Цивилизация и физика XXI века. Открытия в физике 21 века реферат

Самые важные научные открытия XXI века

Что сулит наступающий век..

- Человечество - будь оптимистом

экспонента есть вечный разбег

мы хозяева, а не туристы !

  Начало XXI века ознаменовано большим количеством научных открытий. Но за ними просто таки выстроилась вереница вопросов, которые заставляют учёный мир задуматься: а ведь на самом деле всё не так просто, как кажется даже светилам науки.

Поиски истины всё чаще и чаще направляют неугомонный человеческий разум в сторону познания многогранных проявлений неизведанного мироздания, начиная от строения атома и заканчивая космическим пространством.

За 15 лет с начала нового тысячелетия люди и не заметили, что попали в иной мир: мы живем в другой Солнечной системе, умеем ремонтировать гены и управлять протезами силой мысли. Ничего этого в XX столетии не было.

ГЕНЕТИКА

Геном человека полностью секвенирован

Робот сортирует ДНК человека в чашках Петри для проекта The Human Genome

Проект «Человеческий геном» (The Human Genome Project) начался в 1990 году, в 2000-м был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном — в 2003 году. Однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков еще не закончен. В основном он был выполнен в университетах и исследовательских центрах США, Канады и Великобритании. Секвенирование генома имеет решающее значение для разработки лекарств и понимания того, как устроено человеческое тело.

Генная инженерия вышла на новый уровень

В последние годы был разработан революционный метод манипуляции ДНК при помощи так называемого CRISP-механизма. Эта методика позволяет избирательно редактировать определенные гены, что раньше было невозможно.

МАТЕМАТИКА

Доказана теорема Пуанкаре

В 2002 году российский математик Григорий Перельман доказал теорему Пуанкаре, одну из семи задач тысячелетия (важные математические проблемы, решение которых не найдено в течение десятков лет). Перельман показал, что исходная трехмерная поверхность (если в ней нет разрывов) обязательно будет эволюционировать в трехмерную сферу. За эту работу он получил престижную «медаль Филдса», аналог Нобелевской премии в математике.

АСТРОНОМИЯ

Открыта карликовая планета Эрида

Впервые Эриду сфотографировали еще 21 октября 2003 года, но заметили на снимках только в начале 2005-го. Ее открытие стало последней каплей в спорах о судьбе Плутона (продолжать ли его считать планетой или нет), что изменило привычный образ Солнечной системы.

Обнаружена вода на Марсе

В 2005 году аппарат «Марс Экспресс» Европейского космического агентства обнаружил большие залежи водяного льда недалеко от поверхности — это очень важно для последующей колонизации Красной планеты.

ФИЗИКА

Глобальное потепление — быстрее, чем ожидалось

В 2015 году ученые из Всемирного центра мониторинга ледников при Цюрихском университете (Швейцария) под руководством доктора Михаэля Цемпа, работая совместно с коллегами из 30 стран, установили, что темп таяния ледников на Земле к настоящему времени, по сравнению c усредненными показателями за XX век, вырос в два-три раза.

Обнаружена квантовая телепортация

Такая телепортация отличается от телепортации, о которой любят говорить фантасты, — при ней материя или энергия не передаются на расстояние. Эксперименты по передаче квантовых состояний на большие расстояния были удачно проведены за последние 15 лет не менее чем десятком научных групп. Квантовая телепортация очень важна для создания сверхзащищенных шифров и квантовых компьютеров.

Экспериментально подтверждено существование графена

Его двумерная (толщиной в один атом) кристаллическая решетка проявляет необычные электрофизические свойства. Впервые графен был получен Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году (Нобелевская премия за 2010-й). Его планируется использовать в электронике (в сверхтонких и сверхбыстрых транзисторах), композитах, электродах и т. д. Кроме того, графен — второй по прочности материал на свете (на первом месте — карбин).

Доказано существование кварк-глюонной плазмы

В 2012 году эксперименты физиков, работающих с ускорителем RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), попали в Книгу рекордов Гиннесса с формулировкой «за самую высокую температуру, полученную в лабораторных условиях». Сталкивая ионы золота на ускорителе, ученые добились возникновения кварк-глюонной плазмы с температурой 4 триллиона °С (в 250 тысяч раз горячее, чем в центре Солнца). Спустя примерно микросекунду после Большого взрыва Вселенная была наполнена как раз такой плазмой.

Найден бозон Хиггса

Существование этой элементарной частицы, отвечающей за массу всех прочих частиц, теоретически было предсказано Питером Хиггсом еще в 1960-х годах. А найдена она была во время экспериментов на Большом адронном коллайдере в 2012-м (за что Хиггс, совместно с Франсуа Энглером, получил Нобелевскую премию 2013 года).

БИОЛОГИЯ

Людей поделили на три энтеротипа

В 2011 году ученые из Германии, Франции и нескольких других исследовательских центров доказали, что по генетике населяющих нас бактерий люди делятся на три категории, или энтеротипа. Энтеротип человека проявляется в разной реакции на еду, лекарства и диеты, и потому стало ясно, что никаких универсальных рецептов в этих областях существовать не может.

Создана первая синтетическая бактериальная клетка

В 2010 году ученые из Института Крейга Вентера (был одним из лидеров гонки по расшифровке человеческого генома) создали первую полностью синтетическую хромосому с геномом. Когда ее встроили в бактериальную клетку, лишенную генетического материала, она начала функционировать и делиться по предписанным новым геномом законам. В перспективе синтетический геном позволит создавать вакцины против новых вирусных штаммов за часы, а не за недели, производить эффективное биотопливо, новые пищевые продукты и т. д.

Удачно записаны и перезаписаны воспоминания

Начиная с 2010 года несколько исследовательских групп (США, Франция, Германия) научились записывать в мозг мышей ложные воспоминания, стирать реальные, а также превращать приятные воспоминания в неприятные. До человеческого мозга дело пока не дошло, но осталось недолго.

Получены «этичные» (не из эмбрионов) плюрипотентные стволовые клетки

В 2012 году Синъя Яманака совместно с Джоном Гёрдоном стали лауреатами Нобелевской премии за открытие 2006 года — получение плюрипотентных стволовых клеток мыши путем эпигенетического перепрограммирования. За последующее десятилетие не менее десятка научных групп добились впечатляющих успехов в данной области, в том числе с человеческими клетками. Это предвещает скорые прорывы в терапии рака, регенеративной медицине, а также в клонировании человека (или его органов).

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ

Впервые обнаружены мягкие ткани динозавра

Мэри Швейцер руководила научной группой, которая описала коллаген, выделенный из бедренной кости Tyrannosaurus reх

Молекулярный палеонтолог Университета Северной Каролины Мэри Швейцер в 2005 году в окаменевшей конечности подростка-тираннозавра из Монтаны (возрастом 65 млн лет) обнаружила мягкие ткани. Ранее считалось, что любые белки разложатся максимум за несколько тысяч лет, поэтому никто их в окаменелостях и не искал. После этого мягкие ткани (коллаген) были обнаружены и в других древнейших образцах.

У людей обнаружены гены неандертальцев и «денисовского человека»

Участники международного симпозиума «Переход к верхнему палеолиту в Евразии: культурная динамика и развитие рода Homo» осматривают место раскопок в центральном зале Денисовой пещеры

Из работ двух научных групп стало ясно, что от 1 до 3% генома среднестатистического европейца или азиата восходит к неандертальцам. Но у каждого современного индивидуума присутствуют несхожие неандертальские аллели (различные формы одного и того же гена), поэтому общая сумма «неандертальских» генов куда выше, до 30%. «Наследники» неандертальцев (скрещивание происходило около 45 тысяч лет назад) — в основном европейцы; у азиатов в геноме присутствуют следы скрещивания с еще одним гоминидом — «денисовским человеком». Самые «чистые» Homo sapiens — уроженцы Африканского континента.

МЕДИЦИНА

По дыханию распознана ранняя стадия рака легких

Год назад группа израильских, американских и британских ученых разработала устройство, которое способно точно идентифицировать рак легких и определить, в какой стадии он находится. Основой устройства стал анализатор дыхания со встроенным наночипом NaNose, способный «вынюхать» раковую опухоль с 90-процентной точностью, даже когда раковый узелок практически незаметен. В скором времени стоит ожидать анализаторов, которые смогут по «запаху» определять и другие виды рака.

Разработано первое полностью автономное искусственное сердце

Специалисты американской компании Abiomed разработали первое в мире полностью автономное постоянное искусственное сердце для имплантаций (AbioCor). Искусственное сердце предназначено для пациентов, у которых невозможно лечение собственного сердца или имплантация донорского, пишет Интересные факты.

БИОНИКА

Созданы биомеханические устройства и протезы, контролируемые усилием мысли

Американец Зак Вотер испытал бионический ножной протез, поднявшись по лестнице на 103-й этаж небоскреба Уиллис-тауэр, расположенного в Чикаго

В 2013 году появились первые опытные образцы «умных» протезов с обратной связью (эмуляцией осязательных ощущений), которые позволяют человеку чувствовать то, что «ощущает» протез. В 2010-х годах созданы и отдельные от человека устройства, управляемые только через мысленный интерфейс (иногда с инвазивными контактами, но чаще это похоже на головной обруч с сухим электродом), — компьютерные игры и тренажеры, манипуляторы, транспорт и пр.

ЭЛЕКТРОНИКА

Перейден петафлопсный барьер

В 2008 году новый суперкомпьютер в Лос-Аламосе (США) заработал со скоростью более квадриллиона (тысяча триллионов) операций в секунду. Следующий барьер, эксафлопсный (квинтиллион операций в секунду) будет достигнут в ближайшие годы. Системы с такой невероятной скоростью необходимы в первую очередь для высокопроизводительных вычислений — обработки данных научных экспериментов, климатического моделирования, финансовых операций и т. д.

maxpark.com

Какова десятка самых важных открытий в физике за 2012 год?

Уходящий год был отмечен серией прорывов в области теоретической и экспериментальной физики. Некоторые ученые считают, что он был вообще переломным — его открытия вывели мировую науку на новый уровень. Но все-таки какие из них оказались наиболее значимыми? Свою версию топ-10 в области физики предлагает авторитетный научный журнал Physics World.

На первое место издание, конечно же, поставило обнаружение частицы, похожей на бозон Хиггса, коллаборациями ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК). Как мы помним, открытие частицы, предсказанной почти полвека назад, должно было завершить экспериментальное подтверждение Стандартной модели. Вот почему многие ученые сочли обнаружение неуловимого бозона важнейшим прорывом в физике XXI века.

Бозон Хиггса был так важен ученым, потому что его поле позволяет объяснить, как сразу после Большого взрыва оказалась нарушена электрослабая симметрия, после чего элементарные частицы вдруг приобрели массу. Парадоксально, но одной из самых главных загадок для экспериментаторов долгое время оставалась ни что иное, как масса этого бозона, поскольку Стандартная модель не может ее предсказать. Приходилось действовать методом проб и ошибок, однако в итоге два эксперимента на БАК независимо друг от друга обнаружили частицу с массой около 125 ГэВ/с². Причем достоверность данного события достаточна велика.

Читайте также: Найден новый бозон — но вот хиггсовский ли?

Следует заметить, что в бочку меда все-таки прокралась небольшая ложка дегтя — до сих пор далеко не все уверены, что найденный физиками бозон является хиггсовским. Так, остается неясным, чему равен спин этой новой частицы. Согласно Стандартной модели, он должен быть нулевым, но есть вероятность, что он может быть равен 2 (вариант с единицей уже исключен). Обе коллаборации считают, что эту проблему можно решить путем анализа имеющихся данных. Джо Инкандела, представляющий CMS, прогнозирует, что результаты измерения спина с уровнем достоверности 3-4σ могут быть представлены уже в середине 2013 года.

Кроме того, есть некоторые сомнения относительно ряда каналов распада частицы — в некоторых случаях этот бозон распадался не так, как было предсказано все той же Стандартной моделью. Однако сотрудники коллабораций считают, что и это удастся прояснить, сделав более точный анализ результатов. Кстати, на ноябрьской конференции в Японии сотрудники БАК предоставили данные анализа новых столкновений с энергией 8 ТэВ, которые были произведены после июльского объявления. И то, что получилось в результате, говорило в пользу того, что летом был найден все же бозон Хиггса, а не какая-то другая частица.

Впрочем, даже если все же это не тот бозон, все равно, по мнению Physics World, коллаборации ATLAS и CMS заслуживают награды. Ибо в истории физики еще не было столь масштабных экспериментов, в которых были бы задействованы тысячи человек и которые продолжались бы два десятилетия. Впрочем, возможно, такой наградой будет заслуженный продолжительный отдых. Сейчас протонные столкновения прекращены, и достаточно надолго — как видите, если бы даже пресловутый "конец света" был реальностью, то коллайдер точно был бы в нем не виноват, поскольку в это время он стоял выключенным В январе-феврале 2013 года на нем с той же энергией будут проведено несколько экспериментов по столкновению протонов с ионами свинца, а затем ускоритель остановят на два года для модернизации, чтобы после вновь запустить, доведя энергию экспериментов до 13 ТэВ.

Читайте также: Бозонов Хиггса оказалось много

Второе место журнал отдал группе ученых из Делфтского и Эйндховенского технологического университетов (Нидерланды) под руководством Лео Коувенховена, которые в этом году первыми заметили признаки доселе неуловимых фермионов Майораны в твердом теле. Эти забавные частицы, существование которых предсказал еще в 1937 году физик Этторе Майорана, интересны тем, что они могут одновременно выступать в роли своих собственных античастиц. Предполагается также, что фермионы Майораны могут входить в состав загадочной темной материи. Неудивительно, что их экспериментального обнаружения ученые ждали не меньше, чем открытия бозона Хиггса.

Читайте также: Темную материю тел "ловят" по частям

На третье место журнал поместил работу физиков из коллаборации BaBar на коллайдере PEP-II Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США). И что самое интересное, эти ученые опять-таки экспериментально подтвердили предсказание, сделанное 50 лет тому назад — они доказали, что при распаде B-мезонов происходит нарушение Т-симметрии (так называют соотношение между прямым и обратным процессом в обратимых явлениях). В итоге исследователи выяснили, что при переходах между квантовыми состояниями B0-мезонаих скорость варьируется.

На четвертом месте снова проверка давнего предсказания. Еще 40 лет назад советские физики Рашид Сюняев и Яков Зельдович рассчитали, что движение скоплений далеких галактик можно наблюдать путем измерения небольшого сдвига температуры реликтового излучения. И вот лишь в этом году это удалось осуществить на практике Нику Хэнду из Калифорнийского университета в Беркли (США), его коллеге и шестиметровому телескопу ACT (Atacama Cosmology Telescope) в рамках проекта "Спектроскопическое исследование барионных колебаний".

Пятое место заняло исследование группы Алларда Моска из Института нанотехнологий MESA+ и Университета Твенте (Нидерланды). Ученые предложили новый способ исследования процессов, происходящих в организмах живых существ, который менее вреден и более точен, чем известная всем рентгенография. Ученым удалось, используя эффект лазерного спекла (так называется случайная интерференционная картина, образующаяся при взаимной интерференции когерентных волн, имеющих случайные сдвиги фаз и случайный же набор интенсивностей), разглядеть микроскопические флюоресцирующие объекты сквозь несколько миллиметров непрозрачного материала. Нет нужды упоминать, что подобная технология тоже была предсказана несколькими десятилетиями раньше.

На шестом месте уверенно обосновались исследователи Марк Оксборроу из Национальной физической лаборатории, Джонатан Бризу и Нил Алфорд из Имперского колледжа Лондона (Великобритания). Им удалось построить то, о чем также мечтали долгие годы — мазер (квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона), способный работать при комнатной температуре. До сих пор эти приборы приходилось охлаждать до чрезвычайно низкой температуры с помощью жидкого гелия, что делало нерентабельным их коммерческое использование. А теперь мазеры можно будет применять в телекоммуникациях и системах создания сверхточных изображений.

Седьмое место заслуженно присудили группе физиков из Германии и Франции, которые смогли установить связь между термодинамикой и теорией информации. Еще в 1961 году Рольф Ландауэр доказывал, что стиранию информации сопутствует рассеяние тепла. И вот в этом году это предположение экспериментально подтвердили ученые Антуан Беру, Артак Аракелян, Артем Петросян, Серджио Силлиберто, Рауль Деллиншнайдер и Эрик Лутц.

Австрийские физики Антон Цайлингер, Роберт Фиклер и их коллеги из Венского университета (Австрия), которые смогли запутать фотоны с орбитальным квантовым числом вплоть до 300, что в десять с лишним раз больше предыдущего рекорда, попали на восьмое место. Данное открытие имеет на только теоретический, но и практический выход — подобные "запутанные" фотоны смогут стать носителями информации в квантовых компьютерах и в системе оптической кодировки связи, а также в дистанционном зондировании.

На девятое место попала группе физиков под руководством Дэниэла Стэнсила из Университета Северной Каролины (США). Ученые работали с нейтринным лучом NuMI Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми и детектором MINERvA. В итоге им удалось передать информацию при помощи нейтрино более чем на километр. Хотя скорость передачи была невелика (0,1 б/с), сообщение приняли почти без ошибок, что подтверждает принципиальную возможность связи на основе нейтрино, которую можно использовать при общении с космонавтами не только на соседней планете, но даже и в другой галактике. Кроме того, это открывает большие перспективы для нейтринного сканирования Земли — новой технологии поиска полезных ископаемых, а также для выявления землетрясений и вулканической активности на ранних стадиях.

Читайте также: Квантовая телепортация увеличивает дистанцию

Завершает же топ-10 журнала Physics World открытие, сделанное физиками из США — Чжун Линь Ваном и его коллегами из Технологического института штата Джорджия. Они разработали устройство, которое добывает энергию из ходьбы и прочих движений и, конечно же, запасает ее. И хотя такой способ был известен и раньше, но на десятое место эта группа исследователей попала за то, что им впервые удалось научиться преобразовывать механическую энергию непосредственно в химическую потенциальную, минуя стадию электрической.

Читайте также: Нейтринный "рентген" поможет геологам

Итак, нынешний год действительно можно назвать годом, когда сбылись многие предсказания, сделанные физиками ранее. То есть он может вполне претендовать на звание года, во время которого сбылись мечты ученых прошлого. Все это здорово, однако немножко обидно за то, что в списке выдающихся открытий нет ни одного достижения российских исследователей.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"

Бозон Хиггса: ученые нашли "частицу Бога"

www.pravda.ru

ТОП-10 научных открытий 21 века или мой 100-ый пост в ЖЖ.

Питер Хиггс комментируя возможность использования бозона сказал следующее «Существование бозона длится лишь что-то около одной квинтиллионной доли секунды, и мне сложно представить, как столько короткоживущую частицу можно использовать. Частицы, которые живут миллионную долю секунды, сейчас, впрочем, находят применение в медицине». Так, в свое время, известный английский физик-экспериментатор, на вопрос о пользе и практическом применении открытой им магнитной индукции сказал «А какая польза может быть от новорожденного ребенка?» и этим, пожалуй, закрыл данную тему.

5. Гравитационные волны

Что это даст в будущем: Понимание как возникла наша Вселенная - это ли не вопрос, интересующий всех нас? Конечно, данное исследование фундаментальное, и любимый вопрос миллионов "как это использовать на практике?" остается на растерзание фантастам и ученым с инженерами.

6.Графен

7. Флуоресцентная микроскопия сверхвысокого разрешенияя

О чем: В 21 веке  физики создали метаматериал — материал с отрицательным коэффициентом преломления света. Это было мега круто: наконец-то можно было преодолеть так называемый "дифракционный барьер света", и повысить разрешение микроскопа. Обычная флуоресцентная микроскопия имеет довольно низкое разрешение: из-за того, что свет дифрагирует, предел разрешения оптической микроскопии равен примерно половине длины волны света (200–250 нм). Электронная микроскопия, дающая разрешение на атомарном уровне и в нанометровой шкале, требует фиксации клеток, что делает работу с живыми клетками невозможной. А вот флуоресцентная микроскопия высокого разрешения, в которой как раз метаматериал и используется, имеет разрешение в 10-20 нм и позволяет работать с живыми клетками. Более того, интересующую исследователя молекулу можно пометить.

Что это даст в будущем: Собственно, это открытие 21-го века уже вовсю используют химики, физики и, в особенности, биологи. Биологи активно рассматривают всякие клеточки и их мелкие детальки. Это поможет нам понять собственный организм, и, возможно, бороться с различными заболеваниями, изучив их "подноготную".

8. Темная материя:

О чем: Тёмная материя составлят 27% нашей вселенной. Это то немногое, что про нее знают. Она все еще чертовски загадочна. Она не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Поэтому ее сложно описывать и изучать. Считается, что эффект гравитационного линзирования существует именно благодаря ей. В настоящее время существует несколько гипотез, описывающих эту материю, по одной из которых она составлена из массивных слабо взаимодействующих частиц. Чтобы подтвердить ее существование группа ученых проанализировала данные, собранные телескопом "Ферми". Проанализировав массу частиц по излучению карликовых галактик, ученые смогли исключить из собранного излучения часть, которая создавалась обычными астрономическими объектами. Остальное излучение, таким образом, было результатом аннигиляции частиц темной материи. Анализ позволил установить, что со стороны карликовых галактик приходит относительно немного лишних фотонов, что, в свою очередь, указывает на небольшое число аннигиляционных событий. Это, в частности, позволило ученым оценить количество частиц темной материи и, следовательно, их массу (минимум 40 гигаэлектронвольт).

Что это даст в будущем: Если ее смогут объяснить хотя бы на таком же уровне, что и гравитационные волны, то наша картинка Вселенной станет полнее. Кто знает, может, люди смогут ее когда-нибудь использовать. Но, честно говоря, этому открытию я все еще не очень доверяю. Напоминает мне теорию флагистона.

9.Бионические протезы

О чем: В 21 веке активно развивается направление бионических протезов. Эти протезы распознают мельчайшие движения мышц на уцелевшей конечности, благодаря чему носитель протеза может им управлять с высокой точностью. Бионические протезы сложны в разработке. Над ними трудятся биологи,  IT-шники, физики и химики. Все, чтобы облегчить жизнь тем, у кого какой-либо конечности не хватает.

10. Вода на Марсе

О чем: О воде на Марсе.В 2015-ом году НАСА объявило, что на Марсе есть вода. Сезонные потоки жидкой соленой воды. Эти образования проявляют себя в теплое время года и исчезают — в холодное. К своим выводам планетологи пришли, проанализировав высококачественные снимки, полученные научным инструментом High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) орбитального марсианского аппарата Mars Reconnaissance Orbiter (MRO). Что вода на Марсе существуют в виде льда и пара, было известно давно. Но!

Давление на Марсе ниже земного, вода закипает там при температуре уже в десять градусов по Цельсию. Так что найти ее в жидком состоянии считалось делом практически безнадежным - то слишком холодно, то слишком жарко. А вот насыщенные соляные растворы удерживают жидкость и не дают ей ни испаряться, ни замерзать. Но это самая настоящая вода, пускай и соленая. Ура, товарищи!

Что это даст в будущем: О, тут снова можно пофантазировать! Тем более, что Земляне уже совсем скоро (в 30-ых годах) планируют послать первых людей на красную планету. Так что вперед, колонизаторы! =)

natrina.livejournal.com

Цивилизация и физика XXI века

В современном мире значение физики чрезвычайно велико. Всё то, чем отличается современное общество от общества прошлых веков, появилось в результате применения на практике физических открытий. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров.

Физическое понимание процессов, происходящих в природе, постоянно развивается. Большинство новых открытий вскоре получают применение в технике и промышленности. Однако новые исследования постоянно поднимают новые загадки и обнаруживают явления, для объяснения которых требуются новые физические теории. Несмотря на огромный объём накопленных знаний, современная физика ещё очень далека от того, чтобы объяснить все явления природы.

Научное познание неустанно движется вперед, и в физике, да и в других научных областях появляются все новые научно доказанные факты

Графен

 Графен – модификация углерода, представляющая собой плоский «лист» графита толщиной в один атом, где атомы соединены в гексагональную двумерную кристаллическую решётку.  Графен обладает великолепной электрической проводимостью, высокой теплопроводностью, исключительной прочностью и массой других удивительных свойств. Выделить и изолировать его не представлялось возможным из-за его крайней нестабильности. Однако именно это удалось Андрею Гейму и Константину Новосёлову в 2004 году.

Графит, который мы знаем как сырье для грифелей карандашей, образуется из миллиардов таких слоев. Отделить один слой всегда считалось делом невозможным, и это было теоретически доказано еще семьдесят лет назад физиками Львом Ландау и Рудольфом Пайерлсом. Их доказательства основаны на той схеме, что подобных материалов существовать не может, поскольку силы взаимодействия атомов приводят к свертыванию их в трубочку. Как оказалось, графен стал исключением из этого правила.

В 2010 году была присуждена Нобелевская премия. Премия ученым присуждена "за новаторские эксперименты по исследованию двумерного материала графена"

Открытие Эриса

В январе 2005 года, ученый Майк Браун и его помощники на самом краю Солнечной системы  обнаружили маленькую планету Эрис, что вызвало дискуссии среди ученых о том, каково же на самом деле определение планеты. Названа открытая планета Эрис – в честь богини раздора в греческой мифологии. Эрис изначально считалась 10-й планетой Солнечной системы, но позднее она и другие объекты, расположенные в поясе Койпера, объединили в новый класс: карликовые планеты. Эрис находится за пределами орбиты Плутона и примерно такого же размера (диаметр планеты 2 326 километров) как Плутон.

Научная картина планеты Эрис не была ясной, потому что расстояние от Земли к ней в 3 раза больше, нежели от Плутона к Земле.

После Эрис оказался слажен из скальных пород, окруженных толстой мантией льда. Карликовая планета отражает почти весь падающий на нее свет. Возможно, Эрис покрыт очень тонким слоем замерзшей атмосферы из твердого азота и метана, который может быть результатом замерзания по мере удаления планеты-карлика от Солнца при ее движении по вытянутой орбите.

Эти важные новые наблюдения, сделанные с помощью относительно небольших телескопов, дали астрономам возможность измерить свойства Эрис лучше, чем раньше. Это еще один шаг, на пути  к пониманию загадочных объектов в удаленных областях солнечной системы.

Управление протезами с помощью сигналов мозга

Изобрели технологии, позволяющие человеку управлять протезами с помощью сигналов мозга. Почти девять лет в этой области предпринимались удачные и не очень попытки превратить неподвижный протез в полную имитацию здоровой человеческой руки или ноги.

В 2009 г. итальянец Пьерпаоло Петрузиелло научился контролировать свою биомеханическую "руку" с помощью электродов, посылавших сигнал мозгу. Он стал первым человеком, заставившим протез двигать силой мысли.

В основе технологии находится очень тонкий и легкий электродный лист, внешне напоминающий обыкновенный пластырь, который, при помещении на голову человека способен улавливать мозговые волны и при помощи электродов транслировать их в электронные сигналы.

Свет из вакуума

В 2011 году стало открытие, что вакуум может испускать свет, если в него в полную темноту поместить зеркало. Для этого потенциальный источник света надо перемещать со скоростью, близкой к световой. Так шведские ученые из Гетеборга буквально из ничего создали материю (фотоны).

Существование этого эффекта было предсказано более 40 лет назад. В ходе эксперимента, ученым удалось захватить фотоны, которые беспрерывно появляются и исчезают в вакууме.

Данный эксперимент основан на одном из самых парадоксальных и, в то же время, одном из самых главных принципов квантовой механики, который гласит, что вакуум не является абсолютной пустотой. Вакуум наполнен частицами, которые постоянно возникают и исчезают в нем. После своего возникновения, они существуют в течение очень короткого промежутка времени, после чего снова исчезают. Поскольку их существование столь скоротечно, они получили название виртуальных частиц.

Ученые из университета Чалмерса, Кристофер Уилсон с коллегами, смогли превратить виртуальные фотоны в настоящий свет. Физик Мур еще в 1970 году предсказывал, что это должно произойти, если виртуальные фотоны отразятся от зеркала двигающегося почти со скоростью света. Феномен, известный под названием динамический Эффект Казимира, был впервые продемонстрирован в ходе блестящего эксперимента Чалмерских ученых.

Вода на Марсе

Российский прибор, установленный на марсоходе Curiosity, обнаружил на Марсе водосодержащий грунт. Под сухим слоем грунта в 20-30 см, где содержание воды не превышает 1%, находится грунт с относительно высоким содержанием воды (более 4% по массе). Одним из таких участков является кратер Гейла - Каменное гнездо, где марсоход изучал свойства грунта около месяца. Полученные данные подтверждают предположения ученых о наличии воды на Марсе.

Также сообщается, что марсоход передал результаты анализа грунта Красной планеты и нашел там даже простейшие органические вещества. Ученые отнеслись к полученной информации осторожно: необходимо исключить то, что эти вещества мог занести на Марс сам аппарат. Однако надежда на то, что на планете была жизнь, все еще остается.

Большой адронный коллайдер (англ. Large Hadron Collider; LHC) — это ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в научно-исследовательском центре Европейского совета ядерных исследований (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire; CERN) на границе Швейцарии и Франции.Руководитель проекта – британский ученый, Линдон Эванс.

Большой адронный коллайдер – кольцевой туннель, расположенный на глубине 100 м под землей (проходит под территориями Швейцарии и Франции). В нем разгоняются до околосветовых скоростей и сталкиваются лоб в лоб пучки элементарных частиц – протонов. В результате рождаются новые элементарные частицы, которые регистрируются четырьмя гигантскими, высотой с пятиэтажный дом, детекторами.

 БАК является самой крупной экспериментальной установкой в мире. В строительстве и исследованиях участвовали и участвуют более 10 тыс. учёных и инженеров из более, чем 100 стран

БАК, находящийся в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) в Швейцарии - прославился в первую очередь тем, что с его помощью в конце 2012 года были получены доказательства существования бозона Хиггса.

Открытие бозона Хиггса признано научным прорывом 2012 года.

Бозон Хи?ггса— элементарная частица, элементарный бозон, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающий в Стандартной модели вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. По построению, хиггсовский бозон является скалярной частицей, то есть обладает нулевым спином. Постулирован Питером Хиггсом в его фундаментальных статьях, вышедших в 1964 году. В рамках Стандартной модели отвечает за массу элементарных частиц.

Бозон Хиггса первоначально был предсказан в теории, и после нескольких десятков лет поиска 4 июля 2012 года представители ЦЕРН сообщили, что на обоих основных детекторах БАК наблюдалась новая частица с массой около 125—126 ГэВ. Есть веские основания считать, что эта частица является бозоном Хиггса.

В 1964 году Хиггс предсказал обнаружение частицы, определяющей наличие массы у материи. Позже за этой частицей закрепилось название «бозон Хиггса» или «частица Бога». В июле 2012 года ученые Европейского центра ядерных исследований (CERN) объявили об открытии частицы, имеющей характеристики бозона Хиггса.

Если бы бозон Хиггса не удалось обнаружить, это доказало бы ограниченность стандартной модели строения вещества. В результате возникла бы необходимость поиска альтернативной теории происхождения массы в соответствии с так называемой новой физикой.

Просмотр содержимого документа «Цивилизация и физика XXI века »

Цивилизация и физика 21 века

Константин Сергеевич Новосёлов

Андрей Константинович Гейм

23 августа 1974 г. (38 лет)

21 октября 1958 (54 года)

Графитовая решетка

Свойства графена

Au контакт

SiO 2

• Самый тонкий: ~0.1 нм 1 атомный слой)

• Самый легкий: 2700 кв.м на грамм;

• Самый прочный: ( хим. sp2 cвязи прочнее чем sp3 cвязи в алмазе!)

• Максимальная плотность тока: в миллион раз больше чем в меди

• Рекордная теплопроводность

• Рекордная подвижность: сотни тысяч см2 /(В с)

• Максимальная длина свободного пробега при Т=300К : около микрона

• Индуцированная затвором концентрация электронов или дырок до 1014 см-2

графен

Si

НЕОБЫЧНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НОСИТЕЛЕЙ В ГРАФЕНЕ

1. В графене у носителя нет массы! (псевдорелятивистская динамика)

2. Скорость носителей в графене постоянна

3. Величина импульса носителя в графене не связана со скоростью, а только с его энергий (как у фотона)

  Планета Эрис

Паломарская обсерватория

Mike Brown

Управление протезами с помощью сигналов мозга

Пьерпаоло Петрузиелло

Пизанская Высшая школа Святой Анны

Свет из вакуума

Университет Чалмерса

Вода на Марсе

марсоход Curiosity

Большой адронный коллайдер

• Большим назван из-за своих размеров: длина основного кольца ускорителя составляет 26 659 м;

• Адронным — из-за того, что он ускоряет адроны, то есть частицы, состоящие из кварков;

• Коллайдером (англ. collide — сталкиваться) — из-за того, что пучки частиц ускоряются в противоположных направлениях и сталкиваются в специальных точках столкновения.

Линдон Эванс — британский учёный, руководитель проекта «Большой адронный коллайдер».

Родился в 1945 г., Абердэр

Зачем нужен БАК физикам?

Проверить механизм возникновения массы у элементарных частиц.

Элементарная частица

Теперь ей трудно двигаться (ускоряться)

Поле Хиггса

Английский физик-теоретик, член Королевского Общества Эдинбурга, член Лондонского королевского общества, в настоящее время профессор в отставке (emeritus) в Эдинбургском университете. Обучался в Королевском Колледже Лондона.

Питер Хиггс

29 мая 1929 (84 года)

бозон Хиггса

Использованные источники

• http://ria.ru/spravka/20101005/282481792.html#ixzz2LGC3zTjv
• http://www.ng.ru/science/2012-12-29/9_bozon.html
• http:// maxpark.com/community/4057/content/1395754
• http:// itnews.com.ua/47494.html
• http:// elementy.ru/news?theme=21093

kopilkaurokov.ru

Смотрите также

• 
  Реферат сердечно легочная реанимация терминальные состояния
• 
  Терроризм как глобальная проблема человечества реферат
• 
  Искусство открывает новые грани мира реферат
• 
  Вода и ее биологическое значение реферат
• 
  Сознание и искусственный интеллект философия реферат
• 
  Техника ведения мяча в баскетболе реферат
• 
  Силикатозы и меры их профилактики реферат
• 
  Слова паразиты в русском языке реферат
• 
  Реферат активизация познавательной деятельности младших школьников
• 
  Понятие и виды вещных прав реферат
• 
  Германия после второй мировой войны реферат