Чего только не сотворили ученые и исследователи во благо науки. Какие только безумные эксперименты они не ставили, чтобы открыть что-то новое. Все это сейчас может вызывать улыбку или, наоборот, недоумение из-за странности происходившего, но тогда это было действительно важно, а о том, что это будет странно, никто и не догадывался. Тем не менее многим из таких экспериментов мы обязаны тем, что сейчас у нас есть. В этой статье вам предлагается подборка самых странных, необычных, крутых и очень важных исследований, которые когда-либо проводились. Возможно, они привели к открытию того, чем вы пользуетесь в обычной жизни.
Научные эксперименты
Даже мы, простые люди, каждый день ставим эксперименты, результат которых влияет на нашу жизнь. Например, что будет, если погреть котлеты в микроволновке не 40, а 50 секунд? Или что будет, если поехать домой не так, а вот так, будет ли это быстрее? Как не странно, это тоже эксперименты, которые помогают нам понять мир. Примерно тем же занимаются ученые.
Самые удачные эксперименты меняют многое и остаются в истории. Можно сказать, что это нерукотворный памятник нашему пытливому уму и стремлению человечества двигаться вперед и покорять новые научные вершины.
Ниже я приведу примеры удачных экспериментов и даже один научный провал, который покажет, что не все всегда идет так, как задумано, даже если изначально эксперимент был очень крутым.
Измерение мира Эратосфеном
Это исследование было проведено в конце третьего века до нашей эры энтузиастом — ученым по имени Эратосфен, родившимся в 276 году до н.э. в Кирене (греческое поселение на территории современной Ливии).
Эратосфен постоянно переключался с одного на другое, так как был очень увлекающимся человекам. При этом он работал библиотекарем в знаменитой Александрийской библиотеке. Именно там он провел свой знаменитый эксперимент. Он слышал, что в городе Сиене на реке Нил (современный Асуан) полуденное солнце светило прямо, не отбрасывая тени, в день летнего солнцестояния. Заинтригованный Эратосфен измерил тень, отбрасываемую вертикальной палкой в Александрии в тот же день и время. Он определил, что угол солнечного света там составляет 7,2 градуса или 1/50 от круга в 360 градусов.
Вклад Эратосфена в географию нельзя переоценить.
Греки знали, что Земля сферическая. Эратосфен решил, что зная расстояние между двумя городами и то, что угол тени составляет 1/50 от полной окружности, можно перемножить эти два значения и получить длину окружности Земли. В итоге, он получил цифру 45 700 километров. Реальная длина окружности составляет примерно 40 000 километров.
Учитывая точность измерительных приборов того времени и то, что расстояние между городами было определено с погрешностью, можно сказать, что его вывод оказался очень даже точным, а отклонение не такое уж и большое. Именно он, увлекаясь подобными измерениями, придумал науку географию, отцом которой его считают до сих пор.
Кто открыл пульс и течение крови
О крови и о том, как она течет внутри живых организмов, говорили многие, включая Галена — греческого врача-философа, теория которого просуществовала около полутора тысяч лет. Но только в 1628 году была опубликована иная теория, которая изменила все.
Опубликовал ее Уильям Харви, который был королевским врачом при дворе Джеймса I. Такая работа давала ему время и деньги на исследования, которыми он с удовольствием занимался, иногда ставя очень странные и даже жуткие эксперименты.
Кровь — основа организма. И ее изучение очень важно.
Например, Харви публично нарезал животных, чтобы показать, что внутри них очень мало крови. Также он проводил эксперименты на змеях, показывая, что если зажать сосуды, которые ведут к сердцу, то оно сжимаемся и белеет, а если те, которые из него выходят, то оно распухает. Так он доказал течение крови через сердце.
Он также ставил эксперименты на добровольцах. В частности, перекрывая ток крови к конечностям, чтобы понять, как она циркулирует по организму человека.
В результате своих исследований он сделал вывод, что кровь течет по двум кругам, формируется в печени из еды, которую люди едят, и обязательно проходит через легкие, насыщаясь ”духом”. Но в любом случае, она двигается по всему телу, заходя даже в самые удаленные его уголки.
Это сейчас мы знаем, что кровь течет через легкие. Когда-то этого не знали.
Свою теорию он опубликовал в 1628 году в книге De Motu Cordis (Движение сердца). Его подход, основанный на фактических данных, изменил медицинскую науку, и сегодня он признан отцом современной медицины и физиологии.
Кто открыл генетику
Ребенок всегда похож на родителей — от небольшого сходства до полноценной копии. Многие люди во все времена задавались вопросом, зачем это нужно.
Ответы на эти вопросы стали появляться примерно 150 лет назад от ученого, родившегося на территории нынешней Чешской республики в 1822 году. У родителей Грегора Менделя не было денег на образование детей и в 1843 году он присоединился к августинскому ордену, монашеской группе, которая делала упор на исследования и обучение.
Укрывшись в монастыре в Брно, застенчивый Грегор сразу начал интересоваться наукой. Сначала он пробовал скрещивать цветы, получая новые оттенки и форму лепестков. Особенно его привлекали фуксии. Потом он переключился на горох, тщательно документируя свои опыты и доказав, что при скрещивании зеленого и желтого гороха всегда получается желтый. Однако скрещивание этих двух желтых ”потомков” периодически снова выдавало зеленый горох.
К генетике пришли через растения.
Он опередил свое время. Его исследованиям уделялось мало внимания в свое время, но спустя десятилетия, когда другие ученые обнаружили и воспроизвели эксперименты Менделя, они стали рассматриваться как прорыв.
Гениальность экспериментов Менделя заключалась в том, что он сформулировал простые гипотезы, которые очень хорошо объясняют некоторые вещи, вместо того, чтобы сразу решать все сложности наследственности. Так он заложил основы генетики и дал современным ученым отличную базу для развития.
Как открыли цветовые спектры света
Исаак Ньютон во время вспышки чумы в его студенческом городке пережидал эпидемию в другом месте и часто заходил на местный рынок, где раздобыл детскую игрушку в виде призмы. Она просто показывала, что в нее входит свет, а на выходе получается радуга. Это было все, что она могла дать, но Ньютон начал изучать ее более внимательно и сделал важное открытие.
Он доказал, что привычный свет разбивается на цветовые спектры. Это открытие позволило создать науку под названием оптика, являющуюся неотъемлемой частью современной физики.
Чтобы доказать, что дело было не в призме, он пропускал свет через одну призму, а один из выделенных цветовых потоков — через другую. Он не менял свой цвет, значит дело было не в призме и она не могла изменить проходящий через нее свет, окрасив его.
Все пользовались этими призмами, но никто не думал, как они работают.
В оригинальной статье 1672 года Ньютон недостаточно полно описал установку, с которой он работал, поэтому его современники изо всех сил старались повторить эксперимент, но им это не удавалось. Впрочем, результаты никто не ставил под сомнение, так как они были очень убедительными.
Ньютон творил много странных вещей, включая углубление в библейскую нумерологию, оккультизм и втыкание иголок в свои веки, но все это не помешало ему сделать много важных открытий и увековечить свое имя в истории.
Как распространяются световые волны
Если что-то сказать, то за счет вибрации воздуха звук передается в уши слушателя. Если бросить камень, то по воде идут волны, но у них всегда есть среда, в которой они движутся. Свет проходит и через воздух, и через воду, и даже через вакуум.
Именно это и вызывало вопросы в конце 19-го века. Никто не понимал, почему нет среды, но есть движение света. Единственным объяснением было существование светоносного эфира.
Работая вместе в Университете Западного Кейса в Огайо, Альберт Майкельсон и Эдвард Морли намеревались доказать существование этого эфира. То, что у них получилось, является возможно самым известным неудавшимся экспериментом в истории.
Альберт Майкельсон.
Гипотеза ученых заключалась в следующем: когда Земля вращается вокруг Солнца, она постоянно проходит сквозь эфир, создавая эфирный ветер. Когда путь светового луча движется в том же направлении, что и ветер, свет должен двигаться немного быстрее по сравнению с движением ”против ветра”.
В начале 1880-х годов Майкельсон изобрел тип интерферометра, инструмента, который объединяет источники света. Интерферометр Майкельсона излучает свет через одностороннее зеркало. Свет разделяется на две части и получающиеся лучи движутся под прямым углом друг к другу. Через некоторое время они отражаются от зеркал назад к центральному месту встречи. Если световые лучи приходят в разное время из-за какого-то искажения (скажем, от эфирного ветра), они создают характерную интерференционную картину.
Исследователи защитили свой прибор от вибраций, поместив его на твердую плиту из песчаника, и изолировали его в подвале здания кампуса. Майкельсон и Морли медленно поворачивали плиту, ожидая увидеть интерференционные картины, когда световые лучи синхронизируются с направлением эфира, но скорость света не менялась.
В итоге эксперимент провалился, но ученые не сдавались и в 1907 году Майкельсон стал первым американцем, получившим Нобелевскую премию за исследования на основе оптических приборов. А сомнения в теории эфира положили начало исследованиям многих других ученых. В том числе именно это косвенно привело к открытию Альбертом Эйнштейном теории относительности.
Эксперимент Марии Кюри
Мария Кюри является одной из немногих женщин, имена которых отмечены в больших экспериментах.
Родившись в 1867 году в Варшаве, она иммигрировала в Париж в возрасте 24 лет, чтобы получить возможность продолжить изучение математики и физики. Там она познакомилась и вышла замуж за физика Пьера Кюри. При всем ее таланте и способностях, она бы, скорее всего, не закрепилась в научных кругах, если бы не он. При этом именно она выдвигала основные идеи в той области, в которой они делали открытия.
Для своей докторской диссертации в 1897 году Мари начала исследовать новомодный вид излучения, похожий на рентгеновские лучи и обнаруженный всего годом ранее. Используя прибор, называемый электрометром, созданный Пьером и его братом, Мари измерила таинственные лучи, испускаемые торием и ураном. Независимо от минералогического состава элементов (один был желтым кристаллом, а второй — черным порошком) интенсивность излучения менялась исключительно в зависимости от количества самого элемента.
Мария Кюри — одна из главных женщин в науке.
Кюри пришла к выводу, что радиоактивность — термин, который она придумала — была неотъемлемым свойством отдельных атомов, вытекающим из их внутренней структуры. До этого момента ученые считали атомы элементарными и неделимыми. Мари открыла дверь для понимания материи на более фундаментальном, субатомном уровне.
Кюри была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию в 1903 году, и одной из немногих людей вообще, получивших вторую Нобелевскую премию в 1911 году (за ее более поздние открытия элементов радия и полония).
Что такое собака Павлова
Наверное, этот эксперимент является самым нарицательным и слова ”собака Павлова” часто применяют, когда говорят о какой-либо привычке.
Российский физиолог Иван Павлов даже получил Нобелевскую премию в 1904 году за свою работу с собаками, исследуя, как слюна и желудочный сок переваривают пищу. Исследование может показаться странным и малозначительным, но именно оно дало ответы на многие вопросы, касающиеся пищеварения.
Павлов и его ученики провели эксперимент с группой собак. Одним сначала показывали еду, а потом кормили их, а вторая группа присоединилась на более поздней стадии эксперимента. В результате выяснилось, что те собаки, которые знали, что после того, как они видели еду, они ее получат, начинали вырабатывать слюну и желудочный сок заранее. Вторая группа не показывала такого результата.
Павлов много экспериментировал с собаками.
Позже эксперимент повторяли с символами, которые собаки видели перед кормлением. Например, загорающийся свет. В итоге было выяснено, что выработка слюны и желудочного сока является рефлекторной и не зависит от сознательных действий.
Так же эксперимент показал, что рефлексы могут быть условными и безусловными. То есть не все рефлексы ”зашиты” в организм изначально и могут приобретаться по мере развития. Попытка отказаться от таких приобретенных рефлексов сейчас лежит в основе многих видов терапии.
Является ли электрон частицей заряда
Двадцатый век стал для физики бурным временем: в течение чуть более десяти лет мир познакомился с квантовой физикой, специальной теорией относительности и электронами — первым доказательством того, что атомы имеют делимые части.
Надо было понять, являются ли электроны носителями заряда. Тут к делу и подключился Роберт Милликан, который до этого не добился особых высот в физике.
В своей лаборатории в Чикагском университете он начал работать с контейнерами с густым водяным паром, называемыми облачными камерами, и изменять напряженность электрического поля внутри них. Облака капель воды образовывались вокруг заряженных атомов и молекул, прежде чем спуститься под действием силы тяжести. Регулируя напряженность электрического поля, он мог замедлить или даже остановить падение капель, противодействуя гравитации с помощью электричества.
Пойди разберись с этими электронами.
Позже Милликан и его ученики поняли, что с водой работать сложно, так как она быстро испаряется. В итоге они перешли на масло, которое разбрызгивалось при помощи распылителя от духов.
Все более изощренные эксперименты с каплями масла в конечном итоге определили, что электрон действительно представляет собой единицу заряда. Они оценили его значение с большой точностью. Это был переворот для физики элементарных частиц
Как частицы образуют волны
Как думаете, свет — это частица или волна? Многие ученые остановились на том, что свет — это частица, основываясь на экспериментах Ньютона с призмами. Но доказательства Томаса Янга разрушили это убеждение.
Янг интересовался всем — от египтологии (он помог расшифровать Розеттский камень) до медицины и оптики. Чтобы исследовать сущность света, в 1801 году Янг подготовил эксперимент. Он проделал две тонкие щели в непрозрачном объекте, пропустил сквозь них солнечный свет и наблюдал, как лучи отбрасывают ряд ярких и темных полос на экране. Разные участки Янг объяснял тем, что свет распространяется волнообразно, как рябь на пруду, с гребнями и впадинами от разных световых волн, усиливающими и компенсирующими друг друга.
Розеттский камень — плита из гранодиорита, которую нашли в 1799 году в Египте недалеко от города Розетта, рядом с Александрией. На нем были выбиты три идентичные по смыслу текста, в том числе два на древнеегипетском языке.
Хотя современные физики в начале отвергли выводы Янга, повторение его экспериментов с двумя щелями показало, что частицы света действительно движутся, как волны. Дальнейшие эксперименты доказывали, что такое распространение света возможно только в том случае, если частицы движутся, как волны. Это открытие и его особенности в том числе лежат в основе квантовой физики.
Свет тоже состоит из волн.
Доказательство процветания биологических видов
К 1960-м годам экологи пришли к соглашению, что среды обитания процветают главным образом благодаря разнообразию видов в них. Считалось, что изменение соотношения представителей этих видов не приводит к изменению всей среды обитания. Но Роберт Пейн был с этим не согласен.
Пейн провел свои эксперименты, связанные с исключением морских звезд из приливных бассейнов вдоль побережья штата Вашингтон. Оказалось, что уничтожение этого единственного вида может дестабилизировать целую экосистему.
В этой экосистеме важна каждая рыбка.
Без морских звезд их добычу начали поглощать мидии, сильно увеличивая свою популяцию. Это приводило к тому, что они начали вытеснять водоросли и занимать их место. В итоге вся экосистема превратилась просто в рассадник мидий.
Открытие Пейна оказало большое влияние на сохранение видов живых организмов, доказав, что надо сохранять не отдельные виды, а целые экосистемы.
Так открытие Пейна перевернуло взгляд на всю систему взаимодействия живых организмов. Он умер в 2016 году и в последние годы много работал над изучением влияния человека на исчезновение видов, в том числе и за счет глобального потепления.
