Når du læres den vitenskapelige metoden, blir du vant til å følge en fin prosedyre for å få en ide om noe naturfenomen i vårt univers. Begynn med en idé, eksperimentere, test en ide eller motbevis den, avhengig av utfallet. Men i det virkelige liv viser det seg å være mye mer komplisert. Noen ganger kjører du et eksperiment, og resultatene avviker fra hva du forventet. Noen ganger krever en passende forklaring fantasi som går langt utover den logiske dommen til enhver rimelig person. Dagens fysiske univers er ganske godt forstått, men historien om hvordan vi kom dit er full av overraskelser. Her er fem flotte funn gjort på helt uforutsigbare måter.
Når kanonkulen kommer ut av kanonen bak trucken med nøyaktig samme hastighet som den beveger seg, er prosjektilets hastighet null. Hvis lyset flyr ut, beveger det seg alltid med lysets hastighet.
Lysets hastighet endres ikke når lyskilden er akselerert
Se for deg at du kaster ballen så langt som mulig. Avhengig av hvilken idrett du spiller, kan ballen akselereres til 150 km / t ved å bruke styrken på hendene. Se for deg at du er i et tog som beveger seg utrolig raskt: 450 km / t. Hvis du kaster ballen ut av toget i samme retning, hvor raskt vil ballen bevege seg? Bare legg opp hastigheten: 600 km / t, det er svaret. Tenk deg at i stedet for å kaste ballen, sender du ut en lysstråle. Legg til lyshastigheten til hastigheten på toget, så får du et svar som er … helt feil.
Dette var den sentrale ideen i Einsteins spesielle relativitetsteori, men selve funnet ble ikke gjort av Einstein, men av Albert Michelson på 1880-tallet. Det har ikke noe å si om du kastet en lysstråle i retning av jordens bevegelse eller vinkelrett på denne retningen. Lyset beveget seg alltid med samme hastighet: lysets hastighet i vakuum. Michelson designet interferometeret sitt for å måle jordens bevegelse gjennom eteren, og istedet banet veien for relativitet. Nobelprisen hans fra 1907 var det mest berømte nullpunktet i historien og det viktigste i vitenskapens historie.
Salgsfremmende video:
99,9% av massen til et atom er konsentrert i en utrolig tett kjerne
På begynnelsen av 1900-tallet mente forskere at atomer ble laget av vekslende negative elektroner (kakefylling) fanget i et positivt ladet medium (kake) som fyller all plass. Elektroner kan rives av eller fjernes, noe som forklarer fenomenet statisk elektrisitet. I mange år ble modellen av et sammensatt atom i et positivt ladet Thompson-underlag generelt akseptert. Inntil Ernest Rutherford turte å sjekke henne.
Rutherford skjøt høyt energi-ladede partikler (fra radioaktivt forfall) til den tynneste tallerkenen med gullfolie, og forventet at alle partiklene skulle passere. Og noen gikk forbi og noen spratt tilbake. For Rutherford var det helt utrolig: som om du fyrte en kanonkule inn i et serviett og det spratt av gårde.
Rutherford oppdaget en atomkjerne som inneholdt nesten hele massen til et atom, innelukket i et volum som okkuperte en kvadrilljon (10-15) av størrelsen på hele atomet. Det markerte fødselen av moderne fysikk og banet vei for kvante revolusjonen i det 20. århundre.
"Manglende energi" førte til oppdagelsen av den minste, nesten usynlige partikkelen
I alle samhandlingene som vi noen gang har sett mellom partikler, har energi alltid blitt bevart. Det kan transformeres fra en type til en annen - potensial, kinetisk, masse, hvile, kjemisk, atomisk, elektrisk, etc. - men det faller aldri sammen eller forsvinner. For rundt hundre år siden ble forskere forundret over en prosess: i noen radioaktive forfall har forfallsproduktene lavere totalenergi enn de opprinnelige reagensene. Niels Bohr postulerte til og med at energi alltid er bevart … bortsett fra når ikke. Men Bohr tok feil, og Pauli begynte å jobbe.
Konvertering av nøytron til proton, elektron og anti-elektron nøytrino er løsningen på problemet med energibesparing i beta-forfall
Pauli hevdet at energi burde bevares, og tilbake i 1930 foreslo en ny partikkel: nøytrinoen. Denne "nøytrale krummen" skal ikke samvirke elektromagnetisk, men overfører en liten masse og bærer bort kinetisk energi. Selv om mange var skeptiske, identifiserte eksperimenter med kjernefysiske reaksjonsprodukter til slutt både nøytrinoer og antineutrino på 1950- og 1960-tallet, noe som bidro til å føre fysikere til både standardmodellen og modellen til svake kjernefysiske interaksjoner. Dette er et fantastisk eksempel på hvordan teoretiske forutsigelser noen ganger kan føre til imponerende gjennombrudd når passende eksperimentelle metoder er tilgjengelige.
Alle partiklene vi samhandler med har høye energi, ustabile kolleger
Det sies ofte at fremskritt i vitenskap ikke blir møtt med uttrykket "eureka!", Men "veldig morsomt", og dette er delvis sant. Hvis du lader et elektroskop - der to ledende metallplater er koblet til en annen leder - vil begge arkene få den samme elektriske ladningen og vil avvise hverandre som et resultat. Men hvis du setter dette elektronoskopet i et vakuum, bør ikke arkene tømme, men vil tømme ut over tid. Hvordan kan dette forklares? Det beste som kom til tankene våre er at partikler med høy energi, kosmiske stråler, faller fra verdensrommet til jorden, og produktene fra deres kollisjoner slipper ut elektronoskopet.
I 1912 gjennomførte Victor Hess eksperimenter for å søke etter disse høyenergipartiklene i en ballong og oppdaget dem i stor overflod og ble far til kosmiske stråler. Ved å bygge et detektorkammer med magnetfelt kan du måle både hastighet og forholdet mellom ladning og masse basert på partikkelbevegelseskurver. Protoner, elektron og til og med de første partiklene av antimaterie ble oppdaget ved bruk av denne metoden, men den største overraskelsen kom i 1933 da Paul Kunze, arbeider med kosmiske stråler, oppdaget sporet av en partikkel som så ut som et elektron … bare tusenvis av ganger tyngre.
En muon med en levetid på bare 2,2 mikrosekunder ble senere bekreftet eksperimentelt og oppdaget av Karl Anderson og hans student Seth Neddermeier ved hjelp av et skykamera på jorden. Senere viste det seg at sammensatte partikler (for eksempel et proton og et nøytron) og grunnleggende (kvarker, elektroner og nøytrinoer) alle har flere generasjoner med tyngre slektninger, med muon som den første "generasjon 2" -partikkel som noen gang er oppdaget.
Universet begynte med en eksplosjon, men denne oppdagelsen var helt tilfeldig
På 1940-tallet kom Georgi Gamov og kollegene på en radikal ide: at universet, som ekspanderer og avkjøles i dag, var varmt og tett i fortiden. Og hvis du går langt nok tidligere, vil universet være varmt nok til å ionisere alt det som ligger i det, og enda lenger - bryter atomkjerner. Denne ideen ble kjent som Big Bang, og med den oppsto to store spekulasjoner:
- Universet vi startet med var ikke bare laget av materie med enkle protoner og elektroner, men besto av en blanding av lyse elementer som ble syntetisert i et ungt univers med høyt energi.
“Da universet avkjølte seg nok til å danne nøytrale atomer, ble denne høyeenergi-strålingen frigitt og begynte å bevege seg i en rett linje i evigheter til den kolliderte med noe, gikk gjennom rødskift og mistet energi når universet ekspanderte.
Det har blitt antydet at denne "kosmiske mikrobølgebakgrunnen" bare vil være et par grader over absolutt null.
I 1964 oppdaget Arno Penzias og Bob Wilson tilfeldigvis ettergløden fra Big Bang. Arbeidet med en radioantenne på Bells laboratorium fant de jevn støy uansett hvor de så på himmelen. Det var ikke solen, galaksen eller jordens atmosfære … de visste bare ikke hva det var. Derfor vasket de antennen, fjernet duene, men ble ikke kvitt støyen. Det var først da resultatene viste en fysiker som var kjent med de detaljerte spådommene for hele Princeton-gruppen, at han bestemte typen signal med et radiometer og innså viktigheten av funnet. For første gang lærte forskere om universets opprinnelse.
Når vi ser tilbake på den vitenskapelige kunnskapen vi har i dag, med dens forutsigbare krefter, og på hvordan århundrer med oppdagelse har forandret livene våre, blir vi fristet til å se en bærekraftig utvikling av ideer i vitenskapen. Men faktisk er vitenskapens historie kaotisk, full av overraskelser og full av kontroverser.
