Какие крупнейшие открытия были сделаны учеными xx столетия в физике и химии кратко
Обновлено: 02.07.2024
В 1905 г., когда в России началась первая в истории XX в. революция, в швейцарском городе Берне работник патентного бюро А. Эйнштейн отправил в физический журнал статью, положившую начало революции в естественнонаучной картине мира. В статье рассматривалось движение материальных тел со скоростью, близкой к скорости света в вакууме. На этой основе Эйнштейн сформулировал специальную теорию относительности, позже им была разработана и общая теория относительности. Если первая распространялась лишь на прямолинейное равномерное движение, то вторая – на ускоренное движение и явления тяготения.
В механистической картине мира, обоснованной ещё в Новое время И. Ньютоном, пространство выступало как бесконечная протяжённость, в нём размещались материальные тела и протекали физические процессы. Время же обладало нейтральностью к любым изменениям во Вселенной. В отличие от законов классической ньютоновской механики, в теории относительности Эйнштейна пространство и время обладали не постоянными, а меняющимися свойствами. Из этой теории следовало, что при движении тел могут меняться не только их размеры, но и течение времени, а это означало отсутствие единого времени во Вселенной. Оказалось также, что между массой и энергией существует тесная взаимосвязь и что мельчайшие частицы материи обладают внутренней энергией. Это были новые, революционные представления о материальной Вселенной.
Проникновение в микромир
Лауреаты Нобелевской премии по физике А. Эйнштейн и Н. Бор. 1931 г.
Основоположником теории молекул и атомов стал немецкий учёный М. Планк. Он предположил, что излучение не является непрерывным потоком энергии, а состоит из отдельных порций – квантов. В 1920-х гг. В. Гейзенберг и М. Борн заложили основы квантовой механики, выявляющей закономерности движения микрочастиц во внешних полях. Развивая их взгляды, учёные установили, что в микромире действуют закономерности, согласующиеся с принципами теории относительности, а не с законами классической механики.
Накануне Второй мировой войны учёные вплотную подошли к возможности управления процессом выделения ядерной энергии. Предпосылками для этого стало получение искусственных радиоактивных изотопов (супруги Ф. Жолио и И. Жолио-Кюри во Франции) и расщепление ядра урана под действием нейтронов (немцы О. Ган и Ф. Штрасман). Разработка квантовой теории стала общим делом учёных разных стран. Научные физические школы развивались как международные. Так, в лаборатории Э. Резерфорда в течение ряда лет работал советский учёный П. Л. Капица.
С началом Второй мировой войны развитие теоретической и экспериментальной физики микромира оказалось тесно связанным с проблемой создания ядерного оружия. По мере накопления знаний возникла необходимость классификации мельчайших частиц. Эта задача, в какой-то мере сравнимая с созданием Д. И. Менделеевым Периодической системы химических элементов, была выполнена в 1960-х гг. американцем М. Гелл-Маном. Он, в частности, высказал гипотезу о существовании кварков – предельных частиц дробления материи (гипотеза получила подтверждение в 1995 г.).
Со времени классификации Д. И. Менделеевым 63 химических элементов их число постоянно увеличивалось, и к 1940 г. пустующие клетки таблицы были заполнены вплоть до номера 92 (уран). Дальнейшие открытия связаны с синтезом не существующих в природе трансурановых элементов. 116-й элемент был получен в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне (под Москвой).
Космология: расширение представлений о макромире
С помощью радиоспектрального анализа учёные доказали химическую однородность Вселенной, состоящей из одних и тех же элементов, будь то Земля или звёзды. Была открыта девятая планета Солнечной системы – Плутон, которая в настоящее время отнесена к карликовым планетам. Учёным удалось установить, что туманности на небесном своде – не что иное, как галактики (впервые это было доказано применительно к туманности Андромеды). Вселенная стала осознаваться как совокупность множества галактик и разнообразных по величине, плотности и температуре звёзд.
Особенно крупные успехи в изучении Солнечной системы были достигнуты благодаря автоматическим межпланетным станциям. Больше всего таких станций было отправлено в космос США и Россией (СССР). В настоящее время накоплено много информации о поверхности, атмосфере, климатических особенностях планет и межпланетном пространстве.
Астрономические наблюдения свидетельствовали о применимости теории относительности к объяснению космических явлений. Российский математик А. А. Фридман выдвинул гипотезу о расширении Вселенной. Американский учёный Э. Хаббл (его именем назван космический телескоп) на основе наблюдений за смещением линий спектра придал этой гипотезе эмпирическое обоснование. Именно в процессе расширения Вселенной возникали звёзды и галактики. Во второй половине XX в. в научном мире утвердилась идея о происхождении Солнечной системы из газово-пылевого облака.
Познание тайн живой природы
Для познания функционирования организмов животных и человека огромное значение имели эксперименты И. П. Павлова в области физиологии высшей нервной деятельности. Учёный изучал процесс взаимодействия живых организмов и внешней среды, реакция на влияние которой осуществляется через условные и безусловные рефлексы.
В 1920—1930-х гг. были проведены исследования, позволившие выделить из человеческого организма в чистом виде ферменты и витамины, а затем воспроизвести их химическим путём. Благодаря этому удаётся спасать людей от ряда болезней. Были получены принципиально новые лекарства – антибиотики, которые обладают свойством разрушать опасные для человека микроорганизмы. В годы Второй мировой войны антибиотики (особенно выделенный из плесени пенициллин) и синтезированные химические лекарства с аналогичными свойствами (стрептоцид и неорганические сульфиды) спасли жизни сотен тысяч людей. Быстро развивалось вакцинирование от разных болезней: кори, полиомиелита, проказы и т. д.
Английский учёный А. Флеминг, установивший антибактериальные свойства пенициллина
В начале XX в. в США сложилась научная школа биологов-генетиков, возглавлявшаяся Т. X. Морганом. Ей принадлежит заслуга создания хромосомной теории наследственности. Было доказано, что передача наследственных признаков и изменение наследственных свойств (мутация) происходят на генно-хромосомном уровне. Российский учёный Н. К. Кольцов первым выдвинул подтверждённую позднее гипотезу молекулярного строения хромосом. Эти открытия легли в основу научно обоснованного выведения новых сортов растений и видов животных. Генетик Н. И. Вавилов был одним из создателей современного учения о биологических основах селекции. Он организовывал экспедиции в разные страны и собрал крупнейшую в мире коллекцию семян культурных растений.
В 1940-х гг. учёные определили, что в генах находится дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), которая является информационным носителем наследственных признаков. В 1950-х гг. англичанин Ф. Крик и американец Дж. Уотсон завершили создание модели ДНК, а вскоре удалось получить рентгенограммы молекулы ДНК и установить её структуру. В 1970-х гг. начала развиваться генная инженерия – целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. В конце XX в. английские учёные клонировали овцу (получившую имя Долли). В 2000 г. американские исследователи установили генетическую структуру вибриона холеры; в лабораториях США и Англии расшифровали генетический код человека.
Лауреат Нобелевской премии Дж. Уотсон
На протяжении XX столетия интенсивно развивалась психология. У истоков теории психоанализа, получившей широкое распространение, стоял австрийский учёный 3. Фрейд. Согласно его взглядам, решающее значение в поведении людей имеют бессознательные мотивации, которые возникают на основе накапливающихся переживаний и неисполнившихся желаний. Теория психоанализа используется как в культурологии и социальной психологии, так и в практической медицине (лечение с помощью психоанализа). Если Фрейд и его последователи делали акцент на бессознательном, то российский учёный Л. С. Выготский основное внимание уделял изучению сознания. Им была основана крупная научная школа в психологии.
Изучение Мирового океана
Во второй половине XX в. шло освоение новых ресурсов Мирового океана. Одним из направлений работы являлась шельфовая нефтедобыча. Активно развивается добыча нефти и газа в норвежском и английском секторах Северного моря, в бассейне Каспийского моря и других шельфовых местах. Создание морских нефтепромыслов требует обслуживания не только на поверхности моря, но и в его глубинах. С этой целью используются специальные подводные аппараты.
Благодаря аквалангам и различного рода подводным аппаратам появилась новая отрасль – подводная археология. Значительные археологические открытия были сделаны в бассейне Средиземного моря, в частности при исследовании бухты города Александрия в Египте, где находилось одно из семи чудес античного мира – знаменитый маяк.
Всё большее значение приобретают аквакультуры – разведение устриц (Франция, Япония и др.) и ракообразных, рыбоводство (в том числе выведение из икры мальков, которых выпускают в море), выращивание морских водорослей (съедобных, как ламинарии, кормовых или технических, как агар-агар).
Многие страны снаряжают океанографические экспедиции, проводят глубоководные исследования, изучают возможности промышленного использования морских ресурсов.
Условия и особенности развития современной науки
История науки всегда воспринималась как история отдельных учёных, внёсших наибольший вклад в научные открытия и достижения. Но в XX в. ряд открытий был сделан коллективами исследователей, иногда большими, иногда состоявшими из двух или нескольких человек. Большие коллективы создавались для ведения крупных научных или научно-технических проектов. Классический пример – американский и советский атомные проекты. В американском проекте принимали участие физики из разных стран. В советском – лучшие физики такой огромной страны, как СССР. Такие проекты, требовавшие не только серьёзных умственных затрат, но и больших финансовых средств, могли себе позволить только великие державы. Например, для получения желаемых результатов в атомных проектах создавались ядерные реакторы – устройства для осуществления управляемой ядерной реакции. В 2009 г. реализован международный проект по запуску в Швейцарии мощного адронного (адроны – частицы, состоящие из кварков) коллайдера – ускорителя заряженных частиц, предназначенного для разгона протонов и тяжёлых ионов. Этот проект принадлежит научно-исследовательскому центру Европейского совета ядерных исследований, созданному для решения теоретических и экспериментальных физических задач. Аналогичным международным институтом является Объединённый институт ядерных исследований в Дубне.
Шведский промышленник А. Нобель
Международная интеграция научной деятельности осуществляется не только через проекты. Научная информация посредством специализированных журналов, различных форм сотрудничества, общения через Интернет и т. д. создаёт интеллектуальную среду, которая обеспечивает быстрое развитие науки и в национальном, и в мировом масштабе. За выдающиеся научные открытия присуждаются национальные и международные премии. Самой известной и почётной является международная премия, учреждённая А. Нобелем, в соответствии с завещанием которого вручаются носящие его имя премии в области естественных наук, экономики, литературы, а также премия мира.
Величайшие научные достижения XX в. позволили человечеству проникнуть в тайны микромира, расширить свои познания о Вселенной, пересмотреть естественнонаучную картину мира, выявить законы наследственности и психофизической деятельности.
Вопросы и задания
1. В чём суть теории относительности А. Эйнштейна? Почему взгляды учёного считаются революционными?
2. Какие крупнейшие открытия были сделаны учёными XX столетия в физике и химии?
3. Чем новая естественнонаучная картина мира отличается от мировидения предшествующих веков?
4. Чем вы можете дополнить материал учебника о развитии одной из научных областей (на выбор – физика, астрономия, биология и др.)?
5. На основе материала параграфа и знаний по другим предметам составьте таблицу научных открытий и достижений XX – начала XXI в. (графы могут соответствовать рубрикации параграфа или учебным предметам).
6. Какими достижениями отмечено изучение Мирового океана и морских глубин?
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Продолжение на ЛитРес
4. Политические теории, изменившие мир. Развитие политической мысли в XVII–XIX вв
§ 21. Развитие научной мысли
§ 21. Развитие научной мысли Теория относительности. В 1905 г., когда в России началась первая в истории ХХ в. революция, в швейцарском городе Берне работник патентного бюро А. Эйнштейн отправил в физический журнал статью, положившую начало революции в естественно-научной
Навязанная доктрина подавила свободу научной мысли
Навязанная доктрина подавила свободу научной мысли Объединенная сессия двух академий имела большое влияние на состояние в последующие годы советской медицинской науки. С одной стороны, нельзя отнять у этого положительных сторон. Наши представления в вопросах
Проблема научной революции.
1.6 Единство процесса развития научной мысли.
1.6 Единство процесса развития научной мысли. Едва ли можно принимать историю человечества за нечто единое и целое. Мы наблюдаем в разных частях земной поверхности совершенно замкнутые и независимые циклы развития, которые лишь с большими натяжками и с большими
Развитие научной истории государства и права в XIX в.
Развитие научной истории государства и права в XIX в. С оживлением внимания к национальным историям правового развития, историческому изучению права древних народов, прежде всего Древнего Рима, в науке Европы развернулась специальная работа по критическому исследованию
78. РАЗВИТИЕ ПОЛИТИЧЕСКОЙ МЫСЛИ В НАЧАЛЕ XIX В
Для любителей научной фантастики
Для любителей научной фантастики Крайне интересные взгляды высказывал известный американский ученый Карл Саган, палеонтолог, астроном, основоположник экзобиологии (изучение внеземной жизни и инопланетного разума). Он всерьез полагал, что эволюция стенонихозавров или
Начало научной деятельности
Начало научной деятельности Я окончил инженерно?физико?химический факультет Московского химико?технологического института им. Менделеева. Этот факультет готовил специалистов, главным образом исследователей, которые должны были работать в области атомной
19. ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ МУСУЛЬМАНСКОЙ ПРАВОВОЙ МЫСЛИ
19. ФОРМИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ МУСУЛЬМАНСКОЙ ПРАВОВОЙ МЫСЛИ Мусульманское право сформировалось в период разложения родоплеменной организации и становления феодального общества в Арабском халифате в VII– Х вв. Возникновение и развитие мусульманского права, его источники,
Написание научной статьи
Написание научной статьи Теории постиндустриального и информационного общества играют наиболее заметную роль в концептуальном осмыслении современной истории. Идея постиндустриализма зародилась на фоне кризисных процессов конца 1960-х – середины 1980-х гг. Впоследствии
Написание научной статьи
Написание научной статьи Аббревиатура БРИК как устойчивое понятие была введена американским финансовым аналитиком Джимом О’Нейлом в 2001 г. и закрепилась в научном лексиконе как отражение особой траектории развития стран с переходным типом экономики, но с огромным
Наука
Двадцатый век стал веком прорывных научных открытий, которые позволили цивилизации подняться на принципиально новую ступень. Ключевые открытия повлекли за собой революционные перемены во многих областях человеческой деятельности, открыли новые направления для развития научной мысли, стали базисом для появления инновационных технических решений.
Открытие групп крови
Попытки использовать кровь для лечения заболеваний или омоложения предпринимались с глубокой древности – считалось, что в крови человека содержится его душа. Существуют документальные свидетельства, что в 17 веке проводились эксперименты по переливанию крови от животного животному (в том числе с полным замещением), от животного человеку. В начале 19 века Джеймс Бланделл разработал технологию прямого переливания крови от человека к человеку. Чтобы замедлить свертываемость, кровь подогревалась в специальном аппарате.
Переливание все чаще стало использоваться для лечения заболеваний, компенсации обширных кровопотерь. Но далеко не всегда процесс проходил гладко и приводил к желаемому результату. Причиной тому была несовместимость групп крови.
В 1891 году Карл Ландштайнер, ученый из Австралии, исследовал красные кровяные тельца (эритроциты), и обнаружил два вида антигенов – веществ, отвечающих за образование антител и иммунную защиту организма. Антигены получили наименование А и В. Выяснилось, что у одних людей в крови содержатся только антигены А, у других – только В, у третьих отсутствуют и те и другие. Соответственно, обозначили три группы крови:
- I (она же 0) – антигенов нет
- II – с антигенами А
- III – с антигенами В
Позже, в 1902 году, ученики Ландштайнера, Альфред Декастелло и Андриано Штурли в ходе исследований выявил существование эритроцитов с антигенами А и В. Но они не стали публиковать результаты, посчитав явление нетипичным.
Перечень групп крови пополнился IV группой – АВ только в 1907 году благодаря чешскому врачу Янскому. Он подтвердил открытие Ландштайнера и выявил наличие четвертой группы. Именно Янский предложил классификацию групп крови, которая в ходу до сегодняшних дней: 0 (I), A (II), B (III), AB (IV).
Открытие групп крови позволило широко применять переливание для лечения людей без риска для их жизни.
Открытие атомного ядра, планетарная модель атома
Мыслители античных времен, в том числе Лукреций, Демокрит, Эпикур, придерживались мнения, что все окружающие объекты состоят из неделимых частиц – атомов. И не существует ничего более мелкого, чем атом.
В 18 столетии вопросами элементарного строения вещества занимались многие блестящие ученые. Джон Дальтон в Англии, Антуан Лавуазье во Франции и Михаил Ломоносов в России независимо друг от друга нашли доказательства существования атомов. В конце 18 века российский ученый Дмитрий Менделеев создал периодическую систему химических элементов, в которой графически показана зависимость свойств элементов от их атомной массы. Это помогло вплотную приблизиться к пониманию единой природы атомов.
На заре 20 века, в 1911 году, британский физик Эрнест Резерфорд занимался изучением активности альфа-частиц в активных газах. В ходе экспериментов он открыл присутствие в составе атома частиц с положительным зарядом. Некоторое количество альфа-частиц резко отклонялось от траектории движения при прохождении лучей сквозь газ. Резерфорд объяснил этот факт столкновением этих альфа-частиц с положительно заряженными частицами в атомах.
Благодаря этому открытию Резерфорд создал новую модель атома. Она описывает атом как ядро с положительным зарядом, вокруг которого по определенным орбитам движутся отрицательно заряженные электроны. Модель получила название планетарной за прямую аналогию со структурой Солнечной системы.
Резерфорд, создав планетарную модель атома, стал родоначальником ядерной физики, его открытие легло в основу постулатов датского ученого Нильса Бора, одного из главных создателей квантовой физики.
Первый антибиотик — пенициллин
До появления антибиотиков множество людей погибало от заражения крови при ранениях и травмах, от бактериальных инфекций. Но средство, способное подавить деятельность вредоносных бактерий, было открыто благодаря случайности.
Это послужило основой для разработки антибиотиков – средств, которые подавляют или тормозят химическую реакцию, необходимую для жизнедеятельности бактерии. Пенициллин препятствует строительству новых клеточных оболочек бактерий.
В 30-х годах 20 века ученые пытались создать безопасный для человека антибиотик. Чистую форму пенициллина получили ученые Оксфордского университета Говард Флори и Эрнест Чей в 1938 году. Во время Второй мировой войны была высокая потребность в антибактериальных препаратах и к 1943 году развернулось массовое производство пенициллина.
В СССР также озаботились производством пенициллина, но союзники не соглашались продать технологию ни за какие деньги. Разработку советского пенициллина доверили Зинаиде Ермольевой, известному специалисту по борьбе с холерой. Используя научные данные о работе Флеминга, Ермольева провела большую серию опытов и нашла плесень с требуемой пенициллиновой активностью.
Открытие расширения Вселенной (закона Хаббла)
В 1913 году Вейл Слайдер, американский астрофизик, сделал открытие, выяснив, что огромные космические объекты, включая Туманность Андромеды, с высокой скоростью перемещаются относительно Солнечной системы. Дальнейшие наблюдения позволили сделать вывод, что туманности постоянно удаляются от нашей системы. На этом основании была построена теория о постоянном расширении Вселенной.
Ученый-астроном из Бельгии Жорж Леметр в 1927 году установил, что галактики удаляются не только от нас, но и друг от друга. Двумя годами позже американский ученый Эдвин Хаббл, используя 254-сантиметровый телескоп, подтвердил, что галактики удаляются друг от друга в космическом пространстве из-за расширения Вселенной и вывел физико-математическую формулу, которая описывает принцип этого расширения.
Закон Хаббла стал переворотом в астрономической науке. Согласно этому закону наша Вселенная неуклонно расширяется, причем расширение происходит одинаково во всех направлениях. Иными словами, наблюдатель, оказавшийся в любой точке космического пространства, становится центром, относительно которого все объекты будут одинаково удаляться.
Закон Хаббла стал подтверждением теории Большого Взрыва, согласно которой вся материя когда-то существовала в виде компактного шара или точки в бесконечном пространстве и начала распространяться после гигантского взрыва.
Современные астрономы, используя закон Хаббла, могут с большой точностью рассчитать местоположение объектов (включая галактики и их скопления) в пространстве через любой промежуток времени.
Открытие резус-фактора групп крови
Красные кровяные клетки, эритроциты, отвечают за транспортировку кислорода от легких к клеткам и углекислого газа в обратном направлении. На мембране эритроцитов большинства людей (около 86% населения планеты) находится особый белок – резус-фактор. У 14% он отсутствует.
В ходе дальнейших опытов эритроциты макак-резус добавляли в кровь кроликов, чтобы получить сыворотку. Затем сыворотку смешивали с человеческой кровью разных групп. Примерно в 85% случаев наблюдалось склеивание эритроцитов, и такую сыворотку стали именовать резус-положительной. Белок антиген получил название в честь вида макак, участвовавших в эксперименте.
Люди делятся на резус-положительных и резус-отрицательных. Знание резуса важно при переливании крови и при планировании семьи. Резус-отрицательному человеку нельзя вливать кровь с положительным резусом, поскольку организм воспринимает это как чужеродную атаку и начинается слипание эритроцитов в качестве защитной реакции. По этой же причине может возникнуть конфликт матери и плода, если резусы не совпадают. Но современная медицина уже нашла способы решения данной проблемы.
Опытное доказательство возможности получения ядерной энергии
Первый успешный опыт самоподдерживающейся цепной реакции с освобождением атомной энергии (первый ядерный реактор) был впервые реализован Энрико Ферми в декабре 1942 года в Чикаго. Это событие стало первым шагом человечества к тому, чтобы поставить ядерную энергию к себе на службу.
В том же 1938 году Ферми уехал из фашистской Италии в США. Год спустя он выдвинул идею о возможности создания сверхмощного оружия за счет использования цепной реакции, высвобождающей колоссальную энергию. Власти США выделили финансирование и создали все условия для работы ученого. В рамках реализации Манхэттенского проекта Ферми занимался исследованием цепной реакции и получением плутония, руководил строительством ядерного реактора.
2 декабря 1942 года впервые в мире была запущена самоподдерживающаяся цепная реакция, что открыло человечеству двери в атомный век. В июле 1945 года на полигоне в США был произведен первый ядерный взрыв, а в августе того же года две ядерные бомбы были сброшены на японские города Хиросиму и Нагасаки. Сегодня разработки Ферми в первую очередь используются в мирных целях – для получения электрической энергии. В память об ученом был назван 100-й элемент периодической системы – фермий, который открыли через год после его смерти.
Открытие магнитосферы и радиационных поясов Земли
Земля представляет собой огромный естественный магнит, и потому окружена магнитосферой – областью ее магнитного поля. Магнитосфера – самая внешняя оболочка планеты и самая протяженная. Она сложна по форме и неоднородна, имеет нейтральные поля с очень слабым магнитным полем. Участки с сильным магнитным полем могут захватывать корпускулярное излучение Солнца – заряженные частицы вещества. Так называемый солнечный ветер состоит из электронов, протонов, альфа-частиц, ионов гелия и других элементов. Также сильные магнитные поля захватывают радиацию, в результате чего у Земли сформированы радиационные пояса. Они опасны для живых организмов при длительных полетах в околоземном пространстве.
Первая пересадка человеческого сердца
К пересадке человеческого сердца ученые готовились с 30-х годов 20 века. Опыты шли над животными, в частности, российский ученый Владимир Демихов в 1946 году успешно пересадил второе сердце собаке, затем заменил легкие и сердце.
В 60-е годы к операции по пересадке человеческого сердца серьезно готовился Норман Шамуэй, хирург из США. Ставя опыты над собаками, он разработал технологию, которая применяется до сих пор. Для ускорения и упрощения операции он оставлял верхнюю часть предсердия с крупными венами, и к ней пришивал нижнюю часть донорского сердца.
Однако первую в мире операцию по пересадке человеческого сердца совершил Кристиан Барнард – специалист из ЮАР, обучавшийся в США. Он применил наработки Нормана Шамуэя, с которым был знаком со времен учебы в Минессотском университете, и Владимира Демихова – Барнард дважды приезжал к нему в Советский Союз, в 1960 и в 1963 годах.
Луи Вашканский согласился на трансплантацию сердца, попав в больницу ЮАР с третьим инфарктом. Без пересадки он был обречен умереть в течение ближайших недель. Так как в ЮАР было запрещено использовать донорские органы чернокожих, возникла проблема с поиском донора. Все решил случай – в ДТП погибла 25-летняя Дениза Дарваль. Ее отец дал согласие на операцию.
Первая пересадка человеческого сердца была проведена 3 декабря 1967 года. Операция длилась около пяти часов. Через несколько дней Луи Вашканский уже вставал с постели, принимал посетителей, общался. Несмотря на то, что пересаженное сердце девушки было заметно меньше, работало оно исправно.
Луи Вашканский прожил с новым сердцем 18 дней. Смерть наступила в результате развившейся пневмонии на фоне подавления иммунной системы. Иммунитет подавлялся, чтобы избежать отторжения организмом чужеродных тканей. Следующие операции по пересадке сердца прошли успешнее. Филипп Блайберг смог прожить 1,5 года после трансплантации, а Дирк ван Зыл – 24 года. В течение года после первой пересадки человеческого сердца во всем мире было проведено более сотни аналогичных операций.
Определение возраста Земли
В древние времена люди привязывали возраст Земли к возрасту человечества – к примеру, в Древнем Риме точкой отсчета была Троянская война. В 17 веке возраст планеты попробовали вычислить, основываясь на Библии, и получили точную дату: 4004 год до н.э., 26 октября, 18:00.
Открытие эмбриональных стволовых клеток
Соматические (неполовые) клетки организма специализированы, выполняют конкретную функцию – клетки крови, костной ткани, нервные клетки и т.д. В отличие от них эмбриональная стволовая клетка не имеет заданной программы и не срабатывает в автоматическом режиме. Эмбриональная стволовая клетка способна принять любую программу, превратиться в специализированную клетку любого типа.
Ценность эмбриональных стволовых клеток в том, что они могут использоваться для лечения ряда тяжелых заболеваний, для восстановления поврежденных тканей и органов.
По этическим соображениям, под давлением религиозных общин во многих странах эксперименты над эмбриональными стволовыми клетками, их клиническое использование существенно ограничены или полностью находятся под запретом. Россия входит в список этих стран.
Двадцатый век кардинально изменил жизнь человека. Мы вошли в него с паровозами и неуклюжими автомобилями, а закончили с космическими станциями, компьютерами и первыми клонированными животными.
За одно столетие мы узнали об окружающем мире на порядок больше, чем за всю предыдущую историю.
В этом материале собраны десять самых важных научных открытий ХХ века.
Квантовая теория
Двадцатый век начался с настоящей научной революции – в 1900 году Макс Планк сформулировал квантовую теорию. Она перевернула представления ученых о строении элементарных частиц.
Планк определил, что атомы поглощают и испускают энергию не равномерно, а особыми порциями – квантами.
Это открытие привело ученых к понимаю дуализма природы элементарных частиц. Позже на основе квантовой теории Эйнштейн объяснил природу света, а Бор построил первую модель атома.
Теория Планка позволила создать квантовую механику, подходящую для описания широкого круга природных явлений.
Квантовая теория Планка имеет широчайшее прикладное значение. Она применяется повсюду, от работы компьютеров и ядерных реакторов до описания астрофизических явлений и оптических систем.
По сути, Планк открыл человечеству новый мир элементарных частиц, который живет по собственным законам. Его теория дала огромный толчок развитию физики, химии, астрономии.
Теория относительности
В 1915 году Альберт Эйнштейн сформулировал Общую теорию относительности (ОТО), которую еще называют теорией тяготения. В ней ученый заявил, что гравитация – это сила, возникающая в результате искривления пространства-времени.
Именно эта теория объяснила множество парадоксов, которые появляются на скоростях близких к околосветовым. Самым известным из них является замедление времени.
ОТО имеет сложнейший математический аппарат, долгое время ее не могли подтвердить опытным путем. Впервые это удалось при расчете орбиты Меркурия. С помощью ОТО было предсказано существование черных дыр, которые позже были обнаружены астрономами.
В настоящее время ОТО – самая распространенная теория гравитации, она неоднократно подтверждена экспериментально.
Теория с успехом применяется в физике, астрономии, работает в системах спутниковой навигации. Она легла в основу теории Большого взрыва – основной космологической модели современности.
Группы крови
На протяжении столетий медики пытались переливать кровь от одного человека другому. Далеко не всегда подобные попытки заканчивались успешно, иногда они приводили к гибели пациентов.
В 1900 году австрийский врач Карл Ландштайнер понял в чем дело. Он обнаружил группы крови, что стало крупнейшим открытием в практической медицине.
Если раньше кровопотеря была одной из главных причин смерти пациентов, то теперь врачи знали, как избежать ее.
Ландштайнер и его помощники выявили четыре группы крови и принципы их совместимости, после чего переливание стало рутинной процедурой.
В 1930 году ученый за свое открытие получил Нобелевскую премию.
Открытие пенициллина
Антимикробные свойства плесневых грибов были известны медикам еще в Средние века. Однако выделить из их культуры препарат и доказать его свойства удалось Александру Флемингу в 1928 году. Полученное вещество он назвал пенициллином.
Технология его промышленного получения появилась только в 40-е годы в США. Создание антибиотиков привело к настоящей революции в медицине.
Врачи получили эффективный инструмент борьбы против любых бактериальных инфекций. Только в годы войны благодаря антибиотикам удалось спасти более 200 млн человек.
Сегодня существуют десятки видов антибиотиков, однако все они созданы благодаря исследованиям лечебных свойств плесневых грибов.
Флеминг за свое открытие в 1945 году получил Нобелевскую премию.
Открытие нейтрона
Первым гипотезу о существовании нейтральной ядерной частицы выдвинул Резерфорд в 1920 году. Однако она была холодно встречена ученым сообществом.
В 1930 году немецкие ученые Боте и Беккер открыли новый вид излучения, обладавшее значительной проникающей способностью.
В 1932 году англичанин Джеймс Чедвик предположил, что оно состоит из массивных незаряженных частиц, с массой близкой к протону. Он назвал их нейтронами.
Позже гипотеза была подтверждена экспериментально, а в конце 30-х годов ученые обнаружили, что под воздействием новых частиц ядра способны делиться.
Открытие нейтрона имела серьезные последствия. Благодаря ему появилась ядерная энергетика, а также промышленное использование радиоизотопов.
Менее приятным итогом стало создание ядерного оружия, бомбардировка Хиросимы, а также десятилетия Холодной войны, когда мир находился в шаге от ядерного Армагеддона.
Создание транзисторов
В 1947 году американец Уолтер Браттейн собрал первый работающий точечный транзистор. Вскоре были созданы более совершенные плоскостные транзисторы на основе германия, на смену которому пришел кремний. Именно этот элемент стал основой современной электроники, он сделал возможным изготовление интегральных схем.
Появление транзисторов было бы невозможным без создания теории p-n-перехода, которая была разработана в конце 40-х годов Уильямом Шокли.
Эти приборы используют два перехода, направленных навстречу друг другу. При таком расположении ток может течь только в одном направлении.
В 1956 году за свое открытие Шокли получил Нобелевскую премию.
Транзисторы быстро вытеснили вакуумные лампы, что позволило значительно уменьшить вес электронных устройств и повысить их производительность.
В 1971 году на основе транзисторов был создан микропроцессор, открывший человечеству компьютерную эру. Создание вычислительных устройств дало огромный толчок развитию всех научных дисциплин, от физики и математики до биологии и экономики.
Реакции Циглера-Натта
Начиная с середины 30-х годов, полиэтилен и другие виды высокомолекулярных пластмасс синтезировались при высоких температурах (около 300 °C) и огромном давлении. По этой причине стоимость этих соединений была крайне высока.
Немецкий химик Карл Циглер изучал полимеризацию органических веществ, в 1952 году ему удалось разработать реакцию получения полиэтилена и полипропилена при низком давлении и комнатной температуре.
Успеха удалось достигнуть за счет использования металлических катализаторов, в частности титана. Полиэтилен, полученный Циглером, имел большую жесткость и твердость, что делало его более ценным сырьем.
Легенда гласит, что добиться результата помогла случайность. Якобы лаборант плохо отмыл посуду от солей металла, которые и послужили катализатором полимеризации.
Уже через несколько месяцев новый способ получения полимеров был запатентован и запущен в промышленных масштабах.
Катализаторы Циглера позволили химикам получить большое количество новых полимерных соединений, но главным итогом этого открытия стало удешевление полиэтилена и полипропилена. В настоящее время объемы производства этих веществ исчисляются миллионами тонн.
За свое открытие Циглер и Натт получили Нобелевскую премию по химии.
Теория Большого взрыва
Ученых всегда интересовали вопросы возникновения мироздания: как появилась Вселенная, каков ее возраст, что было в начале. В прошлом столетии исследователям удалось ответить на значительную часть этих вопросов.
Теория Большого взрыва – это основная космологическая модель, существующая в наши дни. Согласно этой теории, Вселенная возникла примерно 13,8 млрд лет назад из небольшой точки, в которой каким-то непостижимым образом была сконцентрирована все материя и энергия.
Затем последовал Большой взрыв, давший начало экспоненциальному расширению Вселенной. В первые мгновения после взрыва возникли все существующие элементарные частицы и физические законы.
Теория Большого взрыва и расширяющейся Вселенной родилась не в один момент. Ученые шли к ней несколько десятилетий.
Первым шагом в ее создании стала Общая теория относительности Эйнштейна.
Затем советский математик Фридман предсказал расширение Вселенной. В 1929 году американский астроном Хаббл открыл красное смещение спектра, что доказало на практике процесс расширения.
Важнейшим доказательством этой теории стало открытие реликтового излучения в 1964 году. За него также дали Нобелевскую премию.
Теорию Большого взрыва часто критикуют, есть множество моментов, которые она пока не может объяснить. Однако с каждым годом доказательств ее правоты становится все больше.
Клонирование животных
В 1996 году в Шотландии на свет появилась овечка Долли – первое клонированное млекопитающее. Так началась новая эпоха в развитии биотехнологии. Успеха удалось добиться группе ученых под руководством Яна Вильмута.
Появление Долли нельзя назвать одномоментным открытием. Это событие стало итогом десятилетий развития генетики, молекулярной биологии, биохимии, медицинских технологий.
Например, уже в 60-е годы были успешно проведены опыты по клонированию земноводных.
Для клонирования Долли ученые пересадили ядро обычной клетки в яйцеклетку. Овца родилась абсолютно здоровой, она прожила шесть лет, принеся за это время нескольких ягнят. Долли стала самой известной овцой в истории, ее появление вызвало широкий резонанс.
Вскоре технология была отработана и поставлена на поток. В последующие годы ученым удалось успешно клонировать кошек, собак, лошадей, коров, оленей и других животных.
Клонирование – чрезвычайно перспективная технология, поскольку с ее помощью можно получать животных с заранее заданными свойствами.
Над этой задачей сейчас работает несколько серьезных лабораторий в разных странах мира.
Очень заманчиво выглядит перспектива клонирования человека, однако здесь возникают препятствия этического характера. В большинстве стран подобные исследования запрещены.
Открытие ДНК
Ученые давно понимали, что у живых организмов признаки закладываются еще до рождения и передаются по наследству. Но очень долго оставалось загадкой, как это происходит, где хранятся эти данные.
Долгое время ученые считали, что информация сохраняется в белках. Позже внимание биологов привлекли нуклеиновые кислоты, присутствие которых было обнаружено во всех клетках.
Изучением этих веществ занималось несколько исследовательских групп. В 1953 году удача улыбнулась британцу Френсису Крику и американцу Джеймсу Уотсону.
Первоначально Уотсон и Крик построили неверную модель ДНК, представив ее в виде спирали из трех цепочек. Позже, применив новый метод рентгенографии, им удалось установить, что в состав спирали входи две нити.
Много времени заняло определение строения цепочек. В конце концов ученые пришли к выводу, что четыре основания в ее составе соединяются попарно, цитозин всегда с гуанином, а тимин с аденином. А ДНК напоминает равномерно закрученную спираль, которая при необходимости может делиться пополам.
Через несколько месяцев выводы ученых были опубликованы, а в 1963 году за свою работу они получили Нобелевскую премию.
Расшифровка строения нуклеиновой кислоты и определение ее роли в сохранении наследственных признаков стало революционным открытием в биологии и медицине.
Благодаря этому открытию мы можем модифицировать гены, заниматься клонированием, лечить генетические заболевания, создавать новые лекарства и вакцины.
Ученые надеются, что изучение работы генетического аппарата позволит излечить рак, победить старение, сделает доступными донорские органы.
Двадцатый век преобразил жизни людей. Безусловно, развитие человечества никогда не прекращалось, и в каждом веке бывали важные научные изобретения, но по-настоящему революционные перемены, да еще и в серьезных масштабах, произошли не так уж давно. Какие открытия двадцатого века оказались наиболее значимыми?
Авиация
Братья Орвил и Уилбур Райт вошли в историю человечества как первые пилоты. Не в последнюю очередь великие открытия 20 века - это и новые виды транспорта. Орвилу Райту удалось совершить управляемый полет в 1903 году. Самолет, разработанный им вместе с братом, продержался в воздухе лишь 12 секунд, но это был настоящий прорыв для авиации тех времен. Дата полета считается днем рождения этого вида транспорта. Братья Райт первыми спроектировали систему, которая скручивала бы консоли крыла тросами, позволяя управлять машиной. В 1901 году была создана и аэродинамическая труба. Они же изобрели и пропеллер. Уже к 1904 году свет увидела новая модель самолета, более совершенная и способная не только на полет, но и на выполнение маневров. В 1905-м появился третий вариант, который мог оставаться в воздухе около тридцати минут. Через два года братья подписали контракт с армией США, а позже самолет купили и французы. Многие начали задумываться о перевозке пассажиров, и Райты внесли необходимые поправки в свою модель, установив дополнительное сиденье и сделав двигатель мощнее. Так начало 20 века открыло для человечества совершенно новые возможности.
Рентген
Телевизор
Научно-технические изобретения преобразили жизнь двадцатого века. Одним из ключевых событий стало появление нового способа распространения информации – телевидения. В 1907 году его запатентовал русский физик Борис Розинг. Он использовал для этого электронно-лучевую трубку. Для преобразования сигналов применялся фотоэлемент. К 1912 году он доработал свое изобретение, а уже в 1931-м впервые был предложен способ вещания в цвете. С 1939 года начал функционировать первый телеканал. В 1944-м был создан современный стандарт телевидения. Возможно, другие открытия ученых 20 века были более значимы в научном плане, но нельзя отрицать воздействие этой новинки на жизнь людей. Телевещание изменило способы коммуникации и преобразило мировосприятие людей.
Мобильный телефон
Сейчас представить жизнь без смартфона кажется почти невозможным. Тем не менее появились они совсем недавно. Научные изобретения позволяли людям общаться по телефону, но беспроводная связь была изобретена лишь в 1973 году. Мартин Купер, создатель сотового, смог позвонить в офис с улиц Манхеттена. Через десять лет мобильные телефоны стали доступны широкому кругу покупателей. Первая Motorola стоила почти четыре тысячи долларов, но идея настолько впечатлила американцев, что люди записывались в очередь на приобретение. Причем на современный смартфон устройство походило мало: трубка была просто огромной, весила почти килограмм, а на крошечном дисплее можно было увидеть лишь набираемый номер. Заряда хватало на полчаса разговора. Тем не менее вскоре начался массовый выпуск разнообразных моделей, и с каждым поколением телефонов людей ждали все новые интересные открытия. На сегодняшний день совершенно небольшое устройство представляет собой настоящий миниатюрный компьютер со множеством функций, о которых в 1973 году даже и не задумывались создатели сотового Motorola.
Интернет
Далеко не все открытия последнего столетия используются людьми каждый день. Но изобретение интернета преобразило жизнь даже в мелочах, сегодня им пользуются практически в каждой стране мира. Это средство для общения, поиска информации, обмена данными. Это универсальный источник коммуникации. Поэтому, перечисляя великие открытия 20 века, про интернет забывать никак нельзя. Есть мнение, что первые шаги в этом направлении сделал доктор Ликлидер, ученый, который возглавлял американский военный проект по обмену информацией. Так была создана сеть Arpanet, с помощью которой в 1969 году произошла передача данных от университета Лос-Анджелеса в лабораторию Юты. Начало было положено, и в 1972-м интернет был представлен публике. Появилось понятие электронной почты. Изобретение интернета стало известно во всем мире, и уже через несколько лет им пользовались тысячи людей. К концу двадцатого века их оказалось уже двадцать миллионов.
Компьютер
Великие открытия 20 века чаще всего связаны с техническим прогрессом. Не исключение и компьютер. Если понимать под этим словом арифметическую машину, то подобные механизмы существовали с семнадцатого века. Но устройство в современном понимании появилось лишь в двадцатом. В 1927 году был создан аналоговый компьютер, его разработали в Америке. К середине века появилось и электронное устройство. Была создана машина Марк I - первый настоящий компьютер. После этого прогресс пошел рекордными темпами. Способ хранения данных сменился от перфокарт к дискетам, а затем к компактным дискам и накопителям. Изменялись и языки программирования. Первая ЭВМ подходила лишь для выполнения алгебраических операций, а современные устройства представляют собой многофункциональный аппарат, подходящий для разнообразных задач.
Лапша быстрого приготовления
Перечисляя великие открытия 20 века, нельзя забывать и о том, что кажется на первый взгляд мелочью. Лапша быстрого приготовления – привычный бытовой продукт, но ее появление изменило ситуацию с питанием в условиях отсутствия кухни или на рабочем месте и тоже было серьезным достижением. Макароны такого типа придумал японец Андо Момофуки. Послевоенная Япония нуждалась в продовольствии, и доступная еда без особых сложностей в приготовлении явно исправила бы ситуацию. Так Андо решил начать поиски специальной лапши. Он перепробовал множество способов приготовления, пока ему не попалось бездрожжевое жидкое тесто, которое прекрасно подходило для сушки. В 1958 году он начал производство своей лапши, а сегодня ежегодно употребляется более сорока миллиардов порций подобного продукта. Еще одним открытием Андо Момофуки стало использование особых пластиковых чашек, которые позволили бы приготовить быстрое блюдо без посуды.
Пенициллин
Многие выдающиеся ученые 20 века связаны с точными науками, но и в медицине произошел серьезный прорыв. Именно в это столетие появился пенициллин, лекарство, спасшее жизни миллионам. Изобрел его англичанин Александр Флеминг, в 1928 году обнаруживший воздействие плесени на бактерии. Интересно, что великие открытия 20 века могли бы и не пополниться появлением антибиотиков. Все коллеги Флеминга считали, что главное – не борьба с микробами, а укрепление иммунитета. Антибиотики казались бессмысленными и оставались невостребованными пару лет после их создания. Лишь к 1943-му лекарство стали широко использовать в медицинских учреждениях. Флеминг не отказался от изучения микробов и не просто улучшил пенициллин, но и создал с помощью своего открытия нескольких картин, рисуя бактериями по специальному веществу.
Шариковая ручка
Изучая научно-технические изобретения, можно забыть о небольших бытовых улучшениях, имеющих серьезное значение. Например, привычная всем шариковая ручка появилась лишь в 1943 году. Ее изобрел Ласло Биро, который наблюдал за процессом печати газет и задумался, почему не наполнить резервуар ручки такими же быстросохнущими чернилами? Они должны быть густыми. Чтобы они не забили отверстие ручки, там должен быть размещен шарик. Обдумав все это, Биро создал опытный образец. Эмигрировав в Аргентину, он нашел спонсора и начал производство чернильных авторучек. Первыми покупателями стали летчики, которые могли пользоваться ими и на высоте: обычное перо протекало при отсутствии давления. В 1953 году француз Марсель Бик преобразовал форму чернильной ручки и смог создать дешевые варианты, которые стали доступны любому человеку и покорили весь мир.
Стиральная машина
Читайте также: