Приведите примеры научного эксперимента кратко

Обновлено: 05.07.2024

Когда: в конце 3 в. до н.э.

Эратосфен родился в Кирене в 276 г. до н.э. Он измерил тень вертикальной палкой в день летнего солнцестояния и определил, что солнечный свет падает под углом 7,2 градуса, или 1/50 от полных 360 градусов. Эратосфен знал, что Земля имеет сферическую форму. Он предположил, что зная расстояние между двумя городами и умножив его на 50 и на примерную кривизну Земли, получить ее периметр. Он разделил Земной периметр на 250’000 стадий (около 190 метров каждый) и получил значение периметра равное 45’800 км (реальная цифра около 40’000 км).

Уильям Гарвей измеряет пульс природе

Результат: открытие кровообращения

Когда: опубликовано в 1628

Уильям Гарвей был королевским врачом, что позволяло ему изучать любимое дело – анатомию. Он доказал, что представления Галена о том, что кровь вырабатывается в печени и идет к другим органам, где и остается, неверны. Гарвей препарировал живых животных и показывал, что их кровоснабжение довольно слабое, в то время как если бы Гален был прав, большой объем крови вырывался бы из тела животного. Изучая слабое сердцебиение животного при смерти, он наблюдал сокращения сердечной мышцы и сделал вывод, что именно сердце гоняет кровь по кругу. Проводя дальнейшие эксперименты с добровольцами, убедился в существовании кровообращения Уильям Гарвей окончательно.

Разработка генетики Грегором Менделем

Результат: основные правила генетического наследования

Тайна наследования определенных черт родителей ребенком начала приоткрываться полтора века назад благодаря Грегору Менделю. Чтобы изучать науки, он ушел в монастырь в Брно. Занимаясь там земледелием, его внимание привлекли фуксии. Он скрещивал разные виды, чтобы получить новые расцветки, и таким образом пришел к выводу о существовании определенных законов наследования. В своих исследованиях он продвинулся, экспериментируя с горохом. Он переносил пыльцу с одного растения на другое, замечая, что при соединении желтого и зеленого гороха в основном вырастал желтый. Однако, на следующий год четверть гороха снова вырастала зеленой. Мендель назвал эту особенность доминантным и рецессивным фактором, что впоследствии мы назовем геном.

Важная работа Мари Кюри

Результат: определение радиоактивности

Женщины редко оставляли свой вклад в науку, но Мария Склодовская изменила это. Научные эксперименты ученых Мари и Пьера Кюри начались исследования с изучения нового вида радиации, открытого годом ранее. С помощью электрометра, построенного Пьером и его братом, она измеряла загадочные лучи, излучаемые торием и ураном. Она поняла, что излучение никак не связано с расположением молекул и ввела термин радиоактивность, что является постоянным свойством атомов, проистекающем из их внутренней структуры. До этого атомы считали элементарными неделимыми частицами.

Идея Ивана Павлова

Результат: открытие условных рефлексов

Когда: 1890-1900 гг.

Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения. Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова.

Результаты, полученные Галилеем, - следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе. 3. Другой эксперимент Галилео Галилея Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики. 4. Эксперимент Генри Кавендиша После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=γ(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной γ- Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала. Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо.

Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы. Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Возрастная категория сайта 18 +

Чего только не сотворили ученые и исследователи во благо науки. Какие только безумные эксперименты они не ставили, чтобы открыть что-то новое. Все это сейчас может вызывать улыбку или, наоборот, недоумение из-за странности происходившего, но тогда это было действительно важно, а о том, что это будет странно, никто и не догадывался. Тем не менее многим из таких экспериментов мы обязаны тем, что сейчас у нас есть. В этой статье вам предлагается подборка самых странных, необычных, крутых и очень важных исследований, которые когда-либо проводились. Возможно, они привели к открытию того, чем вы пользуетесь в обычной жизни.

Эксперименты бывают разные.

Научные эксперименты

Даже мы, простые люди, каждый день ставим эксперименты, результат которых влияет на нашу жизнь. Например, что будет, если погреть котлеты в микроволновке не 40, а 50 секунд? Или что будет, если поехать домой не так, а вот так, будет ли это быстрее? Как не странно, это тоже эксперименты, которые помогают нам понять мир. Примерно тем же занимаются ученые.

Самые удачные эксперименты меняют многое и остаются в истории. Можно сказать, что это нерукотворный памятник нашему пытливому уму и стремлению человечества двигаться вперед и покорять новые научные вершины.

Ниже я приведу примеры удачных экспериментов и даже один научный провал, который покажет, что не все всегда идет так, как задумано, даже если изначально эксперимент был очень крутым.

Измерение мира Эратосфеном

Это исследование было проведено в конце третьего века до нашей эры энтузиастом — ученым по имени Эратосфен, родившимся в 276 году до н.э. в Кирене (греческое поселение на территории современной Ливии).

Эратосфен постоянно переключался с одного на другое, так как был очень увлекающимся человекам. При этом он работал библиотекарем в знаменитой Александрийской библиотеке. Именно там он провел свой знаменитый эксперимент. Он слышал, что в городе Сиене на реке Нил (современный Асуан) полуденное солнце светило прямо, не отбрасывая тени, в день летнего солнцестояния. Заинтригованный Эратосфен измерил тень, отбрасываемую вертикальной палкой в Александрии в тот же день и время. Он определил, что угол солнечного света там составляет 7,2 градуса или 1/50 от круга в 360 градусов.

Вклад Эратосфена в географию нельзя переоценить.

Греки знали, что Земля сферическая. Эратосфен решил, что зная расстояние между двумя городами и то, что угол тени составляет 1/50 от полной окружности, можно перемножить эти два значения и получить длину окружности Земли. В итоге, он получил цифру 45 700 километров. Реальная длина окружности составляет примерно 40 000 километров.

Читывая точность измерительных приборов того времени и то, что расстояние между городами было определено с погрешностью, можно сказать, что его вывод оказался очень даже точным, а отклонение не такое уж и большое. Именно он, увлекаясь подобными измерениями, придумал науку географию, отцом которой его считают до сих пор.

Кто открыл пульс и течение крови

О крови и о том, как она течет внутри живых организмов, говорили многие, включая Галена — греческого врача-философа, теория которого просуществовала около полутора тысяч лет. Но только в 1628 году была опубликована иная теория, которая изменила все.

Опубликовал ее Уильям Харви, который был королевским врачом при дворе Джеймса I. Такая работа давала ему время и деньги на исследования, которыми он с удовольствием занимался, иногда ставя очень странные и даже жуткие эксперименты.

Кровь — основа организма. И ее изучение очень важно.

Например, Харви публично нарезал животных, чтобы показать, что внутри них очень мало крови. Также он проводил эксперименты на змеях, показывая, что если зажать сосуды, которые ведут к сердцу, то оно сжимаемся и белеет, а если те, которые из него выходят, то оно распухает. Так он доказал течение крови через сердце.

Он также ставил эксперименты на добровольцах. В частности, перекрывая ток крови к конечностям, чтобы понять, как она циркулирует по организму человека.

В результате своих исследований он сделал вывод, что кровь течет по двум кругам, формируется в печени из еды, которую люди едят, и обязательно проходит через легкие, насыщаясь ”духом”. Но в любом случае, она двигается по всему телу, заходя даже в самые удаленные его уголки.

Это сейчас мы знаем, что кровь течет через легкие. Когда-то этого не знали.

Свою теорию он опубликовал в 1628 году в книге De Motu Cordis (Движение сердца). Его подход, основанный на фактических данных, изменил медицинскую науку, и сегодня он признан отцом современной медицины и физиологии.

Кто открыл генетику

Ребенок всегда похож на родителей — от небольшого сходства до полноценной копии. Многие люди во все времена задавались вопросом, зачем это нужно.

Ответы на эти вопросы стали появляться примерно 150 лет назад от ученого, родившегося на территории нынешней Чешской республики в 1822 году. У родителей Грегора Менделя не было денег на образование детей и в 1843 году он присоединился к августинскому ордену, монашеской группе, которая делала упор на исследования и обучение.

Первое генетическое исследование шизофрении среди африканцев выявило редкие мутации. Но что это значит?

Укрывшись в монастыре в Брно, застенчивый Грегор сразу начал интересоваться наукой. Сначала он пробовал скрещивать цветы, получая новые оттенки и форму лепестков. Особенно его привлекали фуксии. Потом он переключился на горох, тщательно документируя свои опыты и доказав, что при скрещивании зеленого и желтого гороха всегда получается желтый. Однако скрещивание этих двух желтых ”потомков” периодически снова выдавало зеленый горох.

К генетике пришли через растения.

Он опередил свое время. Его исследованиям уделялось мало внимания в свое время, но спустя десятилетия, когда другие ученые обнаружили и воспроизвели эксперименты Менделя, они стали рассматриваться как прорыв.

Гениальность экспериментов Менделя заключалась в том, что он сформулировал простые гипотезы, которые очень хорошо объясняют некоторые вещи, вместо того, чтобы сразу решать все сложности наследственности. Так он заложил основы генетики и дал современным ученым отличную базу для развития.

Как открыли цветовые спектры света

Исаак Ньютон во время вспышки чумы в его студенческом городке пережидал эпидемию в другом месте и часто заходил на местный рынок, где раздобыл детскую игрушку в виде призмы. Она просто показывала, что в нее входит свет, а на выходе получается радуга. Это было все, что она могла дать, но Ньютон начал изучать ее более внимательно и сделал важное открытие.

Он доказал, что привычный свет разбивается на цветовые спектры. Это открытие позволило создать науку под названием оптика, являющуюся неотъемлемой частью современной физики.

Чтобы доказать, что дело было не в призме, он пропускал свет через одну призму, а один из выделенных цветовых потоков — через другую. Он не менял свой цвет, значит дело было не в призме и она не могла изменить проходящий через нее свет, окрасив его.

Все пользовались этими призмами, но никто не думал, как они работают.

В оригинальной статье 1672 года Ньютон недостаточно полно описал установку, с которой он работал, поэтому его современники изо всех сил старались повторить эксперимент, но им это не удавалось. Впрочем, результаты никто не ставил под сомнение, так как они были очень убедительными.

Ньютон творил много странных вещей, включая углубление в библейскую нумерологию, оккультизм и втыкание иголок в свои веки, но все это не помешало ему сделать много важных открытий и увековечить свое имя в истории.

Как распространяются световые волны

Если что-то сказать, то за счет вибрации воздуха звук передается в уши слушателя. Если бросить камень, то по воде идут волны, но у них всегда есть среда, в которой они движутся. Свет проходит и через воздух, и через воду, и даже через вакуум.

Именно это и вызывало вопросы в конце 19-го века. Никто не понимал, почему нет среды, но есть движение света. Единственным объяснением было существование светоносного эфира.

Работая вместе в Университете Западного Кейса в Огайо, Альберт Майкельсон и Эдвард Морли намеревались доказать существование этого эфира. То, что у них получилось, является возможно самым известным неудавшимся экспериментом в истории.

Гипотеза ученых заключалась в следующем: когда Земля вращается вокруг Солнца, она постоянно проходит сквозь эфир, создавая эфирный ветер. Когда путь светового луча движется в том же направлении, что и ветер, свет должен двигаться немного быстрее по сравнению с движением ”против ветра”.

В начале 1880-х годов Майкельсон изобрел тип интерферометра, инструмента, который объединяет источники света. Интерферометр Майкельсона излучает свет через одностороннее зеркало. Свет разделяется на две части и получающиеся лучи движутся под прямым углом друг к другу. Через некоторое время они отражаются от зеркал назад к центральному месту встречи. Если световые лучи приходят в разное время из-за какого-то искажения (скажем, от эфирного ветра), они создают характерную интерференционную картину.

Исследователи защитили свой прибор от вибраций, поместив его на твердую плиту из песчаника, и изолировали его в подвале здания кампуса. Майкельсон и Морли медленно поворачивали плиту, ожидая увидеть интерференционные картины, когда световые лучи синхронизируются с направлением эфира, но скорость света не менялась.

Что такое миражи и как они появляются?

В итоге эксперимент провалился, но ученые не сдавались и в 1907 году Майкельсон стал первым американцем, получившим Нобелевскую премию за исследования на основе оптических приборов. А сомнения в теории эфира положили начало исследованиям многих других ученых. В том числе именно это косвенно привело к открытию Альбертом Эйнштейном теории относительности.

Эксперимент Марии Кюри

Мария Кюри является одной из немногих женщин, имена которых отмечены в больших экспериментах.

Родившись в 1867 году в Варшаве, она иммигрировала в Париж в возрасте 24 лет, чтобы получить возможность продолжить изучение математики и физики. Там она познакомилась и вышла замуж за физика Пьера Кюри. При всем ее таланте и способностях, она бы, скорее всего, не закрепилась в научных кругах, если бы не он. При этом именно она выдвигала основные идеи в той области, в которой они делали открытия.

Для своей докторской диссертации в 1897 году Мари начала исследовать новомодный вид излучения, похожий на рентгеновские лучи и обнаруженный всего годом ранее. Используя прибор, называемый электрометром, созданный Пьером и его братом, Мари измерила таинственные лучи, испускаемые торием и ураном. Независимо от минералогического состава элементов (один был желтым кристаллом, а второй — черным порошком) интенсивность излучения менялась исключительно в зависимости от количества самого элемента.

Мария Кюри — одна из главных женщин в науке.

Кюри пришла к выводу, что радиоактивность — термин, который она придумала — была неотъемлемым свойством отдельных атомов, вытекающим из их внутренней структуры. До этого момента ученые считали атомы элементарными и неделимыми. Мари открыла дверь для понимания материи на более фундаментальном, субатомном уровне.

Кюри была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию в 1903 году, и одной из немногих людей вообще, получивших вторую Нобелевскую премию в 1911 году (за ее более поздние открытия элементов радия и полония).

Что такое собака Павлова

Наверное, этот эксперимент является самым нарицательным и слова ”собака Павлова” часто применяют, когда говорят о какой-либо привычке.

Российский физиолог Иван Павлов даже получил Нобелевскую премию в 1904 году за свою работу с собаками, исследуя, как слюна и желудочный сок переваривают пищу. Исследование может показаться странным и малозначительным, но именно оно дало ответы на многие вопросы, касающиеся пищеварения.

Павлов и его ученики провели эксперимент с группой собак. Одним сначала показывали еду, а потом кормили их, а вторая группа присоединилась на более поздней стадии эксперимента. В результате выяснилось, что те собаки, которые знали, что после того, как они видели еду, они ее получат, начинали вырабатывать слюну и желудочный сок заранее. Вторая группа не показывала такого результата.

Павлов много экспериментировал с собаками.

Позже эксперимент повторяли с символами, которые собаки видели перед кормлением. Например, загорающийся свет. В итоге было выяснено, что выработка слюны и желудочного сока является рефлекторной и не зависит от сознательных действий.

Так же эксперимент показал, что рефлексы могут быть условными и безусловными. То есть не все рефлексы ”зашиты” в организм изначально и могут приобретаться по мере развития. Попытка отказаться от таких приобретенных рефлексов сейчас лежит в основе многих видов терапии.

Является ли электрон частицей заряда

Двадцатый век стал для физики бурным временем: в течение чуть более десяти лет мир познакомился с квантовой физикой, специальной теорией относительности и электронами — первым доказательством того, что атомы имеют делимые части.

Надо было понять, являются ли электроны носителями заряда. Тут к делу и подключился Роберт Милликан, который до этого не добился особых высот в физике.

В своей лаборатории в Чикагском университете он начал работать с контейнерами с густым водяным паром, называемыми облачными камерами, и изменять напряженность электрического поля внутри них. Облака капель воды образовывались вокруг заряженных атомов и молекул, прежде чем спуститься под действием силы тяжести. Регулируя напряженность электрического поля, он мог замедлить или даже остановить падение капель, противодействуя гравитации с помощью электричества.

Пойди разберись с этими электронами.

Позже Милликан и его ученики поняли, что с водой работать сложно, так как она быстро испаряется. В итоге они перешли на масло, которое разбрызгивалось при помощи распылителя от духов.

Все более изощренные эксперименты с каплями масла в конечном итоге определили, что электрон действительно представляет собой единицу заряда. Они оценили его значение с большой точностью. Это был переворот для физики элементарных частиц

Как частицы образуют волны

Как думаете, свет — это частица или волна? Многие ученые остановились на том, что свет — это частица, основываясь на экспериментах Ньютона с призмами. Но доказательства Томаса Янга разрушили это убеждение.

Янг интересовался всем — от египтологии (он помог расшифровать Розеттский камень) до медицины и оптики. Чтобы исследовать сущность света, в 1801 году Янг подготовил эксперимент. Он проделал две тонкие щели в непрозрачном объекте, пропустил сквозь них солнечный свет и наблюдал, как лучи отбрасывают ряд ярких и темных полос на экране. Разные участки Янг объяснял тем, что свет распространяется волнообразно, как рябь на пруду, с гребнями и впадинами от разных световых волн, усиливающими и компенсирующими друг друга.

Розеттский камень — плита из гранодиорита, которую нашли в 1799 году в Египте недалеко от города Розетта, рядом с Александрией. На нем были выбиты три идентичные по смыслу текста, в том числе два на древнеегипетском языке.

Хотя современные физики в начале отвергли выводы Янга, повторение его экспериментов с двумя щелями показало, что частицы света действительно движутся, как волны. Дальнейшие эксперименты доказывали, что такое распространение света возможно только в том случае, если частицы движутся, как волны. Это открытие и его особенности в том числе лежат в основе квантовой физики.

Свет тоже состоит из волн.

Доказательство процветания биологических видов

К 1960-м годам экологи пришли к соглашению, что среды обитания процветают главным образом благодаря разнообразию видов в них. Считалось, что изменение соотношения представителей этих видов не приводит к изменению всей среды обитания. Но Роберт Пейн был с этим не согласен.

Пейн провел свои эксперименты, связанные с исключением морских звезд из приливных бассейнов вдоль побережья штата Вашингтон. Оказалось, что уничтожение этого единственного вида может дестабилизировать целую экосистему.

В этой экосистеме важна каждая рыбка.

Без морских звезд их добычу начали поглощать мидии, сильно увеличивая свою популяцию. Это приводило к тому, что они начали вытеснять водоросли и занимать их место. В итоге вся экосистема превратилась просто в рассадник мидий.

Открытие Пейна оказало большое влияние на сохранение видов живых организмов, доказав, что надо сохранять не отдельные виды, а целые экосистемы.

Так открытие Пейна перевернуло взгляд на всю систему взаимодействия живых организмов. Он умер в 2016 году и в последние годы много работал над изучением влияния человека на исчезновение видов, в том числе и за счет глобального потепления.

Невероятные факты

Цветы Дарвина

Большинство людей знакомы с деятельностью Чарльза Дарвина и с его знаменитым путешествием в Южную Америку. Он сделал свои наиболее важные открытия на Галапагосских островах, где каждый из 20 островов обладал своим уникальным набором видов, идеально адаптированных для проживания в тех условиях. Но мало кто знает об экспериментах Дарвина после того, как он вернулся в Англию. Некоторые из них были сосредоточены на орхидеях.

В процессе выращивания и изучения нескольких видов орхидей, он понял, что сложные цветки орхидей – это адаптация, позволяющая цветам привлекать насекомых, которые затем переносят пыльцу на соседние растения. Каждое насекомое специально предназначено для опыления одного типа орхидеи. Взять, к примеру, орхидею Вифлеемская звезда (Angraecum sesquipedale), нектар в которой хранится на глубине 30 сантиметров. Дарвин предугадал, что обязательно должно быть насекомое, которое опыляет этот вид орхидеи. Конечно, в 1903 году, ученые открыли вид под названием сумеречная бабочка, обладающая длинным хоботком, который может дотянуться до нектара этого вида орхидеи.

Дарвин использовал данные, которые он собрал об орхидеях и их насекомых опылителях для укрепления своей теории естественного отбора. Он утверждал, что перекрестно опыляемые орхидеи более жизнеспособны, чем самоопыляемые, поскольку самоопыление снижает генетическое разнообразие, что, в конечном итоге, оказывает прямое воздействие на выживаемость вида. Так, три года спустя, после того, как он впервые описал естественный отбор в "О происхождении видов", Дарвин провел еще несколько экспериментов на цветах и укрепил свои утверждения о рамках эволюции.

Расшифровка ДНК

Джеймс Уотсон (James Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) подошли очень близко к расшифровке ДНК, но их открытия в значительной степени зависят от работ Альфреда Херши (Alfred Hershey) и Марты Чейз (Martha Chase), они в 1952 году провели известный по сей день эксперимент, который помог им определить как молекулы ДНК связаны с наследственностью. Херши и Чейз работали с типом вируса, известного как бактериофаг. Этот вирус, состоящий из белковой оболочки, окружает нить ДНК, заражает бактериальную клетку, что программирует ее на производство новых зараженных клеток. Затем вирус убивает клетку и на свет появляются новые вирусы. Херши и Чейз знали об этом, но, при этом, они не знали, какой компонент – белок или ДНК – был ответственен за происходящее. Они не знали это до проведения своего гениального "блендер" эксперимента, который вывел их на ДНК рибонуклеиновые кислоты.

После эксперимента Херши и Чейз многие ученые, такие как Розалинд Франклин (Rosalind Franklin) сосредоточились на изучении ДНК и его молекулярную структуру. Франклин использовал технику, называемую рентгеновской дифракцией для изучения ДНК. Она подразумевает "вторжение" Х-лучей в волокна очищенной ДНК. При взаимодействии лучей с молекулой, они "сбиваются" с первоначального курса и становятся дифрагированными. Далее дифрагированные лучи образуют картинку уникальной молекулы, готовой для анализа. Знаменитая фотография Франклина показывает Х-образную кривую, которую Уотсон и Крик обозначили как "подпись молекулы ДНК". Они смогли также определить ширину спирали, глядя на изображение Франклина.

Первая вакцинация

Эдвард Дженнер (Edward Jenner), британский врач, начал изучать вирус и разрабатывать эффективные методы лечения. Генезисом его экспериментов стало наблюдение того, что доярки, проживающие в его родном городе, часто заражались вирусом коровьей оспы, несмертельным заболеванием, похожим на обычную оспу. Доярки, которые заражались коровьей оспой, казалось, были защищены от инфекции оспы, поэтому в 1796 году Дженнер решил проверить, может ли человек развить иммунитет к обычной оспе, если его заразить вирусом коровьей оспы. Мальчика, над которым Дженнер решил провести свой эксперимент, звали Джеймс Фиппс (James Phipps). Дженнер сделал надрез на руке Фиппса и заразил его коровьей оспой. Через некоторое время мальчик выздоровел. 48 дней спустя доктор ввел в его организм вирус обычной оспы и обнаружил у мальчика иммунитет.

Сегодня ученые знают, что вирусы коровьей и обычной оспы настолько похожи, что иммунная система человека не в состоянии их отличить.

Доказательство существования атомного ядра

Физик Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford) уже выиграл Нобелевскую премию в 1908 году за свои радиоактивные работы, при этом в тот период времени он также начал проводить эксперименты по выявлении структуры атома. Эксперименты были основаны на его предыдущих исследованиях, которые показали, что радиоактивность состоит из двух типов лучей – альфа и бета. Резерфорд и Ганс Гейгер (Hans Geiger) установили, что альфа-лучи – это потоки положительно заряженных частиц. Когда он выпускал альфа-частицы на экран, они создавали четкое и резкое изображение. Но если между источником альфа-излучения и экраном располагался тонкий лист из слюды, то полученное изображение было размытым. Было ясно, что слюда рассеивала некоторые альфа-частицы, но как и почему это происходило, на тот момент не было понятно.

В 1911 году, физик расположил тонкий лист золотой фольги между источником альфа-излучения и экраном, толщиной 1-2 атома. Также он разместил еще один экран перед источником альфа-излучения для того, чтобы понять какие из частиц отклоняются назад. На экране позади фольги, Резерфорд наблюдал диффузную картину, аналогичную той, какую он видел при использовании листа из слюды. Увиденное на экране перед фольгой очень удивило Резерфорда, поскольку несколько альфа-частиц отскочили прямо назад. Резерфорд заключил, что сильный положительный заряд, находящийся в сердце атомов золота, отправил альфа-частицы обратно к источнику. Он назвал этот сильный положительный заряд "ядром", и заявил, что по сравнению с общим размером атома, его ядро должно быть очень мало, в противном случае назад бы вернулось гораздо большее количество частиц. Сегодня ученые аналогично Резерфорду визуализируют атомы: маленькие, положительно заряженные ядра в окружении большого, в основном пустого пространства, в котором обитает несколько электронов.

Рентген

Мы уже говорили выше о рентгеновской дифракции исследований Франклина, но проделанной работой он многим обязан Дороти Кроуфут Ходжкин (Dorothy Crowfoot Hodgkin), одной из трех женщин, которым удалось выиграть Нобелевскую премию по химии. В 1945 году Ходжкин считалась одной из ведущих специалистов мира, практикующих методы рентгеновской дифракции, поэтому не удивительно, что именно она, в конце концов, показала структуру одного из важнейших на сегодняшний день химических веществ в медицине – пенициллина. Александр Флеминг обнаружил убивающее бактерии вещество еще в 1928 году, но ученым потребовалось еще некоторый период времени для того, чтобы очистить вещество в целях разработки эффективного лечения. Таким образом, при помощи атомов пенициллина Ходжкин удалось создать полусинтетические производные пенициллина, что оказалось революцией в борьбе с инфекциями.

Несколько лет спустя она использовала эту же технологию при выявлении структуры витамина В12. Она получила Нобелевскую премию по химии в 1964 году, честь, которой не удостоилась больше ни одна другая женщина.

Возникновение жизни

В 1929 году биохимики Джон Холдейн (John Haldane) и Александр Опарин независимо друг от друга предположили, что в ранней атмосфере Земли отсутствовал свободный кислород. В тех суровых условиях, они предположили, органические соединения могли формироваться из простых молекул, получая серьезный заряд энергии, будь то ультрафиолетовое излучение или яркий свет. Холдейн также добавил, что океаны, вероятно, были первыми источниками этих органических соединений.

Американские химики Гарольд Юри (Harold Urey) и Стэнли Миллер (Stanley Miller) решили проверить гипотезы Опарина и Холдейна в 1953 году. Им удалось воссоздать раннюю атмосферу Земли путем тщательной работы над контролируемой, закрытой системой. Роль океана играла колба с нагретой водой. После того, как водяной пар поднимался и собирался в другой емкости, Юрии и Миллер добавляли водород, метан и аммиак для того, чтобы сымитировать безкислородную атмосферу. Затем в колбе образовывались искры, представляющие свет в смеси газов. Наконец, конденсатор охлаждал газы в жидкости, которую они затем брали на анализ.

Спустя неделю, Юрии и Миллер получили удивительные результаты: в охлажденной жидкости в изобилии присутствовали органические соединения. В частности, Миллер обнаружил несколько аминокислот, в том числе глицин, аланин и глутаминовую кислоту. Аминокислоты – это строительные элементы белков, которые сами являются ключевыми компонентами и клеточных структур и клеточных ферментов, ответственных за функционирование важных химичексих реакций. Юри и Миллер пришли к выводу, что органические молекулы вполне могли выжить в безкислородной среде, что, в свою очередь, не заставило ждать появление простейших организмов.

Создание света

Когда в 19 веке появился свет, он так и остался загадкой, которая вдохновляла на проведение многих увлекательных экспериментов. К примеру, "двухщелевый эксперимент" Томаса Юнга (Thomas Young), который показал, как ведут себя световые волны, но не частицы. Но тогда еще не знали, как быстро свет путешествует.

В 1878 году физик А.А.Майкельсон (A.A. Michelson) провел эксперимент для того, чтобы рассчитать скорость света и доказать, что это конечная, измеряемая величина. Вот что он сделал:

1. Во-первых, он разместил два зеркала далеко друг от друга на разных сторонах дамбы возле университетского городка, расположив их так, что падающий свет отражался от одного зеркала и возвращался назад. Он измерил расстояние между зеркалами и обнаружил, что оно равнялось 605, 4029 метров.

2. Далее Майкельсон использовал паровой вентилятор для того, чтобы сторона одного из зеркал вращалась со скоростью 256 оборотов в секунду. Второе зеркало оставалось неподвижным.

3. При помощи линз он сфокусировал луч света на неподвижном зеркале. Когда луч света касался неподвижного зеркала, он отскакивал и отражался во вращающемся зеркале, возле которого Майкельсон разместил специальный экран. В связи с тем, что второе зеркало вращалось, траектория возвращения светового пучка незначительно изменилась. Когда Майкельсон измерил эти отклонения, он получил цифру 133 мм.

4. Используя полученные данные, ему удалось измерить скорость света, равную 186380 миль в секунду (299 949 530 километра). Допустимое значение для скорости света на сегодняшний день составляет 299 792 458 км в секунду. Измерения Майкельсона показали на удивление точный результат. Более того, в распоряжении ученых сейчас находятся более точные представления о свете и основ, на которых строятся теория квантовой механики и теория относительности.

Открытие радиации

1897 год был очень важным для Марии Кюри. Родился ее первый ребенок, а спустя всего несколько недель после его рождения она отправилась искать тему для докторской диссертации. В конце концов, она решила изучать "урановые лучи", впервые описанные Анри Беккерелем (Henri Becquerel). Беккерель открыл эти лучи случайно, когда он оставил соли урана, завернув их в непрозрачный материал вместе с фотопластинками в темной комнате, а вернувшись, обнаружил, что фотопластинки полностью засвечены. Мари Кюри выбрала для изучения эти таинственные лучи для того, чтобы выявить и другие элементы, действующие подобным образом.

Уже на раннем этапе изучения Кюри поняла, что торий вырабатывает такие же лучи, как и уран. Она начала маркировать эти уникальные элементы, как "радиоактивные" и быстро осознала, что сила радиации, вырабатываемая ураном и торием, зависит от количества тория и урана. В конце концов, ей удастся доказать, что лучи – это свойства атомов радиоактивного элемента. Само по себе это было революционное открытие, но Кюри это остановило.

Она обнаружила, что настуран (уранинит) более радиоактивен, чем уран, это натолкнуло ее на мысль, что наверняка в естественных минералах существует неизвестный ей элемент. Ее муж Пьер присоединился к исследованиям, и они систематически уменьшали количества настурана до тех пор, пока не обнаружили новый изолированный элемент. Они назвали его полонием, в честь родины Марии Польши. Вскоре после этого, они обнаружили другой радиоактивный элемент, который они назвали радием, от латинского "луч". Кюри завоевала две Нобелевские премии за свою работу.

Собачьи дни

Знаете ли вы, что Иван Павлов, российский физиолог и химик, а также автор эксперимента по выработке у собак слюноотделения и прививания им условного рефлекса, совсем не был заинтересован в психологии или поведении? Его интересовали темы пищеварения и кровообращения. На самом деле, он изучал систему пищеварения собак, когда открыл то, что сегодня нам известно, как "условные рефлексы".

В частности, он пытался понять наличие взаимосвязи между слюноотделением и работой желудка. Незадолго до этого, Павлов уже отметил, что желудок не начинает переваривать пищу без слюноотделения, которое происходит в первую очередь. Другими словами, рефлексы в вегетативной нервной системе тесно связывают друг с другом эти два процесса. Далее Павлов решил узнать, смогут ли внешние раздражители повлиять на пищеварение аналогичным образом. Чтобы это проверить, он начал во время приема пищи собакой включать и выключать свет, тикать метрономом и сделал слышимым звучание зуммера. В отсутствии этих раздражителей, у собак происходило слюноотделение только тогда, когда они видели и ели пищу. Но спустя некоторое время, у них начиналось слюноотделение при стимуляции звуком и светом, даже если им в это время не давали еды. Павлов также обнаружил, что этот тип условного рефлекса умирает, если стимул слишком часто "неправильно" использовать. К примеру, если звуковой сигнал собака слышит часто, но при этом не получает еды, то через какое-то время, она перестает реагировать на звук слюноотделением.

Павлов опубликовал полученные результаты в 1903 году. Год спустя он получил Нобелевскую премию в области медицины, причем не за свою работу по условным рефлексам, а "в знак признания его работ по физиологии пищеварения, благодаря которым знания о жизненно-важных аспектах были преобразованы и расширены".

Подчинение авторитету

Эксперименты Стэнли Милграма (Stanley Milgram), которые он проводил в 1960-х годах, и по сей день квалифицируются как одни из самых известных и противоречивых научных экспериментов. Милграм хотел выяснить, как далеко сможет зайти обычный человек в причинении боли другому человеку под давлением авторитета. Вот что он сделал:

1. Милграм набрал добровольцев, обычных людей, которые должны были по приказу причинить другим добровольцам-актерам некоторую боль. Экспериментатор играл роль авторитета, который на время исследования постоянно присутствовал в помещении.

2. Авторитет перед началом каждого испытания продемонстрировал ничего не подозревавшим добровольцам, как пользоваться шок – аппаратом, который мог поражать человека разрядом в 15-450 вольт (повышенный уровень опасности).

4. "Учащиеся" кричали, когда получали шоковые удары. После того, как сила удара превышала 150 вольт, они требовали освобождения. При этом, авторитет призывал добровольцев продолжать эксперимент, не обращая внимания на требования "учащихся".

5. Некоторые участники эксперимента пожелали его покинуть после достижения наказания в 150 вольт, но большинство продолжали, пока не достигли максимального шокового уровня в 450 вольт.

По окончанию экспериментов, многие высказывались относительно неэтичности данного исследования, но полученные результаты были впечатляющими. Мильграм доказал, что обычные люди могут причинить боль невинному человеку просто потому, что получили такую команду от властного авторитета.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это. Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту.

Результаты, полученные Галилеем, — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=γ (mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной γ — Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала. Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента. Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х 10-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

Современные физические эксперименты значительно сложнее экспериментов прошлого. В одних приборы размещают на площадях в десятки тысяч квадратных километров, в других заполняют объем порядка кубического километра. А третьи вообще скоро будут проводить на других планетах.

Читайте также: