Das Jahr begann mit der Erlangung des Heiligen Grals – Physikern gelang es, Wasserstoff in Metall umzuwandeln. Das Experiment bestätigte die theoretischen Entwicklungen der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts. Forscher der Harvard University kühlten das Element auf -267 Grad Celsius ab und setzten es einem Druck von 495 Gigapascal aus, mehr als im Erdmittelpunkt.
„Im Westen werden sie aufhören Alkohol zu trinken und auf einen harmlosen Alcosynth umsteigen“
Die Experimentatoren selbst verglichen die Produktion des ersten metallischen Wasserstoffs auf dem Planeten mit dem Erwerb der heiligen Schale - dem Hauptziel der legendären Ritter. Es bleibt jedoch die Frage, ob Wasserstoff seine Eigenschaften behält, wenn der Druck entspannt wird. Physiker hoffen nicht.
Zeitreisen sind möglich
Überarbeitung des Zeitbegriffs von Theoretikern der Universität Wien und der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Nach den Gesetzen der Quantenmechanik gilt: Je genauer die Uhr, desto eher setzt sie den Zeitfluss dem Effekt der Quantenunsicherheit aus. Und das schränkt unsere Möglichkeiten ein Messgeräte, egal wie gut sie gemacht sind.
Zeit kann nicht gemessen werden. Aber man kann mit Curvature, einem Wissenschaftler der University of British Columbia (Kanada), darin reisen. Stimmt, während dies nur ein theoretisches Eingeständnis ist. Es sind keine Materialien erforderlich, um eine Echtzeitmaschine zu erstellen.
Aber Quantenteilchen sind in der Lage, in die Vergangenheit zu gehen, genauer gesagt, andere Teilchen zeitlich zu beeinflussen. Diese Theorie wurde 2017 von Wissenschaftlern der Chapman University (USA) und des Perimeter Institute for Theoretical Physics (Kanada) bestätigt. Ihre theoretische Forschung führte zu einer merkwürdigen Schlussfolgerung: Entweder können sich physikalische Phänomene in die Vergangenheit ausbreiten, oder die Wissenschaft steht vor einer immateriellen Art der Teilcheninteraktion.
Genau zwei Schichten Graphen können eine Kugel aufhalten
Dunkle Energie existiert nicht. Aber es ist nicht genau
Streitigkeiten über dunkle Energie – eine hypothetische Konstante, die die Expansion des Universums erklärt – haben seit Anfang des Jahrtausends nicht aufgehört. In diesem Jahr sind Physiker zu dem Schluss gekommen, dass dunkle Energie doch nicht existiert.
Wissenschaftler der Universität Budapest und ihre Kollegen aus den USA, dass der Fehler im Verständnis der Struktur des Universums liegt. Befürworter des Konzepts der Dunklen Energie gingen davon aus, dass Materie in ihrer Dichte homogen ist, aber das ist nicht so. Das Computermodell zeigte, dass das Universum sozusagen aus Blasen besteht, und das beseitigt Widersprüche. Dunkle Energie wird nicht mehr benötigt, um unerklärliche Phänomene zu erklären.
Der Aufbau auf einem Supercomputer an der Durham University (Großbritannien) führte Astrophysiker jedoch zu gegenteiligen Schlussfolgerungen. Und Daten des magnetischen Alpha-Spektrometers der Internationalen Raumstation besagen, dass dunkle Energie existiert. Dies wurde von zwei Forschergruppen unabhängig voneinander angegeben: aus Deutschland und aus China.
Und am wichtigsten ist, dass XENON1T, der empfindlichste Detektor für dunkle Materie der Welt, den ersten . Allerdings gibt es noch keine positiven Ergebnisse. Die Wissenschaftler sind jedoch erfreut, dass das System im Allgemeinen funktioniert und nur minimale Fehler aufweist.
Wissenschaftler verstehen nicht mehr, wie KI funktioniert
Technologien
Die Schwerkraft ist der Schlüssel zu anderen Dimensionen
Physiker haben lange davon geträumt, eine Theorie von allem aufzubauen – ein System, das die Realität erschöpfend beschreiben würde. Lässt keine der vier grundlegenden Wechselwirkungen zu - die Schwerkraft. Teilchen, die die Gravitationswechselwirkung tragen würden, wurden nicht gefunden. Es gibt also nach den Gesetzen der Quantenmechanik keine Wellen.
Geniale Problemlösung Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts. Ihrer Meinung nach entsteht das Gravitationsfeld genau in dem Moment, in dem aus einer Quantenwelle ein Teilchen wird.
Ein weiteres Hindernis für die Konstruktion einer Theorie von allem ist das Fehlen einer umgekehrten Wirkung auf die Anziehungskraft, dieser Faktor verletzt auch die Symmetrie idealer Formeln. Allerdings fanden Wissenschaftler der University of Washington im April 2017 eine Substanz, die sich so verhält, als hätte sie eine negative Masse. Die Wirkung wurde schon früher erzielt, aber das Ergebnis war noch nie so präzise und sicher.
Das Interesse am Studium der Schwerkraft wird durch die Theorie gesteigert, dass die Schwerkraft von anderen Dimensionen beeinflusst wird. Physiker des Max-Planck-Instituts (Deutschland) werden mit modernsten Gravitationswellendetektoren in einem Jahr die Existenz anderer Dimensionen bestätigen oder widerlegen. Ende 2018 oder spätestens - Anfang 2019.
„Bitcoin ist als Währung gescheitert“
Technologien
Die Quantenmechanik ist dem Untergang geweiht
Es ist leicht zu erkennen, dass die meisten Entdeckungen der modernen Physik mit dem Studium der Quantenmechanik zusammenhängen. Wissenschaftler glauben jedoch, dass die Quantentheorie in ihrer jetzigen Form nicht lange Bestand haben wird. Und der Schlüssel zum Verständnis der Welt wird die neue Mathematik sein.
Angesichts solcher Aussagen ist nicht klar, wie die Nachricht zu verstehen ist, dass Experimentatoren des Niels-Bohr-Instituts zum ersten Mal in der Geschichte der Wissenschaft Qubits dazu bringen werden, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen. Oder dass der zweite Hauptsatz der Thermodynamik unter bestimmten Umständen in die Quantenwelt übergeht, so Physiker des Moskauer Instituts für Physik und Technologie. Vielleicht sollte dies alles als Bestätigung der aktuellen Theorie gewertet werden. Vielleicht - als Schritt hin zu einer neuen Physik, die die Realität genauer beschreiben wird.
In der Zwischenzeit suchen Wissenschaftler weiter nach Phänomenen, die die Welten von Einstein und Newton versöhnen. Vielleicht hilft das - neue Form Gegenstand. Übrigens stellte sich heraus, dass es sich um ein Kondensat handelt, obwohl Theoretiker bisher viel über seine Natur gestritten haben.
Ein sehr umstrittenes Jahr 2016 ist zu Ende gegangen, und es ist an der Zeit, seine wissenschaftlichen Ergebnisse auf dem Gebiet der Physik und Chemie zusammenzufassen. Mehrere Millionen Artikel in diesen Wissensgebieten werden jährlich in Fachzeitschriften auf der ganzen Welt veröffentlicht. Und nur wenige Hundert davon entpuppen sich als wirklich herausragende Werke. Die wissenschaftlichen Redakteure von Life haben die 10 interessantesten und wichtigsten Entdeckungen und Ereignisse des vergangenen Jahres ausgewählt, über die jeder Bescheid wissen muss.
1. Neue Elemente im Periodensystem
Das angenehmste Ereignis für russische Wissenschaftsliebhaber war Nihonium, Muscovy, Tennessine und Oganesson. Kernphysiker von Dubna – dem Labor für Kernreaktionen des JINR unter der Leitung von Yuri Oganesyan – sind an der Entdeckung der letzten drei beteiligt. Bisher ist sehr wenig über die Elemente bekannt, und ihre Lebensdauer wird in Sekunden oder sogar Millisekunden gemessen. An der Entdeckung waren neben russischen Physikern auch das Livermore National Laboratory (Kalifornien) und das Oak Ridge National Laboratory in Tennessee beteiligt. Die Priorität bei der Entdeckung von Nihonium wurde von japanischen Physikern des RIKEN-Instituts anerkannt. Die offizielle Aufnahme der Elemente erfolgte vor kurzem - am 30. November 2016.
2. Hawking löste das Paradox des Informationsverlusts in einem Schwarzen Loch
Juni im Magazin Physisch RezensionBriefe herausgegeben von einem der beliebtesten Physiker unserer Zeit - Stephen Hawking. Ein Wissenschaftler über die Lösung des 40 Jahre alten Rätsels des Informationsverlust-Paradoxons in einem Schwarzen Loch. Kurz gesagt lässt es sich so beschreiben: Da Schwarze Löcher verdampfen (durch Aussendung von Hawking-Strahlung), können wir das Schicksal jedes einzelnen hineingefallenen Teilchens nicht einmal theoretisch nachvollziehen. Dies verstößt gegen die Grundprinzipien der Quantenphysik. Hawking schlug zusammen mit Co-Autoren vor, dass Informationen über alle Teilchen am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs gespeichert werden, und sogar beschrieben, in welcher Form. Die Arbeit des Theoretikers erhielt den romantischen Namen „weiches Haar in der Nähe von schwarzen Löchern“.
3. Die Strahlung von Schwarzen Löchern wurde an einem "tauben" Lochmodell beobachtet
Im selben Jahr erhielt Hawking einen weiteren Grund zum Feiern: Ein einsamer Experimentator am Israel Institute of Technology, Jeff Steinhauer, entdeckte Spuren der schwer fassbaren Hawking-Strahlung in einem analogen Schwarzen Loch. Probleme bei der Beobachtung dieser Strahlung in gewöhnlichen Schwarzen Löchern sind mit ihrer geringen Intensität und Temperatur verbunden. Bei einem Loch mit der Masse der Sonne gehen die Spuren der Hawking-Strahlung vor dem Hintergrund des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, der das Universum erfüllt, vollständig verloren.
Steinhauer baute aus dem Bose-Kondensat kalter Atome ein Modell eines Schwarzen Lochs. Es enthielt zwei Regionen, von denen sich eine mit niedriger Geschwindigkeit bewegte – was den Fall von Materie in ein Schwarzes Loch symbolisiert – und die andere mit Überschallgeschwindigkeit. Die Grenze zwischen den Regionen spielte die Rolle des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs – keine Oszillationen von Atomen (Phononen) konnten ihn in Richtung von schnellen zu langsamen Atomen überqueren. Es stellte sich heraus, dass aufgrund von Quantenfluktuationen an der Grenze noch Schwingungswellen entstanden, die sich in Richtung des subsonischen Kondensats ausbreiteten. Diese Wellen sind ein vollständiges Analogon der von Hawking vorhergesagten Strahlung.
4. Hoffnung und Enttäuschung in der Elementarteilchenphysik
2016 war ein sehr erfolgreiches Jahr für die Physiker des Large Hadron Collider: Die Wissenschaftler übertrafen den Plan für die Anzahl der Proton-Proton-Kollisionen und erhielten eine riesige Menge an Daten, deren vollständige Verarbeitung noch mehrere Jahre dauern wird. Die größten Erwartungen der Theoretiker waren mit dem Höhepunkt der Zwei-Photonen-Zerfälle verbunden, der bereits 2015 bei 750 Gigaelektronenvolt skizziert wurde. Er zeigte auf ein unbekanntes supermassereiches Teilchen, das keine Theorie vorhersagte. Theoretikern gelang es, etwa 500 Artikel über neue Physik und neue Gesetze unserer Welt vorzubereiten. Aber im August sagten die Experimentatoren, dass es keine Entdeckung geben würde: Der Peak, der die Aufmerksamkeit von mehreren tausend Physikern aus der ganzen Welt auf sich zog, entpuppte sich als einfache statistische Schwankung.
Übrigens wurde in diesem Jahr die Entdeckung eines neuen ungewöhnlichen Teilchens von Experten eines anderen Experiments in der Welt der Elementarteilchen bekannt gegeben - der D0 Tevatron-Kollaboration. Vor der Eröffnung des LHC war dieser Beschleuniger der größte der Welt. Physiker haben in den archivierten Daten von Proton-Antiproton-Kollisionen gefunden, die vier verschiedene Quantenaromen gleichzeitig tragen. Dieses Teilchen besteht aus vier Quarks – den kleinsten Bausteinen der Materie. Im Gegensatz zu anderen entdeckten Tetraquarks enthielt es gleichzeitig „up“, „down“, „strange“ und „charm“ Quarks. Zwar konnte der Fund am LHC nicht bestätigt werden. Etliche Physiker äußerten sich eher skeptisch dazu und wiesen darauf hin, dass die Tevatron-Experten eine zufällige Schwankung für ein Teilchen halten könnten.
5. Fundamentale Symmetrie und Antimaterie
Ein wichtiges Ergebnis für CERN war die erste Messung des optischen Spektrums von Antiwasserstoff. Seit fast zwanzig Jahren beschäftigen sich Physiker damit, zu lernen, wie man Antimaterie in großen Mengen gewinnt und damit arbeitet. Die Hauptschwierigkeit besteht hier darin, dass Antimaterie bei Kontakt mit sehr schnell vernichten kann gewöhnliche Angelegenheit, daher ist es äußerst wichtig, Antiteilchen nicht nur herzustellen, sondern auch zu lernen, wie man sie speichert.
Antiwasserstoff ist das einfachste Antiatom, das Physiker herstellen können. Es besteht aus einem Positron (Antielektron) und einem Antiproton – die elektrischen Ladungen dieser Teilchen sind entgegengesetzt zu den Ladungen von Elektron und Proton. Die allgemein anerkannten physikalischen Theorien haben eine wichtige Eigenschaft: Ihre Gesetze sind symmetrisch mit gleichzeitiger Spiegelung, Zeitumkehr und Ladungsänderung der Teilchen (CPT-Invarianz). Die Folge dieser Eigenschaft ist eine fast vollständige Übereinstimmung der Eigenschaften von Materie und Antimaterie. Einige Theorien der "neuen Physik" verletzen diese Eigenschaft jedoch. Das Experiment zur Messung des Spektrums von Antiwasserstoff ermöglichte es, seine Eigenschaften mit großer Genauigkeit mit gewöhnlichem Wasserstoff zu vergleichen. Bisher sind die Spektren auf der Ebene der Genauigkeit in Milliardstel gleich.
6. Der kleinste Transistor
Unter den wichtigen Ergebnissen dieses Jahres sind solche, die auch in ferner Zukunft praktisch anwendbar sind. Physiker des Berkeley National Laboratory haben den kleinsten Transistor der Welt - die Größe seines Gates beträgt nur einen Nanometer. Gewöhnliche Siliziumtransistoren können mit solchen Abmessungen nicht arbeiten, Quanteneffekte (Tunneling) verwandeln sie in gewöhnliche Leiter, die den elektrischen Strom nicht blockieren können. Der Schlüssel zur Überwindung von Quanteneffekten erwies sich als Bestandteil von Autoschmiermitteln - Molybdändisulfid.
7. Neuer Aggregatzustand - Spinnflüssigkeit
Ein weiteres potenziell anwendbares Ergebnis ist 2016 ein neues Beispiel einer Quantenflüssigkeit, Rutheniumchlorid. Diese Substanz hat ungewöhnliche magnetische Eigenschaften. Einige Atome verhalten sich in Kristallen wie kleine Magnete, die versuchen, sich in einer Art geordneter Struktur auszurichten. Zum Beispiel, um vollständig gleichgerichtet zu sein. Bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt werden fast alle magnetischen Substanzen geordnet, mit Ausnahme von One-Spin-Flüssigkeiten.
Dieses ungewöhnliche Verhalten hat einen nützliche Eigenschaft. Physiker haben ein Modell des Verhaltens von Spinflüssigkeiten gebaut und herausgefunden, dass in ihnen spezielle Zustände von "gespaltenen" Elektronen existieren können. Tatsächlich spaltet sich das Elektron natürlich nicht – es bleibt immer noch ein einzelnes Teilchen. Solche Zustands-Quasiteilchen können die Grundlage für Quantencomputer werden, die absolut vor äußeren Einflüssen geschützt sind, die ihren Quantenzustand zerstören.
8. Aufzeichnungsdichte der Informationsaufzeichnung
Physiker der Universität Delft (Holland) berichteten in diesem Jahr über die Herstellung von Speicherelementen, in denen Informationen in einzelnen Atomen gespeichert werden. Auf einem Quadratzentimeter eines solchen Elements können etwa 10 Terabyte an Informationen aufgezeichnet werden. Das einzig Negative ist die geringe Arbeitsgeschwindigkeit. Um Informationen umzuschreiben, wird die Manipulation einzelner Atome verwendet - um ein neues Bit aufzunehmen, wird ein spezielles Mikroskop angehoben und das Teilchen nacheinander an einen neuen Ort übertragen. Bisher beträgt die Speichergröße des Testsamples lediglich ein Kilobyte, ein komplettes Überschreiben dauert mehrere Minuten. Aber die Technologie ist der theoretischen Grenze der Dichte der Informationsaufzeichnung nahe gekommen.
9. Nachschub in der Graphenfamilie
Chemiker der Autonomen Universität Madrid haben 2016 ein neues zweidimensionales Material geschaffen, das die Zahl der anderen Graphene erweitert. Damals bildete Antimon, ein in der Halbleiterindustrie weit verbreitetes Element, die Grundlage für eine flache einatomige Schicht. Im Gegensatz zu anderen zweidimensionalen Materialien ist Antimongraphen – Antimonen – extrem stabil. Es hält sogar dem Eintauchen in Wasser stand. Kohlenstoff, Silizium, Germanium, Zinn, Bor, Phosphor und Antimon haben jetzt zweidimensionale Formen. Angesichts der ungewöhnlichen Eigenschaften von Graphen können wir nur auf detailliertere Studien seiner Gegenstücke warten.
10. Wichtigster wissenschaftlicher Preis des Jahres
Heben wir in der Liste die Nobelpreise für Chemie und Physik hervor, die am 10. Dezember 2016 verliehen wurden. Die entsprechenden Entdeckungen wurden in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gemacht, aber die Auszeichnung selbst ist ein wichtiges jährliches Ereignis. wissenschaftliche Welt. Der Chemiepreis (Goldmedaille und 58 Millionen Rubel) wurde an Jean-Pierre Sauvage, Sir Fraser Stoddart und Bernard Feringa „für das Design und die Synthese molekularer Maschinen“ verliehen. Diese sind für das menschliche Auge und sogar für die Stärksten unsichtbar Optisches Mikroskop Mechanismen, die die einfachsten Aktionen ausführen können: drehen oder sich wie ein Kolben bewegen. Mehrere Milliarden solcher Rotoren sind durchaus in der Lage, eine Glasperle im Wasser zum Rotieren zu bringen. Zukünftig könnten solche Strukturen auch in der molekularen Chirurgie zum Einsatz kommen. Mehr zur Eröffnung:
Die britischen Wissenschaftler David Thouless, Duncan Haldan und John Michael Kosterlitz erhielten den „Physical“-Preis für, wie das Nobelkomitee feststellte, „theoretische Entdeckungen von topologischen Phasenübergängen und topologischen Phasen der Materie“. Diese Übergänge halfen, aus der Sicht von Experimentatoren sehr seltsame Beobachtungen zu erklären: zum Beispiel, wenn man eine dünne Materieschicht nimmt und sie misst elektrischer Wiederstand in einem Magnetfeld stellt sich heraus, dass sich die Leitfähigkeit bei gleichförmiger Änderung des Feldes schrittweise ändert. Wie das mit Bagels und Muffins zusammenhängt, können Sie bei uns nachlesen.
Bildrechte Wissenschaftliche Fotobibliothek Bildbeschreibung Das Schrödingersche Paradoxon ist seit langem bekannt, konnte aber bisher nicht auf der physikalischen Ebene nachgewiesen werden.
Der Nachweis von Gravitationswellen in der Raumzeit sowie die erste praktische Demonstration des berühmten Schrödinger-Paradoxons gehören laut der Zeitschrift Physics World zu den größten Errungenschaften der Physik im Jahr 2016.
Es beinhaltet auch die Entdeckung des ersten Exoplaneten in unserem nächsten Sternensystem.
Nachweis von Gravitationswellen, die als größte Entdeckung des Jahres anerkannt wurde, wurde von der LIGO-Wissenschaftsgemeinschaft erzielt, der mehr als 80 wissenschaftliche Einrichtungen auf der ganzen Welt angehören.
Die Gemeinschaft nutzt mehrere Labors, um Abweichungen in der Struktur der Raumzeit zu erkennen, die auftreten, wenn ein starker Laserpuls einen Vakuumtunnel passiert.
Das erste Signal, das sie aufzeichneten, war das Ergebnis der Kollision zweier Schwarzer Löcher in einer Entfernung von mehr als einer Milliarde Lichtjahren von der Erde.
Laut Hamish Johnston, Herausgeber der Zeitschrift Physics World, die eine Liste von Errungenschaften veröffentlichte, waren diese Beobachtungen der erste direkte Beweis für die Existenz von Schwarzen Löchern.
Bildrechte LIGO/T. Pyle/SCIENCE FOTOBIBLIOTHEK Bildbeschreibung Albert Einstein schlug als erster die Möglichkeit der Existenz von Gravitationswellen vorWeitere wichtige physische Entdeckungen des Jahres sind:
Shrödingers Katze: Seit Jahren rätseln Wissenschaftler über das Rätsel um Schrödingers Katze. Das ist ein Gedankenexperiment des österreichischen Wissenschaftlers Erwin Schrödinger. Die Katze ist in der Box. Die Kiste enthält einen Mechanismus, der einen radioaktiven Atomkern und einen Behälter mit giftigem Gas enthält. Das Paradoxe ist, dass ein Tier gleichzeitig lebendig oder tot sein kann. Das kannst du sicher nur herausfinden, indem du die Schachtel öffnest. Das bedeutet, dass das Öffnen der Schachtel einen der vielen Zustände der Katze hervorhebt. Aber bevor die Schachtel geöffnet wird, kann das Tier nicht als lebendig oder tot betrachtet werden – die Katze kann sich gleichzeitig in zwei Zuständen befinden.
Amerikanische und französische Physiker konnten jedoch erstmals den Zustand der Katze am Beispiel der inneren Struktur des Moleküls nachvollziehen, die sich in der gleichzeitigen Anwesenheit des Systems in zwei Quantenzuständen manifestiert.
Dazu brachten Experten die Moleküle mit einem Röntgenlaser (Razer) in einen angeregten Zustand. Aus den erhaltenen Beugungsmustern mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung haben die Physiker ein Video zusammengestellt.
Kompaktes "Gravimeter": Wissenschaftler der Universität Glasgow haben ein Gravimeter gebaut, das in der Lage ist, die Schwerkraft auf der Erde sehr genau zu messen. Es ist ein kompaktes, genaues und kostengünstiges Gerät. Das Gerät kann bei der Suche nach Mineralien, beim Bau und bei der Erforschung von Vulkanen eingesetzt werden.
Der uns am nächsten gelegene Exoplanet: Astronomen haben Anzeichen für das Vorhandensein eines Planeten in der bewohnbaren Zone des Proxima-Centauri-Systems entdeckt. Dieser Planet namens Proxima b ist nur 1,3 mehr Erde und haben kann flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche.
Bildrechte ESO/M.Kornmesser Bildbeschreibung So könnte die Oberfläche des Planeten Proxima b aussehenQuantenverschränkung: Einer Gruppe von Physikern aus den USA ist es erstmals gelungen, den Effekt der quantenmechanischen Verschränkung am Beispiel eines makroskopischen mechanischen Systems zu demonstrieren.
Die Entwicklung experimenteller Methoden zur Untersuchung von Quantensystemen und die Entwicklung von Techniken zur Verschränkung verschiedener Arten von Objekten sollten nach Prognosen von Physikern zur Entstehung grundlegend neuer Computer führen.
Wundermaterial: Erstmals konnten Wissenschaftler die Eigenschaft des Graphen-Materials messen – die sogenannte negative Brechung. Dieses Phänomen kann verwendet werden, um neue Arten von optischen Geräten zu schaffen, wie z. B. extrem empfindliche Linsen und Linsen.
Atomuhr: Deutsche Physiker haben die Transmutation des Thorium-229-Isotops entdeckt, die Grundlage für die Konstruktion einer neuartigen Atomuhr werden könnte. Solche Uhren werden viel stabiler sein als existierende Instrumente dieses Typs.
Optiken für Mikroskope: Schottische Wissenschaftler der University of Strathclyde haben eine neue Art von Mikroskoplinse namens Mesolens entwickelt. Die neuen Objektive haben ein großes Sehfeld und eine hohe Auflösung.
Bildrechte Mesolens Bildbeschreibung Diese Strukturen im Gehirn von Ratten wurden von einem neuen Mikroskop auf Basis von Mesolens-Linsen erfasst.Superschneller Rechner:Österreichische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben große Erfolge bei der Entwicklung von Quantencomputern erzielt. Sie erstellten ein Modell grundlegender Wechselwirkungen von Elementarteilchen, das von Prototypen von Quantencomputern verwendet werden kann.
Atommotor: Wissenschaftler der Universität Mainz in Deutschland haben einen Prototyp einer Wärmekraftmaschine entwickelt, die aus einem einzigen Atom besteht. Es wandelt Temperaturunterschiede in mechanische Arbeit um, indem es ein einzelnes Calciumion in einer trichterförmigen Falle platziert.
Typ Ia kam zu dem Schluss, dass sich die Hubble-Konstante ändert und sich die Expansion des Universums mit der Zeit beschleunigt. Diese Beobachtungen wurden dann durch andere Quellen gestützt: CMB-Messungen, Gravitationslinsen, Urknall-Nukleosynthese. Die erhaltenen Daten werden durch die Anwesenheit gut erklärt dunkle Energie die den gesamten Raum des Universums ausfüllt.
Physik der Elementarteilchen
Das Hauptergebnis der modernen theoretischen FEF ist die Konstruktion Standardmodell Physik der Elementarteilchen. Dieses Modell basiert auf der Idee von Eichfeldwechselwirkungen und dem Mechanismus der spontanen Eichsymmetriebrechung (Higgs-Mechanismus). Seine Vorhersagen wurden in den letzten Jahrzehnten immer wieder experimentell bestätigt und es ist derzeit die einzige physikalische Theorie, die den Aufbau unserer Welt bis zu Entfernungen in der Größenordnung von 10 −18 m angemessen beschreibt.
Kürzlich wurden experimentelle Ergebnisse veröffentlicht, die nicht in den Rahmen des Standardmodells passen – die Geburt von Myonjets am Tevatron Collider, der CDF-Anlage, bei Proton-Antiproton-Kollisionen mit einer Gesamtenergie von 1,96 GeV. Viele Physiker betrachten den gefundenen Effekt jedoch als Artefakt der Datenanalyse (nur etwa zwei Drittel der Teilnehmer stimmten zu, den Artikel der CDF-Kollaboration zu unterzeichnen).
Physiker, die auf dem Gebiet der theoretischen PEF arbeiten, stehen vor zwei Hauptaufgaben: neue Modelle zur Beschreibung von Experimenten zu erstellen und die Vorhersagen dieser Modelle (einschließlich des Standardmodells) auf experimentell überprüfbare Werte zu bringen.
Quantengravitation
Zwei Hauptlinien versuchen zu bauen Quantengravitation, sind Superstring-Theorien und Loop-Quantengravitation.
In der ersten von ihnen erscheinen anstelle von Partikeln und Hintergrund-Raumzeit Strings und ihre multidimensionalen Gegenstücke, Branes. Für mehrdimensionale Probleme sind Branen sozusagen mehrdimensionale Teilchen, aber aus der Sicht der Teilchen, die sich innerhalb dieser Branen bewegen, sind sie Raum-Zeit-Strukturen. Im zweiten Ansatz wird versucht, eine Quantenfeldtheorie ohne Bezug auf den raumzeitlichen Hintergrund zu formulieren. Die meisten Physiker glauben heute, dass der zweite Weg der richtige ist.
Quantencomputer
In praktischer Hinsicht handelt es sich um Technologien zur Herstellung von Geräten und deren Komponenten, die für die Erzeugung, Verarbeitung und Manipulation von Partikeln mit einer Größe von 1 bis 100 Nanometern erforderlich sind. Die Nanotechnologie befindet sich jedoch noch in einem frühen Entwicklungsstadium, da die wichtigsten Entdeckungen, die auf diesem Gebiet vorhergesagt wurden, noch nicht gemacht wurden. Dennoch liefert die laufende Forschung bereits praktische Ergebnisse. Die Nutzung fortgeschrittener wissenschaftlicher Errungenschaften der Nanotechnologie ermöglicht den Bezug zu Hochtechnologien.
Anmerkungen
Wikimedia-Stiftung. 2010 .
Sehen Sie in anderen Wörterbüchern nach, was "Neueste Fortschritte in der Physik" sind:
Das Ergebnis einer Kollision von Goldionen mit einer Energie von 100 GeV, aufgezeichnet vom STAR-Detektor am RHIC-Schwerionenbeschleuniger. Tausende von Linien zeigen die Bahnen von Teilchen an, die bei einer Kollision entstehen. Physik der Elementarteilchen (PEF), ... ... Wikipedia
Das Ergebnis einer Kollision von Goldionen mit einer Energie von 100 GeV, aufgezeichnet vom STAR-Detektor am RHIC-Schwerionenbeschleuniger. Tausende von Linien zeigen die Bahnen von Teilchen an, die bei einer Kollision entstehen. Physik der Elementarteilchen (PEF), ... ... Wikipedia
Wikipedia hat Artikel über andere Personen mit diesem Nachnamen, siehe Gamov. Georgy Antonovich Gamow (George Gamow) ... Wikipedia
Nanotechnologie- (Nanotechnologie) Inhalt Inhalt 1. Definitionen und Terminologie 2.: Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte 3. Grundlegende Bestimmungen Rastersondenmikroskopie Nanomaterialien Nanopartikel Selbstorganisation von Nanopartikeln Das Problem der Entstehung ... ... Enzyklopädie des Investors
Hawking, Stephan- Britischer theoretischer Physiker Britischer Wissenschaftler, bekannter Theoretiker auf dem Gebiet der Schwarzen Löcher und der Kosmologie. Von 1979 bis 2009 bekleidete er den prestigeträchtigen Posten eines Lucas-Professors an der University of Cambridge. Trotz schwerer Krankheit in der Wissenschaft engagiert, ... ... Enzyklopädie der Nachrichtenmacher
Yaroslav Geyrovsky Geburtsdatum ... Wikipedia
1 . in Russland und der UdSSR. E.'s Vorgänger und mit. in Rus gab es handschriftliche Sammlungen allgemeinen Inhalts sowie Verzeichnisse (Register) von Fremdwörtern, die den Manuskripten der Kirchenbücher beigefügt waren. Bereits die frühesten Denkmäler anderer Rus. Izborniki schreiben ... ... Sowjetische historische Enzyklopädie
Dieser Begriff hat andere Bedeutungen, siehe Tesla. Nikola Tesla Serbisch. Nikola Tesla ... Wikipedia
In diesem Artikel fehlen Links zu Informationsquellen. Informationen müssen überprüfbar sein, andernfalls können sie in Frage gestellt und entfernt werden. Sie können ... Wikipedia
Bücher
- Isotope: Eigenschaften, Gewinnung, Anwendung. Band 2, Autorenkollektiv. Dieses Buch enthält Artikel zu einem breiten Spektrum sich schnell entwickelnder Bereiche von Wissenschaft und Technologie, die mit der Herstellung und Verwendung stabiler und radioaktiver Isotope verbunden sind.…
Während seiner Experimente entdeckte Galileo, dass schwere Objekte aufgrund des geringeren Luftwiderstands schneller fallen als leichte: Luft stört ein leichtes Objekt mehr als ein schweres.
Galileis Entscheidung, das Gesetz von Aristoteles zu testen, war ein Wendepunkt in der Wissenschaft, es markierte den Beginn der empirischen Überprüfung aller allgemein anerkannten Gesetze. Galileis Experimente mit fallenden Körpern führten zu unserem anfänglichen Verständnis der Erdbeschleunigung.
Schwere
Es wird gesagt, dass Newton eines Tages unter einem Apfelbaum im Garten saß und sich ausruhte. Plötzlich sah er einen Apfel von einem Ast fallen. Dieser einfache Vorfall ließ ihn sich fragen, warum der Apfel herunterfiel, während der Mond die ganze Zeit am Himmel stand. In diesem Moment wurde im Gehirn des jungen Newton eine Entdeckung gemacht: Er erkannte, dass auf den Apfel und den Mond eine einzige Schwerkraft wirkt.
Newton stellte sich vor, dass auf den gesamten Obstgarten eine Kraft einwirkte, die Äste und Äpfel an sich zog. Noch wichtiger ist, dass er diese Macht bis zum Mond ausdehnte. Newton erkannte, dass die Schwerkraft überall ist, niemand hatte vor ihm daran gedacht.
Nach diesem Gesetz wirkt die Schwerkraft auf alle Körper im Universum, einschließlich Äpfel, Monde und Planeten. Die Anziehungskraft eines großen Körpers wie des Mondes kann Dinge wie die Gezeiten der Ozeane auf der Erde verursachen.
Wasser in dem Teil des Ozeans, der näher am Mond liegt, erfährt eine größere Anziehungskraft, sodass man sagen kann, dass der Mond Wasser von einem Teil des Ozeans zum anderen zieht. Und da sich die Erde in die entgegengesetzte Richtung dreht, stellt sich heraus, dass dieses vom Mond verzögerte Wasser weiter entfernt ist als die üblichen Ufer.
Newtons Verständnis, dass jedes Objekt seine eigene Gravitationskraft hat, war eine große wissenschaftliche Entdeckung. Seine Arbeit war jedoch noch nicht abgeschlossen.
Bewegungsgesetze
Nehmen wir zum Beispiel Eishockey. Schlagen Sie den Puck mit Ihrem Stock und er gleitet auf dem Eis. Dies ist das erste Gesetz: Unter der Wirkung einer Kraft bewegt sich ein Objekt. Gäbe es auf dem Eis keine Reibung, würde der Puck endlos rutschen. Wenn Sie den Puck mit einem Schläger treffen, geben Sie ihm Beschleunigung.
Der zweite Hauptsatz besagt, dass die Beschleunigung direkt proportional zur aufgebrachten Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Körpers ist.
Und nach dem dritten Gesetz wirkt der Puck beim Schlagen mit der gleichen Kraft auf den Schläger wie der Schläger auf den Puck, d.h. Die Wirkungskraft ist gleich der Reaktionskraft.
Newtons Bewegungsgesetze waren eine mutige Entscheidung, um die Mechanik der Funktionsweise des Universums zu erklären, sie wurden zur Grundlage der klassischen Physik.
Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik
Die Wissenschaft der Thermodynamik ist die Wissenschaft der Wärme, die in mechanische Energie umgewandelt wird. Alle Technologien während der industriellen Revolution hingen davon ab.
Thermische Energie kann beispielsweise durch Drehen einer Kurbelwelle oder einer Turbine in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Das Wichtigste ist, so viel Arbeit wie möglich mit so wenig Kraftstoff wie möglich zu erledigen. Dies ist am kostengünstigsten, daher begannen die Menschen, die Prinzipien von Dampfmaschinen zu studieren.
Unter denjenigen, die sich mit diesem Thema befassten, war ein deutscher Wissenschaftler. 1865 formulierte er den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Nach diesem Gesetz geht bei jedem Energieaustausch, beispielsweise beim Erhitzen von Wasser in einem Dampfkessel, ein Teil der Energie verloren. Clausius prägte das Wort Entropie, um die begrenzte Effizienz von Dampfmaschinen zu erklären. Ein Teil der thermischen Energie geht bei der Umwandlung in mechanische Energie verloren.
Diese Aussage hat unser Verständnis davon verändert, wie Energie funktioniert. Es gibt keine Wärmekraftmaschine, die zu 100 % effizient ist. Beim Autofahren werden nur 20 % der Benzinenergie tatsächlich zum Fahren verbraucht. Wo bleibt der Rest? Zum Heizen von Luft, Asphalt und Reifen. Die Zylinder im Zylinderblock werden heiß und verschleißen, und die Teile rosten. Es ist traurig darüber nachzudenken, wie verschwenderisch solche Arrangements sind.
Obwohl der zweite Hauptsatz der Thermodynamik die Grundlage der industriellen Revolution war, brachte die nächste große Entdeckung die Welt in einen neuen, modernen Zustand.
Elektromagnetismus
Wissenschaftler haben gelernt, mit Elektrizität eine magnetische Kraft zu erzeugen, wenn sie einen Strom durch einen verdrillten Draht leiten. Das Ergebnis ist ein Elektromagnet. Sobald Strom angelegt wird, entsteht ein Magnetfeld. Keine Spannung - kein Feld.
Ein elektrischer Generator in seiner einfachsten Form ist eine Drahtspule zwischen den Polen eines Magneten. Michael Faraday entdeckte, dass ein Strom durch den Draht fließt, wenn ein Magnet und ein Draht nahe beieinander liegen. Alle Generatoren arbeiten nach diesem Prinzip.
Faraday führte Aufzeichnungen über seine Experimente, aber er verschlüsselte sie. Trotzdem wurden sie vom Physiker James Clerk Maxwell geschätzt, der sie benutzte, um die Prinzipien besser zu verstehen Elektromagnetismus. Maxwell ermöglichte es der Menschheit zu verstehen, wie Elektrizität über die Oberfläche eines Leiters verteilt wird.
Wenn Sie wissen wollen, wie die Welt ohne die Entdeckungen von Faraday und Maxwell aussehen würde, dann stellen Sie sich vor, dass es keine Elektrizität gibt: Es gäbe kein Radio, Fernsehen, Mobiltelefone, Satelliten, Computer und alle Kommunikationsmittel. Stellen Sie sich vor, Sie befinden sich im 19. Jahrhundert, denn ohne Strom wären Sie dort.
Als sie Entdeckungen machten, konnten Faraday und Maxwell nicht wissen, dass ihre Arbeit einen jungen Mann dazu inspirierte, die Geheimnisse des Lichts zu enthüllen und nach seiner Verbindung mit der größten Macht des Universums zu suchen. Dieser junge Mann war Albert Einstein.
Relativitätstheorie
Einstein sagte einmal, dass alle Theorien Kindern erklärt werden sollten. Wenn sie die Erklärung nicht verstehen, ist die Theorie bedeutungslos. Als Kind las Einstein einmal ein Kinderbuch über Elektrizität, damals war es gerade im Entstehen, und ein einfacher Telegraf erschien wie ein Wunder. Dieses Buch wurde von einem gewissen Bernstein geschrieben, in dem er den Leser aufforderte, sich vorzustellen, wie er zusammen mit dem Signal durch den Draht reitet. Wir können sagen, dass damals im Kopf von Einstein seine revolutionäre Theorie geboren wurde.
In seiner Jugend, inspiriert von seinem Eindruck von diesem Buch, stellte sich Einstein vor, wie er sich mit einem Lichtstrahl bewegte. Er grübelte 10 Jahre lang über diese Idee nach und bezog in seinen Überlegungen das Konzept von Licht, Zeit und Raum mit ein.
In der Welt, die Newton beschrieb, waren Zeit und Raum voneinander getrennt: Wenn es auf der Erde 10 Uhr morgens war, war es auf Venus, Jupiter und im ganzen Universum dieselbe Zeit. Die Zeit war etwas, das niemals wankte oder anhielt. Aber Einstein sah die Zeit anders.
Die Zeit ist ein Fluss, der sich um die Sterne schlängelt, sich verlangsamt und beschleunigt. Und wenn sich Raum und Zeit ändern können, dann ändern sich auch unsere Vorstellungen von Atomen, Körpern und dem Universum im Allgemeinen!
Einstein demonstrierte seine Theorie durch sogenannte Gedankenexperimente. Das bekannteste davon ist das „Zwillingsparadoxon“. Wir haben also zwei Zwillinge, von denen einer mit einer Rakete ins All fliegt. Da sie fast mit Lichtgeschwindigkeit fliegt, verlangsamt sich die Zeit in ihr. Nach der Rückkehr dieses Zwillings zur Erde stellt sich heraus, dass er jünger ist als derjenige, der auf dem Planeten geblieben ist. Also vergeht die Zeit in verschiedenen Teilen des Universums unterschiedlich. Es kommt auf die Geschwindigkeit an: Je schneller du dich bewegst, desto langsamer vergeht für dich die Zeit.
Dieses Experiment wird teilweise mit Astronauten im Orbit durchgeführt. Wenn sich eine Person im Weltraum befindet, vergeht die Zeit für sie langsamer. Auf der Raumstation vergeht die Zeit langsamer. Dieses Phänomen betrifft auch Satelliten. Nehmen Sie zum Beispiel GPS-Satelliten: Sie zeigen Ihre Position auf der Erde bis auf wenige Meter genau an. Satelliten bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 29.000 km/h um die Erde, daher gelten für sie die Postulate der Relativitätstheorie. Dies muss berücksichtigt werden, denn wenn die Uhr im Weltraum langsamer läuft, dann schlägt die Synchronisation mit der Erdzeit fehl und das GPS-System funktioniert nicht.
E=mc2
Dies ist wahrscheinlich die berühmteste Formel der Welt. In der Relativitätstheorie hat Einstein bewiesen, dass sich bei Erreichen der Lichtgeschwindigkeit die Bedingungen für einen Körper auf unvorstellbare Weise ändern: Die Zeit verlangsamt sich, der Raum schrumpft und die Masse wächst. Je höher die Geschwindigkeit, desto größer die Masse des Körpers. Denken Sie nur, die Energie der Bewegung macht Sie schwerer. Masse hängt von Geschwindigkeit und Energie ab. Einstein stellte sich vor, wie eine Taschenlampe einen Lichtstrahl aussendet. Es ist genau bekannt, wie viel Energie aus der Taschenlampe kommt. Gleichzeitig zeigte er, dass die Taschenlampe heller wurde, d.h. er wurde heller, als er anfing zu leuchten. Also E - die Energie der Taschenlampe hängt von m ab - der Masse in einem Verhältnis gleich c 2 . Alles ist einfach.
Diese Formel zeigte auch, dass eine riesige Energie in einem kleinen Objekt enthalten sein kann. Stellen Sie sich vor, dass Ihnen ein Baseball zugeworfen wird und Sie ihn fangen. Je härter es geworfen wird, desto mehr Energie wird es haben.
Nun zum Ruhezustand. Als Einstein seine Formeln herleitete, entdeckte er, dass ein Körper auch im Ruhezustand Energie hat. Wenn Sie diesen Wert nach der Formel berechnen, werden Sie sehen, dass die Energie wirklich enorm ist.
Einsteins Entdeckung war ein riesiger wissenschaftlicher Sprung. Es war der erste Blick auf die Kraft des Atoms. Bevor die Wissenschaftler diese Entdeckung vollständig erkannten, geschah die nächste, die erneut alle in einen Schock versetzte.
Quantentheorie
Der Quantensprung ist der kleinste mögliche Sprung in der Natur, während seine Entdeckung der größte Durchbruch im wissenschaftlichen Denken war.
Subatomare Teilchen wie Elektronen können sich von einem Punkt zum anderen bewegen, ohne den Raum zwischen ihnen einzunehmen. In unserem Makrokosmos ist das unmöglich, aber auf der Ebene des Atoms ist es ein Gesetz.
Die Quantentheorie entstand ganz am Anfang des 20. Jahrhunderts, als es in der klassischen Physik eine Krise gab. Viele Phänomene wurden entdeckt, die den Newtonschen Gesetzen widersprachen. Madame Curie zum Beispiel entdeckte Radium, das selbst im Dunkeln leuchtet, die Energie wurde aus dem Nichts entnommen, was dem Energieerhaltungssatz widersprach. Im Jahr 1900 glaubten die Menschen, dass Energie kontinuierlich sei und dass Elektrizität und Magnetismus unendlich in absolut beliebige Teile geteilt werden könnten. Und der große Physiker Max Planck erklärte kühn, dass Energie in bestimmten Volumina existiert - Quanten.
Wenn wir uns vorstellen, dass Licht nur in diesen Volumina existiert, dann werden viele Phänomene sogar auf der Ebene des Atoms deutlich. Energie wird sequentiell und in einer bestimmten Menge freigesetzt, nennt man das Quanteneffekt und bedeutet, dass die Energie wellenförmig ist.
Dann dachten sie, dass das Universum auf eine ganz andere Art und Weise erschaffen wurde. Das Atom wurde als etwas angesehen, das einer Bowlingkugel ähnelt. Und wie kann ein Ball Welleneigenschaften haben?
1925 stellte schließlich ein österreichischer Physiker eine Wellengleichung auf, die die Bewegung von Elektronen beschrieb. Plötzlich war es möglich, in das Atom hineinzuschauen. Es stellt sich heraus, dass Atome gleichzeitig Wellen und Teilchen sind, aber gleichzeitig instabil sind.
Ist es möglich, die Möglichkeit zu berechnen, dass eine Person in Atome zerlegt wird und sich dann auf der anderen Seite der Wand materialisiert? Klingt absurd. Wie kann man morgens aufwachen und auf dem Mars sein? Wie kann man auf Jupiter einschlafen und aufwachen? Das ist unmöglich, aber die Wahrscheinlichkeit dafür ist durchaus realistisch zu berechnen. Diese Wahrscheinlichkeit ist sehr gering. Dazu müsste eine Person das Universum erfahren, aber für Elektronen geschieht dies ständig.
Alle modernen "Wunder" wie Laserstrahlen und Mikrochips funktionieren auf der Grundlage, dass ein Elektron an zwei Orten gleichzeitig sein kann. Wie ist das möglich? Sie wissen nicht genau, wo sich das Objekt befindet. Dies wurde zu einer so schwierigen Hürde, dass sogar Einstein die Quantentheorie aufgab und sagte, er glaube nicht, dass Gott im Universum Würfel spiele.
Trotz aller Fremdheit und Ungewissheit bleibt die Quantentheorie bisher unser bestes Verständnis der subatomaren Welt.
Die Natur des Lichts
Die Alten stellten die Frage: Woraus besteht das Universum? Sie glaubten, dass es aus Erde, Wasser, Feuer und Luft besteht. Aber wenn ja, was ist dann Licht? Es kann nicht in ein Gefäß gelegt werden, es kann nicht berührt, gefühlt werden, es ist formlos, aber es ist überall um uns herum präsent. Er ist gleichzeitig überall und nirgendwo. Alle sahen das Licht, wussten aber nicht, was es war.
Physiker versuchen seit Jahrtausenden, diese Frage zu beantworten. Die größten Köpfe haben an der Suche nach der Natur des Lichts gearbeitet, beginnend mit Isaac Newton. Newton selbst verwendete Sonnenlicht, das durch ein Prisma getrennt wurde, um alle Farben des Regenbogens in einem Strahl darzustellen. Das bedeutete, dass weißes Licht aus Strahlen in allen Farben des Regenbogens bestand.
Newton zeigte, dass Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Indigo und Violett kombiniert werden können, um weißes Licht zu bilden. Dies führte ihn zu der Idee, dass Licht in Teilchen zerlegt wird, die er Korpuskeln nannte. Also das erste Lichttheorie- korpuskular.
Stellen Sie sich Meereswellen vor: Jeder weiß, dass sich beide Wellen vermischen, wenn eine der Wellen in einem bestimmten Winkel auf die andere trifft. Jung tat dasselbe mit Licht. Er machte es so, dass sich das Licht der beiden Quellen kreuzte und die Kreuzung deutlich sichtbar war.
Dann gab es also alle zwei Lichttheorien: Newtons Korpuskular- und Jungs Wellentheorie. Und dann kam Einstein zur Sache, der sagte, dass vielleicht beide Theorien Sinn machen. Newton zeigte, dass Licht die Eigenschaften von Teilchen hat, und Jung bewies, dass Licht Welleneigenschaften haben kann. All dies sind zwei Seiten derselben Sache. Nehmen Sie zum Beispiel einen Elefanten: Wenn Sie ihn am Rüssel nehmen, werden Sie denken, dass es eine Schlange ist, und wenn Sie sein Bein packen, wird es Ihnen scheinen, als wäre es ein Baum, aber tatsächlich hat der Elefant die Qualitäten beider. Einstein führte das Konzept ein Dualismus des Lichts, d.h. Licht hat sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften.
Es bedurfte der Arbeit von drei Genies über drei Jahrhunderte, um das Licht zu sehen, wie wir es heute kennen. Ohne ihre Entdeckungen würden wir vielleicht noch im frühen Mittelalter leben.
Neutron
Ein Atom ist so klein, dass man es sich nur schwer vorstellen kann. Es gibt 72 Trillionen Atome in einem Sandkorn. Die Entdeckung des Atoms führte zu einer weiteren Entdeckung.
Die Menschen wussten schon vor 100 Jahren von der Existenz des Atoms. Sie dachten, dass Elektronen und Protonen darin gleichmäßig verteilt seien. Dieses Modell wurde als „Rosinenpudding“-Modell bezeichnet, weil man annahm, dass die Elektronen im Inneren des Atoms verteilt seien wie Rosinen in einem Pudding.
Anfang des 20. Jahrhunderts führte er ein Experiment mit dem Ziel durch, den Aufbau des Atoms weiter zu untersuchen. Er richtete radioaktive Alphateilchen auf Goldfolie. Er wollte wissen, was passieren würde, wenn Alphateilchen auf Gold treffen. Der Wissenschaftler erwartete nichts Besonderes, da er dachte, dass die meisten Alphateilchen das Gold passieren würden, ohne reflektiert zu werden oder die Richtung zu ändern.
Das Ergebnis war jedoch unerwartet. Seiner Meinung nach war es dasselbe wie das Abfeuern eines 380-mm-Projektils auf ein Stück Materie, und dabei würde das Projektil davon abprallen. Einige Alphateilchen prallten sofort von der Goldfolie ab. Dies konnte nur passieren, wenn sich im Inneren des Atoms eine kleine Menge dichter Materie befand und nicht wie Rosinen in einem Pudding verteilt war. Rutherford nannte diese kleine Substanzmenge Kern.
Chadwick führte ein Experiment durch, das zeigte, dass der Kern aus Protonen und Neutronen besteht. Dazu bediente er sich einer sehr cleveren Erkennungsmethode. Um die Partikel abzufangen, die aus dem radioaktiven Prozess stammen, verwendete Chadwick Paraffinwachs.
Supraleiter
Das Fermi-Labor verfügt über einen der größten Teilchenbeschleuniger der Welt. Dabei handelt es sich um einen 7 Kilometer langen unterirdischen Ring, in dem subatomare Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und dann kollidieren. Möglich wurde dies erst nach dem Aufkommen der Supraleiter.
Supraleiter wurden um 1909 entdeckt. Ein niederländischer Physiker mit Namen war der erste, der herausfand, wie man Helium von einem Gas in eine Flüssigkeit umwandelt. Danach konnte er Helium als Gefrierflüssigkeit verwenden, und er wollte die Eigenschaften von Materialien bei sehr niedrigen Temperaturen untersuchen. Damals interessierte man sich dafür, wie der elektrische Widerstand eines Metalls von der Temperatur abhängt – ob sie steigt oder fällt.
Er verwendete für Experimente Quecksilber, das er gut zu reinigen verstand. Er legte es in eine spezielle Apparatur, ließ es in einem Gefrierschrank in flüssiges Helium fallen, senkte die Temperatur und maß den Widerstand. Er fand heraus, dass je niedriger die Temperatur, desto niedriger der Widerstand, und wenn die Temperatur minus 268 °C erreichte, fiel der Widerstand auf Null. Bei dieser Temperatur würde Quecksilber Strom ohne Verlust oder Unterbrechung des Flusses leiten. Das nennt man Supraleitung.
Supraleiter lassen elektrischen Strom ohne Energieverlust fließen. Im Fermi-Labor werden sie verwendet, um eine starke zu schaffen Magnetfeld. Damit sich Protonen und Antiprotonen im Phasotron und dem riesigen Ring bewegen können, werden Magnete benötigt. Ihre Geschwindigkeit entspricht fast der Lichtgeschwindigkeit.
Der Teilchenbeschleuniger im Fermi Lab benötigt unglaublich viel Energie. Jeden Monat kostet es Strom in Millionenhöhe, um Supraleiter auf minus 270 °C abzukühlen, wenn der Widerstand Null wird.
Jetzt besteht die Hauptaufgabe darin, Supraleiter zu finden, die bei höheren Temperaturen funktionieren und weniger Kosten verursachen würden.
In den frühen 1980er Jahren entdeckte eine Gruppe von Forschern der Schweizer Niederlassung von IBM einen neuen Supraleitertyp, der bei einer Temperatur von 100 ° C höher als üblich einen Nullwiderstand hatte. Natürlich sind 100 Grad über dem absoluten Nullpunkt nicht die Temperatur, die Sie in Ihrem Gefrierschrank haben. Wir müssen ein Material finden, das bei normaler Raumtemperatur ein Supraleiter wäre. Das wäre der größte Durchbruch, was eine Revolution in der Welt der Wissenschaft wäre. Alles, was jetzt mit Strom läuft, wäre viel effizienter. Mit der Entwicklung von Beschleunigern, die subatomare Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit zusammenschieben konnten, wurde sich der Mensch der Existenz von Dutzenden anderer Teilchen bewusst, in die Atome zerbrochen wurden. Physiker nennen das alles „Teilchenzoo“.
Der amerikanische Physiker Murray Gell-Man bemerkte ein Muster in einer Reihe neu entdeckter „Zoo“-Teilchen. Er teilte die Teilchen nach den üblichen Merkmalen in Gruppen ein. Dabei isolierte er die kleinsten Bestandteile des Atomkerns, aus denen die Protonen und Neutronen selbst bestehen.
Die von Gell-Mann entdeckten Quarks waren für subatomare Teilchen das, was das Periodensystem war chemische Elemente. Für seine Entdeckung im Jahr 1969 wurde Murray Gell-Man ausgezeichnet Nobelpreis im Bereich Physik. Seine Klassifikation kleinster materieller Teilchen straffte ihren gesamten „Zoo“.
Obwohl Gell-Manom sich der Existenz von Quarks sicher war, glaubte er nicht, dass irgendjemand sie tatsächlich nachweisen könnte. Die erste Bestätigung für die Richtigkeit seiner Theorien waren die erfolgreichen Experimente seiner Kollegen, die am Stanford-Linearbeschleuniger durchgeführt wurden. Darin wurden Elektronen von Protonen getrennt und ein Makrofoto eines Protons aufgenommen. Es stellte sich heraus, dass es so war drei Quarks.
nukleare Kräfte
Unser Wunsch, Antworten auf alle Fragen über das Universum zu finden, hat den Menschen sowohl in Atome und Quarks als auch über die Galaxie hinaus geführt. Diese Entdeckung ist das Ergebnis der Arbeit vieler Menschen im Laufe der Jahrhunderte.
Nach den Entdeckungen von Isaac Newton und Michael Faraday glaubten Wissenschaftler, dass die Natur zwei Hauptkräfte hat: Schwerkraft und Elektromagnetismus. Aber im 20. Jahrhundert wurden zwei weitere Kräfte entdeckt, vereint durch ein Konzept - Atomenergie. Es gab also vier Naturkräfte.
Jede Kraft wirkt in einem bestimmten Spektrum. Die Schwerkraft hindert uns daran, mit einer Geschwindigkeit von 1500 km/h ins All zu fliegen. Dann haben wir die elektromagnetischen Kräfte, die Licht, Radio, Fernsehen und so weiter sind. außerdem gibt es zwei weitere Kräfte, deren Wirkungsfeld sehr begrenzt ist: Es gibt die nukleare Anziehung, die den Kern nicht zerfallen lässt, und es gibt die Kernenergie, die Radioaktivität abgibt und alles infiziert, und auch durch übrigens, heizt das Zentrum der Erde auf, dank ihm hat sich das Zentrum unseres Planeten seit mehreren Milliarden Jahren nicht abgekühlt - das ist der Effekt der passiven Strahlung, die sich in Wärme umwandelt.
Wie erkennt man passive Strahlung? Möglich wird dies durch Geigerzähler. Die Partikel, die bei der Spaltung eines Atoms freigesetzt werden, treffen auf andere Atome und erzeugen eine kleine elektrische Entladung, die gemessen werden kann. Wenn es erkannt wird, klickt der Geigerzähler.
Wie misst man die nukleare Anziehung? Hier ist die Situation schwieriger, weil es diese Kraft ist, die verhindert, dass das Atom zerfällt. Hier brauchen wir einen Atomsplitter. Es ist notwendig, das Atom buchstäblich in Fragmente zu zerbrechen, jemand hat diesen Vorgang damit verglichen, ein Klavier eine Leiter hinunterzuwerfen, um die Prinzipien seiner Arbeit zu verstehen, und den Geräuschen zu lauschen, die das Klavier macht, wenn es auf die Stufen trifft.(schwache Kraft, schwache Wechselwirkung) und Kernenergie (starke Kraft, starke Wechselwirkung). Die letzten beiden werden Quantenkräfte genannt, ihre Beschreibung kann zu etwas namens kombiniert werden Standardmodell. Es mag die hässlichste Theorie in der Geschichte der Wissenschaft sein, aber auf subatomarer Ebene ist sie tatsächlich möglich. Die Theorie des Standardmodells behauptet, überlegen zu sein, aber das hindert sie nicht daran, hässlich zu sein. Auf der anderen Seite haben wir die Schwerkraft - ein großartiges, schönes System, es ist schön zu Tränen - Physiker weinen buchstäblich, wenn sie Einsteins Formeln sehen. Sie versuchen, alle Kräfte der Natur in einer Theorie zu vereinen und nennen sie die „Theorie von allem“. Sie würde alle vier Mächte zu einer Supermacht vereinen, die seit Anbeginn der Zeit existiert.
Es ist nicht bekannt, ob wir jemals in der Lage sein werden, eine Superkraft zu entdecken, die alle vier Grundkräfte der Natur umfasst, und ob wir in der Lage sein werden, eine physikalische Theorie von Allem zu erstellen. Aber eines ist sicher: Jede Entdeckung führt zu neuer Forschung, und der Mensch – die neugierigste Spezies auf dem Planeten – wird nie aufhören, danach zu streben, zu verstehen, zu suchen und zu entdecken.