XX век можно считать веком революций

XX век можно считать веком революций. Причем не только политических, но и научных. Многие считали, что от ученых вообще нет никакого толку. Сидят, мол, себе в кабинетах и лабораториях годами и все без толку. Какой смысл тратить на исследования деньги? Но ученые чередой значимых открытий убедили весь мир, что это не так. При этом в XX веке значимые открытия совершались на редкость часто, коренным образом изменив нашу жизнь. Это позволило уже сегодня создать то будущее, о котором когда-то фантасты даже и не мечтали. Расскажем ниже о десяти самых значимых научных открытиях прошлого века, как раз по десятилетию на каждое. 
 
1) Первую революцию уже в начале века устроил Макс Планк. Еще в конце XIX столетия его пригласили на должность профессора в Берлинский университет. Планк был настолько предан науке, что в свободное от лекций и работы время продолжал заниматься вопросами распределения энергии в спектре абсолютно черного тела. В итоге упрямый ученый в 1900 году вывел формулу, которая очень точно описывала поведение энергии в данном случае.  
 
Это имело совершенно фантастические последствия. Оказалось, что энергия излучается не равномерно, как считалось ранее, а порциями - квантами. Эти выводы сперва смутили и самого Планка, однако он все-таки доложил о странных результатах 14 декабря 1900 года Немецкому физическому обществу. Неудивительно, что ученому просто не поверили. Однако на основе его выводов уже в 1905 году была создана Эйнштейном квантовая теория фотоэффекта. После этого и Нильс Бор построил первую модель атома, согласно которой вокруг ядра по определенным орбитам вращаются электроны.  
Так, благодаря ученому развились впоследствии атомная энергетика, электроника, генная инженерия. Мощный толчок получили астрономия, физика и химия. Это произошло благодаря тому, что именно Планк четко обозначил границу, где заканчивается ньютоновский макромир с измерением вещества килограммами, и начинается микромир, в котором необходимо учитывать влияние отдельных атомов друг на друга. Благодаря ученому стало известно на каких энергетических уровнях живут электроны, и как они себя там ведут. 
 
2) Второе десятилетие принесло открытие, которое тоже перевернуло умы всех ученых. В 1916 году была завершена работа Альберта Эйнштейна над общей теорией относительности. Она получила и другое название - теория гравитации. 
 
Согласно открытию, гравитация - это не следствие взаимодействия полей и тел в пространстве, а следствие искривления четырехмерного пространства времени. Открытие сразу же объяснило суть многих непонятных доселе вещей. Так, большинство парадоксальных эффектов, возникающих при околосветовых скоростях, просто таки противоречили здравому смыслу. Однако именно теория относительности предсказала их появление и объяснила суть.  
 
Самый известны из них - эффект замедления времени при котором часы наблюдателя идут медленнее, чем движущиеся относительно него. Также стало известно, что длина движущегося объекта вдоль оси движения сжимается. Сегодня теория относительности применяется не только к движущимся с постоянной скоростью относительно друг друга объектам, но и ко всем системам отсчета вообще. Вычисления были такие сложные, что работа заняла 11 лет. Первым подтверждением теории стало описание кривой орбиты Меркурия, произведенное с ее помощью. Открытие объяснило искривление лучей от звезд при прохождении их рядом с другими звездами, красное смещение галактик и звезд, наблюдаемых в телескопы. 
 
Очень важным подтверждением теории стали черные дыры. Ведь согласно расчетам при сжатии звезды наподобие Солнца до 3 метров в диаметре свет просто не сможет покинуть ее пределы - такова будет сила притяжения. В последнее время учеными найдено немало таких звезд. 
 
3) После открытия, сделанного в 1911 году Резерфордом и Бором, о строении атома по аналогии с Солнечной системой, физики всего мира пришли в восторг. Вскоре на основании этой модели с помощью выкладок Планка и Эйнштейна о природе света удалось рассчитать спектр атома водорода. Но при расчете следующего элемента, гелия возникли трудности - расчеты показывали совсем не те результаты, что эксперименты.  
 
В итоге к 20-м годам теория Бора померкла и стала ставиться под сомнения. Однако выход был найден - молодой немецкий физик Гейзенберг сумел убрать из теории Бора некоторые предположения, оставив лишь самое нужное. Он установил, что нельзя одновременно измерить местонахождение электронов и их скорость. Этот принцип получил название "неопределенности Гейзенберга", электроны же предстали непостоянными частицами. Но и тут странности с элементарными частицами не закончились. К тому времени физики уже свыклись с мыслью о том, что свет может проявлять свойства как частицы, так и волны. Дуальность казалась парадоксальной. Но в 1923 году француз де Бройль высказал предположение, что свойствами волны могут обладать и обычные частицы, продемонстрировав волновые свойства электрона. Эксперименты де Бройля подтвердились сразу в нескольких странах.  
 
В 1926 году Шредингер описал материальные волны де Бройля, а англичанин Ширак создал общую теорию, предположения Гейзенберга и Шредингера вошли в нее как частные случаи. В те годы об элементарных частицах ученые вообще не подозревали, но та теория квантовой механики прекрасно описала их движение в микромире. За последующие годы основа теории не претерпела явных изменений. Сегодня в любых естественных науках, выходящих на атомарный уровень, применяется квантовая механика. Это инженерные науки, медицина, биология, минералогия и химия. Теория позволила рассчитать молекулярные орбитали, что в свою очередь позволило возникнуть транзисторам, лазерам, сверхпроводимости. Именно квантовой механике мы обязаны появлению компьютеров. Также на основе ее была разработана физика твердого тела. Именно поэтому ежегодно появляются новые материалы, а ученые научились четко видеть структуру вещества. 
 
4) Десятилетие тридцатых можно без ошибки назвать радиоактивным. Хотя еще в 1920-м году Резерфорд высказал странную на то время гипотезу. Он пытался объяснить, почему положительно заряженные протоны не отталкиваются. Ученый предположил, что помимо них в ядре присутствуют и некий нейтральные частицы, равные по массе протонам. По аналогии с уже известными электронами и протонами Резерфорд предложил именовать их нейтронами.  
 
Однако ученый мир тогда не воспринял идеи физика всерьез. Лишь через 10 лет немцы Беккер и Боте обнаружили необычное излучение при облучении бора или бериллия альфа-частицами. В отличии от последних, неизвестные частицы, вылетающие из реактора, обладали намного большей проникающей способностью. Да и параметры были у них иные. Через два года, в 1932 году супруги Кюри решили направить это излучение на более тяжелые атомы. Оказалось, что под воздействием этих неведомых лучей те становятся радиоактивными. Этот эффект получил название искусственной радиоактивности. В том же году Джеймс Чедвик сумел подтвердить эти результаты, а также выяснить, что ядра из атомов выбиваются новыми незаряженными частицами с массой чуть больше чем у протона. 
 
Именно нейтральность таких частиц и позволяла им проникать в ядро, дестабилизируя его. Так Чедвик открыл нейтрон, подтвердив мысли Резерфорда. Это открытие принесло человечеству не только пользу, но и вред. К концу десятилетия физики смогли доказать, что ядра могут делиться под воздействием нейтронов и при этом выделяется еще большее число нейтральных частиц. С одной стороны такой использование такого эффекта привело к трагедии Хиросимы и Нагасаки, десятилетиям холодной войны с ядерным оружием. А с другой - появлению атомной энергетики и использованию радиоизотопов в разнообразных научных сферах для широкого применения. 
 
5) С развитием квантовых теорий ученые не только могли понимать, что происходит внутри вещества, но и попытаться повлиять на эти процессы. Случай с нейтроном упомянут выше, а вот в 1947 году сотрудники американской компании Бардин, Браттейн и Шокли смогли научиться управлять большими токами, протекающими через полупроводники с помощью малых токов. За это они получат впоследствии Нобелевскую премию. Так на свет появился транзистор, в нем два p-n перехода направлены друг навстречу другу. По переходу ток может идти только в одном направлении, при смене на переходе полярности ток течь перестает. 
 
В случае же с двумя переходами, направленных друг к другу, появились уникальные возможности по работе с электричеством. Транзистор дал огромный толчок развитию всей науки. Из электроники ушли лампы, что резко уменьшило вес и объем используемой аппаратуры. Появились логические микросхемы, что дало нам в 1971 году микропроцессор, а позже и современный компьютер. В итоге на сегодняшний день в мире нет ни одного прибора, автомобиля или даже жилища, в котором бы не использовался транзистор. 
 
6) Немецкий химик Циглер изучал реакцию Греньяра, которая помогла значительно упростить синтез органических веществ. Ученый задался вопросом - а можно ли также поступить и с другими металлами? Его интерес имел практическую сторону, ведь работал он в Кайзеровском институте по изучению угля. Побочным же продуктом угольной промышленности был этилен, который и необходимо было как-то утилизировать.  
 
В 1952 году Циглер изучал распад одного из реагентов, в итоге был получен полиэтилен низкого давления, ПНД. Однако полностью заполимеризовать этилен пока не получалось. Однако неожиданно помог случай - после окончания реакции из колбы неожиданно выпал не полимер, а димер (соединение двух молекул этилена) — альфа-бутен. Причиной этого стал тот факт, что реактор оказался плохо отмыт от никелевых солей. Это-то и сгубило основную реакцию, но анализ полученной смеси показал, что сами соли при этом не изменились, они лишь выступили катализатором для димеризации. Такой вывод сулил огромные прибыли - ранее для получения полиэтилена необходимо было использовать много алюмоорганики, применять высокое давление и температуру.  
 
Теперь же Циглер стал искать наиболее подходящий катализатор, перебирая переходные металлы. В 1953 году таковых было найдено сразу несколько. Самыми мощными из них оказались на основе хлоридов титана. О своем открытии Циглер поведал итальянской компании "Монтекатини", где его катализаторы испробовали на пропилене. Ведь тот, являясь побочным продуктом переработки нефти, стоит в десять раз дешевле этилена, давая к тому же возможность поэкспериментировать со структурой полимера. В результате катализатор был несколько модернизирован, получился стереорегулярный полипропилен, в котором все молекулы пропилена располагались одинаково. 
 
Это дало химиком большие возможности в области контроля над полимеризацией. Вскоре был создан искусственный каучук. Сегодня металлоорганические катализаторы позволили проводить большинство синтезов дешевле и проще, они используются практически на всех химических заводах мира. Однако самым главным остается полимеризация этилена и пропилена. Сам же Циглер, несмотря на огромное промышленное применение своей работы, всегда считал себя ученым-теоретиком. Не прославился и тот студент, который плохо вымыл реактор. 
 
7) 12 апреля 1961 года стало значимой вехой в истории человечества - в космосе побывал первый его представитель. Это была не первая ракета, облетевшая вокруг Земли. Еще в 1957 году стартовал первый искусственный спутник. Но именно Юрий Гагарин показал, что мечты о звездах когда-нибудь могут стать реальность.  
 
Оказалось, что в условиях невесомости могут жить не только бактерии, растения и мелкие животные, но и человек. Мы поняли, что пространство между планетами преодолимо. Человек побывал на Луне, готовится экспедиция на Марс. Солнечная система насыщена аппаратами космических агентств. Человек вблизи изучает Сатурн и Юпитер, Марс и пояс Койпера. Вокруг же нашей планеты вращается уже несколько тысяч спутников. В их числе и метеорологические приборы, и научные (в том числе и мощные орбитальные телескопы), и коммерческие спутники связи. Это позволяет сегодня нам звонить в любую точку планеты. Расстояния между городами словно уменьшилось, доступными стали тысячи телевизионных каналов. 
 
8) Рождение девочки Луизы в семье Браунов 26 июля 1978 года стало научной сенсацией. Гинеколог Патрик Стэптоу и эмбриолог Боб Эдвардс, участвовавшие в родах, чрезвычайно гордились. Дело в том, что мать девочки, Лесли, страдала от непроходимости маточных труб. Она, как и миллионы других женщин, не могла самостоятельно зачать ребенка. Попытки длились долгих 9 лет.  
 
Решить проблему взялись Стэптоу и Эдвардc, которые ради этого произвели сразу несколько научных открытий. Ими был разработан метод извлечения из женщины яйцеклетки, без ее повреждения, создания условий для ее существования в пробирке, искусственного затем оплодотворения и возврата обратно. Эксперимент увенчался успехом - специалисты и родители убедились, что Луиза является абсолютно нормальным ребенком.  
 
Таким же образом родители помогли появиться на свет и ее сестре. В итоге к 2007 году с помощью метода экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) на свет появилось уже более двух миллионов человек. Если бы не опыты Стэптоу и Эдвардса, это было бы попросту невозможно. Сегодня же медицина пошла еще дальше - взрослые женщины рожают себе внучек, если их дети неспособны на это сами, женщины оплодотворяются семенем уже умерших мужчин… Методика ЭКО получает все большую популярность - ведь множественные опыты подтвердили, что дети из пробирки ничем не отличаются от тех, кто зачат естественным путем. 
 
9) В 1985 году учеными Робертом Керлом, Гарольдом Крото, Ричардом Смолли и Хитом О’Брайеном изучались спектры паров графита, образовавшихся под воздействием лазера на твердый образец. Неожиданно для них выявились странные пики, которые соответствовали атомным массам в 720 и 840 единиц. Ученые вскоре пришли к выводу, что найдена новая разновидность углерода - фуллерен. Название находки родилось от конструкций Бакминстера Фуллера, которые были очень похожи на новые молекулы.  
 
Вскоре появились углеродистые разновидности футболен и регбен. Их имена связаны со спортом, так как и структура молекул походила на соответствующие мячи. Сейчас фуллерены, обладающие уникальными физически свойствами, используются во многих различных приборах. Но самым главным стал тот факт, что эти методики позволили ученым создать углеродные нанотрубки, являющиеся скрученными и сшитыми слоями графита.  
 
Сегодня наука смогла создать уже трубки диаметром 5-6 нанометром и длиной до 1 сантиметра. То, что они созданы из углерода, позволяет им проявлять самые разные физические свойства - от полупроводниковых до металлических. На основе нанотрубок разрабатываются новые материалы для оптоволоконных линий, дисплеи и светодиоды. С помощью изобретения стало возможно доставлять в нужное место организма биологически активные вещества, создать так называемые нанопипетки. Разработаны сверхчувствительные датчики химических веществ, которые сейчас применяются в наблюдении за окружающей средой, в медицинских, биотехнологических и в военных целях. Нанотрубки помогают создавать транзисторы, топливные элементы, из них создают нанопровода. Последней разработкой в этой области являются искусственные мышцы. 
 
В 2007 году были опубликованы исследования, показавшие, что пучок нанотрубок может вести себя аналогично мышечной ткани. Хотя проводимость электрического тока у искусственного образования и аналогична природным мышцам, со временем наномышцы не изнашиваются. Такая мышца выдержала полмиллиона сжать на 15% от своего первоначального состояния, форма, механические и проводящие свойства в результате не изменились. Что это дает? Вполне возможно, что когда-нибудь инвалиды получат новые руги, ноги и органы, управлять которыми можно будет одной лишь силой мысли. Ведь мысль для мышц подобна электрическому сигналу на приведение ее в действие. 
 
10) 90-е годы стали эпохой биотехнологий. Первым достойным представителем работы ученых в этом направлении стала обычная овца. Обычно она была только лишь внешне. Ради ее появления сотрудники института Рослин, что в Англии несколько лет упорно трудились. Яйцеклетка, из которой потом на свет появилась знаменитая Долли, полностью выпотрошили, затем в нее поместили ядро клетки взрослой овцы.  
 
Развившийся эмбрион подсадили обратно в матку и стали ожидать результата. Долли в ранге кандидатов на звание первого клона крупного живого существа обошла почти 300 кандидатов - все они погибли на разных стадиях эксперимента. Хотя легендарная овца и выжила, ее судьба оказалась незавидной. Ведь кончики ДНК, теломеры, служащие биологическими часами организма, уже отсчитали в теле матери Долли 6 лет. Спустя еще 6 лет жизни самого клона, в феврале 2003 года, животное погибло от навалившихся на нее старческих болезней - артрита, специфического воспаления легких и других недугов. 
 
Но само по себе появление Долли на обложке журнала Nature в 1997 году произвело настоящий фурор - это стало символом превосходства человека и науки над самой природой. Следующие годы после клонирования Долли отметились появление копий самых разнообразных животных - собак, поросят, бычков. Удалось даже получить клонов вторых поколений - клонов от клонов. Пока, правда, проблема с теломерами осталась нерешенной, а клонирование человека по всему миру остается под запретом. Но данное направление науки остается очень интересным и перспективным.

В 1982 созданы туннельные микроскопы, позволяющие "увидеть" отдаленые атомы и использующиеся для изучения структуры поверхности, происходящих на ней хим. процессов, а также для обработки поверхности. Для исследования структуры вещества и установления распределения электронной плотности в веществе применяется электронный парамагнитный резонанс, ядерный магнитный резонанс, Мёссбауэра Эффект и другие резонансные методы. Совершенствуется наследование структуры атомов, молекул, органических. и неорганических. веществ по их спектрам в широком диапазоне частот.

В1985 году Роберт Керл, Гарольд  Крото, Ричард Смолли и Хит  О'Брайен открыли новую разновидность  углерода, которая получила название "фуллерен". Сейчас фуллерены из-за своих уникальных физических свойств активно используются в самых разных приборах. Однако главное не это - на основе методики 1985 года ученые придумали, как сделать углеродные нанотрубки, скрученные и сшитые слои графита. На их основе разработаны сверхчувствительные датчики химических веществ, что уже применяются для мониторинга окружающей среды, в военных, медицинских и биотехнологических целях. Из них делают транзисторы, нанопровода, топливные элементы. Самая последняя новинка в сфере нанотрубок - искусственные мышцы.