Η χρονιά ξεκίνησε με την επίτευξη του ιερού δισκοπότηρου - οι φυσικοί πέτυχαν το υδρογόνο σε μέταλλο. Το πείραμα επιβεβαίωσε τις θεωρητικές εξελίξεις του πρώτου μισού του περασμένου αιώνα. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ ψύξαν το στοιχείο στους -267 βαθμούς Κελσίου και το υπέβαλαν σε πίεση 495 γιγαπασκάλ, μεγαλύτερη από ό,τι στο κέντρο της Γης.
«Στη Δύση θα σταματήσουν να πίνουν αλκοόλ και θα στραφούν σε ένα αβλαβές αλκοσύνθο»
Οι ίδιοι οι πειραματιστές συνέκριναν την παραγωγή του πρώτου μεταλλικού υδρογόνου στον πλανήτη με την απόκτηση του ιερού μπολ - τον κύριο στόχο των θρυλικών ιπποτών. Όμως το ερώτημα παραμένει αν το υδρογόνο θα διατηρήσει τις ιδιότητές του όταν εκτονωθεί η πίεση. Οι φυσικοί ελπίζουν ότι όχι.
Το ταξίδι στο χρόνο είναι δυνατό
Αναθεωρήστε την έννοια του χρόνου από θεωρητικούς από το Πανεπιστήμιο της Βιέννης και την Αυστριακή Ακαδημία Επιστημών. Σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, όσο πιο ακριβές είναι το ρολόι, τόσο πιο γρήγορα υποβάλλει τη ροή του χρόνου στην επίδραση της κβαντικής αβεβαιότητας. Και αυτό περιορίζει τις δυνατότητές μας όργανα μέτρησης, όσο καλά κι αν είναι φτιαγμένα.
Ο χρόνος δεν μπορεί να μετρηθεί. Αλλά μπορείτε να ταξιδέψετε σε αυτό χρησιμοποιώντας καμπυλότητα, ένας επιστήμονας από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας (Καναδάς). Είναι αλήθεια, ενώ αυτό είναι μόνο μια θεωρητική παραδοχή. Δεν υπάρχουν απαραίτητα υλικά για τη δημιουργία μιας μηχανής πραγματικού χρόνου.
Αλλά τα κβαντικά σωματίδια είναι ικανά να πάνε στο παρελθόν, πιο συγκεκριμένα, να επηρεάσουν άλλα σωματίδια στο χρόνο. Αυτή η θεωρία επιβεβαιώθηκε το 2017 από επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Chapman (ΗΠΑ) και το Perimeter Institute for Theoretical Physics (Καναδάς). Η θεωρητική τους έρευνα οδήγησε σε ένα περίεργο συμπέρασμα: είτε τα φυσικά φαινόμενα μπορούν να διαδοθούν στο παρελθόν, είτε η επιστήμη αντιμετωπίζει έναν μη υλικό τρόπο αλληλεπίδρασης σωματιδίων.
Ακριβώς δύο στρώματα γραφενίου μπορούν να σταματήσουν μια σφαίρα
Η σκοτεινή ενέργεια δεν υπάρχει. Αλλά δεν είναι ακριβώς
Οι διαφωνίες για τη σκοτεινή ενέργεια - μια υποθετική σταθερά που εξηγεί τη διαστολή του σύμπαντος - δεν έχουν σταματήσει από τις αρχές της χιλιετίας. Φέτος, οι φυσικοί κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η σκοτεινή ενέργεια τελικά δεν υπάρχει.
Οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Βουδαπέστης και οι συνάδελφοί τους από τις ΗΠΑ ότι το λάθος έγκειται στην κατανόηση της δομής του σύμπαντος. Οι υποστηρικτές της έννοιας της σκοτεινής ενέργειας προήλθαν από το γεγονός ότι η ύλη είναι ομοιογενής σε πυκνότητα, αλλά αυτό δεν είναι έτσι. Το μοντέλο υπολογιστή έδειξε ότι το Σύμπαν αποτελείται από φυσαλίδες, όπως ήταν, και αυτό εξαλείφει τις αντιφάσεις. Η σκοτεινή ενέργεια δεν χρειάζεται πλέον για να εξηγήσει ανεξήγητα φαινόμενα.
Ωστόσο, ο κατασκευασμένος σε έναν υπερυπολογιστή στο Πανεπιστήμιο Durham (Βρετανία) οδήγησε τους αστροφυσικούς στα αντίθετα συμπεράσματα. Και δεδομένα από το μαγνητικό φασματόμετρο άλφα από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό ότι η σκοτεινή ενέργεια όντως υπάρχει. Αυτό δηλώθηκε ανεξάρτητα από δύο ομάδες ερευνητών: από τη Γερμανία και από την Κίνα.
Και το πιο σημαντικό, ο XENON1T, ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής σκοτεινής ύλης στον κόσμο, έδωσε το πρώτο . Ωστόσο, δεν υπάρχουν ακόμη θετικά αποτελέσματα. Αλλά οι επιστήμονες είναι ικανοποιημένοι που το σύστημα λειτουργεί γενικά και παρουσιάζει ελάχιστα σφάλματα.
Οι επιστήμονες δεν καταλαβαίνουν πλέον πώς λειτουργεί η τεχνητή νοημοσύνη
τεχνολογίες
Η βαρύτητα είναι το κλειδί για άλλες διαστάσεις
Οι φυσικοί ονειρευόντουσαν από καιρό να χτίσουν μια θεωρία για τα πάντα - ένα σύστημα που θα περιέγραφε εξαντλητικά την πραγματικότητα. Δεν επιτρέπει μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις - τη βαρύτητα. Σωματίδια που θα φέρουν τη βαρυτική αλληλεπίδραση δεν έχουν βρεθεί. Έτσι, σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής μηχανικής, δεν υπάρχουν κύματα.
Έξυπνη λύση στο πρόβλημα επιστήμονες από το Ινστιτούτο Max Planck. Κατά τη γνώμη τους, το βαρυτικό πεδίο προκύπτει ακριβώς τη στιγμή που ένα κβαντικό κύμα γίνεται σωματίδιο.
Ένα άλλο εμπόδιο για την κατασκευή μιας θεωρίας των πάντων είναι η απουσία αντίστροφης δράσης στη δύναμη της έλξης, αυτός ο παράγοντας παραβιάζει επίσης τη συμμετρία των ιδανικών τύπων. Ωστόσο, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον τον Απρίλιο του 2017 μια ουσία που συμπεριφέρεται σαν να έχει αρνητική μάζα. Το αποτέλεσμα έχει επιτευχθεί στο παρελθόν, αλλά το αποτέλεσμα δεν ήταν ποτέ τόσο ακριβές και σίγουρο.
Το ενδιαφέρον για τη μελέτη της βαρύτητας αυξάνεται από τη θεωρία ότι η βαρύτητα επηρεάζεται από άλλες διαστάσεις. Οι φυσικοί από το Ινστιτούτο Max Planck (Γερμανία), χρησιμοποιώντας τους πιο σύγχρονους ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων, θα επιβεβαιώσουν ή θα διαψεύσουν την ύπαρξη άλλων διαστάσεων σε ένα χρόνο. Στα τέλη του 2018 ή το αργότερο - στις αρχές του 2019.
«Το Bitcoin έχει αποτύχει ως νόμισμα»
τεχνολογίες
Η κβαντομηχανική είναι καταδικασμένη
Είναι εύκολο να δούμε ότι οι περισσότερες από τις ανακαλύψεις της σύγχρονης φυσικής σχετίζονται με τη μελέτη της κβαντικής μηχανικής. Ωστόσο, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η κβαντική θεωρία με τη σημερινή της μορφή δεν θα διαρκέσει πολύ. Και το κλειδί για την κατανόηση του κόσμου θα είναι τα νέα μαθηματικά.
Υπό το φως τέτοιων δηλώσεων, δεν είναι ξεκάθαρο πώς να αντιληφθεί κανείς την είδηση ότι οι πειραματιστές από το Ινστιτούτο Niels Bohr για πρώτη φορά στην ιστορία της επιστήμης θα κάνουν τα qubits να περιστρέφονται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ή ότι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής υπό ορισμένες συνθήκες στον κβαντικό κόσμο, σύμφωνα με φυσικούς από το Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας. Ίσως όλα αυτά πρέπει να εκληφθούν ως επιβεβαίωση της τρέχουσας θεωρίας. Ίσως - ως ένα βήμα προς μια νέα φυσική, η οποία θα περιγράφει με μεγαλύτερη ακρίβεια την πραγματικότητα.
Στο μεταξύ, οι επιστήμονες συνεχίζουν να αναζητούν φαινόμενα που θα συμφιλιώσουν τους κόσμους του Αϊνστάιν και του Νεύτωνα. Ίσως αυτό να βοηθήσει - νέα μορφήύλη. Παρεμπιπτόντως, αποδείχθηκε ότι ήταν συμπύκνωμα, αν και μέχρι τώρα οι θεωρητικοί έχουν διαφωνήσει πολύ για τη φύση του.
Ένα πολύ αμφιλεγόμενο έτος του 2016 τελείωσε και ήρθε η ώρα να συνοψίσουμε τα επιστημονικά του αποτελέσματα στον τομέα της φυσικής και της χημείας. Πολλά εκατομμύρια άρθρα σε αυτά τα γνωστικά πεδία δημοσιεύονται ετησίως σε περιοδικά με κριτές σε όλο τον κόσμο. Και μόνο μερικές εκατοντάδες από αυτά αποδεικνύονται πραγματικά εξαιρετικά έργα. Οι επιστημονικοί συντάκτες του Life επέλεξαν τις 10 πιο ενδιαφέρουσες και σημαντικές ανακαλύψεις και γεγονότα της χρονιάς που πέρασε που όλοι πρέπει να γνωρίζουν.
1. Νέα στοιχεία στον περιοδικό πίνακα
Το πιο ευχάριστο γεγονός για τους Ρώσους λάτρεις της επιστήμης ήταν το nihonium, το muscovy, το tennessine και το oganesson. Πυρηνικοί φυσικοί από την Dubna - το Εργαστήριο Πυρηνικών Αντιδράσεων του JINR υπό την ηγεσία του Yuri Oganesyan - εμπλέκονται στην ανακάλυψη των τριών τελευταίων. Μέχρι στιγμής, πολύ λίγα είναι γνωστά για τα στοιχεία και η διάρκεια ζωής τους μετριέται σε δευτερόλεπτα ή ακόμα και σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. Εκτός από Ρώσους φυσικούς, στην ανακάλυψη συμμετείχαν το Εθνικό Εργαστήριο Λίβερμορ (Καλιφόρνια) και το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί. Η προτεραιότητα στην ανακάλυψη του νιωνίου αναγνωρίστηκε από Ιάπωνες φυσικούς από το Ινστιτούτο RIKEN. Η επίσημη συμπερίληψη των στοιχείων πραγματοποιήθηκε πολύ πρόσφατα - στις 30 Νοεμβρίου 2016.
2. Ο Χόκινγκ έλυσε το παράδοξο της απώλειας πληροφοριών σε μια μαύρη τρύπα
Ιούνιος στο περιοδικό Φυσικός Ανασκόπησηεπιστολέςπου δημοσιεύτηκε από έναν από τους πιο δημοφιλείς φυσικούς της εποχής μας - τον Stephen Hawking. Ένας επιστήμονας θέλει να λύσει επιτέλους το 40χρονο μυστήριο του παραδόξου της απώλειας πληροφοριών σε μια μαύρη τρύπα. Εν συντομία, μπορεί να περιγραφεί ως εξής: λόγω του γεγονότος ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται (εκπέμποντας ακτινοβολία Hawking), δεν μπορούμε καν να παρακολουθήσουμε θεωρητικά τη μοίρα κάθε μεμονωμένου σωματιδίου που έπεσε σε αυτήν. Αυτό παραβιάζει τις θεμελιώδεις αρχές της κβαντικής φυσικής. Ο Χόκινγκ, μαζί με τους συν-συγγραφείς, πρότεινε ότι οι πληροφορίες για όλα τα σωματίδια αποθηκεύονται στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, και μάλιστα περιγράφονται με ποια μορφή. Το έργο του θεωρητικού έλαβε το ρομαντικό όνομα "μαλακά μαλλιά κοντά σε μαύρες τρύπες".
3. Η ακτινοβολία των μαύρων οπών φάνηκε σε μια πρότυπη «κουφή» τρύπα
Την ίδια χρονιά, ο Χόκινγκ έλαβε έναν άλλο λόγο για να γιορτάσει: ένας μοναχικός πειραματιστής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ισραήλ, ο Τζεφ Στάινχάουερ, ανακάλυψε ίχνη της άπιαστης ακτινοβολίας Χόκινγκ σε μια ανάλογη μαύρη τρύπα. Τα προβλήματα με την παρατήρηση αυτής της ακτινοβολίας σε συνηθισμένες μαύρες τρύπες σχετίζονται με τη χαμηλή ένταση και θερμοκρασία της. Για μια τρύπα με τη μάζα του Ήλιου, τα ίχνη της ακτινοβολίας Hawking θα χαθούν εντελώς στο φόντο του κοσμικού μικροκυματικού φόντου που γεμίζει το Σύμπαν.
Ο Steinhauer κατασκεύασε ένα μοντέλο μαύρης τρύπας χρησιμοποιώντας το συμπύκνωμα Bose ψυχρών ατόμων. Περιείχε δύο περιοχές, η μία εκ των οποίων κινούνταν με χαμηλή ταχύτητα - συμβολίζοντας την πτώση της ύλης σε μια μαύρη τρύπα - και η άλλη με υπερηχητική ταχύτητα. Το όριο μεταξύ των περιοχών έπαιξε το ρόλο του ορίζοντα γεγονότων της μαύρης τρύπας - καμία ταλάντωση ατόμων (φωνονίων) δεν μπορούσε να το διασχίσει προς την κατεύθυνση από γρήγορα άτομα σε αργά άτομα. Αποδείχθηκε ότι λόγω των κβαντικών διακυμάνσεων, τα κύματα ταλάντωσης εξακολουθούσαν να γεννιούνται στο όριο, τα οποία διαδίδονταν προς το υποηχητικό συμπύκνωμα. Αυτά τα κύματα είναι ένα πλήρες ανάλογο της ακτινοβολίας που είχε προβλέψει ο Χόκινγκ.
4. Ελπίδα και απογοήτευση στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων
Το 2016 αποδείχθηκε μια πολύ επιτυχημένη χρονιά για τους φυσικούς του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων: οι επιστήμονες ξεπέρασαν το σχέδιο για τον αριθμό των συγκρούσεων πρωτονίων-πρωτονίων και έλαβαν τεράστιο όγκο δεδομένων, τα οποία θα χρειαστούν αρκετά χρόνια για να επεξεργαστούν πλήρως. Οι μεγαλύτερες προσδοκίες των θεωρητικών συνδέθηκαν με την κορυφή των διασπάσεων δύο φωτονίων που περιγράφηκε το 2015 στα 750 γιγαηλεκτρονβολτ. Έδειχνε ένα άγνωστο υπερμεγέθη σωματίδιο που καμία θεωρία δεν είχε προβλέψει. Οι θεωρητικοί κατάφεραν να ετοιμάσουν περίπου 500 άρθρα σχετικά με τη νέα φυσική και τους νέους νόμους του κόσμου μας. Αλλά τον Αύγουστο, οι πειραματιστές είπαν ότι δεν θα υπάρξει καμία ανακάλυψη: η κορυφή, που τράβηξε την προσοχή πολλών χιλιάδων φυσικών από όλο τον κόσμο, αποδείχθηκε ότι ήταν μια απλή στατιστική διακύμανση.
Παρεμπιπτόντως, φέτος η ανακάλυψη ενός νέου ασυνήθιστου σωματιδίου ανακοινώθηκε από ειδικούς από ένα άλλο πείραμα στον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων - τη συνεργασία D0 Tevatron. Πριν από το άνοιγμα του LHC, αυτός ο επιταχυντής ήταν ο μεγαλύτερος στον κόσμο. Οι φυσικοί έχουν βρει στα αρχειοθετημένα δεδομένα συγκρούσεις πρωτονίων-αντιπρωτονίων που φέρουν τέσσερις διαφορετικές κβαντικές γεύσεις ταυτόχρονα. Αυτό το σωματίδιο αποτελείται από τέσσερα κουάρκ - τα μικρότερα δομικά στοιχεία της ύλης. Σε αντίθεση με άλλα τετρακουάρκ που ανακαλύφθηκαν, περιείχε ταυτόχρονα κουάρκ «πάνω», «κάτω», «παράξενα» και «γοητεία». Είναι αλήθεια ότι δεν ήταν δυνατό να επιβεβαιωθεί το εύρημα στο LHC. Ορισμένοι φυσικοί μίλησαν σχετικά με σκεπτικισμό, επισημαίνοντας ότι οι ειδικοί του Tevatron θα μπορούσαν να λάβουν μια τυχαία διακύμανση για ένα σωματίδιο.
5. Θεμελιώδης συμμετρία και αντιύλη
Ένα σημαντικό αποτέλεσμα για το CERN ήταν η πρώτη μέτρηση του οπτικού φάσματος του αντιυδρογόνου. Για σχεδόν είκοσι χρόνια, οι φυσικοί κινούνται προς την εκμάθηση πώς να αποκτούν αντιύλη σε μεγάλες ποσότητες και να εργάζονται με αυτήν. Η κύρια δυσκολία εδώ είναι ότι η αντιύλη μπορεί να εκμηδενιστεί πολύ γρήγορα κατά την επαφή με συνηθισμένη ύλη, επομένως είναι εξαιρετικά σημαντικό όχι μόνο να δημιουργείτε αντισωματίδια, αλλά και να μάθετε πώς να τα αποθηκεύετε.
Το αντιυδρογόνο είναι το απλούστερο αντιάτομο που μπορούν να παράγουν οι φυσικοί. Αποτελείται από ένα ποζιτρόνιο (αντιηλεκτρόνιο) και ένα αντιπρωτόνιο - τα ηλεκτρικά φορτία αυτών των σωματιδίων είναι αντίθετα από τα φορτία του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου. Οι γενικά αποδεκτές φυσικές θεωρίες έχουν μια σημαντική ιδιότητα: οι νόμοι τους είναι συμμετρικοί με ταυτόχρονη ανάκλαση καθρέφτη, χρονική αντιστροφή και αλλαγή φορτίων σωματιδίων (CPT invariance). Η συνέπεια αυτής της ιδιότητας είναι μια σχεδόν πλήρης σύμπτωση των ιδιοτήτων της ύλης και της αντιύλης. Ωστόσο, ορισμένες θεωρίες της «νέας φυσικής» παραβιάζουν αυτή την ιδιότητα. Το πείραμα για τη μέτρηση του φάσματος του αντιυδρογόνου κατέστησε δυνατή τη σύγκριση των χαρακτηριστικών του με το συνηθισμένο υδρογόνο με μεγάλη ακρίβεια. Μέχρι στιγμής, στο επίπεδο της ακρίβειας σε δισεκατομμυριοστά, τα φάσματα είναι τα ίδια.
6. Το μικρότερο τρανζίστορ
Μεταξύ των σημαντικών αποτελεσμάτων της φετινής χρονιάς, υπάρχουν και εκείνα που είναι πρακτικά εφαρμόσιμα, ακόμη και στο απώτερο μέλλον. Οι φυσικοί από το Εθνικό Εργαστήριο του Μπέρκλεϋ έχουν το μικρότερο τρανζίστορ στον κόσμο - το μέγεθος της πύλης του είναι μόνο ένα νανόμετρο. Τα συνηθισμένα τρανζίστορ πυριτίου δεν μπορούν να λειτουργήσουν με τέτοιες διαστάσεις, τα κβαντικά φαινόμενα (σήραγγα) τα μετατρέπουν σε συνηθισμένους αγωγούς που δεν μπορούν να μπλοκάρουν το ηλεκτρικό ρεύμα. Το κλειδί για την καταπολέμηση των κβαντικών επιδράσεων αποδείχθηκε ότι ήταν ένα συστατικό των λιπαντικών αυτοκινήτων - το δισουλφίδιο του μολυβδαινίου.
7. Νέα κατάσταση της ύλης - spin υγρό
Ένα άλλο δυνητικά εφαρμόσιμο αποτέλεσμα είναι το 2016 ένα νέο παράδειγμα κβαντικού υγρού, το χλωριούχο ρουθήνιο. Αυτή η ουσία έχει ασυνήθιστες μαγνητικές ιδιότητες. Μερικά άτομα συμπεριφέρονται στους κρυστάλλους σαν μικροί μαγνήτες, προσπαθώντας να ευθυγραμμιστούν σε κάποιο είδος διατεταγμένης δομής. Για παράδειγμα, να είναι εντελώς συνκατευθυντικό. Σε θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, σχεδόν όλες οι μαγνητικές ουσίες γίνονται διατεταγμένες, εκτός από τα υγρά μιας περιστροφής.
Αυτή η ασυνήθιστη συμπεριφορά έχει ένα χρήσιμη ιδιότητα. Οι φυσικοί κατασκεύασαν ένα μοντέλο της συμπεριφοράς των περιστροφικών υγρών και ανακάλυψαν ότι μπορεί να υπάρχουν σε αυτά ειδικές καταστάσεις «διασπασμένων» ηλεκτρονίων. Στην πραγματικότητα, το ηλεκτρόνιο, φυσικά, δεν διασπάται - παραμένει ένα μόνο σωματίδιο. Τέτοιες καταστάσεις-οιονεί σωματίδια μπορούν να γίνουν η βάση για κβαντικούς υπολογιστές που είναι απολύτως προστατευμένοι από εξωτερικές επιρροές που καταστρέφουν την κβαντική τους κατάσταση.
8. Καταγραφή πυκνότητας καταγραφής πληροφοριών
Φυσικοί από το Πανεπιστήμιο του Ντελφτ (Ολλανδία) ανέφεραν φέτος τη δημιουργία στοιχείων μνήμης στα οποία οι πληροφορίες καταγράφονται σε μεμονωμένα άτομα. Σε ένα τετραγωνικό εκατοστό ενός τέτοιου στοιχείου, μπορούν να καταγραφούν περίπου 10 terabyte πληροφοριών. Το μόνο αρνητικό είναι η χαμηλή ταχύτητα εργασίας. Για την επανεγγραφή πληροφοριών, χρησιμοποιείται χειρισμός μεμονωμένων ατόμων - για την εγγραφή ενός νέου bit, ένα ειδικό μικροσκόπιο ανυψώνει και ένα προς ένα μεταφέρει το σωματίδιο σε μια νέα θέση. Μέχρι στιγμής, το μέγεθος μνήμης του δείγματος δοκιμής είναι μόνο ένα kilobyte και η πλήρης αντικατάσταση διαρκεί αρκετά λεπτά. Όμως η τεχνολογία έχει πλησιάσει το θεωρητικό όριο της πυκνότητας της καταγραφής πληροφοριών.
9. Αναπλήρωση στην οικογένεια γραφενίων
Χημικοί στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Μαδρίτης το 2016 δημιούργησαν ένα νέο δισδιάστατο υλικό που επεκτείνει τον αριθμό των συναδέλφων γραφενίου. Εκείνη την εποχή, το αντιμόνιο, ένα στοιχείο που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ημιαγωγών, αποτελούσε τη βάση ενός επίπεδου μονοατομικού φύλλου. Σε αντίθεση με άλλα δισδιάστατα υλικά, το αντιμόνιο γραφένιο - αντιμονένιο - είναι εξαιρετικά σταθερό. Είναι ικανό να αντέξει ακόμη και τη βύθιση στο νερό. Ο άνθρακας, το πυρίτιο, το γερμάνιο, ο κασσίτερος, το βόριο, ο φώσφορος και το αντιμόνιο έχουν πλέον δισδιάστατες μορφές. Δεδομένων των ασυνήθιστων ιδιοτήτων του γραφενίου, δεν μπορούμε παρά να περιμένουμε για πιο λεπτομερείς μελέτες των ομολόγων του.
10. Κύριο επιστημονικό βραβείο της χρονιάς
Ας ξεχωρίσουμε στη λίστα τα Νόμπελ Χημείας και Φυσικής, που απονεμήθηκαν στις 10 Δεκεμβρίου 2016. Οι ανακαλύψεις που αντιστοιχούν σε αυτές έγιναν το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, αλλά το ίδιο το βραβείο είναι ένα σημαντικό ετήσιο γεγονός. επιστημονικό κόσμο. Το Βραβείο Χημείας (χρυσό μετάλλιο και 58 εκατομμύρια ρούβλια) δόθηκε στους Jean-Pierre Sauvage, Sir Fraser Stoddart και Bernard Feringa «για το σχεδιασμό και τη σύνθεση μοριακών μηχανών». Αυτά είναι αόρατα στο ανθρώπινο μάτι και ακόμη και στους πιο ισχυρούς οπτικό μικροσκόπιομηχανισμοί που μπορούν να εκτελέσουν τις πιο απλές ενέργειες: περιστροφή ή κίνηση με τον τρόπο ενός εμβόλου. Αρκετά δισεκατομμύρια τέτοιοι ρότορες είναι αρκετά ικανοί να κάνουν μια γυάλινη χάντρα να περιστρέφεται μέσα στο νερό. Στο μέλλον, τέτοιες δομές μπορεί κάλλιστα να χρησιμοποιηθούν στη μοριακή χειρουργική. Περισσότερα για το άνοιγμα:
Οι Βρετανοί επιστήμονες David Thouless, Duncan Haldan και John Michael Kosterlitz έλαβαν το βραβείο «Φυσικής» για, όπως τόνισε η Επιτροπή Νόμπελ, «θεωρητικές ανακαλύψεις μεταπτώσεων τοπολογικών φάσεων και τοπολογικών φάσεων της ύλης». Αυτές οι μεταβάσεις βοήθησαν να εξηγηθούν πολύ περίεργες, από την άποψη των πειραματιστών, παρατηρήσεις: για παράδειγμα, αν πάρετε ένα λεπτό στρώμα ύλης και το μετρήσετε ηλεκτρική αντίστασησε ένα μαγνητικό πεδίο, αποδεικνύεται ότι σε απόκριση σε μια ομοιόμορφη αλλαγή στο πεδίο, η αγωγιμότητα αλλάζει σταδιακά. Μπορείτε να διαβάσετε πώς αυτό σχετίζεται με τα bagels και τα muffins στα δικά μας.
Πνευματικά δικαιώματα εικόναςΕπιστημονική Φωτογραφική ΒιβλιοθήκηΛεζάντα εικόνας Το παράδοξο του Σρέντινγκερ είναι γνωστό εδώ και πολύ καιρό, αλλά δεν έχει καταστεί ακόμη δυνατό να το αποδείξουμε σε φυσικό επίπεδο.
Η ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων στον χωροχρόνο, καθώς και η πρώτη πρακτική επίδειξη του περίφημου παραδόξου του Σρέντινγκερ, περιλαμβάνονται στη λίστα με τα μεγαλύτερα επιτεύγματα στη φυσική για το 2016, σύμφωνα με το περιοδικό Physics World.
Περιλαμβάνει επίσης την ανακάλυψη του πρώτου εξωπλανήτη στο πλησιέστερο αστρικό μας σύστημα.
Ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, που αναγνωρίστηκε ως η μεγαλύτερη ανακάλυψη της χρονιάς, πέτυχε η επιστημονική κοινότητα LIGO, στην οποία συμμετέχουν περισσότερα από 80 επιστημονικά ιδρύματα σε όλο τον κόσμο.
Η κοινότητα χρησιμοποιεί πολλά εργαστήρια προσπαθώντας να ανιχνεύσει αποκλίσεις στη δομή του χωροχρόνου που συμβαίνουν όταν ένας ισχυρός παλμός λέιζερ περνά μέσα από μια σήραγγα κενού.
Το πρώτο σήμα που κατέγραψαν ήταν το αποτέλεσμα της σύγκρουσης δύο μαύρων τρυπών σε απόσταση μεγαλύτερη από ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός από τη Γη.
Σύμφωνα με τον Hamish Johnston, συντάκτη του περιοδικού Physics World, το οποίο δημοσίευσε μια λίστα με επιτεύγματα, αυτές οι παρατηρήσεις ήταν η πρώτη άμεση απόδειξη της ύπαρξης μαύρων τρυπών.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας LIGO/T. Pyle/Επιστημονική ΦΩΤΟΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗΛεζάντα εικόνας Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ήταν ο πρώτος που πρότεινε την πιθανότητα ύπαρξης βαρυτικών κυμάτωνΆλλες σημαντικές φυσικές ανακαλύψεις της χρονιάς περιλαμβάνουν:
Η γάτα του Shroedinger:Οι επιστήμονες προβληματίζονται για το μυστήριο της γάτας του Σρέντινγκερ εδώ και χρόνια. Αυτό είναι ένα πείραμα σκέψης από τον Αυστριακό επιστήμονα Erwin Schrödinger. Η γάτα είναι στο κουτί. Το κουτί περιέχει έναν μηχανισμό που περιέχει έναν ραδιενεργό ατομικό πυρήνα και ένα δοχείο με δηλητηριώδες αέριο. Το παράδοξο είναι ότι ένα ζώο μπορεί να είναι ζωντανό ή νεκρό ταυτόχρονα. Μπορείτε να το μάθετε σίγουρα μόνο ανοίγοντας το κουτί. Αυτό σημαίνει ότι το άνοιγμα του κουτιού επισημαίνει μια από τις πολλές καταστάσεις της γάτας. Αλλά πριν ανοίξει το κουτί, το ζώο δεν μπορεί να θεωρηθεί ζωντανό ή νεκρό - η γάτα μπορεί να βρίσκεται σε δύο καταστάσεις ταυτόχρονα.
Ωστόσο, Αμερικανοί και Γάλλοι φυσικοί για πρώτη φορά κατάφεραν να παρακολουθήσουν την κατάσταση της γάτας στο παράδειγμα της εσωτερικής δομής του μορίου, η οποία εκδηλώνεται με την ταυτόχρονη παρουσία του συστήματος σε δύο κβαντικές καταστάσεις.
Για να γίνει αυτό, οι ειδικοί έφεραν τα μόρια σε διεγερμένη κατάσταση χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ ακτίνων Χ (razer). Από τα ληφθέντα μοτίβα περίθλασης υψηλής χωρικής και χρονικής ανάλυσης, οι φυσικοί συγκέντρωσαν ένα βίντεο.
Συμπαγές "βαρυόμετρο":Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης κατασκεύασαν ένα βαρυόμετρο που είναι ικανό να μετρήσει με μεγάλη ακρίβεια τη δύναμη της βαρύτητας στη Γη. Είναι μια συμπαγής, ακριβής και φθηνή συσκευή. Η συσκευή μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην αναζήτηση ορυκτών, στην κατασκευή και έρευνα ηφαιστείων.
Ο πλησιέστερος εξωπλανήτης σε εμάς:Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν σημάδια της παρουσίας ενός πλανήτη στην κατοικήσιμη ζώνη στο σύστημα Proxima Centauri. Αυτός ο πλανήτης, που ονομάζεται Proxima b, είναι μόνο 1,3 περισσότερη γηκαι μπορεί να έχει υγρό νερόστην επιφάνειά του.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας ESO/M.KornmesserΛεζάντα εικόνας Έτσι μπορεί να μοιάζει η επιφάνεια του πλανήτη Proxima bΚβαντική εμπλοκή:Μια ομάδα φυσικών από τις ΗΠΑ κατάφερε να επιδείξει την επίδραση της κβαντομηχανικής εμπλοκής για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός μακροσκοπικού μηχανικού συστήματος.
Η ανάπτυξη πειραματικών μεθόδων για τη μελέτη κβαντικών συστημάτων και η ανάπτυξη τεχνικών εμπλοκής διαφόρων ειδών αντικειμένων θα πρέπει, σύμφωνα με τις προβλέψεις των φυσικών, να οδηγήσει στην εμφάνιση θεμελιωδώς νέων υπολογιστών.
Θαυματουργό υλικό:Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες μπόρεσαν να μετρήσουν την ιδιότητα του υλικού γραφενίου - τη λεγόμενη αρνητική διάθλαση. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νέων τύπων οπτικών συσκευών, όπως εξαιρετικά ευαίσθητους φακούς και φακούς.
Ατομικό ρολόι:Γερμανοί φυσικοί ανακάλυψαν τη μεταστοιχείωση του ισοτόπου θορίου-229, που θα μπορούσε να γίνει η βάση για το σχεδιασμό ενός νέου τύπου ατομικού ρολογιού. Τέτοια ρολόγια θα είναι πολύ πιο σταθερά από τα υπάρχοντα όργανα αυτού του τύπου.
Οπτική για μικροσκόπια:Σκωτσέζοι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Strathclyde δημιούργησαν έναν νέο τύπο φακού μικροσκοπίου που ονομάζεται Mesolens. Οι νέοι φακοί έχουν μεγάλο οπτικό πεδίο και υψηλή ανάλυση.
Πνευματικά δικαιώματα εικόνας MesolensΛεζάντα εικόνας Αυτές οι δομές στον εγκέφαλο των αρουραίων καταγράφηκαν από ένα νέο μικροσκόπιο που βασίζεται σε φακούς Mesolens.Σούπερ γρήγορος υπολογιστής:Αυστριακοί επιστήμονες έχουν επιτύχει μεγάλη επιτυχία στην ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών. Δημιούργησαν ένα μοντέλο θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων στοιχειωδών σωματιδίων, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί από πρωτότυπα κβαντικών υπολογιστών.
Πυρηνικός κινητήρας:Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Μάιντς στη Γερμανία ανέπτυξαν ένα πρωτότυπο θερμικό κινητήρα που αποτελείται από ένα μόνο άτομο. Μετατρέπει τις διαφορές θερμοκρασίας σε μηχανικό έργο τοποθετώντας ένα μόνο ιόν ασβεστίου σε μια παγίδα σε σχήμα χοάνης.
Ο τύπος Ia κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η σταθερά Hubble αλλάζει και η διαστολή του σύμπαντος επιταχύνεται με το χρόνο. Αυτές οι παρατηρήσεις στη συνέχεια υποστηρίχθηκαν από άλλες πηγές: μετρήσεις CMB, βαρυτικό φακό, πυρηνοσύνθεση Big Bang. Τα δεδομένα που λαμβάνονται εξηγούνται καλά από την παρουσία σκοτεινή ενέργειαπου γεμίζει ολόκληρο τον χώρο του σύμπαντος.
Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων
Το κύριο αποτέλεσμα του σύγχρονου θεωρητικού FEF είναι η κατασκευή τυπικό μοντέλοφυσική των στοιχειωδών σωματιδίων. Αυτό το μοντέλο βασίζεται στην ιδέα των αλληλεπιδράσεων του πεδίου μετρητή και του μηχανισμού της αυθόρμητης διακοπής της συμμετρίας του μετρητή (μηχανισμός Higgs). Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, οι προβλέψεις του έχουν επαληθευτεί επανειλημμένα σε πειράματα, και προς το παρόν είναι η μόνη φυσική θεωρία που περιγράφει επαρκώς τη δομή του κόσμου μας μέχρι αποστάσεις της τάξης των 10 −18 m.
Πρόσφατα, έχουν δημοσιευθεί πειραματικά αποτελέσματα που δεν ταιριάζουν στο πλαίσιο του Καθιερωμένου Μοντέλου - η γέννηση πίδακες μιονίων στον επιταχυντή Tevatron, η εγκατάσταση CDF σε συγκρούσεις πρωτονίου-αντιπρωτονίου με συνολική ενέργεια 1,96 GeV. Ωστόσο, πολλοί φυσικοί θεωρούν ότι το αποτέλεσμα που βρέθηκε είναι ένα τεχνούργημα της ανάλυσης δεδομένων (μόνο περίπου τα δύο τρίτα των συμμετεχόντων συμφώνησαν να υπογράψουν το άρθρο συνεργασίας του CDF).
Οι φυσικοί που εργάζονται στον τομέα του θεωρητικού PEF αντιμετωπίζουν δύο βασικά καθήκοντα: τη δημιουργία νέων μοντέλων για την περιγραφή των πειραμάτων και τη μεταφορά των προβλέψεων αυτών των μοντέλων (συμπεριλαμβανομένου του Καθιερωμένου Μοντέλου) σε πειραματικά επαληθεύσιμες τιμές.
κβαντική βαρύτητα
Δύο κύριες γραμμές προσπαθούν να χτίσουν κβαντική βαρύτητα, είναι οι θεωρίες υπερχορδών και η κβαντική βαρύτητα βρόχου.
Στο πρώτο από αυτά, αντί για σωματίδια και φόντο χωροχρόνου, εμφανίζονται χορδές και τα πολυδιάστατα αντίστοιχά τους, οι βράνες. Για πολυδιάστατα προβλήματα, οι βράνες είναι, λες, πολυδιάστατα σωματίδια, αλλά από την άποψη των σωματιδίων που κινούνται μέσα σε αυτές τις βράνες, είναι χωροχρονικές δομές. Στη δεύτερη προσέγγιση, γίνεται μια προσπάθεια να διατυπωθεί μια κβαντική θεωρία πεδίου χωρίς αναφορά στο χωροχρονικό υπόβαθρο. Οι περισσότεροι φυσικοί πιστεύουν τώρα ότι ο δεύτερος τρόπος είναι ο σωστός.
κβαντικούς υπολογιστές
Από πρακτική άποψη, πρόκειται για τεχνολογίες για την παραγωγή συσκευών και εξαρτημάτων τους που είναι απαραίτητες για τη δημιουργία, επεξεργασία και χειρισμό σωματιδίων των οποίων τα μεγέθη κυμαίνονται από 1 έως 100 νανόμετρα. Ωστόσο, η νανοτεχνολογία βρίσκεται τώρα σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης, καθώς οι κύριες ανακαλύψεις που προβλέπονται σε αυτόν τον τομέα δεν έχουν ακόμη γίνει. Ωστόσο, η συνεχιζόμενη έρευνα αποδίδει ήδη πρακτικά αποτελέσματα. Η χρήση προηγμένων επιστημονικών επιτευγμάτων στη νανοτεχνολογία καθιστά δυνατή την παραπομπή της σε υψηλές τεχνολογίες.
Σημειώσεις
Ίδρυμα Wikimedia. 2010 .
Δείτε τι είναι η "Πρόσφατες εξελίξεις στη φυσική" σε άλλα λεξικά:
Το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης ιόντων χρυσού με ενέργεια 100 GeV, που καταγράφηκε από τον ανιχνευτή STAR στον επιταχυντή βαρέων ιόντων RHIC. Χιλιάδες γραμμές υποδεικνύουν τις διαδρομές των σωματιδίων που γεννήθηκαν σε μία σύγκρουση. Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων (PEF), ... ... Wikipedia
Το αποτέλεσμα μιας σύγκρουσης ιόντων χρυσού με ενέργεια 100 GeV, που καταγράφηκε από τον ανιχνευτή STAR στον επιταχυντή βαρέων ιόντων RHIC. Χιλιάδες γραμμές υποδεικνύουν τις διαδρομές των σωματιδίων που γεννήθηκαν σε μία σύγκρουση. Φυσική στοιχειωδών σωματιδίων (PEF), ... ... Wikipedia
Η Wikipedia έχει άρθρα σχετικά με άλλα άτομα με αυτό το επώνυμο, βλέπε Gamov. Georgy Antonovich Gamow (George Gamow) ... Wikipedia
Νανοτεχνολογία- (Νανοτεχνολογία) Περιεχόμενα Περιεχόμενα 1. Ορισμοί και ορολογία 2.: ιστορία προέλευσης και ανάπτυξης 3. Βασικές διατάξεις Μικροσκοπία ανιχνευτή σάρωσης Νανοϋλικά Νανοσωματίδια Αυτο-οργάνωση των νανοσωματιδίων Το πρόβλημα του σχηματισμού ... ... Εγκυκλοπαίδεια του επενδυτή
Χόκινγκ, Στίβεν- Βρετανός θεωρητικός φυσικός Βρετανός επιστήμονας, γνωστός θεωρητικός στον τομέα των μαύρων τρυπών και της κοσμολογίας. Από το 1979 έως το 2009 κατείχε τη θέση του καθηγητή Lucas στο Πανεπιστήμιο του Cambridge. Ασχολήθηκε με την επιστήμη παρά μια σοβαρή ασθένεια, ... ... Εγκυκλοπαίδεια Newsmakers
Yaroslav Geyrovsky Ημερομηνία γέννησης ... Wikipedia
1 . στη Ρωσία και την ΕΣΣΔ. προκατόχους του Ε. και με. στη Ρωσία υπήρχαν χειρόγραφες συλλογές γενικού περιεχομένου, καθώς και κατάλογοι (μητρώα) ξένων λέξεων, που επισυνάπτονταν στα χειρόγραφα εκκλησιαστικών βιβλίων. Ήδη τα πρώτα μνημεία των άλλων Ρωσ. γράφοντας Izborniki ...... Σοβιετική ιστορική εγκυκλοπαίδεια
Αυτός ο όρος έχει άλλες έννοιες, βλέπε Tesla. Νίκολα Τέσλα Σέρβος. Νίκολα Τέσλα ... Βικιπαίδεια
Αυτό το άρθρο δεν διαθέτει συνδέσμους προς πηγές πληροφοριών. Οι πληροφορίες πρέπει να είναι επαληθεύσιμες, διαφορετικά ενδέχεται να αμφισβητηθούν και να αφαιρεθούν. Μπορείτε να ... Wikipedia
Βιβλία
- Ισότοπα: ιδιότητες, λήψη, εφαρμογή. Τόμος 2ος, Συλλογή Συγγραφέων. Αυτό το βιβλίο περιέχει άρθρα για ένα ευρύ φάσμα ταχέως αναπτυσσόμενων τομέων της επιστήμης και της τεχνολογίας που σχετίζονται με την παραγωγή και τη χρήση σταθερών και ραδιενεργών ισοτόπων.…
Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, ο Galileo ανακάλυψε ότι τα βαριά αντικείμενα πέφτουν πιο γρήγορα από τα ελαφριά λόγω της μικρότερης αντίστασης του αέρα: ο αέρας παρεμβαίνει σε ένα ελαφρύ αντικείμενο περισσότερο από ένα βαρύ.
Η απόφαση του Γαλιλαίου να δοκιμάσει τον νόμο του Αριστοτέλη ήταν ένα σημείο καμπής στην επιστήμη, σηματοδότησε την αρχή της δοκιμής όλων των γενικά αποδεκτών νόμων εμπειρικά. Τα πειράματα του Γαλιλαίου με σώματα που πέφτουν οδήγησαν στην αρχική μας κατανόηση της επιτάχυνσης λόγω της βαρύτητας.
βαρύτητα
Λέγεται ότι μια μέρα ο Νεύτωνας καθόταν κάτω από μια μηλιά στον κήπο και ξεκουραζόταν. Ξαφνικά είδε ένα μήλο να πέφτει από ένα κλαδί. Αυτό το απλό περιστατικό τον έκανε να αναρωτηθεί γιατί το μήλο έπεσε κάτω ενώ το φεγγάρι παρέμενε στον ουρανό όλη την ώρα. Ήταν αυτή τη στιγμή που έγινε μια ανακάλυψη στον εγκέφαλο του νεαρού Νεύτωνα: συνειδητοποίησε ότι μια μόνο δύναμη βαρύτητας δρα στο μήλο και στο φεγγάρι.
Ο Νεύτων φαντάστηκε ότι μια δύναμη ενεργούσε σε ολόκληρο τον οπωρώνα, η οποία προσέλκυε κλαδιά και μήλα προς τον εαυτό του. Το πιο σημαντικό, επέκτεινε αυτή τη δύναμη μέχρι το φεγγάρι. Ο Νεύτων συνειδητοποίησε ότι η δύναμη της βαρύτητας είναι παντού, κανείς δεν το είχε σκεφτεί πριν από αυτόν.
Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, η βαρύτητα επηρεάζει όλα τα σώματα στο σύμπαν, συμπεριλαμβανομένων των μήλων, των φεγγαριών και των πλανητών. Η βαρυτική έλξη ενός μεγάλου σώματος όπως η Σελήνη μπορεί να προκαλέσει πράγματα όπως οι παλίρροιες των ωκεανών στη Γη.
Το νερό σε εκείνο το μέρος του ωκεανού που είναι πιο κοντά στο φεγγάρι βιώνει μεγαλύτερη έλξη, επομένως το φεγγάρι μπορεί να ειπωθεί ότι τραβάει νερό από το ένα μέρος του ωκεανού στο άλλο. Και αφού η Γη περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, αυτό το νερό που καθυστερεί η Σελήνη αποδεικνύεται ότι είναι πιο μακριά από τις συνηθισμένες ακτές.
Η κατανόηση του Νεύτωνα ότι κάθε αντικείμενο έχει τη δική του βαρυτική δύναμη ήταν μια μεγάλη επιστημονική ανακάλυψη. Ωστόσο, το έργο του δεν είχε ακόμη ολοκληρωθεί.
Νόμοι της κίνησης
Ας πάρουμε για παράδειγμα το χόκεϊ. Χτυπήστε το ξωτικό με το ραβδί σας και γλιστράει στον πάγο. Αυτός είναι ο πρώτος νόμος: κάτω από τη δράση μιας δύναμης, ένα αντικείμενο κινείται. Αν δεν υπήρχε τριβή στον πάγο, τότε το ξωτικό θα γλιστρούσε επ' αόριστον. Όταν χτυπάς το ξωτικό με ένα ραβδί, του δίνεις επιτάχυνση.
Ο δεύτερος νόμος λέει ότι η επιτάχυνση είναι ευθέως ανάλογη της ασκούμενης δύναμης και αντιστρόφως ανάλογη με τη μάζα του σώματος.
Και σύμφωνα με τον τρίτο νόμο, όταν χτυπηθεί, το ξωτικό δρα στο ραβδί με την ίδια δύναμη όπως το ραβδί στο ξωτικό, δηλ. η δύναμη της δράσης είναι ίση με τη δύναμη της αντίδρασης.
Οι νόμοι της κίνησης του Νεύτωνα ήταν μια τολμηρή απόφαση για να εξηγήσει τη μηχανική της λειτουργίας του σύμπαντος, έγιναν η βάση της κλασικής φυσικής.
Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής
Η επιστήμη της θερμοδυναμικής είναι η επιστήμη της θερμότητας που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια. Όλη η τεχνολογία κατά τη διάρκεια της βιομηχανικής επανάστασης εξαρτιόταν από αυτήν.
Η θερμική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια κίνησης, για παράδειγμα, περιστρέφοντας έναν στροφαλοφόρο άξονα ή έναν στρόβιλο. Το πιο σημαντικό πράγμα είναι να κάνετε όσο το δυνατόν περισσότερη δουλειά χρησιμοποιώντας όσο το δυνατόν λιγότερα καύσιμα. Αυτό είναι το πιο οικονομικό, έτσι οι άνθρωποι άρχισαν να μελετούν τις αρχές των ατμομηχανών.
Μεταξύ αυτών που ασχολήθηκαν με αυτό το θέμα ήταν και ένας Γερμανός επιστήμονας. Το 1865 διατύπωσε τον Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής. Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, κατά τη διάρκεια οποιασδήποτε ανταλλαγής ενέργειας, για παράδειγμα, κατά τη θέρμανση του νερού σε λέβητα ατμού, μέρος της ενέργειας εξαφανίζεται. Ο Clausius επινόησε τη λέξη εντροπία για να εξηγήσει την περιορισμένη απόδοση των ατμομηχανών. Μέρος της θερμικής ενέργειας χάνεται κατά τη μετατροπή σε μηχανική ενέργεια.
Αυτή η δήλωση άλλαξε την κατανόησή μας για το πώς λειτουργεί η ενέργεια. Δεν υπάρχει θερμικός κινητήρας που να είναι 100% αποδοτικός. Όταν οδηγείτε αυτοκίνητο, μόνο το 20% της ενέργειας βενζίνης χρησιμοποιείται στην πραγματικότητα για οδήγηση. Πού πάνε τα υπόλοιπα; Για θέρμανση αέρα, ασφάλτου και ελαστικών. Οι κύλινδροι στο μπλοκ κυλίνδρων θερμαίνονται και φθείρονται και τα εξαρτήματα σκουριάζουν. Είναι λυπηρό να σκεφτόμαστε πόσο σπάταλες είναι τέτοιες ρυθμίσεις.
Αν και ο Δεύτερος Νόμος της Θερμοδυναμικής ήταν το θεμέλιο της Βιομηχανικής Επανάστασης, η επόμενη μεγάλη ανακάλυψη έφερε τον κόσμο στη νέα, σύγχρονη κατάστασή του.
Ηλεκτρομαγνητισμός
Οι επιστήμονες έχουν μάθει να δημιουργούν μια μαγνητική δύναμη με ηλεκτρισμό όταν περνούν ένα ρεύμα μέσα από ένα στριμμένο σύρμα. Το αποτέλεσμα είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης. Μόλις εφαρμοστεί ρεύμα, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο. Χωρίς τάση - χωρίς πεδίο.
Μια ηλεκτρική γεννήτρια στην απλούστερη μορφή της είναι ένα πηνίο σύρματος ανάμεσα στους πόλους ενός μαγνήτη. Ο Michael Faraday ανακάλυψε ότι όταν ένας μαγνήτης και ένα σύρμα είναι κοντά, ένα ρεύμα ρέει μέσα από το καλώδιο. Όλες οι γεννήτριες λειτουργούν με αυτήν την αρχή.
Ο Faraday κρατούσε αρχεία με τα πειράματά του, αλλά τα κρυπτογραφούσε. Ωστόσο, εκτιμήθηκαν από τον φυσικό James Clerk Maxwell, ο οποίος τα χρησιμοποίησε για να κατανοήσει περαιτέρω τις αρχές ηλεκτρομαγνητισμός. Ο Μάξγουελ επέτρεψε στην ανθρωπότητα να κατανοήσει πώς κατανέμεται ο ηλεκτρισμός στην επιφάνεια ενός αγωγού.
Αν θέλετε να μάθετε πώς θα ήταν ο κόσμος χωρίς τις ανακαλύψεις των Faraday και Maxwell, τότε φανταστείτε ότι δεν υπάρχει ηλεκτρισμός: δεν θα υπήρχε ραδιόφωνο, τηλεόραση, κινητά τηλέφωνα, δορυφόροι, υπολογιστές και όλα τα μέσα επικοινωνίας. Φανταστείτε ότι βρίσκεστε στον 19ο αιώνα, γιατί χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα, εκεί θα ήσασταν.
Κάνοντας ανακαλύψεις, ο Faraday και ο Maxwell δεν μπορούσαν να γνωρίζουν ότι το έργο τους ενέπνευσε έναν νεαρό άνδρα να αποκαλύψει τα μυστικά του φωτός και να αναζητήσει τη σύνδεσή του με τη μεγαλύτερη δύναμη του Σύμπαντος. Αυτός ο νεαρός ήταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν.
Θεωρία της σχετικότητας
Ο Αϊνστάιν είπε κάποτε ότι όλες οι θεωρίες πρέπει να εξηγούνται στα παιδιά. Αν δεν καταλαβαίνουν την εξήγηση, τότε η θεωρία δεν έχει νόημα. Ως παιδί, ο Αϊνστάιν διάβασε κάποτε ένα παιδικό βιβλίο για τον ηλεκτρισμό, τότε μόλις εμφανιζόταν και ένας απλός τηλέγραφος φαινόταν σαν θαύμα. Αυτό το βιβλίο γράφτηκε από κάποιον Bernstein, στο οποίο κάλεσε τον αναγνώστη να φανταστεί τον εαυτό του να οδηγεί μέσα στο καλώδιο μαζί με το σήμα. Μπορούμε να πούμε ότι τότε στο κεφάλι του Αϊνστάιν γεννήθηκε η επαναστατική του θεωρία.
Στα νιάτα του, εμπνεόμενος από την εντύπωσή του από αυτό το βιβλίο, ο Αϊνστάιν φαντάστηκε τον εαυτό του να κινείται μαζί με μια δέσμη φωτός. Συλλογίστηκε αυτή την ιδέα για 10 χρόνια, συμπεριλαμβανομένου στους στοχασμούς του την έννοια του φωτός, του χρόνου και του χώρου.
Στον κόσμο που περιέγραψε ο Νεύτωνας, ο χρόνος και ο χώρος ήταν χωρισμένοι μεταξύ τους: όταν ήταν 10 το πρωί στη Γη, ήταν η ίδια ώρα στην Αφροδίτη, τον Δία και σε όλο το σύμπαν. Ο χρόνος ήταν κάτι που ποτέ δεν αμφιταλαντεύτηκε ούτε σταμάτησε. Όμως ο Αϊνστάιν έβλεπε τον χρόνο διαφορετικά.
Ο χρόνος είναι ένα ποτάμι που ελίσσεται γύρω από τα αστέρια, επιβραδύνοντας και επιταχύνοντας. Και αν ο χώρος και ο χρόνος μπορούν να αλλάξουν, τότε αλλάζουν και οι ιδέες μας για τα άτομα, τα σώματα και το Σύμπαν γενικότερα!
Ο Αϊνστάιν έδειξε τη θεωρία του μέσω των λεγόμενων πειραμάτων σκέψης. Το πιο γνωστό από αυτά είναι το «δίδυμο παράδοξο». Έτσι, έχουμε δύο δίδυμα, το ένα από τα οποία πετά στο διάστημα με έναν πύραυλο. Δεδομένου ότι πετά με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός, ο χρόνος μέσα της επιβραδύνεται. Μετά την επιστροφή αυτού του δίδυμου στη Γη, αποδεικνύεται ότι είναι νεότερος από αυτόν που παρέμεινε στον πλανήτη. Έτσι, ο χρόνος σε διάφορα μέρη του σύμπαντος πηγαίνει διαφορετικά. Εξαρτάται από την ταχύτητα: όσο πιο γρήγορα κινείστε, τόσο πιο αργός περνάει ο χρόνος για εσάς.
Αυτό το πείραμα πραγματοποιείται σε κάποιο βαθμό με αστροναύτες σε τροχιά. Εάν ένα άτομο βρίσκεται στο διάστημα, τότε ο χρόνος πηγαίνει πιο αργά γι 'αυτόν. Στον διαστημικό σταθμό ο χρόνος κυλά πιο αργά. Αυτό το φαινόμενο επηρεάζει και τους δορυφόρους. Πάρτε, για παράδειγμα, δορυφόρους GPS: δείχνουν τη θέση σας στον πλανήτη σε απόσταση λίγων μέτρων. Οι δορυφόροι κινούνται γύρω από τη Γη με ταχύτητα 29.000 km / h, επομένως τα αξιώματα της θεωρίας της σχετικότητας ισχύουν για αυτούς. Αυτό πρέπει να ληφθεί υπόψη, γιατί εάν το ρολόι λειτουργεί πιο αργά στο διάστημα, τότε ο συγχρονισμός με την ώρα της γης θα αποτύχει και το σύστημα GPS δεν θα λειτουργήσει.
E=mc 2
Αυτή είναι ίσως η πιο διάσημη φόρμουλα στον κόσμο. Στη θεωρία της σχετικότητας, ο Αϊνστάιν απέδειξε ότι όταν επιτευχθεί η ταχύτητα του φωτός, οι συνθήκες για ένα σώμα αλλάζουν με ασύλληπτο τρόπο: ο χρόνος επιβραδύνεται, ο χώρος συρρικνώνεται και η μάζα αυξάνεται. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος. Σκέψου, η ενέργεια της κίνησης σε κάνει πιο βαρύ. Η μάζα εξαρτάται από την ταχύτητα και την ενέργεια. Ο Αϊνστάιν φαντάστηκε πώς ένας φακός εκπέμπει μια δέσμη φωτός. Είναι γνωστό πόση ακριβώς ενέργεια βγαίνει από τον φακό. Παράλληλα, έδειξε ότι ο φακός έγινε πιο ελαφρύς, δηλ. έγινε πιο ελαφρύς όταν άρχισε να εκπέμπει φως. Έτσι E - η ενέργεια του φακού εξαρτάται από το m - τη μάζα σε αναλογία ίση με c 2 . Όλα είναι απλά.
Αυτός ο τύπος έδειξε επίσης ότι μια τεράστια ενέργεια μπορεί να περιέχεται σε ένα μικρό αντικείμενο. Φανταστείτε ότι σας πετάνε ένα μπέιζμπολ και το πιάνετε. Όσο πιο δυνατά πεταχτεί, τόσο περισσότερη ενέργεια θα έχει.
Τώρα για την κατάσταση ανάπαυσης. Όταν ο Αϊνστάιν έβγαζε τους τύπους του, ανακάλυψε ότι ακόμη και σε ηρεμία, ένα σώμα έχει ενέργεια. Υπολογίζοντας αυτή την τιμή με τον τύπο, θα δείτε ότι η ενέργεια είναι πραγματικά τεράστια.
Η ανακάλυψη του Αϊνστάιν ήταν ένα τεράστιο επιστημονικό άλμα. Ήταν η πρώτη ματιά της δύναμης του ατόμου. Πριν οι επιστήμονες συνειδητοποιήσουν πλήρως αυτή την ανακάλυψη, συνέβη η επόμενη, η οποία και πάλι βύθισε τους πάντες σε σοκ.
Κβαντική θεωρία
Το κβαντικό άλμα είναι το μικρότερο δυνατό άλμα στη φύση, ενώ η ανακάλυψή του ήταν η μεγαλύτερη ανακάλυψη στην επιστημονική σκέψη.
Τα υποατομικά σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, μπορούν να μετακινηθούν από το ένα σημείο στο άλλο χωρίς να καταλαμβάνουν το χώρο μεταξύ τους. Στον μακρόκοσμό μας αυτό είναι αδύνατο, αλλά στο επίπεδο του ατόμου είναι νόμος.
Η κβαντική θεωρία εμφανίστηκε στις αρχές του 20ου αιώνα, όταν υπήρχε μια κρίση στην κλασική φυσική. Ανακαλύφθηκαν πολλά φαινόμενα που έρχονταν σε αντίθεση με τους νόμους του Νεύτωνα. Η Μαντάμ Κιουρί, για παράδειγμα, ανακάλυψε το ράδιο, το οποίο από μόνο του λάμπει στο σκοτάδι, η ενέργεια ελήφθη από το πουθενά, κάτι που έρχεται σε αντίθεση με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Το 1900, οι άνθρωποι πίστευαν ότι η ενέργεια ήταν συνεχής και ότι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός μπορούσαν να χωριστούν άπειρα σε απολύτως οποιαδήποτε μέρη. Και ο μεγάλος φυσικός Max Planck δήλωσε με τόλμη ότι η ενέργεια υπάρχει σε ορισμένους όγκους - κβάντα.
Αν φανταστούμε ότι το φως υπάρχει μόνο σε αυτούς τους όγκους, τότε πολλά φαινόμενα γίνονται ξεκάθαρα ακόμη και στο επίπεδο του ατόμου. Η ενέργεια απελευθερώνεται διαδοχικά και σε ένα ορισμένο ποσό, αυτό ονομάζεται κβαντικό αποτέλεσμακαι σημαίνει ότι η ενέργεια είναι κυματική.
Τότε νόμιζαν ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε με εντελώς διαφορετικό τρόπο. Το άτομο φαινόταν σαν κάτι που έμοιαζε με μπάλα μπόουλινγκ. Και πώς μπορεί μια μπάλα να έχει κυματικές ιδιότητες;
Το 1925, ένας Αυστριακός φυσικός κατέληξε τελικά σε μια κυματική εξίσωση που περιέγραφε την κίνηση των ηλεκτρονίων. Ξαφνικά έγινε δυνατό να κοιτάξουμε μέσα στο άτομο. Αποδεικνύεται ότι τα άτομα είναι ταυτόχρονα κύματα και σωματίδια, αλλά ταυτόχρονα είναι ασταθή.
Είναι δυνατόν να υπολογιστεί η πιθανότητα ότι ένα άτομο θα χωριστεί σε άτομα και στη συνέχεια θα υλοποιηθεί στην άλλη πλευρά του τοίχου; Ακούγεται παράλογο. Πώς μπορείς να ξυπνάς το πρωί και να είσαι στον Άρη; Πώς μπορείτε να πάτε για ύπνο και να ξυπνήσετε στον Δία; Αυτό είναι αδύνατο, αλλά η πιθανότητα αυτού είναι αρκετά ρεαλιστική να υπολογιστεί. Αυτή η πιθανότητα είναι πολύ μικρή. Για να συμβεί αυτό, ένα άτομο θα πρέπει να βιώσει το σύμπαν, αλλά για τα ηλεκτρόνια αυτό συμβαίνει συνεχώς.
Όλα τα σύγχρονα «θαύματα» όπως οι ακτίνες λέιζερ και τα μικροτσίπ λειτουργούν με βάση το ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να βρίσκεται σε δύο σημεία ταυτόχρονα. Πώς είναι αυτό δυνατόν? Δεν ξέρετε πού ακριβώς βρίσκεται το αντικείμενο. Αυτό έγινε τόσο δύσκολο εμπόδιο που ακόμη και ο Αϊνστάιν εγκατέλειψε την κβαντική θεωρία, λέγοντας ότι δεν πίστευε ότι ο Θεός έπαιζε ζάρια στο σύμπαν.
Παρά όλα τα παράξενα και την αβεβαιότητα, η κβαντική θεωρία παραμένει μέχρι στιγμής η καλύτερη κατανόηση του υποατομικού κόσμου.
Η φύση του φωτός
Οι αρχαίοι έκαναν το ερώτημα: από τι αποτελείται το σύμπαν; Πίστευαν ότι αποτελείται από γη, νερό, φωτιά και αέρα. Αλλά αν ναι, τότε τι είναι το φως; Δεν μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα δοχείο, δεν μπορεί να αγγίξει, να αισθανθεί, είναι άμορφο, αλλά υπάρχει παντού γύρω μας. Είναι παντού και πουθενά ταυτόχρονα. Όλοι είδαν το φως, αλλά δεν ήξεραν τι ήταν.
Οι φυσικοί προσπαθούν να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα εδώ και χιλιάδες χρόνια. τα μεγαλύτερα μυαλά έχουν εργαστεί στην αναζήτηση της φύσης του φωτός, ξεκινώντας από τον Ισαάκ Νεύτωνα. Ο ίδιος ο Νεύτωνας χρησιμοποίησε το ηλιακό φως που χωρίζεται από ένα πρίσμα για να δείξει όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου σε μια δέσμη. Αυτό σήμαινε ότι το λευκό φως αποτελούνταν από ακτίνες όλων των χρωμάτων του ουράνιου τόξου.
Ο Νεύτων έδειξε ότι το κόκκινο, το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το κυανό, το λουλακί και το ιώδες θα μπορούσαν να συνδυαστούν για να σχηματίσουν λευκό φως. Αυτό τον οδήγησε στην ιδέα ότι το φως χωρίζεται σε σωματίδια, τα οποία ονόμασε σωματίδια. Έτσι το πρώτο θεωρία του φωτός- σωματιδιακός.
Φανταστείτε τα κύματα της θάλασσας: κάθε άτομο γνωρίζει ότι όταν το ένα από τα κύματα συγκρούεται με το άλλο σε μια συγκεκριμένη γωνία, και τα δύο κύματα αναμειγνύονται. Ο Γιουνγκ έκανε το ίδιο με το φως. Το έκανε έτσι ώστε το φως από τις δύο πηγές να διασταυρωθεί, και η τομή ήταν καθαρά ορατή.
Έτσι, τότε υπήρχαν και οι δύο θεωρίες φωτός: η σωματιδιακή θεωρία του Νεύτωνα και η κυματική θεωρία του Γιουνγκ. Και τότε ο Αϊνστάιν άρχισε να δουλεύει, ο οποίος είπε ότι ίσως και οι δύο θεωρίες έχουν νόημα. Ο Νεύτωνας έδειξε ότι το φως έχει τις ιδιότητες των σωματιδίων και ο Γιουνγκ απέδειξε ότι το φως μπορεί να έχει κυματικές ιδιότητες. Όλα αυτά είναι δύο όψεις του ίδιου πράγματος. Πάρτε, για παράδειγμα, έναν ελέφαντα: αν τον πάρετε από τον κορμό, θα νομίσετε ότι είναι φίδι και αν πιάσετε το πόδι του, θα σας φανεί ότι είναι δέντρο, αλλά στην πραγματικότητα ο ελέφαντας έχει ιδιότητες και των δύο. Ο Αϊνστάιν εισήγαγε την έννοια δυϊσμός του φωτός, δηλ. το φως έχει τις ιδιότητες τόσο των σωματιδίων όσο και των κυμάτων.
Χρειάστηκε το έργο τριών ιδιοφυιών πάνω από τρεις αιώνες για να δουν το φως όπως το ξέρουμε σήμερα. Χωρίς τις ανακαλύψεις τους, ίσως να ζούμε ακόμα στον πρώιμο Μεσαίωνα.
Νετρόνιο
Ένα άτομο είναι τόσο μικρό που είναι δύσκολο να το φανταστεί κανείς. Σε έναν κόκκο άμμου υπάρχουν 72 εκατομμύρια άτομα. Η ανακάλυψη του ατόμου οδήγησε σε μια άλλη ανακάλυψη.
Οι άνθρωποι γνώριζαν για την ύπαρξη του ατόμου πριν από 100 χρόνια. Νόμιζαν ότι τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένα σε αυτό. Αυτό ονομάστηκε μοντέλο τύπου "σταφιδικής πουτίγκας" επειδή πιστευόταν ότι τα ηλεκτρόνια ήταν κατανεμημένα μέσα στο άτομο όπως οι σταφίδες μέσα σε μια πουτίγκα.
Στις αρχές του 20ου αιώνα πραγματοποίησε ένα πείραμα με στόχο να μελετήσει περαιτέρω τη δομή του ατόμου. Κατεύθυνε ραδιενεργά σωματίδια άλφα σε φύλλο χρυσού. Ήθελε να μάθει τι θα συνέβαινε όταν τα σωματίδια άλφα χτυπούσαν χρυσό. Ο επιστήμονας δεν περίμενε κάτι ιδιαίτερο, αφού νόμιζε ότι τα περισσότερα από τα σωματίδια άλφα θα περνούσαν μέσα από τον χρυσό χωρίς να ανακλώνται ή να αλλάζουν κατεύθυνση.
Ωστόσο, το αποτέλεσμα ήταν απροσδόκητο. Σύμφωνα με τον ίδιο, ήταν το ίδιο με το να εκτοξεύεις ένα βλήμα 380 χιλιοστών σε ένα κομμάτι ύλης και με αυτόν τον τρόπο, το βλήμα θα αναπηδούσε από αυτό. Μερικά σωματίδια άλφα αναπήδησαν αμέσως από το φύλλο χρυσού. Αυτό θα μπορούσε να συμβεί μόνο εάν υπήρχε μια μικρή ποσότητα πυκνής ύλης μέσα στο άτομο, που δεν ήταν κατανεμημένη όπως οι σταφίδες σε μια πουτίγκα. Ο Ράδερφορντ ονόμασε αυτή τη μικρή ποσότητα ουσίας πυρήνας.
Ο Τσάντγουικ πραγματοποίησε ένα πείραμα που έδειξε ότι ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Για να το κάνει αυτό, χρησιμοποίησε μια πολύ έξυπνη μέθοδο αναγνώρισης. Για να αναχαιτίσει τα σωματίδια που βγήκαν από τη ραδιενεργή διαδικασία, ο Chadwick χρησιμοποίησε κερί παραφίνης.
υπεραγωγοί
Το εργαστήριο Fermi διαθέτει έναν από τους μεγαλύτερους επιταχυντές σωματιδίων στον κόσμο. Πρόκειται για έναν υπόγειο δακτύλιο μήκους 7 χιλιομέτρων στον οποίο τα υποατομικά σωματίδια επιταχύνονται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός και στη συνέχεια συγκρούονται. Αυτό κατέστη δυνατό μόνο μετά την εμφάνιση των υπεραγωγών.
Οι υπεραγωγοί ανακαλύφθηκαν γύρω στο 1909. Ένας Ολλανδός φυσικός με το όνομα ήταν ο πρώτος που ανακάλυψε πώς να μετατρέψει το ήλιο από αέριο σε υγρό. Μετά από αυτό, μπορούσε να χρησιμοποιήσει ήλιο ως ψυκτικό υγρό και ήθελε να μελετήσει τις ιδιότητες των υλικών σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Εκείνη την εποχή, οι άνθρωποι ενδιαφέρθηκαν για το πώς η ηλεκτρική αντίσταση ενός μετάλλου εξαρτάται από τη θερμοκρασία - είτε ανεβαίνει είτε πέφτει.
Χρησιμοποιούσε υδράργυρο για πειράματα, τον οποίο ήξερε να καθαρίζει καλά. Το τοποθέτησε σε μια ειδική συσκευή, ρίχνοντάς το σε υγρό ήλιο στην κατάψυξη, χαμηλώνοντας τη θερμοκρασία και μετρώντας την αντίσταση. Βρήκε ότι όσο χαμηλότερη ήταν η θερμοκρασία, τόσο χαμηλότερη ήταν η αντίσταση και όταν η θερμοκρασία έφτασε τους μείον 268 °C, η αντίσταση έπεφτε στο μηδέν. Σε αυτή τη θερμοκρασία, ο υδράργυρος θα μεταφέρει ηλεκτρισμό χωρίς καμία απώλεια ή διακοπή της ροής. Αυτό ονομάζεται υπεραγωγιμότητα.
Οι υπεραγωγοί επιτρέπουν στο ηλεκτρικό ρεύμα να κινείται χωρίς καμία απώλεια ενέργειας. Στο εργαστήριο Fermi χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ενός ισχυρού μαγνητικό πεδίο. Χρειάζονται μαγνήτες για να μπορούν να κινούνται τα πρωτόνια και τα αντιπρωτόνια στο Phasotron και στον τεράστιο δακτύλιο. Η ταχύτητά τους είναι σχεδόν ίση με την ταχύτητα του φωτός.
Ο επιταχυντής σωματιδίων στο Fermi Lab απαιτεί απίστευτα ισχυρή ισχύ. Κάθε μήνα, κοστίζει εκατομμύρια δολάρια ηλεκτρικής ενέργειας για την ψύξη των υπεραγωγών στους μείον 270°C, όταν η αντίσταση γίνεται μηδενική.
Τώρα το κύριο καθήκον είναι να βρούμε υπεραγωγούς που θα λειτουργούσαν σε υψηλότερες θερμοκρασίες και θα απαιτούσαν λιγότερο κόστος.
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, μια ομάδα ερευνητών στο ελβετικό παράρτημα της IBM ανακάλυψε έναν νέο τύπο υπεραγωγού που είχε μηδενική αντίσταση σε θερμοκρασία 100 ° C υψηλότερη από τη συνηθισμένη. Φυσικά, 100 βαθμοί πάνω από το απόλυτο μηδέν δεν είναι η θερμοκρασία που έχετε στην κατάψυξή σας. Πρέπει να βρούμε ένα υλικό που θα ήταν υπεραγωγός σε συνηθισμένη θερμοκρασία δωματίου. Αυτή θα ήταν η μεγαλύτερη ανακάλυψη, η οποία θα ήταν μια επανάσταση στον κόσμο της επιστήμης. Ό,τι λειτουργεί τώρα με ηλεκτρικό ρεύμα θα ήταν πολύ πιο αποτελεσματικό.Με την ανάπτυξη επιταχυντών που θα μπορούσαν να ωθήσουν τα υποατομικά σωματίδια μαζί με την ταχύτητα του φωτός, ο άνθρωπος αντιλήφθηκε την ύπαρξη δεκάδων άλλων σωματιδίων στα οποία διασπάστηκαν τα άτομα. Οι φυσικοί έχουν φτάσει να τα αποκαλούν όλα "ζωολογικός κήπος σωματιδίων".
Ο Αμερικανός φυσικός Murray Gell-Man παρατήρησε ένα μοτίβο σε μια σειρά από σωματίδια του «ζωολογικού κήπου» που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα. Χώρισε τα σωματίδια σε ομάδες σύμφωνα με τα συνήθη χαρακτηριστικά. Στην πορεία, απομόνωσε τα μικρότερα συστατικά του ατομικού πυρήνα, τα οποία αποτελούν τα ίδια τα πρωτόνια και τα νετρόνια.
Τα κουάρκ που ανακάλυψε ο Gell-Mann αφορούσαν τα υποατομικά σωματίδια όπως ήταν ο περιοδικός πίνακας χημικά στοιχεία. Για την ανακάλυψή του το 1969, βραβεύτηκε ο Murray Gell-Man βραβείο Νόμπελστον τομέα της φυσικής. Η ταξινόμηση των μικρότερων υλικών σωματιδίων εξορθολογούσε ολόκληρο τον «ζωολογικό κήπο» τους.
Αν και ο Gell-Manom ήταν σίγουρος για την ύπαρξη κουάρκ, δεν πίστευε ότι κάποιος θα μπορούσε πραγματικά να τα εντοπίσει. Η πρώτη επιβεβαίωση της ορθότητας των θεωριών του ήταν τα επιτυχημένα πειράματα των συναδέλφων του, που πραγματοποιήθηκαν στον γραμμικό επιταχυντή του Στάνφορντ. Σε αυτό, τα ηλεκτρόνια διαχωρίστηκαν από τα πρωτόνια και λήφθηκε μια μακροφωτογραφία ενός πρωτονίου. Αποδείχθηκε ότι είχε τρία κουάρκ.
πυρηνικές δυνάμεις
Η επιθυμία μας να βρούμε απαντήσεις σε όλες τις ερωτήσεις σχετικά με το Σύμπαν έχει οδηγήσει τον άνθρωπο τόσο μέσα στα άτομα και τα κουάρκ όσο και πέρα από τον γαλαξία. Αυτή η ανακάλυψη είναι το αποτέλεσμα της δουλειάς πολλών ανθρώπων ανά τους αιώνες.
Μετά τις ανακαλύψεις του Isaac Newton και του Michael Faraday, οι επιστήμονες πίστευαν ότι η φύση είχε δύο κύριες δυνάμεις: τη βαρύτητα και τον ηλεκτρομαγνητισμό. Αλλά τον 20ο αιώνα, ανακαλύφθηκαν δύο ακόμη δυνάμεις, ενωμένες από μια έννοια - την ατομική ενέργεια. Έτσι, υπήρχαν τέσσερις φυσικές δυνάμεις.
Κάθε δύναμη λειτουργεί σε ένα συγκεκριμένο φάσμα. Η βαρύτητα μας εμποδίζει να πετάξουμε στο διάστημα με ταχύτητα 1500 km/h. Τότε έχουμε τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις, που είναι το φως, το ραδιόφωνο, η τηλεόραση κ.λπ. Επιπλέον, υπάρχουν δύο ακόμη δυνάμεις, το πεδίο δράσης των οποίων είναι πολύ περιορισμένο: υπάρχει πυρηνική έλξη, η οποία δεν επιτρέπει στον πυρήνα να αποσυντεθεί, και υπάρχει πυρηνική ενέργεια, η οποία εκπέμπει ραδιενέργεια και μολύνει τα πάντα, και επίσης, με ο τρόπος, θερμαίνει το κέντρο της Γης, είναι χάρη σε αυτό που το κέντρο του πλανήτη μας δεν έχει κρυώσει για αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια - αυτή είναι η επίδραση της παθητικής ακτινοβολίας, η οποία μετατρέπεται σε θερμότητα.
Πώς να ανιχνεύσετε την παθητική ακτινοβολία; Αυτό είναι δυνατό χάρη στους μετρητές Geiger. Τα σωματίδια που απελευθερώνονται όταν ένα άτομο διασπάται χτυπούν άλλα άτομα, δημιουργώντας μια μικρή ηλεκτρική εκκένωση που μπορεί να μετρηθεί. Όταν εντοπιστεί, ο μετρητής Geiger κάνει κλικ.
Πώς να μετρήσετε την πυρηνική έλξη; Εδώ η κατάσταση είναι πιο δύσκολη, γιατί αυτή η δύναμη είναι που εμποδίζει το άτομο να αποσυντεθεί. Εδώ χρειαζόμαστε έναν διαχωριστή ατόμων. Είναι απαραίτητο να σπάσει κυριολεκτικά το άτομο σε θραύσματα, κάποιος συνέκρινε αυτή τη διαδικασία με το να πετάξεις ένα πιάνο κάτω από μια σκάλα για να καταλάβεις τις αρχές της δουλειάς του, ακούγοντας τους ήχους που κάνει το πιάνο όταν χτυπά τα σκαλιά.(ασθενής δύναμη, ασθενής αλληλεπίδραση) και πυρηνική ενέργεια (ισχυρή δύναμη, ισχυρή αλληλεπίδραση). Οι δύο τελευταίες ονομάζονται κβαντικές δυνάμεις, η περιγραφή τους μπορεί να συνδυαστεί σε κάτι που ονομάζεται τυπικό μοντέλο. Μπορεί να είναι η πιο άσχημη θεωρία στην ιστορία της επιστήμης, αλλά είναι πράγματι δυνατή σε υποατομικό επίπεδο. Η θεωρία του τυπικού μοντέλου ισχυρίζεται ότι είναι ανώτερη, αλλά αυτό δεν το εμποδίζει να είναι άσχημο. Από την άλλη πλευρά, έχουμε τη βαρύτητα - ένα υπέροχο, όμορφο σύστημα, είναι όμορφο μέχρι δακρύων - οι φυσικοί κυριολεκτικά κλαίνε όταν βλέπουν τους τύπους του Αϊνστάιν. Επιδιώκουν να ενώσουν όλες τις δυνάμεις της φύσης σε μια θεωρία και την αποκαλούν «θεωρία των πάντων». Θα συνδύαζε και τις τέσσερις δυνάμεις σε μια υπερδύναμη που υπήρχε από την αρχή του χρόνου.
Δεν είναι γνωστό αν θα μπορέσουμε ποτέ να ανακαλύψουμε μια υπερδύναμη που θα περιλάμβανε και τις τέσσερις βασικές δυνάμεις της Φύσης και αν θα μπορέσουμε να δημιουργήσουμε μια φυσική θεωρία των Πάντων. Αλλά ένα πράγμα είναι σίγουρο: κάθε ανακάλυψη οδηγεί σε νέα έρευνα και οι άνθρωποι - το πιο περίεργο είδος στον πλανήτη - δεν θα σταματήσουν ποτέ να προσπαθούν να κατανοήσουν, να αναζητήσουν και να ανακαλύψουν.