رسالة عن إنجاز علمي واحد في القرن العشرين. أهم إنجازات العلم في نهاية القرن التاسع عشر وبداية القرن العشرين

في القرن العشرين، تطورت العلوم الطبيعية بسرعة غير عادية: الفيزياء والكيمياء وعلم الفلك وعلم الأحياء والجيولوجيا وغيرها الكثير. لقد أعطى العلم الكثير من الأفكار والتطورات، وقد أعطى الإنتاج بدوره للعلم أجهزة وأدوات معقدة ومتقدمة. كل هذا معًا حفز تطور العلم. وكانت نتيجة هذا المزيج المثمر للغاية من العلم والإنتاج تحقيق تطورهم العالي، مما أدى إلى ظهور الثورة العلمية والتكنولوجية الثالثة في منتصف القرن العشرين.

الفيزياء

في القرن العشرين، تم القيام بالكثير في مجال دراسة بنية المادة. عالم فيزياء إنجليزي مشهور إرنست رذرفورد(1871 - 1937) أثبت تجريبيًا أن الذرات لها نوى تتركز فيها كل كتلتها تقريبًا، وطور نموذجًا كوكبيًا لبنية الذرة (1911). ربما كان هذا هو النموذج الأخير (أو ربما الأول والأخير) للذرة الذي يسهل تخيله نسبيًا. وفقا لنموذج الكواكب، تتحرك الإلكترونات حول نواة الذرة الثابتة (مثل الكواكب حول الشمس)، وفي الوقت نفسه، وفقا لقوانين الديناميكا الكهربائية الكلاسيكية، فإنها تنبعث منها الطاقة الكهرومغناطيسية بشكل مستمر. ومع ذلك، لم يتمكن النموذج الكوكبي للذرة الذي وضعه رذرفورد من تفسير سبب عدم اقتراب الإلكترونات، التي تتحرك حول النواة في مدارات دائرية، وبالتالي تشهد تسارعًا مستمرًا وبالتالي تبعث وتفقد طاقتها الحركية باستمرار، من النواة ولا تقع عليها. سطح.

نموذج للذرة اقترحه عالم فيزياء دنماركي مشهور نيلز هنريك ديفيد بور (1885 - 1962), وعلى الرغم من أنها كانت مبنية على نموذج رذرفورد للكواكب، إلا أنها لم تحتوي على التناقض المشار إليه. ولهذا قدم بور افتراضات تحمل اسمه الآن، مفادها أن الذرات لها ما يسمى بالمدارات الثابتة التي تتحرك فيها الإلكترونات دون انبعاث، بينما يحدث الإشعاع فقط في تلك الحالات عندما تنتقل من مدار ثابت إلى آخر (في هذه الحالة، التغير في الطاقة الذرية). إن تخمين (أو فكرة) بور الرائعة، على الرغم من تناقضها الداخلي، مترابط

إن فهم ميكانيكا نيوتن الكلاسيكية، المستخدم لشرح حركة الإلكترونات والقيود الكمية على حركة الإلكترونات غير المقبولة من وجهة نظره، قد وجد تأكيدًا تجريبيًا.

كان الإنجاز الكبير في الفيزياء هو إنشاء ميكانيكا الكم (الموجة)، والتي بموجبها تتمتع الجسيمات الدقيقة بطبيعة موجية جسيمية مزدوجة. ميكانيكا الكم - أحد الأقسام الرئيسية لنظرية الكم - النظرية الفيزيائية الأكثر عمومية، لم تقدم أفكارًا ثورية جديدة حول الجسيمات الدقيقة فحسب، بل جعلت من الممكن أيضًا شرح العديد من خصائص الأجسام العيانية.

كانت المتطلبات الأساسية لتطوير ميكانيكا الكم هي العمل على إنشاء مفاهيم الكم لبلانك وأينشتاين وبور. في عام 1924، الفيزيائي الفرنسي لويس دي بروليطرح فكرة الطبيعة الموجية الجسيمية المزدوجة ليس فقط للإشعاع الكهرومغناطيسي (الفوتونات)، ولكن أيضًا للجسيمات الدقيقة الأخرى، وبالتالي وضع الأساس لميكانيكا الكم. في وقت لاحق إلى حد ما، تم إجراء التجارب التي لوحظ فيها حيود الجسيمات الدقيقة - تشتت تدفق الجسيمات الدقيقة (تدفق الجسيمات الدقيقة التي تنحني حول عوائق مختلفة)، مما يشير إلى خصائصها الموجية، والتي كانت تأكيدًا تجريبيًا لفرضية دي برولي.

في عام 1925، كان أحد مبدعي ميكانيكا الكم عالم فيزياء نظرية سويسري فولفجانج باولي(1900 - 1958) صاغ ما يسمى بمبدأ الاستبعاد - وهو قانون أساسي للطبيعة، والذي بموجبه لا يمكن للذرة أو الجزيء أن يكون له إلكترونين في نفس الحالة. عالم فيزياء نظرية نمساوي إروين شرودنغر(1887 – 1961) طور الميكانيكا الموجية عام 1926 وقام بصياغة معادلتها الأساسية. عالم فيزياء نظرية ألماني فيرنر هايزنبرج(1901 - 1976) صاغ مبدأ عدم اليقين (1927)، والذي بموجبه لا يمكن تسمية قيم إحداثيات وعزم الجسيمات الدقيقة في وقت واحد وبدرجة عالية من الدقة. فيزيائي إنجليزي بول ديراكوضع أسس الديناميكا الكهربائية الكمومية (1929) ونظرية الجاذبية الكمومية، وطور نظرية نسبية لحركة الإلكترون، والتي تنبأ على أساسها (1931) بوجود البوزيترون - أول جسيم مضاد (جسيم مشابه من جميع النواحي لـ إنه "مزدوج"، في هذه الحالة الإلكترون، لكنه يختلف عنه في علامة الشحنة الكهربائية والعزم المغناطيسي وبعض الخصائص الأخرى)، والفناء وولادة الأزواج. في عام 1932، عالم فيزياء أمريكي كارل ديفيد أندرسوناكتشف الجسيم المضاد للإلكترون، البوزيترون، في الأشعة الكونية، وفي عام 1936، اكتشف الميون.

في عام 1896، الفيزيائي الفرنسي بيير كوري(1859 - 1906) مع زوجته ماري سكلودوفسكا كوري(1867 - 1934) وعالم فيزياء فرنسي أنطوان هنري بيكريل(1852 - 1908) اكتشف النشاط الإشعاعي والتحولات الإشعاعية للعناصر الثقيلة. في عام 1934 زوجين الفيزياء الفرنسيين ايرين(ابنة P. Curie و M. Sklodowska-Curie) و فريدريك جوليو كوري(1900 - 1958) اكتشف النشاط الإشعاعي الاصطناعي. اكتشاف من قبل عالم فيزياء إنجليزي جيمس تشادويك(1891 - 1974) في عام 1932 أدى النيوترون إلى أفكار بروتون-نيوترون حديثة حول بنية النوى الذرية.

تم تسهيل تطوير الفيزياء النووية ودراسة التفاعلات النووية إلى حد كبير من خلال إنشاء مسرعات الجسيمات المشحونة. لقد زاد عدد الجسيمات الأولية المعروفة عدة مرات. كثير منهم قادرون على الوجود فقط لفترة لا تذكر. اتضح أن الجسيمات الأولية يمكن أن تخضع لتحولات متبادلة، وأنها ليست أولية على الإطلاق. وفقًا لمقارنة ناجحة أجراها الفيزيائي السوفييتي الشهير ف. في جينزبرج، كل شيء يحدث كما لو كنا نتعامل مع "دمية متداخلة لا نهاية لها": تكتشف جسيمًا أوليًا واحدًا، وخلفه "جسيمًا أكثر بدائية"، وهكذا بلا نهاية. ربما يمكن القول أن معظم علماء الفيزياء المعاصرين يدركون وجود جسيمات أساسية خاصة - الكواركات والجسيمات المضادة المقابلة - الكواركات المضادة. من المفترض أن الكواركات لها شحنة كهربائية كسرية. لم يتم اكتشاف الكواركات تجريبيًا، ولكن ربما لأنها لا يمكن أن توجد في حالة حرة غير مقيدة.

من المستحيل عدم ملاحظة التأثير الهائل للفيزياء على العلوم الأخرى وعلى تطور التكنولوجيا. نظرًا لحقيقة أن هذا الموضوع لا ينضب حقًا، سنشير فقط إلى تلك العلوم التي يشير اسمها إلى تأثير الفيزياء: الفيزياء الفلكية والجغرافية والحيوية والكيمياء الفيزيائية وبعض العلوم الأخرى.

التطور السريع للفيزياء النووية جعل من الممكن في 1939 - 1945. اتخاذ خطوات حاسمة لتحرير الطاقة النووية. في البداية، تم استخدام هذا الاكتشاف العلمي المتميز للأغراض العسكرية لإنتاج أسلحة نووية ونووية حرارية، ثم للأغراض السلمية: تم بناء أول محطة للطاقة النووية في الاتحاد السوفيتي وبدأت العمل في عام 1954. وفي وقت لاحق، تم إنشاء العشرات من محطات الطاقة النووية القوية. تم بناؤها في العديد من البلدان حول العالم، حيث يتم توليد جزء كبير من الكهرباء.

استناداً إلى فيزياء البلورات، ونظرية أشباه الموصلات التي لها أهمية عملية هائلة، وتحليل حيود الأشعة السينية، وكذلك المجهر الإلكتروني وطريقة الذرات الموسومة، والتي لعبت دوراً كبيراً في تطور العديد من مجالات التكنولوجيا وربما تم إنشاء المعادن بشكل خاص. تدين الإلكترونيات بالكثير للفيزياء وإنجازاتها - علم تفاعل الإلكترونات مع المجالات الكهرومغناطيسية وطرق إنشاء الأجهزة الإلكترونية، والتي بدورها لها أهمية حاسمة في العديد من مجالات التكنولوجيا، ولا سيما أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية.

البرت اينشتاين. نظرية النسبية

تجارب الفيزيائي الأمريكي ألبرت أبراهام ميشيلسون(1852 - 1931) من خلال تحديد سرعة الضوء (بما في ذلك "تجربة ميكلسون" الشهيرة) أظهر استقلاله عن حركة الأرض. لقد اتضح أن سرعة الضوء في الفضاء الفارغ تكون دائمًا ثابتة، وقد تبدو غريبة للوهلة الأولى، مستقلة عن حركة مصدر الضوء أو مستقبله.

لا يمكن تفسير اكتشاف ميشيلسون من وجهة نظر النظريات الفيزيائية التي كانت موجودة في ذلك الوقت. أولاً، يترتب على مبدأ النسبية لجاليليو أنه إذا تحرك نظامان إحداثيان بالنسبة لبعضهما البعض بشكل مستقيم وموحد، أي في لغة الميكانيكا الكلاسيكية، تكون الأنظمة بالقصور الذاتي، فإن جميع قوانين الطبيعة ستكون هي نفسها بالنسبة لهم. علاوة على ذلك، بغض النظر عن عدد هذه الأنظمة (اثنان أو أكثر من ذلك بكثير)، لا توجد طريقة لتحديد أي منها يمكن اعتبار السرعة مطلقة. ثانيًا، وفقًا للميكانيكا الكلاسيكية، يمكن تحويل سرعات أنظمة القصور الذاتي نسبةً إلى أخرى، أي بمعرفة سرعة جسم (نقطة مادية) في أحد أنظمة القصور الذاتي، يمكن تحديد سرعة هذا الجسم في نظام قصور ذاتي آخر ، وتختلف قيم سرعات هذا الجسم في أنظمة الإحداثيات بالقصور الذاتي المختلفة.

من الواضح أن الموضع الثاني يتعارض مع تجربة ميشيلسون، والتي بموجبها نكرر أن للضوء سرعة ثابتة بغض النظر عن حركة مصدر الضوء أو مستقبله، أي بغض النظر عن أنظمة الإحداثيات بالقصور الذاتي التي يتم فيها العد.

تم حل هذا التناقض بمساعدة النظرية النسبية - وهي نظرية فيزيائية وضع قوانينها الأساسية أ. أينشتاين في عام 1905 (النظرية النسبية الخاصة أو الخاصة) وفي 1907-1916. (النظرية النسبية العامة).

عالم فيزياء نظرية عظيم البرت اينشتاين(1879 - 1955) ولد في ألمانيا (أولم). منذ سن الرابعة عشرة عاش في سويسرا مع عائلته. درس في معهد زيورخ للفنون التطبيقية، وتخرج عام 1900، وقام بالتدريس في مدارس في مدينتي شافهاوزن وفينترتور. وفي عام 1902، تمكن من الحصول على منصب خبير في المكتب الفيدرالي لبراءات الاختراع في برن، وهو المنصب الذي كان يناسبه أكثر من الناحية المالية. كانت سنوات العمل في المكتب (من 1902 إلى 1909) سنوات من النشاط العلمي المثمر للغاية بالنسبة لأينشتاين. خلال هذا الوقت، ابتكر نظرية النسبية الخاصة، وقدم نظرية رياضية للحركة البراونية، والتي، بالمناسبة، ظلت غير مفسرة لمدة 80 عامًا تقريبًا، وطور المفهوم الكمي للضوء، وأجرى أبحاثًا في الفيزياء الإحصائية وعددًا من الأبحاث. من أعمال أخرى.

فقط في عام 1909 أصبحت الإنجازات العلمية الهائلة التي حققها أينشتاين معروفة على نطاق واسع، وتم تقديرها (بعيدًا عن أن تكون كاملة)، وتم انتخابه أستاذًا في جامعة زيورخ، وفي عام 1911 - في الجامعة الألمانية في براغ. في عام 1912، تم انتخاب أينشتاين رئيسًا للقسم في معهد زيورخ للفنون التطبيقية وعاد إلى زيورخ. وفي عام 1913، تم انتخاب أينشتاين عضوًا في أكاديميتي العلوم البروسية والبافارية، وانتقل إلى برلين حيث عاش حتى عام 1933، حيث كان مديرًا لمعهد الفيزياء وأستاذًا في جامعة برلين. خلال هذه الفترة، ابتكر النظرية النسبية العامة (على الأرجح اكتملت، منذ أن بدأ العمل عليها في عام 1907)، وطور نظرية الكم للضوء، وقام بعدد من الدراسات الأخرى. في عام 1921، حصل أينشتاين على جائزة نوبل لعمله في مجال الفيزياء النظرية، وخاصة لاكتشافه قوانين التأثير الكهروضوئي (ظاهرة تنطوي على إطلاق الإلكترونات من مادة صلبة أو سائلة نتيجة لفعل الاشعاع الكهرومغناطيسي).

في عام 1933، بسبب الهجمات عليه من قبل أيديولوجيي الفاشية الألمانية كشخصية عامة - مقاتل ضد الحرب ويهودي، غادر أينشتاين ألمانيا، وفي وقت لاحق، كدليل على الاحتجاج ضد الفاشية، رفض العضوية في الأكاديمية الألمانية للعلوم. علوم. قضى أينشتاين الجزء الأخير من حياته بالكامل في برينستون (الولايات المتحدة الأمريكية)، حيث عمل في معهد برينستون للأبحاث الأساسية.

ترتكز النظرية النسبية على حقيقة أن مفهومي المكان والزمان، على عكس الميكانيكا النيوتونية، ليسا مطلقين. المكان والزمان، وفقا لأينشتاين، مرتبطان عضويا بالمادة ومع بعضهما البعض. يمكننا القول أن مهمة النظرية النسبية تتلخص في تحديد قوانين الفضاء رباعي الأبعاد، ثلاثة إحداثيات منها هي إحداثيات حجم ثلاثي الأبعاد (x، y، z)، والإحداثي الرابع هو الزمن (ر).

إن ثبات سرعة الضوء، الذي أثبتته التجربة، يجبرنا على التخلي عن مفهوم الزمن المطلق.

سرعة الضوء، التي تساوي، كما نعلم، قيمة هائلة - 300 ألف كيلومتر في الثانية، هي الحد الأقصى. لا يمكن أن تكون سرعة أي جسم أعلى.

في عام 1905، جمع أينشتاين بين مفهومي المكان والزمان. وبعد أحد عشر عامًا، تمكن من إثبات أن الجاذبية النيوتونية هي مظهر من مظاهر هذا التوحيد الجريء، بمعنى أن الجاذبية النيوتونية تعني وجود انحناء في مشعب زمكاني واحد.

توصل أينشتاين إلى استنتاج مفاده أن الفضاء الحقيقي ليس إقليديًا، وأنه في وجود الأجسام التي تخلق مجالات الجاذبية، تصبح الخصائص الكمية للمكان والزمان مختلفة عما هي عليه في غياب الأجسام والمجالات التي تخلقها. لذلك، على سبيل المثال، مجموع زوايا المثلث أكبر من π، ويتدفق الوقت بشكل أبطأ. قدم أينشتاين تفسيرًا فيزيائيًا لنظرية إن آي. لوباتشيفسكي. يتم التعبير عن أسس النظرية النسبية العامة في معادلة مجال الجاذبية التي حصل عليها أينشتاين.

إذا لم يتم تأكيد النظرية النسبية الخاصة تجريبيًا فقط، أثناء إنشاء وتشغيل مسرعات الجسيمات الدقيقة والمفاعلات النووية، ولكنها أصبحت بالفعل أداة ضرورية للحسابات المقابلة، فإن الوضع مختلف مع النظرية النسبية العامة.

يرجع التأخر في مجال التحقق التجريبي من النسبية العامة إلى صغر التأثيرات التي يمكن رصدها على الأرض وداخل النظام الشمسي، وعدم الدقة النسبية للطرق الفلكية المقابلة.

مؤسس نظرية الكم هو الفيزيائي الألماني الشهير، عضو أكاديمية برلين للعلوم، عضو فخري في أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ماكس بلانك (1858-1947). درس بلانك في جامعتي ميونيخ وبرلين، واستمع إلى محاضرات هيلمهولتز وكيرشوف وغيرهم من العلماء البارزين. كان يعمل بشكل رئيسي في كيل وبرلين. تتعلق أعمال بلانك الرئيسية، التي سُجلت اسمه في تاريخ العلوم، بنظرية الإشعاع الحراري.

اتخذ بلانك الخطوة الحاسمة في عام 1900، عندما اقترح نهجًا جديدًا (يتعارض تمامًا مع الأفكار الكلاسيكية): اعتبار طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي قيمة منفصلة لا يمكن نقلها إلا في أجزاء منفصلة، وإن كانت صغيرة (الكميات). . على هذا النحو جزء (كم) من الطاقة، اقترح بلانك القيمة E = hv، erg هي جزء (كم) من طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي، sec -1 هو تردد الإشعاع، ح=6.62*10 -27 erg*sec - ثابت، والذي سمي فيما بعد بثابت بلانك أو كم عمل بلانك.

وتبين أن تخمين بلانك كان ناجحًا للغاية، أو الأفضل من ذلك، أنه رائع. لم يتمكن بلانك من الحصول على معادلة للإشعاع الحراري تتوافق مع الخبرة فحسب، بل أصبحت أفكاره أساس نظرية الكم - وهي واحدة من النظريات الفيزيائية الأكثر شمولاً، والتي تشمل الآن ميكانيكا الكم، وإحصائيات الكم، ونظرية المجال الكمي.

هيكل المادة. نظرية الكم

نشأت الفيزياء الذرية كعلم مستقل على أساس اكتشاف الإلكترون والإشعاع الإشعاعي. الإلكترون - جسيم دقيق سالب الشحنة كتلته حوالي 9 * 10 -28 جم فقط - وهو أحد العناصر الهيكلية الرئيسية للمادة - اكتشفه عالم الفيزياء الإنجليزي الشهير جوزيف جون طومسون (1856 - 1940)، عضوا (1884) و

رئيس (1915 - 1920) الجمعية الملكية في لندن، عضو فخري أجنبي في أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

في عام 1896، اكتشف الفيزيائيون الفرنسيون بيير كوري وماري سكلودوفسكا كوري وأ. بيكريل النشاط الإشعاعي لأملاح اليورانيوم لأول مرة. إن ظاهرة النشاط الإشعاعي، التي دحضت أخيرا فكرة عدم قابلية التجزئة (عدم قابلية التحويل) للذرة، تتمثل في التحول التلقائي للنوى الذرية غير المستقرة إلى نوى العناصر الأخرى (الذرات الأخرى)، والذي يحدث نتيجة الاشعاع النووي. واتضح أيضًا (كان هذا مهمًا للغاية بالنسبة للطب) أن الأشعة التي اكتشفها بيكريل يمكن أن تخترق عمق المادة وبالتالي كانت وسيلة للحصول على صور، على سبيل المثال، للأعضاء الداخلية البشرية.

تعامل بيير كوري وزوجته ماري سكودوفسكا كوري أيضًا مع قضايا النشاط الإشعاعي وعناصر أخرى. اكتشفوا عناصر جديدة في عام 1898: البولونيوم والراديوم. وقد وجد أن الإشعاع الإشعاعي يمكن أن يكون من نوعين: إما أن تبعث نواة العنصر المشع جسيم ألفا (نواة ذرة الهيليوم بشحنة موجبة 2e) أو جسيم بيتا (إلكترون بشحنة سالبة -e) . وفي كلتا الحالتين تتحول ذرة عنصر مشع إلى ذرة عنصر آخر (وهذا يعتمد على المادة المشعة الأصلية وعلى نوع الإشعاع المشع).

في أبحاث النشاط الإشعاعي، كان للعمل المشترك بين الفيزيائي الإنجليزي الشهير إرنست رذرفورد والكيميائي الإنجليزي الشهير أهمية كبيرة فريدريكا سودي (1877 - 1956)، نفذ في 1899-1907. واستخدموا اليورانيوم والثوريوم والأكتينيوم كعناصر مشعة أولية. تم اكتشاف ما يسمى بالنظائر، أي. أصناف من نفس العنصر الكيميائي لها نفس الخواص الكيميائية وتحتل نفس المكان في جدول مندليف الدوري للعناصر، ولكنها تختلف في كتلة الذرات.

إي رذرفورد، عضو الجمعية الملكية في لندن، العضو الفخري في أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، ولد عام 1871 في نيوزيلندا لعائلة مزارع صغير، الرابع من بين 12 طفلاً. تخرج من جامعة نيوزيلندا (كرايستشيرش). في عام 1894 انتقل إلى إنجلترا وتم قبوله في مختبر كافنديش في جامعة كامبريدج، حيث بدأ البحث تحت إشراف جي جي طومسون. قضى رذرفورد معظم حياته (مع بعض الانقطاعات أثناء عمله في جامعتي مونتريال ومانشستر) في كامبريدج، حيث كان مديرًا لمختبر كافنديش منذ عام 1919. قام بتدريب عدد كبير من الفيزيائيين المؤهلين تأهيلا عاليا.

بناءً على التجارب، توصل رذرفورد إلى استنتاج مفاده أن الذرات تحتوي على نوى - جسيمات دقيقة موجبة الشحنة، حجمها (حوالي 10-12 سم) صغير جدًا مقارنة بحجم الذرات (حوالي 10-8 سم)، ولكن كتلة الذرة تتركز بشكل كامل تقريبا في جوهرها،

يقوم جسيم ألفا بتغيير اتجاه مساره فجأة عندما يصطدم بالنواة.

كان اكتشاف النوى الذرية حدثًا كبيرًا جدًا في تطور الفيزياء الذرية. لكن تبين أن نموذج رذرفورد الكوكبي للذرة غير متوافق مع الديناميكا الكهربائية لماكسويل.

اعتمد نموذج بور التالي للذرة على نظرية الكم. أحد أعظم علماء الفيزياء في القرن العشرين. - دانماركي نيلز بور(1885 - 1962) ولد وتخرج في جامعة كوبنهاجن. كان يعمل في جامعة كامبريدج تحت قيادة جي جي طومسون وفي جامعة مانشستر تحت قيادة رذرفورد. وفي عام 1916 انتخب رئيسا لقسم الفيزياء النظرية في جامعة كوبنهاغن، ومن عام 1920 وحتى نهاية حياته ترأس معهد الفيزياء النظرية الذي أنشأه في كوبنهاغن والذي يحمل اسمه الآن. في عام 1943، أثناء احتلال النازيين للدنمارك، رأى بور أن الأعمال الانتقامية كانت تستعد ضده، بمساعدة منظمة المقاومة، فانتقل بالقارب إلى السويد، ثم انتقل إلى الولايات المتحدة. بعد انتهاء الحرب عاد إلى كوبنهاجن.

كان نموذج الذرة الذي أنشأه بور يعتمد على نموذج رذرفورد الكوكبي للذرة وعلى نظرية الكم للبنية الذرية التي طورها بنفسه في عام 1913.

في عام 1924، وقع أحد أعظم الأحداث في تاريخ الفيزياء: الفيزيائي الفرنسي لويس دي برولي(1892 - 1983) طرح فكرة الخصائص الموجية للمادة، وبذلك وضع الأساس لميكانيكا الكم. وقال إن الخصائص الموجية، إلى جانب الخصائص الجسيمية، متأصلة في جميع أنواع المادة: الإلكترونات والبروتونات والجزيئات وحتى الأجسام العيانية.

تم تحقيق التطوير الإضافي لميكانيكا الكم - هذا الاتجاه الجديد المثمر بشكل غير عادي - بشكل رئيسي في أواخر العشرينيات - أوائل الثلاثينيات من خلال أعمال الفيزيائيين المشهورين - ماكس بورن (ألمانيا، 1882 - 1970)، فيرنر هايزنبرج (ألمانيا، 1901 - 1976)، حقول ديراك (إنجلترا، ب. 1902)، إروين شرودنغر (النمسا، 1887 - 1961)، كذلك فولفجانج باولي (سويسرا، 1900 - 1958)، إنريكو فيرمي (إيطاليا، 1901 - 1954)، فلاديمير الكسندروفيتش فوك (1898 - 1974) وغيرهم الكثير.

تضمنت الأقسام المنفصلة لميكانيكا الكم الفيزياء الذرية، ونظرية الإشعاع، ونظرية بنية الجزيئات (والتي تسمى أحيانًا كيمياء الكم)، ونظرية المواد الصلبة، ونظرية تفاعل الجسيمات الأولية، ونظرية بنية المادة. النواة الذرية، الخ.

في ميكانيكا الكم هناك ما يسمى بعلاقة عدم اليقين التي وضعها هايزنبرغ. التعبير الرياضي لعلاقة عدم اليقين بسيط للغاية:

حيث Δx هو عدم الدقة في تحديد إحداثيات الإلكترون؛ Δp - عدم الدقة في تحديد زخم الإلكترون؛ ح هو ثابت بلانك.

يتضح من هذا التعبير أنه من المستحيل تحديد موضع الإلكترون في الفضاء وزخمه في نفس الوقت. في الواقع، إذا كانت Δx صغيرة جدًا، أي. يُعرف موضع الإلكترون في الفضاء بدرجة عالية من الدقة، ثم Δp كبير نسبيًا، وبالتالي، يمكن حساب حجم الزخم بدرجة منخفضة من الدقة بحيث يجب اعتباره عمليًا بمثابة كمية غير معروفة. والعكس صحيح، إذا كان Δp صغيرًا وبالتالي يكون زخم الإلكترون معروفًا، فإن Δx كبير؛ وبالتالي فإن موضع الإلكترون في الفضاء غير معروف. وبطبيعة الحال، فإن مبدأ عدم اليقين صالح لأي جسيم، وليس فقط الإلكترون.

من وجهة نظر الميكانيكا الكلاسيكية، فإن علاقة عدم اليقين سخيفة. من وجهة نظر "الفطرة السليمة" يبدو الأمر غريبًا جدًا على الأقل، ومن المستحيل تخيل كيف يمكن أن يكون كل هذا "حقًا".

لكن يجب ألا ننسى أننا نعيش في عالم كبير، في عالم الأجسام الكبيرة التي نراها بأعيننا (أو حتى بمساعدة المجهر) ويمكننا قياس حجمها وكتلتها وسرعة حركتها وغير ذلك الكثير. على العكس من ذلك، فإن العالم الصغير غير مرئي بالنسبة لنا، ولا يمكننا قياس حجم الإلكترون أو طاقته بشكل مباشر. من أجل تصور أفضل لظواهر العالم الصغير، نريد دائمًا بناء نموذج ميكانيكي مناسب، وقد كان من الممكن القيام بذلك في بعض الأحيان. تذكر، على سبيل المثال، نموذج رذرفورد الكوكبي للذرة. إنه يشبه إلى حد ما النظام الشمسي، وهو في هذه الحالة نموذج ميكانيكي بالنسبة لنا. ولذلك، فمن السهل أن ينظر إلى النموذج الكوكبي للذرة.

لكن بالنسبة لمعظم الأشياء والظواهر في العالم الصغير، من المستحيل بناء نموذج ميكانيكي، وبالتالي غالبًا ما يُنظر إلى أحكام ميكانيكا الكم بصعوبة كبيرة. حاول، على سبيل المثال، بناء نموذج ميكانيكي للإلكترون له خصائص موجة جسيمية، أو نموذج ميكانيكي يشرح سبب استحالة تحديد كتلته وزخمه للإلكترون في وقت واحد. ولهذا السبب يجب أن يكون التركيز في هذه الحالات على "الفهم" وليس على "التخيل".

لقد قال أحد علماء الفيزياء السوفييت البارزين جيدًا في هذا الشأن ليف دافيدوفيتش لانداو(1908 - 1968): "إن أعظم إنجاز للعبقرية الإنسانية هو أن الإنسان يستطيع أن يفهم الأشياء التي لم يعد يستطيع تخيلها."

إلى ما قيل، يمكننا أن نضيف أن مبدأ عدم اليقين (علاقة عدم اليقين) هو موقف أساسي في ميكانيكا الكم.

عالم فيزياء إنجليزي مشهور، طالب رذرفورد جيمس تشادويكاكتشف النيوترون، وهو جسيم محايد يدخل نواة الذرة مع البروتونات ولعب دورًا مهمًا في إيجاد طرق لاستخدام الطاقة النووية.

بعد اكتشاف الإلكترون والبروتون والفوتون، وأخيرا، في عام 1932، النيوترون، تم إثبات وجود عدد كبير من الجسيمات الأولية الجديدة - ما مجموعه حوالي 350. من بينها: البوزيترون، باعتباره الجسيم المضاد لل الإلكترون. الميزونات - الجسيمات الدقيقة غير المستقرة (وتشمل هذه μ-mesons و π ± -mesons وأثقل π 0 -mesons) ؛ أنواع مختلفة من الهايبرونات - جسيمات دقيقة غير مستقرة ذات كتل أكبر من كتلة النيوترون؛ جسيمات الرنين لها عمر قصير للغاية (حوالي 10 -22 ... 10 -24 ثانية)؛ جسيم نيوترينو مستقر، عديم الشحنة كهربائيًا، كتلته الساكنة صفر، مع نفاذية لا تصدق تقريبًا؛ مضاد النيوترينو - جسيم مضاد للنيوترينو، يختلف عن النيوترينو في إشارة شحنة اللبتون، وما إلى ذلك.

في الوقت الحالي، تُفهم الجسيمات الأولية على أنها "وحدات بناء" الكون، والتي يمكن بناء كل ما نعرفه في الطبيعة منها. إن عالم الجسيمات الأولية معقد، ونظرية الجسيمات الأولية في بداية تطورها. ربما ستجلب السنوات القادمة الكثير من الأشياء الجديدة إليها.

كيمياء

الكيمياء تنتمي إلى العلوم الطبيعية. يوجد في مجالها تحولات المواد الكيميائية، وهي عبارة عن مجموعة من الذرات (العناصر) المتطابقة والمواد الأكثر تعقيدًا التي تتكون من جزيئات متطابقة. ترتبط الكيمياء الحديثة ارتباطًا وثيقًا بالعلوم الطبيعية الأخرى، وفي المقام الأول الفيزياء. ولذلك ظهرت علوم مثل الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الحيوية والكيمياء الجيولوجية وغيرها وتطورت على نطاق واسع، وتنقسم الكيمياء أيضًا إلى غير عضوية، وموضوعها المواد التي لا تحتوي جزيئاتها على الكربون، وعضوية، ويشمل نطاقها المواد التي لا تحتوي جزيئاتها على الكربون. تحتوي الجزيئات بالضرورة على الكربون.

منذ الخطوات الأولى لتطورها، ارتبطت الكيمياء ارتباطًا وثيقًا بالإنتاج. قبل وقت طويل من العصر الجديد، ظهرت عمليات مثل المعادن، وصباغة المنسوجات، وتلبيس الجلود وغيرها، والتي كانت تعتبر كيميائية لفترة طويلة.

مرة أخرى في النصف الثاني من القرن السابع عشر. الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي الشهير ر. بويلربما قدم أول تعريف علمي للعنصر الكيميائي، ووضع الأساس للتحليل الكيميائي، وأظهر التناقض في الكيمياء.

في عام 1748 إم في لومونوسوفاكتشف تجريبيا قانون حفظ الكتلة في التفاعلات الكيميائية. وفي وقت لاحق إلى حد ما، ولكن بشكل مستقل عنه، تم إنشاء نفس القانون أ. لافوازييه -أحد مؤسسي الكيمياء.

إن دورًا مهمًا للغاية في تطوير الكيمياء ينتمي إلى العالم الإنجليزي جون دالتون (1766 - 1844) - مبتكر النظرية الذرية الكيميائية، كما يقال الآن أحياناً. وفي عام 1803، وضع قانون النسب المتعددة، وأدخل مفهوم "الوزن الذري" وحدد قيمه لبعض العناصر، آخذا الوزن الذري لأخف العناصر وهو الهيدروجين كواحد. عالم ايطالي أماديو أفوجادرو(1776 - 1856) وعالم فرنسي أندريه ماري أمبير(1775 - 1836) في بداية القرن التاسع عشر. طرح فكرة الجزيء الذي يتكون من ذرات متصلة ببعضها بواسطة القوى الكيميائية. ثم العالم السويدي ينس جاكوب بيرسيليوس(1779 - 1848)، الذي قام بالكثير ككيميائي تجريبي، قام بتجميع جدول أكثر دقة للأوزان الذرية مما تمكن دالتون من القيام به، والذي تضمن بالفعل 46 عنصرًا، وقدم علامات العناصر المستخدمة حاليًا. اكتشف عناصر جديدة لم تكن معروفة له: السيزيوم (Cs)، السيلينيوم (Se)، الثوريوم (Th). كما ابتكر بيرسيليوس النظرية الكهروكيميائية، التي قام على أساسها ببناء تصنيف العناصر والمركبات.

الكيميائي الفرنسي تشارلز فريدريك جيرارد(1816 - 1856) في منتصف القرن التاسع عشر. اقترح ما يسمى بنظرية الأنواع، وهو نظام لتصنيف المركبات العضوية، وقدم أيضًا فكرة السلسلة المتجانسة - مجموعات من المركبات العضوية ذات الصلة، والتي كانت مهمة في تصنيف ليس فقط المركبات العضوية، ولكن أيضًا ردود الفعل الكامنة فيها.

في منتصف القرن التاسع عشر. تم اكتشاف اكتشاف مهم آخر. الكيميائي الإنجليزي إدوارد فرانكلاند(1825 - 1899) قدم مفهوم التكافؤ - قدرة ذرة عنصر كيميائي معين على الاتحاد مع ذرات أخرى. كما قدم مصطلح "التكافؤ". اتضح أن ذرات مادة واحدة لا يمكن أن تتحد مع ذرات مواد أخرى إلا بنسب محددة بدقة. تم أخذ تفاعل (تكافؤ) الهيدروجين كوحدة التكافؤ. على سبيل المثال، مزيج الكربون مع الهيدروجين - الميثان 2CH 4 يشير إلى أن الكربون رباعي التكافؤ.

الكيميائي الروسي الشهير الكسندر ميخائيلوفيتش بتلروف(1828 - 1886) في عام 1861 ابتكر نظرية التركيب الكيميائي للمادة. ووفقا لهذه النظرية، يتم تحديد الخواص الكيميائية للمادة من خلال تركيبها وترتيب (طبيعة) روابط الذرات في جزيء المادة.

كما هو موضح بالتفصيل أعلاه، الكيميائي الروسي المتميز دي آي مندليففي عام 1869 اكتشف القانون الدوري للعناصر الكيميائية وأنشأ النظام الدوري للعناصر - وهو جدول تم فيه توزيع العناصر الكيميائية المعروفة آنذاك والبالغ عددها 63 عنصرًا على مجموعات وفترات وفقًا لخصائصها (أعطى دورًا خاصًا للوزن الذري والتكافؤ ). من الضروري أن نلاحظ بشكل خاص تنوع مندليف كعالم (أكثر من 500 ورقة علمية كتبها تناولت قضايا نظرية الحلول والتكنولوجيا الكيميائية والفيزياء والمقاييس والأرصاد الجوية والزراعة والاقتصاد وغيرها الكثير) واهتمامه المستمر بقضايا الصناعة، الكيميائية في المقام الأول. اسم D. I. Mendeleev راسخ في تاريخ العلم.

اسم الألماني إيفانوفيتش هيس (1802 - 1850)، عالم روسي من أصل ألماني، اشتهر بعمله في مجال الكيمياء الحرارية - وهو العلم الذي يتناول التأثيرات الحرارية المصاحبة للتفاعلات الكيميائية. وضع هيس القانون الذي يحمل اسمه، والذي يترتب عليه أنه عند إجراء عملية كيميائية دائرية، عندما تكون المواد الكيميائية المتفاعلة المشاركة في التفاعل في التركيب الأصلي في نهاية العملية، فإن التأثير الحراري الإجمالي للمادة رد الفعل هو صفر.

واصل العالم الفرنسي أبحاث هيس في مجال الكيمياء الحرارية بيير يوجين مارسيلين بيرثيلوت(1827 - 1907)، الذي اشتغل أيضًا بقضايا الكيمياء العضوية والحركية الكيميائية وغيرها، كيميائي دنماركي هانز بيتر تومسن(1826 - 1909) والعلماء الروس نيكولاي نيكولايفيتش بيكيتوف(1827 - 1911) الذي عمل أيضاً في مجال كيمياء المعادن.

النصف الثاني من القرن التاسع عشر. تميز بالعمل في مجال الكيمياء الكهربائية، ونتيجة لذلك أصبح الكيميائي الفيزيائي السويدي سفانيت بواسطة أغسطس أرينيوس(1859 - 1927) تمت صياغة نظرية التفكك الإلكتروليتي. في الوقت نفسه، تم تطوير عقيدة الحلول - مخاليط مادتين أو أكثر موزعة بالتساوي في مذيب على شكل ذرات أو أيونات أو جزيئات. جميع السوائل تقريبًا عبارة عن محاليل. وهذا، بالمناسبة، هو "سر" ما يسمى بـ "السوائل المغناطيسية". وفي هذا الصدد ينبغي ذكر أسماء د. I. Mendeleev، الكيميائي الفيزيائي الهولندي Van't Hoffe، الكيميائي الفيزيائي الروسي N. S. Kurnakov.

في القرن 19 تم توضيح تأثير المحفزات، التي تعتبر مهمة جدًا في الممارسة - المواد التي تزيد من معدل التفاعل، ولكنها في النهاية لا تشارك فيه. في نهاية القرن التاسع عشر. ك. جولدبرجو ص. واجتم اكتشاف قانون فعل الكتلة، والذي بموجبه يتناسب معدل التفاعل الكيميائي مع تركيز المواد المشاركة في القوى التي تساوي أعدادها المتكافئة في معادلة التفاعل المعني. يترتب على قانون الفعل الجماعي أن ردود الفعل تحدث دائمًا في كلا الاتجاهين (من اليسار إلى اليمين ومن اليمين إلى اليسار). عند الوصول إلى التوازن الكيميائي، يستمر التفاعل، لكن تركيبة الخليط المتفاعل تظل دون تغيير (عند درجة حرارة معينة). وبالتالي، فإن التوازن الكيميائي ديناميكي بطبيعته.

للقرن العشرين ومن الخصائص المميزة بشكل خاص السرعة العالية لتطور العلوم الكيميائية، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالإنجازات الكبرى في الفيزياء، والنمو السريع للصناعة الكيميائية.

وقد وجد أن العدد الذري لعنصر كيميائي في الجدول الدوري يساوي عددياً، كما ذكرنا سابقاً، شحنة النواة الذرية للعنصر، أو ما يعادله عدد الإلكترونات الموجودة في غلاف العنصر الكيميائي. الذرة. وهكذا، مع زيادة العدد الذري لعنصر ما، يزداد عدد الإلكترونات الخارجية في الذرة، ويحدث هذا مع التكرار الدوري للهياكل الإلكترونية الخارجية المماثلة. وهذا ما يفسر دورية المادة الكيميائية، فضلا عن العديد من الخصائص الفيزيائية للعناصر التي أنشأها مندليف.

لقد أتاح تطور ميكانيكا الكم إمكانية تحديد طبيعة الرابطة الكيميائية - تفاعل الذرات، الذي يحدد اندماجها في جزيئات وبلورات. بشكل عام، ينبغي القول أن تطور الكيمياء في القرن العشرين. استنادا إلى إنجازات الفيزياء، وخاصة في مجال بنية المادة.

في القرن 20th تطورت الصناعة الكيميائية بمعدل غير مسبوق. في البداية، اعتمدت التكنولوجيا الكيميائية بشكل أساسي على عزل المواد الأبسط اللازمة للاستخدام العملي من المواد الطبيعية المعقدة. على سبيل المثال، المعادن من الخامات والأملاح المختلفة من المركبات الأكثر تعقيدًا. إن إنتاج ما يسمى بالمواد الوسيطة (أحماض الكبريتيك والهيدروكلوريك والنيتريك والأمونيا والقلويات والصودا وما إلى ذلك) لإنتاج المنتجات الكيميائية النهائية قد تم استخدامه على نطاق واسع. بعد ذلك، أصبح تركيب المنتجات الكيميائية المعقدة، بما في ذلك تلك التي ليس لها نظائرها في الطبيعة، مثل فائقة النقاء، وفائقة القوة، ومقاومة للحرارة، ومقاومة للحرارة، وأشباه الموصلات، وما إلى ذلك، يستخدم بشكل متزايد. فهي تتطلب خلق درجات حرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا، وضغطًا مرتفعًا، ومجالات كهربائية ومغناطيسية وغيرها، كما يطلق عليها غالبًا، الظروف القاسية.

لقد أصبح إنتاج واستخدام البوليمرات - وهي المواد التي تتكون جزيئاتها من عدد كبير جدًا من الهياكل المتكررة - منتشرًا على نطاق واسع؛ يمكن أن يصل الوزن الجزيئي للبوليمرات إلى عدة ملايين. تنقسم البوليمرات إلى طبيعية (بوليمرات حيوية: بروتينات، أحماض نووية، وغيرها)، والتي تُبنى منها خلايا الكائنات الحية، وصناعية، مثل البولي إيثيلين، والبولي أميدات، وراتنجات الإيبوكسي وغيرها. وتشكل البوليمرات أساس إنتاج البلاستيك والألياف الكيماوية والعديد من المواد الهامة الأخرى ممارسات المواد. تجدر الإشارة إلى أن البحث في مجال التفاعلات المتسلسلة الذي أجراه الكيميائي والفيزيائي السوفييتي المتميز له أهمية خاصة لتطوير كيمياء البوليمرات (وكذلك للعديد من فروع الصناعة الكيميائية الأخرى). إن إن سيمينوفاوعالم أمريكي مشهور إس هينشلوود.

كل من التكنولوجيا الكيميائية غير العضوية، وخاصة إنتاج الأسمدة الكيماوية للزراعة، والتكنولوجيا الكيميائية العضوية، مثل تكرير النفط والغاز الطبيعي والفحم، وإنتاج الأصباغ والأدوية، فضلا عن إنتاج البوليمرات الاصطناعية المذكورة أعلاه، وقد تلقت تطورا واسع النطاق.

على الرغم من أنه تم الحصول على منتجات البوليمر الأولى (الفينوبلاست - المواد البلاستيكية المستخدمة كمواد هيكلية مقاومة للتآكل والمواد المشابهة للمطاط) في نهاية القرن التاسع عشر، إلا أن الأفكار الأساسية حول طبيعة وخصائص البوليمرات قد تشكلت منذ وقت ليس ببعيد - تقريبًا مع بداية الأربعينيات من القرن العشرين. وفي هذا الوقت تشكلت أيضًا فكرة تركيب المواد البوليمرية. أصبح من الواضح أن أحد الشروط الرئيسية لنجاح إنتاج البوليمرات هو درجة نقاء عالية جدًا للمواد الأولية (المونومرات)، نظرًا لأن وجود كمية صغيرة جدًا من الجزيئات الأجنبية (الملوثات) يمكن أن يقطع عملية البلمرة ويوقفها نمو جزيئات البوليمر.

مع بداية الأربعينيات من القرن العشرين. تم إنشاء جميع مواد البوليمر الرئيسية (البوليسترين والبولي فينيل كلورايد والبولي أميد والبوليستر والبولي أكريلات والزجاج العضوي)، والتي اكتسب إنتاجها على نطاق واسع جدًا في السنوات اللاحقة. ثم في الثلاثينيات تحت قيادة الأكاديمي سيرجي فاسيليفيتش ليبيديف(1874 - 1934) تم إنشاء إنتاج واسع النطاق للمطاط الصناعي. في نفس الوقت تقريبًا، تم اكتشاف بوليمرات السيليكون العضوي، ومن الخصائص المهمة لها الخصائص العازلة الجيدة، وتم تطوير تقنية لإنتاجها؛ الفضل الرئيسي في ذلك يعود إلى الأكاديمي كوزما أندريانوفيتش أندريانوف(1904 - 1978). تطوير ن.ن. ترتبط نظرية سيمينوف للتفاعلات المتسلسلة بآلية البلمرة الجذرية. تُفهم الجذور الحرة في الكيمياء على أنها جسيمات شديدة التفاعل ومستقلة حركيًا (ذرات أو مجموعات ذرية) مع إلكترونات غير متزاوجة، على سبيل المثال H، CH 3، C 6 H 5.

في وقت لاحق وجد أن خصائص البوليمرات لا يتم تحديدها فقط من خلال التركيب الكيميائي وحجم الجزيئات، ولكن أيضًا إلى حد كبير من خلال بنية السلسلة الجزيئية. على سبيل المثال، اتضح أن الفرق بين خصائص المطاط الصناعي والمطاط الطبيعي لا يتم تحديده من خلال التركيب الكيميائي وحجم الجزيئات، ولكن من خلال بنيتها. وبهذه المناسبة الكيميائي السوفيتي الشهير فالنتين ألكسيفيتش كارجين(1907 - 1969): "إذا كان الاهتمام الرئيسي في الفترة الأولى من تطور كيمياء البوليمرات هو الحجم والتركيب الكيميائي للجزيئات الناتجة، فمع مرور الوقت بدأ هيكل السلسلة الجزيئية في جذب اهتمام متزايد. بعد كل شيء، يمكن ترتيب المجموعات الجزيئية الموجودة فيه بطرق مختلفة بالنسبة لبعضها البعض، وتشكيل عدد كبير من الأشكال الأيزومرية. لذلك، على سبيل المثال، إذا كانت أي مجموعات جانبية مرتبطة بسلسلة التكافؤ الرئيسي، فيمكن أن تكون موجودة بشكل منتظم أو غير منتظم، على جانب واحد أو على جوانب مختلفة من جزيء السلسلة، ويمكن أن تشكل تكوينات مختلفة. وبالتالي، مع نفس التركيبة، يمكن أن يكون التركيب الكيميائي للسلسلة مختلفًا جدًا، وهذا يؤثر بشكل كبير على خصائص البوليمرات.

بالإضافة إلى البوليمرات اللازمة للاستخدام العملي بكميات كبيرة جدًا، مثل البلاستيك والألياف والأفلام والمطاط والمطاط، والتي يتم إنتاجها الآن على نطاق واسع، أصبحت البوليمرات التي لها خصائص فريدة وأحيانًا غير متوقعة على الإطلاق، في غاية الأهمية، على سبيل المثال: القدرة على العيش في درجات حرارة عالية، مع الحفاظ على القوة اللازمة، والحصول على خصائص أشباه الموصلات أو التوصيل الكهربائي، والحساسية الضوئية، والنشاط الفسيولوجي، وما إلى ذلك. تنفتح آفاق واسعة جديدة، على سبيل المثال، الحصول على دم صناعي يعتمد على البوليمرات النشطة فسيولوجيًا، الحصول على الأصباغ والمواد الخافضة للتوتر السطحي والكهارل وغيرها الكثير.

كما يتبين مما سبق، يعد إنتاج البوليمرات ذات الخصائص المتنوعة واستخدامها على نطاق واسع أحد أكبر إنجازات الكيمياء في منتصف القرن العشرين.

مادة الاحياء

تم تقديم مصطلح "علم الأحياء" في عام 1802. جي بي لاماركو جي آر تريفيرانوسمستقلة عن بعضها البعض.

تعود الدراسات الأولى التي يمكن اعتبارها أصول علم الأحياء الحديث إلى العصور القديمة. ومن المعروف أن العالم والطبيب اليوناني القديم أبقراطالذي عاش في القرنين الخامس والرابع. قبل الميلاد، يعتبر الطبيب الشهير في اليونان القديمة، وأبو الطب العلمي وفي نفس الوقت مراقب دقيق للظواهر البيولوجية. عالم يوناني قديم عاش بعده بأكثر من نصف قرن أرسطو، الذي غطت اهتماماته جميع فروع المعرفة التي كانت موجودة في عصره، وربما الأهم من ذلك كله، في المصطلحات الحديثة، تناول قضايا علم الأحياء. على أي حال، فقد أبدى اهتمامًا كبيرًا بعلم الأحياء الوصفي، ودراسة النباتات والحيوانات ونظامها وعلم وظائف الأعضاء وعلم الأجنة.

عالم وطبيب روماني قديم بارز جالينوس(حوالي 130 - 200) يُعرف بشكل أساسي بأنه طبيب متميز. في عمله الكلاسيكي "على أجزاء جسم الإنسان"، تم تقديم وصف تشريحي وفسيولوجي للجسم البشري ككل لأول مرة. وقد لخص جالينوس الأفكار التي تكونت قبله عن جسم الإنسان، ووضع أسس تشخيص الأمراض وعلاجها، وأدخل التجارب على الحيوانات موضع التنفيذ.

في مزيد من تطوير علم الأحياء، تم إيلاء الكثير من الاهتمام لمختلف الأعشاب الطبية. كما يتبين مما سبق، في فجر تطورها، كان علم الأحياء مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا بالطب. في القرن السادس عشر والنصف الأول من القرن السابع عشر. ظهرت أعمال متعددة المجلدات، ولا سيما موسوعة علم الحيوان: العالم السويسري ك.جيسنر"تاريخ الحيوانات" في خمسة مجلدات، سلسلة دراسات (في ثلاثة عشر مجلداً) لعالم حيوان إيطالي يو ألدروفانيواشياء أخرى عديدة.

خلال عصر النهضة، تم إحراز تقدم كبير في تشريح الجسم البشري. وفي هذا الصدد، لا بد من الإشارة إلى إنجازات عالم الطبيعة الفلمنكي أ. فيزاليوس،من أوائل الذين بدأوا دراسة جسم الإنسان من خلال التشريح وقد اضطهدته الكنيسة بسبب ذلك. في عام 1543، نشر فيزاليوس عمله "حول بنية الجسم البشري"، والذي أظهر فيه، على وجه الخصوص، تناقض آراء جالينوس في مجال الدورة الدموية واقترب من الاستنتاج حول وجود الدورة الدموية الرئوية. شرف اكتشاف هذا الأخير يعود إلى العالم الإسباني ميغيل سيرفيت(1509 أو 1511 – 1553) ومستقلاً عنه للعالم الإيطالي ر. كولومبوس(1559).

عالم وطبيب إنجليزي مشهور ويليام هارفي(1578 - 1657) هو مؤسس علم وظائف الأعضاء وعلم الأجنة الحديث، الذي قدم وصفًا للدورة الجهازية والرئوية، وفي عمله "دراسة تشريحية لحركة القلب والدم في الحيوانات" (1628) أوجز العقيدة العامة الدورة الدموية في الحيوانات.

الخلق في القرن السابع عشر. مكّن المجهر من تحديد التركيب الخلوي للحيوانات والنباتات، ورؤية عالم الميكروبات وخلايا الدم الحمراء (خلايا الدم الحمراء - خلايا غير نووية تحمل الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة وثاني أكسيد الكربون من الأنسجة إلى الأنسجة) أعضاء الجهاز التنفسي)، وحركة الدم في الشعيرات الدموية وأكثر من ذلك بكثير.

أعلاه تحدثنا بالتفصيل عن الخلق في النصف الأول من القرن الثامن عشر. عالم سويدي ك. لينيوسما يسمى بالنظام الثنائي (مع اسم مزدوج - حسب الجنس والأنواع) لتصنيف النباتات والحيوانات. على الرغم من أن لينيوس أدرك ثبات العالم، إلا أن نظامه لعب دورًا رئيسيًا في تطور علم الأحياء. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أبحاث العالم الفرنسي جورج لويس لوكلير بوفون(1707 - 1788)، الذي أنشأ "التاريخ الطبيعي"، في 36 مجلدا، يتم تقديم وصف للحيوانات والبشر والمعادن، كما تم تحديد تاريخ الأرض. تضمنت أفكار بوفون حول تاريخ الأرض افتراضًا حول القرابة بين الأشكال الحيوانية المماثلة.

عالم مادي إنجليزي جوزيف بريستلي (1733 - 1804) الذي أجرى تجارب على النباتات، أظهر أن النباتات الخضراء تنبعث منها الغازات اللازمة للتنفس، وعلى العكس من ذلك، تمتص الغازات التي تتداخل مع التنفس. يبدو أن النباتات، بحسب بريستلي، تصحح الهواء المفسد بالتنفس. العلماء الفرنسيين أ. لافوازييه، ب. لابلاسو أ. سيجينتحديد خصائص الأكسجين ودوره في عمليتي الاحتراق والتنفس. طبيب هولندي جيه إنجينهاوسوالعلماء السويسريين جيه سينبيرو ن. سوسيرفي نهاية الثامن عشر - بداية القرن التاسع عشر. أثبت دور ضوء الشمس في عملية إطلاق الأكسجين عن طريق الأوراق الخضراء.

يعتقد جان بابتيست لامارك أن سلم الكائنات هو نتيجة لتطور الكائنات الحية من الأسفل إلى الأعلى. كان يعتقد أن سبب التطور هو الخاصية المتأصلة في الكائنات الحية - الرغبة في الكمال. أما بالنسبة للبيئة الخارجية وتأثيرها على الكائنات الحية، فمثل هذا التأثير، حسب لامارك، موجود ويحدث إما من خلال التأثير المباشر للبيئة التي تتميز بها النباتات والكائنات السفلية، أو من خلال التأثير المكثف، أو على العكس من ذلك. تمرين ضعيف جدًا لأعضاء معينة، في هذه الحالة الحيوانات العليا.

في الوقت الذي عاش فيه لامارك وعمل، كانت وجهات نظره حول تطور النباتات والحيوانات تقدمية. أما بالنسبة لتبرير التطور، والكشف عن الأسباب التي أدت إلى ظهوره، فلم يقدم لامارك تفسيراً لذلك، واقتصر فقط على الإشارة إلى بعض الرغبة غير المفهومة (والمثالية في الأساس) للكائنات الحية في التحسين.

عالم فرنسي بارز لويس باستور (1822-1895) يعتبر مؤسس علم الأحياء الدقيقة الحديث، علم المناعة والكيمياء المجسمة. لقد دحض نظرية التولد التلقائي للكائنات الحية الدقيقة واكتشف طبيعة التخمر (عملية تحدث دون وصول الهواء تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة). لكن أعمال باستور في مجال الطب، وكذلك في الزراعة وصناعة الأغذية، هي الأكثر شهرة.

اكتشف باستور دور الكائنات الحية الدقيقة في الأمراض المعدية التي تصيب الحيوانات والبشر، وطوّر لقاحات خاصة تمنع هذا النوع من الأمراض المعدية (تكوين المناعة) وتهدف إلى مساعدة الجسم في مكافحة الأمراض المعدية.

جوهر الأمر، باختصار، يتلخص في ما يلي. في الثدييات، وخاصة في الحيوانات ذوات الدم الحار، يمكن للمناعة أن تظهر نفسها بطريقتين. في إحدى الحالات، يتم تشكيل ما يسمى بالأجسام المضادة في الدم ضد البروتينات الضارة الأجنبية - المستضدات. استجابةً لإدخال المستضد (لا يمكن أن تكون بروتينات أجنبية فحسب، بل أيضًا جزيئات كبيرة أخرى)، بعد مرور بعض الوقت (أسبوع إلى أسبوعين) تظهر الأجسام المضادة في الدم - بروتينات خاصة تنتمي إلى مجموعة الغلوبولين المناعي، وخاصةً تلك المرتبطة فقط للمستضد الذي تسبب في ظهورها. يحتوي كل جزيء من الأجسام المضادة على مركزين نشطين متطابقين، مما يسمح لهم بربط جزيئين من المستضدات. يتم تصنيع الأجسام المضادة في الخلايا الليمفاوية البائية، وتبقى القدرة المكتسبة على تكوين نوع معين من الأجسام المضادة (المناعة) في الجسم لسنوات، وغالبًا طوال الحياة. وفي حالة أخرى، يحدث عدم التوافق بين خلايا كائن حي (المضيف المتلقي) وخلايا كائن حي آخر (المتبرع). بالمناسبة، فإن عدم توافق الخلايا من كائنين مختلفين هو في أغلب الأحيان سبب مضاعفات وفشل عملية الزرع - زرع الأعضاء والأنسجة من حيوان أو شخص إلى آخر. وبالتالي، فإن الخاصية المفيدة للجسم - القدرة على خلق مناعة (مقاومة عمل العوامل الضارة) في حالة الزرع تسبب صعوبات كبيرة.

عالم فسيولوجيا النبات والأحياء الدقيقة الروسي ديمتري يوسيفوفيتش إيفانوفسكي(1864-1920)، أول من اكتشف فيروس فسيفساء التبغ، هو مؤسس علم الفيروسات - وهو العلم الذي يدرس بنية وخصائص الفيروسات وتشخيص وعلاج الأمراض التي تسببها.

في كتابه العظيم "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي" (1859) تشارلز روبرت داروين(1809 - 1882) طرح ثلاثة عوامل رئيسية تحدد تطور الحياة على الأرض: التباين والوراثة والانتقاء الطبيعي. ونظرية داروين المبنية على هذه العوامل الثلاثة تبدو مقنعة للغاية وغير قابلة للدحض عندما تقرأ كتابه بحيث يبدو غريبًا أنه لم يقلها أحد من قبل. أنت تتذكر بشكل لا إرادي الكلمات المذكورة أعلاه للفيلسوف والكاتب اليوناني القديم بلوتارخ حول التفسيرات الواضحة والمفهومة لأرخميدس، ومن ثم يصبح من الواضح أن عدم الجدال والإقناع في حجج داروين ليس أكثر من نتيجة للعبقرية والعمل الهائل الذي قام به مؤلف.

عالم عالمي مشهور، رجل إنجليزي تشارلز روبرت داروينولد في إنجلترا في بلدة شروزبري الصغيرة بالقرب من لندن في عائلة طبيب. قال داروين نفسه عن سيرته الذاتية: "لقد درست، ثم سافرت حول العالم، ثم درست مرة أخرى: هذه هي سيرتي الذاتية".

طور داروين اهتمامًا بعلم النبات وعلم الحيوان، وكذلك الكيمياء، في طفولته، لكن القدر قضى بخلاف ذلك: في البداية درس في جامعة كامبريدج كطبيب، وبعد ذلك، لم يشعر بأي انجذاب إلى الممارسة الطبية، تحت ضغط من عائلته. انتقل والده إلى كلية اللاهوت بنفس الجامعة. في عام 1831، تخرج داروين من جامعة كامبريدج، وحصل على درجة البكالوريوس، ولم يتبق منه سوى أن يُرسم كاهنًا.

لكن في ذلك الوقت، حصل صديق داروين في كامبريدج، أستاذ علم الأحياء هنسلو، على موافقة داروين، وأوصى به كعالم طبيعة على متن سفينة البيجل، والتي كانت تحت قيادة الكابتن ر. فيتزروي، ستبحر حول العالم للأغراض الجغرافية بشكل أساسي. .

وربما كانت هذه نقطة التحول الرئيسية في حياته. استمرت الرحلة من عام 1831 إلى عام 1836. وقد تم وصفها بشكل جميل في كتاب داروين "رحلة عالم طبيعة حول العالم على متن السفينة البيجل".

طريق البيجل، الذي بدأ في ديفونبورت في 27 ديسمبر 1831، مر عبر المحيط الأطلسي وصولاً إلى مدينة باهيا، الواقعة في نصف الكرة الجنوبي، على الساحل الشرقي للبرازيل. بقيت البيجل هنا حتى 12 مارس 1832، ثم تحركت جنوبًا على طول ساحل المحيط الأطلسي. في 26 يوليو 1832، وصلت البعثة إلى عاصمة أوروغواي، مونتيفيديو، وحتى مايو 1834، أي ما يقرب من عامين، نفذت العمل على الساحل الشرقي لأمريكا الجنوبية. خلال هذا الوقت، تمت زيارة تييرا ديل فويغو مرتين، وجزر فوكلاند مرتين. قام داروين أيضًا ببعثات برية. في 12 مايو 1834، اتجهت البيجل جنوبًا، ومرت عبر مضيق ماجلان، وفي نهاية يونيو 1834 وصلت إلى الشواطئ الغربية لأمريكا الجنوبية. ظلت البعثة على ساحل المحيط الهادئ لأمريكا الجنوبية حتى سبتمبر 1835، أي أكثر من عام، ذهب خلالها داروين في رحلات استكشافية برية، على وجه الخصوص، عبرت كورديليرا. في سبتمبر 1835، غادرت البيجل أمريكا الجنوبية متجهة إلى جزر غالاباغوس. بعد ذلك، تحركت البعثة نحو الجنوب الغربي، ووصلت إلى جزر الشراكة، ثم جزر الصداقة، وفي 20 ديسمبر 1835، رست في خليج الجزر قبالة جزيرة نيوزيلندا الشمالية. يقع مسار البعثة نحو أستراليا، حيث تم تجاوز ساحلها الجنوبي من سيدني، عبر تسمانيا، إلى خليج الملك جورج في الجزء الجنوبي الغربي. ومن هناك اتجهت البعثة نحو الشمال الغربي ووصلت إلى جزر كوكوس. ثم غيرت البيجل مسارها، متجهة إلى جزيرة موريشيوس، ودارت حول رأس الرجاء الصالح، وزارت جزيرة سانت هيلينا، وفي الأول من أغسطس عام 1836، رست في باهيا، لتكمل طوافها حول العالم. في أكتوبر 1836، عادت البيجل إلى إنجلترا.

كانت المواد التي جلبها داروين من رحلته حول العالم التي استغرقت خمس سنوات هائلة ومتنوعة. كانت هناك أعشاب ومجموعات وعدد كبير من السجلات المختلفة وأكثر من ذلك بكثير.

لقد مرت 23 سنة على عودة داروين من رحلته حول العالم إلى صدور كتابه “أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي، أو الحفاظ على الأجناس المفضلة في الصراع من أجل الحياة”. وفي الوقت نفسه، في عام 1839، نُشر أول عمل علمي لداروين بعنوان "مذكرات البحث"، وفي عام 1842، نشر عملاً عن بنية الشعاب المرجانية وتوزيعها، أثبت فيه داروين بشكل مقنع أن أساس الشعاب المرجانية ليس البراكين القديمة المنقرضة. كما كان يُعتقد سابقًا، والرواسب المرجانية الموجودة تحت الماء بسبب هبوط قاع البحر. في 1842-1844. نشر داروين النظرية الأساسية للتطور في مقالاته.

بعد عودته من رحلته حول العالم، انتقل داروين من لندن إلى بلدة داون القريبة من لندن، حيث اشترى عقارًا صغيرًا، وعاش فيه حتى نهاية أيامه. تزوج داروين قبل أن ينتقل، وأنجبت عائلته العديد من الأطفال.

لذا، فإن العمل الرئيسي لداروين، "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي، أو الحفاظ على السلالات المفضلة في النضال من أجل الحياة" (باختصار، "أصل الأنواع")، تم نشره في نوفمبر 1859. الكتاب مقنع، مع عدد كبير من الأمثلة، يحدد أفكار المؤلف، التي انقلبت بالكامل الأفكار الموجودة سابقا حول ثبات أشكال الحياة النباتية والحيوانية على الأرض. حتى قبل نشر الكتاب، كتب داروين: «لقد أدركت تدريجيًا أن العهد القديم، بما نسبه إلى الله من شعور الطاغية المنتقم، لم يكن أكثر جدارة بالثقة من كتب الهندوس المقدسة أو معتقدات الهندوس. بعض المتوحشين... وشيئًا فشيئًا تسلل الكفر إلى روحي، وفي النهاية أصبحت كافرًا تمامًا.

كان يعتقد، أولاً، أن عالم النبات والحيوان يتميز بالتنوع، أي تنوع الخصائص والخصائص في الكائنات الحية الفردية والتغير في هذه الخصائص والخصائص لأسباب مختلفة. فالتنوع إذن هو أساس التطور، والحلقة الأولى للتطور. لقد اعتقد، ثانيا، أن الوراثة هي عامل يمكن من خلاله نقل خصائص وخصائص الكائنات الحية (بما في ذلك الكائنات الجديدة) إلى الأجيال اللاحقة. وأخيرًا، ثالثًا، يفتح هذا الانتقاء الطبيعي الطريق أمام تلك الكائنات الأكثر تكيفًا مع الظروف المعيشية، ومع البيئة الخارجية، وعلى العكس من ذلك، "يطرح" الكائنات غير المتكيفة جانبًا.

لذلك، هناك ثلاث ركائز تشكل الأساس لتطور الكائنات النباتية والحيوانية على الأرض: التباين والوراثة والانتقاء الطبيعي.

كانت نظرية التطور المادية لداروين، الداروينية، خطوة ثورية إلى الأمام في تطور العلم.

قوبل نشر كتاب داروين عن أصل الأنواع باهتمام كبير. تم بيع جميع نسخ الطبعة الأولى البالغ عددها 1250 نسخة في يوم واحد. الطبعة الثانية - 3000 نسخة - بيعت أيضًا على الفور.

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

وثائق مماثلة

تمت إضافة الاختبار في 12/10/2011

نظرية التقدم كجد لفلسفة العلم ومراحل وخصائص تكوينها. أصل التكنولوجيا وطبيعتها، وعلاقة العلم بتحسينها. المشاكل الرئيسية لتشكيل فلسفة العلوم. استعراض القضايا الخلافية في فلسفة التكنولوجيا.

الملخص، تمت إضافته في 05/03/2014

تطور العلوم. هيكل ووظائف العلم. الأساسية والتطبيقية في العلوم. وظائف العلم. تأثير العلم على الجانب المادي للمجتمع. العلوم والتكنولوجيا. تأثير العلم على المجال الروحي للمجتمع. العلوم والتنمية البشرية.

الملخص، أضيف في 12/01/2006

دور وأهمية العلم في التنمية الاجتماعية والثقافية للإنسانية. تأثير العلم على نظرة الناس المعاصرين للعالم وأفكارهم عن الله وعلاقته بالعالم. تطوير أسلوب معين في التفكير الناتج عن خصوصيات القرن العشرين.

تمت إضافة العرض بتاريخ 24/06/2015

السمات الرئيسية للعلم التي تميزه عن غيره من أنواع النشاط الإنساني المادي والروحي. عدم التفاعل بين العلم والممارسة وأثره الضار على تطور العلوم القديمة. الفكر الفلسفي هو الأساس الأساسي للعلم في العصور القديمة.

الملخص، تمت إضافته في 11/01/2011

العلم والتكنولوجيا كنشاط ومؤسسة اجتماعية. دور العلم في تشكيل صورة العالم. مفهوم التكنولوجيا ومنطق تطورها. العلوم والتكنولوجيا. الأهمية الاجتماعية والثقافية للثورة العلمية والتكنولوجية الحديثة. الإنسان وعالم التكنولوجيا.

الملخص، تمت إضافته في 27/01/2014

البعد الإنساني للعلم في التاريخ. النموذج الآلي والبعد الإنساني. الفيزياء كعلم نموذجي في القرن العشرين والأبعاد الإنسانية. العلم كنوع من النشاط الذاتي. العوالم الافتراضية والحدود والبعد الإنساني للعلوم.

الملخص، تمت إضافته في 11/02/2007

مشكلات فلسفة العلوم، ملامحها في مختلف العصور التاريخية. معايير الشخصية العلمية والمعرفة العلمية. الثورات العلمية كإعادة هيكلة لأسس العلم. جوهر المرحلة الحديثة من تطور العلم. الأشكال المؤسسية للنشاط العلمي.