Fünf unerwartete und der großen Entdeckungen der Physik

Wenn Sie unterrichten der naturwissenschaftlichen Methode, bekommen Sie Folgen einem ordentlichen Verfahren, um eine Vorstellung von einem natürlichen Phänomen unseres Universums. Beginnen Sie mit einer Idee, ein Experiment, überprüfen Sie die Idee oder widerlegen, je nach Ergebnis. Aber im wirklichen Leben ist viel komplizierter. Manchmal verbringen Sie das Experiment und seine Ergebnisse im Widerspruch mit dem, was Sie erwartet. Manchmal richtige Erklärung erfordert die Manifestation der Phantasie, die weit über logische Urteile jede vernünftige Person. Das heutige physikalische Universum ziemlich gut verstanden, aber die Geschichte, wie wir dazu gekommen sind, voller überraschungen. Vor Ihnen fünf großen Entdeckungen, die begangen werden, völlig unvorhersehbare Weise.

Wenn der Kernel fliegt aus der Kanone hinten LKW genau mit der gleichen Geschwindigkeit, mit welcher er sich bewegt, die Geschwindigkeit des Geschosses entpuppt sich als null. Wenn mehr Licht, er bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit.

die Geschwindigkeit des Lichts ändert sich nicht beim beschleunigen Lichtquelle

Stellen Sie sich vor, dass Sie werfen den Ball so weit wie möglich. Je nachdem, in welcher Sportart Sie spielen, den Ball übertakten bis 150 km/h mit der Kraft der Hände. Und jetzt stellen Sie sich vor, dass Sie auf den Zug, der bewegt sich unglaublich schnell: 450 km/H. wirfst du den Ball aus dem Zug, bewegt sich in die gleiche Richtung, wie schnell der Ball bewegen wird? Einfach zusammenzufassen Geschwindigkeit: 600 km/h, hier ist die Antwort. Und jetzt stellen Sie sich vor, dass, anstatt um den Ball zu werfen, Sie испускаете Lichtstrahl. Fügen Sie die Lichtgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit der Züge und die Antwort erhalten, die wird… ganz falsch.

Es war eine zentrale Idee der speziellen Relativitätstheorie Einsteins, aber die Entdeckung hat nicht Einstein, sondern Albert Michelson in den 1880er Jahren. Und egal, lassen Sie den Lichtstrahl in Bewegungsrichtung der Erde oder senkrecht zu dieser Richtung. Das Licht bewegte sich immer mit der gleichen Geschwindigkeit: mit, die Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum. Michelson entwickelte Interferometer für Ihre Messung der Erdbewegung durch den äther, und stattdessen ebnete den Weg für die Relativitätstheorie. Seine Nobelpreis 1907 wurde der bekannteste in der Geschichte ein null-Ergebnis und der wichtigste in der Geschichte der Wissenschaft.

99,9% der Masse des atoms konzentriert in einer unglaublich dichten Kern

Am Anfang des 20 Jahrhunderts glaubten Wissenschaftler, dass die Atome bestehen aus dem Wechsel der negativ geladenen Elektronen (die Füllung des Kuchens), die in der positiv geladenen Umgebung (Kuchen), die füllt den ganzen Raum. Die Elektronen können abreißen oder entfernen, wie erklärt sich das Phänomen der statischen Elektrizität. Jahrelang Composite-Modell des atoms im positiv geladenem Substrat Thompson war allgemeingültig. Während Ernest Rutherford nicht beschlossen, es zu überprüfen.

Indem высокоэнергетическими geladenen Teilchen (radioaktiver Zerfall) ein feines Album Goldfolie, Rutherford erwartet, dass alle Partikel stattfinden, durch und durch. Und einige sind gegangen, und einige prallten. Für Rutherford war es völlig unglaublich: als ob Sie einen Schuss Gunmetal Kern in eine Serviette, und es Futures bleiben im Vorfeld.

Rutherford entdeckte Atomkern, das blieb fast die ganze Masse des atoms, das in einem Umfang, der hielt eine квадриллионную (10^-15) die Größe des ganzen atoms. Dies war die Geburtsstunde der modernen Physik und ebnete den Weg für die Quanten-Revolution des 20 Jahrhunderts.

«Fehlende Energie» führte zur Entdeckung von winzigen, fast unsichtbaren Teilchen

In allen Interaktionen, die wir je gesehen haben zwischen den Teilchen, die Energie blieb immer. Sie kann umgewandelt werden aus einem Typ in einen anderen — ein potentieller, kinetischer, Masse, Ruhe, Chemische, Atomare, elektrische, etc. — aber nie zerstört wird und nicht verschwindet. Vor etwa hundert Jahren verwirrte Wissenschaftler ein Prozess: bei einigen radioaktiven распадах Zerfallsprodukte haben weniger Gesamtenergie als die ursprünglichen Reaktanten. Niels Bohr postuliert sogar, dass die Energie immer erhalten bleibt… außer wenn nicht. Aber Bor geirrt und es übernahm Pauli.

die Umwandlung des Neutrons in Proton, Elektron und антиэлектронное Neutrinos ist die Lösung des Problems der Erhaltung der Energie beim Beta-Zerfall

Pauli argumentierte, dass die Energie gespeichert werden soll, und noch im Jahre 1930 schlug vor, ein neues Teilchen: Neutrino. Diese «Neutrale Baby» nicht einmischen sollten elektromagnetisch und trägt eine geringe Masse und trägt die kinetische Energie. Angepasst wurden obwohl viele skeptisch, Experimente mit Produkten von Kernreaktionen schließlich verriet Neutrino und ein Antineutrino in den 1950er und 1960er Jahren, was half führen Physikern als Standard-Modell und zum Modell der schwachen nuklearen Wechselwirkungen. Dies ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie die theoretischen Vorhersagen können manchmal dazu führen, beeindruckenden Durchbruch beim erscheinen von geeigneten experimentellen Methoden.

Alle Teilchen, mit denen wir interagieren, sind energiereiche, instabile Pendants

Oft gesagt, dass der Fortschritt in der Wissenschaft treffen die phrase nicht «Heureka!», und «sehr lustig», und es ist irgendwie wahr. Wenn Sie Elektroskop laden — in dem zwei leitfähige Metall-Blatt verbunden mit einem anderen Leiter — beide Blätter erhalten die gleiche elektrische Ladung und in der Folge einander abstoßen. Aber wenn Sie dieses Elektroskop im Vakuum, die Blätter müssen nicht entladen werden, aber mit der Zeit erschöpft sind. Wie ist das zu erklären? Das beste, was uns eingefallen ist, aus dem Weltraum auf die Erde fallen energiereiche Partikel, die kosmischen Strahlen, und Ihre Produkte Kollisionen entladene Elektroskop.

Im Jahr 1912 VictorHess verbrachte Experimente auf der Suche nach diesen hochenergetischen Teilchen Heißluftballon auf und fand Sie im großen überfluß, indem er der Vater der kosmischen Strahlung. Mit dem Bau детекторную Kamera mit dem Magnetfeld, können Sie Messen wie die Geschwindigkeit und das Verhältnis der Ladung zur Masse, Kurven basierend auf den Bewegungen der Teilchen. Protonen, Elektronen und sogar die ersten Antimaterie-Teilchen wurden mit Hilfe dieser Methode, aber die größte überraschung kam im Jahr 1933, als Paul Kunze, arbeiten mit kosmischen Strahlen, entdeckte Spuren von Teilchen, wie ein Elektron… nur tausendmal schwerer.

Myon mit einer Lebensdauer von nur 2,2 Mikrosekunden später wurde experimentell bestätigt und entdeckt Carl Anderson und sein Student Seth Неддермайером, die cloud-Kamera auf der Erde. Später stellte sich heraus, dass zusammengesetzte Teilchen (Z. B. Proton und Neutron) und fundamentalen (Quarks, Elektronen und Neutrinos) — alle haben mehrere Generationen von schwereren verwandten, wobei das Myon ist das erste Teilchen «Generation 2», die jemals entdeckt.

das Universum begann mit dem Urknall, aber diese Entdeckung war ganz zufällig

In den 1940er Jahren George Gamow und seine Kollegen boten eine Radikale Idee: dass das Universum, das sich ausdehnt und abkühlt heute, war heiß und dicht in der Vergangenheit. Und wenn der Weg weit genug in die Vergangenheit, das Universum wird heiß genug, um zu ionisieren, die ganze Materie in Ihr, und noch weiter spaltet Atomkerne. Diese Idee wurde bekannt als der Urknall, und zusammen mit Ihr entstanden zwei wesentliche Annahmen:

• das Universum, mit dem wir begonnen haben, war nicht nur aus der Materie mit einfachen Protonen und Elektronen, sondern Bestand aus einer Mischung von leichten Elementen, die синтезировались in высокоэнергетической Jungen Universum.
• Wenn das Universum genug abgekühlt, um bildeten sich Neutrale Atome, ist, dass die hochenergetischen Emission veröffentlicht wurde und wurde in einer geraden eine halbe Ewigkeit, bis er etwas, wird durch die Rotverschiebung Energie verliert und mit der Expansion des Universums.

Entstanden ist die Annahme, dass diese «kosmische Mikrowellen-hintergrund» wird nur ein paar Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Im Jahr 1964 Arno Penzias und BOB Wilson zufällig entdeckt Nachleuchten des Urknalls. Die Arbeit mit радиоантенной im Labor von Bella, Sie fanden homogenes Rauschen überall, wohin Sie auch schauten in den Himmel. Es war nicht die Sonne, die Galaxie oder der Atmosphäre der Erde… Sie wussten einfach nicht, was es ist. Deshalb sind Sie wuschen Antenne, gereinigt Tauben, aber vom Lärm nicht losgeworden. Und nur dann, wenn die Ergebnisse zeigten, Physik, vertraut mit der detaillierten Vorhersagen der gesamten Принстонской Gruppe, die er mit Hilfe Radiometer bestimmte die Art des Signals und erkannte die Bedeutung der Funde. Zum ersten mal Wissenschaftler haben gelernt, über den Ursprung des Universums.

Im Rückblick auf jene wissenschaftlichen Kenntnisse, die wir heute haben, mit deren prognostische Kraft, und wie Jahrhunderte der Entdeckungen verändert unser Leben, wir соблазняемся sehen in der Wissenschaft eine nachhaltige Entwicklung Ideen. Aber tatsächlich ist die Geschichte der Wissenschaft chaotisch, voller überraschungen und voller Sporen.