От Солнечной системы до Млечного Пути
Еще одним революционным открытием, сделанным в 17-18 веках, было осознание того, что наша Солнечная система не уникальна. Благодаря изобретению телескопа наше понимание Млечного Пути резко изменилось.
Вместо того, чтобы быть гигантским облаком в форме полосы (как считалось ранее), астрономы начали понимать, что туманная структура, которую они наблюдали в ночном небе на протяжении тысячелетий, на самом деле представляла собой миллиарды далеких звезд.
Правда, идея была не совсем новой. В XIII веке персидский астроном и эрудит Насир ад-Дин ат-Туси (1201 — 1274) предположил именно эту возможность в своей книге Тадхкира
«Млечный Путь, то есть Галактика, состоит из очень большого числа маленьких, плотно сгруппированных звезд, которые из-за их концентрации и малости кажутся облачными пятнами. Из-за этого его по цвету сравнивали с молоком ».
Однако только после научной революции (примерно 16-18 века) астрономы смогли непосредственно наблюдать это. В «Звездном вестнике» Галилей описал свои наблюдения за «туманными звездами», которые содержались в звездном каталоге Альмагеста.
Эти наблюдения привели его к выводу, что «туманные» участки полосы Млечного Пути на самом деле были «скоплениями бесчисленных звезд, сгруппированных в скопления». Это открытие еще больше укрепило аргументы в пользу гелиоцентризма, поскольку оно показало, что Вселенная намного больше, чем считалось ранее.
В 1755 году немецкий философ Иммануил Кант предположил, что Млечный Путь представляет собой массивное скопление звезд, которые удерживаются вместе силой их взаимного притяжения. Он также предсказал, что эти звезды (вместе с Солнечной системой) были частью сплющенного диска, который вращался вокруг общего центра — так же, как планеты вокруг Солнца.
В 1785 году астроном Уильям Гершель попытался создать первую карту Млечного Пути. Его оценки ее размера и формы были опровергнуты тем фактом, что большая часть нашей галактики скрыта пылью и газом, но его попытка была показателем достигнутого прогресса.
К 19 веку улучшенная оптика и телескопы позволили астрономам нанести на карту больше ночного неба, что привело многих к выводу, что наша Солнечная система была всего лишь одной из миллиардов в Млечном Пути.
К 20 веку они увидят, что Млечный Путь был всего лишь одним из миллиардов во Вселенной. Но по одному …
Самолеты Андрея Туполева
В конструкторском бюро Андрея Туполева было разработано более 100 типов самолетов, 70 из которых в разные годы выпускались серийно. При участии его самолётов установлено 78 мировых рекордов, выполнено 28 уникальных перелетов, в том числе спасение экипажа парохода “Челюскин” при участии самолёта АНТ-4. Беспосадочные перелеты экипажей Валерия Чкалова и Михаила Громова в США через Северный полюс выполнялись на самолётах модели АНТ-25. В научных экспедициях “Северный полюс” Ивана Папанина также использовались самолёты АНТ-25. Большое число самолётов-бомбардировщиков, торпедоносцев, разведчиков конструкции Туполева (ТВ-1, ТВ-3, СБ, ТВ-7, МТБ-2, ТУ-2) и торпедных катеров Г-4, Г-5 применялось в боевых действиях в Великой Отечественной войне в 1941-1945 годах. В мирное время в числе разработанных под руководством Туполева военных и гражданских самолетов значились стратегический бомбардировщик Ту-4, первый советский реактивный бомбардировщик Ту-12, турбовинтовой стратегический бомбардировщик Ту-95, ракетоносец-бомбардировщик дальнего действия Ту-16, сверхзвуковой бомбардировщик Ту-22; первый реактивный пассажирский самолет Ту-104 (был построен на базе бомбардировщика Ту-16), первый турбовинтовой межконтинентальный пассажирский авиалайнер Ту-114, ближне- и среднемагистральные самолеты Ту-124, Ту-134, Ту-154. Совместно с Алексеем Туполевым был разработан сверхзвуковой пассажирский самолёт Ту-144. Самолеты Туполева стали основой парка авиакомпании “Аэрофлот”, а также эксплуатировались в десятках стран по всему миру.
После сингулярности
Обычную физику невозможно использовать для описания состояния сингулярности. Описанию поддается лишь период, наступивший через 10-40 с после начала Большого Взрыва, когда средняя температура и плотность вещества начали постепенно снижаться и возникла гравитация.
В этот момент ранняя Вселенная представляла собой однородную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением.
В результате дальнейшего расширения и охлаждения во Вселенной произошли явления, отдаленно напоминающие конденсацию жидкости из газа, однако речь идет не об атомах, которых еще не существовало, а о мельчайших элементарных частицах — кварках и глюонах, которые образовали нечто вроде раскаленной плазмы.
На следующем этапе кварки и глюоны объединились, образовав более крупные протоны и нейтроны. Одновременно происходило образование и вещества, и антивещества, которые взаимодействовали, превращаясь в излучение.
Дальнейшее снижение температуры Вселенной привело к образованию элементарных частиц в их современной форме. Затем наступила эпоха синтеза атомных ядер, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия и гелия.
Постепенно гравитация стала главной силой во Вселенной а через 380 тыс. лет после Большого Взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода.
С этого момента материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, существует и сегодня в виде реликтового излучения.
До сих пор остается немало вопросов, на которые теория Большого Взрыва не дает ответа, однако ее основные положения подтверждаются экспериментальными данными.
Возникнуть и не пропасть
Мы уже выяснили, что пустое пространство, которое мы сейчас наблюдаем во Вселенной, не такое уж пустое: в нем постоянно что-то бурлит, возникают и исчезают виртуальные частицы. Но откуда взялось то ничто, из которого появляются эти частицы, откуда взялось само пространство? Оказывается, при совместном действии квантовой механики и гравитации могут появляться не только частицы в пространстве, но и само пространство.
Ранее мы выяснили, что спонтанно появиться из ничего может только Вселенная, у которой общая энергия равна нулю, а это закрытая Вселенная. А еще раньше — что наша Вселенная плоская. Возникает противоречие.
Представьте себе воздушный шарик: если надуть его очень сильно, его поверхность будет казаться плоской, как кажется плоской круглая Земля (особенно если наблюдать ее где-нибудь в тундре). Если Вселенная с первых мгновений своего существования будет очень быстро расширяться, с ней произойдет то же самое — она возникнет как закрытая, а через 14 миллиардов лет станет плоской. Это резкое расширение — инфляция — описывается инфляционной моделью, которая была предложена в 1981 году физиком Аланом Гутом. Вот она на графике:
Но как доказать, что инфляция действительно имела место?
Еще в 1916 году Эйнштейн пришел к выводу, что, перемещаясь в пространстве, мы создаем гравитационные волны, так называемую рябь пространства-времени. Каждый раз, когда я двигаю рукой, появляются гравитационные волны, распространяющиеся со скоростью света. Но рябь настолько незначительна, что мы ее не замечаем. В обсерваториях в Вашингтоне и Луизиане (лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваториях LIGO. — Прим. T&P) есть специальные детекторы, позволяющие улавливать гравитационные волны. Впервые это удалось сделать в сентябре 2015 года, когда произошло слияние двух черных дыр. За это открытие в 2017 году ученые получили Нобелевскую премию по физике.
Но это значит, что такое событие, как инфляция, также должно было породить гравитационные волны, и, если мы их обнаружим, мы подтвердим и правильность инфляционной модели (их поиском занимаются ученые в рамках серии экспериментов BICEP2. — Прим. T&P). А это будет значить, что наша Вселенная действительно могла быть произведена из ничего.
Если мы действительно находимся во Вселенной, расширяющейся с ускорением, то объекты, которые мы сейчас видим, вскоре будут находиться от нас на огромном расстоянии.
Мы еще не доказали, что это так, но это очень вероятно. И мне нравится эта вероятность: каждый раз, когда можно избавиться от божественного вмешательства и объяснить все с точки зрения физики, мы делаем шаг вперед. Помимо нашей Вселенной, могут существовать или прямо сейчас создаваться и другие, где действуют другие законы. Мы, люди, крайне неважная часть Вселенной, мы шум, загрязнение на ее фоне. Если вам это не нравится, возможно, вас утешит высказывание Эйнштейна:
Вселенная была создана не для нас, она была просто создана. Вселенной на нас наплевать. Мы сами наполняем нашу жизнь значением и смыслом.
Вселенная темна
Теории Эйнштейна, получившие широкое признание, имели множество последствий для науки. В частности, его полевые уравнения для теории относительности также предсказывали существование черных дыр и Вселенной, которая находилась в состоянии постоянного расширения или сжатия.
В 1915 году, через несколько месяцев после того, как ОТО получила широкую огласку, немецкий физик и астроном Карл Шварцшильд нашел решение уравнений поля Эйнштейна, которое положило начало теории черных дыр за десятилетия до того, как та была обнаружена.
Это решение, также известное как радиус Шварцшильда , описывает, как масса сферы может стать настолько сжатой, что скорость убегания от поверхности будет такой же, как и скорость света. «Радиус» в данном случае относится к размеру, ниже которого гравитационное притяжение между частицами тела должно вызвать необратимый гравитационный коллапс.
В 1931 году индо-американский астрофизик Субраманян Чандрасекар расширил это, используя СТО, чтобы вычислить, насколько массивным должно стать тело, прежде чем оно разрушится само на себя — это позже было названо пределом Чандрасекара .
К 1939 году открытие нейтронных звезд подтвердило теории Чандрасекара, показав, что белый карлик с массой ниже этого предела действительно коллапсирует. Полученный объект (нейтронная звезда) в результате становится сверхплотным и имеет невероятно мощное магнитное поле.
Исходя из этого, такие физики, как Роберт Оппенгеймер, утверждали, что белый карлик достаточной массы будет продолжать коллапсировать и образовывать черную дыру. Хотя это был еще один предел массы (известный как предел Толмана – Оппенгеймера – Волкова ), он согласовывался с теорией Чандрасекара.
К 1960-м и 1970-м годам астрофизики провели множество тестов ОТО с использованием черных дыр и крупномасштабных структур (таких как галактики и скопления галактик). Это стало известно как «золотой век общей теории относительности» (1960-1975), поскольку он позволил проверить теорию Эйнштейна, как никогда раньше.
Однако астрофизики заметили в этих тестах нечто особенно пугающее. Глядя на галактики и более крупные концентрации вещества во Вселенной, они обнаружили, что наблюдаемые гравитационные эффекты этих объектов не соответствовали их кажущейся массе.
Это привело научное сообщество к выводу, что внутри галактик есть масса, которую они не могут увидеть. Это породило теорию Темной Материи , загадочной массы, которая не взаимодействует с «нормальной материей» (также известной как видимая или барионная материя) посредством электромагнитной силы.
Это означает, что он не поглощает, не отражает и не излучает свет, что делает его очень трудным для обнаружения. Он взаимодействует с материей только через свою гравитационную силу. Считается, что темная материя примерно в шесть раз превышает видимую материю, составляя около 27% Вселенной. Также считается, что он оказал глубокое влияние на его эволюцию.
Искусственное сердце
Имя Владимира Петровича Демихова связано не с одной операцией, которая совершалась впервые. Удивительно, но Демихов не был врачом – он был биологом. В 1937 году, будучи третьекурсником биологического факультета Московского государственного университета, он создал механическое сердце и поставил его собаке вместо настоящего. Собака жила с протезом около трех часов. После войны Демихов устроился в Институт хирургии Академии медицинских наук СССР и создал там небольшую экспериментальную лабораторию, в которой начал заниматься исследованиями по пересадке органов. Уже в 1946 году он первым в мире осуществил пересадку сердца от одной собаки другой. В том же году он тоже впервые провел пересадку собаке сердца и легкого одновременно. И что самое главное – собаки Демихова жили с пересаженными сердцами по несколько суток. Это был настоящий прорыв в сердечно-сосудистой хирургии.
ссылки
- Док, Т. (27 из 10 из 2014). Джон Далтон. Получено 25 мая 2017 г. от известных ученых: famousscientists.org.
- Редакторы Biograhy.com. (14 из 09 2015). Джон Далтон. Получено 25 марта 2017 г., из biography.com.
- Команда Buscabiografias.com. (ср. от 12 из 1999). Джон Далтон. Получено 26, 04, 2017, с buscabiografias.com.
- (14 из 07 2014). Атомная Теория. Получено 26 мая 2017 г. с сайта chem.llibretext.org.
- Фонд Универсиа. (06 из 09 2009). Ученый Джон Далтон родился. Получено 27 мая 2017 г., из Universia España: universia.es.
- Creative Commos (Н.Д.). Джон Далтон. Получено 27 апреля 2017 г. с сайта Wikispaces.com.
- Фонд химического наследия. (11 из 09 2015). Джон Далтон. Получено 27 апреля 2017 года из Фонда химического наследия: chemheritage.org.
О предмете химии
В литературе по химии можно встретить следующие определения предмета химии:
«Химия — наука о химических элементах» (Д. И. Менделеев).
«Химия — наука о веществах, их превращениях и явлениях, сопровождающих эти превращения» (наиболее распространенное определение химии).
«Химия XX века — это наука о синтезе материалов с определенными свойствами» (определение химии, которое приводится в последнее время).
Нельзя сказать, что одно определение лучше, другое хуже, одно правильно, другое нет. Каждое из приведенных определений правильно, хотя и подчеркивает какую-то одну преимущественную сторону химической науки.
Обратите внимание на второе определение и на последовательность в перечислении объектов изучения. Вещества
Их превращения. Явления, сопровождающие эти превращения
Вещества. Их превращения. Явления, сопровождающие эти превращения.
Само вещество и его превращения изучает не только химия, но и другие науки, например, смежные с химией физика и биология. Значит, каждая из этих наук изучает не все и не всякие превращения вещества. Химию интересуют только те превращения, при которых происходит изменение состава вещества, приводящее к качественному изменению свойств веществ. Плавление льда или кипение воды изучает физика, а взаимодействие воды с натрием или серной кислотой изучает химия, потому что в первом случае меняется только агрегатное состояние вещества, но не состава, а во втором— исходные и конечные вещества отличаются составом и свойствами, не только физическими, но и химическими.
Ясно, что совершающиеся в химических процессах изменения находятся в прямой зависимости оттого, из каких элементов состоят взаимодействующие вещества.
Степень развития любой науки определяется тем, что дает она для практики, находят ли реализацию сделанные в ней открытия. XVIII век называют веком пара, XIX — веком электричества; по аналогии XX век назвали веком атомной энергии, синтетических (искусственных) материалов и раскрытия тайн жизни. Человечество издавна стремилось к овладению энергетическими ресурсами, и наиболее ощутимые успехи в этой области были сделаны физикой. Проблема создания материалов широкого ассортимента с заданными свойствами встает только в последние десятилетия.
Синтез новых материалов был бы невозможен без выявления специфических особенностей химии каждого элемента.
Развитие ракетной, ядерной, полупроводниковой техники было бы невозможно без создания новых материалов.
Третье из приведенных выше определение предмета химии подчеркивает именно эту сторону ее развития, наметившуюся в последние десятилетия.
Значение химии
По мере развития человеческого общества проявляется все возрастающая роль химии в овладении энергетическими и материальными ресурсами природы. Так, наряду с механической обработкой дерева и камня получила распространение их химическая обработка; выплавка металлов из руд, химический синтез и т. п.
От примитивного использования топлива для получения тепла человечество перешло к более широкому использованию древесины, угля и нефти, на основе которых получены не только новые виды топлива (например, газообразное), но и целый ряд других важнейших продуктов. В свою очередь, энергию химического процесса научились превращать в электрическую (гальванические элементы, аккумуляторы, топливные элементы). Наконец в настоящее время осуществляется широкое производство материалов с определенными, заранее заданными свойствами. Начинается активное вмешательство химии в деятельность живого организма.
Широкое промышленное использование достижений химии оказалось возможным лишь на определенной ступени развития человеческого общества, на определенной ступени развития производительных сил общества. Для осуществления химического синтеза, химической переработки материалов необходимы соответствующие установки и аппараты, приборы для контроля, автоматизация производства, достаточные энергетические мощности, предварительная подготовка сырья.
Энергия пустого пространства
В пустом пространстве, в ничто. Звучит, конечно, глупо, но пустое пространство не такое уж и пустое. Вот так выглядит то, что происходит внутри протона: постоянно что-то бурлит, появляются и исчезают различные частицы:
Мы не «видим» их, потому что они возникают на очень непродолжительное время, но при этом они составляют основную часть массы протона. А раз так, то, возможно, они появляются в открытом пространстве и дают какую-то энергию. Может быть, вакуум тоже что-то весит?
Еще когда я учился в университете, было предположение, что энергия вакуума — это единица со 120 нулями, но этого просто не может быть: будь это так, Вселенная была бы другой и нас бы просто не существовало. Мы ждали какого-то математического чуда, которое бы позволило нам сократить это число; предполагали даже, что энергия пустого пространства равна нулю. А затем решили не полагаться на теоретиков: если у пустого пространства есть энергия, ее можно измерить. Но как?
Гравитация в большинстве случаев притягивает объекты друг к другу, но вакуум создает антитяготение. Чтобы рассчитать его, необходимо понять, расширяется ли наша Вселенная с ускорением или с замедлением. Первые попытки определить это сделал Эдвин Хаббл в 1929 году, но сейчас мы знаем, что его расчеты были неверны из-за того, что, в частности, не учитывали эволюцию галактик и связанные с ней изменения светимости. Так что нам нужны были какие-то другие объекты с известной яркостью.
Это изображение галактики, расположенной в 7 млн световых лет от нас. В левом нижнем углу виден яркий объект — можно предположить, что в кадр случайно попала звезда из нашей Галактики, но нет: это сверхновая, которая светится как сто миллиардов звезд. Потом она тускнеет, но в первый месяц она светится с яркостью, которая нам известна. Сверхновые появляются в Галактике примерно раз в сто лет. Можно выдать каждому студенту по галактике, и пусть постоянно смотрит на нее — за сто лет как раз напишет диссертацию. Но на самом деле галактик очень много: если соединить пальцы в кружок размером с пятирублевую монету и посмотреть через него на небо, в этом кружочке будут сотни галактик. А значит, в небе постоянно взрываются сверхновые, так что мы легко можем использовать их, чтобы рассчитывать расстояния до отдаленных галактик и скорости, с которыми эти расстояния увеличиваются. Эти расчеты были проведены в 1998 году, и результатом стал вот такой график:
Если бы темпы расширения Вселенной были одинаковыми, то в его нижней части была бы просто прямая линия. Астрономы ожидали, что все сверхновые будут либо на этой линии, либо ниже. Но большая часть таких звезд оказалась выше линии — это могло быть только в том случае, если бы темпы расширения Вселенной увеличивались.
А чтобы Вселенная расширялась, нужно как раз столько энергии, сколько нам не хватало, — те самые 70%. Тогда все сходится. В 2011 году Нобелевскую премию по физике получили ученые, обнаружившие, что
Вероятно, это как-то связано с самой природой пространства и времени и причинами возникновения Вселенной. Но теперь понятно, что ее будущее будет определяться не материей и даже не геометрией, а энергией пустого пространства.
Покатай меня, большая черепаха!
Мифологема плавающей в безбрежном океане мировой черепахи, на спине которой покоится Земля, встречается у народов Древней Индии и Древнего Китая, в преданиях коренного населения Северной Америки. В разных вариантах мифа о гигантских «поддерживающих животных» упоминаются слон, змея и кит.
Космологические представления греков
Греческие философы заложили астрономические представления, которыми мы пользуемся и сегодня. Разные философы их школы имели свою точку зрения на модель мироздания. В большинстве своём они придерживались геоцентрической системы мира.
Геоцентризм — это убеждение, что неподвижная Земля находится в центре мироздания, а Солнце, Луна и звёзды вращаются вокруг неё.
Масштабную энциклопедию астрономических и математических знаний создал Птолемей. Описанная им геоцентрическая система мира была наиболее общепризнанной до коперниканского переворота в эпоху Возрождения. Аристотель также считал, что Земля неподвижна, указывая, что небесные тела прикреплены к твёрдым «небесным сферам».
Некоторые представители пифагорейской школы полагали, что и, Солнце, и Луна и планеты вращаются вокруг Центрального Огня, Гестии. Такую модель называют пироцентрической.
Аристарх Самосский предложил гелиоцентрическую систему мира, согласно которой Солнце — центральное небесное тело, а также предположил, что Земля меньше Солнца. Однако идея о том, что центр космоса — Земля, была популярна ещё долго.
Средневековая астрономия
В своих представлениях мыслители европейского средневековья опирались на работы античных философов, принимали системы Птолемея и Аристотеля. Главной концепцией мира оставался геоцентризм, средневековыми философами дополнялось и расширялось представление о небесных сферах. При этом античная мудрость дополнялась христианскими воззрениями.
На представления о мире основное влияние оказывала Церковь, а источниками знаний были монастыри.
Мир на средневековых изображениях — это мир глазами Бога. Все существующие вещи имеют глубокий духовный смысл. Большое развитие получает учение Платона о вещах и идеях, согласно которому все явления и объекты земного мира — это частные проявления божественных идей из горнего мира.
Для европейской средневековой миниатюры и скульптуры не важны пропорции и перспектива — важны символы и значения. Здесь могут одновременно происходить события из прошлого и будущего, а христианская символика пронизывает всё вокруг.
Подробнее об этом: Умберто Эко, «Искусство и красота в средневековой эстетике»
Теории Ренессанса
На протяжении сотен лет средневековая живопись оставалась плоской. И вдруг за очень краткий период Ренессанса стала объёмной. Это тесно связано с мировоззренческим подходом: мир стали изображать так, как он видится человеку, появилось учение о перспективе. Методы наблюдения за природой развивались и создавали всё более полную картину мира.
Киноаппарат
В 1893 году, работая вместе с физиком Любимовым, Иосиф Андреевич Тимченко создает так называемую «улитку» — особый механизм, с помощью которого в стробоскопе удавалось прерывисто менять очередность кадров. Данный механизм позже лег в основу кинетоскопа, который Тимченко разрабатывает совместно с инженером Фрейденбергом. Демонстрация кинетоскопа состоялась в следующем году на съезде русских врачей и естествоиспытателей. Были показаны две ленты: «Копьеметатель» и «Скачущий всадник», которые были сняты на Одесском ипподроме. Этому событию даже есть документальные подтверждения. Так, в протоколе заседания секции значится: «Представители собрания с интересом ознакомились с изобретением господина Тимченко. И, в соответствии с предложениями двух профессоров, решили выразить благодарность господину Тимченко».
В чем разница между атомной теорией Дальтона и современной атомной теорией?
| Атомная теория Дальтона — это теория о неделимых частицах, называемых атомами, которые являются мельчайшими частицами всей материи. | Современная атомная теория — это теория, которая полностью объясняет структуру атома. |
| Структура атома | |
| Согласно атомной теории Дальтона, атомы — неделимые частицы. | Современная атомная теория утверждает, что атомы состоят из субатомных частиц; протоны, электроны и нейтроны. |
| Изотопы | |
| Теория Дальтона не объясняет подробностей об изотопах. В нем говорится, что все атомы одного и того же элемента идентичны. | Современная атомная теория объясняет подробности об изотопах, имеющих разное количество нейтронов и такое же количество протонов. |
| Электроны | |
| Дальтон не смог сообщить подробностей об электронах. | Современная атомная теория объясняет расположение, реакции и поведение электронов. |
| Химические реакции | |
| Атомная теория Дальтона объясняет, что атомы — это мельчайшие частицы, которые могут вступать в реакции. | Современная атомная теория утверждает, что субатомные частицы могут участвовать в реакциях. |
Телевидение
Открытие и широкое распространение телевизионного вещания кардинальным образом изменило способы распространения информации в обществе. К этому мощнейшему достижению причастен и Борис Львович Розинг, который в июле 1907 года подал заявку на изобретение «Способа электрической передачи изображений на расстояния». Борису Львовичу удалось успешно передать и получить точное изображение на экране пока ещё простейшего устройства, бывшего прототипом кинескопа современного телевизора, которое ученый назвал «электрическим телескопом». Среди тех, кто помогал Розингу с опытом, был тогда ещё студент Санкт-Петербургского Технологического института Владимир Зворыкин – именно его, а не Розинга, через несколько десятилетий назовут отцом телевидения, хотя в основе работы всех воспроизводящих телевизионных устройств лежал принцип, открытый Борисом Львовичем в 1911 году.
