллера, чьи конструкции очень походили на открытые молекулы.
Первая углеродная вариация известна под названием “футболен”, а вторая - “регбен”, поскольку они вправду похожи на мячи для футбола и регби. теперь фуллерены из-за своих уникальных физических свойств активно используются в самых разных приборах. Однако главное не это - на основе методики 1985 года ученые придумали, как сделать углеродные нанотрубки, скрученные и сшитые слои графита. На данный момент известны нанотрубки диаметром 5-7 нанометров и длиной до 1 см (!). Несмотря на то что сделаны они только из углерода, такие нанотрубки проявляют самые различные физические свойства - от металлических до полупроводниковых.
На их основе разрабатываются новые материалы для оптоволоконной связи, светодиоды и дисплеи. Нанотрубки используются как капсулы для доставки в нужное место организма биологически активных веществ, а также как нанопипетки. На их основе разработаны сверхчувствительные датчики химических веществ, что уже применяются для мониторинга окружающей среды, в военных, медицинских и биотехнологических целях. Из них делают транзисторы, нанопровода, топливные элементы. Самая последняя новость в сфере нанотрубок - искусственные мышцы.
Работа ученых из Ренселлеровского политехнического института, опубликованная в июле 2007 года, показала, что можно создать пучок нанотрубок, который ведет себя как мышечная ткань. Он обладает такой же проводимостью электрического тока, как мышцы, и не изнашивается со временем - искусственная мышца выдержала 500 тысяч сжатий на 15% от первоначальной длины, и ее первоначальная форма, механические и проводящие свойства не изменились. Это открытие, вероятно, приведет к тому, что вскоре все инвалиды получат новые руки и ноги, которыми можно будет заведовать силой мысли (ведь идея для мышц выглядит, как электрический сигнал “сжиматься-разжиматься”). Жаль, правда, что некоторым людям нельзя приделать новую башку. Но это наверняка дело ближайшего будущего.
10. 5 июля 1996 года родилась новая эра биотехнологий. Лицом и достойным представителем этой эры стала обыкновенная овца. Вернее, обыкновенной овца была только с виду - на самом деле ради ее появления сотрудники института Рослина (Великобритания) несколько лет работали не разгибаясь. Яйцеклетку, из которой позжепоявилась овечка Долли, выпотрошили, а после вставили в нее клеточное ядро взрослой овцы. после развившийся эмбрион подсадили овце назад в матку и стали дожидаться, что получится. надобно сказать, что Долли была не единственным кандидатом на вакансию “первый клон крупного животного в мире” - у нее было 296 конкурентов. Но они все погибли на разных стадиях эксперимента. А Долли выжила!
Правда, дальнейшая доля бедняжки оказалась незавидной. Концевые участки ДНК -теломеры, которые служат биологическими часами организма, уже отмерили 6 лет, которые они прожили в теле матери Долли. Поэтому спустя вдобавок 6 лет, 14 февраля 2003 года, клонированная овца умерла от навалившихся на нее “старых” заболеваний - артрита, специфического воспаления легких и множества других недугов. Однако появление Долли на обложке Nature в феврале 1997 года произвело истинный взрыв - она стала символом могущества науки и власти человека над природой.
За прошедшие с рождения Долли одиннадцать лет удалось клонировать самых разных животных - поросят, собак, породистых быков. Получены даже клоны второго поколения -клоны от клонов. Правда, пока не удалось до конца решить проблему с теломерами, клонирование человека по всему миру запрещено. Однако исследования продолжаются.
За прошедшие с рождения Долли одиннадцать лет удалось клонировать самых разных животных - поросят, собак, породистых быков. Получены даже клоны второго поколения -клоны от клонов. Правда, пока не удалось до конца решить проблему с теломерами, клонирование человека по всему миру запрещено. Однако исследования продолжаются.