20. århundrede i videnskab - 20th century in science

Videnskaben avancerede dramatisk i løbet af det 20. århundrede . Der var nye og radikale udviklinger i de fysiske , life og menneskelige videnskaber, der bygger på de fremskridt, der i det 19. århundrede.

Udviklingen af ​​post-newtonske teorier inden for fysik, såsom særlig relativitet , generel relativitet og kvantemekanik førte til udviklingen af atomvåben . Nye modeller for atomets struktur førte til udvikling i teorier om kemi og udvikling af nye materialer som nylon og plast . Fremskridt inden for biologi førte til store stigninger i fødevareproduktionen samt eliminering af sygdomme som polio .

En massiv mængde nye teknologier blev udviklet i det 20. århundrede. Teknologier som elektricitet , glødepæren , bilen og fonografen , der først blev udviklet i slutningen af ​​1800 -tallet, blev perfektioneret og universelt implementeret. Den første flyflyvning fandt sted i 1903, og i slutningen af ​​århundredet fløj store flyvemaskiner som Boeing 777 og Airbus A330 tusinder af miles i løbet af få timer. Udviklingen af fjernsynet og computere forårsagede massive ændringer i formidlingen af ​​information.

Astronomi og rumforskning

Amerikanske Buzz Aldrin under den første månevandring i 1969. De relativt unge rumfartsindustrier voksede hurtigt i de 66 år efter Wright -brødrenes første flyvning.

• En meget bedre forståelse af universets udvikling blev opnået, dets alder (ca. 13,8 milliarder år) blev bestemt, og Big Bang -teorien om dens oprindelse blev foreslået og generelt accepteret.
• Solsystemets alder , herunder Jorden , blev bestemt, og det viste sig at være meget ældre end tidligere antaget: mere end 4 milliarder år, frem for de 20 millioner år, som Lord Kelvin foreslog i 1862.
• Solsystemets planeter og deres måner blev nøje observeret via talrige rumsonder . Pluto blev opdaget i 1930 på kanten af ​​solsystemet, selvom det i begyndelsen af ​​det 21. århundrede blev omklassificeret som en dværgplanet (planetoid) i stedet for en egentlig planet og efterlod otte planeter.
• Der blev ikke opdaget spor af liv på nogen af ​​de andre planeter i vores solsystem, selvom det forblev ubestemt, om nogle former for primitivt liv kunne eksistere eller måske have eksisteret et eller andet sted. Ekstrasolære planeter blev observeret for første gang.
• I 1969 blev Apollo 11 lanceret mod Månen, og Neil Armstrong blev den første person fra Jorden, der gik på et andet himmellegeme.
• Samme år udgav den sovjetiske astronom Victor Safronov sin bog Evolution of the protoplanetary cloud and formation of the Earth and the planets . I denne bog blev næsten alle større problemer i planetdannelsesprocessen formuleret og nogle af dem løst. Safronovs ideer blev videreudviklet i værkerne af George Wetherill , der opdagede tilflugt .
• Den rumkapløbet mellem USA og Sovjetunionen gav en fredelig udgang på de politiske og militære spændinger i kolde krig , der fører til den første bemandede rumflyvninger med Sovjetunionens Vostok 1 mission i 1961, og menneskets første landing på en anden verden- den Moon -med USAs Apollo 11 -missionen i 1969. Senere, den første rumstation blev lanceret af den sovjetiske rumprogram . USA udviklede det første (og til dato kun) genanvendelige rumfartøjssystem med Space Shuttle -programmet , der først blev lanceret i 1981. Da århundredet sluttede, blev en permanent bemandet tilstedeværelse i rummet grundlagt med den igangværende konstruktion af den internationale rumstation .
• Ud over menneskelig rumfart blev ubemandede rumprober en praktisk og relativt billig form for efterforskning. Den første kredsende rumsonde, Sputnik 1 , blev opsendt af Sovjetunionen i 1957. Over tid blev et massivt system af kunstige satellitter anbragt i kredsløb omkring Jorden. Disse satellitter avancerede stærkt navigation, kommunikation, militær efterretning, geologi, klima og mange andre områder. I slutningen af ​​det 20. århundrede havde ubemandede sonder også besøgt Månen, Merkur , Venus , Mars , Jupiter , Saturn , Uranus , Neptun og forskellige asteroider og kometer. Den Hubble Space Telescope , der blev lanceret i 1990, stærkt udvidet vores forståelse af universet og bragte strålende billeder til TV og computerskærme rundt om i verden.

Biologi og medicin

Et frimærke til minde om Alexander Fleming . Hans opdagelse af penicillin havde ændret den moderne medicins verden ved at indføre en alder af antibiotika.

• Genetik blev enstemmigt accepteret og udviklet betydeligt. Den DNA-strukturen blev bestemt i 1953 af James D. Watson , Francis Crick , Rosalind Franklin og Maurice Wilkins , efterfulgt af udvikling af teknikker, der tillader at læse DNA-sekvenser og som afsluttes med start af Human Genome Project (ikke færdig i det 20. århundrede) og kloning af første pattedyr i 1996.
• Den seksuelle reproduktions rolle i evolutionen blev forstået, og bakteriekonjugering blev opdaget.
• Konvergensen mellem forskellige videnskaber til formulering af den moderne evolutionære syntese (produceret mellem 1936 og 1947), hvilket giver en bredt accepteret redegørelse for evolution .
• Placebo - kontrolleret , randomiseret , blindet kliniske forsøg blev et kraftfuldt værktøj til at teste nye lægemidler.
• Antibiotika reducerede drastisk dødeligheden af bakterielle sygdomme og deres udbredelse .
• En vaccine blev udviklet til polio , der sluttede en verdensomspændende epidemi. Effektive vacciner blev også udviklet en række andre alvorlige infektionssygdomme, herunder influenza , difteri, pertussis (kighoste), stivkrampe , mæslinger , fåresyge , røde hunde (tysk mæslinger) , skoldkopper , hepatitis A , og hepatitis B .
• Epidemiologi og vaccination førte til udryddelse af koppevirus hos mennesker.
• Røntgenstråler blev et stærkt diagnostisk værktøj til et bredt spektrum af sygdomme, lige fra knoglebrud til kræft. I 1960'erne blev edb -tomografi opfundet. Andre vigtige diagnostiske værktøjer udviklet var sonografi og magnetisk resonansbilleddannelse .
• Udvikling af vitaminer eliminerede praktisk talt skørbug og andre vitaminmangelsygdomme fra industrialiserede samfund.
• Nye psykiatriske lægemidler blev udviklet. Disse omfatter antipsykotika til behandling af hallucinationer og vrangforestillinger og antidepressiva til behandling af depression.
• Tobaksrygningens rolle i årsagen til kræft og andre sygdomme blev bevist i løbet af 1950'erne (se British Doctors Study ).
• Nye metoder til kræftbehandling, herunder kemoterapi , strålebehandling og immunterapi , blev udviklet. Som følge heraf kunne kræft ofte helbredes eller placeres i remission .
• Udviklingen af blodtypning og blodbank gjorde blodtransfusion sikker og bredt tilgængelig.
• Den foreliggende opfindelse og udvikling af immunsuppressive lægemidler og vævstypebestemmelse gjort organ- og vævstransplantation en klinisk virkelighed.
• Nye metoder til hjertekirurgi blev udviklet, herunder pacemakere og kunstige hjerter .
• Kokain / crack og heroin viste sig at være farlige vanedannende stoffer, og deres store anvendelse var blevet forbudt; sindsændrende lægemidler som LSD og MDMA blev opdaget og senere forbudt. I mange lande fik en krig mod narkotika priserne til at stige 10-20 gange højere, hvilket førte til lønsom medicinhandel på det sorte marked , og i nogle lande (f.eks. USA ) blev fængselsdomme 80% relateret til stofbrug i 1990'erne.
• Anticonceptionsmidler blev udviklet, hvilket reducerede befolkningstilvæksten i industrialiserede lande, samt reducerede tabuet for ægteskabelig sex i mange vestlige lande.
• Udviklingen af ​​medicinsk insulin i 1920'erne hjalp med at øge levetiden for diabetikere til tre gange, hvad den havde været tidligere.
• Vacciner, hygiejne og rent vand forbedrede sundheden og reducerede dødeligheden, især blandt spædbørn og unge.

Bemærkelsesværdige sygdomme

• En influenzapandemi , spansk influenza , dræbte alt fra 20 til 100 millioner mennesker mellem 1918 og 1919.
• En ny virussygdom , kaldet Human Immunodeficiency Virus , eller HIV, opstod i Afrika og efterfølgende dræbte millioner af mennesker over hele verden. HIV fører til et syndrom kaldet Acquired Immunodeficiency Syndrome eller AIDS. Behandlinger mod hiv forblev utilgængelige for mange mennesker, der lever med aids og hiv i udviklingslande , og der er endnu ikke fundet en kur.
• På grund af øget levetid , den forekomst af kræft, Alzheimers sygdom , Parkinsons sygdom og andre sygdomme i alderdommen steg en smule.
• Stillesiddende livsstil på grund af arbejdsbesparende udstyr og teknologi sammen med stigningen i hjemmeunderholdning og teknologi såsom fjernsyn, videospil og internettet bidrog til en "epidemi" af fedme , først i de rige lande, men af slutningen af ​​det 20. århundrede spredte sig til udviklingslandene.

Kemi

Den første Solvay -konference blev afholdt i Bruxelles i 1911 og blev betragtet som et vendepunkt i fysikens og kemiens verden .

I 1903 opfandt Mikhail Tsvet kromatografi , en vigtig analytisk teknik. I 1904 foreslog Hantaro Nagaoka en tidlig atommodel af atomet, hvor elektroner kredser om en tæt massiv kerne. I 1905 udviklede Fritz Haber og Carl Bosch Haber -processen til fremstilling af ammoniak , en milepæl i industriel kemi med dybe konsekvenser i landbruget. Haber-processen eller Haber-Bosch-processen kombinerede nitrogen og brint til dannelse af ammoniak i industrielle mængder til produktion af gødning og ammunition. Fødevareproduktionen til halvdelen af ​​verdens nuværende befolkning afhænger af denne metode til fremstilling af gødning. Haber foreslog sammen med Max Born Born -Haber -cyklussen som en metode til evaluering af gitterenergien i et ionisk fast stof. Haber er også blevet beskrevet som "far til kemisk krigsførelse " for sit arbejde med at udvikle og anvende klor og andre giftige gasser under første verdenskrig.

Robert A. Millikan , der er bedst kendt for at måle ladningen på elektronen, vandt Nobelprisen i fysik i 1923.

I 1905 forklarede Albert Einstein brownisk bevægelse på en måde, der definitivt beviste atomteori. Leo Baekeland opfandt bakelit , en af ​​de første kommercielt succesrige plastmaterialer. I 1909 målte den amerikanske fysiker Robert Andrews Millikan - som havde studeret i Europa under Walther Nernst og Max Planck - ladningen af ​​individuelle elektroner med en hidtil uset nøjagtighed gennem oliefaldsforsøget , hvor han målte de elektriske ladninger på bittesmå faldende vand (og senere olie) dråber. Hans undersøgelse fastslog, at enhver bestemt dråbes elektriske ladning er et multiplum af en bestemt, grundlæggende værdi - elektronens ladning - og dermed en bekræftelse på, at alle elektroner har samme ladning og masse. Fra 1912 brugte han flere år på at undersøge og endelig bevise Albert Einsteins foreslåede lineære forhold mellem energi og frekvens og give den første direkte fotoelektriske støtte til Plancks konstant . I 1923 blev Millikan tildelt Nobelprisen for fysik.

I 1909 opfandt SPL Sørensen pH -konceptet og udvikler metoder til måling af surhed. I 1911 foreslog Antonius Van den Broek ideen om, at elementerne på det periodiske system mere organiseres af positiv atomladning frem for atomvægt. I 1911 blev den første Solvay -konference afholdt i Bruxelles, hvor de fleste af de mest fremtrædende videnskabsfolk på dagen samledes. I 1912 foreslog William Henry Bragg og William Lawrence Bragg Bragg's lov og etablerede området for røntgenkrystallografi , et vigtigt redskab til at belyse krystallstrukturen af ​​stoffer. I 1912 udvikler Peter Debye begrebet molekylær dipol til at beskrive asymmetrisk ladningsfordeling i nogle molekyler.

I 1913 introducerede Niels Bohr , en dansk fysiker, begreberne kvantemekanik til atomstrukturen ved at foreslå, hvad der nu er kendt som Bohr -modellen for atomet, hvor elektroner kun findes i strengt definerede cirkulære kredsløb omkring kernen, der ligner trin i en stige. Bohr -modellen er en planetarisk model, hvor de negativt ladede elektroner kredser om en lille, positivt ladet kerne svarende til planeterne, der kredser om solen (bortset fra at banerne ikke er plane) - solsystemets tyngdekraft er matematisk beslægtet med den attraktive Coulomb (elektrisk) kraft mellem den positivt ladede kerne og de negativt ladede elektroner.

I 1913 introducerede Henry Moseley , der arbejder ud fra Van den Broeks tidligere idé, konceptet med atomnummer for at rette op på utilstrækkeligheder i Mendelejevs periodiske system, som havde været baseret på atomvægt. Toppen af ​​Frederick Soddys karriere inden for radiokemi var i 1913 med hans formulering af begrebet isotoper , der udtalte, at visse elementer findes i to eller flere former, der har forskellige atomvægte, men som kemisk ikke kan skelnes. Han huskes for at bevise eksistensen af ​​isotoper af visse radioaktive grundstoffer, og krediteres også sammen med andre med opdagelsen af ​​elementet protactinium i 1917. I 1913 udvidede JJ Thomson arbejdet i Wien ved at vise, at ladede subatomære partikler kan adskilles ved deres masse-til-ladningsforhold, en teknik kendt som massespektrometri .

I 1916 offentliggjorde Gilbert N. Lewis sin sædvanlige artikel "The Atom of the Molecule", der antydede, at en kemisk binding er et par elektroner, der deles af to atomer. Lewis model sidestillede den klassiske kemiske binding med delingen af ​​et par elektroner mellem de to bundne atomer. Lewis introducerede "elektronprikdiagrammerne" i dette papir for at symbolisere de elektroniske strukturer af atomer og molekyler. Nu kendt som Lewis -strukturer , diskuteres de i stort set alle indledende kemibøger. Lewis i 1923 udviklede elektronparteorien om syrer og base : Lewis omdefinerede en syre som ethvert atom eller molekyle med en ufuldstændig oktet, der således var i stand til at acceptere elektroner fra et andet atom; baser var naturligvis elektrondonorer. Hans teori er kendt som begrebet Lewis -syrer og baser . I 1923 udgav GN Lewis og Merle Randall Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances , første moderne afhandling om kemisk termodynamik .

1920'erne oplevede en hurtig vedtagelse og anvendelse af Lewis model for elektronpar-bindingen inden for organisk og koordineringskemi. I organisk kemi skyldtes dette primært indsatsen fra de britiske kemikere Arthur Lapworth , Robert Robinson , Thomas Lowry og Christopher Ingold ; mens koordineringen af ​​kemien blev Lewis 'bindingsmodel fremmet gennem indsatsen fra den amerikanske kemiker Maurice Huggins og den britiske kemiker Nevil Sidgwick .

Kvantekemi

Nogle betragter kvantekemiens fødsel ved opdagelsen af Schrödinger -ligningen og dens anvendelse på brintatomet i 1926. Artiklen fra Walter Heitler og Fritz London fra 1927 anerkendes dog ofte som den første milepæl i kvantekemiens historie. Dette er den første anvendelse af kvantemekanik på det diatomiske brintmolekyle og dermed til fænomenet den kemiske binding . I de følgende år blev der gjort store fremskridt af Edward Teller , Robert S. Mulliken , Max Born , J. Robert Oppenheimer , Linus Pauling , Erich Hückel , Douglas Hartree , Vladimir Aleksandrovich Fock , for at nævne nogle få.

Alligevel var der skepsis med hensyn til kvantemekanikkens generelle kraft, der anvendes på komplekse kemiske systemer. Situationen omkring 1930 er beskrevet af Paul Dirac :

De underliggende fysiske love, der er nødvendige for den matematiske teori om en stor del af fysikken og hele kemien, er således fuldstændig kendt, og vanskeligheden er kun, at den nøjagtige anvendelse af disse love fører til ligninger, der er alt for komplicerede til at være opløselige. Det bliver derfor ønskeligt, at der udvikles omtrentlige praktiske metoder til anvendelse af kvantemekanik, hvilket kan føre til en forklaring af hovedtræk ved komplekse atomsystemer uden for meget beregning.

Derfor kaldes de kvantemekaniske metoder udviklet i 1930'erne og 1940'erne ofte som teoretisk molekylær eller atomisk fysik for at understrege det faktum, at de mere var anvendelsen af ​​kvantemekanik til kemi og spektroskopi end svar på kemisk relevante spørgsmål. I 1951 er en milepælsartikel inden for kvantekemi det centrale papir i Clemens CJ Roothaan om Roothaan -ligninger . Det åbnede vejen til løsningen af ​​de selvkonsistente feltligninger for små molekyler som hydrogen eller nitrogen . Disse beregninger blev udført ved hjælp af tabeller med integraler, der blev beregnet på datidens mest avancerede computere.

I 1940'erne skiftede mange fysikere fra molekylær eller atomisk fysik til atomfysik (som J. Robert Oppenheimer eller Edward Teller ). Glenn T. Seaborg var en amerikansk atomkemiker mest kendt for sit arbejde med at isolere og identificere transuranelementer (dem, der er tungere end uran ). Han delte Nobelprisen i kemi i 1951 med Edwin Mattison McMillan for deres uafhængige opdagelser af transuranelementer. Seaborgium blev opkaldt til hans ære, hvilket gjorde ham til den eneste person langs Albert Einstein og Yuri Oganessian , for hvem et kemisk element blev opkaldt i løbet af hans levetid.

Molekylærbiologi og biokemi

I midten af ​​det 20. århundrede var integrationen af ​​fysik og kemi i princippet omfattende, med kemiske egenskaber forklaret som resultatet af atomets elektroniske struktur ; Linus Paulings bog om Nature of the Chemical Bond brugte kvantemekanikkens principper til at udlede bindingsvinkler i stadig mere komplicerede molekyler. Selvom nogle principper udledt af kvantemekanik var i stand til kvalitativt at forudsige nogle kemiske træk for biologisk relevante molekyler, var de indtil slutningen af ​​det 20. århundrede mere en samling af regler, observationer og opskrifter end strenge ab initio kvantitative metoder.

Diagrammatisk fremstilling af nogle centrale strukturelle træk ved DNA

Denne heuristiske tilgang sejrede i 1953, da James Watson og Francis Crick udledte den dobbelte spiralformede struktur af DNA ved at konstruere modeller, der blev begrænset af og informeret af kendskabet til de komponenters kemi og røntgendiffraktionsmønstre opnået af Rosalind Franklin . Denne opdagelse førte til en eksplosion af forskning i livets biokemi .

I samme år, den Miller-Urey-eksperimentet , foretaget af Stanley Miller og Harold Urey demonstreret at de grundlæggende bestanddele af protein , simple aminosyrer , kunne selv være opbygget af simplere molekyler i en simulering af primordiale processer på Jorden. Selvom der stadig er mange spørgsmål om livets oprindelses sande natur , var dette kemikernes første forsøg på at studere hypotetiske processer i laboratoriet under kontrollerede forhold.

I 1983 udarbejdede Kary Mullis en metode til in vitro-amplifikation af DNA, kendt som polymerasekædereaktionen (PCR), som revolutionerede de kemiske processer, der blev brugt i laboratoriet til at manipulere det. PCR kunne bruges til at syntetisere specifikke stykker DNA og muliggøre sekventering af DNA fra organismer, hvilket kulminerede i det enorme menneskelige genomprojekt .

En vigtig brik i dobbelt helix -puslespillet blev løst af en af ​​Paulings elever Matthew Meselson og Frank Stahl , resultatet af deres samarbejde ( Meselson – Stahl -eksperimentet ) er blevet kaldt "det smukkeste eksperiment inden for biologi".

De brugte en centrifugeringsteknik, der sorterede molekyler efter forskelle i vægt. Fordi nitrogenatomer er en bestanddel af DNA, blev de mærket og derfor sporet i replikation i bakterier.

Slutningen af ​​det 20. århundrede

Buckminsterfullerene, C ₆₀

I 1970 udviklede John Pople det gaussiske program i høj grad med at lette beregninger af kemiske beregninger. I 1971 tilbød Yves Chauvin en forklaring på reaktionsmekanismen for olefinmetatese -reaktioner. I 1975 opdagede Karl Barry Sharpless og hans gruppe en stereoselektiv oxidationsreaktion , herunder Sharpless epoxidation , Sharpless asymmetrisk dihydroxylering og Sharpless oxyamination . I 1985 opdagede Harold Kroto , Robert Curl og Richard Smalley fullerener , en klasse af store kulstofmolekyler, der overfladisk lignede den geodesiske kuppel designet af arkitekt R. Buckminster Fuller . I 1991 brugte Sumio Iijima elektronmikroskopi til at opdage en type cylindrisk fulleren kendt som et carbon nanorør , selvom der tidligere var blevet udført arbejde i feltet allerede i 1951. Dette materiale er en vigtig komponent inden for nanoteknologi . I 1994 opnåede Robert A. Holton og hans gruppe den første samlede syntese af Taxol . I 1995 producerede Eric Cornell og Carl Wieman det første Bose -Einstein -kondensat , et stof, der viser kvantemekaniske egenskaber på makroskopisk skala.

Jord videnskab

I 1912 foreslog Alfred Wegener teorien om Continental Drift . Denne teori antyder, at kontinenternes former og matchende kystlinjegeologi mellem nogle kontinenter indikerer, at de tidligere var forbundet sammen og dannede en enkelt landmasse kendt som Pangea; derefter separerede de og drev som flåder over havbunden og nåede i øjeblikket deres nuværende position. Derudover tilbød teorien om kontinentaldrift en mulig forklaring på dannelsen af ​​bjerge; Pladetektonik bygget på teorien om kontinentaldrift.

Desværre gav Wegener ingen overbevisende mekanisme til denne drift, og hans ideer blev ikke generelt accepteret i løbet af hans levetid. Arthur Homes accepterede Wegeners teori og gav en mekanisme: kappekonvektion , der fik kontinenterne til at bevæge sig. Det var dog først efter Anden Verdenskrig, at nye beviser begyndte at akkumulere, der understøttede kontinentaldrift. Der fulgte en periode på 20 ekstremt spændende år, hvor teorien om kontinentaldrift udviklede sig fra at blive troet af nogle få til at være grundstenen i moderne geologi. Fra 1947 fandt forskningen nye beviser for havbunden, og i 1960 udgav Bruce C. Heezen konceptet om midterhavsrygge . Kort tid efter foreslog Robert S. Dietz og Harry H. Hess , at havskorpen dannes, efterhånden som havbunden spredes fra hinanden langs midterhavsrygge ved spredning af havbunden . Dette blev betragtet som en bekræftelse på kappekonvektion, og derfor blev den største anstødssten for teorien fjernet. Geofysisk bevis tyder på, at kontinenterne bevæger sig lateralt, og at oceanisk skorpe er yngre end kontinental skorpe . Disse geofysiske beviser ansporede også hypotesen om paleomagnetisme , registreringen af ​​orienteringen af Jordens magnetfelt registreret i magnetiske mineraler. Den britiske geofysiker SK Runcorn foreslog begrebet paleomagnetisme fra hans opdagelse, at kontinenterne havde bevæget sig i forhold til Jordens magnetiske poler. Tuzo Wilson , der var en promotor for havbunden, der spredte hypotese og kontinentaldrift helt fra begyndelsen, tilføjede begrebet transformationsfejl til modellen og fuldførte de klasser af fejltyper, der var nødvendige for at få pladernes mobilitet til at fungere. Et symposium om kontinentaldrift blev afholdt i Royal Society of London i 1965 må betragtes som den officielle start på det videnskabelige samfunds accept af pladetektonik. Abstracterne fra symposiet udstedes som Blacket, Bullard, Runcorn; 1965.In dette symposium viste Edward Bullard og kolleger med en computerberegning, hvordan kontinenterne langs begge sider af Atlanterhavet bedst ville passe til at lukke havet, som blev kendt som den berømte "Bullard's Fit". I slutningen af ​​1960'erne så vægten af ​​de tilgængelige beviser Continental Drift som den generelt accepterede teori.

Andre teorier om årsagerne til klimaændringer klarede sig ikke bedre. De vigtigste fremskridt var inden for observationel paleoklimatologi , da forskere inden for forskellige områder af geologi udarbejdede metoder til at afsløre gamle klimaer. Wilmot H. Bradley fandt ud af, at årlige lervarver, der blev lagt ned i søbede, viste klimakredsløb. Andrew Ellicott Douglass så stærke tegn på klimaændringer i træringe . Da han bemærkede, at ringene var tyndere i tørre år, rapporterede han klimaeffekter fra solvariationer, især i forbindelse med mangel på solpletter fra det 17. århundrede ( Maunder Minimum ), der tidligere blev bemærket af William Herschel og andre. Andre forskere fandt imidlertid god grund til at tvivle på, at træringe kunne afsløre alt andet end tilfældige regionale variationer. Værdien af ​​træringe til klimastudie blev først fastlagt først i 1960'erne.

Gennem 1930'erne var astrofysikeren Charles Greeley Abbot den mest ihærdige fortaler for en forbindelse mellem sol og klima . I begyndelsen af ​​1920'erne havde han konkluderet, at solens "konstante" var forkert navngivet: hans observationer viste store variationer, som han forbandt med solpletter, der passerede hen over solens overflade. Han og et par andre forfulgte emnet ind i 1960'erne og overbeviste om, at variationer i solpletter var en hovedårsag til klimaændringer. Andre forskere var skeptiske. Ikke desto mindre var forsøg på at forbinde solcyklussen med klimakredsløb populære i 1920'erne og 1930'erne. Respekterede forskere meddelte korrelationer, som de insisterede på var pålidelige nok til at kunne forudsige. Før eller siden mislykkedes enhver forudsigelse, og emnet forfaldt.

I mellemtiden forbedrede Milutin Milankovitch , der bygger på James Crolls teori, de kedelige beregninger af de forskellige afstande og vinkler for solens stråling, da solen og månen gradvist forstyrrede Jordens kredsløb. Nogle observationer af varve (lag set i mudderet, der dækker bunden af ​​søer), matchede forudsigelsen af ​​en Milankovitch -cyklus, der varede omkring 21.000 år. De fleste geologer afviste imidlertid den astronomiske teori. For de kunne ikke passe Milankovitchs timing til den accepterede sekvens, der kun havde fire istider, alle sammen meget længere end 21.000 år.

I 1938 forsøgte Guy Stewart Callendar at genoplive Arrhenius 'teori om drivhuseffekter. Callendar fremlagde bevis for, at både temperatur og CO
2niveau i atmosfæren havde været stigende i løbet af det sidste halve århundrede, og han hævdede, at nyere spektroskopiske målinger viste, at gassen var effektiv til at absorbere infrarød i atmosfæren. Ikke desto mindre fortsatte de fleste videnskabelige meninger med at bestride eller ignorere teorien.

Charles Keeling, der modtog National Medal of Science fra George W. Bush , i 2001

Et andet fingerpeg om klimaændringernes karakter kom i midten af ​​1960'erne fra analyse af dybhavskerner af Cesare Emiliani og analyse af gamle koraller af Wallace Broecker og samarbejdspartnere. I stedet for fire lange istider fandt de et stort antal kortere i en regelmæssig rækkefølge. Det viste sig, at tidspunktet for istiden blev sat af de små orbitale forskydninger i Milankovitch -cyklerne . Selvom sagen forblev kontroversiel, begyndte nogle at antyde, at klimasystemet er følsomt over for små ændringer og let kan vendes fra en stabil tilstand til en anden.

Forskere begyndte i mellemtiden at bruge computere til at udvikle mere sofistikerede versioner af Arrhenius's beregninger. I 1967 udnyttede Syukuro Manabe og Richard Wetherald den første detaljerede beregning af drivhuseffekten med konvektion ("Manabe-Wetherald endimensionale radiativ-konvektive model" i 1967 ved at udnytte digitale computers evne til at integrere absorptionskurver numerisk ). De fandt ud af, at i mangel af ukendte feedbacks som ændringer i skyer, ville en fordobling af kuldioxid fra det nuværende niveau resultere i en stigning på cirka 2 ° C i den globale temperatur.

I 1960'erne var aerosolforurening ("smog") blevet et alvorligt lokalt problem i mange byer, og nogle forskere begyndte at overveje, om den afkølende effekt af partikelforurening kunne påvirke de globale temperaturer. Forskere var usikre på, om den kølende effekt af partikelforurening eller opvarmningseffekt af drivhusgasemissioner ville dominere, men begyndte uanset at mistænke, at menneskelige emissioner kunne forstyrre klimaet i det 21. århundrede, hvis ikke før. I sin 1968 bog The Population Bomb , Paul R. Ehrlich skrev: "drivhuseffekten bliver forbedret nu af stærkt øget niveau af kuldioxid ... [dette] bliver modvirket af lav-niveau skyer genereret af contrails, støv, og andre forurenende stoffer ... I øjeblikket kan vi ikke forudsige, hvad de samlede klimatiske resultater vil være af vores brug af atmosfæren som skraldespand. "

En undersøgelse fra 1968 af Stanford Research Institute for American Petroleum Institute bemærkede:

Hvis jordens temperatur stiger betydeligt, kan der forventes en række begivenheder, herunder smeltning af den antarktiske iskappe, en stigning i havniveauet, opvarmning af havene og en stigning i fotosyntese. [..] Revelle gør opmærksom på, at mennesket nu er i gang med et stort geofysisk eksperiment med sit miljø, jorden. Betydelige temperaturændringer vil næsten være sikre i år 2000, og disse kan medføre klimatiske ændringer.

I 1969 var NATO den første kandidat til at håndtere klimaændringer på internationalt plan. Det var derefter planlagt at etablere et knudepunkt for forskning og initiativer fra organisationen i det civile område, der beskæftiger sig med miljøemner som sur regn og drivhuseffekten . Forslaget fra USA's præsident Richard Nixon var ikke særlig vellykket med administrationen af ​​den tyske forbundskansler Kurt Georg Kiesinger . Men emnerne og forberedelsesarbejdet på de tyske myndigheders forslag til NATO tog international fart, (se f.eks. Stockholm FN -konferencen om det menneskelige miljø 1970), da Willy Brandts regering i stedet begyndte at anvende dem på det civile område.

Også i 1969 offentliggjorde Mikhail Budyko en teori om is-albedo-feedback , et grundlæggende element i det, der i dag er kendt som arktisk forstærkning . Samme år blev en lignende model udgivet af William D. Sellers . Begge undersøgelser vakte betydelig opmærksomhed, da de antydede muligheden for en løbende positiv feedback inden for det globale klimasystem.

I begyndelsen af ​​1970'erne tilskyndede beviser på, at aerosoler voksede på verdensplan til at Reid Bryson og nogle andre advarede om muligheden for alvorlig afkøling. I mellemtiden antydede det nye bevis for, at istiden var fastsat af forudsigelige kredsløbscyklusser, at klimaet gradvist ville afkøle over tusinder af år. For det kommende århundrede fandt en undersøgelse af den videnskabelige litteratur fra 1965 til 1979 imidlertid 7 artikler, der forudsagde afkøling og 44 forudsagde opvarmning (mange andre artikler om klima gav ingen forudsigelse); opvarmningsartiklerne blev citeret meget oftere i efterfølgende videnskabelig litteratur. Flere videnskabelige paneler fra denne tidsperiode konkluderede, at der var behov for mere forskning for at afgøre, om opvarmning eller afkøling var sandsynlig, hvilket tyder på, at tendensen i den videnskabelige litteratur endnu ikke var blevet til enighed.

John Sawyer offentliggjorde undersøgelsen Menneskeskabt kuldioxid og "drivhuseffekten" i 1972. Han opsummerede dengang videnskabens viden, den menneskeskabte tilskrivning af kuldioxid-drivhusgassen, distribution og eksponentiel stigning, fund, der stadig er gældende i dag . Derudover forudsagde han nøjagtigt graden af ​​global opvarmning i perioden mellem 1972 og 2000.

Stigningen på 25% CO2 forventet i slutningen af ​​århundredet svarer derfor til en stigning på 0,6 ° C i verdens temperatur - en mængde noget større end de klimatiske variationer i de seneste århundreder . - John Sawyer, 1972

De almindelige nyhedsmedier overdrev dengang advarslerne fra mindretallet, der forventede overhængende afkøling. For eksempel offentliggjorde magasinet Newsweek i 1975 en historie, der advarede mod "ildevarslende tegn på, at Jordens vejrmønstre er begyndt at ændre sig." Artiklen fortsatte med at fastslå, at beviser for global afkøling var så stærke, at meteorologer havde "svært ved at følge med." Den 23. oktober 2006 udsendte Newsweek en opdatering om, at det havde været "spektakulært forkert om den nærmeste fremtid".

I de to første "Rapporter for Romklubben" i 1972 og 1974 ændrede de menneskeskabte klimaændringer sig af CO
2stigning samt ved spildvarme blev nævnt. Om sidstnævnte skrev John Holdren i en undersøgelse, der blev citeret i den første rapport, “... at global termisk forurening næppe er vores mest umiddelbare miljøtrussel. Det kan imidlertid vise sig at være det mest ubønhørlige, hvis vi er så heldige at undvige alt det andet. ” Simpelt globalt skøn, der for nylig er blevet aktualiseret og bekræftet af mere raffinerede modelberegninger, viser mærkbare bidrag fra spildvarme til global opvarmning efter år 2100, hvis dets vækstrater ikke er stærkt reduceret (under de gennemsnitlige 2% pa, der fandt sted siden 1973 ).

Bevis for opvarmning akkumuleret. I 1975 havde Manabe og Wetherald udviklet en tredimensionel global klimamodel, der gav en nogenlunde nøjagtig fremstilling af det nuværende klima. Fordobling af CO
2i modellens atmosfære gav en cirka 2 ° C stigning i den globale temperatur. Flere andre slags computermodeller gav lignende resultater: det var umuligt at lave en model, der gav noget, der lignede det faktiske klima og ikke havde temperaturstigning, når CO
2 koncentrationen blev øget.

Verdensklimakonferencen i 1979 (12. til 23. februar) i Verdens Meteorologiske Organisation konkluderede "det forekommer sandsynligt, at en øget mængde kuldioxid i atmosfæren kan bidrage til en gradvis opvarmning af den lavere atmosfære, især på højere breddegrader .... Det er muligt, at nogle virkninger på regional og global skala kan påvises inden slutningen af ​​dette århundrede og blive betydelige inden midten af ​​det næste århundrede. "

I juli 1979 offentliggjorde United States National Research Council en rapport, der konkluderede (delvist):

Når det antages, at CO
2atmosfærens indhold fordobles, og der opnås statistisk termisk ligevægt, jo mere realistisk af modelleringsindsatsen forudsiger en global overfladeopvarmning på mellem 2 ° C og 3,5 ° C, med større stigninger på høje breddegrader. ... vi har forsøgt, men har ikke været i stand til at finde overset eller undervurderet fysiske virkninger, der kan reducere den aktuelt anslåede globale opvarmning på grund af en fordobling af atmosfærisk CO
2 til ubetydelige proportioner eller helt vende dem.

James Hansen under hans vidnesbyrd i 1988 for kongressen, som gjorde offentligheden opmærksom på farerne ved global opvarmning

I begyndelsen af ​​1980'erne var den lette nedkøling fra 1945 til 1975 stoppet. Aerosolforurening var faldet på mange områder på grund af miljølovgivning og ændringer i brændstofforbrug, og det blev klart, at køleeffekten fra aerosoler ikke ville stige væsentligt, mens kuldioxidniveauerne steg gradvist.

Hansen og andre offentliggjorde undersøgelsen fra 1981 Klimapåvirkning af stigende atmosfærisk kuldioxid og bemærkede:

Det er vist, at den menneskeskabte kuldioxidopvarmning skulle komme fra støjniveauet i den naturlige klimavariabilitet i slutningen af ​​århundredet, og der er stor sandsynlighed for opvarmning i 1980'erne. Potentielle virkninger på klimaet i det 21. århundrede omfatter oprettelse af tørke-tilbøjelige regioner i Nordamerika og Centralasien som led i en ændring af klimazoner, erosion af den vestantarktiske indlandsis med en deraf følgende stigning i havoverfladen på verdensplan og åbning af den sagnomspundne nordvestpassage.

I 1982 afslørede grønlandske iskerner af Hans Oeschger , Willi Dansgaard og samarbejdspartnere dramatiske temperatursvingninger i løbet af et århundrede i en fjern fortid. Den mest fremtrædende af ændringerne i deres rekord svarede til den voldsomme Younger Dryas klimasvingning, der ses ved skift i pollenarter i søbede i hele Europa. Tydeligvis var drastiske klimaændringer mulige inden for en menneskelig levetid.

I 1985 konkluderede en fælles UNEP/WMO/ICSU -konference om "vurdering af kuldioxiders rolle og andre drivhusgasser i klimavariationer og tilhørende virkninger", at drivhusgasser "forventes" at forårsage betydelig opvarmning i det næste århundrede, og at nogle opvarmning er uundgåelig.

I mellemtiden viste iskerner boret af et fransk-sovjetisk team på Vostok Station i Antarktis , at CO
2og temperaturen var gået op og ned sammen i brede svingninger gennem tidligere istider. Dette bekræftede CO
2-temperaturforhold på en måde, der er helt uafhængig af computerklimamodeller, hvilket stærkt forstærker den nye videnskabelige konsensus. Resultaterne pegede også på kraftfulde biologiske og geokemiske tilbagemeldinger.

I juni 1988 foretog James E. Hansen en af ​​de første vurderinger af, at opvarmning forårsaget af mennesker allerede havde målbart påvirket det globale klima. Kort tid efter samlede en " verdenskonference om den skiftende atmosfære: Implikationer for global sikkerhed " hundredvis af forskere og andre i Toronto . De konkluderede, at ændringerne i atmosfæren på grund af menneskelig forurening "udgør en stor trussel mod international sikkerhed og allerede har skadelige konsekvenser over mange dele af kloden", og erklærede, at verden i 2005 ville være velinformeret til at skubbe sine emissioner omkring 20% ​​under 1988 -niveauet.

1980'erne oplevede vigtige gennembrud med hensyn til globale miljøudfordringer. Ozonnedbrydning blev afbødet af Wienerkonventionen (1985) og Montreal -protokollen (1987). Sur regn var hovedsageligt reguleret på nationalt og regionalt niveau.

Farver angiver temperaturanomalier ( NASA / NOAA ; 20. januar 2016). I 1988 oprettede WMO det mellemstatslige panel for klimaændringer med støtte fra UNEP. IPCC fortsætter sit arbejde i dag og udsender en række vurderingsrapporter og supplerende rapporter, der beskriver tilstanden for den videnskabelige forståelse på det tidspunkt, hvor hver rapport udarbejdes. Den videnskabelige udvikling i denne periode opsummeres cirka en gang hvert femte til seks år i IPCC -vurderingsrapporterne, der blev offentliggjort i 1990 ( første vurderingsrapport ), 1995 ( anden vurderingsrapport ), 2001 ( tredje vurderingsrapport ), 2007 ( fjerde vurderingsrapport ) og 2013/2014 ( femte vurderingsrapport ).

Siden 1990'erne er forskning i klimaforandringer ekspanderet og vokset og forbinder mange områder som atmosfæriske videnskaber, numerisk modellering, adfærdsvidenskab, geologi og økonomi eller sikkerhed .

Teknik og teknologi

Første flyvning af Wright Flyer I, 17. december 1903, pilotering af Orville, Wilbur løb ved vingetip.

Et af det fremtrædende træk i det 20. århundrede var den dramatiske vækst i teknologi. Organiseret forskning og videnskabspraksis førte til fremskridt inden for kommunikation, teknik, rejse, medicin og krig.

• Antallet og typer husholdningsapparater steg dramatisk på grund af teknologiske fremskridt, eltilgængelighed og stigninger i rigdom og fritid. Sådanne grundlæggende apparater som vaskemaskiner , tørretumblere , ovne, træningsmaskiner , køleskabe , frysere, elektriske komfurer og støvsugere blev alle populære fra 1920'erne til 1950'erne. Den mikrobølgeovn blev bygget på 25 oktober 1955 og blev populær i 1980'erne og er blevet en standard i alle hjem fra 1990'erne. Radioer blev populær som en form for underholdning i løbet af 1920'erne, som strakte sig til fjernsyn i løbet af 1950'erne. Kabel- og satellit -tv spredte sig hurtigt i løbet af 1980'erne og 1990'erne. Personlige computere begyndte også at komme ind i hjemmet i løbet af 1970’erne – 1980’erne. Alderen på den bærbare musikafspiller voksede i løbet af 1960'erne med udviklingen af transistorradioen , 8-spor og kassettebånd , som langsomt begyndte at erstatte pladespillere Disse blev igen erstattet af cd'en i slutningen af ​​1980'erne og 1990'erne. Spredning af Internettet i midten til slutningen af ​​1990'erne gjorde digital distribution af musik (mp3'er) mulig. Videobåndoptagere blev populær i 1970'erne, men i slutningen af ​​det 20. århundrede begyndte dvd -afspillere at erstatte dem, hvilket gjorde VHS forældet i slutningen af ​​det første årti af det 21. århundrede.
• Det første fly blev fløjet i 1903. Med konstruktionen af den hurtigere jetmotor i 1940'erne, masse flyrejser blev kommercielt levedygtige.
• Den samlebåndet lavet masseproduktion af bil levedygtige. I slutningen af ​​det 20. århundrede havde milliarder af mennesker biler til personlig transport. Kombinationen af ​​bilen, motorbåde og flyrejser tillod en hidtil uset personlig mobilitet. I de vestlige lande blev motorulykker den største dødsårsag for unge. Udvidelse af delte motorveje reducerede dog dødeligheden.
• Den triode rør , transistor og integrerede kredsløb successivt revolutioneret elektronik og computere, der fører til spredning af den personlige computer i 1980'erne og mobiltelefoner og den offentlige brug af internettet i 1990'erne.
• Nye materialer, især rustfrit stål , velcro , silikone , teflon og plast, såsom polystyren , PVC , polyethylen og nylon, blev udbredt til mange forskellige anvendelser. Disse materialer har typisk enorme præstationsgevinster i styrke, temperatur, kemisk modstand eller mekaniske egenskaber i forhold til dem, der var kendt før det 20. århundrede.
• Aluminium blev et billigt metal og blev kun andet efter at stryge i brug.
• Halvledermaterialer blev opdaget, og produktions- og rensemetoder udviklet til brug i elektroniske enheder. Silicium blev et af de reneste stoffer, der nogensinde er produceret.
• Tusindvis af kemikalier blev udviklet til industriel forarbejdning og hjemmebrug.

Matematik

I det 20. århundrede blev matematik et stort erhverv. Som på de fleste undersøgelsesområder har eksplosionen af ​​viden i den videnskabelige tidsalder ført til specialisering: ved slutningen af ​​århundredet var der hundredvis af specialiserede områder inden for matematik, og matematikfagklassifikationen var snesevis af sider lang. Hvert år blev der uddelt tusindvis af nye ph.d.er i matematik, og der var job til rådighed i både undervisning og industri. Flere og flere matematiske tidsskrifter blev udgivet, og i slutningen af ​​århundredet førte udviklingen af World Wide Web til online -udgivelse. Matematiske samarbejder af hidtil uset størrelse og omfang fandt sted. Et eksempel er klassificeringen af ​​begrænsede simple grupper (også kaldet den "enorme sætning"), hvis bevis mellem 1955 og 1983 krævede 500-ulige tidsskriftartikler af omkring 100 forfattere og fyldte titusindvis af sider.

I en 1900 tale til internationale kongres af Matematikere , David Hilbert fastsat en liste over 23 uløste problemer i matematik . Disse problemer, der spænder over mange områder af matematik, dannede et centralt fokus for meget af det 20. århundredes matematik. I dag er 10 blevet løst, 7 er delvist løst, og 2 er stadig åbne. De resterende 4 er for løst formuleret til at angives som løst eller ej.

I 1929 og 1930 blev det bevist, at sandheden eller falskheden i alle udsagn, der var formuleret om de naturlige tal plus et af addition og multiplikation, var afgørelig , dvs. kunne bestemmes af en eller anden algoritme. I 1931 fandt Kurt Gödel ud af , at dette ikke var tilfældet for de naturlige tal plus både addition og multiplikation; dette system, kendt som Peano -aritmetik , var faktisk ufuldstændigt . (Peano -aritmetik er tilstrækkelig til en hel del talteori , herunder begrebet primtal .) En konsekvens af Gödels to ufuldstændighedssætninger er, at sandheden nødvendigvis overskrider sandheden i ethvert matematisk system, der omfatter Peano -aritmetik (inklusive al analyse og geometri ) bevis, dvs. der er sande udsagn, der ikke kan bevises inden for systemet. Derfor kan matematik ikke reduceres til matematisk logik, og David Hilberts drøm om at gøre hele matematikken komplet og konsekvent skulle reformuleres.

I 1963 beviste Paul Cohen , at kontinuumhypotesen er uafhængig af (hverken kunne bevises eller modbevises fra) sætteoriens standardaksiomer . I 1976 brugte Wolfgang Haken og Kenneth Appel en computer til at bevise de fire farvesætninger . Andrew Wiles , der bygger på andres arbejde, beviste Fermats sidste sætning i 1995. I 1998 beviste Thomas Callister Hales Kepler -formodningen .

Newtonsk (rød) kontra Einsteinian -bane (blå) på en ensom planet, der kredser om en stjerne, med relativistisk presession af apsider

Differentialgeometri kom til sin ret, da Albert Einstein brugte den i generel relativitet . Helt nye områder inden for matematik såsom matematisk logik , topologi , og John von Neumann 's spilteori ændret den slags spørgsmål, som kunne besvares af matematiske metoder. Alle former for strukturer blev abstraheret ved hjælp af aksiomer og navne som metriske rum , topologiske rum osv. Som matematikere gør, blev begrebet en abstrakt struktur selv abstraheret og ført til kategoriteori . Grothendieck og Serre omarbejdede algebraisk geometri ved hjælp af skårteori . Der blev gjort store fremskridt i den kvalitative undersøgelse af dynamiske systemer, som Poincaré havde påbegyndt i 1890'erne. Målteori blev udviklet i slutningen af ​​det 19. og begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Anvendelser af foranstaltninger omfatter Lebesgue -integralet , Kolmogorovs aksiomatisering af sandsynlighedsteori og ergodisk teori . Knotteori udvidet kraftigt. Kvantemekanik førte til udviklingen af funktionel analyse . Andre nye områder omfatter Laurent Schwartz 's fordeling teori , fast punkt teori , singularitet teori og René Thom ' s katastrofe teori , model teori , og Mandelbrot 's fraktaler . Løgnet teori med dens Lie grupper og Lie algebras blev et af de store studieområder.

Ikke-standardiseret analyse , indført af Abraham Robinson , rehabiliterede den uendelige tilgang til beregning, som var faldet i vanry til fordel for teorien om grænser , ved at udvide feltet med reelle tal til de hyperreale tal, der omfatter uendelige og uendelige mængder. Et endnu større nummersystem, de surrealistiske tal blev opdaget af John Horton Conway i forbindelse med kombinatoriske spil .

Udviklingen og den løbende forbedring af computere , først mekaniske analoge maskiner og derefter digitale elektroniske maskiner, gav industrien mulighed for at håndtere større og større datamængder for at lette masseproduktion og distribution og kommunikation, og nye matematikområder blev udviklet til at håndtere dette : Alan Turing 's beregnelighed ; kompleksitetsteori ; Derrick Henry Lehmers brug af ENIAC til yderligere talteori og Lucas-Lehmer-testen ; Rózsa Péter 's rekursiv funktion teori ; Claude Shannon 's oplysninger teori ; signalbehandling ; dataanalyse ; optimering og andre operationsområder . I de foregående århundreder var meget matematisk fokus på beregning og kontinuerlige funktioner, men stigningen i computer- og kommunikationsnetværk førte til en stigende betydning af diskrete begreber og udvidelse af kombinatorik inklusive grafteori . Computernes hastighed og databehandling muliggjorde også håndtering af matematiske problemer, der var for tidskrævende at håndtere ved hjælp af blyant- og papirberegninger, hvilket førte til områder som numerisk analyse og symbolsk beregning . Nogle af de vigtigste metoder og algoritmer i det 20. århundrede er: simplex-algoritmen , den hurtige Fouriertransformation , fejlkorrigerende koder , Kalman-filteret fra kontrolteori og RSA-algoritmen for public-key-kryptografi .

Fysik

• Nye fysikområder , som særlig relativitet , generel relativitet og kvantemekanik , blev udviklet i løbet af første halvdel af århundredet. I processen blev atomernes indre struktur klart forstået efterfulgt af opdagelsen af elementarpartikler .
• Det blev fundet, at alle de kendte kræfter kun kan spores til fire grundlæggende vekselvirkninger . Det blev opdaget yderligere, at to kræfter, elektromagnetisme og svag interaktion , kan flettes i elektrosvag kraft , så kun tre forskellige fundamentale vekselvirkninger.
• Opdagelse af atomreaktioner , især atomfusion , afslørede endelig kilden til solenergi .
• Radiocarbon dating blev opfundet og blev en kraftfuld teknik til at bestemme alderen på forhistoriske dyr og planter samt historiske genstande.
• Stjernet nukleosyntese blev forfinet som en teori i 1954 af Fred Hoyle ; teorien blev understøttet af astronomiske beviser, der viste, at kemiske elementer blev skabt af atomfusionsreaktioner inden for stjerner.

Kvantemekanik

Kvantemekanik i 1920'erne

Fra venstre til højre, øverste række: Louis de Broglie (1892–1987) og Wolfgang Pauli (1900–58); anden række: Erwin Schrödinger (1887–1961) og Werner Heisenberg (1901–76)

Dette afsnit er et uddrag af kemihistorie § Kvantemekanik . [ rediger ]

I 1924 udgav den franske kvantefysiker Louis de Broglie sit speciale, hvor han introducerede en revolutionerende teori om elektronbølger baseret på bølge -partikel -dualitet . I sin tid blev bølge- og partikelfortolkninger af lys og stof betragtet som i modstrid med hinanden, men de Broglie foreslog, at disse tilsyneladende forskellige egenskaber i stedet var den samme adfærd observeret fra forskellige perspektiver - at partikler kan opføre sig som bølger, og bølger (stråling) kan opføre sig som partikler. Broglies forslag tilbød en forklaring på den begrænsede bevægelse af elektroner inden for atomet. De første publikationer af Broglie's idé om "stofbølger" havde ikke tiltrukket sig særlig opmærksomhed fra andre fysikere, men en kopi af hans doktorafhandling havde chancen for at nå Einstein, hvis svar var entusiastisk. Einstein understregede betydningen af ​​Broglies arbejde både eksplicit og ved at bygge videre på det.

I 1925 udviklede den østrigskfødte fysiker Wolfgang Pauli Pauli-ekskluderingsprincippet , der siger, at ingen elektroner omkring en enkelt kerne i et atom kan optage den samme kvantetilstand samtidigt, som beskrevet med fire kvantetal . Pauli leverede store bidrag til kvantemekanik og kvantefeltteori - han blev tildelt Nobelprisen i fysik fra 1945 for sin opdagelse af Pauli -udelukkelsesprincippet - såvel som solid -state fysik, og han formodede med succes hypotese om neutrinoens eksistens . Ud over sit originale arbejde skrev han mesterlige synteser af flere områder af fysisk teori, der betragtes som klassikere af videnskabelig litteratur.

${\ displaystyle H (t) | \ psi (t) \ rangle = i \ hbar {\ frac {d} {dt}} | \ psi (t) \ rangle}$

The Schrödingerligningen

I 1926 i en alder af 39 år producerede den østrigske teoretiske fysiker Erwin Schrödinger de papirer, der gav grundlaget for kvantebølgemekanik. I disse papirer beskrev han sin delvise differentialligning, der er kvantemekanikkens grundligning og har det samme forhold til atomets mekanik som Newtons bevægelsesligninger har til planetarisk astronomi. Ved at vedtage et forslag fra Louis de Broglie i 1924 om, at stofpartikler har en dobbelt karakter og i nogle situationer fungerer som bølger, introducerede Schrödinger en teori, der beskriver et sådant systems adfærd ved hjælp af en bølgeligning, der nu er kendt som Schrödinger -ligningen . Løsningerne til Schrödingers ligning er i modsætning til løsningerne til Newtons ligninger bølgefunktioner, der kun kan relateres til den sandsynlige forekomst af fysiske begivenheder. Den let visualiserede sekvens af begivenheder på planeternes baner i Newton er i kvantemekanik erstattet af den mere abstrakte forestilling om sandsynlighed . (Dette aspekt af kvanteteorien gjorde Schrödinger og flere andre fysikere dybt ulykkelige, og han dedikerede meget af sit senere liv til at formulere filosofiske indvendinger mod den generelt accepterede fortolkning af teorien, som han havde gjort så meget for at skabe.)

Den tyske teoretiske fysiker Werner Heisenberg var en af ​​de vigtigste skabere af kvantemekanik. I 1925 opdagede Heisenberg en måde at formulere kvantemekanik i form af matricer. For denne opdagelse fik han Nobelprisen i fysik for 1932. I 1927 offentliggjorde han sit usikkerhedsprincip , som han byggede sin filosofi på, og som han er bedst kendt for. Heisenberg var i stand til at demonstrere, at hvis du studerede en elektron i et atom, kunne du sige, hvor den var (elektronens placering) eller hvor den skulle hen (elektronens hastighed), men det var umuligt at udtrykke begge på samme tid. Han leverede også vigtige bidrag til teorierne om hydrodynamikken for turbulente strømme , atomkernen, ferromagnetisme , kosmiske stråler og subatomære partikler , og han var med til at planlægge den første vesttyske atomreaktor på Karlsruhe sammen med en forskningsreaktor i München , i 1957. Betydelig kontrovers omgiver hans arbejde med atomforskning under Anden Verdenskrig.

Samfundsvidenskab

• Ivan Pavlov udviklede teorien om klassisk konditionering .
• Den østrigske skole for økonomisk teori vundet i forgrunden.
• Områderne sociobiologi og evolutionær psykologi begyndte forenende discipliner inden biologi , psykologi , etologi , neurovidenskab , og antropologi .

Referencer