10 самых сенсационных научных открытий ХХ века

17 июля 2012, nika

В прошлом веке было совершено множество выдающихся научных открытий. Вот – некоторые из самых ярких.

1. Квантовая теория

В XX веке произошло множество различных революций. Не стала исключением и физика, где квантовая теория кардинально изменила взгляды на многие процессы в природе.

А все началось с того, что в XIX веке Макс Планк занял должность профессора Берлинского университета. Кроме преподавания, Планк занялся научными исследованиями. В частности, он заинтересовался распределением энергии в спектре абсолютно черного тела. Следует заметить, что эта проблема с абсолютно белым телом была уже решена.

В 1900 году упорный профессор Планк сумел-таки вывести формулу, которая описывала поведение энергии в спектре абсолютно черного тела. Однако из этой формулы следовал просто невероятный вывод – энергия излучается не непрерывно, а мельчайшими порциями – квантами. Поэтому даже сам Планк усомнился в правильности своих расчетов, но все же 14 декабря 1900 года доложил о них на заседании Немецкого физического общества.

Сначала физики не поверили выводам Планка, однако Альберт Эйнштейн в 1905 году создал квантовую теорию фотоэффекта. Кроме того, Нильс Бор при построении первой модели атома предположил, что электроны могут находиться только на определенных орбитах. Так была доказана правота Планка и стала развиваться квантовая теория микромира.

2 Общая теория относительности (ОТО)

Во втором десятилетии прошлого века случилось еще одно открытие, которое кардинально изменило наши взгляды на законы природы. Альберт Эйнштейн в 1916 году завершил свою работу над общей теорией относительности.

Из его теории следовало, что гравитация является следствием искривления четырехмерного пространства-времени. ОТО предсказала целый ряд парадоксальных эффектов, которые противоречили здравому смыслу. Самый знаменитый из них – эффект замедления времени. Согласно теории Эйнштейна, движущиеся относительно наблюдателя часы отсчитывают время более медленно, чем точно такие же находящиеся у него в руке. При этом движущийся объект сжимается вдоль оси движения.

Первое подтверждение общая теория относительности получила после того, как с ее помощью удалось достаточно точно описать кривую орбиты Меркурия. После этого было замечено искривление лучей от звезд, проходящих в близости от Солнца. ОТО предсказала существования черных дыр, очень массивных звезд малого диаметра, пределы которых фотоны не могут покинуть из-за огромнейшей гравитации.

3. Волновые свойства электронов

Когда в 1911 Бор и Резерфорд предложили модель атома, которая была очень похожая на Солнечную систему, казалось, что мы познали все тайны материи. Ведь на ее основе, учитывая дополнения Эйнштейна и Планка о природе света, ученые смогли рассчитать спектр атома водорода. Однако уже с атомом гелия возникли трудности. Теоретические расчеты значительно расходились с экспериментальными данными.

Немецкий физик Гейзенберг установил, что нельзя одновременно определить местонахождение и скорость электронов. Чем точнее мы определяем скорость электрона, тем неопределеннее становится его местоположение. Это соотношение было названо «принцип неопределенности Гейзенберга». Однако на этом странности электронов не закончились. В двадцатых годах физики уже знали, что свет обладает свойствами, как волны, так и частицы. Поэтому французский ученый де Бройль в 1923 году предположил, что подобными свойствами могут обладать и другие элементарные частицы, в частности электроны. Ему удалось поставить ряд опытов, которые подтвердили волновые свойства электрона.

4. Деление атома

Тридцатые годы прошлого века можно назвать радиоактивными. Все началось в 1920 году, когда Эрнест Резерфорд высказал гипотезу о том, что позитивно заряженные протоны удерживаются в ядре атома благодаря неким частицам имеющим нейтральный заряд. Резерфорд предложил назвать эти частицы нейтронами.

Это предположение было забыто физиками на долгие годы. О нем вспомнили только в 1930 году, когда немецкие физики Боте и Беккер заметили, что при облучении бора или бериллия альфа-частицами возникает необычное излучение.

18 января 1932 года Фредерик и Ирен Жолио-Кюри направили излучение Боте-Беккера на тяжелые атомы. Как оказалось, под воздействием этого излучения атомы стали радиоактивными. Таким образом была открыта искусственная радиоактивность. Джеймс Чедвик повторил опыты супругов Жолио-Кюри и выяснил, что во всем виноваты некие нейтрально заряженные частицы, с массой близкой к протону. Электрическая нейтральность позволяет этим частицам беспрепятственно проникать в ядро атома и дестабилизировать его. Это открытие позволило создать как мирные АЭС, так и самое разрушительное оружие – ядерную бомбу.

5. Полупроводники и транзисторы

16 декабря 1947 года инженеры американской компании АТ&Т Веll Laboratories Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн смогли при помощи малого тока управлять большим током. В этот день был изобретен транзистор – маленький прибор, состоящий из двух направленных навстречу друг другу двух p-n переходов.

Это позволило создать прибор, который мог управлять током. Транзистор пришел на смену электронных ламп, что позволило значительно сократить как вес аппаратуры, так и потребляемую приборами электроэнергию. Он открыл дорогу в жизнь логическим микросхемам, что привело к созданию в 1971 году первого микропроцессора. Дальнейшее развитие микроэлектроники позволило создать современные процессоры для компьютеров.

6. Синтез полиэтилена

Немецкий химик Карл Вольдемар Циглер восхищался реакцией Гриньяра, в которой был сильно упрощен синтез органических веществ. Карл решил сделать то же самое с другими органическими материалами. Поскольку Циглер работал в Кайзеровском институте, который занимался изучением угля, то в 1952 году он занялся проблемой утилизации побочного продукта угольной промышленности – этилена. Циглеру удалось получить полиэтилен низкого давления, однако полностью заполимеризовать этилен не выходило.

Через несколько месяцев в результате реакции был получен альфа-бутен (соединение двух молекул этилена). Как оказалось, это стало возможным в результате того, что нерадивый студент плохо отмыл колбы от солей никеля. Ученый установил, что для протекания нужной реакции было достаточно микроскопического количества этих солей. Причем, сами соединения никеля в реакции не участвовали, а выступали в качестве катализатора.

После ряда исследований Циглер определил, что лучшим катализатором для получения полиэтилена является хлорид титана. Этот же материал стал отличным катализатором и для синтеза полипропилена.

7. Освоение космоса

4 октября 1957 года Советский Союз запустил первый в мире искусственный спутник Земли. И пусть он был совсем небольшим и практически не имел научной аппаратуры на борту, именно с этого момента человечество вступило в космическую эру. Не прошло и четырех лет, как 12 апреля 1961 года в космос полетел человек. И опять Советскому Союзу удалось опередить США и раньше всех отправить на орбиту вокруг нашей планеты первого космонавта – Юрия Гагарина. Это событие подхлестнуло научно-технический прогресс. Две великие державы начали гонку по освоению космоса. Следующей целью была высадка человека на Луну. Чтобы осуществить этот проект, понадобилось совершить множество изобретений. Здесь уже праздновали победу конструкторы США.

Сначала космос был лишь затратным проектом, отдача от которого была крайне малой. Однако постепенное освоение космоса позволило человечеству создать системы, без которых уже не мыслима наша жизнь. Особые успехи были достигнуты в области предсказания погоды, геологоразведки, связи и позиционирования на поверхности планеты. Это позволило сделать запуски космических спутников коммерчески выгодными.

8. Методика экстракорпорального оплодотворения (ЭКО)

26 июля 1978 года Лесли Браун родила дочь Луизу. Наблюдавшие за этим процессом эмбриолог Боб Эдвардс и гинеколог Патрик Стэптоу не скрывали своей радости и гордости, ведь им впервые в мире удалось зачать ребенка в пробирке. Дело в том, что Лесли Браун страдала непроходимостью маточных труб и в принципе не могла зачать сама. На помощь ей пришли Эдвардc и Стэптоу, сделав при этом ряд научных открытий. Они разработали методику извлечение женской яйцеклетки, и смогли создать в пробирке условия для ее нормальной жизни. Потом ученые сумели ее искусственно оплодотворить и определили момент, когда яйцеклетку следует вернуть в тело женщины. И все это следовало сделать, не повредив оплодотворенную яйцеклетку.

Многочисленные наблюдения подтвердили, что дети зачатые в пробирке ничем не отличаются от рожденных естественным образом. Поэтому нет ничего удивительного в том, что методика ЭКО завоевывала большую популярность и в мире уже насчитываются миллионы людей, появление на свет которых было бы невозможным без научных открытий Боба Эдвардса и Патрика Стэптоу.

9. Углеродные нанотрубки

В 1985 году исследователи Роберт Керл, Хит О’Брайен, Гарольд Крото и Ричард Смолли изучали масс-спектры паров графита, образованные под воздействием лазера. Так были открыты новые вариации углерода получившие название «фуллерен» (в честь инженера Бакминстера Фуллера) и «регбен» (поскольку его молекула напоминает мяч для игры в регби).

Эти уникальные образования имеют целый ряд полезных физических свойств, поэтому их широко применяют в различных приборах. Однако не это самое главное. Ученые разработали технологию получения из этих вариаций углерода нанотрубок – скрученных и сшитых слоев графита. Уже получены нанотрубки длиной в 1 сантиметр и диаметром в 5-7 нанометров! При этом такие нанотрубки имеют самые различные физические свойства – от полупроводниковых до металлических.

На их основе получены новые материалы для дисплеев и оптоволоконной связи. Кроме того, в медицине нанотрубки используются для доставки биологически активных веществ в нужное место организма. На их основе разработаны топливные элементы и сверхчувствительные датчики химических веществ, а также много других полезных девайсов.

10. Клонирование

5 июля 1996 года считается днем рождения новой эры биотехнологий. В этот день на свет появилась овца получившая имя Долли. Она была получена методом клонирования. Следует сказать, что сотрудники британского института Рослина пытались сделать около 300 клонов крупного животного, однако все они умерли, кроме Долли.

Правда, поскольку гены для Долли были взяты у взрослой овцы, то ДНК-теломеры при рождении отмерили ей 6 лет жизни. Поэтому всего через 6 лет после рождения на овечку свалились «старческие» заболевания и она умерла. Тем не менее, Долли стала символом могущества современной науки и породила жаркие споры о допустимости клонирования человека.

В последующие годы ученым удалось клонировать множество животных, в том числе свиней, породистых быков и собак. Получены даже жизнеспособные клоны второго поколения, однако решить проблему с теломерами пока не удалось. Впрочем, большинство ученых считает, что это дело времени и настанет день, когда сельскохозяйственные животные будут размножаться путем клонирования.

Ваш отзыв



ДРУГОЕ