خمسة غير متوقعة وكبيرة اكتشافات الفيزياء

عندما كنت أدرس المنهج العلمي ، أن تعتاد على تتبع دقيق الإجراء للحصول على فكرة عن ظاهرة طبيعية الكون. تبدأ مع الأفكار تجربة اختبار فكرة أو دحضها اعتمادا على النتيجة. ولكن في الحياة الحقيقية كل شيء أكثر تعقيدا بكثير. في بعض الأحيان كنت تنفق التجربة ونتائجها تختلف عن ما هو متوقع. في بعض الأحيان تفسير مناسب يتطلب مظهرا من مظاهر الخيال الذي يذهب إلى أبعد من المنطقي الحكم على أي شخص عاقل. اليوم البدنية الكون تماما مفهومة جيدا ، ولكن قصة كيف وصلنا إلى هذا المكان مليء بالمفاجآت. قبل خمسة اكتشافات كبيرة مصنوعة بطرق غير متوقعة.

عندما نواة تعطل من المسدس إلى الجزء الخلفي من شاحنة مع بالضبط نفس السرعة كما تتحرك سرعة المقذوف هو صفر. إذا كان النور دائما يتحرك بسرعة الضوء.

سرعة الضوء لا تتغير أثناء التسارع من مصدر الضوء

تخيل أنك لرمي الكرة إلى أقصى حد ممكن. اعتمادا على ما الرياضة تلعب الكرة يمكن أن تسارع إلى 150 كم/ساعة باستخدام قوة السلاح. الآن تخيل أن كنت على متن القطار الذي يتحرك سريع بشكل لا يصدق: 450 كم/ساعة إذا قمت بإسقاط الكرة من القطار تتحرك في نفس الاتجاه ، كيف سريع فإن الكرة تتحرك ؟ فقط باختصار السرعة: 600 كم/ساعة, هذا هو الجواب. الآن تخيل أنه بدلا من الاضطرار إلى رمي الكرة ، ينبعث شعاع من الضوء. إضافة سرعة الضوء إلى سرعة القطار و الحصول على استجابة من شأنها أن… خاطئ تماما.

لقد كانت الفكرة المركزية في النظرية النسبية الخاصة ، ولكن الافتتاح الفعلي لم أينشتاين و ألبرت ميكلسون في 1880s. و مهما كنت سوف تنتج شعاع من الضوء في اتجاه الأرض حركة أو عمودي على هذا الاتجاه. النور دائما انتقلت مع نفس السرعة: سرعة الضوء في الفراغ. نيكلسون وضعت له السابر قياس حركة الأرض خلال الأثير ، و بدلا من ذلك مهد الطريق النسبية. له جائزة نوبل في عام 1907 أصبح الأكثر شهرة في التاريخ من الصفر النتيجة الأكثر أهمية في تاريخ العلم.

99.9% من كتلة الذرة تتركز في كثيفة بشكل لا يصدق الأساسية

في أوائل القرن 20th ، ويعتقد العلماء أن ذرات مصنوعة من التحولات من الإلكترونات المشحونة سلبا (كعكة محشوة) المغلقة في مشحونة بشكل إيجابي البيئة (الكعكة) التي تملأ الفضاء كله. الإلكترونات يمكن أن مزق أو إزالتها ، وهو ما يفسر ظاهرة الكهرباء الساكنة. لسنوات مركب نموذج الذرة في مشحونة بشكل إيجابي الركيزة طومسون المقبولة. في حين إرنست رذرفورد قررت عدم التحقق من ذلك.

إطلاق الطاقة العالية الجسيمات المشحونة (من الاضمحلال الإشعاعي) صفيحة رقيقة من رقائق الذهب ، راذرفورد يتوقع كل من جزيئات تمر عبر. و بعض منها من خلال بعض المرتجعة. بالنسبة رذرفورد كان لا يصدق على الاطلاق: إذا أطلق تسديدة صاروخية في الأنسجة, و ارتد.

اكتشف رذرفورد النواة الذرية ، الذي يتضمن تقريبا كل كتلة الذرة هي المغلقة في التخزين التي تحتل واحدة كوادريليون (10^-15) حجم الذرة. هذه علامة ولادة الفيزياء الحديثة و مهدت الطريق أمام ثورة الكم من القرن 20th.

"الطاقة المفقودة" قد أدى إلى اكتشاف صغيرة غير مرئية تقريبا جزيئات

في كل التفاعلات التي شهدنا من أي وقت مضى بين جزيئات الطاقة هو دائما الحفاظ عليها. يمكن تحويلها من نوع إلى آخر المحتملة, الحركية, الشامل, السلام, الكيميائية, النووية, الكهربائية, الخ. — ولكن لم تدمر وتختفي. قبل مئات السنين كان العلماء في حيرة من عملية واحدة: في بعض المشعة يضمحل, منتجات الاضمحلال يكون أقل من مجموع الطاقة من الأصلي المتفاعلة. نيلز بور حتى افترض أن الطاقة هي دائما حفظ… إلا عندما لا. ولكن Bohr كان خطأ واستغرق باولي.

تحول النيوترون إلى بروتون, الإلكترون والنيوترينو antielectron هو الحل لمشكلة الطاقة في اضمحلال بيتا

باولي القول أن الطاقة يجب أن يتم حفظها ، و في عام 1930 اقترح الجسيمات الجديدة: النيوترينو. هذا "الحياد الطفل" يجب أن لا تتفاعل مع الكهرومغناطيسية, ويحمل كتلة صغيرة و يحمل بعيدا من الطاقة الحركية. على الرغم من أن العديد من المتشككين تجارب مع منتجات من التفاعلات النووية في نهاية المطاف كشفت النيوترونات antineutrinos في عام 1950 المنشأ و 1960 المنشأ ، مما ساعد على قيادة الفيزيائيين كمعيار نموذج إلى نموذج من ضعف التفاعلات النووية. هذا هو مثال مذهل كيف التنبؤات النظرية في بعض الأحيان يمكن أن يؤدي إلى طفرة هائلة عندما مناسب الطرق التجريبية.

جميع الجسيمات التي تتفاعل عالية الطاقة غير مستقرة ، نظرائهم

كثيرا ما يقال أن التقدم في العلم لا يجتمع مع عبارة "يوريكا!" "مضحك جدا", وهذا صحيح جزئيا. إذا كنت تهمة المكشاف الكهربائي, موصل ورقة معدنية متصلة إلى آخر موصل — كل ورقة لها نفس الشحنة الكهربائية نتيجة صد بعضها البعض. ولكن إذا كنت وضعت المكشاف الكهربائي في الفراغ ، أوراق لا ينبغي تفريغها ، ولكن في نهاية المطاف تفريغها. كيف يمكن تفسير ذلك ؟ أفضل أن جاء إلى الذهن من الفضاء إلى الأرض على الجسيمات العالية الطاقة, الأشعة الكونية و المنتجات من الاصطدامات تبرأ المكشاف الكهربائي.

في عام 1912, فيكتورهيس أجريت تجارب على البحث عن هذه الجسيمات العالية الطاقة في منطاد الهواء الساخن وجدت في وفرة كبيرة ، ليصبح الأب من الأشعة الكونية. بناء غرفة الكشف مع المجال المغناطيسي, يمكنك قياس سرعة و نسبة الشحنة إلى الكتلة على أساس منحنيات حركات الجسيمات. البروتونات ، الإلكترونات ، وحتى أول جسيم من المادة المضادة اكتشفت مع مساعدة من هذا الأسلوب ، ولكن المفاجأة الأكبر في عام 1933 عندما بول كونز ، والعمل مع الأشعة الكونية ، وجدت أثر من الجسيمات مماثلة الإلكترون… فقط آلاف المرات أثقل.

الميون مع عمر فقط 2.2 ميكروثانية في وقت لاحق أكدت تجريبيا اكتشف كارل أندرسون و طالبة سيث Neddermeyer باستخدام سحابة الكاميرا على الأرض. في وقت لاحق اتضح أن المركبة الجسيمات (مثل البروتون و النيوترون) الأساسية (الكواركات ، الإلكترونات ، النيوترونات) — عدة أجيال من أثقل الأقارب ، الميون هو الجزء الأول من "الجيل 2" اكتشف من أي وقت مضى.

الكون بدأ مع الانفجار, ولكن الاكتشاف كان عشوائي تماما

في عام 1940 جورج جامو وزملاؤه اقترح فكرة متطرفة: أن الكون الذي يتمدد ويبرد اليوم كانت ساخنة وكثيفة في الماضي. وإذا كنت تذهب بعيدا بما فيه الكفاية في الماضي الكون وهو ساخن بما فيه الكفاية تأيين كل المسألة في ذلك ، وحتى أبعد من ذلك — تنقسم نواة الذرة. هذه الفكرة أصبح يعرف باسم "الانفجار الكبير" و كان لها مع اثنين خطيرة الافتراضات:

• الكون التي بدأنا ، ليس فقط مسألة بسيطة البروتونات و الإلكترونات ، بل يتألف من خليط من العناصر الخفيفة التي تم تصنيعه في الطاقة العالية الشباب الكون.
• عند الكون يبرد بما فيه الكفاية لتشكيل ذرات محايدة ، الطاقة العالية الإشعاع صدر وبدأت في التحرك في خط مستقيم إلى الأبد حتى تصل إلى شيء ، تذهب من خلال الانزياح نحو الأحمر و تفقد الطاقة مع توسع الكون.

وقد أشير إلى أن هذه "الخلفية الكونية الميكروويف" سوف يكون فقط بضع درجات فوق الصفر المطلق.

في عام 1964 ، Arno Penzias وبوب ويلسون اكتشفت بالصدفة شفق الانفجار الكبير. العمل مع هوائي الراديو في مختبرات بيل ، وجدوا موحدة الضوضاء في كل مكان نظرت إلى السماء. كان لا الشمس, المجرة أو الجوي للأرض… أنها فقط لا تعرف ما هو عليه. بحيث تنظيف هوائي, إزالة الحمام ، ولكن الضوضاء أبدا هرب. وفقط عندما أظهرت النتائج الفيزياء على دراية مفصلة التوقعات كامل برينستون الفريق أنه مع مساعدة من الاشعاع تحديد نوع إشارة وأدركت أهمية النتائج. لأول مرة العلماء حول أصل الكون.

إذا نظرنا إلى الوراء على المعرفة العلمية التي لدينا اليوم ، مع القوة التنبؤية ، وكيف قرون من الاكتشافات التي غيرت حياتنا ، فإننا نميل إلى رؤية في علم التنمية المستدامة الأفكار. ولكن في الواقع فإن تاريخ العلم هو فوضوي مليئة بالمفاجآت و كاملة من الجراثيم.