ความสำเร็จของฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 21 หลุมดำในห้องปฏิบัติการ? ข้ามอุปสรรค Petaflop แล้ว

สถาบันการศึกษางบประมาณเทศบาล

โรงเรียนมัธยมสุคอฟ

อารยธรรมและฟิสิกส์

XXI ศตวรรษ

ปุชโควา สเวตลานา อเล็กซานดรอฟนา

โรงเรียนมัธยมศึกษา MBOU Sukhovskaya

2013

วัตถุประสงค์ของงาน:

สำรวจความสัมพันธ์ระหว่างฟิสิกส์กับโลกรอบตัวเราโดยใช้ วิธีการต่างๆและแหล่งข้อมูล งานจะตรวจสอบความหมายนักฟิสิกส์ใน โลกสมัยใหม่.

เป้าหมายสำหรับครู:

การศึกษาวัฒนธรรมเด็กนักเรียน

เพิ่มความสนใจในวิชาฟิสิกส์เป็นวิชา

ระบุความสามารถเชิงสร้างสรรค์ของนักเรียน

ส่งเสริมให้เด็กนักเรียนพัฒนาความรู้ด้านฟิสิกส์

การได้รับข้อมูลโดยใช้แหล่งต่างๆ

ปลูกฝังความสามารถในการพรรณนาและแสดงวิสัยทัศน์ของคุณเกี่ยวกับปัญหาที่กำหนดโดยใช้การนำเสนอด้วยคอมพิวเตอร์

ห้า การค้นพบทางกายภาพที่สามารถเปลี่ยนแปลงโลกได้ โดยผู้นำเสนอ เป็นผู้คัดเลือก วารสารวิทยาศาสตร์สำหรับวันเกิดปีที่ 25 การคำนวณควอนตัมและวิทยาศาสตร์ที่สามารถเปิดสอนการใช้โทรศัพท์มือถือได้รวมอยู่ในรายการที่รวบรวมโดยโลกทางกายภาพ

การรักษาเนื้องอกแบบใหม่ที่เรียกว่าการบำบัดด้วยฮาดรอนและกราฟีนแบบประหลาดใจก็เป็นไปได้เช่นกัน นิตยสารยังได้เลือกความก้าวหน้าห้าประการแรกในรอบ 25 ปีที่ผ่านมา โดยรวมแล้ว สิ่งพิมพ์นี้ได้รวบรวมห้าในห้ารายการสำหรับการศึกษาแง่มุมต่างๆ ของฟิสิกส์ กราฟีนเป็นหนึ่งในการค้นพบที่ถูกพูดถึงมากที่สุดในทศวรรษที่ผ่านมา

การศึกษารสชาติสุนทรียภาพ

การสร้างแนวทางการดำเนินชีวิตอย่างมีศีลธรรมและการพัฒนาความสามารถทางสติปัญญา การสื่อสาร และการสร้างสรรค์ของนักเรียน

การแนะนำ

ในโลกสมัยใหม่ ความสำคัญของฟิสิกส์นั้นยิ่งใหญ่มาก ทุกสิ่งที่แตกต่างกัน สังคมสมัยใหม่จากสังคมของศตวรรษที่ผ่านมา ปรากฏเป็นผลมาจากการประยุกต์ใช้การค้นพบทางกายภาพในทางปฏิบัติ ดังนั้นการวิจัยในสาขาแม่เหล็กไฟฟ้าจึงนำไปสู่การปรากฏของโทรศัพท์และต่อมา โทรศัพท์มือถือการค้นพบทางอุณหพลศาสตร์ทำให้สามารถสร้างรถยนต์ได้ และการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นำไปสู่การถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์

ความเข้าใจทางกายภาพของกระบวนการที่เกิดขึ้นในธรรมชาติมีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา การค้นพบใหม่ส่วนใหญ่จะพบการประยุกต์ใช้ในเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมในไม่ช้า อย่างไรก็ตาม การวิจัยใหม่ ๆ ก่อให้เกิดความลึกลับใหม่ ๆ อยู่ตลอดเวลาและค้นพบปรากฏการณ์ที่ต้องใช้ทฤษฎีทางกายภาพใหม่ ๆ ในการอธิบาย แม้จะมีความรู้สะสมจำนวนมหาศาล แต่ฟิสิกส์สมัยใหม่ก็ยังห่างไกลจากการอธิบายปรากฏการณ์ทางธรรมชาติทั้งหมด

ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง และข้อเท็จจริงใหม่ๆ ที่ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์ก็ปรากฏอยู่ในฟิสิกส์และสาขาวิทยาศาสตร์อื่นๆ

กราฟีน

กราฟีนเป็นการดัดแปลงคาร์บอน ซึ่งเป็น "แผ่น" แบนของกราไฟท์ที่มีความหนา 1 อะตอม โดยที่อะตอมจะเชื่อมต่อกันเป็นโครงตาข่ายคริสตัลสองมิติหกเหลี่ยม กราฟีนมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม การนำความร้อนสูง มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ และมีคุณสมบัติที่น่าทึ่งอื่นๆ อีกมากมาย ไม่สามารถแยกและแยกได้เนื่องจากความไม่เสถียรอย่างยิ่ง อย่างไรก็ตามนี่คือสิ่งที่ Andrei Geim และ Konstantin Novoselov ประสบความสำเร็จในปี 2547

กราไฟท์ซึ่งเรารู้จักกันในชื่อวัตถุดิบสำหรับไส้ดินสอนั้นถูกสร้างขึ้นจากชั้นดังกล่าวหลายพันล้านชั้น การแยกชั้นหนึ่งถือว่าเป็นไปไม่ได้มาโดยตลอด และสิ่งนี้ได้รับการพิสูจน์ทางทฤษฎีเมื่อเจ็ดสิบปีที่แล้วโดยนักฟิสิกส์ Lev Landau และ Rudolf Peierls หลักฐานของพวกเขาอยู่บนพื้นฐานแนวคิดที่ว่าสสารดังกล่าวไม่สามารถดำรงอยู่ได้ เนื่องจากแรงอันตรกิริยาระหว่างอะตอมทำให้เกิดการม้วนตัวเป็นท่อ ปรากฎว่ากราฟีนกลายเป็นข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้

ที่น่าสนใจคือการค้นพบที่ทำให้ตกใจ โลกวิทยาศาสตร์ทำได้ด้วยวิธีที่เหลือเชื่อและซ้ำซากที่สุด นักประดิษฐ์สังเกตเห็นว่าเทปกาวที่สัมผัสกับกราไฟท์จะฉีกชั้นบางๆ ของเทปออก เป็นเวลานานที่เทปถูกโยนทิ้งไปพร้อมกับอนุภาคกราไฟท์ที่ติดอยู่ สิ่งนี้เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าจนกระทั่งนักวิทยาศาสตร์รู้สึกทึ่งกับแนวคิดง่ายๆ ที่กลายเป็นความยอดเยี่ยม เมื่อตรวจสอบชั้นกราไฟท์บนเทปใต้กล้องจุลทรรศน์ นักวิทยาศาสตร์พบว่าความหนาของมันคือ 1 อะตอม และไม่ใช่กราไฟท์อีกต่อไป แต่เป็นวัสดุใหม่ทั้งหมด - กราฟีน คุณสมบัติของกราฟีนมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวจนไม่สามารถเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นๆ ในโลกได้ มันมีค่าการนำไฟฟ้า ความแข็งแรง ความเสถียร และในขณะเดียวกัน มันก็เป็นเพียงเนื้อผ้า ซึ่งเป็นสสารในความหมายที่แท้จริง เช่นเดียวกับผ้าอื่นๆ มันสามารถงอ ยืด ย่นและพับเก็บได้ แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่ฉีกขาดเนื่องจากมันแข็งแกร่งที่สุดในโลก

กราฟีนสามารถเปลี่ยนเป็นโลหะหรือเซมิคอนดักเตอร์ได้ด้วยการใช้สนามไฟฟ้าภายนอก เมื่อคุณเริ่มทำงานกับคุณสมบัติของกราฟีน คุณจะได้รับสิ่งใหม่ๆ นี่เป็นระบบที่น่าหวังอย่างน่าอัศจรรย์

ในปี 2010 ได้รับรางวัลโนเบล รางวัลนี้มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ "สำหรับการทดลองเชิงนวัตกรรมในการศึกษาวัสดุกราฟีนสองมิติ"

การค้นพบเอริส

ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2548 นักวิทยาศาสตร์ ไมค์ บราวน์ และผู้ช่วยของเขาที่ขอบมาก ระบบสุริยะค้นพบดาวเคราะห์ดวงเล็กเอริส ซึ่งก่อให้เกิดการถกเถียงกันในหมู่นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับคำจำกัดความที่แท้จริงของดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์เอริสที่ถูกค้นพบนั้นตั้งชื่อตามเทพีแห่งความไม่ลงรอยกันในตำนานเทพเจ้ากรีก ในตอนแรกเอริสถือเป็นดาวเคราะห์ดวงที่ 10 ในระบบสุริยะ แต่ต่อมาและวัตถุอื่นๆ ในแถบไคเปอร์ก็รวมกันเป็น ชั้นเรียนใหม่: ดาวเคราะห์แคระ เอริสอยู่นอกวงโคจรของดาวพลูโต และมีขนาดใกล้เคียงกัน (เส้นผ่านศูนย์กลางของโลกคือ 2,326 กิโลเมตร) เท่ากับดาวพลูโต

ภาพทางวิทยาศาสตร์ของดาวเคราะห์เอริสไม่ชัดเจนเนื่องจากระยะห่างจากโลกถึงโลกมากกว่าดาวพลูโตถึงโลกถึง 3 เท่า

หลังจากนั้น เอริสก็กลายเป็นกลุ่มหินที่ล้อมรอบด้วยชั้นน้ำแข็งหนา ดาวเคราะห์แคระดวงนี้สะท้อนแสงเกือบทั้งหมดที่ตกใส่มัน อีริสอาจถูกปกคลุมไปด้วยชั้นบรรยากาศเยือกแข็งบาง ๆ ของไนโตรเจนแข็งและมีเทน ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการเยือกแข็งเมื่อดาวเคราะห์แคระเคลื่อนตัวออกห่างจากดวงอาทิตย์ในระหว่างวงโคจรที่ยาวของมัน

การสังเกตการณ์ใหม่ที่สำคัญเหล่านี้ซึ่งทำด้วยกล้องโทรทรรศน์ขนาดเล็ก ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถวัดคุณสมบัติของอีริสได้ดีขึ้นกว่าเดิม นี่เป็นอีกก้าวหนึ่งในการทำความเข้าใจวัตถุลึกลับในพื้นที่ห่างไกลของระบบสุริยะ

การควบคุมขาเทียมโดยใช้สัญญาณสมอง

มีการคิดค้นเทคโนโลยีที่ช่วยให้บุคคลสามารถควบคุมอวัยวะเทียมโดยใช้สัญญาณสมองได้ เป็นเวลาเกือบเก้าปีแล้วที่มีความพยายามที่ประสบความสำเร็จและไม่ประสบความสำเร็จในพื้นที่นี้เพื่อเปลี่ยนอวัยวะเทียมแบบตายตัวให้กลายเป็นแขนหรือขาของมนุษย์ที่สมบูรณ์แข็งแรง

ในปี 2009 ชาวอิตาลี Pierpaolo Petrusiello ได้เรียนรู้ที่จะควบคุม “แขน” ทางชีวกลศาสตร์ของเขาโดยใช้อิเล็กโทรดที่ส่งสัญญาณไปยังสมอง เขากลายเป็นคนแรกที่ทำขาเทียมด้วยพลังแห่งความคิด

เทคโนโลยีนี้ใช้แผ่นอิเล็กโทรดที่บางและเบามากซึ่งดูเหมือนแผ่นแปะธรรมดา ซึ่งเมื่อวางไว้บนศีรษะของบุคคล จะสามารถจับคลื่นสมองและใช้อิเล็กโทรดเพื่อแปลเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ได้

เป็นเวลาเกือบหนึ่งเดือนที่ Pierpaolo Petrusiello วัย 27 ปีใช้ชีวิตเหมือนมนุษย์ไบโอนิคจากนิยายวิทยาศาสตร์ ด้วยอิเล็กโทรดจำนวนหนึ่งที่ยื่นออกมาจากตอไม้ของเขา เขาสามารถควบคุมแขนชีวกลศาสตร์ได้ด้วยตัวเอง ซึ่งเชื่อมโยงกับระบบประสาทด้วยความคิดของเขา

Petrusiello สูญเสียแขนซ้ายและปลายแขนจากอุบัติเหตุมอเตอร์ไซค์เมื่อปี 2549

เพื่อที่จะเป็นบุคคลแรกในโลกที่สามารถเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนโดยใช้แขนชีวกลศาสตร์โดยใช้ความคิดเพียงอย่างเดียว ชาวบราซิลโดยกำเนิดต้องเข้ารับการผ่าตัดสองครั้ง

ในตอนแรก เขามีอิเล็กโทรดสี่อันฝังอยู่ในเส้นประสาทสองเส้นที่แขนที่เหลือของเขา และจากการดำเนินการอีกครั้งในอีกหนึ่งเดือนต่อมา อุปกรณ์เหล่านี้จึงถูกถอดออก พัฒนาโดยสถาบัน IBMT Fraunhofer Gesellschaft, TF-Life (ฟิล์มบางที่ฝังตามยาวในช่องท้องได้ อิเล็กโทรด ) ถูกสร้างขึ้นเพื่อทำให้ชิ้นส่วนอัตโนมัติ "รู้สึก" เหมือนส่วนขยายตามธรรมชาติของร่างกาย

แขนชีวกลศาสตร์ได้รับการพัฒนาโดยวิศวกรจากโรงเรียนมัธยมเมืองปิซาแห่งเซนต์แอนน์

อิเล็กโทรดเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างตอไม้ของผู้ป่วยกับหุ่นยนต์เทียม โดยพื้นฐานแล้วทำหน้าที่เป็นส่วนต่อประสานประสาท ด้วยอุปกรณ์เหล่านี้ สมองและเส้นประสาทส่วนปลายจะส่งและรับข้อมูลจากแขนขาของหุ่นยนต์โดยไม่ต้องใช้กล้ามเนื้อหรืออวัยวะรับความรู้สึก

ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์ตั้งใจที่จะสร้างอุปกรณ์ทั้งชุดสำหรับผู้พิการหรือเป็นอัมพาตโดยใช้ระบบดังกล่าว

ผู้เชี่ยวชาญเรียกความสามารถในการติดตามสภาพของบุคคลซึ่งเป็นผลข้างเคียงจากการฝังเซ็นเซอร์ ตัวอย่างเช่น โดยการวิเคราะห์คลื่นสมอง เราสามารถระบุได้อย่างแม่นยำถึงการโจมตีของโรคลมบ้าหมูหรือสภาวะเชิงลบอื่น ๆ ที่บุคคลอาจอ่อนแอได้

นักพัฒนากล่าวว่าภายใต้สภาวะปกติ ระบบของพวกเขาจะถูกวางไว้บนเปลือกสมอง ใกล้กับส่วนที่รับผิดชอบในการทำงานของมอเตอร์ของมนุษย์

แสงจากสุญญากาศ

ในปี 2011 มีการค้นพบว่าสุญญากาศสามารถเปล่งแสงได้หากวางกระจกไว้ในที่มืดสนิท เมื่อต้องการทำเช่นนี้ แหล่งกำเนิดแสงที่เป็นไปได้จะต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้กับแสง ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดนจากโกเธนเบิร์กจึงสร้างสสาร (โฟตอน) ขึ้นมาจากความว่างเปล่าอย่างแท้จริง

การมีอยู่ของผลกระทบนี้ถูกทำนายไว้เมื่อกว่า 40 ปีที่แล้ว ในระหว่างการทดลอง นักวิทยาศาสตร์สามารถจับโฟตอนที่ปรากฏและหายไปในสุญญากาศอย่างต่อเนื่อง

การทดลองนี้มีพื้นฐานอยู่บนหลักการข้อหนึ่งที่ขัดแย้งกันมากที่สุดและในขณะเดียวกันก็เป็นหนึ่งในหลักการที่สำคัญที่สุดของกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งระบุว่าสุญญากาศไม่ใช่ความว่างเปล่าโดยสมบูรณ์ สุญญากาศนั้นเต็มไปด้วยอนุภาคที่ปรากฏและหายไปอยู่ตลอดเวลา เมื่อมันเกิดขึ้นแล้ว มันก็มีอยู่ในช่วงเวลาอันสั้นมาก แล้วมันก็หายไปอีก เพราะการดำรงอยู่ของพวกมันนั้นช่างเกิดขึ้นเพียงชั่วครู่จึงถูกเรียกว่า อนุภาคเสมือน .

คริสโตเฟอร์ วิลสัน นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยชาลเมอร์ส และเพื่อนร่วมงาน สามารถเปลี่ยนโฟตอนเสมือนจริงให้กลายเป็นโฟตอนจริงได้ นักฟิสิกส์มัวร์ทำนายไว้ในปี 1970 ว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากโฟตอนเสมือนจริงสะท้อนจากกระจกที่เคลื่อนที่เกือบด้วยความเร็วแสง ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปรากฏการณ์ Casimir Effect แบบไดนามิก ได้รับการแสดงให้เห็นครั้งแรกในการทดลองที่ยอดเยี่ยมโดยนักวิทยาศาสตร์ของ Chalmer .

“เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้กระจกเคลื่อนที่เร็วขนาดนั้น เราจึงพัฒนาวิธีการอื่นที่ให้ผลเช่นเดียวกัน” Per Delsing ศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ทดลองที่ Chalmers กล่าว

บทบาทของกระจกแสดงโดย SQUID ( อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ตัวนำยิ่งยวด ) ซึ่งมีความไวต่อสนามแม่เหล็กอย่างมาก โดยการเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กหลายพันล้านครั้งต่อวินาที นักวิทยาศาสตร์ทำให้ “กระจก” สั่นที่ 25 เปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง

“ผลก็คือ โฟตอนคู่หนึ่งโผล่ออกมาจากสุญญากาศ ซึ่งเราวัดได้ในรูปของรังสีไมโครเวฟ” เพอร์ เดลซิง กล่าว "เราพิจารณาแล้วว่ารังสีนี้มีคุณสมบัติตรงตามที่ทฤษฎีควอนตัมจะทำนายได้หากมีการสร้างคู่ในลักษณะนี้"

น้ำบนดาวอังคาร

นักวิทยาศาสตร์โต้เถียงกันเรื่องการมีอยู่ของน้ำบนดาวอังคารมาเป็นเวลานาน

ในบรรดาการก่อตัวที่ค้นพบบนพื้นผิวของดาวอังคารนั้น สังเกตเห็นช่องทางที่คดเคี้ยว หุบเขา และระบบ "แคว" ที่กว้างขวาง ซึ่งบ่งชี้ว่าในอดีตพื้นผิวของโลกถูกร่องด้วยกระแสน้ำอันทรงพลัง

เครื่องดนตรีรัสเซียติดตั้งบนรถแลนด์โรเวอร์ Curiosity ค้นพบดินที่มีน้ำบนดาวอังคาร ภายใต้ชั้นดินแห้ง 20-30 ซม. ซึ่งมีปริมาณน้ำไม่เกิน 1% มีดินที่มีปริมาณน้ำค่อนข้างสูง (มากกว่า 4% โดยน้ำหนัก) หนึ่งในพื้นที่เหล่านี้คือ Gale Crater - Stone Nest ซึ่งรถแลนด์โรเวอร์ได้ศึกษาคุณสมบัติของดินเป็นเวลาประมาณหนึ่งเดือน ข้อมูลที่ได้รับยืนยันสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการมีอยู่ของน้ำบนดาวอังคาร

มีการวางแผนว่าการวิเคราะห์ข้อมูลทั้งหมดที่ได้รับจากการทำงาน เครื่องมือทางวิทยาศาสตร์รถแลนด์โรเวอร์ดาวอังคาร รวมถึงเครื่องมือ DAN ของรัสเซีย จะเป็นตัวกำหนดวิวัฒนาการของปล่องภูเขาไฟเกล และตัดสินว่าสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติของปล่องภูเขาไฟนี้อาจเอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตนอกโลกรูปแบบดึกดำบรรพ์หรือไม่

ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์จากองค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา NASA รายงานว่าพวกเขาตรวจสอบองค์ประกอบของน้ำที่ค้นพบ และพบว่าน้ำดังกล่าวแตกต่างจากของโลกตรงที่มีไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน - ดิวเทอเรียมในปริมาณสูง

มีรายงานด้วยว่ารถแลนด์โรเวอร์ส่งผลการวิเคราะห์ดินของดาวเคราะห์สีแดงและพบที่นั่น แม้แต่สารอินทรีย์ที่ง่ายที่สุด - นักวิทยาศาสตร์ปฏิบัติต่อข้อมูลที่ได้รับด้วยความระมัดระวัง: จำเป็นต้องแยกแยะว่าเครื่องมือเหล่านี้สามารถนำสารเหล่านี้ไปยังดาวอังคารได้ อย่างไรก็ตาม ยังมีความหวังว่าจะมีสิ่งมีชีวิตอยู่บนโลกใบนี้

คาดว่ารถแลนด์โรเวอร์จะปฏิบัติการบนโลกต่อไปอีก 1.5 ปี ซึ่งเพียงพอสำหรับการศึกษาปล่องภูเขาไฟทั้งหมด

ตามที่หัวหน้าโครงการซึ่งเป็นผู้เชี่ยวชาญชั้นนำของสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย John Grotzinger กล่าวว่า "การค้นพบที่น่าตื่นเต้น" หลายประการได้เกิดขึ้นแล้ว อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์เรียกร้องให้ตรวจสอบข้อมูลทั้งหมดที่ได้รับอีกครั้ง

อย่างไรก็ตาม ดี. กรอตซิงเกอร์ยืนยันว่ายานสำรวจพบองค์ประกอบและสารประกอบที่คุ้นเคย เช่น เปอร์คลอเรต (คลอรีน ไฮโดรเจน และคาร์บอน) ตามที่เขาพูดเขามาถึงดาวอังคารเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม 2555 เครื่องมือ Curiosity มูลค่า 2.5 พันล้านดอลลาร์เริ่มผลิตข้อมูลที่เป็นเอกลักษณ์อย่างแท้จริง

ในเดือนพฤศจิกายน 2554 จรวด Atlas V สองขั้นถูกปล่อยจาก Cape Canaveral รถแลนด์โรเวอร์อยากรู้อยากเห็น- หลังจากการบินนานแปดเดือน ก็สามารถลงจอดใน Gale Crater ทางตอนใต้ของดาวเคราะห์สีแดงได้สำเร็จ จากนั้นจึงส่งภาพสีแรกของดาวอังคารมายังโลก อายุการใช้งานของห้องปฏิบัติการเคลื่อนที่คือหนึ่งปีอังคาร (686 วันโลก)

เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ (อังกฤษ. เครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่; LHC) - นี่คือเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุโดยใช้คานที่ชนกัน ซึ่งออกแบบมาเพื่อเร่งโปรตอนและไอออนหนัก (ไอออนตะกั่ว) และศึกษาผลคูณของการชนกัน - เครื่องชนกันนี้สร้างขึ้นที่ศูนย์วิจัยของสภาวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (French Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire; CERN) บริเวณชายแดนสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส ผู้นำโครงการคือนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Lyndon Evans

มันถูกตั้งชื่อว่าใหญ่เนื่องจากขนาดของมัน ความยาวของวงแหวนคันเร่งหลักคือ 26,659 ม.

Hadronic - เนื่องจากความจริงที่ว่ามันเร่งฮาดรอนนั่นคืออนุภาคที่ประกอบด้วยควาร์ก

Collider (อังกฤษ ชนกัน - ชนกัน) - เนื่องจากความจริงที่ว่าคานอนุภาคถูกเร่งเข้ามา ทิศทางตรงกันข้ามและชนกันที่จุดชนพิเศษ

Large Hadron Collider เป็นอุโมงค์วงแหวนที่ลึกลงไปใต้ดิน 100 เมตร (ผ่านใต้ดินแดนของสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศส) ในนั้น ลำแสงของอนุภาคมูลฐาน (โปรตอน) จะถูกเร่งความเร็วจนมีความเร็วใกล้เคียงแสงและชนกันแบบปะทะกัน เป็นผลให้เกิดอนุภาคมูลฐานใหม่ซึ่งบันทึกโดยเครื่องตรวจจับขนาดยักษ์สี่เครื่องซึ่งมีความสูงของอาคารห้าชั้น

LHC เป็นสถานที่ทดลองที่ใหญ่ที่สุดในโลก นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรมากกว่า 10,000 คนจากกว่า 100 ประเทศเข้าร่วมและมีส่วนร่วมในการก่อสร้างและการวิจัย

เครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ได้ปิดระบบชั้นบนเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการปรับปรุงใหม่เป็นเวลาสองปี

LHC ซึ่งตั้งอยู่ที่ศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ในประเทศสวิตเซอร์แลนด์ มีชื่อเสียงในด้านข้อเท็จจริงที่ว่าได้รับหลักฐานด้วยความช่วยเหลือเมื่อปลายปี 2555 การดำรงอยู่ของฮิกส์โบซอน .

อย่างไรก็ตาม เครื่องเร่งความเร็วนี้ไม่เคยทำงานเต็มประสิทธิภาพเนื่องจากข้อบกพร่องทางเทคนิคที่พบได้ไม่นานหลังจากเปิดเครื่องครั้งแรก

งานซ่อมแซมซึ่งจะคงอยู่จนถึงสิ้นปี 2557 น่าจะทำให้เครื่องชนกันได้ตามขีดความสามารถที่ออกแบบไว้

1734 แม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องเร่งความเร็วถูกปิดในเช้าวันพฤหัสบดี แต่จะไม่ถึงเช้าวันเสาร์ที่จะถึงอุณหภูมิห้อง จึงสามารถเริ่มการตรวจสอบได้

เมื่อถึงเวลานั้นช่วงเวลาแห่งความทันสมัยของ LHC ที่ไม่เคยมีมาก่อนจะเริ่มต้นขึ้นซึ่งได้รับการขนานนามว่า "Long Repair-1" แล้ว

มีการวางแผนจะเพิ่มพลังงานการชนของโปรตอนจากปัจจุบัน 8 TeV เป็น 13-14 TeV และติดตั้ง อุปกรณ์เพิ่มเติมบนเครื่องตรวจจับ ALICE, ATLAS, CMS, LHCb

ความทันสมัยทั่วไป

“เราทำงานร่วมกับเครื่องเร่งความเร็วได้สำเร็จ แต่ใช้พลังงานเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น เนื่องจากแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถรับมือกับแรงดันไฟฟ้าที่ออกแบบไว้เพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้น” - Tony Weidberg นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดซึ่งทำงานร่วมกับเครื่องตรวจจับ ATLAS กล่าว

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2551 ในระหว่างการทดสอบระบบแม่เหล็ก เกิดอุบัติเหตุขึ้น ซึ่งส่งผลให้ LHC ล้มเหลว หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าอย่างหนึ่งระหว่างแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดหลอมละลายภายใต้อิทธิพลของส่วนโค้งไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเนื่องจากความแรงของกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นซึ่งเจาะฉนวนของระบบทำความเย็นฮีเลียม

สิ่งนี้นำไปสู่การเสียรูปของโครงสร้าง การปนเปื้อนพื้นผิวด้านในของท่อสุญญากาศด้วยอนุภาคโลหะ และการปล่อยฮีเลียมเหลวประมาณ 6 ตันลงในอุโมงค์ยาว 27 กม. การซ่อมแซมเครื่องชนกันใช้เวลาที่เหลือของปี 2551 และส่วนใหญ่ของปี 2552

" หลังจากอุบัติเหตุครั้งนี้ แผนของเราคือการวิจัยต่อไปแล้วปิดเครื่องชนเพื่อการซ่อมแซมระยะยาวเพื่อฟื้นฟูการเชื่อมต่อไฟฟ้าและการอัพเกรดทั่วไป โทนี่ ไวด์เบิร์ก กล่าว

นอกเหนือจากการติดตั้งอุปกรณ์ใหม่บนเครื่องตรวจจับคันเร่งทั้งสี่ตัวแล้ว ระบบระบายอากาศแบบอุโมงค์ยังจะได้รับการปรับปรุงให้ทันสมัยอีกด้วย

การทดสอบเครื่องเร่งความเร็วที่ได้รับการปรับปรุงใหม่จะเริ่มในปลายปี 2557 หลังจากนั้นจะทำการทดลองต่อในเดือนกุมภาพันธ์หรือมีนาคม 2558

เมื่อปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ได้ประกาศความเป็นไปได้ที่จะค้นพบฮิกส์โบซอน ซึ่งเป็นอนุภาคที่ให้มวลอนุภาคอื่นๆ

ความสำเร็จหลักของงานของ LHC คือการได้รับหลักฐานการมีอยู่ของฮิกส์โบซอนเมื่อปลายปี 2555

การค้นพบฮิกส์โบซอนถือเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ในปี 2555

ฮิกส์ โบซอน ประถมศึกษา โดยการก่อสร้างฮิกส์โบซอนคือ เมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม ตัวแทนรายงานว่าพบอนุภาคใหม่ที่มีมวลประมาณ 125-126 บนเครื่องตรวจจับหลักทั้งสองเครื่อง มีเหตุผลที่ดีที่จะเชื่อได้ว่าอนุภาคนี้คือฮิกส์โบซอน

ในปี พ.ศ. 2507 ฮิกส์ทำนายการค้นพบอนุภาคที่กำหนดการมีอยู่ของมวลในสสาร ต่อมาอนุภาคนี้ได้รับการตั้งชื่อว่า “ฮิกส์โบซอน” หรือ “อนุภาคพระเจ้า” ในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2555 นักวิทยาศาสตร์จากศูนย์วิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ได้ประกาศการค้นพบอนุภาคที่มีลักษณะเฉพาะของฮิกส์โบซอน

“ในตอนแรก ฉันไม่สามารถจินตนาการได้เลยว่าการค้นพบนี้จะเกิดขึ้นในช่วงชีวิตของฉัน เนื่องจากเราไม่มีความคิดเลยแม้แต่น้อยว่าอนุภาคนี้จะมีอิทธิพลต่อมวลได้อย่างไร” นักวิจัยชาวอังกฤษวัย 83 ปียอมรับเกี่ยวกับการค้นพบ นักวิทยาศาสตร์ของเซิร์น “ฉันรอสิ่งนี้มานานแล้ว”

ตามแบบจำลองมาตรฐาน ฮิกส์โบซอนผลิตโดยสนามฮิกส์ ซึ่งให้มวลสสาร เครื่องมือตรวจวัดช่องนี้ไม่ได้ และหลักฐานเดียวของการมีอยู่ของมันก็คือการค้นพบโบซอนนี้ ตามที่นักฟิสิกส์กล่าวไว้ หลังจากบิ๊กแบงซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของจักรวาลเมื่อ 13.7 พันล้านปีก่อน แรงที่สร้างฮิกส์โบซอนทำให้เกิดการก่อตัวของกาแลคซี ดวงดาว และดาวเคราะห์จากความวุ่นวายในยุคแรกเริ่ม

ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ การค้นพบอนุภาคนี้อาจเป็นการค้นพบที่ใหญ่ที่สุดในสาขาความรู้เกี่ยวกับกฎของจักรวาลในทศวรรษที่ผ่านมา การค้นหาฮิกส์โบซอนเป็นหนึ่งในการค้นหาหลัก เป้าหมายสำหรับการสร้างเครื่องชนแฮดรอนขนาดใหญ่ - เครื่องเร่งอนุภาคขนาดยักษ์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์จาก CERN ทำงาน...

หากไม่พบฮิกส์โบซอน มันจะพิสูจน์ข้อจำกัดของแบบจำลองมาตรฐานของโครงสร้างของสสาร จึงต้องค้นหาทฤษฎีทางเลือกเกี่ยวกับกำเนิดมวลตามที่เรียกว่าฟิสิกส์ใหม่ .

ความสำเร็จของฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 20 และ 21 ได้เปิดความรู้เกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานและปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน จนถึงสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง มีการรู้จักอนุภาคเพียงไม่กี่อนุภาค และไม่มีทฤษฎีที่เป็นระบบที่จะอธิบายความหลากหลายและคุณสมบัติของอนุภาคเหล่านั้น แม้จะมีความก้าวหน้าในช่วงทศวรรษที่ 1930 แม้แต่ฟิสิกส์นิวเคลียร์ก็ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นในหลาย ๆ ด้าน ไม่มีใครรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบของนิวตรอนและโปรตอน เครื่องมือวัดมีความหยาบมากและมีช่วงการวัดที่จำกัด

การค้นพบอนุภาคใหม่

เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการค้นพบ "สวนสัตว์" ของอนุภาคใหม่ทั้งหมด ซึ่งบางส่วนมีอายุสั้นมาก ในการตรวจสอบอนุภาคดังกล่าว จำเป็นต้องเร่งและแตกอนุภาคออกเป็นอนุภาคอื่นๆ การพัฒนาเครื่องเร่งอนุภาคแบบใหม่ที่ทำงานด้วยพลังงานที่สูงกว่ามากเป็นปัจจัยชี้ขาดในความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในฟิสิกส์ของอนุภาค เพื่อติดตามอนุภาคก่อนและหลังจากที่อนุภาคมีปฏิกิริยากับอนุภาคอื่นๆ จึงได้มีการพัฒนาเครื่องเร่งขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1950 อุปกรณ์ตรวจจับประเภทอื่นๆ เช่น ห้องประกายไฟหรือห้องตามสัดส่วนแบบหลายสายเป็นเครื่องตรวจจับอนุภาคได้รับการพัฒนาและปรับปรุงในภายหลัง เพื่อตรวจจับและวัดนิวตริโนซึ่งไม่น่าจะมีปฏิกิริยากับสสารเลย ห้องขนาดใหญ่จึงถูกสร้างขึ้นลึกลงไปใต้ดินเพื่อปิดกั้นรังสีที่ไม่พึงประสงค์ทั้งหมด

นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีมีความก้าวหน้าอย่างมากในการเปิดเผยหลักการที่ควบคุมปฏิสัมพันธ์ของพวกเขา ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ทฤษฎีควาร์ก (อนุภาคมูลฐานที่ประกอบเป็นโปรตอนและนิวตรอน) ได้รับการพัฒนาขึ้น การค้นพบนี้สามารถอธิบายรูปแบบต่างๆ ของอนุภาคที่หนักกว่าได้

บางทีสิ่งที่สำคัญที่สุดอาจถูกค้นพบ: หลักการใหม่ของการสั่งซื้อรวมอยู่ในกฎหมายการอนุรักษ์ใหม่ ซึ่งด้วยเหตุผลหลายประการถือเป็นพื้นฐานในฟิสิกส์

การดำรงอยู่ของปฏิสสาร

ความสำเร็จที่ก้าวล้ำอีกประการหนึ่งของฟิสิกส์แห่งศตวรรษที่ 20 คือการสาธิตการทดลองเกี่ยวกับการมีอยู่ของปฏิสสาร สสารและปฏิสสารสลายตัวเป็นพลังงานบริสุทธิ์อย่างรวดเร็ว สิ่งนี้ได้รับการทำนายว่าเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีและเป็นหลักฐานสำหรับทฤษฎีปัจจุบันของกฎพื้นฐานของธรรมชาติ

ไม่ควรลืมว่าแม้จะมีความก้าวหน้าในฟิสิกส์พื้นฐาน แต่ก็ยังมีช่องว่างขนาดใหญ่ในความรู้ของเรา - ช่องว่างที่ต้องเติมเต็ม

เสาหลักสองประการของฟิสิกส์แห่งศตวรรษที่ 20: กลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ ทั้งสองเข้ากันไม่ได้

ความเข้ากันได้ของพวกมันถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับฟิสิกส์ที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นเป้าหมายของความก้าวหน้าทางทฤษฎีเพิ่มเติม เป้าหมายนี้สามารถบรรลุได้โดยการเปลี่ยนแปลงทฤษฎีเหล่านี้อย่างน้อยหนึ่งทฤษฎีในลักษณะที่สำคัญ ไม่มีใครรู้ว่าปัญหานี้จะนำไปสู่อะไร

ฟิสิกส์นิวเคลียร์

ในศตวรรษที่ 20 และ 21 ฟิสิกส์มีผลกระทบทางเทคโนโลยีอย่างมาก จากการพัฒนาระเบิดปรมาณูและส่งผลให้ความรู้ด้านฟิสิกส์นิวเคลียร์เพิ่มขึ้น เครื่องปฏิกรณ์จึงได้รับการพัฒนาเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าโดยใช้ความร้อนของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2493 ถึงปัจจุบัน การใช้พลังงานนิวเคลียร์อย่างสันติได้รับการยอมรับไปทั่วโลก ประเทศอุตสาหกรรมหลายแห่งและบางแห่ง ประเทศกำลังพัฒนาปัจจุบันพลังงานนิวเคลียร์ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม อนาคตของพลังงานนิวเคลียร์ดูค่อนข้างไม่แน่นอนเนื่องจากมีกากกัมมันตภาพรังสีที่อาจเป็นอันตรายซึ่งมันผลิตขึ้นมา การพัฒนาเพิ่มเติมในฟิสิกส์นิวเคลียร์รวมถึงการผลิตหรือการค้นพบองค์ประกอบใหม่นอกเหนือจากที่ทราบอยู่แล้ว

เลนส์กายภาพ

มีความก้าวหน้าครั้งใหญ่และเป็นพื้นฐานในด้านทัศนศาสตร์ สิ่งนี้นำไปสู่การพัฒนากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนกำลังสูงตัวแรกในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ตามด้วยกล้องจุลทรรศน์ไอออนและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ความละเอียดสูงให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมของของแข็ง ในทศวรรษที่ 1980 มีการประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์สแกนขึ้น กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนต้นแบบนี้นำไปสู่การพัฒนาเครื่องมือที่สามารถถ่ายภาพอะตอมเดี่ยวได้ เกิด พื้นที่ใหม่เทคโนโลยี

ความเป็นตัวนำยิ่งยวด

ความเป็นตัวนำยิ่งยวดถูกค้นพบในปี 1911 ที่อุณหภูมิต่ำมาก วัสดุบางชนิดจะสูญเสียความต้านทานไฟฟ้า ดังนั้นจึงสามารถนำไฟฟ้าได้โดยไม่สูญเสียแม้แต่น้อย เห็นได้ชัดว่าปรากฏการณ์นี้สามารถนำไปใช้ทางเทคนิคได้หลายอย่าง เช่น ในแม่เหล็กที่มีกำลังสูงมาก แต่นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ของตัวนำยิ่งยวดได้จนกระทั่งช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 ในช่วงทศวรรษที่ 1980 มีความก้าวหน้าอย่างน่าประทับใจในการผลิตวัสดุเซรามิกที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่าที่คิดไว้อย่างมาก

การประดิษฐ์เครื่องเลเซอร์

ในปี 1960 มีการประดิษฐ์เลเซอร์ขึ้นมา มันสร้างแสงที่สอดคล้องกันซึ่งสามารถส่องไปที่ลำแสงแคบได้ เลเซอร์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีการใช้งานทางเทคโนโลยีมากมายนับไม่ถ้วน ซึ่งรวมถึงเครื่องมือวัดต่างๆ มากมาย เช่น เครื่องตรวจจับมลพิษทางอากาศ การถ่ายภาพความเร็วสูง อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์แบบใหม่ และเครื่องมือผ่าตัดประเภทต่างๆ

การค้นพบสารกึ่งตัวนำ

บางทีนวัตกรรมทางวิทยาศาสตร์ที่แพร่หลายที่สุดก็คือการค้นพบเซมิคอนดักเตอร์ เซมิคอนดักเตอร์เป็นผลึกที่รวมคุณสมบัติของตัวนำไฟฟ้าและฉนวนเข้าด้วยกัน การวิจัยเกี่ยวกับคุณสมบัติเหล่านี้นำไปสู่การค้นพบทรานซิสเตอร์ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1940

ทรานซิสเตอร์ค่อยๆ เปลี่ยนหลอดสุญญากาศ และในที่สุดก็นำไปสู่วงจรรวมและไมโครโปรเซสเซอร์ขนาดเล็กในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ไมโครโปรเซสเซอร์มีผลกระทบอย่างมากต่อวิศวกรรมไฟฟ้า ประสิทธิภาพและขนาดที่น่าทึ่งได้จุดประกายการใช้งานมากมายในหลากหลายสาขา การพัฒนาคอมพิวเตอร์อย่างรวดเร็วพร้อมหน่วยความจำที่ขยายอย่างมากเกิดขึ้นได้ด้วยการกำเนิดของทรานซิสเตอร์ที่รวมอยู่ในไมโครโปรเซสเซอร์ เกือบทั้งหมดของคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันและ อุปกรณ์สื่อสารอยู่บนพื้นฐานของเทคโนโลยีนี้ ต้นทุนและขนาดของพลังการประมวลผลลดลงหลายขนาด นอกจากนี้ การพัฒนาและการใช้งานอินเทอร์เน็ต ซึ่งเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์หลายล้านเครื่องในปัจจุบัน ช่วยให้สามารถเข้าถึงข้อมูลจากทั่วทุกมุมโลกในระดับและความเร็วที่ไม่เคยมีมาก่อน ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากเทคโนโลยีสารสนเทศและการสื่อสารสมัยใหม่ที่มีต่อสังคมสามารถเปรียบเทียบได้กับการประดิษฐ์แท่นพิมพ์ คอมพิวเตอร์สมัยใหม่และ วิทยาการคอมพิวเตอร์ยังนำไปสู่ความก้าวหน้าที่น่าตื่นเต้นในวิทยาศาสตร์ขั้นพื้นฐาน เช่น ปัญญาประดิษฐ์

การพัฒนาอีกอย่างหนึ่งที่เกิดจากการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์ก็คือ การประดิษฐ์เซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งคุณสามารถแปลงแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าได้ พวกเขามีความหวังว่าพลังงานส่วนใหญ่จะต้องถูกแปลงโดยตรงจากดวงอาทิตย์โดยไม่มีมลพิษมากนัก