20. sajandil arenesid ebatavaliselt kiiresti loodusteadused: füüsika, keemia, astronoomia, bioloogia, geoloogia ja paljud teised. Teadus on andnud palju ideid ja arendusi, tootmine omakorda on andnud teadusele keerukaid ja täiustatud seadmeid ja instrumente. Kõik see kokku ergutas teaduse arengut. Selle äärmiselt viljaka teaduse ja tootmise kombinatsiooni tagajärjeks oli nende kõrge arengu saavutamine, mis viis 20. sajandi keskel kolmanda teadus- ja tehnikarevolutsiooni tekkeni.
Füüsika
20. sajandil tegeleti palju aine ehituse uurimisega. Kuulus inglise füüsik Ernest Rutherford(1871 - 1937) tegid eksperimentaalselt kindlaks, et aatomitel on tuumad, milles on koondunud peaaegu kogu nende mass, ja töötasid välja aatomi struktuuri planetaarse mudeli (1911). See oli tõenäoliselt viimane (või võib-olla esimene ja viimane) aatomimudel, mida on suhteliselt lihtne ette kujutada. Planeedimudeli järgi liiguvad elektronid ümber aatomi statsionaarse tuuma (nagu planeedid ümber Päikese) ja samal ajal kiirgavad nad vastavalt klassikalise elektrodünaamika seadustele pidevalt elektromagnetenergiat. Rutherfordi planeedi aatomimudel ei suutnud aga selgitada, miks elektronid, mis liiguvad ümber tuuma ringorbiitidel ja kogevad seetõttu pidevalt kiirendust ning kiirgavad ja kaotavad seetõttu oma kineetilist energiat, ei lähene tuumale ega lange selle peale. pinnale.
Kuulsa Taani füüsiku pakutud aatomi mudel Niels Henrik David Bohr (1885 - 1962), kuigi see põhines Rutherfordi planeedimudelil, ei sisaldanud see näidatud vastuolu. Selleks võttis Bohr kasutusele nüüd tema nime kandvad postulaadid, mille kohaselt on aatomitel nn statsionaarsed orbiidid, mida mööda elektronid liiguvad kiirgamata, samas kui kiirgus tekib vaid neil juhtudel, kui nad liiguvad ühelt statsionaarselt orbiidilt teisele (antud juhul aatomienergia muutus). Bohri geniaalne oletus (või idee), vaatamata oma sisemisele ebajärjekindlusele, ühendab
Newtoni klassikalise mehaanika mõistmine, mida kasutatakse elektronide liikumise ja elektronide liikumise kvantpiirangute selgitamiseks, mis on selle seisukohast vastuvõetamatud, on siiski leidnud eksperimentaalse kinnituse.
Suursaavutuseks füüsikas oli kvant(laine)mehaanika loomine, mille kohaselt on mikroosakestel kahekordne korpuskulaarlaine iseloom. Kvantmehaanika - üks kvantteooria peamisi sektsioone - kõige üldisem füüsikateooria, ei andnud mitte ainult uusi, revolutsioonilisi ideid mikroosakeste kohta, vaid võimaldas ka selgitada paljusid makroskoopiliste kehade omadusi.
Kvantmehaanika arendamise eelduseks oli töö Plancki, Einsteini ja Bohri kvantkontseptsioonide loomisel. 1924. aastal prantsuse füüsik Louis de Broglie esitas idee mitte ainult elektromagnetkiirguse (footonite), vaid ka teiste mikroosakeste kahekordsest korpuskulaarlainest, pannes sellega aluse kvantmehaanikale. Mõnevõrra hiljem viidi läbi katsed, kus täheldati mikroosakeste difraktsiooni – mikroosakeste voolu hajumist (mikroosakeste voogu, mis paindub ümber erinevate takistuste), mis näitas nende laineomadusi, mis oli de Broglie hüpoteesi eksperimentaalne kinnitus.
1925. aastal oli üks kvantmehaanika loojatest Šveitsi teoreetiline füüsik Wolfgang Pauli(1900 - 1958) sõnastas nn välistamisprintsiibi – põhilise loodusseaduse, mille kohaselt ei saa aatomil ega molekulil olla samas olekus kahte elektroni. Austria teoreetiline füüsik Erwin Schrödinger(1887 - 1961) töötas 1926. aastal välja lainemehaanika ja sõnastas selle põhivõrrandi. Saksa teoreetiline füüsik Werner Heisenberg(1901 - 1976) sõnastas määramatuse printsiibi (1927), mille kohaselt ei saa mikroosakeste koordinaatide ja momentide väärtusi üheaegselt nimetada suure täpsusega. Inglise füüsik Paul Dirac pani aluse kvantelektrodünaamikale (1929) ja gravitatsiooni kvantteooriale, töötas välja elektronide liikumise relativistliku teooria, mille põhjal ennustas (1931) positroni – esimese antiosakese (igas mõttes sarnane osake selle "kaksik", antud juhul elektron, kuid temast erinev elektrilaengu, magnetmomendi ja mõne muu tunnuse märk), annihilatsioon ja paaride sünd. 1932. aastal Ameerika füüsik Carl David Anderson avastas kosmilistes kiirtes elektroni antiosakese positroni ja 1936. aastal müüoni.
Aastal 1896, prantsuse füüsik Pierre Curie(1859 - 1906) koos abikaasaga Marie Skłodowska-Curie(1867 - 1934) ja prantsuse füüsik Antoine Henri Becquerel(1852 - 1908) avastas raskete elementide radioaktiivsuse ja radioaktiivsed muundumised. 1934. aastal Prantsuse füüsikapaar Irene(P. Curie ja M. Sklodowska-Curie tütar) ja Frederic Joliot-Curie(1900 - 1958) avastas kunstliku radioaktiivsuse. Inglise füüsiku avastus James Chadwick(1891–1974) viis neutron 1932. aastal kaasaegsete prooton-neutroni ideedeni aatomituumade struktuuri kohta.
Tuumafüüsika arengule ja tuumareaktsioonide uurimisele aitas suuresti kaasa laetud osakeste kiirendite loomine. Teadaolevate elementaarosakeste arv on kordades suurenenud. Paljud neist suudavad eksisteerida vaid tühise aja. Selgus, et elementaarosakesed võivad läbida vastastikuseid teisendusi, et nad pole üldse elementaarsed. Kuulsa Nõukogude füüsiku V.L. eduka võrdluse kohaselt. Ginzburg, kõik toimub nii, nagu oleks meil tegemist “lõpmatu pesitsusnukuga”: avastad ühe elementaarosakese ja selle taga “veel elementaarsema” ja nii edasi ilma lõputa. Ilmselt võib öelda, et enamik tänapäeva füüsikuid tunnistab eriliste fundamentaalosakeste – kvarkide ja vastavate antiosakeste – antikvarkide olemasolu. Eeldatakse, et kvarkidel on murdosa elektrilaeng. Kvarke ei ole eksperimentaalselt avastatud, kuid võib-olla seetõttu, et nad ei saa eksisteerida vabas, sidumata olekus.
Ei saa märkimata jätta füüsika tohutut mõju teistele teadustele ja tehnoloogia arengule. Kuna see teema on tõesti ammendamatu, viitame ainult nendele teadustele, mille nimigi viitab füüsika mõjule: astro-, geo- ja biofüüsika, füüsikaline keemia ja mõned teised.
Tuumafüüsika kiire areng võimaldas 1939.–1945. astuda otsustavaid samme tuumaenergia vabastamisel. Algul kasutati seda silmapaistvat teaduslikku avastust sõjalistel eesmärkidel tuuma- ja termotuumarelvade loomiseks ning seejärel rahumeelsetel eesmärkidel: Nõukogude Liidus ehitati esimene tuumaelektrijaam, mis alustas tööd 1954. aastal. Seejärel kümneid võimsaid tuumaelektrijaamu ehitati paljudes riikides üle maailma, kus toodetakse märkimisväärne osa elektrist.
Toetudes kristallide füüsikale, tohutu praktilise tähtsusega pooljuhtide teooriale, röntgendifraktsioonianalüüsile, aga ka elektronmikroskoobile ja märgistatud aatomite meetodile, mis mängisid suurt rolli paljude tehnoloogiavaldkondade arengus. , ja võib-olla eriti metallurgia, loodi. Elektroonika võlgneb palju füüsikale ja selle saavutustele - teadusele elektronide ja elektromagnetväljade vastastikmõjust ning elektroonikaseadmete loomise meetoditest, mis omakorda on määrava tähtsusega paljudes tehnoloogiavaldkondades, eriti elektrooniliste arvutite jaoks.
Albert Einstein. Relatiivsusteooria
Ameerika füüsiku katsed Albert Abraham Michelson(1852 - 1931) näitas valguse kiiruse määramisega (sealhulgas kuulus "Michelsoni eksperiment") oma sõltumatust Maa liikumisest. Selgus, et valguse kiirus tühjas ruumis on alati konstantne ja nii kummaline, kui see esmapilgul ka ei tundu, sõltumatu valguse allika või vastuvõtja liikumisest.
Michelsoni avastust ei saanud seletada tol ajal eksisteerinud füüsikateooriate seisukohast. Esiteks, Galileo relatiivsusprintsiibist tuleneb, et kui kaks koordinaatsüsteemi liiguvad üksteise suhtes sirgjooneliselt ja ühtlaselt, st klassikalise mehaanika keeles on süsteemid inertsiaalsed, siis on kõik loodusseadused nende jaoks samad. Pealegi, olenemata sellest, kui palju selliseid süsteeme on (kaks või palju rohkem), ei ole võimalik kindlaks teha, millises neist saab kiirust pidada absoluutseks. Teiseks saab klassikalise mehaanika kohaselt inertsiaalsüsteemide kiirusi üksteise suhtes teisendada, st teades keha (materiaalse punkti) kiirust ühes inertsiaalsüsteemis, saab määrata selle keha kiiruse teises inertsiaalsüsteemis. , ja selle keha kiiruste väärtused erinevates inertsiaalsetes koordinaatsüsteemides on erinevad.
Ilmselgelt on teine positsioon vastuolus Michelsoni eksperimendiga, mille kohaselt, kordame, on valgusel konstantne kiirus sõltumata valguse allika või vastuvõtja liikumisest, st sõltumata sellest, millistes inertsiaalsetes koordinaatsüsteemides loendatakse.
See vastuolu lahendati relatiivsusteooria abil – füüsikateooria, mille põhiseadused kehtestas A. Einstein 1905. aastal (era- ehk erirelatiivsusteooria) ja 1907.–1916. (üldrelatiivsusteooria).
Suurepärane teoreetiline füüsik Albert Einstein(1879 - 1955) sündis Saksamaal (Ulm). Alates 14. eluaastast elas ta perega Šveitsis. Ta õppis Zürichi Polütehnilises Instituudis ja 1900. aastal lõpetades õpetas Schafhauseni ja Winterthuri linnade koolides. 1902. aastal õnnestus tal saada Berni Föderaalses Patendiametis eksperdi koht, mis talle rahaliselt rohkem sobis. Tööaastad büroos (1902–1909) olid Einsteini jaoks väga viljaka teadusliku tegevuse aastad. Selle aja jooksul lõi ta relatiivsusteooria eriteooria, andis matemaatilise Browni liikumise teooria, mis muide jäi umbes 80 aastaks seletamatuks, arendas valguse kvantkontseptsiooni, tegi statistilise füüsika alast uurimistööd ja mitmeid teistest teostest.
Alles 1909. aastal said Einsteini niigi tohutud teadussaavutused laialdaselt tuntuks, neid hinnati (kaugelt mitte täielikult) ning ta valiti Zürichi ülikooli ja 1911. aastal Praha Saksa ülikooli professoriks. 1912. aastal valiti Einstein Zürichi Polütehnilise Instituudi osakonna juhatajaks ja naasis Zürichisse. 1913. aastal valiti Einstein Preisi ja Baieri Teaduste Akadeemia liikmeks ning ta kolis Berliini, kus elas kuni 1933. aastani, olles füüsikainstituudi direktor ja Berliini ülikooli professor. Selle aja jooksul lõi ta üldise relatiivsusteooria (tõenäoliselt valmis, kuna ta alustas sellega tegelemist 1907. aastal), töötas välja valguse kvantteooria ja viis läbi mitmeid muid uuringuid. 1921. aastal pälvis Einstein Nobeli preemia töö eest teoreetilise füüsika vallas, eriti fotoelektrilise efekti seaduste avastamise eest (nähtus, mis hõlmab elektronide vabanemist tahkest või vedelikust elektromagnetiline kiirgus).
1933. aastal lahkus Einstein Saksa fašismi ideoloogide kui avaliku elu tegelase – sõja vastu võitleja ja juudi – rünnakute tõttu Saksamaalt ning hiljem fašismivastase protesti märgina keeldus ta liikmelisusest Saksa akadeemiasse. Teadused. Einstein veetis kogu oma elu viimase osa Princetonis (USA), töötades Princetoni alusuuringute instituudis.
Relatiivsusteooria tugineb tõsiasjale, et erinevalt Newtoni mehaanikast ei ole ruumi ja aja mõisted absoluutsed. Ruum ja aeg on Einsteini sõnul mateeria ja üksteisega orgaaniliselt seotud. Võib öelda, et relatiivsusteooria ülesanne taandub neljamõõtmelise ruumi seaduste kindlaksmääramisele, mille kolm koordinaati on kolmemõõtmelise ruumala koordinaadid (x, y, z) ja neljas koordinaat on aeg. (t).
Kogemusega tõestatud valguse kiiruse püsivus sunnib meid absoluutse aja mõistest loobuma.
Valguse kiirus, mis on võrdne, nagu me teame, tohutu väärtusega - 300 tuhat km/s, on piir. Ühegi objekti kiirus ei saa olla suurem.
1905. aastal ühendas Einstein ruumi ja aja mõisted. Üksteist aastat hiljem suutis ta näidata, et Newtoni gravitatsioon on selle julge ühendamise ilming selles mõttes, et Newtoni gravitatsioon tähendab kõveruse olemasolu ühes aegruumis.
Einstein jõudis järeldusele, et reaalne ruum on mitteeukleidiline, et gravitatsioonivälju loovate kehade olemasolul muutuvad ruumi ja aja kvantitatiivsed omadused teistsuguseks kui kehade ja nende poolt tekitatavate väljade puudumisel. Nii et näiteks kolmnurga nurkade summa on suurem kui π, aeg voolab aeglasemalt. Einstein andis N.I teooriale füüsilise tõlgenduse. Lobatševski. Üldrelatiivsusteooria alused väljenduvad Einsteini saadud gravitatsioonivälja võrrandis.
Kui erirelatiivsusteooria ei leidnud kinnitust mitte ainult eksperimentaalselt, mikroosakeste kiirendite ja tuumareaktorite loomise ja töötamise käigus, vaid on juba muutunud vajalikuks vahendiks vastavate arvutuste tegemiseks, siis üldrelatiivsusteooriaga on olukord teine.
Mahajäämus üldrelatiivsusteooria eksperimentaalse kontrollimise valdkonnas on tingitud nii Maa ja Päikesesüsteemi vaatlusele kättesaadavate mõjude väiksusest kui ka vastavate astronoomiliste meetodite võrdlevast ebatäpsusest.
Kvantteooria rajaja on kuulus saksa füüsik, Berliini Teaduste Akadeemia liige, NSVL Teaduste Akadeemia auliige Max Planck (1858-1947). Planck õppis Müncheni ja Berliini ülikoolides, kuulates Helmholtzi, Kirchhoffi ja teiste silmapaistvate teadlaste loenguid. Ta töötas peamiselt Kielis ja Berliinis. Plancki peamised tööd, mis kirjutasid tema nime teadusajalukku, on seotud soojuskiirguse teooriaga.
Otsustava sammu astus Planck aastal 1900, kui ta pakkus välja uue (klassikaliste ideedega täiesti vastuolus oleva) lähenemisviisi: pidada elektromagnetkiirguse energiat diskreetseks väärtuseks, mida saab edastada ainult eraldi, kuigi väikeste portsjonitena (kvantidena). . Sellise energia osana (kvant) pakkus Planck välja väärtuse E = hv, erg on elektromagnetkiirguse energia osa (kvant), sec -1 on kiirguse sagedus, h=6,62*10 -27 erg*sek – konstant, mis sai hiljem nimeks Plancki konstant ehk Plancki toimekvant.
Plancki oletus osutus üliedukaks või veel parem – hiilgavaks. Planckil ei õnnestunud saada mitte ainult kogemustele vastav soojuskiirguse võrrand, vaid tema ideed said aluseks kvantteooriale – ühele kõige põhjalikumale füüsikateooriale, mis hõlmab nüüdseks kvantmehaanikat, kvantstatistikat ja kvantväljateooriat.
Aine struktuur. Kvantteooria
Aatomifüüsika kui iseseisev teadus tekkis elektronide ja radioaktiivse kiirguse avastamise põhjal. Kuulus inglise füüsik avastas elektroni - negatiivselt laetud mikroosakese massiga vaid umbes 9 * 10 -28 g - aine ühe peamise struktuurielemendi. Joseph John Thomson (1856 - 1940), liige (1884) ja
Londoni Kuningliku Seltsi president (1915 - 1920), NSVL Teaduste Akadeemia välisriigi auliige.
1896. aastal avastasid prantsuse füüsikud Pierre Curie, Marie Sklodowska-Curie ja A. Becquerel esmakordselt uraanisoolade radioaktiivsuse. Radioaktiivsuse fenomen, mis lõpuks kummutas aatomi jagamatuse (transmutatsiooni) idee, seisneb ebastabiilsete aatomituumade spontaanses muutumises teiste elementide (teiste aatomite) tuumadeks, mis toimub tuumakiirgus. Samuti selgus (meditsiinile oli see äärmiselt oluline), et Becquereli avastatud kiired võivad tungida sügavale mateeriasse ja olid seetõttu vahendiks näiteks fotode saamiseks inimese siseorganitest.
Pierre Curie ja tema naine Marie Skłodowska-Curie tegelesid ka radioaktiivsuse ja muude elementide küsimustega. Nad avastasid 1898. aastal uued elemendid: polooniumi ja raadiumi. Leiti, et radioaktiivne kiirgus võib olla kahte tüüpi: kas radioaktiivse elemendi tuum kiirgab alfaosakest (heeliumi aatomi tuum positiivse laenguga 2e) või beetaosakest (negatiivse laenguga elektron -e) . Mõlemal juhul muutub radioaktiivse elemendi aatom teise elemendi aatomiks (see oleneb nii algsest radioaktiivsest ainest kui ka radioaktiivse kiirguse liigist).
Radioaktiivsuse uurimisel oli suur tähtsus kuulsa inglise füüsiku Ernest Rutherfordi ja kuulsa inglise keemiku ühistööl. Frederica Soddy (1877 - 1956), viidi läbi 1899.-1907. Algsete radioaktiivsete elementidena kasutasid nad uraani, tooriumi ja aktiiniumi. Avastati nn isotoobid, st. sama keemilise elemendi sordid, millel on samad keemilised omadused ja mis hõivavad Mendelejevi perioodilises elementide tabelis sama koha, kuid erinevad aatomite massi poolest.
E. Rutherford, Londoni Kuningliku Seltsi liige, NSVL Teaduste Akadeemia auliige, sündis 1871. aastal Uus-Meremaal väiketaluniku perekonnas, 12 lapsest neljas. Lõpetanud Uus-Meremaa ülikooli (Christchurch). 1894. aastal kolis ta Inglismaale ja võeti vastu Cambridge'i ülikooli Cavendishi laboratooriumi, kus alustas uurimistööd J. J. Thomsoni juhtimisel. Rutherford veetis suurema osa oma elust (mõnede katkestustega Montreali ja Manchesteri ülikoolides töötades) Cambridge'is, olles alates 1919. aastast Cavendishi labori direktor. Ta koolitas välja suure hulga kõrgelt kvalifitseeritud füüsikuid.
Rutherford jõudis katsete põhjal järeldusele, et aatomites on tuumad – positiivselt laetud mikroosakesed, mille suurus (umbes 10 -12 cm) on aatomite mõõtmetega (umbes 10 -8 cm) võrreldes väga väike, kuid nende mass aatom on peaaegu täielikult koondunud oma tuumasse,
α-osake muudab järsult oma tee suunda, kui see tabab tuuma.
Aatomituumade avastamine oli aatomifüüsika arengus väga suur sündmus. Kuid Rutherfordi aatomi planetaarmudel osutus Maxwelli elektrodünaamikaga kokkusobimatuks.
Bohri järgmine aatomimudel põhines kvantteoorial. Üks 20. sajandi suurimaid füüsikuid. - taanlane Niels Bohr(1885 - 1962) on sündinud ja lõpetanud Kopenhaageni ülikooli. Ta töötas Cambridge'i ülikoolis J. J. Thomsoni ja Manchesteri ülikoolis Rutherfordi juhtimisel. 1916. aastal valiti ta Kopenhaageni ülikooli teoreetilise füüsika osakonna juhatajaks, aastast 1920 ja kuni elu lõpuni juhtis ta Kopenhaagenis loodud teoreetilise füüsika instituuti, mis nüüd kannab tema nime. 1943. aastal, kui natsid okupeerisid Taani, kolis Bohr, nähes, et tema vastu valmistatakse ette repressioone, koos Vastupanuorganisatsiooni abiga, kolis paadiga Rootsi ja seejärel USA-sse. Pärast sõja lõppu naasis ta Kopenhaagenisse.
Bohri loodud aatomimudel põhines Rutherfordi planeedi aatomimudelil ja tema enda 1913. aastal välja töötatud aatomi struktuuri kvantteoorial.
1924. aastal leidis aset üks suurimaid sündmusi füüsika ajaloos: prantsuse füüsik. Louis de Broglie(1892 - 1983) esitasid idee aine laineomadustest, pannes sellega aluse kvantmehaanikale. Ta väitis, et laineomadused koos korpuskulaarsete omadustega on omased igat tüüpi ainetele: elektronidele, prootonitele, molekulidele ja isegi makroskoopilistele kehadele.
Kvantmehaanika edasine areng - see uus ebatavaliselt viljakas suund - saavutati peamiselt 20ndate lõpus - 30ndate alguses kuulsate füüsikute tööde kaudu - Max Sündis (Saksamaa, 1882–1970), Werner Heisenberg (Saksamaa, 1901–1976), Diraci väljad (Inglismaa, sünd 1902), Erwin Schrödinger (Austria, 1887 - 1961), samuti Wolfgang Pauli (Šveits, 1900–1958), Enrico Fermi (Itaalia, 1901–1954), Vladimir Aleksandrovitš Fok (1898 - 1974) ja paljud teised.
Kvantmehaanika eraldi osad hõlmasid aatomifüüsikat, kiirgusteooriat, molekulide struktuuri teooriat (mida mõnikord nimetatakse ka kvantkeemiaks), tahkete ainete teooriat, elementaarosakeste interaktsiooni teooriat, molekulide struktuuri teooriat. aatomituum jne.
Kvantmehaanikas on Heisenbergi poolt paika pandud nn määramatuse seos. Määramatuse seose matemaatiline väljendus on väga lihtne:
kus Δx on elektronkoordinaadi määramise ebatäpsus; Δp - elektroni impulsi määramise ebatäpsus; h on Plancki konstant.
Sellest väljendist on selge, et elektroni asukohta ruumis ja selle impulsi üheaegselt määrata on võimatu. Tõepoolest, kui Δx on väga väike, st. elektroni asukoht ruumis on suure täpsusega teada, siis on Δp suhteliselt suur ja järelikult saab impulsi suurust arvutada nii väikese täpsusega, et praktikas tuleb seda pidada teadmata kogus. Ja vastupidi, kui Δp on väike ja seetõttu on teada elektroni impulss, siis Δx on suur; ja seetõttu pole elektroni asukoht ruumis teada. Muidugi kehtib määramatuse põhimõte iga osakese, mitte ainult elektroni kohta.
Klassikalise mehaanika seisukohalt on määramatuse suhe absurdne. "Kaine mõistuse" seisukohalt tundub see vähemalt väga kummaline ja on võimatu ette kujutada, kuidas see kõik "tegelikult" olla võiks.
Kuid me ei tohi unustada, et me elame makrokosmoses, suurte kehade maailmas, mida näeme oma silmaga (või isegi mikroskoobi abil) ja suudame mõõta nende suurust, massi, liikumiskiirust ja palju muud. Vastupidi, mikromaailm on meile nähtamatu, me ei saa otseselt mõõta ei elektroni suurust ega energiat. Selleks, et mikromaailma nähtusi paremini ette kujutada, tahame alati ehitada adekvaatse mehaanilise mudeli ja seda on mõnikord ka võimalik teha. Tuletame meelde näiteks Rutherfordi aatomi planeedimudelit. See on teatud määral sarnane Päikesesüsteemiga, mis antud juhul on meie jaoks mehaaniline mudel. Seetõttu on aatomi planetaarmudel kergesti tajutav.
Kuid enamiku mikromaailma objektide ja nähtuste jaoks on mehaanilist mudelit võimatu luua ja seetõttu tajutakse kvantmehaanika sätteid sageli suurte raskustega. Proovige näiteks ehitada elektroni mehaaniline mudel, millel on osakeste lainete omadused, või mehaaniline mudel, mis selgitab, miks on võimatu samaaegselt määrata elektroni massi ja impulssi. Sellepärast peaks nendel juhtudel rõhk olema "aru saama", mitte "kujutlema".
Üks juhtivaid Nõukogude füüsikuid ütles selles küsimuses hästi Lev Davidovitš Landau(1908–1968): "Inimgeeniuse suurim saavutus on see, et inimene saab aru asjadest, mida ta enam ette ei kujuta."
Öeldule võib lisada, et määramatuse printsiip (määramatuse suhe) on kvantmehaanika põhipositsioon.
Kuulus inglise füüsik, Rutherfordi õpilane James Chadwick avastas neutroni, neutraalse osakese, mis siseneb aatomi tuuma koos prootonitega ja mängis nii olulist rolli tuumaenergia kasutusviiside loomisel.
Pärast elektroni, prootoni, footoni ja lõpuks 1932. aastal neutroni avastamist tehti kindlaks suure hulga uute elementaarosakeste olemasolu – kokku umbes 350. Nende hulgas: positroon kui rakkude antiosake. elektron; mesonid - ebastabiilsed mikroosakesed (nende hulka kuuluvad μ-mesonid, π ± -mesonid ja raskemad π 0 -mesonid); erinevat tüüpi hüperonid - ebastabiilsed mikroosakesed, mille mass on suurem kui neutroni mass; äärmiselt lühikese elueaga resonantsosakesed (umbes 10-22...10-24 s); neutriinostabiilne, elektriliselt laenguta osake, ilmselt nulli puhkemassiga, peaaegu uskumatu läbilaskvusega; antineutriino - neutriino antiosake, mis erineb neutriinost leptoni laengu märgi poolest jne.
Praegu mõistetakse elementaarosakeste all universumi “ehituskivisid”, millest saab ehitada kõike, mida me looduses teame. Elementaarosakeste maailm on keeruline ja elementaarosakeste teooria on oma arengu alguses. Võib-olla toovad järgmised aastad sellesse palju uut.
Keemia
Keemia kuulub loodusteaduste hulka. Selle sfääris on keemiliste ainete transformatsioonid, mis on identsete aatomite (elementide) ja identsetest molekulidest koosnevate keerukamate ainete kogum. Kaasaegne keemia on tihedalt seotud teiste loodusteadustega, eelkõige füüsikaga. Seetõttu ilmusid ja arenesid laialdaselt sellised teadused nagu füüsikaline keemia, biokeemia, geokeemia jne Keemia jaguneb ka anorgaanilisteks, mille aineks on ained, mille molekulid ei sisalda süsinikku, ja orgaanilisteks, mille valdkonda kuuluvad ained, molekulid sisaldavad tingimata süsinikku.
Keemia on oma arengu esimestest sammudest alates tihedalt seotud tootmisega. Ammu enne uut ajastut tekkisid sellised protsessid nagu metallurgia, tekstiilivärvimine, naha töötlemine ja teised, mida oli pikka aega peetud keemiliseks.
Veel 17. sajandi teisel poolel. kuulus inglise füüsik ja keemik R. Boyle andis ilmselt esimese keemilise elemendi teadusliku definitsiooni, pani aluse keemilisele analüüsile ja näitas alkeemia ebajärjekindlust.
Aastal 1748 M. V. Lomonosov avastas eksperimentaalselt keemiliste reaktsioonide massi jäävuse seaduse. Mõnevõrra hiljem, kuid sellest sõltumatult, kehtestati sama seadus A. Lavoisier –üks keemia rajajaid.
Äärmiselt oluline roll keemia arengus kuulub inglise teadlasele John Dalton (1766 - 1844) - keemilise atomismi looja, nagu mõnikord öeldakse. Aastal 1803 kehtestas ta mitme suhte seaduse, võttis kasutusele mõiste "aatommass" ja määras mõne elemendi jaoks selle väärtused, võttes üheks kõige kergema elemendi, vesiniku, aatommassi. Itaalia teadlane Amadeo Avogadro(1776 - 1856) ja prantsuse teadlane Andre Marie Ampere(1775 - 1836) 19. sajandi alguses. tutvustas ideed molekulist, mis koosneb aatomitest, mis on omavahel keemiliste jõududega ühendatud. Siis Rootsi teadlane Jens Jacob Berzelius(1779 - 1848), kes tegi palju eksperimentaalkeemikuna, koostas Daltonil võimalikust täpsema aatommasside tabeli, mis sisaldas juba 46 elementi ja tutvustas praegu kasutusel olevate elementide märke. Ta avastas uusi enda jaoks tundmatuid elemente: tseesiumi (Cs), seleeni (Se), tooriumi (Th). Berzelius lõi ka elektrokeemilise teooria, mille põhjal koostas elementide ja ühendite klassifikatsiooni.
prantsuse keemik Charles Frederic Gerard(1816 - 1856) 19. sajandi keskel. pakkus välja niinimetatud tüüpide teooria, mis oli orgaaniliste ühendite klassifitseerimise süsteem, ja tutvustas ka homoloogsete seeriate ideed - seotud orgaaniliste ühendite rühmad, mis oli oluline mitte ainult orgaaniliste ühendite klassifitseerimisel. neile omased reaktsioonid.
19. sajandi keskel. tehti veel üks oluline avastus. inglise keemik Edward Frankland(1825 - 1899) tutvustas valentsi mõistet – antud keemilise elemendi aatomi võimet ühineda teiste aatomitega. Ta tutvustas ka terminit "valents". Selgus, et ühe aine aatomid võivad ühineda teiste ainete aatomitega ainult rangelt määratletud vahekordades. Valentsiühikuks võeti vesiniku reaktsioonivõime (valentsus). Näiteks süsiniku kombinatsioon vesinikuga – metaan 2 CH 4 näitab, et süsinik on neljavalentne.
Kuulus vene keemik Aleksander Mihhailovitš Butlerov(1828 - 1886) lõi 1861. aastal aine keemilise struktuuri teooria. Selle teooria kohaselt määrab aine keemilised omadused selle koostis ja aatomite sidemete järjekord (laad) aine molekulis.
Nagu eespool üksikasjalikult kirjeldatud, on silmapaistev vene keemik D. I. Mendelejev 1869. aastal avastas ta keemiliste elementide perioodilise seaduse ja lõi elementide perioodilise süsteemi – tabeli, kus tol ajal teadaolevad 63 keemilist elementi jaotati vastavalt nende omadustele rühmadesse ja perioodidesse (erirolli omistas ta aatommassile ja valentsile ). Eraldi tuleb märkida Mendelejevi mitmekülgsust teadlasena (üle 500 teadustöö, mis ta kirjutas lahendusteooria, keemiatehnoloogia, füüsika, metroloogia, meteoroloogia, põllumajanduse, majanduse ja paljude teiste küsimustega) ja tema pidevat huvi nn. tööstus, peamiselt keemiatööstus. D.I. Mendelejevi nimi on teaduse ajalukku kindlalt juurdunud.
Nimi sakslane Ivanovitš Hess (1802 - 1850), saksa päritolu vene teadlane, on tuntud oma töö poolest termokeemia vallas – teaduses, mis tegeleb keemiliste reaktsioonidega kaasnevate termiliste mõjudega. Hess kehtestas tema nime kandva seaduse, millest järeldub, et kui keemiline ringprotsess viiakse läbi, kui reaktsioonis osalevad reageerivad keemilised ained on protsessi lõpus algkoostises, tekib kogu soojuslik efekt. reaktsioon on null.
Hessi uurimistööd termokeemia vallas jätkas prantsuse teadlane Pierre Eugene Marcelin Berthelot(1827 - 1907), kes tegeles ka orgaanilise keemia, keemilise kineetika ja mõne muu küsimustega, Taani keemik Hans Peter Thomsen(1826 - 1909) ja vene teadlased Nikolai Nikolajevitš Beketov(1827 - 1911), kes töötas ka metallikeemia alal.
19. sajandi teine pool. märgiti tööga elektrokeemia alal, mille tulemusena Rootsi füüsikaline keemik August Arrheniuse Svanet(1859 - 1927) formuleeriti elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria. Samal ajal arendati edasi ka lahuste õpetust - kahe või enama aine segud, mis on lahustis ühtlaselt jaotunud aatomite, ioonide või molekulide kujul. Peaaegu kõik vedelikud on lahused. See, muide, on niinimetatud "magnetvedelike" "saladus". Sellega seoses tuleks mainida D. nimesid. I. Mendelejev, Hollandi füüsikaline keemik Van't Hoffe, vene füüsikaline keemik N. S. Kurnakov.
19. sajandil Selgitati praktikas nii oluliste katalüsaatorite – ainete, mis suurendavad reaktsiooni kiirust, kuid lõpuks selles ei osale – mõju. 19. sajandi lõpus. K. Guldberg Ja P. Waage avastati massimõju seadus, mille kohaselt keemilise reaktsiooni kiirus on võrdeline ainete kontsentratsiooniga, mis on seotud nende stöhhiomeetriliste arvudega vastava reaktsiooni võrrandis. Massimõju seadusest järeldub, et reaktsioonid toimuvad alati mõlemas suunas (vasakult paremale ja paremalt vasakule). Kui keemiline tasakaal on saavutatud, reaktsioon jätkub, kuid reageeriva segu koostis jääb (antud temperatuuril) muutumatuks. Järelikult on keemiline tasakaal oma olemuselt dünaamiline.
20. sajandi jaoks Eriti iseloomulik on keemiateaduse kiire arengutempo, mis on tihedalt seotud suurte füüsikasaavutustega, ja keemiatööstuse kiire kasv.
Leiti, et keemilise elemendi aatomnumber perioodilisustabelis on arvuliselt võrdne, nagu eespool mainitud, elemendi aatomituuma laenguga või, mis on sama, elektronide arvuga elemendi kestas. aatom. Seega, kui elemendi aatomnumber suureneb, suureneb väliste elektronide arv aatomis ja see juhtub sarnaste väliste elektrooniliste struktuuride perioodilise kordumisega. See seletab nii kemikaali perioodilisust kui ka Mendelejevi kehtestatud elementide paljusid füüsikalisi omadusi.
Kvantmehaanika areng on võimaldanud kindlaks teha keemilise sideme olemuse – aatomite vastastikmõju, mis määrab nende ühinemise molekulideks ja kristallideks. Üldiselt olgu öeldud, et keemia areng 20. sajandil. tuginedes füüsika saavutustele, eriti aine ehituse vallas.
20. sajandil Keemiatööstus arenes enneolematu kiirusega. Algul põhines keemiatehnoloogia eelkõige praktiliseks kasutamiseks vajalike lihtsamate ainete eraldamisel keerukatest looduslikest ainetest. Näiteks maakidest metallid, keerulisematest ühenditest erinevad soolad. Laialdaselt on kasutatud ja kasutatakse nn vaheainete (väävel-, vesinikkloriid- ja lämmastikhape, ammoniaak, leelised, sooda jne) valmistamist keemia lõpptoodete valmistamiseks. Seejärel hakati üha enam kasutama keeruliste keemiatoodete sünteesi, sealhulgas selliseid, millel pole looduses analooge, nagu ülipuhtad, ülitugevad, kuumakindlad, kuumakindlad, pooljuhid jne. need nõuavad väga kõrgete või väga madalate temperatuuride, kõrge rõhu, elektri- ja magnetvälja ning muude, nagu neid sageli nimetatakse, äärmuslike tingimuste loomist.
Polümeeride – ainete, mille molekulid koosnevad väga suurest hulgast korduvatest struktuuridest – tootmine ja kasutamine on muutunud laialt levinud; Polümeeride molekulmass võib ulatuda mitme miljonini. Polümeerid jagunevad looduslikeks (biopolümeerid: valgud, nukleiinhapped jne), millest ehitatakse elusorganismide rakud, ja sünteetilisteks, näiteks polüetüleen, polüamiidid, epoksüvaigud jne. Polümeerid on plasti tootmise aluseks. , keemilised kiud ja paljud teised olulised materjalid. Tuleb märkida, et väljapaistva nõukogude keemiku ja füüsiku ahelreaktsioonide alased uuringud on polümeeri keemia (nagu ka paljude teiste keemiatööstuse harude) arengu seisukohalt eriti olulised. N. N. Semenova ja kuulus Ameerika teadlane S. Hinshelwood.
Nii anorgaaniline keemiatehnoloogia, eelkõige keemiliste väetiste tootmine põllumajanduses, kui ka orgaaniline keemiatehnoloogia, nagu nafta, maagaasi ja kivisöe rafineerimine, värvainete ja ravimite tootmine, aga ka eespool nimetatud sünteetiliste polümeeride tootmine, on saanud laialdase arengu.
Kuigi esimesed polümeertooted (fenoplastid - korrosioonikindlate konstruktsioonimaterjalidena kasutatavad plastid ja kummitaolised ained) saadi 19. sajandi lõpus, tekkisid põhilised ideed polümeeride olemuse ja omaduste kohta mitte nii kaua aega tagasi - umbes 40ndate alguseks20 V. Selleks ajaks tekkis ka idee polümeersete ainete sünteesist. Selgus, et polümeeride eduka tootmise üheks peamiseks tingimuseks on lähteainete (monomeeride) väga kõrge puhtusaste, kuna isegi väga väikese koguse võõrmolekulide (saasteainete) olemasolu võib polümerisatsiooniprotsessi katkestada ja peatada. polümeeri molekulide kasv.
20. sajandi 40. aastate alguseks. Loodi kõik peamised polümeermaterjalid (polüstüreen, polüvinüülkloriid, polüamiidid ja polüestrid, polüakrülaadid ja orgaaniline klaas), mille tootmine muutus järgnevatel aastatel väga suureks. Siis, 30ndatel, akadeemiku juhtimisel Sergei Vasiljevitš Lebedev(1874 - 1934) loodi sünteetilise kummi suuremahuline tootmine. Umbes samal ajal avastati räniorgaanilised polümeerid, mille oluliseks omaduseks on head dielektrilised omadused, ning töötati välja nende valmistamise tehnoloogia; peamine tunnustus selle eest kuulub akadeemikule Kuzma Andrianovitš Andrianov(1904 - 1978). Areng N.N. Semenovi ahelreaktsioonide teooriat seostatakse radikaalse polümerisatsiooni mehhanismiga. Vabade radikaalide all mõistetakse keemias väga reaktiivseid kineetiliselt sõltumatuid osakesi (aatomeid või aatomrühmi), millel on paardumata elektronid, näiteks H, CH3, C6H5.
Hiljem selgus, et polümeeride omadusi ei määra mitte ainult molekulide keemiline koostis ja suurus, vaid suurel määral ka molekulaarahela struktuur. Näiteks selgus, et sünteetilise kautšuki ja loodusliku kautšuki omaduste erinevuse määrab mitte molekulide keemiline koostis ja suurus, vaid nende struktuur. Sedapuhku kuulus Nõukogude keemik Valentin Aleksejevitš Kargin(1907 - 1969) kirjutas: „Kui polümeeri keemia arengu esimesel perioodil pöörati põhitähelepanu tekkivate molekulide suurusele ja keemilisele koostisele, siis aja jooksul hakkas järjest suuremat huvi pakkuma molekulaarahela struktuur. Lõppude lõpuks saab selles sisalduvaid molekulaarseid rühmi üksteise suhtes erineval viisil paigutada, moodustades suure hulga isomeerseid vorme. Näiteks kui peamiste valentside ahela külge on kinnitatud mõni külgrühm, võivad need paikneda korrapäraselt või ebaregulaarselt, ahela molekuli ühel või erinevatel külgedel ja võivad moodustada erineva konfiguratsiooni. Järelikult võib sama koostise korral ahela keemiline struktuur olla väga erinev ja see mõjutab suuresti polümeeride omadusi.
Lisaks praktiliseks kasutamiseks väga suurtes kogustes vajalikele polümeeridele, nagu plastid, kiud, kiled, kummid ja kummid, mida praegu toodetakse tohutult, on ülimalt oluliseks saanud ka ainulaadsete, kohati täiesti ootamatute omadustega polümeerid, näiteks: võime eksisteerida kõrgel temperatuuril, säilitades samal ajal vajaliku tugevuse, omades pooljuhtomadusi või elektrijuhtivust, valgustundlikkust, füsioloogilist aktiivsust jne. Avanevad uued laialdased väljavaated, näiteks füsioloogiliselt aktiivsetel polümeeridel põhineva tehisvere saamine, värvainete, pindaktiivsete ainete, elektrolüütide ja paljude teiste saamine.
Nagu ülaltoodust nähtub, on mitmesuguste omadustega polümeeride tootmine ja laialdane kasutamine 20. sajandi keskpaiga keemia üks suurimaid saavutusi.
Bioloogia
Mõiste "bioloogia" võeti kasutusele 1802. aastal. J. B. Lamarck Ja G. R. Treviranusüksteisest sõltumatult.
Esimesed uuringud, mida võib pidada kaasaegse bioloogia algallikateks, pärinevad iidsetest aegadest. On teada, et Vana-Kreeka teadlane ja arst Hippokrates, kes elas 5. - 4. sajandil. eKr, peetakse Vana-Kreeka kuulsaks arstiks, teadusliku meditsiini isaks ja samal ajal bioloogiliste nähtuste teravaks vaatlejaks. Vana-Kreeka teadlane, kes elas rohkem kui pool sajandit hiljem Aristoteles, kelle huvid hõlmasid kõiki tema ajal eksisteerinud teadmiste harusid, ehk kõige enam tegeles tänapäeva mõistes bioloogia küsimustega. Igatahes näitas ta üles suurt huvi kirjeldava bioloogia, taimede ja loomade uurimise, nende süstemaatika, füsioloogia ja embrüoloogia vastu.
Silmapaistev Vana-Rooma teadlane ja arst Galen(ca 130 - 200) on tuntud peamiselt silmapaistva arstina. Tema klassikalises teoses “Inimkeha osadest” kirjeldati esmakordselt inimkeha kui terviku anatoomilist ja füsioloogilist kirjeldust. Galen võttis kokku enne teda tehtud ideed inimkehast, pani aluse haiguste diagnoosimisele ja nende ravile ning juurutas loomkatseid praktikasse.
Bioloogia edasiarendamisel pöörati suurt tähelepanu erinevatele ravimtaimedele. Nagu ülaltoodust nähtub, oli bioloogia oma arengu koidikul eriti tihedalt seotud meditsiiniga. 16. sajandil ja 17. sajandi esimene pool. ilmusid mitmeköitelised teosed, eriti zooloogia entsüklopeedia: Šveitsi teadlane K. Gesner Viieköiteline “Loomade ajalugu”, Itaalia zooloogi monograafiate sari (kolmeteistkümnes köites) U. Aldrovani ja paljud teised.
Renessansiajal tehti inimkeha anatoomias suuri edusamme. Sellega seoses tuleb märkida flaami loodusteadlase saavutusi A. Vesalius,üks esimesi, kes hakkas inimkeha uurima lahkamise teel ja kirik kiusas teda selle pärast taga. Aastal 1543 avaldas Vesalius oma teose "Inimkeha struktuurist", milles ta näitas eriti Galeni vaadete ebakõla vereringe valdkonnas ja jõudis lähedale järeldusele kopsuvereringe olemasolu kohta. Viimase avastamise au kuulub Hispaania teadlasele Miguel Servet(1509 või 1511 - 1553) ja temast sõltumatult Itaalia teadlasele R. Kolumbus(1559).
Kuulus inglise teadlane ja arst William Harvey(1578 - 1657) on kaasaegse füsioloogia ja embrüoloogia rajaja, kes kirjeldas süsteemset ja kopsuvereringet ning oma töös “Südame ja vere liikumise anatoomiline uurimine loomadel” (1628) tõi välja üldise doktriini. loomade vereringet.
Looming 17. sajandil. mikroskoop võimaldas kindlaks teha loomade ja taimede rakustruktuuri, näha mikroobide, punaste vereliblede maailma (punased verelibled – mittetuumarakud, mis kannavad kopsudest hapnikku kudedesse ja süsinikdioksiidi kudedest kudedesse). hingamiselundid), vere liikumine kapillaarides ja palju muud.
Eespool rääkisime üksikasjalikult loomingust 18. sajandi esimesel poolel. Rootsi teadlane K. Linnaeus niinimetatud binaarne (kahenimetusega - perekonna ja liikide kaupa) taimestiku ja loomastiku klassifitseerimise süsteem. Kuigi Linnaeus tunnistas maailma muutumatust, mängis tema süsteem bioloogia arengus suurt rolli. Märkimist väärib ka prantsuse teadlase uurimus Georges Louis Leclerc Buffon(1707 - 1788), kes lõi “Loodusajaloo”, mille 36 köites kirjeldatakse loomi, inimesi, mineraale ning visandatakse ka Maa ajalugu. Buffoni ideed Maa ajaloo kohta sisaldasid oletust sarnaste loomavormide suguluse kohta.
Inglise materialistlik teadlane Joseph Priestley (1733 - 1804), kes tegi katseid taimedega, näitas, et rohelised taimed eraldavad hingamiseks vajalikke gaase ja vastupidi, neelavad gaasi, mis segab hingamist. Taimed näivad Priestley sõnul parandavat hingamisest rikutud õhku. Prantsuse teadlased A. Lavoisier, P. Laplace Ja A. Seguin määras hapniku omadused ja rolli põlemis- ja hingamisprotsessides. Hollandi arst J. Ingenhouse ja Šveitsi teadlased J. Senebier Ja N. Saussure 18. sajandi lõpus - 19. sajandi alguses. kehtestas päikesevalguse rolli roheliste lehtede hapniku vabanemise protsessis.
Jean Baptiste Lamarck uskus, et olendite redel on elusorganismide madalamast kõrgemaks muutumise tagajärg. Ta uskus, et evolutsiooni põhjuseks on elusorganismide loomuomane omadus – iha täiuslikkuse järele. Mis puudutab väliskeskkonda ja selle mõju elusorganismidele, siis Lamarcki sõnul on selline mõju olemas ja see toimub kas keskkonna otsese mõju kaudu, mis on omane taimedele ja madalamatele organismidele, või läbi intensiivse või vastupidi. teatud organite, antud juhul kõrgemate loomade, väga nõrk harjutus.
Ajal, mil Lamarck elas ja töötas, olid tema vaated taimestiku ja loomastiku arengule progressiivsed. Mis puutub evolutsiooni õigustamisse, selle põhjuste paljastamisse, siis Lamarck ei andnud sellele selgitust, piirdudes vaid viitega organismide mingile arusaamatule (ja sisuliselt idealistlikule) täiustumissoovile.
Väljapaistev prantsuse teadlane Louis Pasteur (1822-1895) peetakse kaasaegse mikrobioloogia, immunoloogia ja stereokeemia rajajaks. Ta lükkas ümber mikroorganismide spontaanse tekke teooria ja avastas kääritamise olemuse (protsess, mis toimub ilma õhu juurdepääsuta mikroorganismide mõjul). Kuid kõige kuulsamad on Pasteuri tööd meditsiini valdkonnas, samuti põllumajanduses ja toiduainetööstuses.
Pasteur avastas mikroorganismide rolli loomade ja inimeste nakkushaigustes, töötas välja spetsiaalsed vaktsineerimised, mis nii ennetavad seda tüüpi nakkushaigusi (loovad immuunsust) kui on mõeldud organismi abistamiseks nakkushaiguste vastu võitlemisel.
Asja olemus taandub lühidalt järgmisele. Imetajatel, eriti soojaverelistel, võib immuunsus avalduda kahel viisil. Ühel juhul tekivad veres nn antikehad võõraste kahjulike valkude – antigeenide vastu. Vastuseks antigeeni sissetoomisele (need võivad olla mitte ainult võõrvalgud, vaid ka muud suured molekulid) ilmuvad mõne aja pärast (üks kuni kaks nädalat) verre antikehad - spetsiaalsed immunoglobuliinide rühma kuuluvad, spetsiifiliselt seonduvad valgud. ainult antigeenile, mis põhjustas nende välimuse. Igal antikehamolekulil on kaks identset aktiivset tsentrit, mis võimaldab neil siduda kahte antigeeni molekuli. Antikehad sünteesitakse B-lümfotsüütides ning omandatud võime moodustada teatud tüüpi antikeha (immuunsus) püsib organismis aastaid, sageli kogu elu. Teisel juhul ilmneb kokkusobimatus ühe organismi (retsipient-peremehe) rakkude ja teise organismi (doonori) rakkude vahel. Muide, just kahe erineva organismi rakkude kokkusobimatus on kõige sagedamini siirdamise komplikatsioonide ja ebaõnnestumiste põhjuseks – elundite ja kudede siirdamine ühelt loomalt või inimeselt teisele. Seega tekitab suuri raskusi organismi kasulik omadus – võime luua immuunsust (kahjulike ainete toimele vastu seista) siirdamise korral.
Vene taimefüsioloog ja mikrobioloog Dmitri Iosifovitš Ivanovski(1864-1920), kes avastas esmakordselt tubaka mosaiikviiruse, on viroloogia – teaduse, mis uurib viiruste struktuuri ja omadusi, nende põhjustatud haiguste diagnoosimist ja ravi – rajaja.
Tema suures teoses "Liikide päritolust loodusliku valiku abil" (1859) Charles Robert Darwin(1809-1882) esitasid kolm peamist tegurit, mis määravad elu arengu Maal: varieeruvus, pärilikkus ja looduslik valik. Darwini teooria, mis põhineb neil kolmel teguril, tundub tema raamatut lugedes nii veenev ja ümberlükkamatu, et tundub kummaline, et keegi pole seda varem öelnud. Tahtmatult meenuvad Vana-Kreeka filosoofi ja kirjaniku Plutarkhose ülaltoodud sõnad Archimedese selgete ja arusaadavate seletuste kohta ning siis saab ilmseks, et Darwini argumentide vaieldamatus ja veenvus pole midagi muud kui nende geniaalsuse ja tohutu töö tagajärg. autor.
Maailmakuulus teadlane, inglane Charles Robert Darwin sündis Inglismaal Londoni lähedal Shrewsbury väikelinnas arsti peres. Darwin ise ütles oma eluloo kohta nii: "Ma õppisin, siis reisisin ümber maailma ja siis õppisin uuesti: siin on minu autobiograafia."
Darwinil tekkis lapsepõlves huvi botaanika ja zooloogia, aga ka keemia vastu, kuid saatus otsustas teisiti: algul õppis ta Cambridge'i ülikoolis arstiks ja seejärel, tundmata tõmmet arstipraktika vastu, oma surve all. isa läks ta üle sama ülikooli usuteaduskonda. 1831. aastal lõpetas Darwin Cambridge'i ülikooli, sai bakalaureusekraadi ja jäi vaid preestriks pühitsemine.
Kuid sel ajal soovitas Darwini sõber Cambridge'is, bioloogiaprofessor Henslow, olles saanud Darwini nõusoleku, teda loodusteadlaseks Beagle'i laevale, mis pidi kapten R. Fitzroy juhtimisel peamiselt geograafilistel eesmärkidel ümber maailma rändama. .
See oli võib-olla tema elu peamine pöördepunkt. Reis kestis aastatel 1831–1836. Seda kirjeldatakse kaunilt Darwini raamatus “A Naturalist’s Voyage Around the World on the Beagle”.
27. detsembril 1831 Devonportist alguse saanud Beagle'i marsruut kulges üle Atlandi ookeani kuni Bahia linnani, mis asub lõunapoolkeral, Brasiilia idarannikul. Siia jäi Beagle kuni 12. märtsini 1832, seejärel liikus Atlandi ookeani rannikut mööda lõunasse. 26. juulil 1832 jõudis ekspeditsioon Uruguay pealinna Montevideosse ja tegi kuni 1834. aasta maini ehk ligi kaks aastat töid Lõuna-Ameerika idarannikul. Selle aja jooksul külastati Tierra del Fuegot kaks korda ja Falklandi saari kaks korda. Darwin viis läbi ka maismaaekspeditsioone. 12. mail 1834 suundus Beagle lõunasse, läbis Magellani väina ja jõudis juuni lõpus 1834 Lõuna-Ameerika läänerannikule. Ekspeditsioon jäi Lõuna-Ameerika Vaikse ookeani rannikule kuni septembrini 1835, see tähendab rohkem kui aasta, mille jooksul Darwin käis maismaaekspeditsioonidel, ületas eelkõige Kordillera. Septembris 1835 lahkus Beagle Lõuna-Ameerikast ja suundus Galapagose saartele. Pärast seda liikus ekspeditsioon edelasse, jõudis Partnerlussaartele, seejärel Sõpruse saartele ning heitis 20. detsembril 1835 ankru Uus-Meremaa saare põhjaosas asuvas Saarte lahes. Ekspeditsiooni kurss kulges edasi Austraalia poole, mille lõunarannik möödus Sydneyst läbi Tasmaania kuni King George'i laheni edelaosas. Sealt suundus ekspeditsioon loodesse ja jõudis Kookosesaartele. Seejärel muutis Beagle kurssi, suundus Mauritiuse saarele, tiirutas ümber Hea Lootuse neeme, külastas Püha Helena saart ja heitis 1. augustil 1836 Bahias ankru, lõpetades ümbermaailmareisi. 1836. aasta oktoobris naasis Beagle Inglismaale.
Materjal, mille Darwin oma viieaastaselt ümbermaailmareisilt kaasa tõi, oli tohutu ja mitmekesine. Seal oli herbaariume ja kollektsioone, suur hulk erinevaid plaate ja palju muud.
23 aastat möödus Darwini ümbermaailmareisilt naasmisest kuni tema raamatu "Liikide teke loodusliku valiku vahenditega ehk soositud rasside säilitamine eluvõitluses" avaldamiseni. Samal ajal, 1839. aastal, ilmus Darwini esimene teaduslik töö "Uurimispäevik", 1842. aastal avaldas ta töö korallriffide struktuuri ja leviku kohta, milles Darwin veenvalt tõestas, et riffide alus ei ole iidsed kustunud vulkaanid. , nagu varem arvati, ja korallide lademed, mis on merepõhja vajumise tõttu vee all. Aastatel 1842-1844. Darwin avaldas oma esseedes evolutsiooni põhiteooria.
Pärast ümbermaailmareisilt naasmist kolis Darwin Londonist Londoni lähedale Downi linna, kust ostis väikese kinnistu, kus ta elas oma päevade lõpuni. Darwin abiellus enne kolimist ja tema peres oli palju lapsi.
Niisiis, Darwini põhiteos "Liikide teke loodusliku valiku teel ehk eelistatud tõugude säilitamine eluvõitluses" (lühidalt "Liikide päritolu") ilmus novembris 1859. Raamat veenvalt, suur hulk näiteid, esitab autori ideed, mis lükkasid täielikult ümber seni eksisteerinud ideed taimede ja loomade eluvormide muutumatusest Maal. Darwin kirjutas juba enne raamatu avaldamist: „Jõudsin järk-järgult arusaamisele, et Vana Testament, mis omistas Jumalale kättemaksuhimulise türanni tunde, ei olnud usaldusväärsem kui hindude pühad raamatud või nende uskumused. mingi metslane... Nii et vähehaaval hiilis see sisse, et mu hinges oli uskmatus ja lõpuks sai minust täielik uskmatu.
Ta uskus esiteks, et taime- ja loomamaailma iseloomustab varieeruvus, see tähendab üksikute organismide tunnuste ja omaduste mitmekesisus ning nende omaduste ja omaduste muutumine erinevatel põhjustel. Variatsioon on seega evolutsiooni alus, evolutsiooni esimene lüli. Teiseks uskus ta, et pärilikkus on tegur, mille kaudu organismide (ka uute) tunnused ja omadused kanduvad edasi järgmistele põlvkondadele. Ja lõpuks, kolmandaks, looduslik valik avab tee neile organismidele, kes on elutingimustega, väliskeskkonnaga kõige enam kohanenud, ja vastupidi, "viskab kõrvale" kohanematud organismid.
Niisiis loovad kolm sammast taimsete ja loomsete organismide arengule Maal: varieeruvus, pärilikkus ja looduslik valik.
Darwini materialistlik evolutsiooniteooria, darvinism, oli revolutsiooniline samm teaduse arengus.
Darwini raamatu "Liikide päritolust" ilmumine pälvis suure huviga. Esmaväljaande kõik 1250 eksemplari müüdi ühe päevaga. Ka teine tiraaž – 3000 eksemplari – müüdi koheselt läbi.
Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi
Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.
Sarnased dokumendid
test, lisatud 10.12.2011
Progressi teooria kui teadusfilosoofia esivanem, selle kujunemise etapid ja spetsiifika. Tehnoloogia päritolu ja olemus, teaduse seos selle täiustamisega. Teadusfilosoofia kujunemise põhiprobleemid. Tehnoloogiafilosoofia vastuoluliste küsimuste ülevaade.
abstraktne, lisatud 03.05.2014
Teaduse areng. Teaduse struktuur ja funktsioonid. Fundamentaalne ja rakenduslik teaduses. Teaduse funktsioonid. Teaduse mõju ühiskonna materiaalsele poolele. Teaduse ja tehnoloogia. Teaduse mõju ühiskonna vaimsele sfäärile. Teadus ja inimareng.
abstraktne, lisatud 12.01.2006
Teaduse roll ja tähendus inimkonna sotsiaalses ja kultuurilises arengus. Teaduse mõju tänapäeva inimeste maailmapildile, nende ettekujutustele Jumalast ja tema suhetest maailmaga. 20. sajandi iseärasustest genereeritud spetsiifilise mõtlemisstiili arendamine.
esitlus, lisatud 24.06.2015
Teaduse põhijooned, mis eristavad seda muud tüüpi materiaalsest ja vaimsest inimtegevusest. Teaduse ja praktika koostoime puudumine ning selle kahjulik mõju antiikteaduse arengule. Filosoofiline mõtlemine oli iidse teaduse alus.
abstraktne, lisatud 11.01.2011
Teadus ja tehnoloogia kui tegevus ja sotsiaalne institutsioon. Teaduse roll maailmapildi kujundamisel. Tehnoloogia mõiste, selle arendamise loogika. Teaduse ja tehnoloogia. Kaasaegse teadus- ja tehnoloogiarevolutsiooni sotsiaal-kultuuriline tähtsus. Inimene ja TechnoWorld.
abstraktne, lisatud 27.01.2014
Teaduse inimmõõde ajaloos. Mehaaniline paradigma ja inimlik mõõde. Füüsika kui 20. sajandi paradigmaatiline teadus ja inimmõõtmed. Teadus kui subjektiivse tegevuse liik. Virtuaalsed maailmad, teaduse piirid ja inimlik mõõde.
abstraktne, lisatud 02.11.2007
Teadusfilosoofia probleemid, selle tunnused erinevatel ajalooperioodidel. Teadusliku iseloomu ja teaduslike teadmiste kriteeriumid. Teadusrevolutsioonid kui teaduse aluste ümberstruktureerimine. Teaduse kaasaegse arenguetapi olemus. Teadusliku tegevuse institutsionaalsed vormid.
20. sajandil arenesid ebatavaliselt kiiresti loodusteadused: füüsika, keemia, astronoomia, bioloogia, geoloogia ja paljud teised. Teadus on andnud palju ideid ja arendusi, tootmine omakorda on andnud teadusele keerukaid ja täiustatud seadmeid ja instrumente. Kõik see kokku ergutas teaduse arengut. Selle äärmiselt viljaka teaduse ja tootmise kombinatsiooni tagajärjeks oli nende kõrge arengu saavutamine, mis viis 20. sajandi keskel kolmanda teadus- ja tehnikarevolutsiooni tekkeni.
Füüsika
20. sajandil tegeleti palju aine ehituse uurimisega. Kuulus inglise füüsik Ernest Rutherford(1871 - 1937) tegid eksperimentaalselt kindlaks, et aatomitel on tuumad, milles on koondunud peaaegu kogu nende mass, ja töötasid välja aatomi struktuuri planetaarse mudeli (1911). See oli tõenäoliselt viimane (või võib-olla esimene ja viimane) aatomimudel, mida on suhteliselt lihtne ette kujutada. Planeedimudeli järgi liiguvad elektronid ümber aatomi statsionaarse tuuma (nagu planeedid ümber Päikese) ja samal ajal kiirgavad nad vastavalt klassikalise elektrodünaamika seadustele pidevalt elektromagnetenergiat. Rutherfordi planeedi aatomimudel ei suutnud aga selgitada, miks elektronid, mis liiguvad ümber tuuma ringorbiitidel ja kogevad seetõttu pidevalt kiirendust ning kiirgavad ja kaotavad seetõttu oma kineetilist energiat, ei lähene tuumale ega lange selle peale. pinnale.
Kuulsa Taani füüsiku pakutud aatomi mudel Niels Henrik David Bohr (1885 - 1962), kuigi see põhines Rutherfordi planeedimudelil, ei sisaldanud see näidatud vastuolu. Selleks võttis Bohr kasutusele nüüd tema nime kandvad postulaadid, mille kohaselt on aatomitel nn statsionaarsed orbiidid, mida mööda elektronid liiguvad kiirgamata, samas kui kiirgus tekib vaid neil juhtudel, kui nad liiguvad ühelt statsionaarselt orbiidilt teisele (antud juhul aatomienergia muutus). Bohri geniaalne oletus (või idee), vaatamata oma sisemisele ebajärjekindlusele, ühendab
Newtoni klassikalise mehaanika mõistmine, mida kasutatakse elektronide liikumise ja elektronide liikumise kvantpiirangute selgitamiseks, mis on selle seisukohast vastuvõetamatud, on siiski leidnud eksperimentaalse kinnituse.
Suursaavutuseks füüsikas oli kvant(laine)mehaanika loomine, mille kohaselt on mikroosakestel kahekordne korpuskulaarlaine iseloom. Kvantmehaanika - üks kvantteooria peamisi sektsioone - kõige üldisem füüsikateooria, ei andnud mitte ainult uusi, revolutsioonilisi ideid mikroosakeste kohta, vaid võimaldas ka selgitada paljusid makroskoopiliste kehade omadusi.
Kvantmehaanika arendamise eelduseks oli töö Plancki, Einsteini ja Bohri kvantkontseptsioonide loomisel. 1924. aastal prantsuse füüsik Louis de Broglie esitas idee mitte ainult elektromagnetkiirguse (footonite), vaid ka teiste mikroosakeste kahekordsest korpuskulaarlainest, pannes sellega aluse kvantmehaanikale. Mõnevõrra hiljem viidi läbi katsed, kus täheldati mikroosakeste difraktsiooni – mikroosakeste voolu hajumist (mikroosakeste voogu, mis paindub ümber erinevate takistuste), mis näitas nende laineomadusi, mis oli de Broglie hüpoteesi eksperimentaalne kinnitus.
1925. aastal oli üks kvantmehaanika loojatest Šveitsi teoreetiline füüsik Wolfgang Pauli(1900 - 1958) sõnastas nn välistamisprintsiibi – põhilise loodusseaduse, mille kohaselt ei saa aatomil ega molekulil olla samas olekus kahte elektroni. Austria teoreetiline füüsik Erwin Schrödinger(1887 - 1961) töötas 1926. aastal välja lainemehaanika ja sõnastas selle põhivõrrandi. Saksa teoreetiline füüsik Werner Heisenberg(1901 - 1976) sõnastas määramatuse printsiibi (1927), mille kohaselt ei saa mikroosakeste koordinaatide ja momentide väärtusi üheaegselt nimetada suure täpsusega. Inglise füüsik Paul Dirac pani aluse kvantelektrodünaamikale (1929) ja gravitatsiooni kvantteooriale, töötas välja elektronide liikumise relativistliku teooria, mille põhjal ennustas (1931) positroni – esimese antiosakese (igas mõttes sarnane osake selle "kaksik", antud juhul elektron, kuid temast erinev elektrilaengu, magnetmomendi ja mõne muu tunnuse märk), annihilatsioon ja paaride sünd. 1932. aastal Ameerika füüsik Carl David Anderson avastas kosmilistes kiirtes elektroni antiosakese positroni ja 1936. aastal müüoni.
Aastal 1896, prantsuse füüsik Pierre Curie(1859 - 1906) koos abikaasaga Marie Skłodowska-Curie(1867 - 1934) ja prantsuse füüsik Antoine Henri Becquerel(1852 - 1908) avastas raskete elementide radioaktiivsuse ja radioaktiivsed muundumised. 1934. aastal Prantsuse füüsikapaar Irene(P. Curie ja M. Sklodowska-Curie tütar) ja Frederic Joliot-Curie(1900 - 1958) avastas kunstliku radioaktiivsuse. Inglise füüsiku avastus James Chadwick(1891–1974) viis neutron 1932. aastal kaasaegsete prooton-neutroni ideedeni aatomituumade struktuuri kohta.
Tuumafüüsika arengule ja tuumareaktsioonide uurimisele aitas suuresti kaasa laetud osakeste kiirendite loomine. Teadaolevate elementaarosakeste arv on kordades suurenenud. Paljud neist suudavad eksisteerida vaid tühise aja. Selgus, et elementaarosakesed võivad läbida vastastikuseid teisendusi, et nad pole üldse elementaarsed. Kuulsa Nõukogude füüsiku V.L. eduka võrdluse kohaselt. Ginzburg, kõik toimub nii, nagu oleks meil tegemist “lõpmatu pesitsusnukuga”: avastad ühe elementaarosakese ja selle taga “veel elementaarsema” ja nii edasi ilma lõputa. Ilmselt võib öelda, et enamik tänapäeva füüsikuid tunnistab eriliste fundamentaalosakeste – kvarkide ja vastavate antiosakeste – antikvarkide olemasolu. Eeldatakse, et kvarkidel on murdosa elektrilaeng. Kvarke ei ole eksperimentaalselt avastatud, kuid võib-olla seetõttu, et nad ei saa eksisteerida vabas, sidumata olekus.
Ei saa märkimata jätta füüsika tohutut mõju teistele teadustele ja tehnoloogia arengule. Kuna see teema on tõesti ammendamatu, viitame ainult nendele teadustele, mille nimigi viitab füüsika mõjule: astro-, geo- ja biofüüsika, füüsikaline keemia ja mõned teised.
Tuumafüüsika kiire areng võimaldas 1939.–1945. astuda otsustavaid samme tuumaenergia vabastamisel. Algul kasutati seda silmapaistvat teaduslikku avastust sõjalistel eesmärkidel tuuma- ja termotuumarelvade loomiseks ning seejärel rahumeelsetel eesmärkidel: Nõukogude Liidus ehitati esimene tuumaelektrijaam, mis alustas tööd 1954. aastal. Seejärel kümneid võimsaid tuumaelektrijaamu ehitati paljudes riikides üle maailma, kus toodetakse märkimisväärne osa elektrist.
Toetudes kristallide füüsikale, tohutu praktilise tähtsusega pooljuhtide teooriale, röntgendifraktsioonianalüüsile, aga ka elektronmikroskoobile ja märgistatud aatomite meetodile, mis mängisid suurt rolli paljude tehnoloogiavaldkondade arengus. , ja võib-olla eriti metallurgia, loodi. Elektroonika võlgneb palju füüsikale ja selle saavutustele - teadusele elektronide ja elektromagnetväljade vastastikmõjust ning elektroonikaseadmete loomise meetoditest, mis omakorda on määrava tähtsusega paljudes tehnoloogiavaldkondades, eriti elektrooniliste arvutite jaoks.
Albert Einstein. Relatiivsusteooria
Ameerika füüsiku katsed Albert Abraham Michelson(1852 - 1931) näitas valguse kiiruse määramisega (sealhulgas kuulus "Michelsoni eksperiment") oma sõltumatust Maa liikumisest. Selgus, et valguse kiirus tühjas ruumis on alati konstantne ja nii kummaline, kui see esmapilgul ka ei tundu, sõltumatu valguse allika või vastuvõtja liikumisest.
Michelsoni avastust ei saanud seletada tol ajal eksisteerinud füüsikateooriate seisukohast. Esiteks, Galileo relatiivsusprintsiibist tuleneb, et kui kaks koordinaatsüsteemi liiguvad üksteise suhtes sirgjooneliselt ja ühtlaselt, st klassikalise mehaanika keeles on süsteemid inertsiaalsed, siis on kõik loodusseadused nende jaoks samad. Pealegi, olenemata sellest, kui palju selliseid süsteeme on (kaks või palju rohkem), ei ole võimalik kindlaks teha, millises neist saab kiirust pidada absoluutseks. Teiseks saab klassikalise mehaanika kohaselt inertsiaalsüsteemide kiirusi üksteise suhtes teisendada, st teades keha (materiaalse punkti) kiirust ühes inertsiaalsüsteemis, saab määrata selle keha kiiruse teises inertsiaalsüsteemis. , ja selle keha kiiruste väärtused erinevates inertsiaalsetes koordinaatsüsteemides on erinevad.
Ilmselgelt on teine positsioon vastuolus Michelsoni eksperimendiga, mille kohaselt, kordame, on valgusel konstantne kiirus sõltumata valguse allika või vastuvõtja liikumisest, st sõltumata sellest, millistes inertsiaalsetes koordinaatsüsteemides loendatakse.
See vastuolu lahendati relatiivsusteooria abil – füüsikateooria, mille põhiseadused kehtestas A. Einstein 1905. aastal (era- ehk erirelatiivsusteooria) ja 1907.–1916. (üldrelatiivsusteooria).
Suurepärane teoreetiline füüsik Albert Einstein(1879 - 1955) sündis Saksamaal (Ulm). Alates 14. eluaastast elas ta perega Šveitsis. Ta õppis Zürichi Polütehnilises Instituudis ja 1900. aastal lõpetades õpetas Schafhauseni ja Winterthuri linnade koolides. 1902. aastal õnnestus tal saada Berni Föderaalses Patendiametis eksperdi koht, mis talle rahaliselt rohkem sobis. Tööaastad büroos (1902–1909) olid Einsteini jaoks väga viljaka teadusliku tegevuse aastad. Selle aja jooksul lõi ta relatiivsusteooria eriteooria, andis matemaatilise Browni liikumise teooria, mis muide jäi umbes 80 aastaks seletamatuks, arendas valguse kvantkontseptsiooni, tegi statistilise füüsika alast uurimistööd ja mitmeid teistest teostest.
Alles 1909. aastal said Einsteini niigi tohutud teadussaavutused laialdaselt tuntuks, neid hinnati (kaugelt mitte täielikult) ning ta valiti Zürichi ülikooli ja 1911. aastal Praha Saksa ülikooli professoriks. 1912. aastal valiti Einstein Zürichi Polütehnilise Instituudi osakonna juhatajaks ja naasis Zürichisse. 1913. aastal valiti Einstein Preisi ja Baieri Teaduste Akadeemia liikmeks ning ta kolis Berliini, kus elas kuni 1933. aastani, olles füüsikainstituudi direktor ja Berliini ülikooli professor. Selle aja jooksul lõi ta üldise relatiivsusteooria (tõenäoliselt valmis, kuna ta alustas sellega tegelemist 1907. aastal), töötas välja valguse kvantteooria ja viis läbi mitmeid muid uuringuid. 1921. aastal pälvis Einstein Nobeli preemia töö eest teoreetilise füüsika vallas, eriti fotoelektrilise efekti seaduste avastamise eest (nähtus, mis hõlmab elektronide vabanemist tahkest või vedelikust elektromagnetiline kiirgus).
1933. aastal lahkus Einstein Saksa fašismi ideoloogide kui avaliku elu tegelase – sõja vastu võitleja ja juudi – rünnakute tõttu Saksamaalt ning hiljem fašismivastase protesti märgina keeldus ta liikmelisusest Saksa akadeemiasse. Teadused. Einstein veetis kogu oma elu viimase osa Princetonis (USA), töötades Princetoni alusuuringute instituudis.
Relatiivsusteooria tugineb tõsiasjale, et erinevalt Newtoni mehaanikast ei ole ruumi ja aja mõisted absoluutsed. Ruum ja aeg on Einsteini sõnul mateeria ja üksteisega orgaaniliselt seotud. Võib öelda, et relatiivsusteooria ülesanne taandub neljamõõtmelise ruumi seaduste kindlaksmääramisele, mille kolm koordinaati on kolmemõõtmelise ruumala koordinaadid (x, y, z) ja neljas koordinaat on aeg. (t).
Kogemusega tõestatud valguse kiiruse püsivus sunnib meid absoluutse aja mõistest loobuma.
Valguse kiirus, mis on võrdne, nagu me teame, tohutu väärtusega - 300 tuhat km/s, on piir. Ühegi objekti kiirus ei saa olla suurem.
1905. aastal ühendas Einstein ruumi ja aja mõisted. Üksteist aastat hiljem suutis ta näidata, et Newtoni gravitatsioon on selle julge ühendamise ilming selles mõttes, et Newtoni gravitatsioon tähendab kõveruse olemasolu ühes aegruumis.
Einstein jõudis järeldusele, et reaalne ruum on mitteeukleidiline, et gravitatsioonivälju loovate kehade olemasolul muutuvad ruumi ja aja kvantitatiivsed omadused teistsuguseks kui kehade ja nende poolt tekitatavate väljade puudumisel. Nii et näiteks kolmnurga nurkade summa on suurem kui π, aeg voolab aeglasemalt. Einstein andis N.I teooriale füüsilise tõlgenduse. Lobatševski. Üldrelatiivsusteooria alused väljenduvad Einsteini saadud gravitatsioonivälja võrrandis.
Kui erirelatiivsusteooria ei leidnud kinnitust mitte ainult eksperimentaalselt, mikroosakeste kiirendite ja tuumareaktorite loomise ja töötamise käigus, vaid on juba muutunud vajalikuks vahendiks vastavate arvutuste tegemiseks, siis üldrelatiivsusteooriaga on olukord teine.
Mahajäämus üldrelatiivsusteooria eksperimentaalse kontrollimise valdkonnas on tingitud nii Maa ja Päikesesüsteemi vaatlusele kättesaadavate mõjude väiksusest kui ka vastavate astronoomiliste meetodite võrdlevast ebatäpsusest.
Kvantteooria rajaja on kuulus saksa füüsik, Berliini Teaduste Akadeemia liige, NSVL Teaduste Akadeemia auliige Max Planck (1858-1947). Planck õppis Müncheni ja Berliini ülikoolides, kuulates Helmholtzi, Kirchhoffi ja teiste silmapaistvate teadlaste loenguid. Ta töötas peamiselt Kielis ja Berliinis. Plancki peamised tööd, mis kirjutasid tema nime teadusajalukku, on seotud soojuskiirguse teooriaga.
Otsustava sammu astus Planck aastal 1900, kui ta pakkus välja uue (klassikaliste ideedega täiesti vastuolus oleva) lähenemisviisi: pidada elektromagnetkiirguse energiat diskreetseks väärtuseks, mida saab edastada ainult eraldi, kuigi väikeste portsjonitena (kvantidena). . Sellise energia osana (kvant) pakkus Planck välja väärtuse E = hv, erg on elektromagnetkiirguse energia osa (kvant), sec -1 on kiirguse sagedus, h=6,62*10 -27 erg*sek – konstant, mis sai hiljem nimeks Plancki konstant ehk Plancki toimekvant.
Plancki oletus osutus üliedukaks või veel parem – hiilgavaks. Planckil ei õnnestunud saada mitte ainult kogemustele vastav soojuskiirguse võrrand, vaid tema ideed said aluseks kvantteooriale – ühele kõige põhjalikumale füüsikateooriale, mis hõlmab nüüdseks kvantmehaanikat, kvantstatistikat ja kvantväljateooriat.
Aine struktuur. Kvantteooria
Aatomifüüsika kui iseseisev teadus tekkis elektronide ja radioaktiivse kiirguse avastamise põhjal. Kuulus inglise füüsik avastas elektroni - negatiivselt laetud mikroosakese massiga vaid umbes 9 * 10 -28 g - aine ühe peamise struktuurielemendi. Joseph John Thomson (1856 - 1940), liige (1884) ja
Londoni Kuningliku Seltsi president (1915 - 1920), NSVL Teaduste Akadeemia välisriigi auliige.
1896. aastal avastasid prantsuse füüsikud Pierre Curie, Marie Sklodowska-Curie ja A. Becquerel esmakordselt uraanisoolade radioaktiivsuse. Radioaktiivsuse fenomen, mis lõpuks kummutas aatomi jagamatuse (transmutatsiooni) idee, seisneb ebastabiilsete aatomituumade spontaanses muutumises teiste elementide (teiste aatomite) tuumadeks, mis toimub tuumakiirgus. Samuti selgus (meditsiinile oli see äärmiselt oluline), et Becquereli avastatud kiired võivad tungida sügavale mateeriasse ja olid seetõttu vahendiks näiteks fotode saamiseks inimese siseorganitest.
Pierre Curie ja tema naine Marie Skłodowska-Curie tegelesid ka radioaktiivsuse ja muude elementide küsimustega. Nad avastasid 1898. aastal uued elemendid: polooniumi ja raadiumi. Leiti, et radioaktiivne kiirgus võib olla kahte tüüpi: kas radioaktiivse elemendi tuum kiirgab alfaosakest (heeliumi aatomi tuum positiivse laenguga 2e) või beetaosakest (negatiivse laenguga elektron -e) . Mõlemal juhul muutub radioaktiivse elemendi aatom teise elemendi aatomiks (see oleneb nii algsest radioaktiivsest ainest kui ka radioaktiivse kiirguse liigist).
Radioaktiivsuse uurimisel oli suur tähtsus kuulsa inglise füüsiku Ernest Rutherfordi ja kuulsa inglise keemiku ühistööl. Frederica Soddy (1877 - 1956), viidi läbi 1899.-1907. Algsete radioaktiivsete elementidena kasutasid nad uraani, tooriumi ja aktiiniumi. Avastati nn isotoobid, st. sama keemilise elemendi sordid, millel on samad keemilised omadused ja mis hõivavad Mendelejevi perioodilises elementide tabelis sama koha, kuid erinevad aatomite massi poolest.
E. Rutherford, Londoni Kuningliku Seltsi liige, NSVL Teaduste Akadeemia auliige, sündis 1871. aastal Uus-Meremaal väiketaluniku perekonnas, 12 lapsest neljas. Lõpetanud Uus-Meremaa ülikooli (Christchurch). 1894. aastal kolis ta Inglismaale ja võeti vastu Cambridge'i ülikooli Cavendishi laboratooriumi, kus alustas uurimistööd J. J. Thomsoni juhtimisel. Rutherford veetis suurema osa oma elust (mõnede katkestustega Montreali ja Manchesteri ülikoolides töötades) Cambridge'is, olles alates 1919. aastast Cavendishi labori direktor. Ta koolitas välja suure hulga kõrgelt kvalifitseeritud füüsikuid.
Rutherford jõudis katsete põhjal järeldusele, et aatomites on tuumad – positiivselt laetud mikroosakesed, mille suurus (umbes 10 -12 cm) on aatomite mõõtmetega (umbes 10 -8 cm) võrreldes väga väike, kuid nende mass aatom on peaaegu täielikult koondunud oma tuumasse,
α-osake muudab järsult oma tee suunda, kui see tabab tuuma.
Aatomituumade avastamine oli aatomifüüsika arengus väga suur sündmus. Kuid Rutherfordi aatomi planetaarmudel osutus Maxwelli elektrodünaamikaga kokkusobimatuks.
Bohri järgmine aatomimudel põhines kvantteoorial. Üks 20. sajandi suurimaid füüsikuid. - taanlane Niels Bohr(1885 - 1962) on sündinud ja lõpetanud Kopenhaageni ülikooli. Ta töötas Cambridge'i ülikoolis J. J. Thomsoni ja Manchesteri ülikoolis Rutherfordi juhtimisel. 1916. aastal valiti ta Kopenhaageni ülikooli teoreetilise füüsika osakonna juhatajaks, aastast 1920 ja kuni elu lõpuni juhtis ta Kopenhaagenis loodud teoreetilise füüsika instituuti, mis nüüd kannab tema nime. 1943. aastal, kui natsid okupeerisid Taani, kolis Bohr, nähes, et tema vastu valmistatakse ette repressioone, koos Vastupanuorganisatsiooni abiga, kolis paadiga Rootsi ja seejärel USA-sse. Pärast sõja lõppu naasis ta Kopenhaagenisse.
Bohri loodud aatomimudel põhines Rutherfordi planeedi aatomimudelil ja tema enda 1913. aastal välja töötatud aatomi struktuuri kvantteoorial.
1924. aastal leidis aset üks suurimaid sündmusi füüsika ajaloos: prantsuse füüsik. Louis de Broglie(1892 - 1983) esitasid idee aine laineomadustest, pannes sellega aluse kvantmehaanikale. Ta väitis, et laineomadused koos korpuskulaarsete omadustega on omased igat tüüpi ainetele: elektronidele, prootonitele, molekulidele ja isegi makroskoopilistele kehadele.
Kvantmehaanika edasine areng - see uus ebatavaliselt viljakas suund - saavutati peamiselt 20ndate lõpus - 30ndate alguses kuulsate füüsikute tööde kaudu - Max Sündis (Saksamaa, 1882–1970), Werner Heisenberg (Saksamaa, 1901–1976), Diraci väljad (Inglismaa, sünd 1902), Erwin Schrödinger (Austria, 1887 - 1961), samuti Wolfgang Pauli (Šveits, 1900–1958), Enrico Fermi (Itaalia, 1901–1954), Vladimir Aleksandrovitš Fok (1898 - 1974) ja paljud teised.
Kvantmehaanika eraldi osad hõlmasid aatomifüüsikat, kiirgusteooriat, molekulide struktuuri teooriat (mida mõnikord nimetatakse ka kvantkeemiaks), tahkete ainete teooriat, elementaarosakeste interaktsiooni teooriat, molekulide struktuuri teooriat. aatomituum jne.
Kvantmehaanikas on Heisenbergi poolt paika pandud nn määramatuse seos. Määramatuse seose matemaatiline väljendus on väga lihtne:
kus Δx on elektronkoordinaadi määramise ebatäpsus; Δp - elektroni impulsi määramise ebatäpsus; h on Plancki konstant.
Sellest väljendist on selge, et elektroni asukohta ruumis ja selle impulsi üheaegselt määrata on võimatu. Tõepoolest, kui Δx on väga väike, st. elektroni asukoht ruumis on suure täpsusega teada, siis on Δp suhteliselt suur ja järelikult saab impulsi suurust arvutada nii väikese täpsusega, et praktikas tuleb seda pidada teadmata kogus. Ja vastupidi, kui Δp on väike ja seetõttu on teada elektroni impulss, siis Δx on suur; ja seetõttu pole elektroni asukoht ruumis teada. Muidugi kehtib määramatuse põhimõte iga osakese, mitte ainult elektroni kohta.
Klassikalise mehaanika seisukohalt on määramatuse suhe absurdne. "Kaine mõistuse" seisukohalt tundub see vähemalt väga kummaline ja on võimatu ette kujutada, kuidas see kõik "tegelikult" olla võiks.
Kuid me ei tohi unustada, et me elame makrokosmoses, suurte kehade maailmas, mida näeme oma silmaga (või isegi mikroskoobi abil) ja suudame mõõta nende suurust, massi, liikumiskiirust ja palju muud. Vastupidi, mikromaailm on meile nähtamatu, me ei saa otseselt mõõta ei elektroni suurust ega energiat. Selleks, et mikromaailma nähtusi paremini ette kujutada, tahame alati ehitada adekvaatse mehaanilise mudeli ja seda on mõnikord ka võimalik teha. Tuletame meelde näiteks Rutherfordi aatomi planeedimudelit. See on teatud määral sarnane Päikesesüsteemiga, mis antud juhul on meie jaoks mehaaniline mudel. Seetõttu on aatomi planetaarmudel kergesti tajutav.
Kuid enamiku mikromaailma objektide ja nähtuste jaoks on mehaanilist mudelit võimatu luua ja seetõttu tajutakse kvantmehaanika sätteid sageli suurte raskustega. Proovige näiteks ehitada elektroni mehaaniline mudel, millel on osakeste lainete omadused, või mehaaniline mudel, mis selgitab, miks on võimatu samaaegselt määrata elektroni massi ja impulssi. Sellepärast peaks nendel juhtudel rõhk olema "aru saama", mitte "kujutlema".
Üks juhtivaid Nõukogude füüsikuid ütles selles küsimuses hästi Lev Davidovitš Landau(1908–1968): "Inimgeeniuse suurim saavutus on see, et inimene saab aru asjadest, mida ta enam ette ei kujuta."
Öeldule võib lisada, et määramatuse printsiip (määramatuse suhe) on kvantmehaanika põhipositsioon.
Kuulus inglise füüsik, Rutherfordi õpilane James Chadwick avastas neutroni, neutraalse osakese, mis siseneb aatomi tuuma koos prootonitega ja mängis nii olulist rolli tuumaenergia kasutusviiside loomisel.
Pärast elektroni, prootoni, footoni ja lõpuks 1932. aastal neutroni avastamist tehti kindlaks suure hulga uute elementaarosakeste olemasolu – kokku umbes 350. Nende hulgas: positroon kui rakkude antiosake. elektron; mesonid - ebastabiilsed mikroosakesed (nende hulka kuuluvad μ-mesonid, π ± -mesonid ja raskemad π 0 -mesonid); erinevat tüüpi hüperonid - ebastabiilsed mikroosakesed, mille mass on suurem kui neutroni mass; äärmiselt lühikese elueaga resonantsosakesed (umbes 10-22...10-24 s); neutriinostabiilne, elektriliselt laenguta osake, ilmselt nulli puhkemassiga, peaaegu uskumatu läbilaskvusega; antineutriino - neutriino antiosake, mis erineb neutriinost leptoni laengu märgi poolest jne.
Praegu mõistetakse elementaarosakeste all universumi “ehituskivisid”, millest saab ehitada kõike, mida me looduses teame. Elementaarosakeste maailm on keeruline ja elementaarosakeste teooria on oma arengu alguses. Võib-olla toovad järgmised aastad sellesse palju uut.
Keemia
Keemia kuulub loodusteaduste hulka. Selle sfääris on keemiliste ainete transformatsioonid, mis on identsete aatomite (elementide) ja identsetest molekulidest koosnevate keerukamate ainete kogum. Kaasaegne keemia on tihedalt seotud teiste loodusteadustega, eelkõige füüsikaga. Seetõttu ilmusid ja arenesid laialdaselt sellised teadused nagu füüsikaline keemia, biokeemia, geokeemia jne Keemia jaguneb ka anorgaanilisteks, mille aineks on ained, mille molekulid ei sisalda süsinikku, ja orgaanilisteks, mille valdkonda kuuluvad ained, molekulid sisaldavad tingimata süsinikku.
Keemia on oma arengu esimestest sammudest alates tihedalt seotud tootmisega. Ammu enne uut ajastut tekkisid sellised protsessid nagu metallurgia, tekstiilivärvimine, naha töötlemine ja teised, mida oli pikka aega peetud keemiliseks.
Veel 17. sajandi teisel poolel. kuulus inglise füüsik ja keemik R. Boyle andis ilmselt esimese keemilise elemendi teadusliku definitsiooni, pani aluse keemilisele analüüsile ja näitas alkeemia ebajärjekindlust.
Aastal 1748 M. V. Lomonosov avastas eksperimentaalselt keemiliste reaktsioonide massi jäävuse seaduse. Mõnevõrra hiljem, kuid sellest sõltumatult, kehtestati sama seadus A. Lavoisier –üks keemia rajajaid.
Äärmiselt oluline roll keemia arengus kuulub inglise teadlasele John Dalton (1766 - 1844) - keemilise atomismi looja, nagu mõnikord öeldakse. Aastal 1803 kehtestas ta mitme suhte seaduse, võttis kasutusele mõiste "aatommass" ja määras mõne elemendi jaoks selle väärtused, võttes üheks kõige kergema elemendi, vesiniku, aatommassi. Itaalia teadlane Amadeo Avogadro(1776 - 1856) ja prantsuse teadlane Andre Marie Ampere(1775 - 1836) 19. sajandi alguses. tutvustas ideed molekulist, mis koosneb aatomitest, mis on omavahel keemiliste jõududega ühendatud. Siis Rootsi teadlane Jens Jacob Berzelius(1779 - 1848), kes tegi palju eksperimentaalkeemikuna, koostas Daltonil võimalikust täpsema aatommasside tabeli, mis sisaldas juba 46 elementi ja tutvustas praegu kasutusel olevate elementide märke. Ta avastas uusi enda jaoks tundmatuid elemente: tseesiumi (Cs), seleeni (Se), tooriumi (Th). Berzelius lõi ka elektrokeemilise teooria, mille põhjal koostas elementide ja ühendite klassifikatsiooni.
prantsuse keemik Charles Frederic Gerard(1816 - 1856) 19. sajandi keskel. pakkus välja niinimetatud tüüpide teooria, mis oli orgaaniliste ühendite klassifitseerimise süsteem, ja tutvustas ka homoloogsete seeriate ideed - seotud orgaaniliste ühendite rühmad, mis oli oluline mitte ainult orgaaniliste ühendite klassifitseerimisel. neile omased reaktsioonid.
19. sajandi keskel. tehti veel üks oluline avastus. inglise keemik Edward Frankland(1825 - 1899) tutvustas valentsi mõistet – antud keemilise elemendi aatomi võimet ühineda teiste aatomitega. Ta tutvustas ka terminit "valents". Selgus, et ühe aine aatomid võivad ühineda teiste ainete aatomitega ainult rangelt määratletud vahekordades. Valentsiühikuks võeti vesiniku reaktsioonivõime (valentsus). Näiteks süsiniku kombinatsioon vesinikuga – metaan 2 CH 4 näitab, et süsinik on neljavalentne.
Kuulus vene keemik Aleksander Mihhailovitš Butlerov(1828 - 1886) lõi 1861. aastal aine keemilise struktuuri teooria. Selle teooria kohaselt määrab aine keemilised omadused selle koostis ja aatomite sidemete järjekord (laad) aine molekulis.
Nagu eespool üksikasjalikult kirjeldatud, on silmapaistev vene keemik D. I. Mendelejev 1869. aastal avastas ta keemiliste elementide perioodilise seaduse ja lõi elementide perioodilise süsteemi – tabeli, kus tol ajal teadaolevad 63 keemilist elementi jaotati vastavalt nende omadustele rühmadesse ja perioodidesse (erirolli omistas ta aatommassile ja valentsile ). Eraldi tuleb märkida Mendelejevi mitmekülgsust teadlasena (üle 500 teadustöö, mis ta kirjutas lahendusteooria, keemiatehnoloogia, füüsika, metroloogia, meteoroloogia, põllumajanduse, majanduse ja paljude teiste küsimustega) ja tema pidevat huvi nn. tööstus, peamiselt keemiatööstus. D.I. Mendelejevi nimi on teaduse ajalukku kindlalt juurdunud.
Nimi sakslane Ivanovitš Hess (1802 - 1850), saksa päritolu vene teadlane, on tuntud oma töö poolest termokeemia vallas – teaduses, mis tegeleb keemiliste reaktsioonidega kaasnevate termiliste mõjudega. Hess kehtestas tema nime kandva seaduse, millest järeldub, et kui keemiline ringprotsess viiakse läbi, kui reaktsioonis osalevad reageerivad keemilised ained on protsessi lõpus algkoostises, tekib kogu soojuslik efekt. reaktsioon on null.
Hessi uurimistööd termokeemia vallas jätkas prantsuse teadlane Pierre Eugene Marcelin Berthelot(1827 - 1907), kes tegeles ka orgaanilise keemia, keemilise kineetika ja mõne muu küsimustega, Taani keemik Hans Peter Thomsen(1826 - 1909) ja vene teadlased Nikolai Nikolajevitš Beketov(1827 - 1911), kes töötas ka metallikeemia alal.
19. sajandi teine pool. märgiti tööga elektrokeemia alal, mille tulemusena Rootsi füüsikaline keemik August Arrheniuse Svanet(1859 - 1927) formuleeriti elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria. Samal ajal arendati edasi ka lahuste õpetust - kahe või enama aine segud, mis on lahustis ühtlaselt jaotunud aatomite, ioonide või molekulide kujul. Peaaegu kõik vedelikud on lahused. See, muide, on niinimetatud "magnetvedelike" "saladus". Sellega seoses tuleks mainida D. nimesid. I. Mendelejev, Hollandi füüsikaline keemik Van't Hoffe, vene füüsikaline keemik N. S. Kurnakov.
19. sajandil Selgitati praktikas nii oluliste katalüsaatorite – ainete, mis suurendavad reaktsiooni kiirust, kuid lõpuks selles ei osale – mõju. 19. sajandi lõpus. K. Guldberg Ja P. Waage avastati massimõju seadus, mille kohaselt keemilise reaktsiooni kiirus on võrdeline ainete kontsentratsiooniga, mis on seotud nende stöhhiomeetriliste arvudega vastava reaktsiooni võrrandis. Massimõju seadusest järeldub, et reaktsioonid toimuvad alati mõlemas suunas (vasakult paremale ja paremalt vasakule). Kui keemiline tasakaal on saavutatud, reaktsioon jätkub, kuid reageeriva segu koostis jääb (antud temperatuuril) muutumatuks. Järelikult on keemiline tasakaal oma olemuselt dünaamiline.
20. sajandi jaoks Eriti iseloomulik on keemiateaduse kiire arengutempo, mis on tihedalt seotud suurte füüsikasaavutustega, ja keemiatööstuse kiire kasv.
Leiti, et keemilise elemendi aatomnumber perioodilisustabelis on arvuliselt võrdne, nagu eespool mainitud, elemendi aatomituuma laenguga või, mis on sama, elektronide arvuga elemendi kestas. aatom. Seega, kui elemendi aatomnumber suureneb, suureneb väliste elektronide arv aatomis ja see juhtub sarnaste väliste elektrooniliste struktuuride perioodilise kordumisega. See seletab nii kemikaali perioodilisust kui ka Mendelejevi kehtestatud elementide paljusid füüsikalisi omadusi.
Kvantmehaanika areng on võimaldanud kindlaks teha keemilise sideme olemuse – aatomite vastastikmõju, mis määrab nende ühinemise molekulideks ja kristallideks. Üldiselt olgu öeldud, et keemia areng 20. sajandil. tuginedes füüsika saavutustele, eriti aine ehituse vallas.
20. sajandil Keemiatööstus arenes enneolematu kiirusega. Algul põhines keemiatehnoloogia eelkõige praktiliseks kasutamiseks vajalike lihtsamate ainete eraldamisel keerukatest looduslikest ainetest. Näiteks maakidest metallid, keerulisematest ühenditest erinevad soolad. Laialdaselt on kasutatud ja kasutatakse nn vaheainete (väävel-, vesinikkloriid- ja lämmastikhape, ammoniaak, leelised, sooda jne) valmistamist keemia lõpptoodete valmistamiseks. Seejärel hakati üha enam kasutama keeruliste keemiatoodete sünteesi, sealhulgas selliseid, millel pole looduses analooge, nagu ülipuhtad, ülitugevad, kuumakindlad, kuumakindlad, pooljuhid jne. need nõuavad väga kõrgete või väga madalate temperatuuride, kõrge rõhu, elektri- ja magnetvälja ning muude, nagu neid sageli nimetatakse, äärmuslike tingimuste loomist.
Polümeeride – ainete, mille molekulid koosnevad väga suurest hulgast korduvatest struktuuridest – tootmine ja kasutamine on muutunud laialt levinud; Polümeeride molekulmass võib ulatuda mitme miljonini. Polümeerid jagunevad looduslikeks (biopolümeerid: valgud, nukleiinhapped jne), millest ehitatakse elusorganismide rakud, ja sünteetilisteks, näiteks polüetüleen, polüamiidid, epoksüvaigud jne. Polümeerid on plasti tootmise aluseks. , keemilised kiud ja paljud teised olulised materjalid. Tuleb märkida, et väljapaistva nõukogude keemiku ja füüsiku ahelreaktsioonide alased uuringud on polümeeri keemia (nagu ka paljude teiste keemiatööstuse harude) arengu seisukohalt eriti olulised. N. N. Semenova ja kuulus Ameerika teadlane S. Hinshelwood.
Nii anorgaaniline keemiatehnoloogia, eelkõige keemiliste väetiste tootmine põllumajanduses, kui ka orgaaniline keemiatehnoloogia, nagu nafta, maagaasi ja kivisöe rafineerimine, värvainete ja ravimite tootmine, aga ka eespool nimetatud sünteetiliste polümeeride tootmine, on saanud laialdase arengu.
Kuigi esimesed polümeertooted (fenoplastid - korrosioonikindlate konstruktsioonimaterjalidena kasutatavad plastid ja kummitaolised ained) saadi 19. sajandi lõpus, tekkisid põhilised ideed polümeeride olemuse ja omaduste kohta mitte nii kaua aega tagasi - umbes 40ndate alguseks20 V. Selleks ajaks tekkis ka idee polümeersete ainete sünteesist. Selgus, et polümeeride eduka tootmise üheks peamiseks tingimuseks on lähteainete (monomeeride) väga kõrge puhtusaste, kuna isegi väga väikese koguse võõrmolekulide (saasteainete) olemasolu võib polümerisatsiooniprotsessi katkestada ja peatada. polümeeri molekulide kasv.
20. sajandi 40. aastate alguseks. Loodi kõik peamised polümeermaterjalid (polüstüreen, polüvinüülkloriid, polüamiidid ja polüestrid, polüakrülaadid ja orgaaniline klaas), mille tootmine muutus järgnevatel aastatel väga suureks. Siis, 30ndatel, akadeemiku juhtimisel Sergei Vasiljevitš Lebedev(1874 - 1934) loodi sünteetilise kummi suuremahuline tootmine. Umbes samal ajal avastati räniorgaanilised polümeerid, mille oluliseks omaduseks on head dielektrilised omadused, ning töötati välja nende valmistamise tehnoloogia; peamine tunnustus selle eest kuulub akadeemikule Kuzma Andrianovitš Andrianov(1904 - 1978). Areng N.N. Semenovi ahelreaktsioonide teooriat seostatakse radikaalse polümerisatsiooni mehhanismiga. Vabade radikaalide all mõistetakse keemias väga reaktiivseid kineetiliselt sõltumatuid osakesi (aatomeid või aatomrühmi), millel on paardumata elektronid, näiteks H, CH3, C6H5.
Hiljem selgus, et polümeeride omadusi ei määra mitte ainult molekulide keemiline koostis ja suurus, vaid suurel määral ka molekulaarahela struktuur. Näiteks selgus, et sünteetilise kautšuki ja loodusliku kautšuki omaduste erinevuse määrab mitte molekulide keemiline koostis ja suurus, vaid nende struktuur. Sedapuhku kuulus Nõukogude keemik Valentin Aleksejevitš Kargin(1907 - 1969) kirjutas: „Kui polümeeri keemia arengu esimesel perioodil pöörati põhitähelepanu tekkivate molekulide suurusele ja keemilisele koostisele, siis aja jooksul hakkas järjest suuremat huvi pakkuma molekulaarahela struktuur. Lõppude lõpuks saab selles sisalduvaid molekulaarseid rühmi üksteise suhtes erineval viisil paigutada, moodustades suure hulga isomeerseid vorme. Näiteks kui peamiste valentside ahela külge on kinnitatud mõni külgrühm, võivad need paikneda korrapäraselt või ebaregulaarselt, ahela molekuli ühel või erinevatel külgedel ja võivad moodustada erineva konfiguratsiooni. Järelikult võib sama koostise korral ahela keemiline struktuur olla väga erinev ja see mõjutab suuresti polümeeride omadusi.
Lisaks praktiliseks kasutamiseks väga suurtes kogustes vajalikele polümeeridele, nagu plastid, kiud, kiled, kummid ja kummid, mida praegu toodetakse tohutult, on ülimalt oluliseks saanud ka ainulaadsete, kohati täiesti ootamatute omadustega polümeerid, näiteks: võime eksisteerida kõrgel temperatuuril, säilitades samal ajal vajaliku tugevuse, omades pooljuhtomadusi või elektrijuhtivust, valgustundlikkust, füsioloogilist aktiivsust jne. Avanevad uued laialdased väljavaated, näiteks füsioloogiliselt aktiivsetel polümeeridel põhineva tehisvere saamine, värvainete, pindaktiivsete ainete, elektrolüütide ja paljude teiste saamine.
Nagu ülaltoodust nähtub, on mitmesuguste omadustega polümeeride tootmine ja laialdane kasutamine 20. sajandi keskpaiga keemia üks suurimaid saavutusi.
Bioloogia
Mõiste "bioloogia" võeti kasutusele 1802. aastal. J. B. Lamarck Ja G. R. Treviranusüksteisest sõltumatult.
Esimesed uuringud, mida võib pidada kaasaegse bioloogia algallikateks, pärinevad iidsetest aegadest. On teada, et Vana-Kreeka teadlane ja arst Hippokrates, kes elas 5. - 4. sajandil. eKr, peetakse Vana-Kreeka kuulsaks arstiks, teadusliku meditsiini isaks ja samal ajal bioloogiliste nähtuste teravaks vaatlejaks. Vana-Kreeka teadlane, kes elas rohkem kui pool sajandit hiljem Aristoteles, kelle huvid hõlmasid kõiki tema ajal eksisteerinud teadmiste harusid, ehk kõige enam tegeles tänapäeva mõistes bioloogia küsimustega. Igatahes näitas ta üles suurt huvi kirjeldava bioloogia, taimede ja loomade uurimise, nende süstemaatika, füsioloogia ja embrüoloogia vastu.
Silmapaistev Vana-Rooma teadlane ja arst Galen(ca 130 - 200) on tuntud peamiselt silmapaistva arstina. Tema klassikalises teoses “Inimkeha osadest” kirjeldati esmakordselt inimkeha kui terviku anatoomilist ja füsioloogilist kirjeldust. Galen võttis kokku enne teda tehtud ideed inimkehast, pani aluse haiguste diagnoosimisele ja nende ravile ning juurutas loomkatseid praktikasse.
Bioloogia edasiarendamisel pöörati suurt tähelepanu erinevatele ravimtaimedele. Nagu ülaltoodust nähtub, oli bioloogia oma arengu koidikul eriti tihedalt seotud meditsiiniga. 16. sajandil ja 17. sajandi esimene pool. ilmusid mitmeköitelised teosed, eriti zooloogia entsüklopeedia: Šveitsi teadlane K. Gesner Viieköiteline “Loomade ajalugu”, Itaalia zooloogi monograafiate sari (kolmeteistkümnes köites) U. Aldrovani ja paljud teised.
Renessansiajal tehti inimkeha anatoomias suuri edusamme. Sellega seoses tuleb märkida flaami loodusteadlase saavutusi A. Vesalius,üks esimesi, kes hakkas inimkeha uurima lahkamise teel ja kirik kiusas teda selle pärast taga. Aastal 1543 avaldas Vesalius oma teose "Inimkeha struktuurist", milles ta näitas eriti Galeni vaadete ebakõla vereringe valdkonnas ja jõudis lähedale järeldusele kopsuvereringe olemasolu kohta. Viimase avastamise au kuulub Hispaania teadlasele Miguel Servet(1509 või 1511 - 1553) ja temast sõltumatult Itaalia teadlasele R. Kolumbus(1559).
Kuulus inglise teadlane ja arst William Harvey(1578 - 1657) on kaasaegse füsioloogia ja embrüoloogia rajaja, kes kirjeldas süsteemset ja kopsuvereringet ning oma töös “Südame ja vere liikumise anatoomiline uurimine loomadel” (1628) tõi välja üldise doktriini. loomade vereringet.
Looming 17. sajandil. mikroskoop võimaldas kindlaks teha loomade ja taimede rakustruktuuri, näha mikroobide, punaste vereliblede maailma (punased verelibled – mittetuumarakud, mis kannavad kopsudest hapnikku kudedesse ja süsinikdioksiidi kudedest kudedesse). hingamiselundid), vere liikumine kapillaarides ja palju muud.
Eespool rääkisime üksikasjalikult loomingust 18. sajandi esimesel poolel. Rootsi teadlane K. Linnaeus niinimetatud binaarne (kahenimetusega - perekonna ja liikide kaupa) taimestiku ja loomastiku klassifitseerimise süsteem. Kuigi Linnaeus tunnistas maailma muutumatust, mängis tema süsteem bioloogia arengus suurt rolli. Märkimist väärib ka prantsuse teadlase uurimus Georges Louis Leclerc Buffon(1707 - 1788), kes lõi “Loodusajaloo”, mille 36 köites kirjeldatakse loomi, inimesi, mineraale ning visandatakse ka Maa ajalugu. Buffoni ideed Maa ajaloo kohta sisaldasid oletust sarnaste loomavormide suguluse kohta.
Inglise materialistlik teadlane Joseph Priestley (1733 - 1804), kes tegi katseid taimedega, näitas, et rohelised taimed eraldavad hingamiseks vajalikke gaase ja vastupidi, neelavad gaasi, mis segab hingamist. Taimed näivad Priestley sõnul parandavat hingamisest rikutud õhku. Prantsuse teadlased A. Lavoisier, P. Laplace Ja A. Seguin määras hapniku omadused ja rolli põlemis- ja hingamisprotsessides. Hollandi arst J. Ingenhouse ja Šveitsi teadlased J. Senebier Ja N. Saussure 18. sajandi lõpus - 19. sajandi alguses. kehtestas päikesevalguse rolli roheliste lehtede hapniku vabanemise protsessis.
Jean Baptiste Lamarck uskus, et olendite redel on elusorganismide madalamast kõrgemaks muutumise tagajärg. Ta uskus, et evolutsiooni põhjuseks on elusorganismide loomuomane omadus – iha täiuslikkuse järele. Mis puudutab väliskeskkonda ja selle mõju elusorganismidele, siis Lamarcki sõnul on selline mõju olemas ja see toimub kas keskkonna otsese mõju kaudu, mis on omane taimedele ja madalamatele organismidele, või läbi intensiivse või vastupidi. teatud organite, antud juhul kõrgemate loomade, väga nõrk harjutus.
Ajal, mil Lamarck elas ja töötas, olid tema vaated taimestiku ja loomastiku arengule progressiivsed. Mis puutub evolutsiooni õigustamisse, selle põhjuste paljastamisse, siis Lamarck ei andnud sellele selgitust, piirdudes vaid viitega organismide mingile arusaamatule (ja sisuliselt idealistlikule) täiustumissoovile.
Väljapaistev prantsuse teadlane Louis Pasteur (1822-1895) peetakse kaasaegse mikrobioloogia, immunoloogia ja stereokeemia rajajaks. Ta lükkas ümber mikroorganismide spontaanse tekke teooria ja avastas kääritamise olemuse (protsess, mis toimub ilma õhu juurdepääsuta mikroorganismide mõjul). Kuid kõige kuulsamad on Pasteuri tööd meditsiini valdkonnas, samuti põllumajanduses ja toiduainetööstuses.
Pasteur avastas mikroorganismide rolli loomade ja inimeste nakkushaigustes, töötas välja spetsiaalsed vaktsineerimised, mis nii ennetavad seda tüüpi nakkushaigusi (loovad immuunsust) kui on mõeldud organismi abistamiseks nakkushaiguste vastu võitlemisel.
Asja olemus taandub lühidalt järgmisele. Imetajatel, eriti soojaverelistel, võib immuunsus avalduda kahel viisil. Ühel juhul tekivad veres nn antikehad võõraste kahjulike valkude – antigeenide vastu. Vastuseks antigeeni sissetoomisele (need võivad olla mitte ainult võõrvalgud, vaid ka muud suured molekulid) ilmuvad mõne aja pärast (üks kuni kaks nädalat) verre antikehad - spetsiaalsed immunoglobuliinide rühma kuuluvad, spetsiifiliselt seonduvad valgud. ainult antigeenile, mis põhjustas nende välimuse. Igal antikehamolekulil on kaks identset aktiivset tsentrit, mis võimaldab neil siduda kahte antigeeni molekuli. Antikehad sünteesitakse B-lümfotsüütides ning omandatud võime moodustada teatud tüüpi antikeha (immuunsus) püsib organismis aastaid, sageli kogu elu. Teisel juhul ilmneb kokkusobimatus ühe organismi (retsipient-peremehe) rakkude ja teise organismi (doonori) rakkude vahel. Muide, just kahe erineva organismi rakkude kokkusobimatus on kõige sagedamini siirdamise komplikatsioonide ja ebaõnnestumiste põhjuseks – elundite ja kudede siirdamine ühelt loomalt või inimeselt teisele. Seega tekitab suuri raskusi organismi kasulik omadus – võime luua immuunsust (kahjulike ainete toimele vastu seista) siirdamise korral.
Vene taimefüsioloog ja mikrobioloog Dmitri Iosifovitš Ivanovski(1864-1920), kes avastas esmakordselt tubaka mosaiikviiruse, on viroloogia – teaduse, mis uurib viiruste struktuuri ja omadusi, nende põhjustatud haiguste diagnoosimist ja ravi – rajaja.
Tema suures teoses "Liikide päritolust loodusliku valiku abil" (1859) Charles Robert Darwin(1809-1882) esitasid kolm peamist tegurit, mis määravad elu arengu Maal: varieeruvus, pärilikkus ja looduslik valik. Darwini teooria, mis põhineb neil kolmel teguril, tundub tema raamatut lugedes nii veenev ja ümberlükkamatu, et tundub kummaline, et keegi pole seda varem öelnud. Tahtmatult meenuvad Vana-Kreeka filosoofi ja kirjaniku Plutarkhose ülaltoodud sõnad Archimedese selgete ja arusaadavate seletuste kohta ning siis saab ilmseks, et Darwini argumentide vaieldamatus ja veenvus pole midagi muud kui nende geniaalsuse ja tohutu töö tagajärg. autor.
Maailmakuulus teadlane, inglane Charles Robert Darwin sündis Inglismaal Londoni lähedal Shrewsbury väikelinnas arsti peres. Darwin ise ütles oma eluloo kohta nii: "Ma õppisin, siis reisisin ümber maailma ja siis õppisin uuesti: siin on minu autobiograafia."
Darwinil tekkis lapsepõlves huvi botaanika ja zooloogia, aga ka keemia vastu, kuid saatus otsustas teisiti: algul õppis ta Cambridge'i ülikoolis arstiks ja seejärel, tundmata tõmmet arstipraktika vastu, oma surve all. isa läks ta üle sama ülikooli usuteaduskonda. 1831. aastal lõpetas Darwin Cambridge'i ülikooli, sai bakalaureusekraadi ja jäi vaid preestriks pühitsemine.
Kuid sel ajal soovitas Darwini sõber Cambridge'is, bioloogiaprofessor Henslow, olles saanud Darwini nõusoleku, teda loodusteadlaseks Beagle'i laevale, mis pidi kapten R. Fitzroy juhtimisel peamiselt geograafilistel eesmärkidel ümber maailma rändama. .
See oli võib-olla tema elu peamine pöördepunkt. Reis kestis aastatel 1831–1836. Seda kirjeldatakse kaunilt Darwini raamatus “A Naturalist’s Voyage Around the World on the Beagle”.
27. detsembril 1831 Devonportist alguse saanud Beagle'i marsruut kulges üle Atlandi ookeani kuni Bahia linnani, mis asub lõunapoolkeral, Brasiilia idarannikul. Siia jäi Beagle kuni 12. märtsini 1832, seejärel liikus Atlandi ookeani rannikut mööda lõunasse. 26. juulil 1832 jõudis ekspeditsioon Uruguay pealinna Montevideosse ja tegi kuni 1834. aasta maini ehk ligi kaks aastat töid Lõuna-Ameerika idarannikul. Selle aja jooksul külastati Tierra del Fuegot kaks korda ja Falklandi saari kaks korda. Darwin viis läbi ka maismaaekspeditsioone. 12. mail 1834 suundus Beagle lõunasse, läbis Magellani väina ja jõudis juuni lõpus 1834 Lõuna-Ameerika läänerannikule. Ekspeditsioon jäi Lõuna-Ameerika Vaikse ookeani rannikule kuni septembrini 1835, see tähendab rohkem kui aasta, mille jooksul Darwin käis maismaaekspeditsioonidel, ületas eelkõige Kordillera. Septembris 1835 lahkus Beagle Lõuna-Ameerikast ja suundus Galapagose saartele. Pärast seda liikus ekspeditsioon edelasse, jõudis Partnerlussaartele, seejärel Sõpruse saartele ning heitis 20. detsembril 1835 ankru Uus-Meremaa saare põhjaosas asuvas Saarte lahes. Ekspeditsiooni kurss kulges edasi Austraalia poole, mille lõunarannik möödus Sydneyst läbi Tasmaania kuni King George'i laheni edelaosas. Sealt suundus ekspeditsioon loodesse ja jõudis Kookosesaartele. Seejärel muutis Beagle kurssi, suundus Mauritiuse saarele, tiirutas ümber Hea Lootuse neeme, külastas Püha Helena saart ja heitis 1. augustil 1836 Bahias ankru, lõpetades ümbermaailmareisi. 1836. aasta oktoobris naasis Beagle Inglismaale.
Materjal, mille Darwin oma viieaastaselt ümbermaailmareisilt kaasa tõi, oli tohutu ja mitmekesine. Seal oli herbaariume ja kollektsioone, suur hulk erinevaid plaate ja palju muud.
23 aastat möödus Darwini ümbermaailmareisilt naasmisest kuni tema raamatu "Liikide teke loodusliku valiku vahenditega ehk soositud rasside säilitamine eluvõitluses" avaldamiseni. Samal ajal, 1839. aastal, ilmus Darwini esimene teaduslik töö "Uurimispäevik", 1842. aastal avaldas ta töö korallriffide struktuuri ja leviku kohta, milles Darwin veenvalt tõestas, et riffide alus ei ole iidsed kustunud vulkaanid. , nagu varem arvati, ja korallide lademed, mis on merepõhja vajumise tõttu vee all. Aastatel 1842-1844. Darwin avaldas oma esseedes evolutsiooni põhiteooria.
Pärast ümbermaailmareisilt naasmist kolis Darwin Londonist Londoni lähedale Downi linna, kust ostis väikese kinnistu, kus ta elas oma päevade lõpuni. Darwin abiellus enne kolimist ja tema peres oli palju lapsi.
Niisiis, Darwini põhiteos "Liikide teke loodusliku valiku teel ehk eelistatud tõugude säilitamine eluvõitluses" (lühidalt "Liikide päritolu") ilmus novembris 1859. Raamat veenvalt, suur hulk näiteid, esitab autori ideed, mis lükkasid täielikult ümber seni eksisteerinud ideed taimede ja loomade eluvormide muutumatusest Maal. Darwin kirjutas juba enne raamatu avaldamist: „Jõudsin järk-järgult arusaamisele, et Vana Testament, mis omistas Jumalale kättemaksuhimulise türanni tunde, ei olnud usaldusväärsem kui hindude pühad raamatud või nende uskumused. mingi metslane... Nii et vähehaaval hiilis see sisse, et mu hinges oli uskmatus ja lõpuks sai minust täielik uskmatu.
Ta uskus esiteks, et taime- ja loomamaailma iseloomustab varieeruvus, see tähendab üksikute organismide tunnuste ja omaduste mitmekesisus ning nende omaduste ja omaduste muutumine erinevatel põhjustel. Variatsioon on seega evolutsiooni alus, evolutsiooni esimene lüli. Teiseks uskus ta, et pärilikkus on tegur, mille kaudu organismide (ka uute) tunnused ja omadused kanduvad edasi järgmistele põlvkondadele. Ja lõpuks, kolmandaks, looduslik valik avab tee neile organismidele, kes on elutingimustega, väliskeskkonnaga kõige enam kohanenud, ja vastupidi, "viskab kõrvale" kohanematud organismid.
Niisiis loovad kolm sammast taimsete ja loomsete organismide arengule Maal: varieeruvus, pärilikkus ja looduslik valik.
Darwini materialistlik evolutsiooniteooria, darvinism, oli revolutsiooniline samm teaduse arengus.
Darwini raamatu "Liikide päritolust" ilmumine pälvis suure huviga. Esmaväljaande kõik 1250 eksemplari müüdi ühe päevaga. Ka teine tiraaž – 3000 eksemplari – müüdi koheselt läbi.