2020年十大科學紀念日:X射線、原子彈、預測中子、天文界世紀大...

2020-12-11 前瞻網

展望未來,2020年是一個科學周年紀念的好年份,有許多機會來表彰過去對人類集體知識作出貢獻的一些偉大科學家,或紀念一些偉大的科學成就和發現。

2020年十大科學紀念日如下:

10. 羅吉爾·培根(Roger Bacon) 800歲生日

沒有人確切地知道培根是什麼時候出生的,但他的著作中有一段話表明他是在1220年左右出生的。他是當時最傑出的自然哲學家之一;他先在牛津大學學習,然後在巴黎大學講學。

培根是最早倡導實驗在研究自然中的重要性的人之一。他特別強調了光學作為一門基礎科學的地位。

培根也明白在解釋自然現象時應用數學的必要性。他寫道:「數學的力量能夠揭示所有事物的原因,並對人和神的現象給出充分的解釋。」

培根認為他那個時代的許多著名哲學家都是傻瓜,但他尊敬哲學家兼神學家羅伯特·格羅斯泰斯特(Robert Grosseteste),並更全面地發展了他的一些思想,包括數學的作用和「自然法則」支配自然現象的概念。

9. 玻色-愛因斯坦凝聚 25周年紀念

愛因斯坦(Albert Einstein)去世後,沒有哪個科學家比他創造了更多的新聞。從雷射到黑洞再到引力波,許多重大的現代發現只不過是驗證了幾十年前源於愛因斯坦想像的預言。

1995年,物理學家們發現了一種新的奇怪的波狀物質,叫做玻色-愛因斯坦凝聚。這是愛因斯坦在多年前預言的一種新物態。

1924年,玻色給愛因斯坦寄去一篇論文,從數學角度描述了光是一種粒子氣體(我們現在稱之為光子)。

大約在那個時候,愛因斯坦讀了另一篇論文,他認為物質粒子(如電子)可以被理解為波。愛因斯坦結合多種理論,最後用玻色的數學來描述物質。

愛因斯坦將玻色對光子(粒子數不守恆)的統計方法推廣到原子(粒子數守恆),預言當這類原子的溫度足夠低時,會有相變-新的物質狀態產生,所有的原子會突然聚集在一種儘可能低的能量狀態,這就玻色-愛因斯坦凝聚。

製造這樣的玻色-愛因斯坦凝聚需要特殊的條件(比如,必須非常冷),物理學家花了70年時間才克服了技術上的挑戰,再次證明愛因斯坦是正確的。

8. 天文界世紀大辯論 百年紀念

20世紀最偉大的辯論發生在1920年4月26日,當時天文學家Harlow Shapley和Heber Curtis在華盛頓特區的史密森尼自然歷史博物館進行辯論。這個辯論包括三個主題:銀河繫到底有多大?宇宙和銀河系的關係?漩渦星雲到底是什麼?

辯論雙方都是大名鼎鼎的科學家。Curtis堅信太陽處於接近銀河系中心的地方,而Shapley則認為太陽遠離銀河系中心; Curtis認為銀河系直徑只有4萬光年,仙女座星雲是銀河系外的獨立漩渦星系,就像宇宙中的島嶼,Shapley則認為仙女座星雲是銀河系中一種星雲形狀的「天體」。

這場世紀大辯論的獲勝者直到1924年才宣布,當時埃德溫·哈勃證明Curtis是對的。

7. 電磁學的發現 兩百周年

電的發現對人類文明的發展具有不可忽視的重要性。但是兩個世紀以前,科學家們對電知之甚少。

第一步是亞歷山德羅·沃爾特在1800年發明的原始電池。它掀起了一場電氣實驗的狂潮。

在接下來的20年裡,許多研究人員研究了電和磁之間可能存在的聯繫。哥本哈根大學的漢斯·克裡斯蒂安·奧斯特(Hans Christian Oersted)就是其中之一。

奧斯特早就懷疑電和磁是緊密聯繫在一起的。在1820年春天的一次演講中,他注意到一股電流使附近的指南針指針移動。

到7月,奧斯特已經進行了徹底的實驗,這使他能夠宣布發現了電磁學——即在一根輸送電流的電線外面產生磁場的現象。

大約十年後,麥可·法拉第(Michael Faraday)展示了相反的結果,即繞著導線移動磁鐵會產生電流。這為後來的大規模發電技術奠定了基礎。

6. X射線的發現 125周年紀念

當威廉·倫琴在1895年發現x射線時,x射線幾乎立即被用於醫療實踐。但它們在科學上的意義和它們在醫學上的革命性意義一樣重大。

首先,他們支持了一個相對較新的理論,即光只是電磁輻射的幾種形式之一。

(就在幾年前,海因裡希·赫茲證明了無線電波的存在,從而證實了詹姆斯·克拉克·麥克斯韋爾關於光不是電磁波的唯一形式的懷疑。)

具有諷刺意味的是,後來的X射線實驗表明,電磁「波」有時表現為粒子。

最終,X射線不僅改變了醫學,也改變了天文學甚至生物學,因為它提供了揭示生命分子結構的工具。

5. 羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Franklin) 100歲生日

富蘭克林於1920年7月25日出生於倫敦,她很早就對科學產生了興趣,並接受了化學家的訓練,成為了煤炭和其他碳基材料方面的專家。1945年,她在劍橋大學獲得了博士學位。隨後,她在巴黎工作,在倫敦國王學院(King’s College London)學習使用X射線晶體學研究晶體結構的技能。

在那之前,莫裡斯·威爾金斯(Maurice Wilkins)一直在倫敦國王學院研究DNA的分子結構。富蘭克林與威爾金斯一起從事DNA研究,並製作了非凡的X射線圖像。她差點測定出了DNA的雙螺旋結構,但結果並不完全正確。

與此同時,詹姆斯·沃森從威爾金斯那裡要到了富蘭克林用X射線晶體衍射技術拍下的DNA照片,這使沃森和弗朗西斯·克裡克能夠推斷出正確的DNA結構。

富蘭克林發現沃森克裡克模型與她的工作相符合,但沒有立即接受,模型最終將被證明是正確的。

她於1958年去世,所以沒有資格獲得諾貝爾獎, 四年後獎項被授予沃森和克裡克。

威爾金斯也分享了獎項,但毫無疑問,如果富蘭克林仍然活著,她應得的比較多。

4. John Graunt 400歲生日

Graunt於1620年4月24日出生於倫敦,在繼承了父親的衣飾生意後,成為一名成功而有影響力的商人。

大約在40歲的時候,出於某種原因,他開始對每周一次的「死亡帳單」(bill of death)感興趣,這些帳單列舉了該市的死亡人數。

他還想到收集出生和疾病的記錄,以創建顯示趨勢或模式的表格。

他對數據進行了數學分析,揭示了諸如女性(平均)壽命比男性長,城市死亡率高於農村地區等現象。

Graunt的工作為他贏得了進入皇家學會的機會,但是1666年的倫敦大火燒毀了他的房子,毀掉了他的生意,使他陷入貧困。

Graunt後來被公認為從統計信息分析中得出科學結論的先驅;他的工作被認為是現代統計學和人口學基礎的基石。

3.弗洛倫斯·南丁格爾(Florence Nightingale) 200歲生日

1820年5月12日,南丁格爾出生於義大利佛羅倫斯的一個英國家庭。當她還是個嬰兒的時候,她的家人搬回了英國。

她的護士身份最廣為人知,她在夜裡提燈巡查戰地醫院內的傷員的形象被稱為「提燈女神」。

但她也是應用統計學的創新實踐者;她發展了複雜的統計分析來支持她在衛生和健康方面的觀點。

她在德國的護理學校學習,在1854年,她帶領一組護士幫助在克裡米亞戰爭中受傷的英國士兵。她發現了不衛生條件的存在,並制定了清潔制度,降低了住院士兵的死亡率,這使她回到英國後廣受讚譽。

她單槍匹馬提升了護理行業的社會地位,很快她就開辦了自己的護理學校。

她成為了解釋衛生統計的專家,她的方法影響了流行病學的發展。她以圖形的形式展示了有關適當健康標準的好處的大量統計證據,為她贏得了數據可視化先驅的聲譽。

(她在傳達統計數據方面的技巧,對政策制定者採納她的建議起到了幫助作用。)

不幸的是,在38歲的時候,她因為在克裡米亞戰爭期間染上的一種使人衰弱的疾病,幾乎臥床不起。

但數十年來,她一直在家工作,就如何最好地實施衛生和其他衛生相關政策與各國政府進行諮詢。

2. 預測中子 百年紀念

歐內斯特·盧瑟福(Ernest Rutherford)於1911年發現原子核後,科學家們花了數年時間試圖了解原子核是如何組合在一起的。

它顯然需要帶正電荷的組分。盧瑟福從後來的實驗中推斷,攜帶正電荷的基本核粒子與氫原子的原子核是相同的,他把它命名為質子。

較重的原子含有多個質子。

但是,考慮到一個原子的質量所需要的質子數,使原子核的正電荷比原子軌道上(幾乎沒有質量)的電子的負電荷多。

由於原子是電中性的,原子核似乎必須包含一些電子來抵消多餘的正電荷。

盧瑟福推測,原子核中的一些電子與質子結合,形成了一種新的粒子,他後來稱之為中子。他認為它是一種新的原子,電荷為零。

他在1920年6月3日的一次演講中說:「因此,它應該能夠在物質中自由移動。」20年後,物理學家意識到,這使得它能夠引發核裂變鏈式反應。

1932年,英國物理學家詹姆斯·查德威克(James Chadwick)的實驗證實了中子的存在,這讓許多不相信盧瑟福的物理學家感到驚訝。

但美國化學家威廉·哈金斯(William Harkins)對此並不感到意外,他也提出了類似的建議,而且實際上是在1921年首次在出版物中使用「中子」一詞。

1. 原子彈 75周年紀念

75年前7月,新墨西哥州阿拉莫戈多(Alamogordo)首次發生原子彈爆炸,它對科學、對整個歷史的重要性怎麼說都不為過。

原子彈對社會的主要影響是它作為一種武器的存在,隨時可能引發世界末日。

但它仍然是科學力量的象徵:物理學家利用以前無法想像的破壞能力探索原子內部的未知領域。核能也能被用於發電。

原文出處:

https://www.sciencenews.org/article/top-10-science-anniversaries-2020,Top 10 science anniversaries in 2020,作者:Tom Siegfried

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