Kui teile õpetatakse teaduslikku meetodit, harjutate järgima korrektset protseduuri, et saada aimu mingist meie universumi loodusnähtusest. Alustage ideest, katsetage, katsetage ideed või lükake see ümber, sõltuvalt tulemusest. Kuid päriselus osutub kõik palju keerukamaks. Mõnikord korraldate katse ja tulemused erinevad oodatust. Mõnikord nõuab sobiv selgitus kujutlusvõimet, mis ületab iga mõistliku inimese loogilise otsuse. Tänapäeva füüsiline universum on üsna hästi mõistetav, kuid lugu sellest, kuidas me sinna sattusime, on üllatusi täis. Siin on viis suurepärast avastust, mis on tehtud täiesti ettearvamatul viisil.
Kui kahurikuul väljub kahurist veoauto taga täpselt sama kiirusega, kui see liigub, on mürsu kiirus null. Kui valgus lendab välja, liigub see alati valguse kiirusel.
Valguskiiruse kiirendamisel valguse kiirus ei muutu
Kujutage ette, et viskate palli nii kaugele kui võimalik. Sõltuvalt mängitavast spordialast saab palli oma käte tugevuse abil kiirendada kiiruseni 150 km / h. Kujutage nüüd ette, et asute rongis, mis liigub uskumatult kiiresti: 450 km / h. Kui viskate kuuli rongist samas suunas välja, siis kui kiiresti pall liigub? Lihtsalt lisage kiirus: 600 km / h, see on vastus. Kujutage nüüd ette, et palli viskamise asemel kiirgate hoopis valguskiirt. Lisage valguse kiirus rongi kiirusele ja saate vastuse, mis on … täiesti vale.
See oli Einsteini erirelatiivsusteooria keskne idee, kuid avastuse ise ei teinud mitte Einstein, vaid Albert Michelson 1880ndatel. Pole tähtis, kas viskasite valguskiirt Maa liikumise suunas või selle suunaga risti. Valgus liikus alati sama kiirusega: s, valguse kiirus vaakumis. Michelson kavandas oma interferomeetri, et mõõta Maa liikumist eetri kaudu, ja sillutas selle asemel teed relatiivsusele. Tema 1907. aasta Nobeli preemia oli ajaloo kõige kuulsam nullpunkt ja teaduse ajaloos kõige olulisem.
Reklaamvideo:
99,9% aatomi massist on koondunud uskumatult tihedasse südamikku
20. sajandi alguses uskusid teadlased, et aatomid on valmistatud vahelduvatest negatiivsetest elektronidest (koogitäidis), mis on kinni positiivselt laetud keskkonnas (kook), mis täidab kogu ruumi. Elektrone saab lahti rebida või eemaldada, mis seletab staatilise elektri nähtust. Aastaid aktsepteeriti positiivselt laetud Thompsoni substraadis komposiitiaatomi mudelit. Kuni Ernest Rutherford julges teda kontrollida.
Tulistades kõrge energiaga laetud osakesi (radioaktiivsest lagunemisest) kuldfooliumi õhema plaadini, ootas Rutherford, et kõik osakesed läbivad selle. Ja mõni möödus ja mõni põrkas tagasi. Rutherfordi jaoks oli see täiesti uskumatu: justkui tulistasite suurtükipalli salvrätikusse ja see põrkas välja.
Rutherford avastas aatomituuma, mis sisaldas peaaegu kogu aatomi massi ja oli suletud ruumis, mis hõivas ühe kvadriljoni (10–15) kogu aatomi suuruse. See tähistas tänapäevase füüsika sündi ja sillutas teed 20. sajandi kvantrevolutsioonile.
"Puuduv energia" viis väikseima, peaaegu nähtamatu osakese avastamiseni
Kõigis osakeste vahelistes interaktsioonides, mida me kunagi oleme näinud, on energia alati olnud säästlik. Seda saab muuta ühest tüübist teise - potentsiaalseks, kineetiliseks, massiks, puhkeks, keemiliseks, aatomi, elektriliseks jne, kuid see ei varise ega kao kunagi. Umbes sada aastat tagasi olid teadlased ühest protsessist hämmingus: mõnel radioaktiivsel lagunemisel on lagunemissaaduste koguenergia madalam kui originaalreaktiividel. Niels Bohr isegi postuleeris, et energia on alati säästlik … välja arvatud siis, kui mitte. Kuid Bohr eksis ja Pauli asus äri tegema.
Neutrooni muundamine prooton-, elektron- ja anti-elektronneutrinoks on lahendus beeta lagunemise energiasäästu probleemile
Pauli väitis, et energiat tuleks kokku hoida ja esitas 1930. aastal ettepaneku uue osakese: neutriino. See "neutraalne raasuke" ei tohiks elektromagnetiliselt suhelda, vaid kannab üle väikese massi ja kannab ära kineetilise energia. Ehkki paljud olid skeptilised, tuvastasid tuumareaktsioonisaadustega tehtud katsed 1950ndatel ja 1960ndatel lõpuks nii neutriinoid kui ka antineutrinoid, mis aitasid füüsikud viia nii standardmudeli kui ka tuumade nõrga interaktsiooni mudeli juurde. See on vapustav näide sellest, kuidas sobivate katsemeetodite ilmnemisel võivad teoreetilised ennustused mõnikord põhjustada tähelepanuväärseid läbimurdeid.
Kõigil osakestel, millega me suhtleme, on kõrge energiaga, ebastabiilsed kolleegid
Sageli öeldakse, et teaduse edusamme ei kohta fraas „eureka!”, Vaid „väga naljakas”, ja see vastab osaliselt ka tõele. Kui laadite elektroskoopi - milles kaks juhtivat metalllehte on ühendatud teise juhiga - saavad mõlemad lehed sama elektrilaengu ja tõrjuvad üksteist selle tagajärjel. Kuid kui paned selle elektroskoobi vaakumisse, ei peaks lehed tühjenema, vaid aja jooksul tühjenema. Kuidas seda seletada? Parim, mis meile pähe tuli, on see, et kõrge energiaga osakesed, kosmilised kiired, langevad kosmosest Maale ja nende kokkupõrgete produktid tühjendavad elektroskoobi.
1912. aastal viis Victor Hess läbi katseid, et otsida balloonist neid kõrge energiaga osakesi ja avastas neid suures arvukuses, saades kosmiliste kiirte isaks. Ehitades magnetväljaga detektorikambri, saate osakeste liikumiskõverate põhjal mõõta nii kiirust kui ka laengu ja massi suhet. Selle meetodi abil tuvastati prootonid, elektronid ja isegi antimaterjali esimesed osakesed, kuid suurim üllatus tuli 1933. aastal, kui kosmiliste kiirtega töötav Paul Kunze avastas osakese jälje, mis nägi välja nagu elektron … ainult tuhandeid kordi raskem.
Kuu, mille eluaeg oli vaid 2,2 mikrosekundit, kinnitati hiljem katseliselt ja selle avastasid Karl Anderson ja tema õpilane Seth Neddermeier, kasutades maa peal pilvekaamerat. Hiljem selgus, et liitosakestel (näiteks prooton ja neutron) ja fundamentaalsetel (kvargid, elektronid ja neutriinod) on kõigil mitu põlvkonda raskemaid sugulasi, muul on esimene "põlvkonna 2" osake, mis kunagi avastatud.
Universum sai alguse plahvatusest, kuid see avastus oli täiesti juhuslik
1940. aastatel tulid Georgi Gamov ja tema kolleegid välja radikaalse idee: tänapäeval laienev ja jahutav universum oli minevikus kuum ja tihe. Ja kui te lähete minevikus piisavalt kaugele, on Universum piisavalt kuum, et ioniseerida kogu selles olev aine, ja veelgi kaugemale - purustab aatomituuma. See idee sai nimeks Suur Pauk ja sellega tekkisid kaks peamist spekulatsiooni:
- Universum, millega alustasime, ei koosnenud mitte ainult lihtsate prootonite ja elektronidega mateeriast, vaid koosnes kergete elementide segust, mis sünteesiti suure energiaga noores universumis.
“Kui universum jahtus piisavalt, et moodustada neutraalsed aatomid, see kõrge energiakiirgus vabastati ja hakkas liikuma sirgjooneliselt läbi aegade, kuni see millegagi põrkas, läbis punanihke ja kaotas universumi laienedes energia.
On tehtud ettepanek, et see "kosmiline mikrolaine taust" oleks vaid mõni kraad üle absoluutse nulli.
1964. aastal avastasid Arno Penzias ja Bob Wilson kogemata Suure Paugu järeltuule. Raadioantenni abil Belli laboris töötades leidsid nad ühtlast müra kõikjal, kus nad taevasse vaatasid. See polnud Päike, galaktika ega Maa atmosfäär … nad lihtsalt ei teadnud, mis see on. Seetõttu pesid nad antenni, eemaldasid tuvid, kuid ei saanud mürast lahti. Alles siis, kui tulemused näitasid kogu Princetoni rühma üksikasjalike ennustustega tuttavat füüsikut, määras ta radiomeetriga signaali tüübi ja mõistis leiu olulisust. Esmakordselt said teadlased teada universumi päritolust.
Vaadates tagasi teaduslikele teadmistele, mis meil tänapäeval on, selle ennustava jõuga ja sellele, kuidas avastused sajandite jooksul on meie elu muutnud, on meil kiusatus näha ideede jätkusuutlikku arengut teaduses. Kuid tegelikult on teaduse ajalugu kaootiline, üllatusi täis ja poleemikat täis.
