Niezwykłe w XX wieku szybki rozwój otrzymał nauki przyrodnicze: fizykę, chemię, astronomię, biologię, geologię i wiele innych. Nauka dała wiele pomysłów i osiągnięć, a produkcja z kolei dała nauce złożone i zaawansowane urządzenia i instrumenty. Wszystko to razem stymulowało rozwój nauki. Konsekwencją tego niezwykle owocnego połączenia nauki i produkcji było osiągnięcie ich wysoki rozwój, co doprowadziło do wybuchu trzeciej rewolucji naukowo-technicznej w połowie XX wieku.
Fizyka
W XX wieku wiele zrobiono w dziedzinie badania struktury materii. Słynny Fizyk angielski Ernesta Rutherforda(1871–1937) ustalił eksperymentalnie, że atomy mają jądra, w których skoncentrowana jest prawie cała ich masa, i opracował planetarny model budowy atomu (1911). Był to prawdopodobnie ostatni (a może pierwszy i ostatni) model atomu, który stosunkowo łatwo sobie wyobrazić. Według modelu planetarnego elektrony poruszają się po nieruchomym jądrze atomu (podobnie jak planety wokół Słońca) i jednocześnie, zgodnie z prawami elektrodynamiki klasycznej, w sposób ciągły emitują energię elektromagnetyczną. Jednak planetarny model atomu Rutherforda nie był w stanie wyjaśnić, dlaczego elektrony, poruszając się wokół jądra po orbitach kołowych i w związku z tym stale doświadczając przyspieszenia, a przez to stale emitując i tracąc swoją energię kinetyczną, nie zbliżają się do jądra i nie spadają na jego powierzchnia.
Model atomu zaproponowany przez znanego duńskiego fizyka Nielsa Henrika Davida Bohra (1885 - 1962), choć opierał się na modelu planetarnym Rutherforda, nie zawierał wskazanej sprzeczności. W tym celu Bohr wprowadził postulaty, które obecnie noszą jego imię, zgodnie z którymi atomy zawierają tzw orbity stacjonarne, wzdłuż którego elektrony poruszają się bez emisji, promieniowanie występuje tylko w tych przypadkach, gdy przemieszczają się z jednej orbity stacjonarnej na drugą (w tym przypadku następuje zmiana energii atomu). Genialna hipoteza (lub pomysł) Bohra, pomimo swojej wewnętrznej niespójności, łączy
opinia Mechanika klasyczna Teoria Newtona, służąca do wyjaśnienia ruchu elektronów i niedopuszczalnych z jej punktu widzenia kwantowych ograniczeń ruchu elektronów, znalazła jednak potwierdzenie eksperymentalne.
Ogromnym osiągnięciem fizyki było stworzenie mechaniki kwantowej (falowej), zgodnie z którą mikrocząstki mają podwójną naturę korpuskularno-falową. Mechanika kwantowa jest jedną z głównych sekcji teoria kwantowa- najogólniejsza teoria fizyczna, nie tylko dała nowe, rewolucyjne pomysły na temat mikrocząstek, ale także umożliwiła wyjaśnienie wielu właściwości ciał makroskopowych.
Warunkiem rozwoju mechaniki kwantowej były prace nad stworzeniem koncepcji kwantowych Plancka, Einsteina i Bohra. W 1924 r. francuski fizyk Ludwika de Broglie’a wysunął ideę podwójnej fali korpuskularnej nie tylko promieniowania elektromagnetycznego (fotonów), ale także innych mikrocząstek, kładąc w ten sposób podwaliny pod mechanikę kwantową. Nieco później przeprowadzono eksperymenty, w których zaobserwowano dyfrakcję mikrocząstek – rozpraszanie przepływu mikrocząstek (przepływ mikrocząstek załamujących się wokół różnych przeszkód), wskazując na ich właściwości fal, co stanowiło eksperymentalne potwierdzenie hipotezy de Broglie’a.
W 1925 roku jednym z twórców mechaniki kwantowej był szwajcarski fizyk teoretyczny Wolfganga Pauliego(1900 - 1958) sformułowali tzw. zasadę wykluczenia - podstawowe prawo natury, zgodnie z którym ani atom, ani cząsteczka nie mogą mieć dwóch elektronów w tym samym stanie. Austriacki fizyk teoretyczny Erwin Schrödinger(1887 - 1961) opracowali mechanikę falową w 1926 roku i sformułowali jej podstawowe równanie. Niemiecki fizyk teoretyczny Wernera Heisenberga(1901 - 1976) sformułowali zasadę nieoznaczoności (1927), zgodnie z którą nie można jednocześnie z dużą dokładnością nazwać wartości współrzędnych i pędów mikrocząstek. Fizyk angielski Pawła Diraca położył podwaliny elektrodynamiki kwantowej (1929) i kwantowej teorii grawitacji, opracował relatywistyczną teorię ruchu elektronów, na podstawie której przewidział (1931) istnienie pozytonu - pierwszej antycząstki (cząstki pod każdym względem podobnej do jego „dublet”, w tym przypadku elektron, ale inny niż jego znak ładunek elektryczny, moment magnetyczny i inne cechy), anihilacja i wytwarzanie par. W 1932 roku amerykański fizyk Carla Davida Andersona odkrył antycząstkę elektronu, pozyton, w promieniowaniu kosmicznym, a w 1936 r. mion.
Już w 1896 roku francuski fizyk Pierre’a Curie(1859 - 1906) wraz z żoną Marii Skłodowskiej-Curie(1867 - 1934) i francuski fizyk Antoine’a Henriego Becquerela(1852 - 1908) odkrył radioaktywność i radioaktywne przemiany ciężkich pierwiastków. W 1934 r Francuska para fizyków Irena(córka P. Curie i M. Skłodowskiej-Curie) i Fryderyk Joliot-Curie(1900 - 1958) odkryli sztuczną promieniotwórczość. Odkrycie angielskiego fizyka Jamesa Chadwicka(1891 - 1974) w 1932 roku neutron doprowadził do nowoczesnych koncepcji protonowo-neutronowych na temat struktury jąder atomowych.
Rozwój Fizyka nuklearna, badanie reakcji jądrowych zostało znacznie ułatwione dzięki stworzeniu akceleratorów cząstek naładowanych. Liczba znanych cząstki elementarne. Wiele z nich jest w stanie istnieć jedynie przez znikomy czas. Okazało się, że cząstki elementarne mogą ulegać wzajemnym przekształceniom, że w ogóle nie są elementarne. Według udanego porównania słynnego radzieckiego fizyka V.L. Ginzburgu, wszystko dzieje się tak, jakbyśmy mieli do czynienia z „nieskończoną lalką gniazdującą”: odkrywamy jedną cząstkę elementarną, a za nią „jeszcze bardziej elementarną” i tak dalej bez końca. Można chyba powiedzieć, że większość współczesnych fizyków uznaje istnienie specjalnych cząstek elementarnych – kwarków i odpowiadających im antycząstek – antykwarków. Zakłada się, że kwarki mają ułamkowy ładunek elektryczny. Kwarków nie wykryto eksperymentalnie, ale być może dlatego, że nie mogą istnieć w stanie wolnym, niezwiązanym.
Nie sposób nie zauważyć ogromnego wpływu fizyki na inne nauki i rozwój technologii. Ze względu na to, że temat ten jest naprawdę niewyczerpany, będziemy odnosić się tylko do tych nauk, których nazwa wskazuje na wpływ fizyki: astro-, geo- i biofizyki, chemii fizycznej i niektórych innych.
Szybki rozwój fizyki jądrowej umożliwił to w latach 1939–1945. podjąć zdecydowane kroki w celu uwolnienia energii jądrowej. To wybitne odkrycie naukowe wykorzystano najpierw do celów wojskowych do stworzenia broni nuklearnej i termojądrowej, a następnie do celów pokojowych: w Związku Radzieckim zbudowano pierwszą elektrownię jądrową, która rozpoczęła działalność w 1954 r. Następnie powstało kilkadziesiąt potężnych elektrowni jądrowych powstały w wielu krajach świata, gdzie wytwarzana jest znaczna część energii elektrycznej.
Opierając się na fizyce kryształów, teorii półprzewodników, która ma ogromne znaczenie praktyczne, analizie dyfrakcji promieni rentgenowskich, a także mikroskopie elektronowym i metodzie znakowanych atomów, która odegrała główną rolę w rozwoju wielu dziedzin techniki , a być może zwłaszcza metalurgia, zostały stworzone. Elektronika wiele zawdzięcza fizyce i jej osiągnięciom - nauce o oddziaływaniu elektronów z polami elektromagnetycznymi oraz sposobom tworzenia urządzeń elektronicznych, co z kolei ma decydujące znaczenie dla wielu dziedzin techniki, w szczególności dla komputerów elektronicznych.
Alberta Einsteina. Teoria względności
Eksperymenty amerykańskiego fizyka Alberta Abrahama Michelsona(1852 - 1931) wyznaczając prędkość światła (m.in. słynny „eksperyment Michelsona”) wykazał jego niezależność od ruchu Ziemi. Okazało się, że prędkość światła w pustej przestrzeni jest zawsze stała i – choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać dziwne – niezależna od ruchu źródła lub odbiornika światła.
Odkrycia Michelsona nie można wytłumaczyć na podstawie stanowisk istniejących wówczas teorie fizyczne. Po pierwsze, z zasady względności Galileusza wynika, że jeśli dwa układy współrzędnych poruszają się względem siebie prostoliniowo i równomiernie, czyli w języku mechaniki klasycznej są to układy bezwładnościowe, to wszystkie prawa natury będą dla nich takie same. Co więcej, niezależnie od tego, ile takich systemów jest (dwa lub znacznie więcej), nie można określić, w którym z nich prędkość można uznać za bezwzględną. Po drugie, zgodnie z Mechanika klasyczna prędkości układów inercjalnych można transformować względem siebie, czyli znając prędkość ciała ( punkt materialny) jeden układ inercyjny, można wyznaczyć prędkość tego ciała w innym układzie inercjalnym oraz wartości prędkości dane ciało w różnych inercyjnych układach współrzędnych są różne.
Oczywiście drugie stanowisko zaprzecza eksperymentowi Michelsona, zgodnie z którym, powtarzamy, światło ma stałą prędkość niezależnie od ruchu źródła lub odbiornika światła, czyli niezależnie od tego, w jakim inercjalnym układzie współrzędnych prowadzone jest zliczanie.
Sprzeczność tę rozwiązano za pomocą teorii względności - teorii fizycznej, której podstawowe prawa zostały ustalone przez A. Einsteina w 1905 r. (prywatna lub szczególna teoria względności) oraz w latach 1907-1916. (ogólna teoria względności).
Wielki fizyk teoretyczny Alberta Einsteina(1879 - 1955) urodził się w Niemczech (Ulm). Od 14 roku życia mieszkał z rodziną w Szwajcarii. Studiował na Politechnice w Zurychu, a ukończył w 1900 roku wykładał w szkołach w miastach Schafhausen i Winterthur. W 1902 roku udało mu się uzyskać posadę eksperta w Federalnym Urzędzie Patentowym w Bernie, co bardziej mu odpowiadało finansowo. Lata pracy w biurze (od 1902 do 1909) były dla Einsteina latami bardzo owocnej działalności naukowej. W tym czasie stworzył szczególną teorię względności, podał teoria matematyczna Ruchy Browna, które notabene pozostawały niewyjaśnione przez około 80 lat, opracował kwantową koncepcję światła, prowadził badania z fizyki statystycznej i szereg innych prac.
Dopiero w 1909 r., już wówczas ogromny osiągnięcia naukowe Einstein stał się powszechnie znany, doceniony (jeszcze nie do końca), został wybrany na profesora Uniwersytetu w Zurychu, a w 1911 roku – Uniwersytetu Niemieckiego w Pradze. W 1912 roku Einstein został wybrany na kierownika wydziału Politechniki w Zurychu i wrócił do Zurychu. W 1913 roku Einstein został wybrany członkiem Pruskiej i Bawarskiej Akademii Nauk i przeniósł się do Berlina, gdzie mieszkał do 1933 roku, będąc dyrektorem Instytutu Fizyki i profesorem Uniwersytetu Berlińskiego. W tym okresie stworzył ogólną teorię względności (najprawdopodobniej ukończoną, bo zaczął nad nią pracować w 1907 r.), rozwinął kwantową teorię światła i przeprowadził szereg innych badań. W 1921 do pracy w polu Fizyka teoretyczna, zwłaszcza za odkrycie praw efektu fotoelektrycznego (zjawiska polegającego na uwalnianiu elektronów z ciała stałego lub cieczy w wyniku działania promieniowania elektromagnetycznego), Einstein otrzymał Nagrodę Nobla.
W 1933 roku w wyniku ataków na niego ze strony ideologów niemieckiego faszyzmu m.in osoba publiczna- bojownik wojny i Żyd, Einstein opuścił Niemcy, a później na znak protestu przeciwko faszyzmowi odmówił członkostwa w Niemieckiej Akademii Nauk. Einstein spędził całą ostatnią część swojego życia w Princeton (USA), pracując w Instytucie Badań Podstawowych w Princeton.
Teoria względności opiera się na fakcie, że pojęcia przestrzeni i czasu, w przeciwieństwie do mechaniki newtonowskiej, nie mają charakteru absolutnego. Przestrzeń i czas, zdaniem Einsteina, są organicznie powiązane z materią i między sobą. Można powiedzieć, że zadanie teorii względności sprowadza się do określenia praw przestrzeni czterowymiarowej, której trzy współrzędne są współrzędnymi trójwymiarowej objętości (x, y, z), a czwarta współrzędna to czas (T).
Stałość prędkości światła, udowodniona doświadczeniem, zmusza nas do porzucenia koncepcji czasu absolutnego.
Granicą jest prędkość światła, równa jak wiemy ogromnej wartości - 300 tys. km/s. Prędkość żadnego obiektu nie może być większa.
W 1905 roku Einstein połączył pojęcia przestrzeni i czasu. Jedenaście lat później był w stanie to pokazać Grawitacja Newtona jest przejawem tego śmiałego zjednoczenia w tym sensie, że grawitacja Newtona oznacza obecność krzywizny w pojedynczej rozmaitości czasoprzestrzennej.
Einstein doszedł do wniosku, że przestrzeń rzeczywista jest nieeuklidesowa, że w obecności ciał tworzących pola grawitacyjne ilościowe cechy przestrzeni i czasu stają się inne niż w przypadku braku ciał i pól przez nie wytwarzanych. Na przykład suma kątów trójkąta jest większa niż π, czas płynie wolniej. Einstein podał fizyczną interpretację teorii N.I. Łobaczewski. Podstawy ogólna teoria teoria względności znalazła swój wyraz w równaniu pola grawitacyjnego uzyskanym przez Einsteina.
Jeśli prywatna teoria teoria względności została potwierdzona nie tylko eksperymentalnie, podczas tworzenia i działania akceleratorów mikrocząstek reaktor nuklearny, ale stał się już niezbędnym narzędziem do odpowiednich obliczeń, to w przypadku ogólnej teorii względności sytuacja jest inna.
Opóźnienie w eksperymentalnej weryfikacji ogólnej teorii względności wynika zarówno z niewielkiej liczby efektów dostępnych do obserwacji na Ziemi i w Układzie Słonecznym, jak i z porównawczej niedokładności odpowiednich metod astronomicznych.
Założycielem teorii kwantów jest słynny niemiecki fizyk, członek Berlińskiej Akademii Nauk, Członek Honorowy Akademii Nauk ZSRR Maxa Plancka (1858-1947). Planck studiował na uniwersytetach w Monachium i Berlinie, słuchając wykładów Helmholtza, Kirchhoffa i innych wybitnych naukowców. Pracował głównie w Kilonii i Berlinie. Z teorią związane są główne prace Plancka, które zapisały jego nazwisko w historii nauki promieniowanie cieplne.
Decydujący krok zrobił Planck w 1900 roku, kiedy zaproponował nowe (całkowicie niezgodne z klasycznymi koncepcjami) podejście: uznanie energii promieniowania elektromagnetycznego za dyskretną wartość, która może być przekazywana jedynie w oddzielnych, aczkolwiek małych porcjach (kwantach). . Jako taką część (kwant) energii Planck zaproponował wartość E = hv, erg to część (kwant) energii promieniowania elektromagnetycznego, sec -1 to częstotliwość promieniowania, H=6,62*10 -27 erg*sec - stała, która później otrzymała nazwę stałej Plancka lub kwantu działania Plancka.
Domysł Plancka okazał się niezwykle skuteczny, a co więcej, genialny. Planckowi nie tylko udało się uzyskać równanie promieniowania cieplnego odpowiadające doświadczeniu, ale jego idee stały się podstawą teorii kwantowej – jednej z najbardziej wszechstronnych teorii fizycznych, która obejmuje obecnie mechanikę kwantową, statystykę kwantową i kwantową teorię pola.
Struktura materii. Teoria kwantowa
Fizyka atomowa jako samodzielna nauka powstała na bazie odkrycia elektronu i promieniowania radioaktywnego. Elektron – ujemnie naładowana mikrocząstka o masie zaledwie około 9*10-28 g – jeden z głównych elementów strukturalnych materii – odkrył słynny angielski fizyk Josepha Johna Thomsona (1856 - 1940), członek (1884) i
Prezes (1915–1920) Towarzystwa Królewskiego w Londynie, zagraniczny członek honorowy Akademii Nauk ZSRR.
W 1896 roku francuscy fizycy Pierre Curie, Maria Skłodowska-Curie i A. Becquerel jako pierwsi odkryli radioaktywność soli uranu. Zjawisko promieniotwórczości, które ostatecznie obaliło ideę niepodzielności (nieprzekształcalności) atomu, polega na samoistnym przekształceniu niestabilnych jąder atomowych w jądra innych pierwiastków (innych atomów), co następuje w wyniku Promieniowanie jądrowe. Okazało się również (co było niezwykle ważne dla medycyny), że promienie odkryte przez Becquerela, mogły wniknąć głęboko w materię i dlatego były sposobem na uzyskanie zdjęć np. ludzkich narządów wewnętrznych.
Pierre Curie i jego żona Maria Skłodowska-Curie zajmowali się także zagadnieniami promieniotwórczości i innych pierwiastków. W 1898 roku odkryli nowe pierwiastki: polon i rad. Stwierdzono, że promieniowanie radioaktywne może być dwojakiego rodzaju: jądro pierwiastka promieniotwórczego emituje cząstkę alfa (jądro atomu helu o ładunku dodatnim 2e) lub cząstkę beta (elektron o ładunku ujemnym -e) . W obu przypadkach atom pierwiastka promieniotwórczego zamienia się w atom innego pierwiastka (zależy to zarówno od pierwotnej substancji radioaktywnej, jak i od rodzaju promieniowania radioaktywnego).
W badaniach radioaktywności ogromne znaczenie miała wspólna praca słynnego angielskiego fizyka Ernesta Rutherforda i słynnego angielskiego chemika Frederica Soddy (1877 - 1956), prowadzony w latach 1899-1907. Jako początkowe pierwiastki radioaktywne wykorzystali uran, tor i aktyn. Odkryto tzw. izotopy, tj. odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które mają te same właściwości chemiczne i zajmują to samo miejsce w układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa, ale różnią się masą atomów.
E. Rutherforda, członek Royal Society of London, członek honorowy Akademii Nauk ZSRR, urodził się w 1871 roku w Nowej Zelandii w rodzinie drobnego rolnika, jako czwarte z 12 dzieci. Absolwent Uniwersytetu Nowej Zelandii (Christchurch). W 1894 przeniósł się do Anglii i został przyjęty do Cavendish Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge, gdzie rozpoczął badania pod kierunkiem J. J. Thomsona. Rutherford spędził większość swojego życia (z pewnymi przerwami podczas pracy na uniwersytetach w Montrealu i Manchesterze) w Cambridge, będąc dyrektorem Cavendish Laboratory od 1919 roku. Wykształcił dużą liczbę wysoko wykwalifikowanych fizyków.
Na podstawie eksperymentów Rutherford doszedł do wniosku, że atomy zawierają jądra – dodatnio naładowane mikrocząstki, których rozmiar (około 10–12 cm) jest bardzo mały w porównaniu z rozmiarem atomów (około 10–8 cm), ale masa atom jest prawie całkowicie skoncentrowany w swoim rdzeniu,
Cząstka α gwałtownie zmienia kierunek swojej ścieżki, gdy uderza w jądro.
Odkrycie jąder atomowych było bardzo ważnym wydarzeniem w rozwoju fizyki atomowej. Ale planetarny model atomu Rutherforda okazał się niezgodny z elektrodynamiką Maxwella.
Kolejny model atomu Bohra opierał się na teorii kwantowej. Jeden z najwybitniejszych fizyków XX wieku. - Dane Nielsa Bohra(1885 - 1962) urodził się i ukończył studia na Uniwersytecie w Kopenhadze. Pracował na Uniwersytecie w Cambridge pod kierunkiem J. J. Thomsona oraz na Uniwersytecie w Manchesterze pod kierunkiem Rutherforda. W 1916 roku został wybrany na kierownika katedry fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Kopenhadze, od 1920 roku i do końca życia stał na czele utworzonego przez siebie Instytutu Fizyki Teoretycznej w Kopenhadze, noszącego obecnie jego imię. W 1943 roku, podczas okupacji Danii przez hitlerowców, Bohr widząc, że szykują się przeciwko niemu represje, przy pomocy organizacji Ruchu Oporu przedostał się łodzią do Szwecji, a następnie przedostał się do Stanów Zjednoczonych. Po zakończeniu wojny wrócił do Kopenhagi.
Model atomu stworzony przez Bohra opierał się na planetarnym modelu atomu Rutherforda oraz na opracowanej przez niego w 1913 roku kwantowej teorii budowy atomu.
W roku 1924 miało miejsce jedno z największych wydarzeń w historii fizyki: francuski fizyk Ludwika de Broglie’a(1892 - 1983) wysunął ideę falowych właściwości materii, kładąc w ten sposób podwaliny pod mechanikę kwantową. Twierdził, że właściwości falowe, podobnie jak korpuskularne, są nieodłączne dla wszystkich rodzajów materii: elektronów, protonów, cząsteczek, a nawet ciał makroskopowych.
Dalszy rozwój mechanika kwantowa- ten nowy, niezwykle owocny kierunek został osiągnięty głównie pod koniec lat 20. i na początku lat 30. dzięki pracom znanych fizyków - Maks Born (Niemcy, 1882 - 1970), Wernera Heisenberga (Niemcy, 1901 - 1976), Pola Diraca (Anglia, ur. 1902), Erwin Schrödinger (Austria, 1887–1961), a także Wolfganga Pauliego (Szwajcaria, 1900 - 1958), Enrico Fermi (Włochy, 1901 - 1954), Włodzimierz Aleksandrowicz Fok (1898 - 1974) i wielu innych.
Powstały odrębne gałęzie mechaniki kwantowej fizyka atomowa, teoria promieniowania, teoria struktury molekularnej (czasami nazywana chemia kwantowa), teoria ciał stałych, teoria oddziaływań cząstek elementarnych, teoria struktury jądro atomowe itd.
W mechanice kwantowej istnieje tzw. relacja niepewności wyznaczona przez Heisenberga. Matematyczne wyrażenie zależności niepewności jest bardzo proste:
gdzie Δx jest niedokładnością w określeniu współrzędnej elektronu; Δp - niedokładność w wyznaczaniu pędu elektronu; h jest stałą Plancka.
Z tego wyrażenia jasno wynika, że nie da się jednocześnie określić położenia elektronu w przestrzeni i jego pędu. Rzeczywiście, jeśli Δx jest bardzo małe, tj. znane jest położenie elektronu w przestrzeni w dużej mierze dokładności, wówczas Δp jest stosunkowo duże i dlatego wielkość impulsu można obliczyć z tak małą dokładnością, że w praktyce należy ją traktować jako wielkość nieznaną. I odwrotnie, jeśli Δp jest małe i dlatego znany jest pęd elektronu, to Δx jest duże; i dlatego położenie elektronu w przestrzeni jest nieznane. Oczywiście zasada nieoznaczoności dotyczy każdej cząstki, nie tylko elektronu.
Z punktu widzenia mechaniki klasycznej relacja niepewności jest absurdalna. Z punktu widzenia „ zdrowy rozsądek„Wydaje się to co najmniej bardzo dziwne i nie można sobie wyobrazić, jak to wszystko mogłoby „naprawdę” wyglądać.
Ale nie możemy zapominać, że żyjemy w makrokosmosie, w świecie duże ciała, które widzimy na własne oczy (lub nawet przy pomocy mikroskopu) i możemy zmierzyć ich wielkość, masę, prędkość ruchu i wiele więcej. Wręcz przeciwnie, mikroświat jest dla nas niewidoczny, nie jesteśmy w stanie bezpośrednio zmierzyć ani wielkości elektronu, ani jego energii. Aby lepiej wyobrazić sobie zjawiska mikroświata, zawsze chcemy zbudować odpowiedni model mechaniczny, co czasami się udaje. Przypomnijmy na przykład planetarny model atomu Rutherforda. Jest w pewnym stopniu podobna do Układ Słoneczny, który jest dla nas w tym przypadku modelem mechanicznym. Dlatego planetarny model atomu jest łatwo dostrzegalny.
Ale w przypadku większości obiektów i zjawisk mikroświata buduj model mechaniczny niemożliwe i dlatego założenia mechaniki kwantowej są często postrzegane z wielkim trudem. Spróbujcie na przykład zbudować mechaniczny model elektronu, który ma właściwości cząstkowo-falowe, albo model mechaniczny, który wyjaśni, dlaczego nie da się jednocześnie wyznaczyć jego masy i pędu elektronu. Dlatego w takich przypadkach nacisk należy położyć na „rozumieć”, a nie na „wyobraź sobie”.
Dobrze powiedziane na ten temat jeden z największych Fizycy radzieccy Lew Dawidowicz Landau(1908 - 1968): „Największym osiągnięciem geniuszu ludzkiego jest to, że człowiek może zrozumieć rzeczy, których nie jest już w stanie sobie wyobrazić”.
Do tego, co zostało powiedziane, możemy dodać, że zasada nieoznaczoności (relacja nieoznaczoności) jest podstawowym stanowiskiem mechaniki kwantowej.
Słynny angielski fizyk, uczeń Rutherforda Jamesa Chadwicka odkrył neutron, neutralną cząstkę, która wchodzi do jądra atomu wraz z protonami i odegrała tak ważną rolę w tworzeniu sposobów wykorzystania energii jądrowej.
Po odkryciu elektronu, protonu, fotonu i wreszcie w 1932 roku neutronu ustalono istnienie dużej liczby nowych cząstek elementarnych – łącznie około 350. Wśród nich: pozyton, jako antycząstka elektron; mezony – mikrocząstki niestabilne (zalicza się do nich μ-mezony, π ± -mezony i cięższe π 0 -mezony); różnego rodzaju hiperony – niestabilne mikrocząstki posiadające masę więcej masy neutron; cząstki rezonansowe posiadające wyjątkowo krótki czas życia (ok. 10 -22...10 -24 s); cząstka stabilna wobec neutrin, pozbawiona ładunku elektrycznego, najwyraźniej o zerowej masie spoczynkowej i niemal niewiarygodnej przepuszczalności; antyneutrino - antycząstka neutrina, różniąca się od neutrina znakiem ładunku leptonowego itp.
Obecnie cząstki elementarne rozumiane są jako „cegiełki” Wszechświata, z których można zbudować wszystko, co znamy w naturze. Świat cząstek elementarnych jest złożony, a teoria cząstek elementarnych jest na początku swojego rozwoju. Być może nadchodzące lata wniosą do niego wiele nowego.
Chemia
Chemia należy do nauk przyrodniczych. W jego sferze zachodzą przemiany substancji chemicznych, które są zbiorem identycznych atomów (pierwiastków) oraz substancji bardziej złożonych składających się z identycznych cząsteczek. Nowoczesna chemia blisko spokrewniony z innymi nauki przyrodnicze przede wszystkim z fizyką. Dlatego takie nauki jak Chemia fizyczna, biochemia, geochemia itp. Chemia dzieli się również na nieorganiczną, której przedmiotem badań są substancje, których cząsteczki nie zawierają węgla, oraz organiczna, której zakres obejmuje substancje, których cząsteczki koniecznie zawierają węgiel.
Chemia od pierwszych etapów swojego rozwoju jest ściśle związana z produkcją. Długo przed Nowa era pojawiły się procesy takie jak metalurgia, barwienie tekstyliów, obróbka skóry i inne, które od dawna uważano za chemiczne.
Jeszcze w drugiej połowie XVII w. słynny angielski fizyk i chemik R. Boyle'a prawdopodobnie dał pierwszy definicja naukowa pierwiastek chemiczny, położył podwaliny pod analizę chemiczną, wykazał niespójność alchemii.
W 1748 r M. V. Łomonosow eksperymentalnie odkrył prawo zachowania masy w reakcjach chemicznych. Nieco później, ale niezależnie od tego, ustanowiono to samo prawo A. Lavoisier – jeden z twórców chemii.
Niezwykle ważna rola w rozwoju chemii należy do angielskiego naukowca Johna Daltona (1766 - 1844) - twórca, jak się czasem dziś mówi, atomizmu chemicznego. W 1803 roku ustalił prawo współczynników wielokrotnych, wprowadził pojęcie „masy atomowej” i określił jej wartości dla niektórych pierwiastków, przyjmując masę atomową najlżejszego pierwiastka, wodoru, jako jeden. Włoski naukowiec Amadeo Avogadro(1776 - 1856) i francuski naukowiec Andre Marie Ampere(1775 - 1836) na początku XIX wieku. wprowadził ideę cząsteczki składającej się z atomów połączonych ze sobą siłami chemicznymi. Następnie szwedzki naukowiec Jensa Jacoba Berzeliusa(1779 - 1848), który wiele zrobił jako chemik doświadczalny, sporządził dokładniejszą niż udało się Daltonowi tablicę mas atomowych, która obejmowała już 46 pierwiastków, i wprowadziła znaki pierwiastków, które są obecnie używane. Odkrył nowe, nieznane mu pierwiastki: cez (Cs), selen (Se), tor (Th). Berzelius stworzył także teorię elektrochemiczną, na podstawie której zbudował klasyfikację pierwiastków i związków.
Francuski chemik Karola Fryderyka Gerarda(1816 - 1856) w połowie XIX wieku. zaproponował tzw. teorię typów, która była systemem klasyfikacji związków organicznych, a także wprowadził ideę szereg homologiczny- grupy pokrewnych związki organiczne, co było ważne w klasyfikacji nie tylko związków organicznych, ale także zachodzących w nich reakcji.
W połowie XIX wieku. dokonano kolejnego ważnego odkrycia. Angielski chemik Edwarda Franklanda(1825 - 1899) wprowadzili pojęcie wartościowości - zdolności atomu danego pierwiastka chemicznego do łączenia się z innymi atomami. Wprowadził także termin „walencja”. Okazało się, że atomy jednej substancji mogą łączyć się z atomami innych substancji tylko w ściśle określonych proporcjach. Za jednostkę wartościowości przyjęto reaktywność (wartościowość) wodoru. Na przykład połączenie węgla z wodorem - metanem 2CH 4 wskazuje, że węgiel jest czterowartościowy.
Znany rosyjski chemik Aleksander Michajłowicz Butlerow(1828 - 1886) w 1861 roku stworzył teorię budowy chemicznej materii. Zgodnie z tą teorią o właściwościach chemicznych substancji decyduje jej skład i kolejność (natura) wiązań atomów w cząsteczce substancji.
Jak opisano szczegółowo powyżej, wybitny rosyjski chemik DI Mendelejew w 1869 odkrył prawo okresowości pierwiastki chemiczne i stworzył Układ Okresowy Pierwiastków – tablicę, w której znane wówczas 63 pierwiastki chemiczne rozdzielono na grupy i okresy zgodnie z ich właściwościami (szczególną rolę przywiązywał do masy atomowej i wartościowości). Należy szczególnie zwrócić uwagę na wszechstronność Mendelejewa jako naukowca (w ponad 500 prace naukowe uwzględniane są zagadnienia teorii rozwiązań, technologii chemicznej, fizyki, metrologii, meteorologii, Rolnictwo, ekonomia i wiele innych) oraz ciągłe zainteresowanie zagadnieniami przemysłowymi, przede wszystkim chemicznymi. Nazwisko D.I. Mendelejewa jest mocno zakorzenione w historii nauki.
Nazwa Niemiec Iwanowicz Hess (1802 - 1850), rosyjski uczony niemieckiego pochodzenia, znany jest ze swoich prac z zakresu termochemii - nauki zajmującej się efektami termicznymi towarzyszącymi reakcjom chemicznym. Hess ustanowił prawo noszące jego imię, z którego wynika, że gdy przeprowadzany jest kołowy proces chemiczny, gdy reagujące substancje chemiczne biorące udział w reakcji znajdują się na końcu procesu w pierwotnym składzie, całkowity efekt termiczny reakcja wynosi zero.
Badania Hessa w dziedzinie termochemii kontynuował francuski naukowiec Pierre’a Eugene’a Marcelina Berthelota(1827 - 1907), zajmujący się także zagadnieniami chemii organicznej, kinetyki chemicznej i innymi, chemik duński Hansa Petera Thomsena(1826 - 1909) i rosyjscy naukowcy Nikołaj Nikołajewicz Beketow(1827 - 1911), który zajmował się także chemią metali.
Druga połowa XIX wieku. odznaczał się pracą w dziedzinie elektrochemii, w wyniku której szwedzki fizykochemik Swanet – August Arrhenius(1859 - 1927) sformułowano teorię dysocjacji elektrolitycznej. Jednocześnie rozwijała się doktryna roztworów – mieszanin dwóch lub więcej substancji równomiernie rozmieszczonych w rozpuszczalniku w postaci atomów, jonów lub cząsteczek. Prawie wszystkie ciecze są roztworami. Nawiasem mówiąc, w tym tkwi „sekret” tak zwanych „płynów magnetycznych”. W tym miejscu należy wymienić nazwiska D. I. Mendelejew, holenderski chemik fizyczny Van't Hoffe, rosyjski chemik fizyczny N. S. Kurnakow.
W 19-stym wieku Wyjaśniono wpływ tak ważnych w praktyce katalizatorów - substancji, które zwiększają szybkość reakcji, ale ostatecznie nie biorą w niej udziału. Pod koniec XIX wieku. K. Guldberga I P. Płaca odkryto prawo działania mas, zgodnie z którym szybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do stężenia substancji biorących udział w równaniu danej reakcji o potęgach równych ich liczbom stechiometrycznym. Z prawa działania mas wynika, że reakcje zawsze zachodzą w obu kierunkach (od lewej do prawej i od prawej do lewej). Po osiągnięciu równowagi chemicznej reakcja przebiega dalej, ale skład mieszaniny reakcyjnej pozostaje (dla danej temperatury) niezmieniony. W związku z tym równowaga chemiczna ma charakter dynamiczny.
Dla XX wieku szczególnie charakteryzuje się wysokim tempem rozwoju nauki chemiczne, co jest ściśle powiązane z głównymi osiągnięciami fizyki, oraz szybki wzrost przemysł chemiczny.
Stwierdzono, że liczba atomowa pierwiastka chemicznego w układzie okresowym jest liczbowo równa, jak wspomniano powyżej, ładunkowi jądra atomowego pierwiastka, czyli, tym samym, liczbie elektronów w powłoce pierwiastka atom. Zatem wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka wzrasta liczba elektronów zewnętrznych w atomie, a dzieje się to przy okresowym powtarzaniu podobnych zewnętrznych elektronów struktury elektroniczne. To wyjaśnia okresowość substancji chemicznej, a także wiele właściwości fizycznych pierwiastków ustalonych przez Mendelejewa.
Rozwój mechaniki kwantowej umożliwił ustalenie natury wiązanie chemiczne- oddziaływanie atomów, powodujące ich łączenie w cząsteczki i kryształy. Ogólnie należy stwierdzić, że rozwój chemii w XX wieku. opiera się na osiągnięciach fizyki, zwłaszcza w zakresie budowy materii.
W XX wieku Przemysł chemiczny rozwijał się w niespotykanym dotychczas tempie. Początkowo technologia chemiczna opierała się przede wszystkim na izolowaniu prostszych substancji potrzebnych do praktycznego zastosowania od złożonych substancji naturalnych. Na przykład metale z rud, różne sole z bardziej złożonych związków. Powszechnie stosowano i stosuje się produkcję tzw. substancji pośrednich (kwasu siarkowego, solnego i azotowego, amoniaku, zasad, sody itp.) do produkcji końcowych produktów chemicznych. Następnie coraz częściej zaczęto stosować syntezę złożonych produktów chemicznych, w tym także tych, które nie mają sobie równych w przyrodzie, takich jak ultraczyste, ultramocne, żaroodporne, żaroodporne, półprzewodnikowe itp. Produkcja wielu z nich wymagają wytworzenia bardzo wysokich lub bardzo niskich temperatur, wysokiego ciśnienia, pól elektrycznych i magnetycznych oraz innych, jak się je często nazywa, ekstremalnych warunków.
Produkcja i zastosowanie polimerów – substancji, których cząsteczki składają się z bardzo dużej liczby powtarzających się struktur – stało się powszechne; Masa cząsteczkowa polimerów może sięgać wielu milionów. Polimery dzielimy na naturalne (biopolimery: białka, kwasy nukleinowe itp.), z których zbudowane są komórki organizmów żywych, oraz syntetyczne, np. polietylen, poliamidy, żywice epoksydowe itp. Polimery są podstawą do produkcji tworzyw sztucznych, włókien chemicznych i wielu innych substancji ważnych w praktyce. Należy podkreślić, że badania z zakresu reakcji łańcuchowych prowadzone przez wybitnego radzieckiego chemika i fizyka mają szczególne znaczenie dla rozwoju chemii polimerów (a także wielu innych gałęzi przemysłu chemicznego). N. N. Semenova i znany amerykański naukowiec S. Hinshelwooda.
Zarówno technologia chemii nieorganicznej, w szczególności produkcja nawozów chemicznych dla rolnictwa, jak i technologia chemii organicznej, taka jak rafinacja ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla, produkcja barwników i leków, a także produkcja wspomnianych polimerów syntetycznych, doczekały się szerokiego rozwoju.
Choć pierwsze produkty polimerowe (fenoplasty – tworzywa stosowane jako odporne na korozję materiały konstrukcyjne i substancje gumopodobne) otrzymano już pod koniec XIX wieku, to podstawowe wyobrażenia o naturze i właściwościach polimerów ukształtowały się nie tak dawno temu – mniej więcej na początku lat 40-tych 20 V. W tym czasie powstał także pomysł syntezy substancji polimerowych. Stało się jasne, że jednym z głównych warunków udanej produkcji polimerów jest bardzo wysoka czystość substancji wyjściowych (monomerów), ponieważ obecność nawet bardzo małej ilości obcych cząsteczek (zanieczyszczeń) może przerwać proces polimeryzacji i zatrzymać wzrost cząsteczek polimeru.
Do początku lat 40. XX w. wszystkie główne materiały polimerowe(polistyren, polichlorek winylu, poliamidy i poliestry, poliakrylany i szkło organiczne), których produkcja w kolejnych latach osiągnęła bardzo dużą skalę. Następnie w latach 30. pod przewodnictwem akademika Siergiej Wasiljewicz Lebiediew(1874 - 1934) powstała na szeroką skalę produkcja kauczuku syntetycznego. Mniej więcej w tym samym czasie odkryto polimery krzemoorganiczne, których ważną właściwością są dobre właściwości dielektryczne, i opracowano technologię ich wytwarzania; główna zasługa w tym należy do akademika Kuźma Andrianowicz Andrianow(1904 - 1978). Rozwój N.N. Teoria reakcji łańcuchowych Semenowa jest związana z mechanizmem polimeryzacji rodnikowej. Wolne rodniki w chemii są rozumiane jako bardzo reaktywne, niezależne kinetycznie cząstki (atomy lub grupy atomowe) z niesparowanymi elektronami, na przykład H, CH 3, C 6 H 5.
Później odkryto, że o właściwościach polimerów decyduje nie tylko skład chemiczny i wielkość cząsteczek, ale także w dużej mierze struktura łańcucha molekularnego. Okazało się na przykład, że o różnicy między właściwościami kauczuku syntetycznego i kauczuku naturalnego decyduje nie skład chemiczny i wielkość cząsteczek, ale ich struktura. Wiadomo o tym Radziecki chemik Walentin Aleksiejewicz Kargin(1907 - 1969) napisał: „Jeśli w pierwszym okresie rozwoju chemii polimerów główną uwagę zwracano na wielkość i skład chemiczny powstałych cząsteczek, z czasem struktura łańcucha molekularnego zaczęła budzić coraz większe zainteresowanie. W końcu można zlokalizować zawarte w nim grupy molekularne różne sposoby względem siebie, tworząc dużą liczbę form izomerycznych. Tak więc, jeśli na przykład do łańcucha głównych wartościowości przyłączone są jakieś grupy boczne, to mogą one być rozmieszczone regularnie lub nieregularnie, po jednej lub po różnych stronach cząsteczki łańcucha i mogą tworzyć różne konfiguracje. W konsekwencji przy tym samym składzie struktura chemiczna łańcucha może być bardzo różna, co znacząco wpływa na właściwości polimerów.”
Oprócz polimerów potrzebnych do praktycznego zastosowania w bardzo dużych ilościach, takich jak tworzywa sztuczne, włókna, folie, gumy i kauczuki, które obecnie są produkowane na ogromną skalę, niezwykle ważne stały się także polimery posiadające unikalne, czasem zupełnie nieoczekiwane właściwości, np.: zdolność do przebywania w wysokich temperaturach, przy zachowaniu niezbędnej wytrzymałości, posiadanie właściwości półprzewodnikowych czy przewodności elektrycznej, światłoczułość, aktywność fizjologiczna itp. Otwierają się nowe szerokie perspektywy, np. otrzymywanie sztucznej krwi na bazie fizjologicznie aktywnych polimerów, otrzymywanie barwników, środków powierzchniowo czynnych, elektrolitów i wielu innych.
Jak widać z powyższego, produkcja i szerokie zastosowanie polimery o bardzo różnych właściwościach jest jednym z nich największe osiągnięcia chemia połowy XX wieku.
Biologia
Termin „biologia” został wprowadzony w 1802 r. J. B. Lamarcka I GR Treviranus niezależnie od siebie.
Pierwsze badania, które można uznać za początki współczesnej biologii, sięgają czasów starożytnych. Wiadomo, że starożytny grecki naukowiec i lekarz Hipokrates, który żył w V - IV wieku. BC, jest brane pod uwagę znany lekarz Starożytna Grecja, ojcze medycyna naukowa a jednocześnie subtelnym obserwatorem zjawisk biologicznych. Starożytny grecki naukowiec, który żył ponad pół wieku później Arystoteles, którego zainteresowania obejmowały wszystkie gałęzie wiedzy istniejące w jego czasach, być może najbardziej zajmował się mówieniem język nowoczesny, zagadnienia z biologii. W każdym razie wykazywał duże zainteresowanie biologią opisową, badaniem roślin i zwierząt, ich systematyką, fizjologią i embriologią.
Wybitny starożytny rzymski naukowiec i lekarz Galena(ok. 130 - 200) znany jest przede wszystkim jako wybitny lekarz. W jego klasycznym dziele „O częściach ciała ludzkiego” po raz pierwszy podano opis anatomiczny i fizjologiczny Ludzkie ciało jako całość. Galen podsumował powstałe przed nim pomysły na temat ludzkiego ciała, położył podwaliny pod diagnozowanie chorób i ich leczenie oraz wprowadził do praktyki eksperymenty na zwierzętach.
W dalszy rozwój biologii, wiele uwagi poświęcono różnym ziołom leczniczym. Jak widać z powyższego, biologia u zarania swego rozwoju była szczególnie ściśle związana z medycyną. W XVI wieku i pierwszą połowę XVII w. ukazały się prace wielotomowe, w szczególności encyklopedia zoologiczna: szwajcarski naukowiec K. Gesnera„Historia zwierząt” w pięciu tomach, seria monografii (w trzynastu tomach) włoskiego zoologa U. Aldrovani i wiele innych.
W okresie renesansu nastąpił ogromny postęp w anatomii ludzkiego ciała. W związku z tym należy zwrócić uwagę na osiągnięcia flamandzkiego przyrodnika A. Wesaliusz, jeden z pierwszych, który zaczął badać ludzkie ciało poprzez sekcje i był za to prześladowany przez Kościół. W 1543 r. Vesalius opublikował swoje dzieło „O budowie ciała ludzkiego”, w którym w szczególności wykazał niespójność poglądów Galena na temat krążenia krwi i był bliski wniosku o istnieniu krążenia płucnego. Zaszczyt odkrycia tego ostatniego należy do hiszpańskiego naukowca Miguela Serveta(1509 lub 1511 - 1553) i niezależnie od niego włoskiemu naukowcowi R. Kolumba(1559).
Słynny angielski naukowiec i lekarz Williama Harveya(1578 - 1657) jest założycielem współczesna fizjologia i embriologii, która podała opis krążenia ogólnoustrojowego i płucnego oraz w pracy „Anatomiczne badanie ruchu serca i krwi u zwierząt” (1628), która nakreśliła ogólną doktrynę krążenia krwi u zwierząt.
Stworzenie w XVII wieku. mikroskop umożliwił ustalenie struktura komórkowa zwierzęta i rośliny, zobacz świat drobnoustrojów, czerwone krwinki (czerwone krwinki - komórki niejądrowe, które przenoszą tlen z płuc do tkanek i dwutlenek węgla z tkanek do narządów oddechowych), ruch krwi w naczyniach włosowatych i wiele więcej.
Powyżej szczegółowo omówiliśmy powstanie w pierwszej połowie XVIII wieku. Szwedzki naukowiec K. Linneusza tak zwany binarny (z podwójną nazwą - według rodzaju i gatunku) system klasyfikacji zwierząt i flora. Chociaż Linneusz uznawał niezmienność świata, jego system grał duża rola w rozwoju biologii. Warto również zwrócić uwagę na badania francuskiego naukowca Georgesa Louisa Leclerca Buffona(1707 - 1788), który stworzył „Historię naturalną”, w 36 tomach, w której podany jest opis zwierząt, ludzi, minerałów, a także zarysowana jest historia Ziemi. Idee Buffona na temat historii Ziemi zawierały założenie o pokrewieństwie podobnych form zwierzęcych.
Angielski naukowiec-materialista Józefa Priestleya (1733 - 1804), który przeprowadził doświadczenia z roślinami, wykazał, że rośliny zielone wydzielają gaz niezbędny do oddychania, a wręcz przeciwnie, pochłaniają gaz, który zakłóca oddychanie. Według Priestleya rośliny wydają się korygować powietrze zepsute przez oddychanie. Francuscy naukowcy A. Lavoisier, P. Laplace I A. Seguina określił właściwości tlenu i jego rolę w procesach spalania i oddychania. Holenderski lekarz J. Ingenhouse'a i szwajcarscy naukowcy J. Senebiera I N. Saussure na przełomie XVIII i XIX w. zainstalowana rola światło słoneczne w procesie uwalniania tlenu z zielonych liści.
Jean Baptiste Lamarck uważał, że drabina bytów jest konsekwencją ewolucji organizmów żywych z niższego na wyższe. Uważał, że przyczyną ewolucji jest wrodzona właściwość organizmów żywych – dążenie do doskonałości. Jeśli chodzi o środowisko zewnętrzne i jego wpływ na organizmy żywe, to według Lamarcka takie oddziaływanie istnieje i następuje albo poprzez bezpośrednie oddziaływanie środowiska, charakterystyczne dla roślin i organizmów niższych, albo poprzez intensywne lub odwrotnie, bardzo słaba praca niektórych narządów, w tym przypadku zwierząt wyższych.
W czasach, gdy żył i tworzył Lamarck, jego poglądy na rozwój flory i fauny były postępowe. Jeśli chodzi o uzasadnienie ewolucji, odsłonięcie przyczyn, które ją powodują, Lamarck nie podał tego wyjaśnienia, ograniczając się jedynie do odniesienia do jakiegoś niezrozumiałego (i w istocie idealistycznego) pragnienia organizmów do doskonalenia.
Wybitny francuski naukowiec Ludwik Pasteur (1822-1895) uważany jest za twórcę współczesnej mikrobiologii, immunologii i stereochemii. Obalił teorię samorzutnego powstawania mikroorganizmów i odkrył naturę fermentacji (procesu zachodzącego bez dostępu powietrza pod wpływem mikroorganizmów). Jednak najbardziej znane są prace Pasteura z zakresu medycyny, a także rolnictwa i przemysłu spożywczego.
Pasteur odkrył rolę mikroorganizmów w chorobach zakaźnych zwierząt i ludzi, opracował specjalne szczepionki, które zarówno zapobiegają tego typu chorobom zakaźnym (tworząc odporność), jak i mają pomóc organizmowi w walce z chorobami zakaźnymi.
Istota sprawy sprowadza się w skrócie do tego, co następuje. U ssaków, zwłaszcza stałocieplnych, odporność może objawiać się na dwa sposoby. W jednym przypadku we krwi powstają tzw. przeciwciała przeciwko obcym, szkodliwym białkom – antygenom. W odpowiedzi na wprowadzenie antygenu (mogą to być nie tylko obce białka, ale także inne duże cząsteczki), po pewnym czasie (od jednego do dwóch tygodni) we krwi pojawiają się przeciwciała - specjalne białka należące do grupy immunoglobulin, specyficznie wiążące tylko na antygen, który spowodował ich pojawienie się. Każda cząsteczka przeciwciała ma dwa identyczne centra aktywne, co pozwala im związać dwie cząsteczki antygenu. Przeciwciała syntetyzowane są w limfocytach B, a nabyta zdolność do tworzenia określonego rodzaju przeciwciał (odporności) utrzymuje się w organizmie przez lata, często przez całe życie. W innym przypadku dochodzi do niezgodności komórek jednego organizmu (biorcy-gospodarza) z komórkami innego organizmu (dawcy). Nawiasem mówiąc, to właśnie niezgodność komórek dwóch różnych organizmów jest najczęstszą przyczyną powikłań i niepowodzeń transplantacji - przeszczepiania narządów i tkanek od jednego zwierzęcia lub osoby do drugiego. Tak więc korzystna właściwość organizmu - zdolność do tworzenia odporności (przeciwdziałania działaniu szkodliwych czynników) w przypadku przeszczepu powoduje ogromne trudności.
Rosyjski fizjolog roślin i mikrobiolog Dmitrij Iosifowicz Iwanowski(1864-1920), który jako pierwszy odkrył wirusa mozaiki tytoniowej, jest twórcą wirusologii - nauki badającej budowę i właściwości wirusów, diagnozującej i leczącej wywołane nimi choroby.
W swoim opus magnum O pochodzeniu gatunków naturalna selekcja„(1859) Karola Roberta Darwina(1809 - 1882) wysunęli trzy główne czynniki determinujące ewolucję życia na Ziemi: zmienność, dziedziczność i dobór naturalny. Teoria Darwina oparta na tych trzech czynnikach wydaje się tak przekonująca i niepodważalna, gdy czyta się jego książkę, że wydaje się dziwne, że nikt wcześniej tego nie powiedział. Mimowolnie przypominasz sobie powyższe słowa starożytnego greckiego filozofa i pisarza Plutarcha o jasnych i zrozumiałych wyjaśnieniach Archimedesa, a wtedy staje się oczywiste, że bezsporność i przekonywalność argumentów Darwina jest niczym innym jak konsekwencją geniuszu i ogromnego dzieła ich autor.
Światowej sławy naukowiec, Anglik Karola Roberta Darwina urodził się w Anglii w małym miasteczku Shrewsbury pod Londynem w rodzinie lekarza. Sam Darwin tak powiedział o swojej biografii: „Studiowałem, potem zaangażowałem się podróż dookoła świata, a potem studiowałem ponownie: oto moja autobiografia.
Darwin już w dzieciństwie zainteresował się botaniką i zoologią, a także chemią, los jednak postanowił inaczej: najpierw studiował na Uniwersytecie w Cambridge jako lekarz, a potem, nie czując żadnego pociągu do praktyki lekarskiej, pod presją swego ojciec przeniósł się na Wydział Teologiczny tej samej uczelni. W 1831 roku Darwin ukończył studia na uniwersytecie w Cambridge, uzyskał tytuł licencjata i pozostało mu jedynie przyjęcie święceń kapłańskich.
Ale w tym czasie przyjaciel Darwina z Cambridge, profesor biologii Henslow, po uzyskaniu zgody Darwina, polecił go jako przyrodnika na statku Beagle, który pod dowództwem kapitana R. Fitzroya miał okrążyć świat głównie w celach geograficznych .
To był być może główny punkt zwrotny w jego życiu. Podróż trwała od 1831 do 1836 roku. Jest pięknie opisana w książce Darwina „Podróż przyrodnicza dookoła świata na okręcie Beagle”.
Trasa Beagle’a, która rozpoczęła się w Devonport 27 grudnia 1831 roku, przebiegała przez Ocean Atlantycki aż do Bahii, położonej w Półkula południowa, na wschodnim wybrzeżu Brazylii. Tutaj Beagle pozostał do 12 marca 1832 roku, po czym przeniósł się na południe wzdłuż wybrzeża Atlantyku. 26 lipca 1832 roku wyprawa dotarła do stolicy Urugwaju, Montevideo i do maja 1834, czyli prawie dwóch lat, prowadziła prace na wschodnim wybrzeżu Ameryka Południowa. W tym czasie odwiedziłem dwukrotnie Ziemia Ognista, dwa razy - Falklandy. Darwin przeprowadzał także wyprawy lądowe. 12 maja 1834 roku „Beagle” skierował się na południe, przepłynął Cieśninę Magellana i pod koniec czerwca 1834 roku dotarł do zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej. Wyprawa pozostawała na wybrzeżu Pacyfiku w Ameryce Południowej do września 1835 r., czyli ponad rok, podczas którego Darwin wyruszał na wyprawy lądowe, w szczególności przekroczył Kordylierę. We wrześniu 1835 roku Beagle opuścił Amerykę Południową, kierując się na Wyspy Galapagos. Następnie wyprawa ruszyła na południowy zachód, dotarła do Wysp Partnerstwa, a następnie Wysp Przyjaźni i 20 grudnia 1835 roku rzuciła kotwicę w Zatoce Wysp w pobliżu północnej wyspy Nowej Zelandii. Kurs wyprawy wiódł dalej w stronę Australii, której południowe wybrzeże omijano od Sydney, przez Tasmanię, aż do Zatoki Króla Jerzego w południowo-zachodniej części. Stamtąd wyprawa skierowała się na północny zachód i dotarła do Wysp Kokosowych. Następnie Beagle zmienił kurs, kierując się na wyspę Mauritius, okrążając przylądek Dobra Nadzieja odwiedził wyspę Św. Heleny i 1 sierpnia 1836 r. rzucił kotwicę w Bahia, kończąc opłynięcie. W październiku 1836 roku Beagle powrócił do Anglii.
Materiał, który Darwin przywiózł ze swojej pięcioletniej podróży dookoła świata, był ogromny i różnorodny. Były tam zielniki i kolekcje, duża liczba różnych akt i wiele więcej.
Od powrotu Darwina z podróży dookoła świata do publikacji jego książki „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli zachowanie ras uprzywilejowanych w walce o życie” minęły 23 lata. Tymczasem w 1839 roku ukazała się pierwsza praca naukowa Darwina „Dziennik badań”, w 1842 roku opublikował pracę na temat budowy i rozmieszczenia raf koralowych, w której Darwin przekonująco udowodnił, że podstawy raf nie są starożytne wygasłe wulkany, jak wcześniej sądzono, ale złoża koralowców, które znalazły się pod wodą w wyniku osiadania dna morskiego. W latach 1842-1844. Darwin opublikował podstawową teorię ewolucji w swoich esejach.
Po powrocie z podróży dookoła świata Darwin przeniósł się z Londynu do miasteczka Down pod Londynem, gdzie kupił małą posiadłość, w której mieszkał do końca swoich dni. Darwin ożenił się przed przeprowadzką, a jego rodzina miała wiele dzieci.
Tak więc główne dzieło Darwina, „O powstawaniu gatunków przez dobór naturalny, czyli zachowanie preferowanych ras w walce o życie” (w skrócie „O powstawaniu gatunków”), zostało opublikowane w listopadzie 1859 roku. Książka przekonująco, z na dużej liczbie przykładów przedstawiono idee autora, które całkowicie wywróciły do góry nogami dotychczasowe wyobrażenia o niezmienności form życia roślin i zwierząt na Ziemi. Jeszcze przed opublikowaniem tej książki Darwin napisał: „Stopniowo doszedłem do wniosku, że Stary Testament, przypisując Bogu poczucie mściwego tyrana, nie jest bardziej godny zaufania niż święte księgi Hindusów czy wierzenia hinduistów jakiś dzikus... Stopniowo wkradła się do mojej duszy niewiara, aż w końcu stałem się całkowitym niewierzącym.
Uważał, po pierwsze, że świat roślin i zwierząt charakteryzuje się zmiennością, czyli różnorodnością cech i właściwości w poszczególne organizmy oraz zmiany tych znaków i właściwości z różnych powodów. Zmienność jest zatem podstawą ewolucji, pierwszym ogniwem ewolucji. Po drugie, uważał, że dziedziczność to czynnik, dzięki któremu cechy i właściwości organizmów (w tym nowych) mogą być przekazywane kolejnym pokoleniom. I wreszcie, po trzecie, że dobór naturalny otwiera drogę organizmom najlepiej przystosowanym do warunków życia otoczenie zewnętrzne i odwrotnie, „odrzuca” organizmy nieprzystosowane.
Tak więc trzy filary tworzą podstawę ewolucji organizmów roślinnych i zwierzęcych na Ziemi: zmienność, dziedziczność i dobór naturalny.
Materialistyczna teoria ewolucji Darwina, darwinizm, była rewolucyjnym krokiem naprzód w rozwoju nauki.
Publikacja książki Darwina O pochodzeniu gatunków spotkała się z dużym zainteresowaniem. Wszystkie 1250 egzemplarzy pierwszego wydania rozeszło się w ciągu jednego dnia. Drugie wydanie – 3000 egzemplarzy – również zostało wyprzedane błyskawicznie.
Najważniejsze osiągnięcia nauka przełomu XIX i XX wieku
„Najważniejsze osiągnięcia nauki końca XIX – początku XX wieku”.
1. Rozwój nauk podstawowych i przemysłowych
Na przełomie XIX i XX wieku w naukach przyrodniczych nastąpiła rewolucja, która wywarła ogromny wpływ na rozwój społeczeństwa. W tym okresie dokonano ważnych odkryć naukowych, które doprowadziły do rewizji dotychczasowych wyobrażeń na temat otaczającego nas świata. Wiodącą rolę w nauce odegrały kraje Europy Zachodniej, przede wszystkim Anglia, Niemcy i Francja. W 1897 roku angielski fizyk J. Thomson odkrył pierwszą cząstkę elementarną - elektron, który był częścią atomu. Okazało się, że atom, który wcześniej był uważany za niepodzielną ostateczną miarę materii, sam składa się z mniejszych cząstek.
Francuscy fizycy A. Becquerel, Pierre i Marie Curie badali wpływ radioaktywności i doszli do wniosku, że niektóre pierwiastki losowo emitują energię. W 1901 r. M. Planck (Niemcy) ustalił, że energia uwalniana jest nie w ciągłych strumieniach, jak wcześniej sądzono, ale w oddzielnych wiązkach – kwantach. W 1911 roku angielski fizyk E. Rutherford zaproponował pierwszą planetarną teorię budowy atomu, zgodnie z którą atom jest podobny do Układu Słonecznego: elektrony - ujemne cząstki elektryczności - poruszają się wokół dodatniego jądra. Niels Bohr (Dania) w 1913 roku wprowadził koncepcję skokowego przejścia elektronu z jednej orbity na drugą, podczas którego otrzymuje lub pochłania kwant energii. Odkrycia Bohra i Plancka stały się podstawą rozwoju fizyki teoretycznej.
Po badaniach z zakresu fizyki kwantowej nowe zjawisko nie pasowało do Newtonowskiego rozumienia materii. Wyjaśnienia tego zjawiska dokonał L. Einstein, który w swojej teorii względności (1905) udowodnił, że materia, przestrzeń i czas są ze sobą powiązane. Ostatecznie odrzucono Newtonowski obraz świata z przestrzenią absolutną i czasem absolutnym: według Einsteina czas zwalniał przy prędkościach bliskich prędkości światła, a przestrzeń mogła być zakrzywiona. Prace naukowca zyskały światową sławę.
W 1869 roku wielki rosyjski naukowiec D.I. Mendelejew odkrył okresowe prawo pierwiastków chemicznych. Stwierdzono, że numer seryjny pierwiastka w układzie okresowym ma nie tylko znaczenie chemiczne, ale także fizyczne, ponieważ odpowiada liczbie elektronów w warstwach powłoki konkretnego atomu. Szybko rozwinęła się elektrochemia, fotochemia, chemia substancji organicznych pochodzenia naturalnego (biochemia) oraz farmakologia chemiczna.
2. Rozwój genetyki, biologii, medycyny
W oparciu o osiągnięcia biologii (badanie budowy komórkowej organizmów) oraz teorię czeskiego przyrodnika G. Mendla na temat czynników wpływających na dziedziczność, niemiecki naukowiec I A. Weismann i amerykański naukowiec T. Morgan stworzyli podwaliny genetyka - nauka o przekazywaniu cech dziedzicznych w świecie roślin i zwierząt. Klasyczne badania z zakresu fizjologii układu sercowo-naczyniowego i narządów trawiennych przeprowadził rosyjski naukowiec I.P. Pavlov. Po zbadaniu wpływu wyższej aktywności nerwowej na przebieg procesów fizjologicznych opracował teorię odruchów warunkowych.
Postępy w biologii dały potężny impuls rozwojowi medycyny. Kontynuując badania wybitnego francuskiego bakteriologa L. Pasteura, pracownicy Instytutu Pasteura w Paryżu po raz pierwszy opracowali szczepionki ochronne przeciwko szeregowi chorób: wąglikowi, cholerze drobiowej i wściekliźnie. Niemiecki mikrobiolog R. Koch i jego liczni uczniowie odkryli czynniki wywołujące gruźlicę, dur brzuszny, błonicę, kiłę i stworzyli leki przeciwko nim.
Dzięki sukcesom chemii medycyna została uzupełniona szeregiem nowych leków. W arsenale leczniczym lekarzy pojawiła się obecnie powszechnie znana aspiryna, piramidon i inne leki. Lekarze z całego świata opracowali naukowe podstawy higieny i higieny, środki zapobiegania i kontroli epidemii.
3. Osiągnięcia w dziedzinie technologii, nowych technologii, transportu
Osiągnięcia naukowe w różnych dziedzinach wiedzy umożliwiły szybki rozwój technologii, technologii produkcji, transportu i łączności. Wiodące sektory to budowa maszyn, elektroenergetyka, górnictwo, przemysł chemiczny i transport. Największym krokiem w zwiększaniu dostępności energii produkcji przemysłowej i transportu była produkcja energii elektrycznej w dużych ilościach przy użyciu dynam, których pierwsze przykłady pojawiły się w latach 70. XIX wieku.
Prawdziwą rewolucją technologiczną było pojawienie się nowych klas silników zaprojektowanych przez niemieckich wynalazców H. Ommo (1876) i R. Diesel (1897). Te kompaktowe, wysoce wydajne silniki na paliwo ciekłe będą wkrótce dostępne
zastosowano w pierwszym samochodzie G. Daimlera i K. Benza (1886, Niemcy), pierwszym samolocie braci W. i O. Wrightów (1903, USA) oraz pierwszym
lokomotywa spalinowa (lokomotywa spalinowa) firmy Klose-Schulzer (1912, Niemcy).
W hutnictwie odkryto nową metodę wytapiania stali – konwertor, a także metodę wytwarzania aluminium i miedzi metodą elektrolizy. Do przemysłu wprowadzono kraking – proces rozkładu ropy naftowej w celu wytworzenia lekkiego paliwa ciekłego. W Niemczech opracowano metodę produkcji benzyny z węgla.
Wielkie zmiany zaszły w budownictwie, gdzie powszechnie stosowane są wysokiej jakości gatunki stali. Zastosowanie konstrukcji stalowych i żelbetowych umożliwiło wznoszenie budynków, mostów, wiaduktów i tuneli o niespotykanych dotąd rozmiarach. W ten sposób w 1905 roku pod Alpami zbudowano tunel Simplon o długości około 20 km. Centralne przęsło mostu Quebec Bridge, zbudowanego w Kanadzie w 1917 roku, osiągnęło 550 m, a wysokość wzniesionego w 1913 roku wieżowca New York Woolworth wynosiła 242 m.
W tym okresie nastąpiły zasadnicze zmiany w organizacji produkcji związane z produkcją wyrobów standaryzowanych masowo i przejściem na produkcję przenośnikową. Istotą produkcji przenośnikowej było to, że wzdłuż procesu technologicznego rozmieszczone były mechanizmy i stanowiska obróbcze, a sam proces, podzielony na szereg prostych operacji, odbywał się w sposób ciągły. Przenośnik został po raz pierwszy zastosowany w fabrykach T. Forda w USA.
Jeden z największych magnatów motoryzacyjnych na świecie, Henry Ford, urodził się w rodzinie rolników. Po ukończeniu szkoły został praktykantem w warsztacie samochodowym i wkrótce otworzył własny warsztat naprawiający maszyny rolnicze. Od 1887 do 1899 roku Ford pracował dla Edisona i zakończył karierę jako główny inżynier.
Od 1890 roku zainteresował się produkcją samochodów iw wolnym czasie zbudował swój pierwszy samochód, który miał silnik dwucylindrowy. W 1899 roku Ford przeniósł się do Detroit Automobile Company. Od tego czasu Ford zajmuje się wyłącznie projektowaniem samochodów. Ale prawdziwy sukces przyszedł mu dopiero w 1903 roku, kiedy model Ford 99 z silnikiem o mocy 80 koni mechanicznych wygrał wiele konkursów prędkości. W tym czasie Ford miał czterdzieści lat i założył własną firmę produkującą samochody.
Ford postawił sobie zupełnie nowe zadanie – stworzyć pierwszy powszechnie dostępny i produkowany masowo samochód. Aby to osiągnąć, musi być wystarczająco tani, a jednocześnie mocny i trwały. Używając lekkiej, mocnej stali, Henry Ford zaczął produkować tanie samochody, które prawie każdy mógł kupić.
4. Udoskonalanie sprzętu wojskowego
Wzrost agresywności czołowych mocarstw z jednej strony i możliwości technicznych z drugiej doprowadził do szybkiego rozwoju i doskonalenia sprzętu wojskowego. Amerykański inżynier H. Maxim wynalazł ciężki karabin maszynowy w 1883 roku. Potem pojawiły się lekkie karabiny maszynowe innych systemów. Na początku I wojny światowej powstało kilka rodzajów karabinów automatycznych. Tendencję do automatyzacji zaobserwowano także w artylerii, gdzie pojawiły się próbki broni półautomatycznej.
Pierwsze projekty bojowego pojazdu opancerzonego, zwanego później czołgiem, zaproponowali w Rosji (1911-1915) inżynierowie V.D. Mendelejew, A.A. Porokhovshchikov, A.A. Vasilyev”, w Wielkiej Brytanii – De Mol (1912), w Austro-Węgrzech – G. Bursztyna (1913), ale nie zostały one opracowane, chociaż pojazd bojowy Porokhovshchikova („Pojazd terenowy”) wyprodukowano w maju 1915 roku. Do jesieni 1916 roku Brytyjczycy stworzyli kilkadziesiąt czołgów („Mark-1” ) oraz 15 września jako pierwsi użyli ich w bitwie pod Sommą (32 pojazdy) podczas I wojny światowej. W czasie wojny Francja produkowała czołgi Renault, a Niemcy nabyli je dopiero w 1918 roku. W sumie W czasie wojny wyprodukowano 2 czołgi w Wielkiej Brytanii 900, we Francji – 6200, w Niemczech – 100 czołgów.
Pojawienie się pierwszego samolotu wojskowego datuje się na lata 1909-1910. W Rosji samoloty po raz pierwszy wykorzystano do celów wojskowych podczas manewrów w okręgach wojskowych w Petersburgu, Warszawie i Kijowie w 1911 roku. Po raz pierwszy samoloty wykorzystano w walce podczas wojen bałkańskich (1912-1913). Na początku I wojny światowej Rosja miała 263 samoloty wojskowe (głównie produkcji francuskiej), Francja - 156, Wielka Brytania - 30, USA - 30, Niemcy - 232, Austro-Węgry - 65.
W Rosji w 1914 roku do służby wszedł pierwszy na świecie bombowiec „Ilja Muromiec”. W 1915 roku do służby weszły jednomiejscowe samoloty myśliwskie: Newport i Spud we Francji oraz Fokker w Niemczech.
W marynarce wojennej prymat należały do parowych okrętów pancernych o grubości pancerza do 610 mm. Jednym z pierwszych takich statków był rosyjski pancernik Piotr Wielki (1877). Wyścig zbrojeń morskich doprowadził do powstania superpotężnych pancerników wyposażonych w ciężką broń artyleryjską. Pierwszy statek tej klasy powstał w Anglii (1905-1906). Nazywał się „Dreadnought”. Wkrótce podobne statki zaczęły budować USA, Rosja i Niemcy.
Aby zwalczyć przewagę morską Anglii, niemieckie dowództwo rozpoczęło budowę okrętów podwodnych. W czasie wojny pojawiły się nowe klasy okrętów: lotniskowce, statki patrolowe, łodzie torpedowe. Pierwszy lotniskowiec z pokładem pasa startowego został przebudowany w Wielkiej Brytanii z niedokończonego krążownika Furies i mógł pomieścić 4 samoloty rozpoznawcze i myśliwiec.
Rozwój nauki i technologii otworzył możliwości postępu, ale jednocześnie doprowadził do wyścigu zbrojeń, a to zwiększyło napięcie międzynarodowe.
Bibliografia
Mniam. Berdyczewski, SA Osmołowski „Historia świata” 2001 s. 111-128.
S.L. Bramin „Historia Europy”. 1998 s. 100-109
LA. Podręcznik Liwanowa „Historia świata”. 2002 s. 150-164.
Zagladin N.V. Historia świata. Historia Rosji i świata od czasów starożytnych do końca XIX wieku: podręcznik dla klasy 10. Ї 6 wyd. Ї M.: LLC „TID „Russian Word Ї RS”, 2006 (§ 41).
Podobne streszczenia:
Biografia Henry'ego Forda. Hitler odznaczył go „Wielkim Krzyżem Orła Niemieckiego”. „Zgubny wpływ” Żydów na różne strony Amerykańskie życie. Wyposażenie Ford Motor w transport wojskowy dla armii amerykańskiej, radzieckiej i nazistowskiej podczas II wojny światowej.
Skład naukowy oraz działalność rosyjskich naukowców w przedrewolucyjnych dziesięcioleciach. Centra nauka podstawowa w Rosji i ich osiągnięcia, zastosowanie odkryć we współczesnej dynamice i teorii rakiet napęd odrzutowy, chemii, technologii i budowy instrumentów.
Społeczeństwo przemysłowe to społeczeństwo, w którym żyje przemysł maszynowy czołowe miejsce, określające jego dobrobyt, potencjał militarny, status międzynarodowy.
Postęp technologii wywarł ogromny wpływ na medycynę. Doktryna ewolucyjna Darwin przyczynił się do rozwoju biologii i anatomii, które zaczęły służyć potrzebom medycyny. Jak już zauważono, stosunki kapitalistyczne ukształtował się w krajach europejskich w Inne czasy, dlatego nastąpił rozwój nauk...
Konwencja Morska Anglii i Rosji. Sojusz anglo-rosyjski przeciwko blokowi austro-niemieckiemu.
Wojna francusko-pruska i jego konsekwencje oraz zmiany w systemie stosunki międzynarodowe. Wzmocnienie sprzeczności anglo-niemieckich, utworzenie Ententy, przejście Niemiec do polityki światowej. Kryzysy i konflikty międzynarodowe na początku XX wieku, wyścig zbrojeń.
Główne cechy Rozwój gospodarczy wiodących krajów zachodnich przełom XIX-XX wieki Konsekwencje zmian technicznych i technologicznych ostatniej tercji XIX wieku. Cechy charakteru drugi rewolucja przemysłowa. Powstanie nowego elita burżuazyjna początek XX wieku
Lista prezydentów USA.
Badania na początku XX w. (1901–1917) Do trzeciej kategorii wiekowej rosyjskich chemików zaliczają się osoby urodzone w latach 70. XIX w. Z reguły wszyscy otrzymali edukacja chemiczna w Rosji pierwsze kroki w nauce stawiali pod okiem krajowych kolegów. Dlatego ich praca polega głównie na...
Charakterystyka wybitne osiągnięcia naukowe i myśl techniczna XX wiek Wiek XX jako okres dominacji Stanów Zjednoczonych nad światem. Analiza form interakcji pomiędzy państwami wiodącymi i państwami zewnętrznymi. Przesłanki i znaczenie wprowadzenia wspólnej waluty paneuropejskiej – euro.
W XX wieku niezwykle szybko rozwinęły się nauki przyrodnicze: fizyka, chemia, astronomia, biologia, geologia i wiele innych. Nauka dała wiele pomysłów i osiągnięć, a produkcja z kolei dała nauce złożone i zaawansowane urządzenia i instrumenty. Wszystko to razem stymulowało rozwój nauki. Konsekwencją tego niezwykle owocnego połączenia nauki i produkcji było osiągnięcie ich wysokiego rozwoju, co doprowadziło do pojawienia się w połowie XX wieku trzeciej rewolucji naukowo-technicznej.
Fizyka
W XX wieku wiele zrobiono w dziedzinie badania struktury materii. Słynny angielski fizyk Ernesta Rutherforda(1871–1937) ustalił eksperymentalnie, że atomy mają jądra, w których skoncentrowana jest prawie cała ich masa, i opracował planetarny model budowy atomu (1911). Był to prawdopodobnie ostatni (a może pierwszy i ostatni) model atomu, który stosunkowo łatwo sobie wyobrazić. Według modelu planetarnego elektrony poruszają się po nieruchomym jądrze atomu (podobnie jak planety wokół Słońca) i jednocześnie, zgodnie z prawami elektrodynamiki klasycznej, w sposób ciągły emitują energię elektromagnetyczną. Jednak planetarny model atomu Rutherforda nie był w stanie wyjaśnić, dlaczego elektrony, poruszając się wokół jądra po orbitach kołowych i w związku z tym stale doświadczając przyspieszenia, a przez to stale emitując i tracąc swoją energię kinetyczną, nie zbliżają się do jądra i nie spadają na jego powierzchnia.
Model atomu zaproponowany przez znanego duńskiego fizyka Nielsa Henrika Davida Bohra (1885 - 1962), choć opierał się na modelu planetarnym Rutherforda, nie zawierał wskazanej sprzeczności. W tym celu Bohr wprowadził postulaty, które obecnie noszą jego imię, zgodnie z którymi atomy mają tzw. orbity stacjonarne, po których elektrony poruszają się bez emisji, natomiast promieniowanie występuje tylko w tych przypadkach, gdy przemieszczają się one z jednej orbity stacjonarnej na drugą (w tym przypadku zmiana energii atomowej). Genialna hipoteza (lub pomysł) Bohra, pomimo swojej wewnętrznej niespójności, łączy
Rozumienie mechaniki klasycznej Newtona, służącej do wyjaśnienia ruchu elektronów i niedopuszczalnych z jej punktu widzenia kwantowych ograniczeń ruchu elektronów, znalazło jednak potwierdzenie eksperymentalne.
Ogromnym osiągnięciem fizyki było stworzenie mechaniki kwantowej (falowej), zgodnie z którą mikrocząstki mają podwójną naturę korpuskularno-falową. Mechanika kwantowa – jeden z głównych działów teorii kwantowej – najbardziej ogólnej teorii fizycznej, nie tylko dała nowe, rewolucyjne pomysły na temat mikrocząstek, ale także umożliwiła wyjaśnienie wielu właściwości ciał makroskopowych.
Warunkiem rozwoju mechaniki kwantowej były prace nad stworzeniem koncepcji kwantowych Plancka, Einsteina i Bohra. W 1924 r. francuski fizyk Ludwika de Broglie’a wysunął ideę podwójnej fali korpuskularnej nie tylko promieniowania elektromagnetycznego (fotonów), ale także innych mikrocząstek, kładąc w ten sposób podwaliny pod mechanikę kwantową. Nieco później przeprowadzono eksperymenty, w których zaobserwowano dyfrakcję mikrocząstek – rozpraszanie strumienia mikrocząstek (przepływ mikrocząstek zaginających się wokół różnych przeszkód), wskazując ich właściwości falowe, co było eksperymentalnym potwierdzeniem hipotezy de Broglie’a.
W 1925 roku jednym z twórców mechaniki kwantowej był szwajcarski fizyk teoretyczny Wolfganga Pauliego(1900 - 1958) sformułowali tzw. zasadę wykluczenia - podstawowe prawo natury, zgodnie z którym ani atom, ani cząsteczka nie mogą mieć dwóch elektronów w tym samym stanie. Austriacki fizyk teoretyczny Erwin Schrödinger(1887 - 1961) opracowali mechanikę falową w 1926 roku i sformułowali jej podstawowe równanie. Niemiecki fizyk teoretyczny Wernera Heisenberga(1901 - 1976) sformułowali zasadę nieoznaczoności (1927), zgodnie z którą nie można jednocześnie z dużą dokładnością nazwać wartości współrzędnych i pędów mikrocząstek. Fizyk angielski Pawła Diraca położył podwaliny elektrodynamiki kwantowej (1929) i kwantowej teorii grawitacji, opracował relatywistyczną teorię ruchu elektronów, na podstawie której przewidział (1931) istnienie pozytonu - pierwszej antycząstki (cząstki pod każdym względem podobnej do jego „sobowtór”, w tym przypadku elektron, ale inny od niego znak ładunku elektrycznego, momentu magnetycznego i niektórych innych cech), anihilacja i narodziny par. W 1932 roku amerykański fizyk Carla Davida Andersona odkrył antycząstkę elektronu, pozyton, w promieniowaniu kosmicznym, a w 1936 r. mion.
Już w 1896 roku francuski fizyk Pierre’a Curie(1859 - 1906) wraz z żoną Marii Skłodowskiej-Curie(1867 - 1934) i francuski fizyk Antoine’a Henriego Becquerela(1852 - 1908) odkrył radioaktywność i radioaktywne przemiany ciężkich pierwiastków. W 1934 r Francuska para fizyków Irena(córka P. Curie i M. Skłodowskiej-Curie) i Fryderyk Joliot-Curie(1900 - 1958) odkryli sztuczną promieniotwórczość. Odkrycie angielskiego fizyka Jamesa Chadwicka(1891 - 1974) w 1932 roku neutron doprowadził do nowoczesnych koncepcji protonowo-neutronowych na temat struktury jąder atomowych.
Rozwój fizyki jądrowej i badanie reakcji jądrowych zostało znacznie ułatwione dzięki stworzeniu akceleratorów cząstek naładowanych. Liczba znanych cząstek elementarnych wzrosła wielokrotnie. Wiele z nich jest w stanie istnieć jedynie przez znikomy czas. Okazało się, że cząstki elementarne mogą ulegać wzajemnym przekształceniom, że w ogóle nie są elementarne. Według udanego porównania słynnego radzieckiego fizyka V.L. Ginzburgu, wszystko dzieje się tak, jakbyśmy mieli do czynienia z „nieskończoną lalką gniazdującą”: odkrywamy jedną cząstkę elementarną, a za nią „jeszcze bardziej elementarną” i tak dalej bez końca. Można chyba powiedzieć, że większość współczesnych fizyków uznaje istnienie specjalnych cząstek elementarnych – kwarków i odpowiadających im antycząstek – antykwarków. Zakłada się, że kwarki mają ułamkowy ładunek elektryczny. Kwarków nie wykryto eksperymentalnie, ale być może dlatego, że nie mogą istnieć w stanie wolnym, niezwiązanym.
Nie sposób nie zauważyć ogromnego wpływu fizyki na inne nauki i rozwój technologii. Ze względu na to, że temat ten jest naprawdę niewyczerpany, będziemy odnosić się tylko do tych nauk, których nazwa wskazuje na wpływ fizyki: astro-, geo- i biofizyki, chemii fizycznej i niektórych innych.
Szybki rozwój fizyki jądrowej umożliwił to w latach 1939–1945. podjąć zdecydowane kroki w celu uwolnienia energii jądrowej. To wybitne odkrycie naukowe wykorzystano najpierw do celów wojskowych do stworzenia broni nuklearnej i termojądrowej, a następnie do celów pokojowych: w Związku Radzieckim zbudowano pierwszą elektrownię jądrową, która rozpoczęła działalność w 1954 r. Następnie powstało kilkadziesiąt potężnych elektrowni jądrowych powstały w wielu krajach świata, gdzie wytwarzana jest znaczna część energii elektrycznej.
Opierając się na fizyce kryształów, teorii półprzewodników, która ma ogromne znaczenie praktyczne, analizie dyfrakcji promieni rentgenowskich, a także mikroskopie elektronowym i metodzie znakowanych atomów, która odegrała główną rolę w rozwoju wielu dziedzin techniki , a być może zwłaszcza metalurgia, zostały stworzone. Elektronika wiele zawdzięcza fizyce i jej osiągnięciom - nauce o oddziaływaniu elektronów z polami elektromagnetycznymi oraz sposobom tworzenia urządzeń elektronicznych, co z kolei ma decydujące znaczenie dla wielu dziedzin techniki, w szczególności dla komputerów elektronicznych.
Alberta Einsteina. Teoria względności
Eksperymenty amerykańskiego fizyka Alberta Abrahama Michelsona(1852 - 1931) wyznaczając prędkość światła (m.in. słynny „eksperyment Michelsona”) wykazał jego niezależność od ruchu Ziemi. Okazało się, że prędkość światła w pustej przestrzeni jest zawsze stała i – choć na pierwszy rzut oka może się to wydawać dziwne – niezależna od ruchu źródła lub odbiornika światła.
Odkrycia Michelsona nie dało się wytłumaczyć z punktu widzenia istniejących wówczas teorii fizycznych. Po pierwsze, z zasady względności Galileusza wynika, że jeśli dwa układy współrzędnych poruszają się względem siebie prostoliniowo i równomiernie, czyli w języku mechaniki klasycznej są to układy bezwładnościowe, to wszystkie prawa natury będą dla nich takie same. Co więcej, niezależnie od tego, ile takich systemów jest (dwa lub znacznie więcej), nie można określić, w którym z nich prędkość można uznać za bezwzględną. Po drugie, zgodnie z mechaniką klasyczną, prędkości układów inercjalnych można przekształcać względem siebie, czyli znając prędkość ciała (punktu materialnego) w jednym układzie inercjalnym, można wyznaczyć prędkość tego ciała w innym układzie inercjalnym , a wartości prędkości tego ciała w różnych inercyjnych układach współrzędnych są różne.
Oczywiście drugie stanowisko zaprzecza eksperymentowi Michelsona, zgodnie z którym, powtarzamy, światło ma stałą prędkość niezależnie od ruchu źródła lub odbiornika światła, czyli niezależnie od tego, w jakim inercjalnym układzie współrzędnych prowadzone jest zliczanie.
Sprzeczność tę rozwiązano za pomocą teorii względności - teorii fizycznej, której podstawowe prawa zostały ustalone przez A. Einsteina w 1905 r. (prywatna lub szczególna teoria względności) oraz w latach 1907-1916. (ogólna teoria względności).
Wielki fizyk teoretyczny Alberta Einsteina(1879 - 1955) urodził się w Niemczech (Ulm). Od 14 roku życia mieszkał z rodziną w Szwajcarii. Studiował na Politechnice w Zurychu, a ukończył w 1900 roku wykładał w szkołach w miastach Schafhausen i Winterthur. W 1902 roku udało mu się uzyskać posadę eksperta w Federalnym Urzędzie Patentowym w Bernie, co bardziej mu odpowiadało finansowo. Lata pracy w biurze (od 1902 do 1909) były dla Einsteina latami bardzo owocnej działalności naukowej. W tym czasie stworzył szczególną teorię względności, podał matematyczną teorię ruchów Browna, która, notabene, pozostawała niewyjaśniona przez około 80 lat, opracował kwantową koncepcję światła, prowadził badania z fizyki statystycznej i szereg innych dzieł.
Dopiero w 1909 roku ogromny już dorobek naukowy Einsteina stał się powszechnie znany, doceniony (nie w pełni) i został wybrany profesorem Uniwersytetu w Zurychu, a w 1911 roku – Uniwersytetu Niemieckiego w Pradze. W 1912 roku Einstein został wybrany na kierownika wydziału Politechniki w Zurychu i wrócił do Zurychu. W 1913 roku Einstein został wybrany członkiem Pruskiej i Bawarskiej Akademii Nauk i przeniósł się do Berlina, gdzie mieszkał do 1933 roku, będąc dyrektorem Instytutu Fizyki i profesorem Uniwersytetu Berlińskiego. W tym okresie stworzył ogólną teorię względności (najprawdopodobniej ukończoną, bo zaczął nad nią pracować w 1907 r.), rozwinął kwantową teorię światła i przeprowadził szereg innych badań. W 1921 roku Einstein otrzymał Nagrodę Nobla za prace z zakresu fizyki teoretycznej, zwłaszcza za odkrycie praw efektu fotoelektrycznego (zjawiska polegającego na uwalnianiu elektronów z ciała stałego lub cieczy w wyniku działania promieniowanie elektromagnetyczne).
W 1933 roku w wyniku ataków na niego ze strony ideologów niemieckiego faszyzmu jako osoby publicznej – bojownika wojny i Żyda, Einstein opuścił Niemcy, a później na znak protestu przeciwko faszyzmowi odmówił członkostwa w Niemieckiej Akademii Nauk. Nauki. Einstein spędził całą ostatnią część swojego życia w Princeton (USA), pracując w Instytucie Badań Podstawowych w Princeton.
Teoria względności opiera się na fakcie, że pojęcia przestrzeni i czasu, w przeciwieństwie do mechaniki newtonowskiej, nie mają charakteru absolutnego. Przestrzeń i czas, zdaniem Einsteina, są organicznie powiązane z materią i między sobą. Można powiedzieć, że zadanie teorii względności sprowadza się do określenia praw przestrzeni czterowymiarowej, której trzy współrzędne są współrzędnymi trójwymiarowej objętości (x, y, z), a czwarta współrzędna to czas (T).
Stałość prędkości światła, udowodniona doświadczeniem, zmusza nas do porzucenia koncepcji czasu absolutnego.
Granicą jest prędkość światła, równa jak wiemy ogromnej wartości - 300 tys. km/s. Prędkość żadnego obiektu nie może być większa.
W 1905 roku Einstein połączył pojęcia przestrzeni i czasu. Jedenaście lat później był w stanie wykazać, że grawitacja Newtona jest przejawem tego śmiałego zjednoczenia w tym sensie, że grawitacja Newtona oznacza obecność krzywizny w pojedynczej rozmaitości czasoprzestrzennej.
Einstein doszedł do wniosku, że przestrzeń rzeczywista jest nieeuklidesowa, że w obecności ciał tworzących pola grawitacyjne ilościowe cechy przestrzeni i czasu stają się inne niż w przypadku braku ciał i pól przez nie wytwarzanych. Na przykład suma kątów trójkąta jest większa niż π, czas płynie wolniej. Einstein podał fizyczną interpretację teorii N.I. Łobaczewski. Podstawy ogólnej teorii względności wyrażone są w otrzymanym przez Einsteina równaniu pola grawitacyjnego.
Jeśli szczególna teoria względności została nie tylko potwierdzona eksperymentalnie, podczas tworzenia i działania akceleratorów mikrocząstek i reaktorów jądrowych, ale stała się już niezbędnym narzędziem do odpowiednich obliczeń, to z ogólną teorią względności sytuacja jest inna.
Opóźnienie w eksperymentalnej weryfikacji ogólnej teorii względności wynika zarówno z niewielkiej liczby efektów dostępnych do obserwacji na Ziemi i w Układzie Słonecznym, jak i z porównawczej niedokładności odpowiednich metod astronomicznych.
Założycielem teorii kwantów jest słynny niemiecki fizyk, członek Berlińskiej Akademii Nauk, Członek Honorowy Akademii Nauk ZSRR Maxa Plancka (1858-1947). Planck studiował na uniwersytetach w Monachium i Berlinie, słuchając wykładów Helmholtza, Kirchhoffa i innych wybitnych naukowców. Pracował głównie w Kilonii i Berlinie. Główne prace Plancka, które zapisały jego nazwisko w historii nauki, dotyczą teorii promieniowania cieplnego.
Decydujący krok zrobił Planck w 1900 roku, kiedy zaproponował nowe (całkowicie niezgodne z klasycznymi koncepcjami) podejście: uznanie energii promieniowania elektromagnetycznego za dyskretną wartość, która może być przekazywana jedynie w oddzielnych, aczkolwiek małych porcjach (kwantach). . Jako taką część (kwant) energii Planck zaproponował wartość E = hv, erg to część (kwant) energii promieniowania elektromagnetycznego, sec -1 to częstotliwość promieniowania, H=6,62*10 -27 erg*sec - stała, która później otrzymała nazwę stałej Plancka lub kwantu działania Plancka.
Domysł Plancka okazał się niezwykle skuteczny, a co więcej, genialny. Planckowi nie tylko udało się uzyskać równanie promieniowania cieplnego odpowiadające doświadczeniu, ale jego idee stały się podstawą teorii kwantowej – jednej z najbardziej wszechstronnych teorii fizycznych, która obejmuje obecnie mechanikę kwantową, statystykę kwantową i kwantową teorię pola.
Struktura materii. Teoria kwantowa
Fizyka atomowa jako samodzielna nauka powstała na bazie odkrycia elektronu i promieniowania radioaktywnego. Elektron – ujemnie naładowana mikrocząstka o masie zaledwie około 9*10-28 g – jeden z głównych elementów strukturalnych materii – odkrył słynny angielski fizyk Josepha Johna Thomsona (1856 - 1940), członek (1884) i
Prezes (1915–1920) Towarzystwa Królewskiego w Londynie, zagraniczny członek honorowy Akademii Nauk ZSRR.
W 1896 roku francuscy fizycy Pierre Curie, Maria Skłodowska-Curie i A. Becquerel jako pierwsi odkryli radioaktywność soli uranu. Zjawisko promieniotwórczości, które ostatecznie obaliło ideę niepodzielności (nieprzekształcalności) atomu, polega na samoistnym przekształceniu niestabilnych jąder atomowych w jądra innych pierwiastków (innych atomów), co następuje w wyniku Promieniowanie jądrowe. Okazało się także (co było niezwykle ważne dla medycyny), że odkryte przez Becquerela promienie potrafiły wnikać głęboko w materię i dlatego były sposobem na uzyskanie fotografii np. narządów wewnętrznych człowieka.
Pierre Curie i jego żona Maria Skłodowska-Curie zajmowali się także zagadnieniami promieniotwórczości i innych pierwiastków. W 1898 roku odkryli nowe pierwiastki: polon i rad. Stwierdzono, że promieniowanie radioaktywne może być dwojakiego rodzaju: jądro pierwiastka promieniotwórczego emituje cząstkę alfa (jądro atomu helu o ładunku dodatnim 2e) lub cząstkę beta (elektron o ładunku ujemnym -e) . W obu przypadkach atom pierwiastka promieniotwórczego zamienia się w atom innego pierwiastka (zależy to zarówno od pierwotnej substancji radioaktywnej, jak i od rodzaju promieniowania radioaktywnego).
W badaniach radioaktywności ogromne znaczenie miała wspólna praca słynnego angielskiego fizyka Ernesta Rutherforda i słynnego angielskiego chemika Frederica Soddy (1877 - 1956), prowadzony w latach 1899-1907. Jako początkowe pierwiastki radioaktywne wykorzystali uran, tor i aktyn. Odkryto tzw. izotopy, tj. odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które mają te same właściwości chemiczne i zajmują to samo miejsce w układzie okresowym pierwiastków Mendelejewa, ale różnią się masą atomów.
E. Rutherforda, członek Royal Society of London, członek honorowy Akademii Nauk ZSRR, urodził się w 1871 roku w Nowej Zelandii w rodzinie drobnego rolnika, jako czwarte z 12 dzieci. Absolwent Uniwersytetu Nowej Zelandii (Christchurch). W 1894 przeniósł się do Anglii i został przyjęty do Cavendish Laboratory na Uniwersytecie w Cambridge, gdzie rozpoczął badania pod kierunkiem J. J. Thomsona. Rutherford spędził większość swojego życia (z pewnymi przerwami podczas pracy na uniwersytetach w Montrealu i Manchesterze) w Cambridge, będąc dyrektorem Cavendish Laboratory od 1919 roku. Wykształcił dużą liczbę wysoko wykwalifikowanych fizyków.
Na podstawie eksperymentów Rutherford doszedł do wniosku, że atomy zawierają jądra – dodatnio naładowane mikrocząstki, których rozmiar (około 10–12 cm) jest bardzo mały w porównaniu z rozmiarem atomów (około 10–8 cm), ale masa atom jest prawie całkowicie skoncentrowany w swoim rdzeniu,
Cząstka α gwałtownie zmienia kierunek swojej ścieżki, gdy uderza w jądro.
Odkrycie jąder atomowych było bardzo ważnym wydarzeniem w rozwoju fizyki atomowej. Ale planetarny model atomu Rutherforda okazał się niezgodny z elektrodynamiką Maxwella.
Kolejny model atomu Bohra opierał się na teorii kwantowej. Jeden z najwybitniejszych fizyków XX wieku. - Dane Nielsa Bohra(1885 - 1962) urodził się i ukończył studia na Uniwersytecie w Kopenhadze. Pracował na Uniwersytecie w Cambridge pod kierunkiem J. J. Thomsona oraz na Uniwersytecie w Manchesterze pod kierunkiem Rutherforda. W 1916 roku został wybrany na kierownika katedry fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Kopenhadze, od 1920 roku i do końca życia stał na czele utworzonego przez siebie Instytutu Fizyki Teoretycznej w Kopenhadze, noszącego obecnie jego imię. W 1943 roku, podczas okupacji Danii przez hitlerowców, Bohr widząc, że szykują się przeciwko niemu represje, przy pomocy organizacji Ruchu Oporu przedostał się łodzią do Szwecji, a następnie przedostał się do Stanów Zjednoczonych. Po zakończeniu wojny wrócił do Kopenhagi.
Model atomu stworzony przez Bohra opierał się na planetarnym modelu atomu Rutherforda oraz na opracowanej przez niego w 1913 roku kwantowej teorii budowy atomu.
W roku 1924 miało miejsce jedno z największych wydarzeń w historii fizyki: francuski fizyk Ludwika de Broglie’a(1892 - 1983) wysunął ideę falowych właściwości materii, kładąc w ten sposób podwaliny pod mechanikę kwantową. Twierdził, że właściwości falowe, podobnie jak korpuskularne, są nieodłączne dla wszystkich rodzajów materii: elektronów, protonów, cząsteczek, a nawet ciał makroskopowych.
Dalszy rozwój mechaniki kwantowej – ten nowy, niezwykle owocny kierunek – został osiągnięty głównie pod koniec lat 20. i na początku lat 30. dzięki pracom znanych fizyków – Maks Born (Niemcy, 1882 - 1970), Wernera Heisenberga (Niemcy, 1901 - 1976), Pola Diraca (Anglia, ur. 1902), Erwin Schrödinger (Austria, 1887–1961), a także Wolfganga Pauliego (Szwajcaria, 1900 - 1958), Enrico Fermi (Włochy, 1901 - 1954), Włodzimierz Aleksandrowicz Fok (1898 - 1974) i wielu innych.
Odrębne działy mechaniki kwantowej obejmowały fizykę atomową, teorię promieniowania, teorię budowy cząsteczek (zwaną czasami chemią kwantową), teorię ciał stałych, teorię oddziaływań cząstek elementarnych, teorię budowy cząsteczek jądro atomowe itp.
W mechanice kwantowej istnieje tzw. relacja niepewności wyznaczona przez Heisenberga. Matematyczne wyrażenie zależności niepewności jest bardzo proste:
gdzie Δx jest niedokładnością w określeniu współrzędnej elektronu; Δp - niedokładność w wyznaczaniu pędu elektronu; h jest stałą Plancka.
Z tego wyrażenia jasno wynika, że nie da się jednocześnie określić położenia elektronu w przestrzeni i jego pędu. Rzeczywiście, jeśli Δx jest bardzo małe, tj. położenie elektronu w przestrzeni jest znane z dużą dokładnością, wówczas Δp jest stosunkowo duże, w związku z czym wielkość pędu można obliczyć z tak małą dokładnością, że w praktyce należy ją uznać za nieznana ilość. I odwrotnie, jeśli Δp jest małe i dlatego znany jest pęd elektronu, to Δx jest duże; i dlatego położenie elektronu w przestrzeni jest nieznane. Oczywiście zasada nieoznaczoności dotyczy każdej cząstki, nie tylko elektronu.
Z punktu widzenia mechaniki klasycznej relacja niepewności jest absurdalna. Z punktu widzenia „zdrowego rozsądku” wydaje się to co najmniej bardzo dziwne i nie sposób sobie wyobrazić, jak to wszystko mogłoby „naprawdę” wyglądać.
Nie wolno nam jednak zapominać, że żyjemy w makrokosmosie, w świecie dużych ciał, które widzimy na własne oczy (lub nawet za pomocą mikroskopu) i możemy zmierzyć ich rozmiar, masę, prędkość ruchu i wiele więcej. Wręcz przeciwnie, mikroświat jest dla nas niewidoczny, nie jesteśmy w stanie bezpośrednio zmierzyć ani wielkości elektronu, ani jego energii. Aby lepiej wyobrazić sobie zjawiska mikroświata, zawsze chcemy zbudować odpowiedni model mechaniczny, co czasami się udaje. Przypomnijmy na przykład planetarny model atomu Rutherforda. Jest w pewnym stopniu podobny do Układu Słonecznego, który w tym przypadku jest dla nas modelem mechanicznym. Dlatego planetarny model atomu jest łatwo dostrzegalny.
Jednak dla większości obiektów i zjawisk mikroświata nie da się zbudować modelu mechanicznego, dlatego też założenia mechaniki kwantowej są często postrzegane z wielkim trudem. Spróbujcie na przykład zbudować mechaniczny model elektronu, który ma właściwości cząstkowo-falowe, albo model mechaniczny, który wyjaśni, dlaczego nie da się jednocześnie wyznaczyć jego masy i pędu elektronu. Dlatego w takich przypadkach nacisk należy położyć na „rozumieć”, a nie na „wyobraź sobie”.
Dobrze wypowiedział się na ten temat jeden z czołowych fizyków radzieckich Lew Dawidowicz Landau(1908 - 1968): „Największym osiągnięciem geniuszu ludzkiego jest to, że człowiek może zrozumieć rzeczy, których nie jest już w stanie sobie wyobrazić”.
Do tego, co zostało powiedziane, możemy dodać, że zasada nieoznaczoności (relacja nieoznaczoności) jest podstawowym stanowiskiem mechaniki kwantowej.
Słynny angielski fizyk, uczeń Rutherforda Jamesa Chadwicka odkrył neutron, neutralną cząstkę, która wchodzi do jądra atomu wraz z protonami i odegrała tak ważną rolę w tworzeniu sposobów wykorzystania energii jądrowej.
Po odkryciu elektronu, protonu, fotonu i wreszcie w 1932 roku neutronu ustalono istnienie dużej liczby nowych cząstek elementarnych – łącznie około 350. Wśród nich: pozyton, jako antycząstka elektron; mezony – mikrocząstki niestabilne (zalicza się do nich μ-mezony, π ± -mezony i cięższe π 0 -mezony); różne typy hiperonów – niestabilnych mikrocząstek o masie większej niż masa neutronu; cząstki rezonansowe posiadające wyjątkowo krótki czas życia (ok. 10 -22...10 -24 s); cząstka stabilna wobec neutrin, pozbawiona ładunku elektrycznego, najwyraźniej o zerowej masie spoczynkowej i niemal niewiarygodnej przepuszczalności; antyneutrino - antycząstka neutrina, różniąca się od neutrina znakiem ładunku leptonowego itp.
Obecnie cząstki elementarne rozumiane są jako „cegiełki” Wszechświata, z których można zbudować wszystko, co znamy w naturze. Świat cząstek elementarnych jest złożony, a teoria cząstek elementarnych jest na początku swojego rozwoju. Być może nadchodzące lata wniosą do niego wiele nowego.
Chemia
Chemia należy do nauk przyrodniczych. W jego sferze zachodzą przemiany substancji chemicznych, które są zbiorem identycznych atomów (pierwiastków) oraz substancji bardziej złożonych składających się z identycznych cząsteczek. Współczesna chemia jest ściśle powiązana z innymi naukami przyrodniczymi, przede wszystkim z fizyką. Dlatego też pojawiły się i szeroko rozwinęły takie nauki jak chemia fizyczna, biochemia, geochemia itp. Chemia dzieli się także na nieorganiczną, której przedmiotem są substancje, których cząsteczki nie zawierają węgla, oraz organiczną, której zakres obejmuje substancje, których cząsteczki koniecznie zawierają węgiel.
Chemia od pierwszych etapów swojego rozwoju jest ściśle związana z produkcją. Na długo przed nową erą powstały procesy takie jak metalurgia, barwienie tekstyliów, obróbka skóry i inne, które od dawna uważano za chemiczne.
Jeszcze w drugiej połowie XVII w. słynny angielski fizyk i chemik R. Boyle'a podał prawdopodobnie pierwszą naukową definicję pierwiastka chemicznego, położył podwaliny pod analizę chemiczną i wykazał niespójność alchemii.
W 1748 r M. V. Łomonosow eksperymentalnie odkrył prawo zachowania masy w reakcjach chemicznych. Nieco później, ale niezależnie od tego, ustanowiono to samo prawo A. Lavoisier – jeden z twórców chemii.
Niezwykle ważna rola w rozwoju chemii należy do angielskiego naukowca Johna Daltona (1766 - 1844) - twórca, jak się czasem dziś mówi, atomizmu chemicznego. W 1803 roku ustalił prawo współczynników wielokrotnych, wprowadził pojęcie „masy atomowej” i określił jej wartości dla niektórych pierwiastków, przyjmując masę atomową najlżejszego pierwiastka, wodoru, jako jeden. Włoski naukowiec Amadeo Avogadro(1776 - 1856) i francuski naukowiec Andre Marie Ampere(1775 - 1836) na początku XIX wieku. wprowadził ideę cząsteczki składającej się z atomów połączonych ze sobą siłami chemicznymi. Następnie szwedzki naukowiec Jensa Jacoba Berzeliusa(1779 - 1848), który wiele zrobił jako chemik doświadczalny, sporządził dokładniejszą niż udało się Daltonowi tablicę mas atomowych, która obejmowała już 46 pierwiastków, i wprowadziła znaki pierwiastków, które są obecnie używane. Odkrył nowe, nieznane mu pierwiastki: cez (Cs), selen (Se), tor (Th). Berzelius stworzył także teorię elektrochemiczną, na podstawie której zbudował klasyfikację pierwiastków i związków.
Francuski chemik Karola Fryderyka Gerarda(1816 - 1856) w połowie XIX wieku. zaproponował tzw. teorię typów, będącą systemem klasyfikacji związków organicznych, a także wprowadził ideę szeregów homologicznych – grup powiązanych ze sobą związków organicznych, co miało znaczenie w klasyfikacji nie tylko związków organicznych, ale także reakcje w nich zawarte.
W połowie XIX wieku. dokonano kolejnego ważnego odkrycia. Angielski chemik Edwarda Franklanda(1825 - 1899) wprowadzili pojęcie wartościowości - zdolności atomu danego pierwiastka chemicznego do łączenia się z innymi atomami. Wprowadził także termin „walencja”. Okazało się, że atomy jednej substancji mogą łączyć się z atomami innych substancji tylko w ściśle określonych proporcjach. Za jednostkę wartościowości przyjęto reaktywność (wartościowość) wodoru. Na przykład połączenie węgla z wodorem - metanem 2CH 4 wskazuje, że węgiel jest czterowartościowy.
Znany rosyjski chemik Aleksander Michajłowicz Butlerow(1828 - 1886) w 1861 roku stworzył teorię budowy chemicznej materii. Zgodnie z tą teorią o właściwościach chemicznych substancji decyduje jej skład i kolejność (natura) wiązań atomów w cząsteczce substancji.
Jak opisano szczegółowo powyżej, wybitny rosyjski chemik DI Mendelejew w 1869 roku odkrył okresowe prawo pierwiastków chemicznych i stworzył Okresowy Układ Pierwiastków – tablicę, w której znane wówczas 63 pierwiastki chemiczne rozdzielono na grupy i okresy zgodnie z ich właściwościami (szczególną rolę przywiązywał do masy atomowej i wartościowości ). Na szczególną uwagę zasługuje wszechstronność Mendelejewa jako naukowca (ponad 500 napisanych przez niego prac naukowych dotyczyło zagadnień teorii roztworów, technologii chemicznej, fizyki, metrologii, meteorologii, rolnictwa, ekonomii i wielu innych) oraz jego ciągłe zainteresowanie zagadnieniami przemysł, głównie chemiczny. Nazwisko D.I. Mendelejewa jest mocno zakorzenione w historii nauki.
Nazwa Niemiec Iwanowicz Hess (1802 - 1850), rosyjski uczony niemieckiego pochodzenia, znany jest ze swoich prac z zakresu termochemii - nauki zajmującej się efektami termicznymi towarzyszącymi reakcjom chemicznym. Hess ustanowił prawo noszące jego imię, z którego wynika, że gdy przeprowadzany jest kołowy proces chemiczny, gdy reagujące substancje chemiczne biorące udział w reakcji znajdują się na końcu procesu w pierwotnym składzie, całkowity efekt termiczny reakcja wynosi zero.
Badania Hessa w dziedzinie termochemii kontynuował francuski naukowiec Pierre’a Eugene’a Marcelina Berthelota(1827 - 1907), zajmujący się także zagadnieniami chemii organicznej, kinetyki chemicznej i innymi, chemik duński Hansa Petera Thomsena(1826 - 1909) i rosyjscy naukowcy Nikołaj Nikołajewicz Beketow(1827 - 1911), który zajmował się także chemią metali.
Druga połowa XIX wieku. odznaczał się pracą w dziedzinie elektrochemii, w wyniku której szwedzki fizykochemik Swanet – August Arrhenius(1859 - 1927) sformułowano teorię dysocjacji elektrolitycznej. Jednocześnie rozwijała się doktryna roztworów – mieszanin dwóch lub więcej substancji równomiernie rozmieszczonych w rozpuszczalniku w postaci atomów, jonów lub cząsteczek. Prawie wszystkie ciecze są roztworami. Nawiasem mówiąc, w tym tkwi „sekret” tak zwanych „płynów magnetycznych”. W tym miejscu należy wymienić nazwiska D. I. Mendelejew, holenderski chemik fizyczny Van't Hoffe, rosyjski chemik fizyczny N. S. Kurnakow.
W 19-stym wieku Wyjaśniono wpływ tak ważnych w praktyce katalizatorów - substancji, które zwiększają szybkość reakcji, ale ostatecznie nie biorą w niej udziału. Pod koniec XIX wieku. K. Guldberga I P. Płaca odkryto prawo działania mas, zgodnie z którym szybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do stężenia substancji biorących udział w równaniu danej reakcji o potęgach równych ich liczbom stechiometrycznym. Z prawa działania mas wynika, że reakcje zawsze zachodzą w obu kierunkach (od lewej do prawej i od prawej do lewej). Po osiągnięciu równowagi chemicznej reakcja przebiega dalej, ale skład mieszaniny reakcyjnej pozostaje (dla danej temperatury) niezmieniony. W związku z tym równowaga chemiczna ma charakter dynamiczny.
Dla XX wieku Szczególnie charakterystyczne jest wysokie tempo rozwoju nauk chemicznych, które jest ściśle powiązane z głównymi osiągnięciami fizyki, oraz szybki rozwój przemysłu chemicznego.
Stwierdzono, że liczba atomowa pierwiastka chemicznego w układzie okresowym jest liczbowo równa, jak wspomniano powyżej, ładunkowi jądra atomowego pierwiastka, czyli, tym samym, liczbie elektronów w powłoce pierwiastka atom. Zatem wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka wzrasta liczba zewnętrznych elektronów w atomie, a dzieje się to w wyniku okresowego powtarzania się podobnych zewnętrznych struktur elektronowych. To wyjaśnia okresowość substancji chemicznej, a także wiele właściwości fizycznych pierwiastków ustalonych przez Mendelejewa.
Rozwój mechaniki kwantowej umożliwił ustalenie natury wiązania chemicznego - oddziaływania atomów, które determinuje ich połączenie w cząsteczki i kryształy. Ogólnie należy stwierdzić, że rozwój chemii w XX wieku. opiera się na osiągnięciach fizyki, zwłaszcza w zakresie budowy materii.
W XX wieku Przemysł chemiczny rozwijał się w niespotykanym dotychczas tempie. Początkowo technologia chemiczna opierała się przede wszystkim na izolowaniu prostszych substancji potrzebnych do praktycznego zastosowania od złożonych substancji naturalnych. Na przykład metale z rud, różne sole z bardziej złożonych związków. Powszechnie stosowano i stosuje się produkcję tzw. substancji pośrednich (kwasu siarkowego, solnego i azotowego, amoniaku, zasad, sody itp.) do produkcji końcowych produktów chemicznych. Następnie coraz częściej zaczęto stosować syntezę złożonych produktów chemicznych, w tym także tych, które nie mają sobie równych w przyrodzie, takich jak ultraczyste, ultramocne, żaroodporne, żaroodporne, półprzewodnikowe itp. Produkcja wielu z nich wymagają wytworzenia bardzo wysokich lub bardzo niskich temperatur, wysokiego ciśnienia, pól elektrycznych i magnetycznych oraz innych, jak się je często nazywa, ekstremalnych warunków.
Produkcja i zastosowanie polimerów – substancji, których cząsteczki składają się z bardzo dużej liczby powtarzających się struktur – stało się powszechne; Masa cząsteczkowa polimerów może sięgać wielu milionów. Polimery dzielimy na naturalne (biopolimery: białka, kwasy nukleinowe itp.), z których zbudowane są komórki organizmów żywych, oraz syntetyczne, np. polietylen, poliamidy, żywice epoksydowe itp. Polimery są podstawą do produkcji tworzyw sztucznych , włókna chemiczne i wiele innych ważnych materiałów, praktyki dotyczące substancji. Należy podkreślić, że badania z zakresu reakcji łańcuchowych prowadzone przez wybitnego radzieckiego chemika i fizyka mają szczególne znaczenie dla rozwoju chemii polimerów (a także wielu innych gałęzi przemysłu chemicznego). N. N. Semenova i znany amerykański naukowiec S. Hinshelwooda.
Zarówno technologia chemii nieorganicznej, w szczególności produkcja nawozów chemicznych dla rolnictwa, jak i technologia chemii organicznej, taka jak rafinacja ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla, produkcja barwników i leków, a także produkcja wspomnianych polimerów syntetycznych, doczekały się szerokiego rozwoju.
Choć pierwsze produkty polimerowe (fenoplasty – tworzywa stosowane jako odporne na korozję materiały konstrukcyjne i substancje gumopodobne) otrzymano już pod koniec XIX wieku, to podstawowe wyobrażenia o naturze i właściwościach polimerów ukształtowały się nie tak dawno temu – mniej więcej na początku lat 40-tych 20 V. W tym czasie powstał także pomysł syntezy substancji polimerowych. Stało się jasne, że jednym z głównych warunków udanej produkcji polimerów jest bardzo wysoka czystość substancji wyjściowych (monomerów), ponieważ obecność nawet bardzo małej ilości obcych cząsteczek (zanieczyszczeń) może przerwać proces polimeryzacji i zatrzymać wzrost cząsteczek polimeru.
Do początku lat 40. XX w. Powstały wszystkie główne materiały polimerowe (polistyren, polichlorek winylu, poliamidy i poliestry, poliakrylany i szkło organiczne), których produkcja w kolejnych latach osiągnęła bardzo dużą skalę. Następnie w latach 30. pod przewodnictwem akademika Siergiej Wasiljewicz Lebiediew(1874 - 1934) powstała na szeroką skalę produkcja kauczuku syntetycznego. Mniej więcej w tym samym czasie odkryto polimery krzemoorganiczne, których ważną właściwością są dobre właściwości dielektryczne, i opracowano technologię ich wytwarzania; główna zasługa w tym należy do akademika Kuźma Andrianowicz Andrianow(1904 - 1978). Rozwój N.N. Teoria reakcji łańcuchowych Semenowa jest związana z mechanizmem polimeryzacji rodnikowej. Wolne rodniki w chemii są rozumiane jako bardzo reaktywne, niezależne kinetycznie cząstki (atomy lub grupy atomowe) z niesparowanymi elektronami, na przykład H, CH 3, C 6 H 5.
Później odkryto, że o właściwościach polimerów decyduje nie tylko skład chemiczny i wielkość cząsteczek, ale także w dużej mierze struktura łańcucha molekularnego. Okazało się na przykład, że o różnicy między właściwościami kauczuku syntetycznego i kauczuku naturalnego decyduje nie skład chemiczny i wielkość cząsteczek, ale ich struktura. Z tej okazji słynny radziecki chemik Walentin Aleksiejewicz Kargin(1907–1969) napisali: „Jeśli w pierwszym okresie rozwoju chemii polimerów główną uwagę zwracano na wielkość i skład chemiczny powstałych cząsteczek, to z czasem struktura łańcucha molekularnego zaczęła budzić coraz większe zainteresowanie. Przecież zawarte w nim grupy molekularne można ułożyć względem siebie na różne sposoby, tworząc dużą liczbę form izomerycznych. Tak więc, jeśli na przykład do łańcucha głównych wartościowości przyłączone są jakieś grupy boczne, to mogą one być rozmieszczone regularnie lub nieregularnie, po jednej lub po różnych stronach cząsteczki łańcucha i mogą tworzyć różne konfiguracje. W konsekwencji przy tym samym składzie struktura chemiczna łańcucha może być bardzo różna, co znacząco wpływa na właściwości polimerów.”
Oprócz polimerów potrzebnych do praktycznego zastosowania w bardzo dużych ilościach, takich jak tworzywa sztuczne, włókna, folie, gumy i kauczuki, które obecnie są produkowane na ogromną skalę, niezwykle ważne stały się także polimery posiadające unikalne, czasem zupełnie nieoczekiwane właściwości, np.: zdolność do przebywania w wysokich temperaturach, przy zachowaniu niezbędnej wytrzymałości, posiadanie właściwości półprzewodnikowych czy przewodności elektrycznej, światłoczułość, aktywność fizjologiczna itp. Otwierają się nowe szerokie perspektywy, np. otrzymywanie sztucznej krwi na bazie fizjologicznie aktywnych polimerów, otrzymywanie barwników, środków powierzchniowo czynnych, elektrolitów i wielu innych.
Jak widać z powyższego, produkcja i powszechne zastosowanie polimerów o różnorodnych właściwościach jest jednym z największych osiągnięć chemii połowy XX wieku.
Biologia
Termin „biologia” został wprowadzony w 1802 r. J. B. Lamarcka I GR Treviranus niezależnie od siebie.
Pierwsze badania, które można uznać za początki współczesnej biologii, sięgają czasów starożytnych. Wiadomo, że starożytny grecki naukowiec i lekarz Hipokrates, który żył w V - IV wieku. BC, uważany jest za słynnego lekarza starożytnej Grecji, ojca medycyny naukowej i jednocześnie wnikliwego obserwatora zjawisk biologicznych. Starożytny grecki naukowiec, który żył ponad pół wieku później Arystoteles, którego zainteresowania obejmowały wszystkie gałęzie wiedzy istniejące w jego czasach, a może przede wszystkim w ujęciu współczesnym zajmowały się zagadnieniami biologii. W każdym razie wykazywał duże zainteresowanie biologią opisową, badaniem roślin i zwierząt, ich systematyką, fizjologią i embriologią.
Wybitny starożytny rzymski naukowiec i lekarz Galena(ok. 130 - 200) znany jest przede wszystkim jako wybitny lekarz. W swoim klasycznym dziele „O częściach ciała ludzkiego” po raz pierwszy przedstawiono anatomiczny i fizjologiczny opis ciała ludzkiego jako całości. Galen podsumował powstałe przed nim pomysły na temat ludzkiego ciała, położył podwaliny pod diagnozowanie chorób i ich leczenie oraz wprowadził do praktyki eksperymenty na zwierzętach.
W dalszym rozwoju biologii wiele uwagi poświęcono różnym ziołom leczniczym. Jak widać z powyższego, biologia u zarania swego rozwoju była szczególnie ściśle związana z medycyną. W XVI wieku i pierwszą połowę XVII w. ukazały się prace wielotomowe, w szczególności encyklopedia zoologiczna: szwajcarski naukowiec K. Gesnera„Historia zwierząt” w pięciu tomach, seria monografii (w trzynastu tomach) włoskiego zoologa U. Aldrovani i wiele innych.
W okresie renesansu nastąpił ogromny postęp w anatomii ludzkiego ciała. W związku z tym należy zwrócić uwagę na osiągnięcia flamandzkiego przyrodnika A. Wesaliusz, jeden z pierwszych, który zaczął badać ludzkie ciało poprzez sekcje i był za to prześladowany przez Kościół. W 1543 r. Vesalius opublikował swoje dzieło „O budowie ciała ludzkiego”, w którym w szczególności wykazał niespójność poglądów Galena na temat krążenia krwi i był bliski wniosku o istnieniu krążenia płucnego. Zaszczyt odkrycia tego ostatniego należy do hiszpańskiego naukowca Miguela Serveta(1509 lub 1511 - 1553) i niezależnie od niego włoskiemu naukowcowi R. Kolumba(1559).
Słynny angielski naukowiec i lekarz Williama Harveya(1578 - 1657) jest twórcą współczesnej fizjologii i embriologii, który podał opis krążenia ogólnoustrojowego i płucnego, a w swojej pracy „Anatomiczne badanie ruchu serca i krwi u zwierząt” (1628) przedstawił ogólną doktrynę krążenia krwi u zwierząt.
Stworzenie w XVII wieku. mikroskop umożliwił ustalenie struktury komórkowej zwierząt i roślin, zobaczenie świata drobnoustrojów, czerwonych krwinek (czerwonych krwinek - komórek niejądrowych, które przenoszą tlen z płuc do tkanek i dwutlenek węgla z tkanek do narządy oddechowe), ruch krwi w naczyniach włosowatych i wiele innych.
Powyżej szczegółowo omówiliśmy powstanie w pierwszej połowie XVIII wieku. Szwedzki naukowiec K. Linneusza tzw. binarny (z podwójną nazwą - według rodzaju i gatunku) system klasyfikacji flory i fauny. Chociaż Linneusz uznawał niezmienność świata, jego system odegrał główną rolę w rozwoju biologii. Warto również zwrócić uwagę na badania francuskiego naukowca Georgesa Louisa Leclerca Buffona(1707 - 1788), który stworzył „Historię naturalną”, w 36 tomach, w której podany jest opis zwierząt, ludzi, minerałów, a także zarysowana jest historia Ziemi. Idee Buffona na temat historii Ziemi zawierały założenie o pokrewieństwie podobnych form zwierzęcych.
Angielski naukowiec-materialista Józefa Priestleya (1733 - 1804), który przeprowadził doświadczenia z roślinami, wykazał, że rośliny zielone wydzielają gaz niezbędny do oddychania, a wręcz przeciwnie, pochłaniają gaz, który zakłóca oddychanie. Według Priestleya rośliny wydają się korygować powietrze zepsute przez oddychanie. Francuscy naukowcy A. Lavoisier, P. Laplace I A. Seguina określił właściwości tlenu i jego rolę w procesach spalania i oddychania. Holenderski lekarz J. Ingenhouse'a i szwajcarscy naukowcy J. Senebiera I N. Saussure na przełomie XVIII i XIX w. ustalili rolę światła słonecznego w procesie uwalniania tlenu przez zielone liście.
Jean Baptiste Lamarck uważał, że drabina bytów jest konsekwencją ewolucji organizmów żywych z niższego na wyższe. Uważał, że przyczyną ewolucji jest wrodzona właściwość organizmów żywych – dążenie do doskonałości. Jeśli chodzi o środowisko zewnętrzne i jego wpływ na organizmy żywe, to według Lamarcka takie oddziaływanie istnieje i następuje albo poprzez bezpośrednie oddziaływanie środowiska, charakterystyczne dla roślin i organizmów niższych, albo poprzez intensywne lub odwrotnie, bardzo słaba praca niektórych narządów, w tym przypadku zwierząt wyższych.
W czasach, gdy żył i tworzył Lamarck, jego poglądy na rozwój flory i fauny były postępowe. Jeśli chodzi o uzasadnienie ewolucji, odsłonięcie przyczyn, które ją powodują, Lamarck nie podał tego wyjaśnienia, ograniczając się jedynie do odniesienia do jakiegoś niezrozumiałego (i w istocie idealistycznego) pragnienia organizmów do doskonalenia.
Wybitny francuski naukowiec Ludwik Pasteur (1822-1895) uważany jest za twórcę współczesnej mikrobiologii, immunologii i stereochemii. Obalił teorię samorzutnego powstawania mikroorganizmów i odkrył naturę fermentacji (procesu zachodzącego bez dostępu powietrza pod wpływem mikroorganizmów). Jednak najbardziej znane są prace Pasteura z zakresu medycyny, a także rolnictwa i przemysłu spożywczego.
Pasteur odkrył rolę mikroorganizmów w chorobach zakaźnych zwierząt i ludzi, opracował specjalne szczepionki, które zarówno zapobiegają tego typu chorobom zakaźnym (tworząc odporność), jak i mają pomóc organizmowi w walce z chorobami zakaźnymi.
Istota sprawy sprowadza się w skrócie do tego, co następuje. U ssaków, zwłaszcza stałocieplnych, odporność może objawiać się na dwa sposoby. W jednym przypadku we krwi powstają tzw. przeciwciała przeciwko obcym, szkodliwym białkom – antygenom. W odpowiedzi na wprowadzenie antygenu (mogą to być nie tylko obce białka, ale także inne duże cząsteczki), po pewnym czasie (od jednego do dwóch tygodni) we krwi pojawiają się przeciwciała - specjalne białka należące do grupy immunoglobulin, specyficznie wiążące tylko na antygen, który spowodował ich pojawienie się. Każda cząsteczka przeciwciała ma dwa identyczne centra aktywne, co pozwala im związać dwie cząsteczki antygenu. Przeciwciała syntetyzowane są w limfocytach B, a nabyta zdolność do tworzenia określonego rodzaju przeciwciał (odporności) utrzymuje się w organizmie przez lata, często przez całe życie. W innym przypadku dochodzi do niezgodności komórek jednego organizmu (biorcy-gospodarza) z komórkami innego organizmu (dawcy). Nawiasem mówiąc, to właśnie niezgodność komórek dwóch różnych organizmów jest najczęstszą przyczyną powikłań i niepowodzeń transplantacji - przeszczepiania narządów i tkanek od jednego zwierzęcia lub osoby do drugiego. Tak więc korzystna właściwość organizmu - zdolność do tworzenia odporności (przeciwdziałania działaniu szkodliwych czynników) w przypadku przeszczepu powoduje ogromne trudności.
Rosyjski fizjolog roślin i mikrobiolog Dmitrij Iosifowicz Iwanowski(1864-1920), który jako pierwszy odkrył wirusa mozaiki tytoniowej, jest twórcą wirusologii - nauki badającej budowę i właściwości wirusów, diagnozującej i leczącej wywołane nimi choroby.
W swoim opus magnum O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego (1859) Karola Roberta Darwina(1809 - 1882) wysunęli trzy główne czynniki determinujące ewolucję życia na Ziemi: zmienność, dziedziczność i dobór naturalny. Teoria Darwina oparta na tych trzech czynnikach wydaje się tak przekonująca i niepodważalna, gdy czyta się jego książkę, że wydaje się dziwne, że nikt wcześniej tego nie powiedział. Mimowolnie przypominasz sobie powyższe słowa starożytnego greckiego filozofa i pisarza Plutarcha o jasnych i zrozumiałych wyjaśnieniach Archimedesa, a wtedy staje się oczywiste, że bezsporność i przekonywalność argumentów Darwina jest niczym innym jak konsekwencją geniuszu i ogromnego dzieła ich autor.
Światowej sławy naukowiec, Anglik Karola Roberta Darwina urodził się w Anglii w małym miasteczku Shrewsbury pod Londynem w rodzinie lekarza. Sam Darwin tak powiedział o swojej biografii: „Studiowałem, potem podróżowałem po całym świecie, a potem studiowałem ponownie: oto moja autobiografia”.
Darwin już w dzieciństwie zainteresował się botaniką i zoologią, a także chemią, los jednak postanowił inaczej: najpierw studiował na Uniwersytecie w Cambridge jako lekarz, a potem, nie czując żadnego pociągu do praktyki lekarskiej, pod presją swego ojciec przeniósł się na Wydział Teologiczny tej samej uczelni. W 1831 roku Darwin ukończył studia na uniwersytecie w Cambridge, uzyskał tytuł licencjata i pozostało mu jedynie przyjęcie święceń kapłańskich.
Ale w tym czasie przyjaciel Darwina z Cambridge, profesor biologii Henslow, po uzyskaniu zgody Darwina, polecił go jako przyrodnika na statku Beagle, który pod dowództwem kapitana R. Fitzroya miał okrążyć świat głównie w celach geograficznych .
To był być może główny punkt zwrotny w jego życiu. Podróż trwała od 1831 do 1836 roku. Jest pięknie opisana w książce Darwina „Podróż przyrodnicza dookoła świata na okręcie Beagle”.
Trasa statku Beagle, która rozpoczęła się w Devonport 27 grudnia 1831 roku, przebiegała przez Ocean Atlantycki aż do miasta Bahia, położonego na półkuli południowej, na wschodnim wybrzeżu Brazylii. Tutaj Beagle pozostał do 12 marca 1832 roku, po czym przeniósł się na południe wzdłuż wybrzeża Atlantyku. 26 lipca 1832 roku wyprawa dotarła do stolicy Urugwaju, Montevideo i do maja 1834 roku, czyli prawie dwóch lat, prowadziła prace na wschodnim wybrzeżu Ameryki Południowej. W tym czasie dwukrotnie odwiedzono Ziemię Ognistą i dwukrotnie Falklandy. Darwin przeprowadzał także wyprawy lądowe. 12 maja 1834 roku „Beagle” skierował się na południe, przepłynął Cieśninę Magellana i pod koniec czerwca 1834 roku dotarł do zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej. Wyprawa pozostawała na wybrzeżu Pacyfiku w Ameryce Południowej do września 1835 r., czyli ponad rok, podczas którego Darwin wyruszał na wyprawy lądowe, w szczególności przekroczył Kordylierę. We wrześniu 1835 roku Beagle opuścił Amerykę Południową, kierując się na Wyspy Galapagos. Następnie wyprawa ruszyła na południowy zachód, dotarła do Wysp Partnerstwa, a następnie Wysp Przyjaźni i 20 grudnia 1835 roku rzuciła kotwicę w Zatoce Wysp w pobliżu północnej wyspy Nowej Zelandii. Kurs wyprawy wiódł dalej w stronę Australii, której południowe wybrzeże omijano od Sydney, przez Tasmanię, aż do Zatoki Króla Jerzego w południowo-zachodniej części. Stamtąd wyprawa skierowała się na północny zachód i dotarła do Wysp Kokosowych. Następnie Beagle zmienił kurs, kierując się na wyspę Mauritius, opłynął Przylądek Dobrej Nadziei, odwiedził wyspę Św. Heleny i 1 sierpnia 1836 roku rzucił kotwicę w Bahia, kończąc opłynięcie. W październiku 1836 roku Beagle powrócił do Anglii.
Materiał, który Darwin przywiózł ze swojej pięcioletniej podróży dookoła świata, był ogromny i różnorodny. Były tam zielniki i kolekcje, duża liczba różnych akt i wiele więcej.
Od powrotu Darwina z podróży dookoła świata do publikacji jego książki „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego, czyli zachowanie ras uprzywilejowanych w walce o życie” minęły 23 lata. Tymczasem w 1839 roku ukazała się pierwsza praca naukowa Darwina „Dziennik badań”, w 1842 roku opublikował pracę na temat budowy i rozmieszczenia raf koralowych, w której Darwin przekonująco udowodnił, że fundamentem raf nie są starożytne wygasłe wulkany jak wcześniej sądzono, oraz złoża koralowców znajdujące się pod wodą w wyniku osiadania dna morskiego. W latach 1842-1844. Darwin opublikował podstawową teorię ewolucji w swoich esejach.
Po powrocie z podróży dookoła świata Darwin przeniósł się z Londynu do miasteczka Down pod Londynem, gdzie kupił małą posiadłość, w której mieszkał do końca swoich dni. Darwin ożenił się przed przeprowadzką, a jego rodzina miała wiele dzieci.
Tak więc główne dzieło Darwina, „O powstawaniu gatunków przez dobór naturalny, czyli zachowanie preferowanych ras w walce o życie” (w skrócie „O powstawaniu gatunków”), zostało opublikowane w listopadzie 1859 roku. Książka przekonująco, z na dużej liczbie przykładów przedstawiono idee autora, które całkowicie wywróciły do góry nogami dotychczasowe wyobrażenia o niezmienności form życia roślin i zwierząt na Ziemi. Jeszcze przed opublikowaniem tej książki Darwin napisał: „Stopniowo doszedłem do wniosku, że Stary Testament, przypisując Bogu poczucie mściwego tyrana, nie jest bardziej godny zaufania niż święte księgi Hindusów czy wierzenia hinduistów jakiś dzikus... Stopniowo wkradła się do mojej duszy niewiara, aż w końcu stałem się całkowitym niewierzącym.
Uważał, po pierwsze, że świat roślin i zwierząt charakteryzuje się zmiennością, czyli różnorodnością cech i właściwości poszczególnych organizmów oraz zmianami tych cech i właściwości z różnych powodów. Zmienność jest zatem podstawą ewolucji, pierwszym ogniwem ewolucji. Po drugie, uważał, że dziedziczność to czynnik, dzięki któremu cechy i właściwości organizmów (w tym nowych) mogą być przekazywane kolejnym pokoleniom. I wreszcie, po trzecie, że dobór naturalny otwiera drogę organizmom najlepiej przystosowanym do warunków życia, środowiska zewnętrznego i odwrotnie, „odrzuca” organizmy nieprzystosowane.
Tak więc trzy filary tworzą podstawę ewolucji organizmów roślinnych i zwierzęcych na Ziemi: zmienność, dziedziczność i dobór naturalny.
Materialistyczna teoria ewolucji Darwina, darwinizm, była rewolucyjnym krokiem naprzód w rozwoju nauki.
Publikacja książki Darwina O pochodzeniu gatunków spotkała się z dużym zainteresowaniem. Wszystkie 1250 egzemplarzy pierwszego wydania rozeszło się w ciągu jednego dnia. Drugie wydanie – 3000 egzemplarzy – również zostało wyprzedane błyskawicznie.
Wyślij swoją dobrą pracę do bazy wiedzy jest prosta. Skorzystaj z poniższego formularza
Studenci, doktoranci, młodzi naukowcy, którzy wykorzystują bazę wiedzy w swoich studiach i pracy, będą Państwu bardzo wdzięczni.
Podobne dokumenty
test, dodano 12.10.2011
Teoria postępu jako przodek filozofii nauki, etapy i specyfika jej powstawania. Geneza i natura techniki, związek nauki z jej doskonaleniem. Główne problemy kształtowania się filozofii nauki. Recenzja kontrowersyjne kwestie filozofia technologii.
streszczenie, dodano 05.03.2014
Rozwój nauki. Struktura i funkcje nauki. Podstawowe i stosowane w nauce. Funkcje nauki. Wpływ nauki na strona materialnażycie społeczeństwa. Nauka i technologia. Wpływ nauki na sferę duchową społeczeństwa. Nauka i rozwój człowieka.
streszczenie, dodano 12.01.2006
Rola i znaczenie nauki dla społeczeństwa i społeczeństwa rozwój kulturowy ludzkość. Wpływ nauki na światopogląd współcześni ludzie, ich wyobrażenia o Bogu i Jego stosunku do świata. Wykształcił się specyficzny styl myślenia wygenerowany przez specyfikę XX wieku.
prezentacja, dodano 24.06.2015
Główne cechy nauki odróżniające ją od innych rodzajów materialnej i duchowej działalności człowieka. Brak interakcji nauki z praktyką i jego szkodliwy wpływ na rozwój nauki starożytnej. Myśl filozoficzna jest podstawową podstawą nauki w czasach starożytnych.
streszczenie, dodano 11.01.2011
Nauka i technologia jako rodzaj działalności i instytucja socjalna. Rola nauki w kształtowaniu obrazu świata. Pojęcie technologii, logika jej rozwoju. Nauka i technologia. Znaczenie społeczno-kulturowe nowoczesności rewolucja naukowa i technologiczna. Człowiek i TechnoŚwiat.
streszczenie, dodano 27.01.2014
Ludzki wymiar nauki w historii. Paradygmat mechanistyczny i wymiar ludzki. Fizyka jako nauka paradygmatyczna XX wieku i wymiar ludzki. Nauka jako rodzaj aktywności podmiotowej. Wirtualne światy, granice i ludzki wymiar nauki.
streszczenie, dodano 11.02.2007
Problematyka filozofii nauki, jej cechy w różnych aspektach epoki historyczne. Kryteria naukowe i wiedza naukowa. Rewolucje naukowe jako restrukturyzacja podstaw nauki. Istota nowoczesna scena rozwój nauki. Instytucjonalne formy działalności naukowej.