Най-важните научни открития

XX век може да се смята за век на революцията. И не само политически, но и научни. Мнозина вярват, че от учените изобщо няма полза. Седяха, казват те, в кабинетите и лабораториите в продължение на години и всичко без резултат. Какъв е смисълът да харчите пари за научни изследвания? Но учените от поредица от значителни открития убеждават целия свят, че това не е така. В същото време в XX век, значителни открития са направени изключително често, коренно променя живота ни. Това направи възможно създаването на бъдеще, което писателите на научната фантастика никога не са мечтали. Ще разкажем по-долу за десетте най-значими научни открития от миналия век, само за едно десетилетие.

1)

Първата революция в началото на века е направена от Макс Планк. В края на XIX век той е поканен на професор в университета в Берлин. Планк беше толкова отдаден на науката, че в свободното си време от лекции и работа той продължи да се занимава с въпросите на енергийното разпределение в спектъра на абсолютно черно тяло. В резултат на това упорит учен през 1900 г. извлича формула, която много точно описва поведението на енергията в този случай. Това имаше абсолютно фантастични последици. Оказа се, че енергията се излъчва не равномерно, както се смяташе преди, но в партиди – кванти. Тези констатации първоначално объркаха самия Планк, но той все пак докладва за странните резултати от 14 декември 1900 г. на германското физическо дружество. Нищо чудно, че ученият просто не беше повярвал. Въпреки това, въз основа на заключенията си, през 1905 г. Айнщайн създава квантовата теория за фотоелектричния ефект. След това Нилс Бор конструира първия модел на атома, според който електроните се въртят около ядрото над определени орбити. Последствията от откритието за човечеството на Планк са толкова големи, че може да се смята за невероятно, гениално! Така че, благодарение на учените по-късно разработиха ядрена енергия, електроника, генно инженерство. Астрономията, физика и химия получиха мощен тласък. Това се дължи на факта, че Планк категорично отбеляза границата, в която Нютоновският макро свят завършва с измерването на материята с килограми и започва микрокосмосът, в който е необходимо да се вземе предвид влиянието на отделните атоми един върху друг. Благодарение на учените стана известно колко енергия живеят електроните и как се държат там.

2)

Второто десетилетие донесе отвор, който също промени мислите на всички учени. През 1916 г. работата на Алберт Айнщайн върху общата теория на относителността е завършена. Тя получи друго име – теорията за гравитацията. Според откритието, гравитацията не е следствие от взаимодействието на полета и телата в космоса, а последица от кривината на четиримерното пространство на времето. Откритието веднага обясняваше същността на много неразбираеми досега неща. По този начин, повечето парадоксални ефекти, които възникват при близки светлинни скорости, просто са в противоречие със здравия разум. Но теорията за относителността е предвидила външния им вид и е обяснявала същността им. Най-известният от тях е ефектът от забавянето на времето, когато наблюдателните часовници са по-бавни, отколкото да се движат около него. Известно е също така, че дължината на подвижния обект по оста на движение се компресира. Днес теорията на относителността се прилага не само към обекти, движещи се при постоянна скорост една спрямо друга, но и към всички референтни рамки като цяло. Изчисленията бяха толкова сложни, че работата продължи 11 години. Първото потвърждение на теорията е описанието на кривата на орбитата на Меркурий, произведена с нейната помощ. Откритието обяснява кривината на лъчите от звездите, когато ги предаваме заедно с други звезди, червената смяна на галактиките и звездите, наблюдавани в телескопите. Много важно потвърждение на теорията стана черна дупка. В крайна сметка, според изчисленията за компресията на звезда като Слънцето до 3 метра в диаметър, светлината просто не може да я остави – това ще бъде силата на привличане. Напоследък учените са открили много такива звезди.

3)

След откриването направен през 1911 г. от Rutherford и Бор атомна структура, подобна на слънчевата система, физиката на света са доволни.Скоро въз основа на този модел, използвайки изчисленията на Планк и Айнщайн за природата на светлината, беше възможно да се изчисли спектъра на водородния атом. Но при изчисляването на следващия елемент, хелият, възникнаха трудности – изчисленията не показаха същите резултати като експериментите. В резултат на това през 20-те години теорията на Бор е избледняла и започва да бъде разпитана. Решението обаче бе намерено – младият немски физик Хайзенберг успя да премахне някои предположения от теорията на Бор, като остави само най-необходимото. Той установи, че е невъзможно едновременно да се измери местоположението на електроните и тяхната скорост. Този принцип се нарича “Хайзенбергска несигурност”, електроните изглежда са нестабилни частици. Но дори и тук странностите с елементарните частици не свършиха. По това време физиците са свикнали с идеята, че светлината може да прояви свойствата на двете частици и вълните. Двойствеността изглеждаше парадоксална. Но през 1923 г. французинът de Broglie предполага, че свойствата на вълната могат да се ползват от обикновените частици, демонстрирайки свойствата на вълната на електрона. Експериментите на de Broglie бяха потвърдени незабавно в няколко държави. През 1926 г. Шрьодингер описва материалните вълни на де Броли, а англичанинът Ширак създава обща теория, предположенията на Хайзенберг и Шрьодингер го въвеждат като специални случаи. През тези години учените не подозираха изобщо елементарните частици, но теорията за квантовата механика напълно описа тяхното движение в микроскопа. За следващите години основата на теорията не е претърпяла никакви очевидни промени. Днес във всяка природна наука, възникваща на атомно ниво, се използва квантова механика. Това са инженерни науки, медицина, биология, минералогия и химия. Теорията направи възможно изчисляването на молекулните орбитали, което на свой ред позволи създаването на транзистори, лазери и свръхпроводимост. Квантова механика е, че ние сме длъжни да изглеждаме като компютри. Също така въз основа на него е разработена физика на твърдо тяло. Ето защо всяка година се появяват нови материали и учените са се научили да виждат ясно структурата на материята.

4)

Десетилетието на тридесетте години може да се нарече радиоактивно без грешка. Въпреки че през 1920 г. Ръдърфорд изразява странна хипотеза по това време. Той се опита да обясни защо положително заредените протони не отблъскват. Учените предполагат, че в допълнение към тях има някои неутрални частици в сърцевината, равни на масата на протоните. По аналогия с вече познатите електрони и протони, Ръдърфорд предложи да ги наречем неутрони. Но наученият свят не прие сериозно идеята за физик. Само 10 години по-късно германците Бекер и Боте откриват необичайна радиация, когато облъчват бор или берилий с алфа частици. За разлика от последните, неизвестните частици, излъчвани от реактора, имат много по-проникваща сила. И параметрите бяха различни за тях. Две години по-късно, през 1932 г., двойката Кюри решила да изпрати тази радиация на по-тежки атоми. Оказа се, че под въздействието на тези неизвестни лъчи те стават радиоактивни. Този ефект се нарича изкуствена радиоактивност. През същата година Джеймс Chedvik беше в състояние да потвърди тези резултати, и да разберете какво ядрото на атомите са нокаутиран от нов незаредена частица с маса малко по-голяма от тази на протона. Това е неутралността на такива частици и им позволява да проникнат в ядрото, да го дестабилизират. Така че Чадуик откри неутрона, потвърждавайки мислите на Ръдърфорд. Това откритие донесе човечеството не само добро, но и вреда. До края на десетилетието физиците успяха да докажат, че ядрата могат да бъдат споделяни от неутроните и че още неутрални частици се освобождават. От една страна, такова използване на такъв ефект доведе до трагедията на Хирошима и Нагасаки, десетилетия на Студената война с ядрени оръжия. От друга – появата на ядрена енергия и използването на радиоизотопи в различни научни области за широко разпространение.

5)

С развитието на квантовите теории учените не само разбират какво се случва вътре в материята, но и се опитват да повлияят на тези процеси.Случаят с неутрона е споменат по-горе, но през 1947 г. служителите на американската компания At @ T Bardeen, Bratteyn и Shockley успяват да се научат да контролират големите течения, протичащи през полупроводниците, с помощта на малки токове. За това впоследствие ще получат Нобеловата награда. Така че транзисторът се появи в светлината, в него две п-n кръстовища са насочени един към друг. С прехода токът може да върви само в една посока, с промяна в прехода на полярността, токът престава да тече. В случай на два прехода, насочени един към друг, се появиха уникални възможности за работа с електричество. Транзисторът даде огромен тласък за развитието на цялата наука. От електрониката останаха лампите, което рязко намали теглото и обема на използваното оборудване. Настъпиха логически микрочипове, които ни дадоха през 1971 г. микропроцесор, а по-късно съвременен компютър. В резултат на това до момента няма нито едно устройство, кола или дори дом, в който не се използва транзисторът.

6)

Немският химик Зиглер изследва реакцията на Гриняр, която помогна значително за опростяване на синтеза на органични вещества. Ученият се чудеше дали е възможно да се направи същото и с други метали. Интересът му имаше практическа страна, защото работи в Кайзерския институт за изследване на въглищата. Страничен продукт на въгледобивната промишленост е етилен, който трябваше да бъде изхвърлен по някакъв начин. През 1952 г. Зиглер изследва разпадането на един от реагентите, в резултат на което се получава полиетилен с ниска плътност, HDPE. Не е възможно обаче да се полимеризира напълно етиленът. Обаче, неочаквано с помощта на случая – след реакцията от колбата, полимерът неочаквано изпада и димерът (комбинацията от две молекули на етилена) е алфа-бутен. Причината за това е фактът, че реакторът е измит зле от никелови соли. Това е, което разруши основната реакция, но анализът на сместа показа, че самите соли не се променят, те действат само като катализатор за димеризация. Това заключение обеща огромни печалби – по-рано за полиетилен беше необходимо да се използват много алуминиеви органични вещества, да се прилага високо налягане и температура. Сега Зиглер започна да търси най-подходящия катализатор, сортиращ преходните метали. През 1953 г. няколко са открити наведнъж. Най-мощните от тях са базирани на титанови хлориди. За откритието си Зиглер каза на италианската компания Монтекатини, където неговите катализатори бяха тествани с пропилей. В края на краищата, като страничен продукт на рафинирането на петрол струва десет пъти по-евтино от етилена, което освен това дава възможност да експериментирате със структурата на полимера. В резултат на това катализаторът леко се подобри, което доведе до стереорегулен полипропилен, в който всички пропиленови молекули бяха разположени идентично. Това даде на химикала големи възможности в областта на полимеризационния контрол. Скоро е създадена изкуствена гума. Днес органометалните катализатори са направили възможно повечето синтези да бъдат по-евтини и по-лесни, те се използват в почти всички химически заводи в света. Най-важното обаче е полимеризацията на етилен и пропилей. Самият Зиглер, въпреки огромното промишлено приложение на неговата работа, винаги се смятал за теоретичен учен. Не стана известен и студентът, който зле измива реактора.

7)

12 април 1961 г. беше значителен крайъгълен камък в историята на човечеството – в космоса, посетил първия си представител. Това не беше първата ракета, която летеше из Земята. През 1957 г. стартира първият изкуствен спътник. Но това беше Юрий Гагарин, който показа, че мечтите на звездите можеха да се превърнат в реалност. Оказа се, че при условия на безтегловност не само бактерии, растения и малки животни, но и хора, могат да живеят. Разбрахме, че пространството между планетите е преодолимо. Човекът посети луната, подготвя се експедиция към Марс. Слънчевата система е наситена с космически агенции. Човек, който е в близост, изследва Сатурн и Юпитер, Марс и пояса на Куипер. Около една и съща планета вече има хиляди сателити.Сред тях са метеорологичните инструменти и научните (включително мощни орбитални телескопи) и сателитите за търговски комуникации. Това ни позволява днес да се обаждаме навсякъде по света. Разстоянията между градовете сякаш бяха намалени, станаха налице хиляди телевизионни канали.

8)

Раждането на момичето Луиз в семейството на Браун на 26 юли 1978 г. стана научно усещане. Гинеколог Патрик Стептау и ембриологът Боб Едуардс, който участва в раждането, бяха изключително горди. Факт е, че майката на момичето, Лесли, страда от препятствие на фалопиевите тръби. Тя, като милиони други жени, не можеше да зачене дете само по себе си. Опитите продължават дълги 9 години. Проблемът беше решен от Стипсо и Едуард, които за тази цел произведоха няколко научни открития наведнъж. Те разработиха метод за извличане на женската яйцеклетка, без да я уврежда, създаване на условия за неговото съществуване ин витро, изкуствено осеменяване и след това се върнете обратно. Експериментът беше успешен – специалисти и родители бяха убедени, че Луиз е абсолютно нормално дете. По същия начин родителите помогнаха да се явят в светлината и сестра си. В резултат на това до 2007 г. с помощта на метода на ин витро оплождане (IVF) се раждат повече от два милиона души. Ако не беше опитът на Стефу и Едуардс, това просто би било невъзможно. Днес медицината е отишло по-далеч – възрастни жени дават се роди внуци, ако децата им не са в състояние да го себе си, жените са оплодени семена на мъртъвци … Техниката на IVF е набира популярност – след множество тестове потвърдиха, че децата на тръбите не се различават от тези, които са замислени естествено.

9)

През 1985 г. изследователи Robert навива, Harold Kroto, Richardom Smolli и Хийт O’Brien изследвани спектри на графит парата, образувана под влиянието на лазер на твърда проба. Неочаквано за тях се появиха странни върхове, които съответстват на атомни маси от 720 и 840 единици. Учените скоро стигнаха до извода, че е намерено ново разнообразие от въглерод – фулерейн. Името на находката се ражда от дизайна на Бъкминстър Фулър, който е много подобен на новите молекули. Скоро имаше въглеродни сортове от футбол и ръгби. Техните имена са свързани със спорта, тъй като структурата на молекулите е като съответните топки. Сега фулерените, които имат уникални физични свойства, се използват в много различни устройства. Най-важното обаче е фактът, че тези техники позволиха на учените да създават въглеродни нанотръби, които са усукани и омрежени графитни слоеве. Днес науката успя да създаде тръба с диаметър 5-6 нанометра и дължина до 1 сантиметър. Фактът, че те са създадени от въглерод, им позволява да проявяват различни физически свойства – от полупроводникови до метални. Въз основа на нанотръби се разработват нови материали за оптични влакна, дисплеи и светодиоди. С помощта на изобретението стана възможно да се доставят биологично активни вещества на желаното място на организма, за да се създадат така наречените нанопипети. Разработени са ултра-чувствителни сензори за химикали, които сега се използват за мониторинг на околната среда, за медицински, биотехнологични и военни цели. Нанотръбите помагат за създаване на транзистори, горивни клетки, от които се създават нанопокритие. Последното развитие в тази област са изкуствените мускули. През 2007 г. бяха публикувани проучвания, които показаха, че пакет от нанотръби може да се държи подобно на мускулната тъкан. Въпреки че електрическата проводимост на изкуственото образуване е подобна на тази на естествените мускули, наномишите не се износват с течение на времето. Такава мускула издържала половин милион компресии при 15% от първоначалното си състояние, като формата, механичните и проводими свойства в резултат не се променя. Какво дават? Възможно е някой ден хората с увреждания да получат нови руги, крака и органи, които могат да бъдат контролирани само от силата на мисълта. В края на краищата мисълта за мускулите е като електрически сигнал, за да го приведе в действие.

10)

1990 г. стана ерата на биотехнологията. Първият достоен представител на работата на учените в тази посока беше обикновената овца. Обикновено това беше само навън. Заради появата й служителите на Института “Рослин”, които в Англия работиха усилено няколко години. Яйцето, от което се появи тогава известният Доли, беше напълно изкормен, а след това ядрото на клетката за възрастни овце беше поставено в него. Ембрионът се развива обратно в утробата и започва да чака резултата. Близо 300 кандидати спечелиха титлата на първия клонинг на голямо живо същество – всички те загинаха на различни етапи от експеримента. Въпреки че легендарната овца оцелява, съдбата й е незавидна. В края на краищата, краищата на ДНК, теломерите, които служат като биологични часовници на тялото, вече са преброени в тялото на Доли за 6 години. След още 6 години от живота на самия клонинг, през февруари 2003 г. животното почина от стари заболявания, които са паднали върху него – артрит, специфично възпаление на белите дробове и други заболявания. Само по себе си обаче появата на Доли на прикритието на природата през 1997 г. създава истинска сензация – става символ на човешкото превъзходство и науката за самата природа. Следващите години след клонирането Доли отбеляза появата на копия от различни животни – кучета, прасета, бозайници. Възможно е дори да се получат клонове от второ поколение – клонове от клонинги. Досега обаче проблемът с теломерите остава неразрешен и човешкото клониране по света остава забранено. Но тази посока на науката остава много интересна и обещаваща.

Add a Comment