Научные достижения 20 века

Аннотация

С. 20. Ил. 2. Табл. 0. Литература 16 назв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

С.

Введение . . . . . . . . . . . 4 1. Научные открытия в области физики . . . . . . 5 2. Достижения в области химии . . . . . . . 8   3. Научные достижения в области биологии . . . . .       11 4. Научные достижения в области технологии  . . . .       14 5. Достижения советских ученых . . . . . . .       17 Заключение . . . . . . . . .       19 Список источников . . . . . . . . .       20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

XХ век принёс серьёзный сдвиг в мировоззрении в результате изменений в экономике, политике, идеологии, культуре, науке, технике и медицине. Главным экономическим результатом века стал переход к массовому машинному производству товаров из естественных и синтетических материалов, создание конвейерных производственных линий и заводов-автоматов. Параллельно совершилась научно-техническая революция, переведшая экономику всего мира в постиндустриальную стадию капитализма и прошедшая три основных фазы:

1) первая (транспортно-коммуникационная) фаза научно-технической революции  (автотранспорт, авиация, радио,  телевидение), создание индустрии  оружия (пулеметы, танки, химическое  оружие);

2) вторая (химическая) фаза  научно-технической революции: создание  химической и медицинской индустрии  (удобрения, синтетические материалы  и лекарства, пластмассы, термоядерное  оружие).

3) третья (информационно-кибернетическая)  фаза научно-технической революции: (космонавтика, электронно-вычислительная  техника), создание индустрии развлечений  (кино и спортивные зрелища), рост  сферы услуг.

 

 

 

 

 

 

1. Научные открытия  в области физики

Научный XX век начался  с революции. Причем устроил ее один-единственный человек - по имени 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.

Планку не просто поверили на слово. На основе его выводов в 1905 году Альберт Эйнштейн создал квантовую теорию фотоэффекта, а вскоре Нильс 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.

Формула Планка для плотности  энергии излучения u(ω,T):

,   (1)

где - коэффициент пропорциональности между энергией и циклической частотой, получивший название постоянной Планка.

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.

Второе десятилетие XX века принесло миру вдобавок одно открытие, которое  перевернуло умы практически  всех. В 1916 году Альберт Эйнштейн завершил работу над общей теорией относительности (ОТО). Вдобавок ее 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).

Математическая формулировка ОТО (уравнение Эйнштейна):

,    (2)

где – космологическая постоянная, - тензор энергии-импульса материи, с – скорость света в вакууме, G – гравитационная постоянная Ньютона, - тензор Эйнштейна.

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.

В 1932 г. Джеймс Чэдвик доказал существование нейтрона. Это научное открытие привело к бомбардировке Хиросимы и Нагасаки, к развитию гонки вооружения и к холодной войне. Но в то же время это открытие послужило толчком к развитию атомной энергетики, а также к использованию радиоизотопов в различных научных сферах. За открытие нейтрона Джеймс Чэдвик в 1935 г. получил Нобелевскую премию в области физики.

16-го декабря 1947 г. Уолтер Браттейн, Джон Бардин и Уильям Шокли открыли свойства полупроводника — управление большими токами при помощи малых. Так появился транзистор — прибор, который состоял из пары p-n переходов. Принцип работы транзистора послужил основой для развития многих сфер научной деятельности и не только. Его изобретение привело к появлению микросхем и микропроцессоров — основы для современных компьютеров и радиоэлектронной аппаратуры и т.д.

 

Рис. 1. Транзисторы и интегральные схемы — научное открытие 20-века

2. Достижения в области  химии

Немецкий химик Циглер изучал реакцию Гриньяра, которая помогла значительно упростить синтез органических веществ. Ученый задался вопросом - а можно ли также поступить и с другими металлами? Его интерес имел практическую сторону, ведь работал он в Кайзеровском институте по изучению угля. Побочным же продуктом угольной промышленности был этилен, который и необходимо было как-то утилизировать. В 1952 году Циглер изучал распад одного из реагентов, в итоге был получен полиэтилен низкого давления (ПНД). Однако полностью заполимеризовать этилен пока не получалось. Однако неожиданно помог случай - после окончания реакции из колбы неожиданно выпал не полимер, а димер (соединение двух молекул этилена) — альфа-бутен. Причиной этого стал тот факт, что реактор оказался плохо отмыт от никелевых солей. Это-то и сгубило основную реакцию, но анализ полученной смеси показал, что сами соли при этом не изменились, они лишь выступили катализатором для димеризации. Такой вывод сулил огромные прибыли - ранее для получения полиэтилена необходимо было использовать много алюмоорганики, применять высокое давление и температуру. Теперь же Циглер стал искать наиболее подходящий катализатор, перебирая переходные металлы. В 1953 году таковых было найдено сразу несколько. Самыми мощными из них оказались на основе хлоридов титана. О своем открытии Циглер поведал итальянской компании "Монтекатини", где его катализаторы испробовали на пропилене. Ведь тот, являясь побочным продуктом переработки нефти, стоит в десять раз дешевле этилена, давая к тому же возможность поэкспериментировать со структурой полимера. В результате катализатор был несколько модернизирован, получился стереорегулярный полипропилен, в котором все молекулы пропилена располагались одинаково. Это дало химиком большие возможности в области контроля над полимеризацией. Вскоре был создан искусственный каучук. Сегодня металлоорганические катализаторы позволили проводить большинство синтезов дешевле и проще, они используются практически на всех химических заводах мира. Однако самым главным остается полимеризация этилена и пропилена. Сам же Циглер, несмотря на огромное промышленное применение своей работы, всегда считал себя ученым-теоретиком.

В 1985 году учеными Робертом Керлом, Гарольдом Крото, Ричардом Смолли и Хитом О’Брайеном изучались спектры паров графита, образовавшихся под воздействием лазера на твердый образец. Неожиданно для них выявились странные пики, которые соответствовали атомным массам в 720 и 840 единиц. Ученые вскоре пришли к выводу, что найдена новая разновидность углерода - фуллерен. Название находки родилось от конструкций Бакминстера Фуллера, которые были очень похожи на новые молекулы. Вскоре появились углеродистые разновидности футболен и регбен. Их имена связаны со спортом, так как и структура молекул походила на соответствующие мячи. Сейчас фуллерены, обладающие уникальными физически свойствами, используются во многих различных приборах. Но самым главным стал тот факт, что эти методики позволили ученым создать углеродные нанотрубки, являющиеся скрученными и сшитыми слоями графита. Сегодня наука смогла создать уже трубки диаметром 5-6 нанометром и длиной до 1 сантиметра. То, что они созданы из углерода, позволяет им проявлять самые разные физические свойства - от полупроводниковых до металлических. На основе нанотрубок разрабатываются новые материалы для оптоволоконных линий, дисплеи и светодиоды. С помощью изобретения стало возможно доставлять в нужное место организма биологически активные вещества, создать так называемые нанопипетки. Разработаны сверхчувствительные датчики химических веществ, которые сейчас применяются в наблюдении за окружающей средой, в медицинских, биотехнологических и в военных целях. Нанотрубки помогают создавать транзисторы, топливные элементы, из них создают нанопровода. Последней разработкой в этой области являются искусственные мышцы. В 2007 году были опубликованы исследования, показавшие, что пучок нанотрубок может вести себя аналогично мышечной ткани. Хотя проводимость электрического тока у искусственного образования и аналогична природным мышцам, со временем наномышцы не изнашиваются. Такая мышца выдержала полмиллиона сжатий на 15% от своего первоначального состояния, форма, механические и проводящие свойства в результате не изменились. Вполне возможно, что когда-нибудь инвалиды получат новые руги, ноги и органы, управлять которыми можно будет одной лишь силой мысли. Ведь мысль для мышц подобна электрическому сигналу на приведение ее в действие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Научные достижения в области биологии

Революция в этой области  связана с открытием двойной  спирали ДНК. Еще в 1869 ДНК открыл швейцарский биолог Фридрих Мишер. Но тогда он не предполагал, что это носитель генетической информации, который объединяет все живые существа, начиная от человека до земляного червя.

Рис. 2. Двойная спираль  ДНК — научное открытие 20 века

В ХХ веке английский учёный Розалин Франклин, проводя рентгеновский дифракционный анализ молекул ДНК, пришла к выводу, что ДНК имеет форму двойной спирали, которая напоминает винтовую лестницу. Розалин рассказала о результатах своего анализа исследователям Кембриджского Университета Фрэнсису Крику и Джеймсу Уотсону, которые также изучали структуру ДНК. И в 1953 г. они предложили трёхмерную структуру молекулы ДНК, за что и получили Нобелевскую премию. Но, несмотря на это, Розалин и дальше продолжала изучать свойства ДНК, открывая всё новые её качества. Научные работы Розалин впоследствии подтолкнули учёных к разработке новых медицинских препаратов, появлению генной инженерии, клонированию животных, органов человека и даже к попытке клонирования самого человека.

Важную роль в развитии биологии сыграл известный ученый Сидни Бреннер, который сделал открытие в области генетической регуляции развития органов. Он изучал вопрос об ограниченной продолжительности жизни клетки. Впоследствии было высказано предположение о запрограммированной смерти клетки — апоптозе. 

Бреннер совместно с Джоном Салстоном занимался расшифровкой генома человека. Выполняя исследовательскую работу на земляном черве — нематоде, Сталстон определил первый ген самоубийства клетки.

Роберт Горвиц в 70-е годы, продолжая работу в этом направлении, открыл два гена клеточного самоубийства. Позднее он открыл ген, который удерживает клетку от самоуничтожения. Он нашел соответствующие гены у других животных и человека. Эти научные открытия позволяют продолжить работы в сфере управления процессами старения организмов и предположить возможность контроля развития многих смертельных заболеваний. В 2002 г. Горвиц и Салстон получили Нобелевскую премию в сфере физиологии и медицины.

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 позже появилась 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. Нужно 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.