Съобщение за едно научно постижение на 20 век. Най-важните постижения на науката в края на 19 и началото на 20 век

През 20 век естествените науки се развиват необичайно бързо: физика, химия, астрономия, биология, геология и много други. Науката даде много идеи и разработки, производството от своя страна даде на науката сложни и модерни устройства и инструменти. Всичко това заедно стимулира развитието на науката. Последицата от това изключително плодотворно съчетание на наука и производство е постигането на високото им развитие, което води до появата на третата научно-техническа революция в средата на 20 век.

Физика

През 20 век е направено много в областта на изучаването на структурата на материята. Известен английски физик Ърнест Ръдърфорд(1871 - 1937) експериментално установи, че атомите имат ядра, в които е концентрирана почти цялата им маса, и разработи планетарен модел на структурата на атома (1911). Това вероятно е последният (или може би първият и последен) модел на атома, който е относително лесен за представяне. Според планетарния модел електроните се движат около неподвижното ядро ​​на атома (както планетите около Слънцето) и в същото време, според законите на класическата електродинамика, непрекъснато излъчват електромагнитна енергия. Планетарният модел на атома на Ръдърфорд обаче не успя да обясни защо електроните, които се движат около ядрото по кръгови орбити и следователно постоянно изпитват ускорение и следователно непрекъснато излъчват и губят своята кинетична енергия, не се приближават до ядрото и не падат върху неговата повърхност.

Модел на атома, предложен от известен датски физик Нилс Хенрик Давид Бор (1885 - 1962), въпреки че се основаваше на планетарния модел на Ръдърфорд, той не съдържаше посоченото противоречие. За това Бор въвежда постулати, които сега носят неговото име, според които атомите имат така наречените стационарни орбити, по които електроните се движат, без да излъчват, докато радиацията възниква само в случаите, когато те се движат от една стационарна орбита в друга (в този случай, промяна в атомната енергия). Брилянтната хипотеза (или идея) на Бор, въпреки вътрешната си непоследователност, свързва

Интерпретацията на класическата механика на Нютон, използвана за обяснение на движението на електроните и квантовите ограничения върху движението на електроните, които са неприемливи от нейна гледна точка, все пак намери експериментално потвърждение.

Огромно постижение във физиката беше създаването на квантовата (вълнова) механика, според която микрочастиците имат двойна корпускулярно-вълнова природа. Квантовата механика - един от основните раздели на квантовата теория - най-общата физическа теория, не само даде нови, революционни идеи за микрочастиците, но и направи възможно обяснението на много свойства на макроскопичните тела.

Предпоставките за развитието на квантовата механика бяха работата по създаването на квантовите концепции на Планк, Айнщайн и Бор. През 1924 г. френски физик Луи дьо Бройлизложи идеята за двойната корпускулярно-вълнова природа не само на електромагнитното излъчване (фотони), но и на други микрочастици, като по този начин постави основата на квантовата механика. Малко по-късно бяха проведени експерименти, при които се наблюдава дифракция на микрочастици - разсейване на поток от микрочастици (поток от микрочастици, огъващи се около различни препятствия), което показва техните вълнови свойства, което беше експериментално потвърждение на хипотезата на де Бройл.

През 1925 г. един от създателите на квантовата механика е швейцарски физик теоретик Волфганг Паули(1900 - 1958) формулира така наречения принцип на изключване - основен природен закон, според който нито един атом, нито една молекула могат да имат два електрона в едно и също състояние. австрийски физик теоретик Ервин Шрьодингер(1887 - 1961) разработва вълновата механика през 1926 г. и формулира нейното основно уравнение. Немски физик теоретик Вернер Хайзенберг(1901 - 1976) формулира принципа на неопределеността (1927), според който стойностите на координатите и моментите на микрочастиците не могат да бъдат назовавани едновременно с висока степен на точност. английски физик Пол Диракполага основите на квантовата електродинамика (1929 г.) и квантовата теория на гравитацията, развива релативистка теория за движението на електроните, въз основа на която предсказва (1931 г.) съществуването на позитрона - първата античастица (частица във всички отношения подобна на негов „двойник“, в случая електрона, но с различен от него знак за електрически заряд, магнитен момент и някои други характеристики), анихилация и раждане на двойки. През 1932 г. американски физик Карл Дейвид Андерсъноткрива античастицата на електрона, позитрона, в космическите лъчи, а през 1936 г., мюона.

Още през 1896 г. френският физик Пиер Кюри(1859 - 1906) заедно със съпругата си Мария Склодовска-Кюри(1867 - 1934) и френски физик Антоан Анри Бекерел(1852 - 1908) открива радиоактивността и радиоактивните превръщания на тежките елементи. През 1934г Френска двойка по физика Ирен(дъщеря на П. Кюри и М. Склодовска-Кюри) и Фредерик Жолио-Кюри(1900 - 1958) открива изкуствената радиоактивност. Откритие на английски физик Джеймс Чадуик(1891 - 1974) през 1932 г. неутронът доведе до съвременни, протонно-неутронни идеи за структурата на атомните ядра.

Развитието на ядрената физика и изучаването на ядрените реакции беше значително улеснено от създаването на ускорители на заредени частици. Броят на известните елементарни частици се е увеличил многократно. Много от тях могат да съществуват само за незначително време. Оказа се, че елементарните частици могат да претърпят взаимни трансформации, че те изобщо не са елементарни. Според успешно сравнение на известния съветски физик В.Л. Гинзбург, всичко се случва така, сякаш имаме работа с „безкрайна кукла“: откривате една елементарна частица, а зад нея „още по-елементарна“ и така нататък без край. Вероятно може да се каже, че повечето съвременни физици признават съществуването на специални фундаментални частици - кварки и съответните античастици - антикварки. Предполага се, че кварките имат частичен електрически заряд. Кварките не са открити експериментално, но може би защото не могат да съществуват в свободно, несвързано състояние.

Невъзможно е да не се отбележи огромното влияние на физиката върху други науки и върху развитието на технологиите. Поради факта, че тази тема е наистина неизчерпаема, ще се позоваваме само на онези науки, чието само име показва влиянието на физиката: астро-, гео- и биофизика, физическа химия и някои други.

Бурното развитие на ядрената физика направи възможно през 1939 – 1945г. предприемат решителни стъпки за освобождаване на ядрената енергия. Отначало това изключително научно откритие се използва за военни цели за създаване на ядрени и термоядрени оръжия, а след това и за мирни цели: първата атомна електроцентрала е построена в Съветския съюз и започва да работи през 1954 г. Впоследствие десетки мощни атомни електроцентрали са построени в много страни по света, където се генерира значителна част от електроенергията.

Въз основа на физиката на кристалите, теорията на полупроводниците, която има огромно практическо значение, рентгеновия дифракционен анализ, както и електронния микроскоп и метода на маркирани атоми, които изиграха важна роля в развитието на много области на технологията , и може би особено металургията, са създадени. Електрониката дължи много на физиката и нейните постижения - науката за взаимодействието на електроните с електромагнитните полета и методите за създаване на електронни устройства, което от своя страна е от решаващо значение за много области на техниката, по-специално за електронните компютри.

Алберт Айнщайн. Теория на относителността

Експерименти на американски физик Алберт Абрахам Майкелсън(1852 - 1931) чрез определяне на скоростта на светлината (включително известния "експеримент на Микелсън") показа нейната независимост от движението на Земята. Оказа се, че скоростта на светлината в празното пространство винаги е постоянна и, колкото и странно да изглежда на пръв поглед, не зависи от движението на източника или приемника на светлина.

Откритието на Майкелсън не може да бъде обяснено от гледна точка на физическите теории, съществуващи по това време. Първо, от принципа на относителността на Галилей следва, че ако две координатни системи се движат една спрямо друга праволинейно и равномерно, т.е. на езика на класическата механика системите са инерционни, тогава всички закони на природата ще бъдат еднакви за тях. Освен това, колкото и такива системи да има (две или много повече), няма как да се определи в коя от тях скоростта може да се счита за абсолютна. Второ, в съответствие с класическата механика, скоростите на инерционните системи могат да се трансформират една спрямо друга, т.е., знаейки скоростта на тялото (материална точка) в една инерциална система, може да се определи скоростта на това тяло в друга инерциална система , а стойностите на скоростите на това тяло в различни инерционни координатни системи са различни.

Очевидно втората позиция противоречи на експеримента на Майкелсън, според който, повтаряме, светлината има постоянна скорост независимо от движението на източника или приемника на светлина, т.е. независимо от това в кои инерционни координатни системи се извършва броенето.

Това противоречие е разрешено с помощта на теорията на относителността - физическа теория, чиито основни закони са установени от А. Айнщайн през 1905 г. (частна или специална теория на относителността) и през 1907-1916 г. (обща теория на относителността).

Страхотен физик теоретик Алберт Айнщайн(1879 - 1955) е роден в Германия (Улм). От 14-годишна възраст живее в Швейцария със семейството си. Учи в Цюрихския политехнически институт и след като завършва през 1900 г., преподава в училища в градовете Шафхаузен и Винтертур. През 1902 г. той успява да получи позиция като експерт във Федералното патентно ведомство в Берн, което го устройва повече финансово. Годините на работа в бюрото (от 1902 до 1909 г.) са години на много плодотворна научна дейност за Айнщайн. През това време той създава специалната теория на относителността, дава математическа теория на Брауновото движение, която, между другото, остава необяснена около 80 години, развива квантовата концепция за светлината, провежда изследвания в статистическата физика и редица на други произведения.

Едва през 1909 г. вече огромните научни постижения на Айнщайн стават широко известни, оценени са (далеч не напълно) и той е избран за професор в Цюрихския университет, а през 1911 г. - в Германския университет в Прага. През 1912 г. Айнщайн е избран за ръководител на катедрата в Цюрихския политехнически институт и се завръща в Цюрих. През 1913 г. Айнщайн е избран за член на Пруската и Баварската академии на науките и се премества в Берлин, където живее до 1933 г., като е директор на Института по физика и професор в Берлинския университет. През този период от време той създава общата теория на относителността (най-вероятно завършена, тъй като започва да работи върху нея през 1907 г.), развива квантовата теория на светлината и извършва редица други изследвания. През 1921 г. Айнщайн получава Нобелова награда за работата си в областта на теоретичната физика, особено за откриването на законите на фотоелектричния ефект (явление, включващо освобождаване на електрони от твърдо или течно вещество в резултат на действието на електромагнитно излъчване).

През 1933 г., поради нападки срещу него от страна на идеолозите на немския фашизъм като общественик - борец против войната и евреин, Айнщайн напуска Германия, а по-късно в знак на протест срещу фашизма отказва членство в Германската академия на науки. Айнщайн прекарва цялата последна част от живота си в Принстън (САЩ), работейки в Принстънския институт за фундаментални изследвания.

Теорията на относителността се основава на факта, че концепциите за пространство и време, за разлика от Нютоновата механика, не са абсолютни. Пространството и времето, според Айнщайн, са органично свързани с материята и помежду си. Можем да кажем, че задачата на теорията на относителността се свежда до определяне на законите на четириизмерното пространство, три координати на което са координатите на триизмерен обем (x, y, z), а четвъртата координата е времето (T).

Постоянството на скоростта на светлината, доказано от опита, ни принуждава да изоставим концепцията за абсолютното време.

Скоростта на светлината, равна, както знаем, на огромна стойност - 300 хил. km/s, е границата. Скоростта на нито един обект не може да бъде по-висока.

През 1905 г. Айнщайн комбинира концепциите за пространство и време. Единадесет години по-късно той успя да покаже, че нютоновата гравитация е проява на това смело обединение в смисъл, че нютоновата гравитация означава наличието на кривина в единичен пространствено-времеви колектор.

Айнщайн стига до извода, че реалното пространство е неевклидово, че при наличие на тела, създаващи гравитационни полета, количествените характеристики на пространството и времето стават различни, отколкото при липса на тела и полетата, които създават. Така например, сумата от ъглите на триъгълник е по-голяма от π, времето тече по-бавно. Айнщайн дава физическа интерпретация на теорията на N.I. Лобачевски. Основите на общата теория на относителността са изразени в уравнението на гравитационното поле, получено от Айнщайн.

Ако специалната теория на относителността не само беше потвърдена експериментално, по време на създаването и експлоатацията на ускорители на микрочастици и ядрени реактори, но вече се превърна в необходим инструмент за съответните изчисления, тогава с общата теория на относителността ситуацията е различна.

Изоставането в областта на експерименталната проверка на общата теория на относителността се дължи както на малкото ефекти, достъпни за наблюдение на Земята и в Слънчевата система, така и на сравнителната неточност на съответните астрономически методи.

Основателят на квантовата теория е известният немски физик, член на Берлинската академия на науките, почетен член на Академията на науките на СССР Макс Планк (1858-1947). Планк учи в университетите в Мюнхен и Берлин, слушайки лекции на Хелмхолц, Кирхоф и други видни учени. Работил е основно в Кил и Берлин. Основните трудове на Планк, които вписват името му в историята на науката, са свързани с теорията на топлинното излъчване.

Решителната стъпка е направена от Планк през 1900 г., когато той предлага нов (напълно несъвместим с класическите идеи) подход: да се разглежда енергията на електромагнитното излъчване като дискретна стойност, която може да се предава само на отделни, макар и малки порции (кванти) . Като такава част (квант) енергия, Планк предложи стойността E = hv, erg е част (квант) енергия на електромагнитното излъчване, сек -1 е честотата на излъчване, ч=6,62*10 -27 ерг*сек - константа, която по-късно получава името константа на Планк или квант на действие на Планк.

Предположението на Планк се оказва изключително успешно или още по-добре гениално. Планк не само успява да получи уравнение за топлинно излъчване, което съответства на опита, но неговите идеи стават основата на квантовата теория - една от най-всеобхватните физични теории, която сега включва квантова механика, квантова статистика и квантова теория на полето.

Структура на материята. Квантова теория

Атомната физика като самостоятелна наука възниква на базата на откриването на електрона и радиоактивното лъчение. Електронът - отрицателно заредена микрочастица с маса само около 9 * 10 -28 g - един от основните структурни елементи на материята - е открит от известния английски физик Джоузеф Джон Томсън (1856 - 1940), член (1884) и

Президент (1915 - 1920) на Кралското общество в Лондон, чуждестранен почетен член на Академията на науките на СССР.

През 1896 г. френските физици Пиер Кюри, Мария Склодовска-Кюри и А. Бекерел първи откриват радиоактивността на урановите соли. Феноменът радиоактивност, който окончателно опроверга идеята за неделимостта (непроменливостта) на атома, се състои в спонтанното превръщане на нестабилни атомни ядра в ядра на други елементи (други атоми), което се случва в резултат на ядрена радиация. Оказа се също (това беше изключително важно за медицината), че лъчите, открити от Бекерел, могат да проникнат дълбоко в материята и следователно са средство за получаване на снимки, например, на човешки вътрешни органи.

Пиер Кюри и съпругата му Мария Склодовска-Кюри също се занимават с проблемите на радиоактивността и други елементи. Те откриват нови елементи през 1898 г.: полоний и радий. Установено е, че радиоактивното излъчване може да бъде от два вида: или ядрото на радиоактивен елемент излъчва алфа частица (ядрото на хелиев атом с положителен заряд 2e) или бета частица (електрон с отрицателен заряд -e) . И в двата случая атом на радиоактивен елемент се превръща в атом на друг елемент (това зависи както от първоначалното радиоактивно вещество, така и от вида на радиоактивното излъчване).

В изследванията на радиоактивността от голямо значение беше съвместната работа на известния английски физик Ърнест Ръдърфорд и известния английски химик Фредерика Соди (1877 - 1956), осъществен през 1899-1907г. Като изходни радиоактивни елементи те използват уран, торий и актиний. Открити са така наречените изотопи, т.е. разновидности на един и същи химичен елемент, които имат еднакви химични свойства и заемат едно и също място в периодичната таблица на елементите на Менделеев, но се различават по масата на атомите.

Е. Ръдърфорд, член на Кралското общество на Лондон, почетен член на Академията на науките на СССР, е роден през 1871 г. в Нова Зеландия в семейството на дребен фермер, четвъртото от 12 деца. Завършва Университета на Нова Зеландия (Крайстчърч). През 1894 г. той се премества в Англия и е приет в лабораторията Кавендиш в университета в Кеймбридж, където започва изследвания под ръководството на Дж. Дж. Томсън. Ръдърфорд прекарва по-голямата част от живота си (с известни прекъсвания, докато работи в университетите на Монреал и Манчестър) в Кеймбридж, като е директор на лабораторията Кавендиш от 1919 г. Той е подготвил голям брой висококвалифицирани физици.

Въз основа на експерименти Ръдърфорд стига до извода, че атомите съдържат ядра - положително заредени микрочастици, чийто размер (приблизително 10 -12 cm) е много малък в сравнение с размера на атомите (около 10 -8 cm), но масата на атомът е почти изцяло концентриран в ядрото си,

Една α-частица рязко променя посоката на пътя си, когато удари ядро.

Откриването на атомните ядра е много голямо събитие в развитието на атомната физика. Но планетарният модел на атома на Ръдърфорд се оказва несъвместим с електродинамиката на Максуел.

Следващият модел на атома на Бор се основава на квантовата теория. Един от най-великите физици на 20 век. - Дейн Нилс Бор(1885 - 1962) е роден и завършва университета в Копенхаген. Работил е в университета в Кеймбридж под ръководството на J. J. Thomson и в университета в Манчестър под ръководството на Ръдърфорд. През 1916 г. е избран за ръководител на катедрата по теоретична физика в Копенхагенския университет, от 1920 г. и до края на живота си ръководи създадения от него Институт по теоретична физика в Копенхаген, който сега носи неговото име. През 1943 г., по време на окупацията на Дания от нацистите, Бор, виждайки, че срещу него се подготвят репресии, с помощта на организацията на Съпротивата, се премества с лодка в Швеция и след това се премества в Съединените щати. След края на войната се завръща в Копенхаген.

Моделът на атома, създаден от Бор, се основава на планетарния модел на атома на Ръдърфорд и на квантовата теория за атомната структура, разработена от самия него през 1913 г.

През 1924 г. се случва едно от най-великите събития в историята на физиката: френският физик Луи дьо Бройл(1892 - 1983) излага идеята за вълновите свойства на материята, като по този начин поставя основите на квантовата механика. Той твърди, че вълновите свойства, заедно с корпускулярните, са присъщи на всички видове материя: електрони, протони, молекули и дори макроскопични тела.

По-нататъшното развитие на квантовата механика - тази нова необичайно плодотворна посока - беше постигнато главно в края на 20-те - началото на 30-те години чрез трудовете на известни физици - Макс Борн (Германия, 1882 - 1970), Вернер Хайзенберг (Германия, 1901 - 1976), Диракови полета (Англия, р. 1902), Ервин Шрьодингер (Австрия, 1887 - 1961), както и Волфганг Паули (Швейцария, 1900 - 1958), Енрико Ферми (Италия, 1901 - 1954), Владимир Александрович Фок (1898 - 1974) и много други.

Отделни раздели на квантовата механика включват атомната физика, теорията на радиацията, теорията за структурата на молекулите (която понякога се нарича квантова химия), теорията на твърдите тела, теорията за взаимодействието на елементарните частици, теорията за структурата на атомно ядро ​​и др.

В квантовата механика съществува така наречената връзка на неопределеността, установена от Хайзенберг. Математическият израз на връзката на неопределеността е много прост:

където Δx е неточността при определяне на координатата на електрона; Δp - неточност при определяне на импулса на електрона; h е константата на Планк.

От този израз става ясно, че е невъзможно едновременно да се определи позицията на електрона в пространството и неговия импулс. Наистина, ако Δx е много малко, т.е. положението на електрона в пространството е известно с висока степен на точност, тогава Δp е относително голямо и следователно големината на импулса може да бъде изчислена с толкова ниска степен на точност, че на практика трябва да се разглежда като неизвестно количество. И обратно, ако Δp е малък и следователно импулсът на електрона е известен, тогава Δx е голям; и следователно позицията на електрона в пространството е неизвестна. Разбира се, принципът на неопределеността е валиден за всяка частица, не само за електрона.

От гледна точка на класическата механика отношението на неопределеността е абсурдно. От гледна точка на „здравия разум“ изглежда най-малкото много странно и е невъзможно да си представим как всичко това може да бъде „наистина“.

Но не трябва да забравяме, че живеем в макрокосмоса, в света на големи тела, които виждаме със собствените си очи (или дори с помощта на микроскоп) и можем да измерим техния размер, маса, скорост на движение и много други. Напротив, микросветът е невидим за нас, не можем директно да измерим нито размера на електрона, нито неговата енергия. За да си представим по-добре явленията на микросвета, ние винаги искаме да изградим адекватен механичен модел и това понякога е възможно. Спомнете си например планетарния модел на атома на Ръдърфорд. Тя до известна степен е подобна на Слънчевата система, която в случая е механичен модел за нас. Следователно планетарният модел на атома се възприема лесно.

Но за повечето обекти и явления на микросвета е невъзможно да се изгради механичен модел и следователно разпоредбите на квантовата механика често се възприемат с голяма трудност. Опитайте се, например, да изградите механичен модел на електрон, който има свойства на частица-вълна, или механичен модел, който обяснява защо е невъзможно едновременно да се определят неговата маса и импулс за електрон. Ето защо в тези случаи трябва да се набляга на „разбирам“, а не на „представям си“.

Един от водещите съветски физици каза добре по този въпрос Лев Давидович Ландау(1908 - 1968): "Най-голямото постижение на човешкия гений е, че човек може да разбере неща, които вече не може да си представи."

Към казаното можем да добавим, че принципът на неопределеността (отношението на неопределеността) е фундаментално положение на квантовата механика.

Известен английски физик, ученик на Ръдърфорд Джеймс Чадуикоткриха неутрона, неутрална частица, която влиза в ядрото на атома заедно с протоните и изигра толкова важна роля в създаването на начини за използване на ядрената енергия.

След откриването на електрона, протона, фотона и накрая през 1932 г. на неутрона се установява съществуването на голям брой нови елементарни частици - общо около 350. Сред тях: позитронът, като античастица на електрон; мезони - нестабилни микрочастици (те включват μ-мезони, π ± -мезони и по-тежки π 0 -мезони); различни видове хиперони - нестабилни микрочастици с маси, по-големи от масата на неутрон; резонансни частици с изключително кратък живот (около 10 -22 ... 10 -24 s); неутрино-стабилна, електрически незаредена частица, очевидно с нулева маса на покой, с почти невероятна пропускливост; антинеутрино - античастица на неутрино, различаваща се от неутрино по знака на лептонния заряд и др.

В момента елементарните частици се разбират като „градивните елементи“ на Вселената, от които може да се изгради всичко, което познаваме в природата. Светът на елементарните частици е сложен, а теорията за елементарните частици е в началото на своето развитие. Може би следващите години ще донесат много нови неща в него.

Химия

Химията принадлежи към природните науки. В неговата сфера са превръщанията на химични вещества, които са сбор от еднакви атоми (елементи) и по-сложни вещества, състоящи се от еднакви молекули. Съвременната химия е тясно свързана с други природни науки, преди всичко с физиката. Поради това се появиха и получиха широко развитие такива науки като физическа химия, биохимия, геохимия и др.Химията също се разделя на неорганична, чийто предмет са вещества, чиито молекули не съдържат въглерод, и органични, чийто обхват включва вещества, чиито молекулите задължително съдържат въглерод.

От първите стъпки на своето развитие химията е тясно свързана с производството. Далеч преди новата ера възникват процеси като металургията, боядисването на текстил, обработката на кожи и други, които дълго време се считат за химични.

Още през втората половина на 17 век. известният английски физик и химик Р. Бойлдаде вероятно първата научна дефиниция на химичен елемент, постави основите на химическия анализ и показа непоследователността на алхимията.

През 1748г М. В. Ломоносовекспериментално открива закона за запазване на масата при химични реакции. Малко по-късно, но независимо от него, се установява същият закон А. Лавоазие -един от основоположниците на химията.

Изключително важна роля в развитието на химията принадлежи на английския учен Джон Далтън (1766 - 1844) - създателят, както понякога казват сега, на химическия атомизъм. През 1803 г. той установява закона за множествените съотношения, въвежда понятието „атомно тегло“ и определя неговите стойности за някои елементи, като взема атомното тегло на най-лекия елемент, водорода, като едно. италиански учен Амадео Авогадро(1776 - 1856) и френски учен Андре Мари Ампер(1775 - 1836) в началото на 19 век. въвежда идеята за молекула, състояща се от атоми, свързани помежду си чрез химични сили. Тогава шведският учен Йенс Якоб Берцелиус(1779 - 1848), който направи много като експериментален химик, състави по-точна таблица на атомните тегла от Далтън, която вече включваше 46 елемента и въведе знаците на елементите, които се използват в момента. Той открива нови непознати за него елементи: цезий (Cs), селен (Se), торий (Th). Берцелиус създава и електрохимичната теория, въз основа на която изгражда класификация на елементите и съединенията.

френски химик Чарлз Фредерик Жерар(1816 - 1856) в средата на 19 век. предложи така наречената теория на типовете, която беше система за класификация на органични съединения, а също така въведе идеята за хомоложни серии - групи от свързани органични съединения, което беше важно при класификацията не само на органични съединения, но и присъщите им реакции.

В средата на 19в. беше направено друго важно откритие. английски химик Едуард Франкланд(1825 - 1899) въвежда понятието валентност - способността на атом на даден химичен елемент да се свързва с други атоми. Той също така въведе термина "валентност". Оказа се, че атомите на едно вещество могат да се свързват с атоми на други вещества само в строго определени пропорции. Реактивността (валентността) на водорода беше взета като единица за валентност. Например, комбинацията от въглерод с водород - метан 2 CH 4 показва, че въглеродът е четиривалентен.

Известен руски химик Александър Михайлович Бутлеров(1828 - 1886) през 1861 г. създава теорията за химичния строеж на материята. Според тази теория химичните свойства на веществото се определят от неговия състав и реда (естеството) на връзките на атомите в молекулата на веществото.

Както е описано подробно по-горе, изключителният руски химик Д. И. Менделеевпрез 1869 г. той открива периодичния закон на химичните елементи и създава Периодичната система на елементите - таблица, в която известните тогава 63 химични елемента са разпределени в групи и периоди в съответствие с техните свойства (той отдава специална роля на атомното тегло и валентността ). Необходимо е специално да се отбележи многостранността на Менделеев като учен (над 500 научни статии, които той е написал, се занимават с проблемите на теорията на разтворите, химическата технология, физиката, метрологията, метеорологията, селското стопанство, икономиката и много други) и постоянния му интерес към въпросите на индустрия, предимно химическа. Името на D.I. Менделеев е здраво вкоренено в историята на науката.

Име Герман Иванович Хес (1802 - 1850), руски учен от немски произход, е добре известен с работата си в областта на термохимията - наука, която се занимава с топлинните ефекти, придружаващи химичните реакции. Хес установи закона, който носи неговото име, от който следва, че когато се извършва кръгов химичен процес, когато реагиращите химични вещества, участващи в реакцията, са в първоначалния състав в края на процеса, общият топлинен ефект на реакцията е нулева.

Изследванията на Хес в областта на термохимията са продължени от френския учен Пиер Йожен Марселин Бертло(1827 - 1907), който също работи по проблемите на органичната химия, химичната кинетика и някои други, датски химик Ханс Петер Томсен(1826 - 1909) и руски учени Николай Николаевич Бекетов(1827 - 1911), работил и в областта на металохимията.

Втората половина на 19 век. бе белязан от работа в областта на електрохимията, в резултат на което шведският физикохимик Svanet от Август Арениус(1859 - 1927) е формулирана теорията за електролитната дисоциация. В същото време учението за разтворите - смеси от две или повече вещества, равномерно разпределени в разтворител под формата на атоми, йони или молекули - беше доразвито. Почти всички течности са разтвори. Това, между другото, е "тайната" на така наречените "магнитни течности". В тази връзка следва да се посочат имената на Д. И. Менделеев, холандският физикохимик Вант Хофе, руският физикохимик Н. С. Курнаков.

През 19 век Изяснено е действието на така важните за практиката катализатори - вещества, които ускоряват реакцията, но в крайна сметка не участват в нея. В края на 19в. К. ГулдбергИ П. Ваагее открит законът за действието на масите, според който скоростта на химичната реакция е пропорционална на концентрацията на участващите вещества в степени, равни на техните стехиометрични числа в уравнението на въпросната реакция. От закона за действието на масите следва, че реакциите винаги протичат в двете посоки (отляво надясно и отдясно наляво). Когато се постигне химично равновесие, реакцията продължава, но съставът на реакционната смес остава (за дадена температура) непроменен. Следователно химичното равновесие е динамично по природа.

За 20 век Особено характерен е високият темп на развитие на химическата наука, който е тясно свързан с големите постижения на физиката и бързия растеж на химическата промишленост.

Установено е, че атомният номер на химичен елемент в периодичната таблица е числено равен, както беше споменато по-горе, на заряда на атомното ядро ​​на елемента или, което е същото, на броя на електроните в обвивката на атомът. По този начин, когато атомният номер на елемент се увеличава, броят на външните електрони в атома се увеличава и това се случва с периодичното повторение на подобни външни електронни структури. Това обяснява периодичността на химическите, както и много физични свойства на елементите, установени от Менделеев.

Развитието на квантовата механика позволи да се установи природата на химическата връзка - взаимодействието на атомите, което определя тяхното комбиниране в молекули и кристали. Като цяло трябва да се каже, че развитието на химията през 20в. въз основа на постиженията на физиката, особено в областта на структурата на материята.

През 20 век Химическата промишленост се развива с безпрецедентна скорост. Първоначално химическата технология се основаваше предимно на изолирането на по-прости вещества, необходими за практическа употреба, от сложни природни вещества. Например метали от руди, различни соли от по-сложни съединения. Производството на така наречените междинни вещества (сярна, солна и азотна киселина, амоняк, основи, сода и др.) За производството на крайни химически продукти е било и се използва широко. След това синтезът на сложни химически продукти, включително такива, които нямат аналози в природата, като свръхчисти, свръхздрави, термоустойчиви, термоустойчиви, полупроводникови и др., Производството на много от изисква създаването на много високи или много ниски температури, високо налягане, електрически и магнитни полета и други, както често се наричат, екстремни условия.

Производството и използването на полимери - вещества, чиито молекули се състоят от много голям брой повтарящи се структури - станаха широко разпространени; Молекулното тегло на полимерите може да достигне много милиони. Полимерите се делят на естествени (биополимери: протеини, нуклеинови киселини и др.), от които са изградени клетките на живите организми, и синтетични, например полиетилен, полиамиди, епоксидни смоли и др. Полимерите са в основата на производството на пластмаси , химически влакна и много други важни материали. Трябва да се отбележи, че изследванията в областта на верижните реакции на изключителния съветски химик и физик са от особено значение за развитието на полимерната химия (както и за много други отрасли на химическата промишленост). Н. Н. Семеноваи известен американски учен С. Хиншелуд.

Както неорганичните химически технологии, по-специално производството на химически торове за селското стопанство, така и органичните химически технологии, като рафинирането на нефт, природен газ и въглища, производството на бои и лекарства, както и производството на синтетични полимери, споменати по-горе, получиха широко развитие.

Въпреки че първите полимерни продукти (фенопласти - пластмаси, използвани като устойчиви на корозия структурни материали и подобни на каучук вещества) са получени в края на 19 век, основните идеи за природата и свойствата на полимерите са формирани не толкова отдавна - приблизително до началото на 40-те години 20 V. По това време се формира и идеята за синтеза на полимерни вещества. Стана ясно, че едно от основните условия за успешното производство на полимери е много високата чистота на изходните вещества (мономери), тъй като наличието дори на много малко количество чужди молекули (замърсители) може да прекъсне процеса на полимеризация и да спре растежа на полимерните молекули.

До началото на 40-те години на 20 век. Създадени са всички основни полимерни материали (полистирол, поливинилхлорид, полиамиди и полиестери, полиакрилати и органично стъкло), производството на които през следващите години придобива много голям мащаб. Тогава, през 30-те години, под ръководството на акад Сергей Василиевич Лебедев(1874 - 1934) е създадено мащабно производство на синтетичен каучук. Приблизително по същото време са открити органосилициеви полимери, важно свойство на които са добрите диелектрични характеристики, и е разработена технология за тяхното производство; основната заслуга за това е на акад Кузма Андрианович Андрианов(1904 - 1978). Разработка на Н.Н. Теорията на Семенов за верижните реакции е свързана с механизма на радикалната полимеризация. Свободните радикали в химията се разбират като много реактивни кинетично независими частици (атоми или атомни групи) с несдвоени електрони, например H, CH 3, C 6 H 5.

По-късно се установява, че свойствата на полимерите се определят не само от химичния състав и размера на молекулите, но и до голяма степен от структурата на молекулната верига. Например, оказа се, че разликата между свойствата на синтетичния каучук и естествения каучук се определя не от химичния състав и размера на молекулите, а от тяхната структура. По този повод известният съветски химик Валентин Алексеевич Каргин(1907 - 1969) пише: „Ако в първия период от развитието на полимерната химия основното внимание се обръщаше на размера и химичния състав на получените молекули, то с течение на времето структурата на молекулната верига започна да привлича все по-голям интерес. В крайна сметка молекулните групи, включени в него, могат да бъдат подредени по различни начини една спрямо друга, образувайки голям брой изомерни форми. Така, например, ако някакви странични групи са прикрепени към веригата от главни валенции, тогава те могат да бъдат разположени редовно или неравномерно, от една или от различни страни на молекулата на веригата и могат да образуват различни конфигурации. Следователно, при един и същ състав, химическата структура на веригата може да бъде много различна и това силно влияе върху свойствата на полимерите.

В допълнение към полимерите, необходими за практическа употреба в много големи количества, като пластмаси, влакна, филми, гуми и гуми, които сега се произвеждат в огромен мащаб, полимерите, които имат уникални, понякога напълно неочаквани свойства, също станаха изключително важни, например: способността да съществува при високи температури, като същевременно поддържа необходимата якост, има полупроводникови свойства или електрическа проводимост, фоточувствителност, физиологична активност и др. Отварят се нови широки перспективи, например получаване на изкуствена кръв на базата на физиологично активни полимери, получаване на багрила, повърхностно активни вещества, електролити и много други.

Както се вижда от горното, производството и широкото използване на полимери с различни свойства е едно от най-големите постижения на химията в средата на 20 век.

Биология

Терминът "биология" е въведен през 1802 г. Дж. Б. ЛамаркИ G. R. Treviranusнезависимо една от друга.

Първите изследвания, които могат да се считат за началото на съвременната биология, датират от древни времена. Известно е, че древногръцкият учен и лекар Хипократ, живял през 5-4 век. пр.н.е., се смята за известния лекар на Древна Гърция, баща на научната медицина и в същото време проницателен наблюдател на биологичните явления. Древногръцки учен, живял повече от половин век по-късно Аристотел, чиито интереси обхващаха всички клонове на знанието, съществували по негово време, може би най-вече, в съвременния смисъл, се занимаваха с въпроси на биологията. Във всеки случай той проявява голям интерес към описателната биология, изучаването на растения и животни, тяхната систематика, физиология и ембриология.

Изключителен древен римски учен и лекар Гален(ок. 130 - 200 г.) е известен главно като изключителен лекар. В неговия класически труд „За частите на човешкото тяло“ за първи път е дадено анатомично и физиологично описание на човешкото тяло като цяло. Гален обобщава идеите за човешкото тяло, създадени преди него, поставя основите на диагностиката на болестите и тяхното лечение и въвежда в практиката експерименти с животни.

В по-нататъшното развитие на биологията много внимание се обръща на различни лечебни билки. Както се вижда от горното, в зората на своето развитие биологията е особено тясно свързана с медицината. През 16 век и първата половина на 17 век. появиха се многотомни произведения, по-специално енциклопедия по зоология: швейцарският учен К. Геснер„История на животните” в пет тома, поредица от монографии (в тринадесет тома) от италиански зоолог У. Алдровании много други.

През Ренесанса е постигнат голям напредък в анатомията на човешкото тяло. В тази връзка е необходимо да се отбележат постиженията на фламандския естествен учен А. Везалий,един от първите, които започват да изучават човешкото тяло чрез дисекции и е преследван за това от църквата. През 1543 г. Везалий публикува работата си „За структурата на човешкото тяло“, в която по-специално показва непоследователността на възгледите на Гален в областта на кръвообращението и се доближава до заключението за съществуването на белодробна циркулация. Честта за откриването на последното принадлежи на испанския учен Мигел Сервет(1509 или 1511 - 1553) и независимо от него на италианския учен Р. Колумб(1559).

Известен английски учен и лекар Уилям Харви(1578 - 1657) е основоположник на съвременната физиология и ембриология, който дава описание на системното и белодробното кръвообращение и в работата си „Анатомично изследване на движението на сърцето и кръвта при животните“ (1628) очертава общата доктрина на кръвообращението при животните.

Създаване през 17 век. микроскопът даде възможност да се установи клетъчната структура на животните и растенията, да се види света на микробите, червените кръвни клетки (червените кръвни клетки - безядрени клетки, които пренасят кислород от белите дробове до тъканите и въглероден диоксид от тъканите до дихателни органи), движението на кръвта в капилярите и много други.

По-горе говорихме подробно за създаването през първата половина на 18 век. Шведски учен К. Линейт. нар. бинарна (с двойно наименование – по род и вид) система за класификация на флората и фауната. Въпреки че Линей признава неизменността на света, неговата система играе важна роля в развитието на биологията. Трябва да се отбележи и изследването на френския учен Жорж Луи Льоклерк Буфон(1707 - 1788), който създава "Естествена история", в 36 тома от които е дадено описание на животни, хора, минерали, а също така е очертана историята на Земята. Идеите на Бюфон за историята на Земята съдържат предположение за родството на подобни животински форми.

английски учен материалист Джоузеф Пристли (1733 - 1804), който провежда експерименти с растения, показва, че зелените растения отделят газ, необходим за дишането, и, напротив, абсорбират газ, който пречи на дишането. Растенията, според Пристли, изглежда коригират въздуха, развален от дишането. френски учени А. Лавоазие, П. ЛапласИ А. Сегуинопределя свойствата на кислорода и ролята му в процесите на горене и дишане. холандски лекар Дж. Ингенхауси швейцарски учени J. SenebierИ Н. Сосюрв края на 18 - началото на 19 век. установи ролята на слънчевата светлина в процеса на освобождаване на кислород от зелените листа.

Жан Батист Ламарк вярва, че стълбата на съществата е следствие от еволюцията на живите организми от по-ниско към по-високо. Той вярваше, че причината за еволюцията е присъщото свойство на живите организми - желанието за съвършенство. Що се отнася до външната среда и нейното въздействие върху живите организми, тогава, според Ламарк, такова въздействие съществува и то се осъществява или чрез пряко въздействие на околната среда, което е характерно за растенията и низшите организми, или чрез интензивно, или, обратно, много слабо упражняване на определени органи, в случая по-висши животни.

За времето, когато Ламарк живее и работи, неговите възгледи за развитието на флората и фауната са прогресивни. Що се отнася до обосновката на еволюцията, разкривайки причините, които я пораждат, Ламарк не дава обяснение за това, ограничавайки се само до позоваване на някакво неразбираемо (и по същество идеалистично) желание на организмите за подобрение.

Изключителен френски учен Луи Пастьор (1822-1895) се смята за основател на съвременната микробиология, имунология и стереохимия. Той опровергава теорията за спонтанното генериране на микроорганизми и открива природата на ферментацията (процес, който протича без достъп на въздух под въздействието на микроорганизми). Но най-известни са трудовете на Пастьор в областта на медицината, както и в селското стопанство и хранително-вкусовата промишленост.

Пастьор открива ролята на микроорганизмите в инфекциозните заболявания на животните и хората, разработва специални ваксинации, които едновременно предотвратяват този вид инфекциозни заболявания (създавайки имунитет) и имат за цел да помогнат на организма в борбата срещу инфекциозно заболяване.

Същността на въпроса накратко се свежда до следното. При бозайниците, особено при топлокръвните животни, имунитетът може да се прояви по два начина. В един случай в кръвта се образуват т. нар. антитела срещу чужди, вредни белтъци – антигени. В отговор на въвеждането на антиген (те могат да бъдат не само чужди протеини, но и други големи молекули), след известно време (една до две седмици) в кръвта се появяват антитела - специални протеини, принадлежащи към групата на имуноглобулините, специфично свързващи само на антигена, причинил появата им. Всяка молекула на антитялото има два идентични активни центъра, което им позволява да свързват две молекули на антигена. Антителата се синтезират в В-лимфоцитите, а придобитата способност за образуване на определен тип антитела (имунитет) остава в тялото с години, често през целия живот. В друг случай възниква несъвместимост между клетките на един организъм (гостоприемник реципиент) и клетките на друг организъм (донор). Между другото, именно несъвместимостта на клетки от два различни организма най-често е причина за усложнения и неуспехи на трансплантацията - трансплантацията на органи и тъкани от едно животно или човек на друго. По този начин полезното свойство на тялото - способността да създава имунитет (да се противопоставя на действието на вредни агенти) в случай на трансплантация причинява големи трудности.

Руски физиолог на растенията и микробиолог Дмитрий Йосифович Ивановски(1864-1920), който пръв открива вируса на тютюневата мозайка, е основател на вирусологията - наука, която изучава структурата и свойствата на вирусите, диагностиката и лечението на заболяванията, причинени от тях.

В своя магнум опус, За произхода на видовете чрез естествен подбор (1859 г.) Чарлз Робърт Дарвин(1809 - 1882) излага три основни фактора, определящи еволюцията на живота на Земята: променливост, наследственост и естествен подбор. Теорията на Дарвин, основана на тези три фактора, изглежда толкова убедителна и неопровержима, когато прочетете книгата му, че изглежда странно, че никой не го е казал преди. Неволно си спомняте горните думи на древногръцкия философ и писател Плутарх за ясните и разбираеми обяснения на Архимед и тогава става очевидно, че безспорността и убедителността на аргументите на Дарвин не е нищо повече от следствие от гениалната и огромна работа на техния автор.

Световно известен учен, англичанин Чарлз Робърт Дарвинроден в Англия в малкото градче Шрусбъри близо до Лондон в семейството на лекар. Самият Дарвин каза това за своята биография: „Учих, след това пътувах по света и след това отново учих: ето моята автобиография.“

Дарвин проявява интерес към ботаниката и зоологията, както и към химията, в детството си, но съдбата постановява друго: първо той учи в университета в Кеймбридж като лекар, а след това, без да изпитва никакво влечение към медицинската практика, под натиска на баща той се прехвърля в Богословския факултет на същия университет. През 1831 г. Дарвин завършва Кеймбриджкия университет, получава бакалавърска степен и остава само да бъде ръкоположен за свещеник.

Но по това време приятелят на Дарвин в Кеймбридж, професорът по биология Хенслоу, след като получи съгласието на Дарвин, го препоръча като натуралист на кораба Бийгъл, който под командването на капитан Р. Фицрой трябваше да обиколи света главно за географски цели .

Това беше може би основната повратна точка в живота му. Пътуването продължи от 1831 до 1836 г. То е красиво описано в книгата на Дарвин „Околосветско пътешествие на натуралист с кораба Бийгъл“.

Маршрутът на Бийгъл, който започва в Девънпорт на 27 декември 1831 г., преминава през Атлантическия океан чак до град Бахия, разположен в южното полукълбо, на източния бряг на Бразилия. Тук бигълът остава до 12 март 1832 г., след което се премества на юг покрай атлантическото крайбрежие. На 26 юли 1832 г. експедицията достига столицата на Уругвай Монтевидео и до май 1834 г., тоест почти две години, извършва работа на източното крайбрежие на Южна Америка. През това време два пъти е посетена Огнена земя и два пъти Фолкландските острови. Дарвин е извършвал и сухопътни експедиции. На 12 май 1834 г. „Бийгъл“ се насочва на юг, преминава през Магелановия проток и в края на юни 1834 г. достига западните брегове на Южна Америка. Експедицията остана на тихоокеанското крайбрежие на Южна Америка до септември 1835 г., тоест повече от година, през която Дарвин отиде на сухопътни експедиции, по-специално прекоси Кордилерите. През септември 1835 г. Бийгъл напуска Южна Америка, насочвайки се към Галапагоските острови. След това експедицията се придвижва на югозапад, достига до островите Партньорство, след това до островите Приятелство и на 20 декември 1835 г. хвърля котва в залива на островите край северния остров на Нова Зеландия. Курсът на експедицията беше по-нататък към Австралия, чието южно крайбрежие беше заобиколено от Сидни през Тасмания до залива Кинг Джордж в югозападната част. Оттам експедицията се насочи на северозапад и достигна Кокосовите острови. След това „Бийгъл“ променя курса си, насочва се към остров Мавриций, заобикаля нос Добра надежда, посещава остров Света Елена и на 1 август 1836 г. хвърля котва в Баия, завършвайки околосветското си плаване. През октомври 1836 г. бигълът се завръща в Англия.

Материалът, който Дарвин донесе от своето петгодишно околосветско пътуване, беше огромен и разнообразен. Имаше хербариуми и колекции, голям брой различни записи и много други.

Изминаха 23 години от завръщането на Дарвин от околосветското му пътуване до публикуването на книгата му „Произходът на видовете чрез естествен подбор или запазването на предпочитаните раси в борбата за живот“. Междувременно през 1839 г. е публикувана първата научна работа на Дарвин, „Дневник на изследванията“, през 1842 г. той публикува работа за структурата и разпространението на кораловите рифове, в която Дарвин убедително доказва, че основата на рифовете не са древни изчезнали вулкани , както се смяташе преди, и коралови отлагания, които са под водата поради потъването на морското дъно. През 1842-1844г. Дарвин публикува основната теория на еволюцията в своите есета.

След завръщането си от околосветското си пътешествие Дарвин се премества от Лондон в градчето Даун близо до Лондон, където купува малко имение, където живее до края на дните си. Дарвин се оженил преди да се премести и семейството му имало много деца.

И така, основният труд на Дарвин, „Произходът на видовете чрез естествен подбор, или запазването на предпочитаните породи в борбата за живот“ (накратко „Произходът на видовете“), е публикуван през ноември 1859 г. Книгата убедително, с голям брой примери, излага идеите на автора, които напълно преобърнаха съществуващите преди това идеи за неизменността на растителните и животинските форми на живот на Земята. Дори преди книгата да бъде публикувана, Дарвин пише: „Постепенно стигнах до осъзнаването, че Старият завет, с неговото приписване на Бога на чувството на отмъстителен тиранин, не е по-достоверен от свещените книги на индусите или вярванията на някакъв дивак... Така малко по малко се прокрадна недоверието в душата ми и накрая станах пълен невярващ.”

Той вярваше, на първо място, че растителният и животински свят се характеризират с променливост, тоест разнообразие от характеристики и свойства на отделните организми и промени в тези характеристики и свойства по различни причини. Следователно вариацията е основата на еволюцията, първата връзка на еволюцията. Той вярва, второ, че наследствеността е фактор, чрез който характеристиките и свойствата на организмите (включително нови) могат да бъдат предадени на следващите поколения. И накрая, трето, че естественият подбор отваря пътя за онези организми, които са най-адаптирани към условията на живот, към външната среда и, обратно, „отхвърля“ неадаптираните организми.

И така, три стълба създават основата за еволюцията на растителните и животинските организми на Земята: променливост, наследственост и естествен подбор.

Материалистичната еволюционна теория на Дарвин, дарвинизмът, беше революционна стъпка напред в развитието на науката.

Публикуването на книгата на Дарвин за произхода на видовете беше посрещнато с голям интерес. Всичките 1250 екземпляра от първото издание бяха продадени за един ден. Второто издание - 3000 екземпляра - също моментално се разпродаде.

Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу

Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

Подобни документи

    тест, добавен на 10.12.2011 г

    Теорията на прогреса като прародител на философията на науката, етапи и специфика на нейното формиране. Произходът и същността на технологията, връзката на науката с нейното усъвършенстване. Основните проблеми на формирането на философията на науката. Преглед на спорните въпроси във философията на техниката.

    резюме, добавено на 03.05.2014 г

    Развитие на науката. Структура и функции на науката. Фундаментални и приложни в науката. Функции на науката. Влиянието на науката върху материалната страна на обществото. Науката и технологиите. Влиянието на науката върху духовната сфера на обществото. Наука и човешко развитие.

    резюме, добавено на 12/01/2006

    Ролята и значението на науката за социалното и културното развитие на човечеството. Влиянието на науката върху мирогледа на съвременните хора, техните представи за Бог и отношението му към света. Развитие на специфичен стил на мислене, породен от особеностите на 20 век.

    презентация, добавена на 24.06.2015 г

    Основните характеристики на науката, които я отличават от другите видове материална и духовна човешка дейност. Липсата на взаимодействие между наука и практика и пагубното му въздействие върху развитието на древната наука. Философската мисъл е фундаменталната основа на науката в древността.

    резюме, добавено на 11/01/2011

    Науката и технологиите като дейност и социален институт. Ролята на науката във формирането на картината на света. Концепцията за технологията, логиката на нейното развитие. Науката и технологиите. Социално-културно значение на съвременната научно-техническа революция. Човек и ТехноСвят.

    резюме, добавено на 27.01.2014 г

    Човешкото измерение на науката в историята. Механистична парадигма и човешко измерение. Физиката като парадигматична наука на 20 век и човешките измерения. Науката като вид субективна дейност. Виртуални светове, граници и човешко измерение на науката.

    резюме, добавено на 11/02/2007

    Проблеми на философията на науката, нейните характеристики в различни исторически епохи. Критерии за научност и научно познание. Научните революции като преструктуриране на основите на науката. Същността на съвременния етап от развитието на науката. Институционални форми на научна дейност.

    През 20 век естествените науки се развиват необичайно бързо: физика, химия, астрономия, биология, геология и много други. Науката даде много идеи и разработки, производството от своя страна даде на науката сложни и модерни устройства и инструменти. Всичко това заедно стимулира развитието на науката. Последицата от това изключително плодотворно съчетание на наука и производство е постигането на високото им развитие, което води до появата на третата научно-техническа революция в средата на 20 век.

    Физика

    През 20 век е направено много в областта на изучаването на структурата на материята. Известен английски физик Ърнест Ръдърфорд(1871 - 1937) експериментално установи, че атомите имат ядра, в които е концентрирана почти цялата им маса, и разработи планетарен модел на структурата на атома (1911). Това вероятно е последният (или може би първият и последен) модел на атома, който е относително лесен за представяне. Според планетарния модел електроните се движат около неподвижното ядро ​​на атома (както планетите около Слънцето) и в същото време, според законите на класическата електродинамика, непрекъснато излъчват електромагнитна енергия. Планетарният модел на атома на Ръдърфорд обаче не успя да обясни защо електроните, които се движат около ядрото по кръгови орбити и следователно постоянно изпитват ускорение и следователно непрекъснато излъчват и губят своята кинетична енергия, не се приближават до ядрото и не падат върху неговата повърхност.

    Модел на атома, предложен от известен датски физик Нилс Хенрик Давид Бор (1885 - 1962), въпреки че се основаваше на планетарния модел на Ръдърфорд, той не съдържаше посоченото противоречие. За това Бор въвежда постулати, които сега носят неговото име, според които атомите имат така наречените стационарни орбити, по които електроните се движат, без да излъчват, докато радиацията възниква само в случаите, когато те се движат от една стационарна орбита в друга (в този случай, промяна в атомната енергия). Брилянтната хипотеза (или идея) на Бор, въпреки вътрешната си непоследователност, свързва

    Интерпретацията на класическата механика на Нютон, използвана за обяснение на движението на електроните и квантовите ограничения върху движението на електроните, които са неприемливи от нейна гледна точка, все пак намери експериментално потвърждение.

    Огромно постижение във физиката беше създаването на квантовата (вълнова) механика, според която микрочастиците имат двойна корпускулярно-вълнова природа. Квантовата механика - един от основните раздели на квантовата теория - най-общата физическа теория, не само даде нови, революционни идеи за микрочастиците, но и направи възможно обяснението на много свойства на макроскопичните тела.

    Предпоставките за развитието на квантовата механика бяха работата по създаването на квантовите концепции на Планк, Айнщайн и Бор. През 1924 г. френски физик Луи дьо Бройлизложи идеята за двойната корпускулярно-вълнова природа не само на електромагнитното излъчване (фотони), но и на други микрочастици, като по този начин постави основата на квантовата механика. Малко по-късно бяха проведени експерименти, при които се наблюдава дифракция на микрочастици - разсейване на поток от микрочастици (поток от микрочастици, огъващи се около различни препятствия), което показва техните вълнови свойства, което беше експериментално потвърждение на хипотезата на де Бройл.

    През 1925 г. един от създателите на квантовата механика е швейцарски физик теоретик Волфганг Паули(1900 - 1958) формулира така наречения принцип на изключване - основен природен закон, според който нито един атом, нито една молекула могат да имат два електрона в едно и също състояние. австрийски физик теоретик Ервин Шрьодингер(1887 - 1961) разработва вълновата механика през 1926 г. и формулира нейното основно уравнение. Немски физик теоретик Вернер Хайзенберг(1901 - 1976) формулира принципа на неопределеността (1927), според който стойностите на координатите и моментите на микрочастиците не могат да бъдат назовавани едновременно с висока степен на точност. английски физик Пол Диракполага основите на квантовата електродинамика (1929 г.) и квантовата теория на гравитацията, развива релативистка теория за движението на електроните, въз основа на която предсказва (1931 г.) съществуването на позитрона - първата античастица (частица във всички отношения подобна на негов „двойник“, в случая електрона, но с различен от него знак за електрически заряд, магнитен момент и някои други характеристики), анихилация и раждане на двойки. През 1932 г. американски физик Карл Дейвид Андерсъноткрива античастицата на електрона, позитрона, в космическите лъчи, а през 1936 г., мюона.

    Още през 1896 г. френският физик Пиер Кюри(1859 - 1906) заедно със съпругата си Мария Склодовска-Кюри(1867 - 1934) и френски физик Антоан Анри Бекерел(1852 - 1908) открива радиоактивността и радиоактивните превръщания на тежките елементи. През 1934г Френска двойка по физика Ирен(дъщеря на П. Кюри и М. Склодовска-Кюри) и Фредерик Жолио-Кюри(1900 - 1958) открива изкуствената радиоактивност. Откритие на английски физик Джеймс Чадуик(1891 - 1974) през 1932 г. неутронът доведе до съвременни, протонно-неутронни идеи за структурата на атомните ядра.

    Развитието на ядрената физика и изучаването на ядрените реакции беше значително улеснено от създаването на ускорители на заредени частици. Броят на известните елементарни частици се е увеличил многократно. Много от тях могат да съществуват само за незначително време. Оказа се, че елементарните частици могат да претърпят взаимни трансформации, че те изобщо не са елементарни. Според успешно сравнение на известния съветски физик В.Л. Гинзбург, всичко се случва така, сякаш имаме работа с „безкрайна кукла“: откривате една елементарна частица, а зад нея „още по-елементарна“ и така нататък без край. Вероятно може да се каже, че повечето съвременни физици признават съществуването на специални фундаментални частици - кварки и съответните античастици - антикварки. Предполага се, че кварките имат частичен електрически заряд. Кварките не са открити експериментално, но може би защото не могат да съществуват в свободно, несвързано състояние.

    Невъзможно е да не се отбележи огромното влияние на физиката върху други науки и върху развитието на технологиите. Поради факта, че тази тема е наистина неизчерпаема, ще се позоваваме само на онези науки, чието само име показва влиянието на физиката: астро-, гео- и биофизика, физическа химия и някои други.

    Бурното развитие на ядрената физика направи възможно през 1939 – 1945г. предприемат решителни стъпки за освобождаване на ядрената енергия. Отначало това изключително научно откритие се използва за военни цели за създаване на ядрени и термоядрени оръжия, а след това и за мирни цели: първата атомна електроцентрала е построена в Съветския съюз и започва да работи през 1954 г. Впоследствие десетки мощни атомни електроцентрали са построени в много страни по света, където се генерира значителна част от електроенергията.

    Въз основа на физиката на кристалите, теорията на полупроводниците, която има огромно практическо значение, рентгеновия дифракционен анализ, както и електронния микроскоп и метода на маркирани атоми, които изиграха важна роля в развитието на много области на технологията , и може би особено металургията, са създадени. Електрониката дължи много на физиката и нейните постижения - науката за взаимодействието на електроните с електромагнитните полета и методите за създаване на електронни устройства, което от своя страна е от решаващо значение за много области на техниката, по-специално за електронните компютри.

    Алберт Айнщайн. Теория на относителността

    Експерименти на американски физик Алберт Абрахам Майкелсън(1852 - 1931) чрез определяне на скоростта на светлината (включително известния "експеримент на Микелсън") показа нейната независимост от движението на Земята. Оказа се, че скоростта на светлината в празното пространство винаги е постоянна и, колкото и странно да изглежда на пръв поглед, не зависи от движението на източника или приемника на светлина.

    Откритието на Майкелсън не може да бъде обяснено от гледна точка на физическите теории, съществуващи по това време. Първо, от принципа на относителността на Галилей следва, че ако две координатни системи се движат една спрямо друга праволинейно и равномерно, т.е. на езика на класическата механика системите са инерционни, тогава всички закони на природата ще бъдат еднакви за тях. Освен това, колкото и такива системи да има (две или много повече), няма как да се определи в коя от тях скоростта може да се счита за абсолютна. Второ, в съответствие с класическата механика, скоростите на инерционните системи могат да се трансформират една спрямо друга, т.е., знаейки скоростта на тялото (материална точка) в една инерциална система, може да се определи скоростта на това тяло в друга инерциална система , а стойностите на скоростите на това тяло в различни инерционни координатни системи са различни.

    Очевидно втората позиция противоречи на експеримента на Майкелсън, според който, повтаряме, светлината има постоянна скорост независимо от движението на източника или приемника на светлина, т.е. независимо от това в кои инерционни координатни системи се извършва броенето.

    Това противоречие е разрешено с помощта на теорията на относителността - физическа теория, чиито основни закони са установени от А. Айнщайн през 1905 г. (частна или специална теория на относителността) и през 1907-1916 г. (обща теория на относителността).

    Страхотен физик теоретик Алберт Айнщайн(1879 - 1955) е роден в Германия (Улм). От 14-годишна възраст живее в Швейцария със семейството си. Учи в Цюрихския политехнически институт и след като завършва през 1900 г., преподава в училища в градовете Шафхаузен и Винтертур. През 1902 г. той успява да получи позиция като експерт във Федералното патентно ведомство в Берн, което го устройва повече финансово. Годините на работа в бюрото (от 1902 до 1909 г.) са години на много плодотворна научна дейност за Айнщайн. През това време той създава специалната теория на относителността, дава математическа теория на Брауновото движение, която, между другото, остава необяснена около 80 години, развива квантовата концепция за светлината, провежда изследвания в статистическата физика и редица на други произведения.

    Едва през 1909 г. вече огромните научни постижения на Айнщайн стават широко известни, оценени са (далеч не напълно) и той е избран за професор в Цюрихския университет, а през 1911 г. - в Германския университет в Прага. През 1912 г. Айнщайн е избран за ръководител на катедрата в Цюрихския политехнически институт и се завръща в Цюрих. През 1913 г. Айнщайн е избран за член на Пруската и Баварската академии на науките и се премества в Берлин, където живее до 1933 г., като е директор на Института по физика и професор в Берлинския университет. През този период от време той създава общата теория на относителността (най-вероятно завършена, тъй като започва да работи върху нея през 1907 г.), развива квантовата теория на светлината и извършва редица други изследвания. През 1921 г. Айнщайн получава Нобелова награда за работата си в областта на теоретичната физика, особено за откриването на законите на фотоелектричния ефект (явление, включващо освобождаване на електрони от твърдо или течно вещество в резултат на действието на електромагнитно излъчване).

    През 1933 г., поради нападки срещу него от страна на идеолозите на немския фашизъм като общественик - борец против войната и евреин, Айнщайн напуска Германия, а по-късно в знак на протест срещу фашизма отказва членство в Германската академия на науки. Айнщайн прекарва цялата последна част от живота си в Принстън (САЩ), работейки в Принстънския институт за фундаментални изследвания.

    Теорията на относителността се основава на факта, че концепциите за пространство и време, за разлика от Нютоновата механика, не са абсолютни. Пространството и времето, според Айнщайн, са органично свързани с материята и помежду си. Можем да кажем, че задачата на теорията на относителността се свежда до определяне на законите на четириизмерното пространство, три координати на което са координатите на триизмерен обем (x, y, z), а четвъртата координата е времето (T).

    Постоянството на скоростта на светлината, доказано от опита, ни принуждава да изоставим концепцията за абсолютното време.

    Скоростта на светлината, равна, както знаем, на огромна стойност - 300 хил. km/s, е границата. Скоростта на нито един обект не може да бъде по-висока.

    През 1905 г. Айнщайн комбинира концепциите за пространство и време. Единадесет години по-късно той успя да покаже, че нютоновата гравитация е проява на това смело обединение в смисъл, че нютоновата гравитация означава наличието на кривина в единичен пространствено-времеви колектор.

    Айнщайн стига до извода, че реалното пространство е неевклидово, че при наличие на тела, създаващи гравитационни полета, количествените характеристики на пространството и времето стават различни, отколкото при липса на тела и полетата, които създават. Така например, сумата от ъглите на триъгълник е по-голяма от π, времето тече по-бавно. Айнщайн дава физическа интерпретация на теорията на N.I. Лобачевски. Основите на общата теория на относителността са изразени в уравнението на гравитационното поле, получено от Айнщайн.

    Ако специалната теория на относителността не само беше потвърдена експериментално, по време на създаването и експлоатацията на ускорители на микрочастици и ядрени реактори, но вече се превърна в необходим инструмент за съответните изчисления, тогава с общата теория на относителността ситуацията е различна.

    Изоставането в областта на експерименталната проверка на общата теория на относителността се дължи както на малкото ефекти, достъпни за наблюдение на Земята и в Слънчевата система, така и на сравнителната неточност на съответните астрономически методи.

    Основателят на квантовата теория е известният немски физик, член на Берлинската академия на науките, почетен член на Академията на науките на СССР Макс Планк (1858-1947). Планк учи в университетите в Мюнхен и Берлин, слушайки лекции на Хелмхолц, Кирхоф и други видни учени. Работил е основно в Кил и Берлин. Основните трудове на Планк, които вписват името му в историята на науката, са свързани с теорията на топлинното излъчване.

    Решителната стъпка е направена от Планк през 1900 г., когато той предлага нов (напълно несъвместим с класическите идеи) подход: да се разглежда енергията на електромагнитното излъчване като дискретна стойност, която може да се предава само на отделни, макар и малки порции (кванти) . Като такава част (квант) енергия, Планк предложи стойността E = hv, erg е част (квант) енергия на електромагнитното излъчване, сек -1 е честотата на излъчване, ч=6,62*10 -27 ерг*сек - константа, която по-късно получава името константа на Планк или квант на действие на Планк.

    Предположението на Планк се оказва изключително успешно или още по-добре гениално. Планк не само успява да получи уравнение за топлинно излъчване, което съответства на опита, но неговите идеи стават основата на квантовата теория - една от най-всеобхватните физични теории, която сега включва квантова механика, квантова статистика и квантова теория на полето.

    Структура на материята. Квантова теория

    Атомната физика като самостоятелна наука възниква на базата на откриването на електрона и радиоактивното лъчение. Електронът - отрицателно заредена микрочастица с маса само около 9 * 10 -28 g - един от основните структурни елементи на материята - е открит от известния английски физик Джоузеф Джон Томсън (1856 - 1940), член (1884) и

    Президент (1915 - 1920) на Кралското общество в Лондон, чуждестранен почетен член на Академията на науките на СССР.

    През 1896 г. френските физици Пиер Кюри, Мария Склодовска-Кюри и А. Бекерел първи откриват радиоактивността на урановите соли. Феноменът радиоактивност, който окончателно опроверга идеята за неделимостта (непроменливостта) на атома, се състои в спонтанното превръщане на нестабилни атомни ядра в ядра на други елементи (други атоми), което се случва в резултат на ядрена радиация. Оказа се също (това беше изключително важно за медицината), че лъчите, открити от Бекерел, могат да проникнат дълбоко в материята и следователно са средство за получаване на снимки, например, на човешки вътрешни органи.

    Пиер Кюри и съпругата му Мария Склодовска-Кюри също се занимават с проблемите на радиоактивността и други елементи. Те откриват нови елементи през 1898 г.: полоний и радий. Установено е, че радиоактивното излъчване може да бъде от два вида: или ядрото на радиоактивен елемент излъчва алфа частица (ядрото на хелиев атом с положителен заряд 2e) или бета частица (електрон с отрицателен заряд -e) . И в двата случая атом на радиоактивен елемент се превръща в атом на друг елемент (това зависи както от първоначалното радиоактивно вещество, така и от вида на радиоактивното излъчване).

    В изследванията на радиоактивността от голямо значение беше съвместната работа на известния английски физик Ърнест Ръдърфорд и известния английски химик Фредерика Соди (1877 - 1956), осъществен през 1899-1907г. Като изходни радиоактивни елементи те използват уран, торий и актиний. Открити са така наречените изотопи, т.е. разновидности на един и същи химичен елемент, които имат еднакви химични свойства и заемат едно и също място в периодичната таблица на елементите на Менделеев, но се различават по масата на атомите.

    Е. Ръдърфорд, член на Кралското общество на Лондон, почетен член на Академията на науките на СССР, е роден през 1871 г. в Нова Зеландия в семейството на дребен фермер, четвъртото от 12 деца. Завършва Университета на Нова Зеландия (Крайстчърч). През 1894 г. той се премества в Англия и е приет в лабораторията Кавендиш в университета в Кеймбридж, където започва изследвания под ръководството на Дж. Дж. Томсън. Ръдърфорд прекарва по-голямата част от живота си (с известни прекъсвания, докато работи в университетите на Монреал и Манчестър) в Кеймбридж, като е директор на лабораторията Кавендиш от 1919 г. Той е подготвил голям брой висококвалифицирани физици.

    Въз основа на експерименти Ръдърфорд стига до извода, че атомите съдържат ядра - положително заредени микрочастици, чийто размер (приблизително 10 -12 cm) е много малък в сравнение с размера на атомите (около 10 -8 cm), но масата на атомът е почти изцяло концентриран в ядрото си,

    Една α-частица рязко променя посоката на пътя си, когато удари ядро.

    Откриването на атомните ядра е много голямо събитие в развитието на атомната физика. Но планетарният модел на атома на Ръдърфорд се оказва несъвместим с електродинамиката на Максуел.

    Следващият модел на атома на Бор се основава на квантовата теория. Един от най-великите физици на 20 век. - Дейн Нилс Бор(1885 - 1962) е роден и завършва университета в Копенхаген. Работил е в университета в Кеймбридж под ръководството на J. J. Thomson и в университета в Манчестър под ръководството на Ръдърфорд. През 1916 г. е избран за ръководител на катедрата по теоретична физика в Копенхагенския университет, от 1920 г. и до края на живота си ръководи създадения от него Институт по теоретична физика в Копенхаген, който сега носи неговото име. През 1943 г., по време на окупацията на Дания от нацистите, Бор, виждайки, че срещу него се подготвят репресии, с помощта на организацията на Съпротивата, се премества с лодка в Швеция и след това се премества в Съединените щати. След края на войната се завръща в Копенхаген.

    Моделът на атома, създаден от Бор, се основава на планетарния модел на атома на Ръдърфорд и на квантовата теория за атомната структура, разработена от самия него през 1913 г.

    През 1924 г. се случва едно от най-великите събития в историята на физиката: френският физик Луи дьо Бройл(1892 - 1983) излага идеята за вълновите свойства на материята, като по този начин поставя основите на квантовата механика. Той твърди, че вълновите свойства, заедно с корпускулярните, са присъщи на всички видове материя: електрони, протони, молекули и дори макроскопични тела.

    По-нататъшното развитие на квантовата механика - тази нова необичайно плодотворна посока - беше постигнато главно в края на 20-те - началото на 30-те години чрез трудовете на известни физици - Макс Борн (Германия, 1882 - 1970), Вернер Хайзенберг (Германия, 1901 - 1976), Диракови полета (Англия, р. 1902), Ервин Шрьодингер (Австрия, 1887 - 1961), както и Волфганг Паули (Швейцария, 1900 - 1958), Енрико Ферми (Италия, 1901 - 1954), Владимир Александрович Фок (1898 - 1974) и много други.

    Отделни раздели на квантовата механика включват атомната физика, теорията на радиацията, теорията за структурата на молекулите (която понякога се нарича квантова химия), теорията на твърдите тела, теорията за взаимодействието на елементарните частици, теорията за структурата на атомно ядро ​​и др.

    В квантовата механика съществува така наречената връзка на неопределеността, установена от Хайзенберг. Математическият израз на връзката на неопределеността е много прост:

    където Δx е неточността при определяне на координатата на електрона; Δp - неточност при определяне на импулса на електрона; h е константата на Планк.

    От този израз става ясно, че е невъзможно едновременно да се определи позицията на електрона в пространството и неговия импулс. Наистина, ако Δx е много малко, т.е. положението на електрона в пространството е известно с висока степен на точност, тогава Δp е относително голямо и следователно големината на импулса може да бъде изчислена с толкова ниска степен на точност, че на практика трябва да се разглежда като неизвестно количество. И обратно, ако Δp е малък и следователно импулсът на електрона е известен, тогава Δx е голям; и следователно позицията на електрона в пространството е неизвестна. Разбира се, принципът на неопределеността е валиден за всяка частица, не само за електрона.

    От гледна точка на класическата механика отношението на неопределеността е абсурдно. От гледна точка на „здравия разум“ изглежда най-малкото много странно и е невъзможно да си представим как всичко това може да бъде „наистина“.

    Но не трябва да забравяме, че живеем в макрокосмоса, в света на големи тела, които виждаме със собствените си очи (или дори с помощта на микроскоп) и можем да измерим техния размер, маса, скорост на движение и много други. Напротив, микросветът е невидим за нас, не можем директно да измерим нито размера на електрона, нито неговата енергия. За да си представим по-добре явленията на микросвета, ние винаги искаме да изградим адекватен механичен модел и това понякога е възможно. Спомнете си например планетарния модел на атома на Ръдърфорд. Тя до известна степен е подобна на Слънчевата система, която в случая е механичен модел за нас. Следователно планетарният модел на атома се възприема лесно.

    Но за повечето обекти и явления на микросвета е невъзможно да се изгради механичен модел и следователно разпоредбите на квантовата механика често се възприемат с голяма трудност. Опитайте се, например, да изградите механичен модел на електрон, който има свойства на частица-вълна, или механичен модел, който обяснява защо е невъзможно едновременно да се определят неговата маса и импулс за електрон. Ето защо в тези случаи трябва да се набляга на „разбирам“, а не на „представям си“.

    Един от водещите съветски физици каза добре по този въпрос Лев Давидович Ландау(1908 - 1968): "Най-голямото постижение на човешкия гений е, че човек може да разбере неща, които вече не може да си представи."

    Към казаното можем да добавим, че принципът на неопределеността (отношението на неопределеността) е фундаментално положение на квантовата механика.

    Известен английски физик, ученик на Ръдърфорд Джеймс Чадуикоткриха неутрона, неутрална частица, която влиза в ядрото на атома заедно с протоните и изигра толкова важна роля в създаването на начини за използване на ядрената енергия.

    След откриването на електрона, протона, фотона и накрая през 1932 г. на неутрона се установява съществуването на голям брой нови елементарни частици - общо около 350. Сред тях: позитронът, като античастица на електрон; мезони - нестабилни микрочастици (те включват μ-мезони, π ± -мезони и по-тежки π 0 -мезони); различни видове хиперони - нестабилни микрочастици с маси, по-големи от масата на неутрон; резонансни частици с изключително кратък живот (около 10 -22 ... 10 -24 s); неутрино-стабилна, електрически незаредена частица, очевидно с нулева маса на покой, с почти невероятна пропускливост; антинеутрино - античастица на неутрино, различаваща се от неутрино по знака на лептонния заряд и др.

    В момента елементарните частици се разбират като „градивните елементи“ на Вселената, от които може да се изгради всичко, което познаваме в природата. Светът на елементарните частици е сложен, а теорията за елементарните частици е в началото на своето развитие. Може би следващите години ще донесат много нови неща в него.

    Химия

    Химията принадлежи към природните науки. В неговата сфера са превръщанията на химични вещества, които са сбор от еднакви атоми (елементи) и по-сложни вещества, състоящи се от еднакви молекули. Съвременната химия е тясно свързана с други природни науки, преди всичко с физиката. Поради това се появиха и получиха широко развитие такива науки като физическа химия, биохимия, геохимия и др.Химията също се разделя на неорганична, чийто предмет са вещества, чиито молекули не съдържат въглерод, и органични, чийто обхват включва вещества, чиито молекулите задължително съдържат въглерод.

    От първите стъпки на своето развитие химията е тясно свързана с производството. Далеч преди новата ера възникват процеси като металургията, боядисването на текстил, обработката на кожи и други, които дълго време се считат за химични.

    Още през втората половина на 17 век. известният английски физик и химик Р. Бойлдаде вероятно първата научна дефиниция на химичен елемент, постави основите на химическия анализ и показа непоследователността на алхимията.

    През 1748г М. В. Ломоносовекспериментално открива закона за запазване на масата при химични реакции. Малко по-късно, но независимо от него, се установява същият закон А. Лавоазие -един от основоположниците на химията.

    Изключително важна роля в развитието на химията принадлежи на английския учен Джон Далтън (1766 - 1844) - създателят, както понякога казват сега, на химическия атомизъм. През 1803 г. той установява закона за множествените съотношения, въвежда понятието „атомно тегло“ и определя неговите стойности за някои елементи, като взема атомното тегло на най-лекия елемент, водорода, като едно. италиански учен Амадео Авогадро(1776 - 1856) и френски учен Андре Мари Ампер(1775 - 1836) в началото на 19 век. въвежда идеята за молекула, състояща се от атоми, свързани помежду си чрез химични сили. Тогава шведският учен Йенс Якоб Берцелиус(1779 - 1848), който направи много като експериментален химик, състави по-точна таблица на атомните тегла от Далтън, която вече включваше 46 елемента и въведе знаците на елементите, които се използват в момента. Той открива нови непознати за него елементи: цезий (Cs), селен (Se), торий (Th). Берцелиус създава и електрохимичната теория, въз основа на която изгражда класификация на елементите и съединенията.

    френски химик Чарлз Фредерик Жерар(1816 - 1856) в средата на 19 век. предложи така наречената теория на типовете, която беше система за класификация на органични съединения, а също така въведе идеята за хомоложни серии - групи от свързани органични съединения, което беше важно при класификацията не само на органични съединения, но и присъщите им реакции.

    В средата на 19в. беше направено друго важно откритие. английски химик Едуард Франкланд(1825 - 1899) въвежда понятието валентност - способността на атом на даден химичен елемент да се свързва с други атоми. Той също така въведе термина "валентност". Оказа се, че атомите на едно вещество могат да се свързват с атоми на други вещества само в строго определени пропорции. Реактивността (валентността) на водорода беше взета като единица за валентност. Например, комбинацията от въглерод с водород - метан 2 CH 4 показва, че въглеродът е четиривалентен.

    Известен руски химик Александър Михайлович Бутлеров(1828 - 1886) през 1861 г. създава теорията за химичния строеж на материята. Според тази теория химичните свойства на веществото се определят от неговия състав и реда (естеството) на връзките на атомите в молекулата на веществото.

    Както е описано подробно по-горе, изключителният руски химик Д. И. Менделеевпрез 1869 г. той открива периодичния закон на химичните елементи и създава Периодичната система на елементите - таблица, в която известните тогава 63 химични елемента са разпределени в групи и периоди в съответствие с техните свойства (той отдава специална роля на атомното тегло и валентността ). Необходимо е специално да се отбележи многостранността на Менделеев като учен (над 500 научни статии, които той е написал, се занимават с проблемите на теорията на разтворите, химическата технология, физиката, метрологията, метеорологията, селското стопанство, икономиката и много други) и постоянния му интерес към въпросите на индустрия, предимно химическа. Името на D.I. Менделеев е здраво вкоренено в историята на науката.

    Име Герман Иванович Хес (1802 - 1850), руски учен от немски произход, е добре известен с работата си в областта на термохимията - наука, която се занимава с топлинните ефекти, придружаващи химичните реакции. Хес установи закона, който носи неговото име, от който следва, че когато се извършва кръгов химичен процес, когато реагиращите химични вещества, участващи в реакцията, са в първоначалния състав в края на процеса, общият топлинен ефект на реакцията е нулева.

    Изследванията на Хес в областта на термохимията са продължени от френския учен Пиер Йожен Марселин Бертло(1827 - 1907), който също работи по проблемите на органичната химия, химичната кинетика и някои други, датски химик Ханс Петер Томсен(1826 - 1909) и руски учени Николай Николаевич Бекетов(1827 - 1911), работил и в областта на металохимията.

    Втората половина на 19 век. бе белязан от работа в областта на електрохимията, в резултат на което шведският физикохимик Svanet от Август Арениус(1859 - 1927) е формулирана теорията за електролитната дисоциация. В същото време учението за разтворите - смеси от две или повече вещества, равномерно разпределени в разтворител под формата на атоми, йони или молекули - беше доразвито. Почти всички течности са разтвори. Това, между другото, е "тайната" на така наречените "магнитни течности". В тази връзка следва да се посочат имената на Д. И. Менделеев, холандският физикохимик Вант Хофе, руският физикохимик Н. С. Курнаков.

    През 19 век Изяснено е действието на така важните за практиката катализатори - вещества, които ускоряват реакцията, но в крайна сметка не участват в нея. В края на 19в. К. ГулдбергИ П. Ваагее открит законът за действието на масите, според който скоростта на химичната реакция е пропорционална на концентрацията на участващите вещества в степени, равни на техните стехиометрични числа в уравнението на въпросната реакция. От закона за действието на масите следва, че реакциите винаги протичат в двете посоки (отляво надясно и отдясно наляво). Когато се постигне химично равновесие, реакцията продължава, но съставът на реакционната смес остава (за дадена температура) непроменен. Следователно химичното равновесие е динамично по природа.

    За 20 век Особено характерен е високият темп на развитие на химическата наука, който е тясно свързан с големите постижения на физиката и бързия растеж на химическата промишленост.

    Установено е, че атомният номер на химичен елемент в периодичната таблица е числено равен, както беше споменато по-горе, на заряда на атомното ядро ​​на елемента или, което е същото, на броя на електроните в обвивката на атомът. По този начин, когато атомният номер на елемент се увеличава, броят на външните електрони в атома се увеличава и това се случва с периодичното повторение на подобни външни електронни структури. Това обяснява периодичността на химическите, както и много физични свойства на елементите, установени от Менделеев.

    Развитието на квантовата механика позволи да се установи природата на химическата връзка - взаимодействието на атомите, което определя тяхното комбиниране в молекули и кристали. Като цяло трябва да се каже, че развитието на химията през 20в. въз основа на постиженията на физиката, особено в областта на структурата на материята.

    През 20 век Химическата промишленост се развива с безпрецедентна скорост. Първоначално химическата технология се основаваше предимно на изолирането на по-прости вещества, необходими за практическа употреба, от сложни природни вещества. Например метали от руди, различни соли от по-сложни съединения. Производството на така наречените междинни вещества (сярна, солна и азотна киселина, амоняк, основи, сода и др.) За производството на крайни химически продукти е било и се използва широко. След това синтезът на сложни химически продукти, включително такива, които нямат аналози в природата, като свръхчисти, свръхздрави, термоустойчиви, термоустойчиви, полупроводникови и др., Производството на много от изисква създаването на много високи или много ниски температури, високо налягане, електрически и магнитни полета и други, както често се наричат, екстремни условия.

    Производството и използването на полимери - вещества, чиито молекули се състоят от много голям брой повтарящи се структури - станаха широко разпространени; Молекулното тегло на полимерите може да достигне много милиони. Полимерите се делят на естествени (биополимери: протеини, нуклеинови киселини и др.), от които са изградени клетките на живите организми, и синтетични, например полиетилен, полиамиди, епоксидни смоли и др. Полимерите са в основата на производството на пластмаси , химически влакна и много други важни материали. Трябва да се отбележи, че изследванията в областта на верижните реакции на изключителния съветски химик и физик са от особено значение за развитието на полимерната химия (както и за много други отрасли на химическата промишленост). Н. Н. Семеноваи известен американски учен С. Хиншелуд.

    Както неорганичните химически технологии, по-специално производството на химически торове за селското стопанство, така и органичните химически технологии, като рафинирането на нефт, природен газ и въглища, производството на бои и лекарства, както и производството на синтетични полимери, споменати по-горе, получиха широко развитие.

    Въпреки че първите полимерни продукти (фенопласти - пластмаси, използвани като устойчиви на корозия структурни материали и подобни на каучук вещества) са получени в края на 19 век, основните идеи за природата и свойствата на полимерите са формирани не толкова отдавна - приблизително до началото на 40-те години 20 V. По това време се формира и идеята за синтеза на полимерни вещества. Стана ясно, че едно от основните условия за успешното производство на полимери е много високата чистота на изходните вещества (мономери), тъй като наличието дори на много малко количество чужди молекули (замърсители) може да прекъсне процеса на полимеризация и да спре растежа на полимерните молекули.

    До началото на 40-те години на 20 век. Създадени са всички основни полимерни материали (полистирол, поливинилхлорид, полиамиди и полиестери, полиакрилати и органично стъкло), производството на които през следващите години придобива много голям мащаб. Тогава, през 30-те години, под ръководството на акад Сергей Василиевич Лебедев(1874 - 1934) е създадено мащабно производство на синтетичен каучук. Приблизително по същото време са открити органосилициеви полимери, важно свойство на които са добрите диелектрични характеристики, и е разработена технология за тяхното производство; основната заслуга за това е на акад Кузма Андрианович Андрианов(1904 - 1978). Разработка на Н.Н. Теорията на Семенов за верижните реакции е свързана с механизма на радикалната полимеризация. Свободните радикали в химията се разбират като много реактивни кинетично независими частици (атоми или атомни групи) с несдвоени електрони, например H, CH 3, C 6 H 5.

    По-късно се установява, че свойствата на полимерите се определят не само от химичния състав и размера на молекулите, но и до голяма степен от структурата на молекулната верига. Например, оказа се, че разликата между свойствата на синтетичния каучук и естествения каучук се определя не от химичния състав и размера на молекулите, а от тяхната структура. По този повод известният съветски химик Валентин Алексеевич Каргин(1907 - 1969) пише: „Ако в първия период от развитието на полимерната химия основното внимание се обръщаше на размера и химичния състав на получените молекули, то с течение на времето структурата на молекулната верига започна да привлича все по-голям интерес. В крайна сметка молекулните групи, включени в него, могат да бъдат подредени по различни начини една спрямо друга, образувайки голям брой изомерни форми. Така, например, ако някакви странични групи са прикрепени към веригата от главни валенции, тогава те могат да бъдат разположени редовно или неравномерно, от една или от различни страни на молекулата на веригата и могат да образуват различни конфигурации. Следователно, при един и същ състав, химическата структура на веригата може да бъде много различна и това силно влияе върху свойствата на полимерите.

    В допълнение към полимерите, необходими за практическа употреба в много големи количества, като пластмаси, влакна, филми, гуми и гуми, които сега се произвеждат в огромен мащаб, полимерите, които имат уникални, понякога напълно неочаквани свойства, също станаха изключително важни, например: способността да съществува при високи температури, като същевременно поддържа необходимата якост, има полупроводникови свойства или електрическа проводимост, фоточувствителност, физиологична активност и др. Отварят се нови широки перспективи, например получаване на изкуствена кръв на базата на физиологично активни полимери, получаване на багрила, повърхностно активни вещества, електролити и много други.

    Както се вижда от горното, производството и широкото използване на полимери с различни свойства е едно от най-големите постижения на химията в средата на 20 век.

    Биология

    Терминът "биология" е въведен през 1802 г. Дж. Б. ЛамаркИ G. R. Treviranusнезависимо една от друга.

    Първите изследвания, които могат да се считат за началото на съвременната биология, датират от древни времена. Известно е, че древногръцкият учен и лекар Хипократ, живял през 5-4 век. пр.н.е., се смята за известния лекар на Древна Гърция, баща на научната медицина и в същото време проницателен наблюдател на биологичните явления. Древногръцки учен, живял повече от половин век по-късно Аристотел, чиито интереси обхващаха всички клонове на знанието, съществували по негово време, може би най-вече, в съвременния смисъл, се занимаваха с въпроси на биологията. Във всеки случай той проявява голям интерес към описателната биология, изучаването на растения и животни, тяхната систематика, физиология и ембриология.

    Изключителен древен римски учен и лекар Гален(ок. 130 - 200 г.) е известен главно като изключителен лекар. В неговия класически труд „За частите на човешкото тяло“ за първи път е дадено анатомично и физиологично описание на човешкото тяло като цяло. Гален обобщава идеите за човешкото тяло, създадени преди него, поставя основите на диагностиката на болестите и тяхното лечение и въвежда в практиката експерименти с животни.

    В по-нататъшното развитие на биологията много внимание се обръща на различни лечебни билки. Както се вижда от горното, в зората на своето развитие биологията е особено тясно свързана с медицината. През 16 век и първата половина на 17 век. появиха се многотомни произведения, по-специално енциклопедия по зоология: швейцарският учен К. Геснер„История на животните” в пет тома, поредица от монографии (в тринадесет тома) от италиански зоолог У. Алдровании много други.

    През Ренесанса е постигнат голям напредък в анатомията на човешкото тяло. В тази връзка е необходимо да се отбележат постиженията на фламандския естествен учен А. Везалий,един от първите, които започват да изучават човешкото тяло чрез дисекции и е преследван за това от църквата. През 1543 г. Везалий публикува работата си „За структурата на човешкото тяло“, в която по-специално показва непоследователността на възгледите на Гален в областта на кръвообращението и се доближава до заключението за съществуването на белодробна циркулация. Честта за откриването на последното принадлежи на испанския учен Мигел Сервет(1509 или 1511 - 1553) и независимо от него на италианския учен Р. Колумб(1559).

    Известен английски учен и лекар Уилям Харви(1578 - 1657) е основоположник на съвременната физиология и ембриология, който дава описание на системното и белодробното кръвообращение и в работата си „Анатомично изследване на движението на сърцето и кръвта при животните“ (1628) очертава общата доктрина на кръвообращението при животните.

    Създаване през 17 век. микроскопът даде възможност да се установи клетъчната структура на животните и растенията, да се види света на микробите, червените кръвни клетки (червените кръвни клетки - безядрени клетки, които пренасят кислород от белите дробове до тъканите и въглероден диоксид от тъканите до дихателни органи), движението на кръвта в капилярите и много други.

    По-горе говорихме подробно за създаването през първата половина на 18 век. Шведски учен К. Линейт. нар. бинарна (с двойно наименование – по род и вид) система за класификация на флората и фауната. Въпреки че Линей признава неизменността на света, неговата система играе важна роля в развитието на биологията. Трябва да се отбележи и изследването на френския учен Жорж Луи Льоклерк Буфон(1707 - 1788), който създава "Естествена история", в 36 тома от които е дадено описание на животни, хора, минерали, а също така е очертана историята на Земята. Идеите на Бюфон за историята на Земята съдържат предположение за родството на подобни животински форми.

    английски учен материалист Джоузеф Пристли (1733 - 1804), който провежда експерименти с растения, показва, че зелените растения отделят газ, необходим за дишането, и, напротив, абсорбират газ, който пречи на дишането. Растенията, според Пристли, изглежда коригират въздуха, развален от дишането. френски учени А. Лавоазие, П. ЛапласИ А. Сегуинопределя свойствата на кислорода и ролята му в процесите на горене и дишане. холандски лекар Дж. Ингенхауси швейцарски учени J. SenebierИ Н. Сосюрв края на 18 - началото на 19 век. установи ролята на слънчевата светлина в процеса на освобождаване на кислород от зелените листа.

    Жан Батист Ламарк вярва, че стълбата на съществата е следствие от еволюцията на живите организми от по-ниско към по-високо. Той вярваше, че причината за еволюцията е присъщото свойство на живите организми - желанието за съвършенство. Що се отнася до външната среда и нейното въздействие върху живите организми, тогава, според Ламарк, такова въздействие съществува и то се осъществява или чрез пряко въздействие на околната среда, което е характерно за растенията и низшите организми, или чрез интензивно, или, обратно, много слабо упражняване на определени органи, в случая по-висши животни.

    За времето, когато Ламарк живее и работи, неговите възгледи за развитието на флората и фауната са прогресивни. Що се отнася до обосновката на еволюцията, разкривайки причините, които я пораждат, Ламарк не дава обяснение за това, ограничавайки се само до позоваване на някакво неразбираемо (и по същество идеалистично) желание на организмите за подобрение.

    Изключителен френски учен Луи Пастьор (1822-1895) се смята за основател на съвременната микробиология, имунология и стереохимия. Той опровергава теорията за спонтанното генериране на микроорганизми и открива природата на ферментацията (процес, който протича без достъп на въздух под въздействието на микроорганизми). Но най-известни са трудовете на Пастьор в областта на медицината, както и в селското стопанство и хранително-вкусовата промишленост.

    Пастьор открива ролята на микроорганизмите в инфекциозните заболявания на животните и хората, разработва специални ваксинации, които едновременно предотвратяват този вид инфекциозни заболявания (създавайки имунитет) и имат за цел да помогнат на организма в борбата срещу инфекциозно заболяване.

    Същността на въпроса накратко се свежда до следното. При бозайниците, особено при топлокръвните животни, имунитетът може да се прояви по два начина. В един случай в кръвта се образуват т. нар. антитела срещу чужди, вредни белтъци – антигени. В отговор на въвеждането на антиген (те могат да бъдат не само чужди протеини, но и други големи молекули), след известно време (една до две седмици) в кръвта се появяват антитела - специални протеини, принадлежащи към групата на имуноглобулините, специфично свързващи само на антигена, причинил появата им. Всяка молекула на антитялото има два идентични активни центъра, което им позволява да свързват две молекули на антигена. Антителата се синтезират в В-лимфоцитите, а придобитата способност за образуване на определен тип антитела (имунитет) остава в тялото с години, често през целия живот. В друг случай възниква несъвместимост между клетките на един организъм (гостоприемник реципиент) и клетките на друг организъм (донор). Между другото, именно несъвместимостта на клетки от два различни организма най-често е причина за усложнения и неуспехи на трансплантацията - трансплантацията на органи и тъкани от едно животно или човек на друго. По този начин полезното свойство на тялото - способността да създава имунитет (да се противопоставя на действието на вредни агенти) в случай на трансплантация причинява големи трудности.

    Руски физиолог на растенията и микробиолог Дмитрий Йосифович Ивановски(1864-1920), който пръв открива вируса на тютюневата мозайка, е основател на вирусологията - наука, която изучава структурата и свойствата на вирусите, диагностиката и лечението на заболяванията, причинени от тях.

    В своя магнум опус, За произхода на видовете чрез естествен подбор (1859 г.) Чарлз Робърт Дарвин(1809 - 1882) излага три основни фактора, определящи еволюцията на живота на Земята: променливост, наследственост и естествен подбор. Теорията на Дарвин, основана на тези три фактора, изглежда толкова убедителна и неопровержима, когато прочетете книгата му, че изглежда странно, че никой не го е казал преди. Неволно си спомняте горните думи на древногръцкия философ и писател Плутарх за ясните и разбираеми обяснения на Архимед и тогава става очевидно, че безспорността и убедителността на аргументите на Дарвин не е нищо повече от следствие от гениалната и огромна работа на техния автор.

    Световно известен учен, англичанин Чарлз Робърт Дарвинроден в Англия в малкото градче Шрусбъри близо до Лондон в семейството на лекар. Самият Дарвин каза това за своята биография: „Учих, след това пътувах по света и след това отново учих: ето моята автобиография.“

    Дарвин проявява интерес към ботаниката и зоологията, както и към химията, в детството си, но съдбата постановява друго: първо той учи в университета в Кеймбридж като лекар, а след това, без да изпитва никакво влечение към медицинската практика, под натиска на баща той се прехвърля в Богословския факултет на същия университет. През 1831 г. Дарвин завършва Кеймбриджкия университет, получава бакалавърска степен и остава само да бъде ръкоположен за свещеник.

    Но по това време приятелят на Дарвин в Кеймбридж, професорът по биология Хенслоу, след като получи съгласието на Дарвин, го препоръча като натуралист на кораба Бийгъл, който под командването на капитан Р. Фицрой трябваше да обиколи света главно за географски цели .

    Това беше може би основната повратна точка в живота му. Пътуването продължи от 1831 до 1836 г. То е красиво описано в книгата на Дарвин „Околосветско пътешествие на натуралист с кораба Бийгъл“.

    Маршрутът на Бийгъл, който започва в Девънпорт на 27 декември 1831 г., преминава през Атлантическия океан чак до град Бахия, разположен в южното полукълбо, на източния бряг на Бразилия. Тук бигълът остава до 12 март 1832 г., след което се премества на юг покрай атлантическото крайбрежие. На 26 юли 1832 г. експедицията достига столицата на Уругвай Монтевидео и до май 1834 г., тоест почти две години, извършва работа на източното крайбрежие на Южна Америка. През това време два пъти е посетена Огнена земя и два пъти Фолкландските острови. Дарвин е извършвал и сухопътни експедиции. На 12 май 1834 г. „Бийгъл“ се насочва на юг, преминава през Магелановия проток и в края на юни 1834 г. достига западните брегове на Южна Америка. Експедицията остана на тихоокеанското крайбрежие на Южна Америка до септември 1835 г., тоест повече от година, през която Дарвин отиде на сухопътни експедиции, по-специално прекоси Кордилерите. През септември 1835 г. Бийгъл напуска Южна Америка, насочвайки се към Галапагоските острови. След това експедицията се придвижва на югозапад, достига до островите Партньорство, след това до островите Приятелство и на 20 декември 1835 г. хвърля котва в залива на островите край северния остров на Нова Зеландия. Курсът на експедицията беше по-нататък към Австралия, чието южно крайбрежие беше заобиколено от Сидни през Тасмания до залива Кинг Джордж в югозападната част. Оттам експедицията се насочи на северозапад и достигна Кокосовите острови. След това „Бийгъл“ променя курса си, насочва се към остров Мавриций, заобикаля нос Добра надежда, посещава остров Света Елена и на 1 август 1836 г. хвърля котва в Баия, завършвайки околосветското си плаване. През октомври 1836 г. бигълът се завръща в Англия.

    Материалът, който Дарвин донесе от своето петгодишно околосветско пътуване, беше огромен и разнообразен. Имаше хербариуми и колекции, голям брой различни записи и много други.

    Изминаха 23 години от завръщането на Дарвин от околосветското му пътуване до публикуването на книгата му „Произходът на видовете чрез естествен подбор или запазването на предпочитаните раси в борбата за живот“. Междувременно през 1839 г. е публикувана първата научна работа на Дарвин, „Дневник на изследванията“, през 1842 г. той публикува работа за структурата и разпространението на кораловите рифове, в която Дарвин убедително доказва, че основата на рифовете не са древни изчезнали вулкани , както се смяташе преди, и коралови отлагания, които са под водата поради потъването на морското дъно. През 1842-1844г. Дарвин публикува основната теория на еволюцията в своите есета.

    След завръщането си от околосветското си пътешествие Дарвин се премества от Лондон в градчето Даун близо до Лондон, където купува малко имение, където живее до края на дните си. Дарвин се оженил преди да се премести и семейството му имало много деца.

    И така, основният труд на Дарвин, „Произходът на видовете чрез естествен подбор, или запазването на предпочитаните породи в борбата за живот“ (накратко „Произходът на видовете“), е публикуван през ноември 1859 г. Книгата убедително, с голям брой примери, излага идеите на автора, които напълно преобърнаха съществуващите преди това идеи за неизменността на растителните и животинските форми на живот на Земята. Дори преди книгата да бъде публикувана, Дарвин пише: „Постепенно стигнах до осъзнаването, че Старият завет, с неговото приписване на Бога на чувството на отмъстителен тиранин, не е по-достоверен от свещените книги на индусите или вярванията на някакъв дивак... Така малко по малко се прокрадна недоверието в душата ми и накрая станах пълен невярващ.”

    Той вярваше, на първо място, че растителният и животински свят се характеризират с променливост, тоест разнообразие от характеристики и свойства на отделните организми и промени в тези характеристики и свойства по различни причини. Следователно вариацията е основата на еволюцията, първата връзка на еволюцията. Той вярва, второ, че наследствеността е фактор, чрез който характеристиките и свойствата на организмите (включително нови) могат да бъдат предадени на следващите поколения. И накрая, трето, че естественият подбор отваря пътя за онези организми, които са най-адаптирани към условията на живот, към външната среда и, обратно, „отхвърля“ неадаптираните организми.

    И така, три стълба създават основата за еволюцията на растителните и животинските организми на Земята: променливост, наследственост и естествен подбор.

    Материалистичната еволюционна теория на Дарвин, дарвинизмът, беше революционна стъпка напред в развитието на науката.

    Публикуването на книгата на Дарвин за произхода на видовете беше посрещнато с голям интерес. Всичките 1250 екземпляра от първото издание бяха продадени за един ден. Второто издание - 3000 екземпляра - също моментално се разпродаде.