Кавендиш весит мир
Мало того, что одинокий и эксцентричный Генри Кавендиш открыл водород, но он также успешно измерил вес мира. В его амбициозном эксперименте использовалось специальное оборудование, называемое торсионным балансом, и в 1798 году он сообщил о своих результатах. Измеряя гравитационное притяжение между двумя свинцовыми сферами разных размеров, он рассчитал плотность Земли. Аппарат состоял из 1, 8-метрового деревянного стержня, на каждом конце которого была прикреплена свинцовая сфера весом 0, 73 кг, подвешенная на проволоке. Отдельная система из двух больших 159-килограммовых свинцовых шариков была размещена рядом с меньшими шариками. Это оказывало достаточно гравитационной силы, так что, когда веса были слегка потянуты, стержень закручивался (телескоп использовался, чтобы наблюдать это). Кавендиш проводил свои эксперименты в темноте и ветрозащите, чтобы предотвратить любые внешние воздушные потоки и перепады температур, влияющие на его результаты. Он смог рассчитать плотность Земли, используя соотношения сил между сферами и гравитационное притяжение Земли к сферам. Невероятно, но его результаты были очень точными, и его великий эксперимент означал, что мы также можем рассчитать массу Солнца, Луны и даже других планет в нашей Солнечной системе.
Галилео Галилей и Пизанская башня Эксперимент
Представьте, что вы бросаете шар для боулинга из одной руки и перо из другой. Который упадет быстрее? Это, очевидно, шар для боулинга, но это не отражает природу силы тяжести. Греческий философ Аристотель предположил, что объекты падают с разной скоростью, потому что сила тяжести будет действовать сильнее на более тяжелые объекты, но оказывается, что перо падает медленнее только из-за сопротивления воздуха. Если вы можете выполнить тот же эксперимент в вакууме, перо и мяч упадут на землю в одно и то же время. Трудно отделить факт от легенды, но история гласит, что теория гравитации Аристотеля не вызывала сомнений, пока итальянский эрудит Галилео Галилей не опроверг ее. Хотя последние годы своей жизни он провел в тюрьме за то, что противоречил распространенным представлениям того времени, его работа над скоростью, скоростью, гравитацией и свободным падением обеспечила основы для понимания того, как движутся планеты и Солнечная система. Через сотни лет после его смерти его эксперимент был повторен на Луне - неудивительно, что Галилей был прав
Горох Менделя
Как мы наследуем наши гены от наших родителей? Ответ был фактически обнаружен не изучением людей, а горохом. Грегор Иоганн Мендель, монах-августинец, скрещивал горох с разными характеристиками, чтобы оценить, как различные признаки были унаследованы у их потомства. Его работа была сосредоточена на растениях гороха и их семи наблюдаемых признаках: формах стручков и семян; высота растения; цветочная позиция; и семя, стручок и цветок цвета.
Исследование заняло около восьми лет, за это время он наблюдал около 28 000 растений гороха. Рассматривая цвет произведенного гороха, Мендель обнаружил, что разные поколения растений выражали разные соотношения зеленого и желтого гороха, причем доминирующим цветом был желтый. Он обнаружил, что гены спарены, и математическая модель, наблюдаемая на протяжении поколений, вызывала их доминирующее и рецессивное выражение. Этот шаблон может также применяться к генетике, которая кодирует наш цвет глаз и волос.
Флеминг случайно обнаружил пенициллин
В 1928 году в больнице Святой Марии в Лондоне Александр Флеминг занялся исследованием бактерии Staphylococcus aureus. Бактерии наносили ущерб, вызывая смертельные инфекции, и в то время не было лекарств для их лечения. Однажды Флеминг забыл положить одну из своих чашек Петри в инкубатор.
Он заметил, что у плесени была чистая зона вокруг. Он исследовал и обнаружил, что плесень загрязнила блюдо, препятствуя росту бактерий. Англия, 20 век. Когда он отсутствовал во время двухнедельного отпуска, бактерии размножались, и по возвращении он заметил нечто необычное в мошеннической чашке Петри. Была область, где бактерии не могли расти и вместо этого оставляли «плесневый сок», чтобы сформировать чистый Penicillium notatum. К концу 1930-х годов ученым Говарду Флори и Эрнсту Борису Чейн удалось выделить и очистить пенициллин, и к 1941 году антибиотик был доступен в виде инъекции. По оценкам, это открытие спасло до 200 миллионов жизней на сегодняшний день.
Пастер раскрывает происхождение клеток
Еще в 1800-х люди думали, что пища испорчена, а болезни вызваны «плохим воздухом» или спонтанной жизнью. Луи Пастер этого не сделал - он отверг идею о том, что мыши могут быть случайно созданы из гниющей пшеницы и старой ткани в течение нескольких недель. Заметив, что его собственные чаны с пивом сгорели, Пастер начал анализировать их, чтобы обнаружить, что они кишат бактериями. Это убедило его, что порча его варева была вызвана этими крошечными микроорганизмами. Он разработал простой эксперимент, чтобы доказать свою революционную теорию микробов, и в результате опроверг идею о том, что клетки могут возникать из ничего. Его работа в пищевой и медицинской промышленности была настолько важна, что мы даже назвали его именем процесс пастеризации; процесс тепловой обработки чего-либо в течение короткого времени и быстрое его охлаждение для защиты от бактерий.
Ядерный реактор Ферми
После того, как атом раскололся и был введен термин «ядерное деление», физик Энрико Ферми применил принцип для создания первой самоподдерживающейся ядерной цепной реакции в реакторе, созданном человеком: Чикагская куча-1. Ученые знали, что ядерный реактор позволил бы производить оружие, которое не было видно раньше. Начало Второй мировой войны означало, что производство оружия было приоритетом, следствием которого стало рождение как Манхэттенского проекта, так и реактора Ферми. Как только уран-235 попал под нейтрон, ядро расщепляется, образуя два более мелких ядра и больше нейтронов, которые затем разделяются на другие атомы урана, образуя цепную реакцию. Реактор был сделан из блоков графитовых блоков для замедления быстрых урановых нейтронов, увеличивая вероятность ядерного деления. Эту реакцию нужно было контролировать, чтобы она была безопасной. Контрольные стержни из кадмия использовались для поглощения избыточных нейтронов, образовавшихся в результате ядерного деления. Добавление или удаление стержней может контролировать долговечность цепной реакции. Эта реакция производила большое количество энергии, которую затем можно было использовать для войны.
Резерфорд бьет золотом
Ранее считалось, что структура атома представляет собой сферу с положительным зарядом, в которой находятся меньшие отрицательно заряженные электроны, как сливы в пудинге. Чтобы проверить точность этой модели «сливового пудинга» - под руководством Эрнеста Резерфорда - Ганс Гейгер и Эрнест Марсден провели серию экспериментов в период с 1908 по 1913 годы, чтобы доказать теорию атомной модели Резерфорда, которая напоминала планеты, вращающиеся вокруг Солнца.
Физики использовали радиоактивное вещество для бомбардировки тонкого куска золотой фольги положительно заряженными альфа-частицами. Большинство частиц проходили через фольгу без каких-либо отклонений, что говорит о том, что у атомов было много открытого пространства.
Однако некоторые были отклонены от золотой фольги под разными углами, что означало, что эти конкретные частицы попали во что-то с одинаковым зарядом. Это означало, что вместо того, чтобы положительный заряд поглощал электроны, меньший положительный заряд удерживался в плотной середине, что ознаменовало открытие атомного ядра.
Лавуазье и сохранение массы
Это был французский химик по имени Антуан Лавуазье, который сформулировал концепцию сохранения массы - идею о том, что материя не может быть ни создана, ни уничтожена, а только переставлена. Он сделал это путем измерения массы реагентов и продуктов во время химических реакций. Один из экспериментов Лавуазье повлек за собой помещение горящей свечи в запечатанную стеклянную банку. Когда фитиль сгорел, а свеча растаяла, вес банки и ее содержимого остался прежним, что подтверждает его новаторскую теорию. В то время химики изучали образование калька (оксида), предсказывая, что металлы теряют массу при сгорании. Лавуазье противостоял этому с идеей, что calx является результатом взаимодействия атмосферного газа с металлом. Вместо того, чтобы терять массу металла, он обнаружил, что он прибавил в весе, соединяясь с кислородом из воздуха.
Линд лечит цингу моряков
Кровоточащие десны, выпадающие зубы, слабые конечности, опухшие ноги и неприятные пятна крови под кожей - жизнь пирата, вероятно, не была бы идеальной для большинства из нас. Цинга была одной из болезней, которые мучили пиратов и моряков в первые дни мореплавания. Сегодня мы знаем, что эта болезнь вызвана серьезным недостатком витамина С, который нам необходим для образования коллагена, жизненно важного компонента в структурной и поддерживающей соединительной ткани. Без достаточного количества коллагена кровеносные сосуды и кости людей с цингой разрушаются до тех пор, пока они не переживут медленную и мучительную смерть. Но во времена шотландского врача Джеймса Линда не было никаких знаний об этих крошечных питательных веществах. Люди думали, что цинга может быть заразной или вызвана безумием. В 1747 году Линд начала одно из первых в мире клинических испытаний. Он подозревал, что кислоты могут помочь остановить гниение организма, и он разработал испытание, чтобы проверить различные способы введения определенных кислот в рационы людей. Он разделил группу из 12 моряков с цингой на шесть групп по две, каждая из которых должна была придерживаться той же диеты, что и другая, но с добавлением кислой добавки. Каждую группу обрабатывали либо квартой сидра, 25 каплями эликсира купороса, двумя ложками уксуса, полпинты морской воды, двумя апельсинами и одним лимоном, либо пастой для специй каждый день. Через шесть дней большинство моряков, которые ели фрукты, почти полностью выздоровели. В то время как Линд был на неверном пути о причине болезни, он нашел лекарство.
Эддингтон и затмение
Научные объяснения в теоретической физике часто остаются теоретическими, но не все из них. Альберт Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности еще в 1915 году, критерием которой было то, что свет изгибается вблизи массивной гравитационной силы. Тем не менее, Эйнштейн знал, что если этот или любой другой критерий, необходимый для поддержки его революционной идеи, будет опровергнут, то теория взрыва пошла в гору.
Пионерская работа Эйнштейна оставалась теорией до тех пор, пока астроном по имени сэр Артур Эддингтон не использовал затмение, чтобы доказать, что свет может быть согнут гравитационными силами. Чтобы теория Эйнштейна была верной, Эддингтон должен был доказать, что свет был согнут источником сильной гравитации, таким как Солнце.
Полное солнечное затмение в 1919 году дало Эддингтону уникальную возможность увидеть ночное небо в дневное время. Отправившись в плавание к острову Принсипи, чтобы получить лучшее представление о предсказанном солнечном затмении и проверить теорию Эйнштейна, Эддингтон наблюдал местоположения звезд ночью, а затем снова под ложной ночью затмения. Это означало, что он мог наблюдать, изменила ли гравитация Солнца видимые положения звезд, что фактически и было. Это доказало, что свет был направлен на его путешествие на Землю под действием силы тяжести Солнца, а это значит, что Эйнштейн был прав.
Создание графена
В 2004 году профессора Андре Гейм и Константин Новоселов экспериментировали с кристаллом графита. Они удалили некоторые графитовые хлопья с помощью клейкой ленты и, при ближайшем рассмотрении, осмотре, поняли, что некоторые хлопья были тоньше, чем другие. Таким образом, они повторили процесс, взяв больше слоев из оригинальной очищенной чешуйки. Удивительно, но их метод сработал. Каждый раз хлопья становились тоньше, и в итоге им удавалось создавать хлопья толщиной всего один атом углерода. Хотя существование графена было предсказано, никто не знал, как его изолировать. До нынешнего момента. Это звучит просто, но графен оказался действительно важным материалом и именно тем, что нам было нужно в цифровую эпоху для экранов и электрических / фотонных схем. Фантастический проводник тепла, плотный, легкий, гибкий и прозрачный, он использовался во всем, от шин до транзисторов
От теории к реальности
В 1964 году физик элементарных частиц Питер Хиггс предложил теорию о том, как частицы имеют массу. Он предположил, что пустое пространство занято полем, называемым полем Хиггса, где частицы проходят через него и либо накапливают массу, как электрон, либо вообще не взаимодействуют с ней и остаются безмассовыми, например фотон.
В качестве аналогии можно привести человека, идущего сквозь толпу незнакомцев против толпы друзей.
Перемещаясь сквозь толпу незнакомцев, вы легко проходите без остановки, в то время как в окружении друзей вы можете перестать разговаривать, что займет у вас больше времени, чтобы пробиться. В этом случае ваши друзья будут бозоном Хиггса. Большой адронный коллайдер запускает два пучка протонов в противоположных направлениях и ускоряет их почти до скорости света, поэтому они сталкиваются, высвобождая бозон и другие субатомные частицы. Это стало реальностью 4 июля 2012 года.
Для получения дополнительной информации о науке и технике, посетите наш веб-сайт сейчас. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить последнюю цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы никогда не пропустить выпуск журнала «Как это работает», подпишитесь сегодня!