Десять самых странных опытов в истории науки
Юрий Фролов
«Наука и жизнь» №5, 2010
История естествознания полна экспериментов, заслуживающих названия странных. Описанная ниже десятка выбрана целиком на вкус автора, с которым можно не соглашаться. Одни из опытов, попавших в эту подборку, закончились ничем. Другие привели к появлению новых отраслей науки. Есть эксперименты, начатые много лет назад, но не оконченные до сих пор.
Прыжки Ньютона
В детстве Исаак Ньютон (1643–1727) рос довольно хилым и болезненным мальчиком. В играх на свежем воздухе он обычно отставал от сверстников.
Третьего сентября 1658 года умер Оливер Кромвель, английский революционер, ненадолго ставший полновластным правителем страны. В этот день над Англией пронёсся необычайно сильный ветер. Народ говорил: это сам дьявол прилетал за душой узурпатора! Но в местечке Грэнтем, где в то время жил Ньютон, дети затеяли состязание по прыжкам в длину. Заметив, что прыгать лучше по ветру, чем против него, Исаак обскакал всех соперников.
Позже он занялся опытами: записал, на сколько футов удаётся прыгнуть по ветру, на сколько — против ветра и на какую дальность он может прыгнуть в безветренный день. Так он получил представление о силе ветра, выраженной в футах. Уже став знаменитым учёным, он говорил, что считает эти прыжки своими первыми экспериментами.
Ньютон известен как великий физик, но его первый эксперимент можно отнести скорее к метеорологии.
Концерт на рельсах
Был и обратный случай: метеоролог провёл эксперимент, доказавший справедливость одной физической гипотезы.
Австрийский физик Христиан Доплер в 1842 году выдвинул и теоретически обосновал предположение о том, что частота световых и звуковых колебаний должна меняться для наблюдателя в зависимости от того, движется ли источник света либо звука от наблюдателя или к нему.
В 1845 году голландский метеоролог Христофор Бейс-Баллот решил проверить гипотезу Доплера. Он нанял паровоз с грузовой платформой, посадил на платформу двух трубачей и попросил их держать ноту соль (два трубача были нужны для того, чтобы один из них мог набирать воздух, пока другой тянет ноту, и таким образом звук не прерывался). На перроне одного полустанка между Утрехтом и Амстердамом метеоролог разместил нескольких музыкантов без инструментов, но с абсолютным музыкальным слухом. После чего паровоз стал с разной скоростью таскать платформу с трубачами мимо перрона со слушателями, а те отмечали, какую ноту слышат. Потом наблюдателей заставили ездить, а трубачи играли, стоя на перроне. Опыты продолжались два дня, в результате стало ясно, что Доплер прав.
Кстати, позже Бейс-Баллот основал голландскую метеослужбу, сформулировал закон своего имени (если в Северном полушарии стать спиной к ветру, то область низкого давления будет от вас по левую руку) и стал иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук.
Наука, родившаяся за чашкой чая
Один из основателей биометрии (математической статистики для обработки результатов биологических экспериментов) английский ботаник Роберт Фишер работал в 1910–1914 годах на агробиологической станции близ Лондона.
Коллектив сотрудников состоял из одних мужчин, но однажды на работу приняли женщину, специалистку по водорослям. Ради неё решено было учредить в общей комнате файф-о-клоки. На первом же чаепитии зашёл спор на извечную для Англии тему: что правильнее — добавлять молоко в чай или наливать чай в чашку, где уже есть молоко? Некоторые скептики стали говорить, что при одинаковой пропорции никакой разницы во вкусе напитка не будет, но Мюриэль Бристоль, новая сотрудница, утверждала, что легко отличит «неправильный» чай (английские аристократы считают правильным доливать молоко в чай, а не наоборот).
В соседней комнате приготовили при участии штатного химика разными способами несколько чашек чаю, и леди Мюриэль показала тонкость своего вкуса. А Фишер задумался: сколько раз надо повторить опыт, чтобы результат можно было считать достоверным? Ведь если чашек было бы всего две, угадать метод приготовления вполне можно было чисто случайно. Если три или четыре — случайность тоже могла бы сыграть роль…
Из этих размышлений родилась классическая книга «Статистические методы для научных сотрудников», опубликованная в 1925 году. Методы Фишера биологи и медики используют до сих пор.
Заметим, что Мюриэль Бристоль, по воспоминаниям одного из участников чаепития, правильно определила все чашки.
Кстати, причина того, почему в английском высшем свете принято доливать молоко в чай, а не наоборот, связана с физическим явлением. Знать всегда пила чай из фарфора, который может лопнуть, если сначала налить в чашку холодное молоко, а потом добавить горячий чай. Простые же англичане пили чай из фаянсовых или оловянных кружек, не опасаясь за их целость.
Домашний Маугли
В 1931 году необычный эксперимент провела семья американских биологов — Уинтроп и Люэлла Келлог. Прочитав статью о печальной судьбе детей, росших среди животных — волков или обезьян, биологи задумались: а что, если сделать наоборот — попытаться воспитать обезьяньего детёныша в человеческой семье? Не приблизится ли он к человеку? Сначала учёные хотели переселиться со своим маленьким сыном Доналдом на Суматру, где нетрудно было бы среди орангутанов найти компаньона для Доналда, но на это не хватило денег. Однако Йельский центр по изучению человекоподобных обезьян одолжил им маленькую самку шимпанзе, которую звали Гуа. Ей было семь месяцев, а Доналду — 10.
Супруги Келлог знали, что почти за 20 лет до их эксперимента русская исследовательница Надежда Ладыгина уже пыталась воспитывать, как воспитывают детей, годовалого шимпанзёнка и за три года не добилась успехов в «очеловечивании». Но Ладыгина проводила опыт без участия детей, и Келлоги надеялись, что совместное воспитание с их сыном даст другие результаты. К тому же нельзя было исключить, что годовалый возраст уже поздноват для «перевоспитания».
Гуа приняли в семью и стали воспитывать наравне с Доналдом. Друг другу они понравились и вскоре стали неразлучны. Экспериментаторы записывали каждую деталь: Доналду нравится запах духов, Гуа его не любит. Проводили опыты: кто быстрее догадается, как с помощью палки добыть печенье, подвешенное к потолку посреди комнаты на нитке? А если завязать мальчику и обезьянке глаза и позвать их по имени, кто лучше определит направление, откуда идёт звук? В обоих тестах победила Гуа. Зато когда Доналду дали карандаш и бумагу, он сам начал что-то карябать на листе, а обезьянку пришлось учить, что можно делать с карандашом.
Попытки приблизить обезьяну к человеку под влиянием воспитания оказались скорее неудачными. Хотя Гуа часто передвигалась на двух ногах и научилась есть ложкой, даже стала немножко понимать человеческую речь, она приходила в замешательство, когда знакомые люди появлялись в другой одежде, её не удалось научить выговаривать хотя бы одно слово — «папа» и она, в отличие от Доналда, не смогла освоить простенькую игру типа наших «ладушек».
Однако эксперимент пришлось прервать, когда выяснилось, что к 19 месяцам и Дональд не блистал красноречием — он освоил всего три слова. И что ещё хуже, желание поесть он стал выражать типичным обезьяньим звуком вроде взлаивания. Родители испугались, что постепенно мальчик опустится на четвереньки, а человечий язык так и не освоит. И Гуа отослали обратно в питомник.
Глаза Дальтона
Речь пойдёт об эксперименте, проведённом по просьбе экспериментатора после его смерти.
Английский учёный Джон Дальтон (1766–1844) памятен нам в основном своими открытиями в области физики и химии, а также первым описанием врождённого недостатка зрения — дальтонизма, при котором нарушено распознавание цветов.
Сам Дальтон заметил, что страдает этим недостатком, только после того, как в 1790 году увлёкся ботаникой и оказалось, что ему трудно разобраться в ботанических монографиях и определителях. Когда в тексте шла речь о белых или жёлтых цветках, он не испытывал затруднений, но если цветки описывались как пурпурные, розовые или тёмно-красные, все они казались Дальтону неотличимыми от синих. Нередко, определяя растение по описанию в книге, учёному приходилось спрашивать у кого-нибудь: это голубой или розовый цветок? Окружающие думали, что он шутит. Дальтона понимал только его брат, обладавший тем же наследственным дефектом.
Сам Дальтон, сравнивая своё цветовосприятие с видением цветов друзьями и знакомыми, решил, что в его глазах имеется какой-то синий светофильтр. И завещал своему лаборанту после смерти извлечь его глаза и проверить, не окрашено ли в голубоватый цвет так называемое стекловидное тело — студенистая масса, заполняющая глазное яблоко?
Лаборант выполнил завещание учёного и не нашёл в его глазах ничего особенного. Он предположил, что у Дальтона, возможно, было что-то не в порядке со зрительными нервами.
Глаза Дальтона сохранились в банке со спиртом в Манчестерском литературно-философском обществе, и уже в наше время, в 1995 году, генетики выделили и исследовали ДНК из сетчатки. Как и следовало ожидать, в ней обнаружились гены дальтонизма.
Нельзя не упомянуть ещё о двух крайне странных опытах с органами зрения человека. Исаак Ньютон, вырезав из слоновой кости тонкий изогнутый зонд, запускал его себе в глаз и давил им на заднюю сторону глазного яблока. При этом в глазу возникали цветные вспышки и круги, из чего великий физик сделал вывод, что мы видим окружающий мир потому, что свет оказывает давление на сетчатку. В 1928 году один из пионеров телевидения, английский изобретатель Джон Бэйрд, пытался использовать человеческий глаз в качестве передающей камеры, но, естественно, потерпел неудачу.
Неужели Земля — шар?
Редкий пример эксперимента в географии, которая вообще-то не является экспериментальной наукой.
Выдающийся английский биолог-эволюционист, соратник Дарвина — Альфред Рассел Уоллес был активным борцом против лженауки и всяческих суеверий.
В январе 1870 года Уоллес прочитал в одном научном журнале объявление, податель которого предлагал спор на 500 фунтов стерлингов тому, кто возьмётся наглядно доказать шарообразность Земли и «продемонстрирует способом, понятным каждому разумному человеку, выпуклую железную дорогу, реку, канал или озеро». Спор предлагал некий Джон Хэмден, автор книги, доказывавшей, что Земля на самом деле — плоский диск.
Уоллес решил принять вызов и для демонстрации закруглённости Земли выбрал прямолинейный отрезок канала длиной шесть миль. В начале и в конце отрезка стояли два моста. На одном из них Уоллес установил строго горизонтально 50-кратный телескоп с нитями визира в окуляре. Посреди канала, на расстоянии трёх миль от каждого моста, он поставил высокую вешку с чёрным кружком на ней. На другой мост навесил доску с горизонтальной чёрной полосой. Высота над водой телескопа, чёрного кружка и чёрной полосы была совершенно одинаковой.
Если Земля (и вода в канале) плоская, чёрная полоса и чёрный кружок должны совпасть в окуляре телескопа. Если же поверхность воды выпуклая, повторяет выпуклость Земли, то чёрный кружок должен оказаться выше полосы. Так и получилось (см. рисунок). Причём размер расхождения хорошо совпадал с расчётным, выведенным из известного радиуса нашей планеты.
Однако Хэмден отказался даже посмотреть в телескоп, прислав для этого своего секретаря. А секретарь заверил собравшихся, что обе метки находятся на одном уровне. Если некоторое расхождение и наблюдается, то это связано с аберрациями линз телескопа.
Последовал многолетний судебный процесс, в результате которого Хэмдена всё же заставили выплатить 500 фунтов, но Уоллес потратил на судебные издержки значительно больше.
Два самых долгих эксперимента
Возможно, самый длительный эксперимент мира начат 130 лет назад (см. «Наука и жизнь» № 7, 2001 г.) и пока не закончен. Американский ботаник У. Дж. Бил в 1879 году закопал в землю 20 бутылок с семенами распространённых сорняков. С тех пор периодически (сначала каждые пять, потом десять, а ещё позже — каждые двадцать лет) учёные выкапывают одну бутылку и проверяют семена на всхожесть. Некоторые особо стойкие сорняки прорастают до сих пор. Следующую бутылку должны достать весной 2020 года.
Самый длительный физический эксперимент начал в университете австралийского города Брисбена профессор Томас Парнелл. В 1927 году он поместил в укреплённую на штативе стеклянную воронку кусок твёрдой смолы — вара, который по молекулярным свойствам является жидкостью, хотя и очень вязкой. Затем Парнелл нагрел воронку, чтобы вар слегка расплавился и затёк в носик воронки. В 1938 году первая капля смолы упала в подставленный Парнеллом лабораторный стакан. Вторая упала в 1947 году. Осенью 1948 года профессор скончался, и наблюдение за воронкой продолжили его ученики. С тех пор капли падали в 1954, 1962, 1970, 1979, 1988 и 2000 годах. Периодичность падения капель в последние десятилетия замедлилась из-за того, что в лаборатории смонтировали кондиционер и стало холоднее. Любопытно, что ни разу капля не падала в присутствии кого-либо из наблюдателей. И даже когда в 2000 году перед воронкой смонтировали веб-камеру для передачи изображения в интернет, в момент падения восьмой и на сегодня последней капли камера отказала!
Опыт ещё далёк от завершения, но уже ясно, что вар в сто миллионов раз более вязок, чем вода.
Биосфера-2
Это самый масштабный эксперимент из попавших в наш произвольный список. Решено было сделать действующую модель земной биосферы.
В 1985 году более двухсот американских учёных и инженеров объединились для того, чтобы построить в пустыне Сонора (штат Аризона) огромное стеклянное здание с образцами земной флоры и фауны. Планировали герметически закрыть здание от любых поступлений посторонних веществ и энергии (кроме энергии солнечного света) и поселить здесь на два года команду из восьми добровольцев, которых сразу прозвали «бионавтами». Эксперимент должен был способствовать изучению связей в естественной биосфере и проверить возможность длительного существования людей в замкнутой системе, например при дальних космических полётах. Поставлять кислород должны были растения; вода, как рассчитывали, будет обеспечиваться естественным круговоротом и процессами биологического самоочищения, пища — растениями и животными.
Внутренняя площадь здания (1,3 га) делилась на три основные части. В первой разместились образцы пяти характерных экосистем Земли: участок тропического леса, «океан» (бассейн с солёной водой), пустыня, саванна (с протекающей через неё «рекой») и болото. Во всех этих частях поселили отобранных ботаниками и зоологами представителей флоры и фауны. Вторую часть здания отвели системам жизнеобеспечения: четверть гектара для выращивания съедобных растений (139 видов, считая тропические фрукты из «леса»), бассейны для рыбы (взяли тиляпию, как неприхотливый, быстро растущий и вкусный вид) и отсек биологической очистки сточных вод. Наконец, имелись жилые отсеки для «бионавтов» (каждому — 33 квадратных метра с общей столовой и гостиной). Солнечные батареи обеспечивали электроэнергию для компьютеров и ночного освещения.
В конце сентября 1991 года восемь человек «замуровались» в стеклянной оранжерее. И вскоре начались проблемы. Погода оказалась необычайно облачной, фотосинтез шёл слабее нормы. К тому же в почве размножились бактерии, потребляющие кислород, и за 16 месяцев его содержание в воздухе снизилось с нормальных 21% до 14%. Пришлось добавлять кислород извне, из баллонов. Урожаи съедобных растений оказались ниже расчётных, население «Биосферы-2» постоянно голодало (хотя уже в ноябре пришлось вскрыть продуктовый НЗ, за два года опыта средняя потеря веса составила 13%). Исчезли заселённые насекомые-опылители (вообще вымерло от 15 до 30% видов), зато размножились тараканы, которых никто не заселял. «Бионавты» всё же худо-бедно смогли просидеть в заточении намеченные два года, но в целом эксперимент оказался неудачным. Впрочем, он лишний раз показал, насколько тонки и уязвимы механизмы биосферы, обеспечивающие нашу жизнь.
Гигантское сооружение используется сейчас для отдельных опытов с животными и растениями.
Сжигание алмаза
В наше время уже никого не удивляют опыты дорогостоящие и требующие огромных экспериментальных установок. Однако 250 лет назад это было в новинку, поэтому смотреть на поразительные опыты великого французского химика Антуана Лорана Лавуазье сходились толпы народа (тем более что опыты проходили на свежем воздухе, в саду около Лувра).
Лавуазье исследовал поведение разных веществ при высоких температурах, для чего построил гигантскую установку с двумя линзами, концентрировавшими солнечный свет. Изготовить собирательную линзу диаметром 130 сантиметров и сейчас задача нетривиальная, а в 1772 году это было просто невозможно. Но оптики нашли выход: сделали два круглых вогнутых стекла, спаяли их и в промежуток между ними налили 130 литров спирта. Толщина такой линзы в центре составляла 16 сантиметров. Вторая линза, помогавшая собрать лучи ещё сильнее, была раза в два меньше, и её изготовили обычным способом — шлифованием стеклянной отливки. Эту оптику установили на огромной специальной платформе (её рисунок можно видеть в «Науке и жизни» № 8, 2009 г.). Продуманная система рычагов, винтов и колёс позволяла наводить линзы на Солнце. Участники опыта были в закопчённых очках.
В фокус системы Лавуазье помещал различные минералы и металлы: песчаник, кварц, цинк, олово, каменный уголь, алмаз, платину и золото. Он отметил, что в герметически запаянном стеклянном сосуде с вакуумом алмаз при нагревании обугливается, а на воздухе сгорает, полностью исчезая. Опыты обошлись в тысячи золотых ливров.
ВАЖНЕЙШИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
7. Планетарная модель атома
7. Планетарная модель атома В 1911 г. Резерфорд изучал рассеяние α частиц (ядра атомов гелия, состав р+, заряд + е ) тонкими металлическими пленками (~1 мкм). α частицы возникают при радиоактивном распаде
Интерференция световых волн
Интерференция световых волн Интерференция возникает при наложении волн, создаваемых двумя или несколькими источниками, колеблющимися с одинаковыми частотами и некоторой постоянной разностью фаз Такие источники
Задачи для самостоятельного решения Задача 1. Оптическая разность хода двух интерферирующих волн монохроматического света равна =0.3λ. Определить разность фаз этих волн φ. (Ответ: φ=0.6π) Задача 2. Сколько
Лекция 12. Теория атома водорода по Бору
5 Лекция Теория атома водорода по Бору План лекции Модели атома Опыт Резерфорда Постулаты Бора Теория одноэлектронного атома Бора 3Спектр атома водорода [] гл7 Модели атома Опыт Резерфорда До конца XIX
ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ
Лекция 8 ВСЕМИРНОЕ ТЯГОТЕНИЕ. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОЛЯ Термины и понятия Первая космическая скорость Вторая космическая скорость Третья космическая скорость Вес тела Гелиоцентрическая система Гравитационная
Глава V. СТРОЕНИЕ АТОМА И АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА V Строение атома и атомные спектры Глава V. СТРОЕНИЕ АТОМА И АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ 23. Строение атома 1. Опыт Резерфорда В конце 19-го века английский учёный Дж. Томсон открыл электрон и установил,
Волновая оптика. Принцип Гюйгенса.
Лекция 47 Тема: Волновая оптика. Принцип Гюйгенса. Способы разделения света на когерентные пучки. Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона. Использование интерференции света. В волновой оптике рассматриваются
Дифракция света. Лекция 4.2.
Дифракция света Лекция 4.2. Дифракция света Дифракция — совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями (края экранов, малые отверстия) и связанных с отклонениями
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. ФИЗИКА.
ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ. ФИЗИКА. Электростатика. Взаимодействие заряженных тел. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Электростатическое поле, его основные характеристики. Электростатика.
Интерференция света. Лекция 4.1.
Интерференция света Лекция 4.1. Интерференция вокруг нас С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые
ФИЗИКА, ч. 3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1
ФИЗИКА, ч. 3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1 Вариант 1 1. Какая доля энергии фотона израсходована на работу вырывания фотоэлектрона, если красная граница фотоэффекта 307 нм и максимальная кинетическая энергия
ФИЗИКА, ч. 3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1-4
ФИЗИКА, ч. 3 ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1-4 Вариант 1 1. На щель шириной 0,1 мм нормально падает пучок монохроматического света длиной волны 500 нм. Дифракционная картина наблюдается на экране, находящемся
Тема 2. Дифракция света
Тема 2. Дифракция света Задачи для самостоятельного решения. Задача 1. Между точечным источником света и экраном поместили диафрагму с круглым отверстием, радиус которого r можно менять. Расстояния от
интерференционной картины.
Экзамен. Механизм смазывания интерференционной картины за счет немонохроматичности и за счет протяженности источника света на примере опыта Юнга. Обсудим влияние немонохроматичности света на контрастность
Земля как планета Солнечной системы
Земля как планета Солнечной системы Земля одна из восьми планет Солнечной системы (Плутон с недавнего времени перестали причислять к планетам). Она находится на расстоянии 150 млн км от Солнца (третья
Экзаменационные задачи
Экзаменационные задачи 16.4. Во сколько раз увеличится расстояние между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если зеленый светофильтр (λ 1 =500 нм) заменить красным, (λ 2 =650
Геометрическая оптика
Геометрическая оптика Недостатки в условиях: Вариант 4 задача 2: угол 30, ширина пучка 20 см, показатель преломления стекла 1,5, ответ 26 см. Вариант 7 задача 2: показатель преломления воды 1,33 задача
17.1. Основные понятия и соотношения.
Тема 7. Волны де Бройля. Соотношения неопределенностей. 7.. Основные понятия и соотношения. Гипотеза Луи де Бройля. Де Бройль выдвинул предложение, что корпускулярно волновая двойственность свойств характерна
Задания А20 по физике
Задания А20 по физике 1. На занятиях по физике при изучении темы «Законы отражения света» учитель поставил посередине класса высокое, но узкое плоское зеркало и предложил ученикам следующую игру: мальчикам
Оптика. Дифракция света
Оптика. Дифракция света Лекция 4 Постникова Екатерина Ивановна, доцент кафедры экспериментальной физики Дифракция света Дифракция отклонение распространения волн от законов геометрической оптики вблизи
16. Принцип Гюйгенса-Френеля Зоны Френеля
16. Принцип Гюйгенса-Френеля Из геометрической оптики известно, что волна распространяется в пространстве прямолинейно. Если на пути волны встречается препятствие, то за препятствием должна образовываться
Решение задач ЕГЭ части С: Магнетизм
С1.1. Рамку с постоянным током удерживают неподвижно в поле полосового магнита (см. рисунок). Полярность подключения источника тока к выводам рамки показана на рисунке. Как будет двигаться рамка на неподвижной
Микромир и Вселенная
Микромир и Вселенная nuclphys.sinp.msu.ru Структура материи Вселенная Скопление галактик Галактики Звезды Планеты Молекулы Атомы Атомные ядра Электроны Протоны, нейтроны Кварки, глюоны Научное исследование
15 шокирующих научных экспериментов, в которые сложно поверить
Наука хороша до тех пор, пока ученые исследуют такие понятия, как, к примеру, лазерные лучи и космические полеты. Но иногда эксперименты ученых становятся действительно невероятными, чтобы не сказать безумными. Но стоит посмотреть правде в глаза: куда только не заносила учёных мужей шальная фантазия!1. Энергия оргона
Вильгельм Хелм, психоаналитик и последователь Зигмунда Фрейда, разработал теорию «Оргона» в 1930-х годах. Он считал, что эта «оргонная энергия» — это та самая жизненная сила или космическая энергия, что является продолжением идеи Фрейда о либидо. Соответственно, с его легкой руки появилась такая наука, как оргономия.В 1940 году Хелм решил сконцентрировать оргон в так называемых «клетках Фарадея» и использовать эту «энергию» для лечения рака и для роста растений. Не удивительно, что его нелепые претензии никогда не были доказаны и даже привели Хелма к тюрьме, когда он пытался контрабандой провезти свои «оргонные устройства» через границу.
2. Двухголовая собака
Американский физиолог Чарльз Клод Гатри внес значительный вклад в науку и даже сотрудничал с французским врачом Алексисом Каррелом, который получил Нобелевскую премию по медицине в 1912 году за свою работу по хирургии сосудов.
Гатри же, хотя его тоже должны были номинировать на премию, был лишен ее из-за своих экспериментов с пересадкой головы, в ходе которых он пришивал голову одной собаки на тело другой. Что интересно, его эксперименты действительно имели некоторый успех: отрезанные головы удалось искусственно сохранять живыми во время пересадки.
3. Собаки Франкенштейна
Другим ученым, который был одержим трансплантацией, является Владимир Демихов, которого принято считать основоположником пересадки сердца. Как и Чарльз Гатри, Демихов проводил свои эксперименты на собаках… с переменным успехом.
4. Человек-киборг
Кевин Уорвик — британский ученый и профессор кибернетики в британском Университете Рединга. Он известен своими исследованиями в области робототехники, а также тем, что возглавляет одни из самых передовых исследовательских проектов в мире, связанных с киборгами. Фактически его можно назвать первым «киборгом» в истории.
В его тело были имплантированы электроды и чипы, с помощью которых Уорвик может непосредственно взаимодействовать с университетским интернетом и удаленно управлять роботизированной рукой.
5. Терапия против привычки грызть ногти
Исследователь из Вирджинии Лоуренс Лешено провел тест, чтобы увидеть, могут ли подсознательные сообщения помочь преодолеть вредные привычки, такие как грызть ногти. Во время своего исследования он стоял в комнате, где спала группа мальчиков, и постоянно повторял «мои ногти ужасно горькие на вкус». Эксперимент сработал для 40% мальчиков, хотя его результаты сразу же оспорили, поскольку никто не смог доказать, что мальчики на самом деле спали на протяжении всего эксперимента.
6. Оживление мертвых
Роберт Корниш, вундеркинд из Университета Калифорнии в Беркли, который он закончил с отличием в возрасте 18 лет, получил докторскую степень в 22 года. Его заинтересовала идея возвращения мертвых к жизни. В 1930 году он пытался воскресить мертвых животных, раскачивая их на качелях, чтобы кровь снова начала течь.
При этом он одновременно вводил им адреналин и антикоагулянты. У тех животных, которые возвращались на несколько мгновений у жизни, наблюдались слепота и повреждения головного мозга, а также они быстро снова умирали. А с людьми ему не удалось добиться и подобного.
7. Вес души
Доктор Дункан «Ом» Мадугалл — американский врач, который в начале 1920-х годов предположил, что душа имеет вес. Он измерял вес тела шестерых людей, находящихся при смерти, а также сразу же после смерти, когда «отлетает душа». Его опыты показали, что душа в среднем весит 21 грамм. Излишне говорить, что его заключение никогда не прижилось в научном сообществе.
8. Франкенштейн
Алхимик и врач Иоганн Конрад Диппел родился в замке Франкенштейн в 1673 году. Всю свою жизнь ученый изучал анатомию и алхимию, а также ходили слухи, что он пытался переместить душу из только что умершего человека в другой труп, используя воронку, шланг и смазку.
Из-за слухов о его научных «подвигах», таких как осквернение могил, он был вынужден в конечном счете бежать из города. Возможно именно он вдохновил Мэри Шелли на написание ее знаменитого романа.
9. Высокоэнергетические взрывчатые вещества
Установка для создания и испытания новых высокоэнергетических взрывчатых веществ (HEAF — High Explosives Applications Facility) в Калифорнии стала известной, когда ученые слишком увлеклись экспериментом, в ходе которого пытались проплавить одним из своих новых лазеров металл ракеты «Стингер». Результат виден на фото.
10. Контроль разума животных
Хосе Дельгадо разработал «stimoceiver» в 1963 году. Это был компьютерный чип, приводимый в действие пультом дистанционного управления, который использовался для электрического стимулирования различных участков мозга животного.
С помощью чипа, встроенного в череп животного, ученые добились различные результатов, которые варьировались от непроизвольного движения конечностей до внушения разных эмоций и вызывания аппетита.
11. Напиток с желудочными бактериями
Когда доктора Робин Уоррен и Барри Маршалл открыли бактерию Helicobacter Pylori (H.pylori), которая ответственны за язвы желудка, медицинское сообщество сразу же возразило, заявив, что главными виновниками язвы являются стресс, образ жизни и диета.
Для того, чтобы доказать свою точку зрения, доктор Маршал выпил воду с бактериями, которые были собраны у больных язвой желудка. Немедленно у него развился гастрит с ахлоргидрией, тошнота, рвота и неприятный запах изо рта. В итоге оба получили Нобелевскую премию в 2005 году.
12. Доктор, пьющий рвоту
Стабинс Фирс был американским врачом, известным своими необычными исследованиями причин возникновения желтой лихорадки. Он был настолько уверен, что это не инфекционное заболевание, что проверил свою гипотезу на себе. Его «эксперименты» включали в себя проживание среди больных, питье их рвоты и втирание ее в надрезы на руках, подвергая себя инфекции всеми возможными способами.
13. Слон на «кислоте»
Исследования поведения слонов привели к одному из самых скандальных экспериментов, сделанных во имя науки. Уоррен Томас ввел слону по имени Труко 297 миллиграммов ЛСД, что в 3000 раз больше максимальной дозы для человека.
Эксперимент был проведен в зоопарке Линкольна в Оклахома-Сити в 1962 году для того, чтобы определить, вызовет ли это у животного «муст» (так называется состояние неистовства у слонов во время гона). Через час Трунко умер.
14. Гомункул
Парацельс был алхимиком и врачом, который жил в 1500-е годы. Он стал известен благодаря ранним работами в области токсикологии и психотерапии. Он также был также первым человеком, который упоминал термин «бессознательное» в клиническом смысле.
При этом он на полном серьезе проводил эксперименты по созданию «гомункула» — миниатюрного человечка. Он пытался сделать это путем трансплантации человеческой яйцеклетки в матку лошади, а затем вскармливания животного человеческой кровью.
15. MK-Ultra
Доктор Дональд Юэн Камерон считал, что он придумал лекарство от шизофрении посредством «перепрограммирования» мозга новыми моделями мышления. Во время этих экспериментов, проводившихся в 1950 — 1960 годах, пациентов с проблемами психики привязывали к кроватям, накачивали седативными препаратами и барбитуратами.
Врачи при этом заставляли постоянно слушать записанные на магнитофон многократно воспроизводимые звуки или простые повторяющиеся команды. В итоге ЦРУ, которое и финансировало проект «MK-Ultra», признало эксперимент провальным.
Тема «Эксперимент в естественных науках»
Учитель физики МБОУ «Полевской лицей»
Курского района, Курской области Филатова И.В. доклад: «эксперимент в естественных науках»
МБОУ «Полевской лицей»
Эксперимент в естественных науках
Доклад подготовила учитель физики
Филатова И. В.
1
Характерная черта научного мышления это доказательство. Эксперимент для наук естественного цикла является важнейшим способом доказательства справедливости гипотез, теорий. Эксперимент — основа естествознания.
Современная физика обладает большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент – наиболее эффективное и действенное средство познания. Для современного эксперимента характерны 3 основные особенности:
Возрастание роли теоретической базы эксперимента. Эксперименту предшествует довольно часто теоретическая работа, концентрирующая громадный труд большого числа теоретиков и экспериментаторов, если говорить о фундаментальных науках.
Сложность технического оснащения эксперимента. Такие эксперименты, как правило, проводятся с применением многофункциональной электронной аппаратуры, высокочувствительными приборами, высокоточными преобразователями. Большинство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования, в которой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определённой точностью, регистрируют промежуточные экспериментальные результаты и производят последовательную их обработку.
Масштабность современных экспериментов. Современные экспериментальные установки представляют сложные объекты. Например: адронный коллайдер, ядерный реактор. Строительство таких объектов требует больших затрат. Сами экспериментальные объекты могут оказать активное воздействие на окружающую среду.
Эксперимент часто включает операции наблюдения, приводящие не только к качественным, описательным, но и к количественным результатам, требующим дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения, эксперимент — разновидность практического действия, с целью получения знания. В процессе экспериментального естественно – научного исследования в контролируемых и управляемых условиях изучаются многообразные свойства и явления природы.
2
Отличаясь от простого наблюдения активным воздействием на изучаемый объект, в большинстве случаев эксперимент осуществляется на основе той или иной теории определяющей постановку экспериментальной задачи и интерпретацию результатов. Нередко основная задача эксперимента – проверка гипотез и предсказание теории имеющих фундаментальное и прикладное значение.
Многие экспериментальные исследования направлены на отработку технологий изготовления новых видов разнообразной высококачественной продукции. В этом проявляется практическая направленность эксперимента, как прямого пути совершенствования технологического цикла. Например, создание полимеров. Создание различных типов лазеров.
Экспериментальные средства по своей сути не однородны; их можно разделить на три основные отличающиеся фундаментальным назначениям системы:
Содержащую исследуемый объект с заданными свойствами;
Обеспечивающую воздействие на исследуемый объект.
Сложную приборную измерительную систему.
В зависимости от экспериментальной задачи данные системы играют важную роль.
Чем сложнее экспериментальная задача, тем острее стоит вопрос чистоты эксперимента и достоверности полученных результатов. Можно назвать четыре пути решения данного вопроса:
Многократное повторение измерений;
Совершенствование технических систем и приборов; повышение их точности, чувствительности и разрешающей способности;
Более строгий учёт основных и неосновных факторов, влияющих на исследуемый объект.
Предварительное планирование эксперимента, позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и возможности приборного обеспечения
3.
Чем чище поставлен эксперимент, чем тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта и чем чувствительнее приборы, тем точнее экспериментальные результаты и тем ближе они соответствуют естественно — научной истине. В любом естественно – научном эксперименте можно видеть три основных этапа:
Подготовительный этап;
Получение экспериментальных данных;
Обработка результатов и их анализ.
Подготовительный этап обычно включает теоретическую проработку проведения эксперимента, его планирование, подготовку исследуемого объекта, конструирование и создание технической базы, включающей приборное обеспечение. На хорошо подготовленной экспериментальной базе полученные данные, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить тот или иной параметр исследуемого объекта и сопоставить его либо с соответствующим теоретическим значением либо с экспериментальным значением, полученным другими техническими средствами, что очень важно при определении правильности и степени достоверности полученных результатов.
Теоретические предпосылки эксперимента
Взаимная обусловленность эмпирических и теоретических знаний вряд ли вызывает сомнение. Современные эксперименты и теория настолько переплетены, что однозначно ответить на вопрос, какое из данных знаний можно рассматривать в качестве абсолютного начала естественно – научного познания, практически не представляются возможным, хотя можно привести многочисленные примеры научных изысканий, когда эмпирические начала предвосхищают теорию и наоборот. Анализ соотношения эмпирического и теоретического начал актуален и по сей день.
В теоретические исследования всё больше внедряются абстрактные разделы математики, и многие теоретические расчёты выполняются с помощью мощных вычислительных средств.
4.
Экспериментальное исследование развивается за счёт внедрения новых методов с применением сравнительно сложных технических средств. Эксперимент приобретает гигантские масштабы.
Вместе с тем возрастает и роль его теоретического обеспечения.
Можно говорить о теоретической обусловленности современных экспериментальных исследований.
На всех этапах экспериментального исследования важна мыслительная деятельность экспериментатора, которая чаще всего носит философский характер. Решая, например, вопросы: что такое электрон, является ли он частицей, которую можно наблюдать или преобладают волновые свойства, приходится касаться философских вопросов.
В эпоху становления физики как науки учёные руководствовались общими философскими представлениями о единстве и родстве материальных объектов и явлений природы. Галилей, как основоположник научного метода познания природы, основывающегося на экспериментах, закладывая основы классической механики, опирался на общую модель единства мира. Он описывал движение небесных тел, как земных. Эксперимент с падением тел с Пизанской башни позволил открыть законы механики. Проведение аналогичных упрощённых опытов позволяет ученикам делать логические предпосылки анализа закона всемирного тяготения о пропорциональности силы тяготения массе взаимодействующих тел. Метод Галилея подтолкнул учёных к более тщательному исследованию в частности, различных форм механического движения, в результате чего были открыты классические законы механики. Философская идея о материальном единстве мира, способствовала открытию Эрстеда связи электричества и магнетизма. Максвеллу создания полной теории электродинамики. Теория была подтверждена в опытах Герца, Лебедева.
В современных условиях особенно возрастает роль теоретической работы на подготовительном этапе эксперимента, на каждой операции его по – разному включаются процедуры исследований.
Можно назвать 4 основные операции подготовительного этапа эксперимента.
5
— постановка задачи эксперимента и выдвижение гипотетических вариантов её решения.
-разработка программы экспериментального исследования;
-подготовка исследуемого объекта и создание экспериментальной установки.
-качественный анализ хода эксперимента и корректировка программы исследования и приборного обеспечения.
При кажущейся случайности эмпирические открытия вписываются во вполне
определённую логическую схему, отправным элементом которой выступает противоречие между известным теоретическим знанием и новыми эмпирическими данными. Такое противоречие и является логическим основанием вновь возникшей проблемы – своеобразной границы между знанием и незнанием – первого цикла осмысления неизвестного. Следующий шаг выдвижение гипотезы как возможного решения проблемы.
Выдвинутая гипотеза вместе с выводимыми из неё следствиями служит основой, определяющей цели, задачи, и практические средства эксперимента. В одних случаях при сложившейся теоретической схеме гипотеза может обладать высокой степенью достоверности. Такая гипотеза жестко задаёт программу эксперимента и нацеливает его на поиск теоретически предсказанного результата. В других случаях, когда теоретическая схема только – только зарождается, степень достоверности гипотезы может быть невысокой. При этом теория лишь эскизно задаёт схему эксперимента, увеличивается число проб и ошибок.
На подготовительной стадии эксперимента огромную роль играет изобретательская и конструкторская работа как научный творческий процесс Успех любой экспериментальной работы во многом зависит от прозорливости экспериментатора, глубины и абстрактности мышления, оригинальности решения технических задач, способности к изобретательской деятельности, представляющей собой последовательный целенаправленный переход от теоретического знания к практическому поиску.
6
Таким образом, хотя эксперимент основывается на практической деятельности, но будучи естественнонаучным методом познания действительности, он включает логические средства, гармоничное сочетание которых и позволяет успешно решить поставленную задачу.
« Мы считаем, что один из наиболее ценных уроков физики – это её метод, основанный на наблюдении и опыте…» С.П.Капица
Интерес учеников проявляется к предмету больше всего при проведении экспериментов. Для школьников на первой ступени обучения физики можно предложить следующие доступные опыты с элементами исследования.
1.Изучить взаимодействие магнита с различными предметами.
2.Пронаблюдайте падение капель кипячёной воды в растительном масле.
Сделайте вывод отличия движения капель в воздухе.
3.Измерьте толщину листа учебника физики.
4.Измерьте высоту школьного здания.
5.Рассмотрите в лупу кристаллики поваренной соли и сделайте вывод.
6.Измерьте скорость своей ходьбы и бега.
7.Измерьте плотность сливочного масла, сахарного песка и соли.
8.Изготовьте динамометр.
9.Определите коэффициент трения скольжения кроссовок о лёд и снег.
10.Измерьте давление стула на пол.
11.Сконструируйте фонтан из пластиковой бутылки и резиновой трубки.
12.Сконструируйте поилку для птиц.
13.Проведите опыты, доказывающие существование атмосферного давления.
14.Исследуйте, какие тела плавают в воде, масле, а какие тонут.
15. Подберите набор жидкостей трёх видов плавающих одна в другой.
7
16. Сконструируйте установку из подвижного и неподвижного блоков. доказывающего возможность изменения направления и выигрыш силы.
17.Используя предметы домашнего обихода, сконструируйте рычажные весы.
18.Найдите центр тяжести листа картона оклеенного бумагой в клетку.
19.Оцените работу и мощность при вашем подъёме на третий этаж.
Для школьников тенденция повышения точности измерения и применение математических знаний становится актуальной.
Рассмотрим, как в приближённых вычислениях применяется дифференциальное исчисление. Производной функции в точке х называется предел отношения приращения функции игрек к приращению аргумента при стремящемся к нулю приращении аргумента.
Приращение аргумента называют также дифференциалом независимой переменной и обозначают через dx. Функция, имеющая производную в точке х, называется дифференцируемой в данной точке. Дифференцируемость функции в точке х равносильна тому, что приращение функции у в этой точке представимо в виде ∆y=f/(x)dx+0(dx) ( второе слагаемое обозначает бесконечно малую более высокого порядка по сравнению с dx при dx стремящемся к нулю). Если функция дифференцируема в точке х, то она непрерывна в этой точке. Обратное утверждение неверно из непрерывности функции не следует её дифференцируемость. Функция называется дифференцируемой (непрерывно дифференцируемой) на некотором множестве (интервале, отрезке, и т. п.), если в каждой точке х, принадлежащей области определения, существует (непрерывная) производная f/(x).
Дифференциал Dy функции y=f(x) — это главная часть f/(x)dx приращения ∆y функции в точке x, так, что ∆y=dy+0(dx).
8
Приближённое равенство ∆у приближённо равен dy или f(x+∆x)приближённо равна f(x)+f/(x)∆x (при малых ∆ x) используется в приближённых вычислениях. ∆y≈f/(x)d(x).
∆Y≈ dy, f(x+x)≈ f(x)+f/(x) dx .
В действующих школьных учебниках уже применяют метод вычисления дифференциалов для вычисления абсолютной погрешности. В физике 9 класса, автор Пёрышкин А.В. при вычислении абсолютной погрешности скорости в лабораторной работе: исследование равноускоренного движения без начальной скорости: ∆v=a∆t +t∆a . В 11 классе, авторы Мякишев Г.Я. и другие, в лабораторной работе, определение фокусного расстояния и оптической силы линзы, при вычислении абсолютной погрешности оптической силы линзы. D=∆d/d2+∆f/f2. ( D=1/d+1/f).
Альберт Эйнштейн писал: «На первой ступени обучения физике надо вообще исключить всё, кроме экспериментальной стороны, представляющей наглядный интерес. Красивый эксперимент сам по себе гораздо ценнее, чем тридцать формул, добытых в реторте отвлечённых мыслей».
Актуальность эксперимента при обучении физике заключается в том, что позволяет не только развивать практические умения, логическое мышление, самостоятельность, смекалку, учит анализировать наблюдаемый процесс, оценивать результаты, но и получать практические умения, которые в дальнейшем ученики могут использовать в будущих профессиях и повседневной жизни и способствовать развитию исследовательских способностей.
Урок 3. экспериментальные методы в естественных науках — Естествознание — 10 класс
Естествознание, 10 класс
Урок 3. Экспериментальные методы в естественных науках
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
- Что значит уметь наблюдать?
- Чем отличается наблюдение от эксперимента?
- Что означает измерить?
- Можно ли измерить неизмеримое?
Глоссарий по теме:
Наблюдение — это преднамеренное, целенаправленное восприятие объектов и процессов с целью осознания их существенных свойств.
Наблюдательность — важное качество, определяющее число и характер увиденных и отмеченных человеком деталей при знакомстве с различными явлениями.
Научное наблюдение — специально организованное исследователем наблюдение, позволяющее приходить к ответам на заранее поставленный вопрос.
Эксперимент — исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования.
Журнал наблюдений — документ, в котором наблюдатель фиксирует параметры происходящих процессов и их условия.
Гипотеза — предположение, выдвигаемое перед началом наблюдения или эксперимента, которое должно быть проверено в результате их проведения.
Измерения — действия, показывающие отношение одной величины относительно другой (эталонной).
Параметры — характеристики объектов, получаемые в результате измерений.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
- Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. – Лабиринт – с.14 – 15.
- Капица П. Л. Эксперимент, Теория, Практика. – М.: 1991.
- Перельман М.Е. Наблюдения и озарения, или Как физики выявляют законы природы. Издательство: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2012.
Открытые электронные ресурсы по теме урока:
Музей лабораторного оборудования URL: http://www.museum-ru.com/kollektsiya/
Метрологический музей URL: http://www.vniim.ru/etalon.html
Рубрика «Эксперименты» // Учебно-методическая газета «Физика» (электронной версии) URL: http://fiz.1september.ru/topic.php?TopicID=14&Page=5
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Наблюдение мы постоянно используем в повседневной жизни, даже не задумываясь об этом, когда смотрим в окно, чтобы определить погоду, идем в театр или просто ждем транспорт на остановке. Умение наблюдать — это одно из главных умений, позволяющее сохранить биологический вид.
Познание природы развивало наблюдательность древнего человека. Это позволило ему сделать множество замечательных открытий. Люди постепенно научились разбираться в окружающем их растительном мире. Они научились отличать полезные растения от тех, которые могут причинить вред. Многие растения они стали употреблять в пищу, узнали лечебные свойства некоторых из них.
Охотясь или занимаясь собирательством, человек ориентировался на местности. Этому он научился, наблюдая за положением Солнца и звезд на небе.
Наблюдение звездного неба с древнейших времен формировало самого человека как мыслящее существо. Звездное небо до сих пор притягивает людей разных стран, поколений и профессий. Наблюдая за движением планет, звезд и галактик мы продолжаем ставить вопросы и искать на них ответы.
Наблюдение. Каковы особенности научного наблюдения?
Научное наблюдение отличается от обычного созерцания тем, что позволяет приходить к ответам на поставленный исследователем вопрос. Оно всегда целенаправленно, сознательно организовано, методически обдумано. Результаты наблюдения можно оценить, записать, измерить. Главным в научном наблюдении являются условия, в которых оно проходит и то, что сам наблюдатель не вмешивается в ход наблюдаемого процесса.
Наблюдения могут быть прямыми или косвенными, они могут вестись с помощью технических приспособлений или без таковых. Так, орнитолог видит птицу в бинокль и может слышать ее, а может фиксировать прибором звуки вне слышимого человеческим ухом диапазона; гистолог наблюдает с помощью микроскопа зафиксированный и окрашенный срез ткани, а, скажем, для молекулярного биолога наблюдением может быть фиксация изменения концентрации фермента в пробирке.
Исследователь знает, ради чего проводится наблюдение, какая поставлена цель. Наблюдателя интересуют все детали исследуемого процесса. Чем больше деталей он заметит, тем больше получит материала для обдумывания, обработки, размышлений. Поэтому обязательно ведется журнал наблюдений, где записывают все особенности происходящих процессов и их условия. Впоследствии часто приходится снова и снова возвращаться к этим описаниям. Журналы наблюдений должны долго храниться, они становятся материалом для сравнения результатов разных исследователей. Наблюдение дает материал для дальнейших исследований, позволяет сформулировать вопросы, на которые надо ответить, обозначить проблемы, которые следует решить.
Эксперимент. Чем эксперимент отличается от наблюдения?
В отличие от наблюдения эксперимент — это исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования, или же изменения течения процесса в нужном направлении.
Самой крупной экспериментальной установкой в Мире является андронный коллайдер. Это ускоритель заряженных частиц на встречных пучках, предназначенный для разгона протонов и тяжёлых ионов и изучения продуктов их соударений. Коллайдер построен в ЦЕРНе, находящемся около Женевы, на границе Швейцарии и Франции. Большой адронный коллайдер располагается в туннеле с длиной окружности 26,7 км. Специалисты надеются, что с помощью ускорителя смогут получить наиболее достоверную информацию о происхождении Вселенной.
Иногда используют так называемый мысленный эксперимент, когда исследователь мысленно моделирует процессы или системы, прогнозирует и описывает их поведение.
Реальный эксперимент — это метод, связанный с практическим, предметно-манипулятивным, «орудийную» познанием окружающего мира. В мысленном же эксперименте исследователь оперирует не материальными объектами, а их идеализированными образами само же оперирования происходит в его сознании, то есть чисто мысленно.
Научная деятельность Галилея, Ньютона, Максвелла, Карно, Эйнштейна и других ученых, заложивших основы современного естествознания, свидетельствует о существенной роли мысленного эксперимента в формировании теоретических идей.
Экспериментатор должен четко представлять, какие параметры процесса он изменяет, чтобы определить, что влияет на результат, установить причину и следствие. При этом в эксперименте обязательно сравнивают поведение системы в обычных и специально измененных условиях. Результаты и условия эксперимента строго фиксируют и описывают. Если при соблюдении одних и тех же условий результаты нескольких опытов совпадают, то можно делать выводы о достоверности полученных данных.
И. П. Павлов в своей лаборатории, расположенной недалеко от Санкт-Петербурга, ставил эксперименты, изучая механизмы образования условного рефлекса. Суть знаменитого эксперимента состоит в изучении рефлексов животного, в данном случае собаки на внешнее воздействие. Именно Павлов вводит понятие безусловного рефлекса, данного от природы и условного рефлекса выработанного на протяжении жизни или в результате жизненного опыта. Все свои наблюдения Иван Петрович фиксировал в дневниках и журналах.
Гипотеза.
В естествознании между наблюдением и экспериментом в цепочке исследования лежит важное звено — гипотеза (от греч. hypóthesis — основание, предположение). Перед тем как организовать эксперимент, продумать его условия, выдвигают предположение, которое нужно проверить (подтвердить или опровергнуть) экспериментально.
Павлову было уже почти 50 лет, когда он начал свои знаменитые исследования условных рефлексов. Этот новый интерес родился из случайного наблюдения одной особенности слюноотделения у собак. Обычно слюна начинает выделяться у собаки, когда пища попадает на ее язык, это врожденный рефлекс. Но Павлов заметил, что у его собак слюна выделялась еще до того, как пища попадала им в рот; у собак начинала течь слюна, когда они видели, что им несут еду, или даже тогда, когда они слышали шаги человека, который их кормил. Получалось, что рефлекс теперь вызывался новыми, прежде нейтральными, раздражителями. Сначала появилась гипотеза, в дальнейшем подтвержденная экспериментально.
Таким образом, гипотеза — предположение, выдвигаемое перед началом эксперимента, которое должно быть проверено в результате их проведения.
Как правило, гипотеза высказывается на основе ряда подтверждающих её наблюдений (примеров) и поэтому выглядит правдоподобно. Гипотезу впоследствии или доказывают, превращая её в установленный факт (теорию, теорему, закон), или же опровергают (например, указывая контрпример), переводя в разряд ложных утверждений. Таким образом, из гипотезы, подтвержденной экспериментом, рождается теория.
Измерение. Что значит измерить величину?
Основа эксперимента – измерение. Естественнонаучное экспериментальное исследование всегда опирается на точные измерения. Каждый из вас измерял длину линейкой в сантиметрах и миллиметрах; температуру с помощью градусника или термометра в градусах. А что означает измерить? Измерить величину — это значит сравнить ее с эталоном, с единицей измерения.
С развитием научных знаний возникает необходимость в более точной фиксации наблюдений. Для решения этой задачи начинают изобретаться различные измерительные приборы: линейка, секундомер, термометр, весы, транспортир и т.д.
Характеристики объектов, получаемые в результате измерений, называют параметрами. Для измерения параметров служат специальные приборы, например манометр для измерения давления, вольтметр для измерения напряжения в электрической цепи. Результаты измерений могут позволить рассчитать параметры объектов или характеристики процессов. Например, объем куба можно рассчитать, измерив его ребро, а скорость равномерно движущегося автомобиля можно оценить, зная путь и время, за которое он пройден.
С развитием торговых отношений и научных знаний появилась необходимость в развитии единой системы единиц измерений. Постепенно складывается метрическая система мер. На сегодняшний день международная система единиц (СИ) определяет семь базовых единиц измерения, являющихся основой для остальных единиц СИ: 1. Метр для длины; 2. килограмм для массы; 3.секунда для времени; 4. ампер для силы тока; 5. кельвин для термодинамической температуры; 6. кандела для силы света; 7. моль для количества вещества.
При обработке результатов измерений всегда нужно оценивать:
- с какой точностью вы измеряете, какую ошибку дает ваш прибор, т.е. определить погрешность измерений;
- как влияет сам процесс измерения на объект, который вы измеряете.
С помощью обыкновенной линейки мы не можем определить размер клетки растения или атома. Но для таких измерений применяются более точные измерительные приборы. Для определения параметров объектов микромира микроскопы. Клетку размером в 10-3 мм можно рассмотреть и измерить с помощью оптического микроскопа; молекулы белков и ДНК, размеры которых имеют порядок 10-5, — с помощью электронного микроскопа. Здесь важно, чтобы длина волны излучения, которое используют в измерении, была сравнима с исследуемым объектом или меньше его.
Выводы:
Экспериментатор должен четко представлять себе, какие параметры процесса он измеряет, чтобы определить, что влияет на результат и установить причину и следствие.
Измерить величину — это значит сравнить ее с эталоном, выбранным за единицу измерения этой величины.
Как правило, естественнонаучное исследование происходит по следующим этапам: Наблюдение – Гипотеза – Эксперимент – Вывод (научно обоснованный факт).
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:
Задание 1. Выпишите номера характерных черт научного наблюдения:
- целенаправленно;
- результат можно оценить;
- спонтанно;
- имеет только зрительную фиксацию;
- позволяет приходить к ответам на поставленный вопрос;
- сознательно организованно;
- результат можно измерить.
Верные ответы: 1, 2, 5,6,7
Задание 2. Выберите один правильный вариант ответа:
Эксперимент – это…
А) предположение, выдвигаемое перед началом наблюдения;
Б) действия, показывающие отношения одной величины относительно другой;
В) исследование каких-либо явлений путем создания новых условий, соответствующих целям исследования;
Г) специально организованное исследователем наблюдение.
Правильный вариант ответа: в.
Интересные факты про научные эксперименты
Эксперимент является одним из наиболее информативных методов познания. Благодаря экспериментам нам удается исследовать мир за актуальное время во всем его многообразии реакций. Планирование экспериментов позволяет за минимальное число попыток достигать достоверных результатов. Но в истории развития науки проводились иногда поистине необычные опыты.
1. Исаак Ньютон
В детские годы Ньютон был слабым, болезненным мальчиком и обычно в детских играх частенько проигрывал сверстникам. Но в 1658 году 3 сентября над Англией поднялся сильный ветер, который совпал со смертью Оливера Кромвеля. Пока взрослое население обсуждало связь между этими событиями, дети в городке Грэнтеме прыгали в длину. Исаак заметил, что по ветру прыгать легче и победил в соревнованиях. Несколько позже Ньютон провел серию научных экспериментов по прыжкам по ветру, против ветра и в безветренную погоду, на основе чего сделал выводы о силе ветра и выразил ее в футах
2. Христиан Доплер (1803-1853) и Христофор Бейс-Баллот (1817-1890)
Посылкой для эксперимента> стала теория колебаний Доплера. Он обосновал, что частота колебаний света и звука зависит от взаимного расположения источника и наблюдателя, сближаются они или удаляются друг от друга.
Бейс-Баллот попытался проверить эту теорию на практике в 1854 году. Он разместил на нанятой грузовой платформе двух трубачей, которые по очереди должны были играть непрерывную ноту соль.
Платформу вдоль перрона должен был таскать паровоз, а на перроне полустанка стояли несколько музыкантов с абсолютным слухом. Их задачей было – фиксировать какую ноту они слышат. После окончания первой стадии музыканты и трубачи поменялись местами, теперь на поезде ездили слушатели, а трубачи стояли на перроне. Два дня экспериментов подтвердили закон Доплера.
3. Рональд Эймлер Фишер (1890-1962)
В 1910-1941 Фишер работал на агробиологической станции как ботаник. Все сотрудники были мужчинами, но вот в коллективе появилась единственная женщина. Для нее было решено устраивать традиционные файф-о-клоки. В первый же день в лаборатории близ Лондона завязался спор о правилах приготовления чая. Главным вопросом стали правила добавления молока – доливать ли его в чай или чай в молоко.
Мюриэль Бристоль заявила, что сможет легко отличить правильный чай (когда молоко доливают в чай). Эта традиция укоренилась среди знати из-за фарфоровой посуды, которая бы просто лопалась, если бы сначала в чашку налили холодное молоко, а потом горячий чай. Ученые решили тут же провести эксперимент, в соседней комнате приготовили чай и подали даме. Она, что интересно, правильно угадала все чашки.
А Фишер задумался о достоверности результатов экспериментов, о том, сколько должно быть проведено опытов… Итогом в 1925 году стала фундаментальная работа «Статистические методы для научных сотрудников», которая положило начало математической статистике.
4. Люэлла и Уинтроп Келлог
В 10-х годах прошлого века Надежда Ладыгина пыталась воспитать из шимпанзе человека. У нее был годовалый детеныш и за 3 года эксперимент не дал положительных результатов. Под влиянием историй о детях-маугли в 1931 году американские биологи Люэлла и Уинтроп Келлог попытались повторить эксперимент Ладыгиной. Существенным отличием стал возраст шимпанзе (7 месяцев) и наличие в семье десятимесячного ребенка.
Идея была в том, что при совместном воспитании, постоянном взаимодействии малышей. Шимпанзе Гуа очень быстро адаптировалась и подружилась с маленьким Дональдом. Все что касалось «детей» фиксировалось супругами: отношение к запахам, реакция на незнакомые предметы, звуки. Как оказалось, именно шимпанзе быстрее соображал, как достать печенье или определял источник звука. Но зато мальчик сразу нашел применение карандашу, а обезьяну пришлось учить рисовать.
Но эксперимент закончился полным провалом. Обезьяна признаков очеловечивания не проявляла – она не научилась говорить, ее смущала необычная одежда на знакомых людях, не справилась даже с простейшими «ладушками». Зато научилась есть ложкой, иногда ходить на двух ногах, понимать некоторые слова человеческой речи. А вот Дональд за 9 месяцев выучил всего 3 слова, зато выражал свои желания обезьяньими звуками. В результате Гуа вернули в питомник, а эксперимент прервали.
5. Джон Дальтон (1766–1844)
Дальтон совершил немало интересных открытий в химии и физике, но больше запомнился первым описанным случаем врожденного нарушения распознавания цветов.
Он не замечал отличий в своем зрении, пока в 1790 году не занялся изучением ботаники, чтением монографий и справочников. Тогда для него огромную проблему представляли описания цветов в пурпурными, розовыми или красными лепестками. Все они для него не отличались от синих. Ему приходилось часто спрашивать какого цвета растение, что вызывало недоумение у окружающих. Кстати, при помощи цветных рисунков в финской армии определяют, здоровы ли их новобранцы — мы описали это в своем посте под названием Тест на проблемы с головой
Только брат понимал Дальтона, так как сам страдал таким же расстройством. Дальтон подробно описал различие между своим цветовосприятием и других людей. У него возникла гипотеза, что в его глазах есть некий синий светофильтр. В результате Дальтон оговорил в завещании, чтобы его лаборант извлек глаз и провел исследование. Синего фильтра в глазах обнаружено не было, выдвинуто предположение, что в заболевании виноват глазной нерв. А сам глаз до сих пор хранится в Манчестерском литературно-философском обществе в банке со спиртом.
6. Альфред Рассел Уоллес (1823-1913)
Научные эксперименты в географии очень редки, а потому на этот Блог Рыбалыч хочет обратить особое внимание. Альфред Рассел Уоллес был соратником Дарвина, натуралистом, путешественником, географом, биологом и антропологом.
В начале 1870 году Уоллесу попалась заметка в журнале с предложением пари на 500 фунтов. Джон Хэмден доказывал, что Земля – плоский диск и обещал выплатить премию каждому, кто докажет что это не так.
Уоллес выбрал для демонстрации прямой участок канала длинно 6 миль с мостами на концах. На одном конце он установил подзорную трубу, по центру канала – вешку с черным кружком на самом верху, и на дальнем мосту – доску-мишень. Все приборы располагались на одинаковой высоте. Если бы Земля была плоска, то черная полоса на мишени и кружок на вешке совпали. Но как и предсказывалось – они не совпали. Люди Хэмдена заявили, что несовпадения вызвано особенностями телескопа. На основании чего Хэмден отказался платить, но через несколько лет Уоллес все же выиграл суд и пари.
7. У. Дж. Бил
Американский ботаник в 1879 году начал самый длинный биологический эксперимент. Он закопал 20 бутылок с семенами сорных трав в землю. После этого регулярно (каждые 5, 10, а позже 20 лет) происходит изъятие одной из бутылок и проверка всхожести семян. И в последний раз некоторые сорняки сумели прорасти. Следующий раз бутылку выкопают в 2020 году. Блогу Рыбалыч невероятно Интересно – взойдут ли семена?
8. Томас Парнелл
Профессор Парнелл из Квинслендского университета начал эксперимент по проверке свойств битума. Это вещество является аморфным, то есть в своей твердой форме обладает текучестью как жидкости. Для опыта Парнеллом был помещен кусок битума в воронку, которую закрепили на штативе под колпаком. Дальше оставалось только ждать, пока битум перетечет в подставленный стакан. Первая капля вещества упала через 8 лет.
До смерти в 1948 году Парнелл зафиксировал только еще одно падение кали в 1947 году. За свой научный эксперимент он был удостоен премии, о которой мы писали в статье Шнобелевская премия.
А битум продолжал капать под бдительным наблюдением его учеников – в 1954, 1962, 1970, 1979, 1988 и 2000 годах. В лаборатории был смонтирован кондиционер и температура несколько понизилась, битум застыл и капли стали падать реже. Но при этом ни разу не удалось пронаблюдать сам процесс падения капли. Даже установленная на месте эксперимента веб-камера не помогла. В момент падения капли 2000 года камера неожиданно сломалась…
9. Биосфера-2
В 1985 году было решено создать модель земной биосферы. Это должна была быть замкнутая система, единственное, что поступало бы извне, был солнечный свет. Целью эксперимента было проверить возможность функционирования подобных систем длительное время, выживаемость в них людей. В то время активно обсуждались перспективы полетов космических экипажей на планеты Солнечной системы, в частности на Марс.
Для проведения опыта была выбрана безлюдная местность в пустыне Сонора (США). Там построили стеклянное здание площадью 1,3 га и населили его представителями земной флоры и фауны. В одной части павильона воссоздали 5 экосистем – тропический лес, океан (бассейн с морской водой), пустыню, саванну (по которой пустили «реку»), болото. Во второй части расположили системы жизнеобеспечения, в том числе 0,25 га для сельхоз работ (в биосфере-2 было 139 съедобных растений), в бассейн выпустили неприхотливую тиляпию, а также соорудили отсек биологической очистки для сточных вод. И в третьей части были расположены жилые помещения. Каждому из 8 добровольцев отводилось по 33 кв.м., была общая гостиная и столовая. Электропитание освещения и компьютеров осуществлялось за счет солнечных батарей.
Эксперимент начался в 1991 году в сентябре. Но почти сразу в оранжерее начались проблемы. Первой подвела погода – из-за необычно сильной облачности фотосинтез был слабее ожидаемого, кроме того в почве бурно размножились бактерии, которые потребляют кислород. Результатом стало падения уровня кислорода в воздухе с 21% до ненормально низких 14% за 16 месяцев. Из-за этого нужный кислород пришлось добавлять из баллонов, то есть использовать внешние ресурсы. Так же низкими оказались и урожаи съедобных растений и «бионавты» постоянно глодали, им удалось с трудом продержаться 2 года на продуктовом НЗ, потеряв за все время до 13% веса.
Вымерло 15-30% видов заселенных в Биосферу-2, зато прекрасно размножились тараканы, которых не было в списке переселенных видов. И хотя эксперимент удалось завершить, все же считается что он был неудачным, показав хрупкость равновесия в нашей биосфере.
10. Антуан Лоран Лавуазье (1743-1794)
Основатель известной нам химии Антуан Лоран Лавуазье проводил свои научные эксперименты в саду Лувра, посмотреть на них сходились толпы зрителей. Одним из направлений опытов было изучение поведения веществ под действием высоких температур.
Для него создали специальную установку с линзами для концентрации солнечных лучей. Создать цельностеклянную линзу диаметром 130см очень трудно, поэтому ее сделали «композитной» — между двумя вогнутыми стеклами залили 130 л спирта и запаяли. Толщина этого чуда инженерно мысли составляла 16 см в центре, вторая линза была в 2 раза меньше и полностью из шлифованного стекла. Всю эту систему смонтировали на платформе с рычагами, позволявшими ловить лучи Солнца.
Жертвами экспериментов стали различные минералы и металлы: кварц, песчаник, цинк, каменный уголь, олово, алмаз, золото, платина. Одним из интересных результатов стало то, что при нагревании на открытом воздухе алмаз полностью сгорает, а в запаянном сосуде – обугливается. Потрачены на эти эксперименты были тысячи золотых ливров.
Читайте еще и об одном ужасном и жестоком эксперименте: Имплантанты, создающие обезьян-киборгов
При копировании материала активная ссылка обязательна!
Самые необычные испытания и эксперименты / Mail.ru Group corporate blog / Habr
На Хабре мы публикуем серию дайджестов «Стартап дня», в которую попадают самые интересные молодые IT-компании со всего мира. В процессе отбора материала приходится сталкиваться с разными удивительными идеями, некоторые из которых действительно потрясают.
Во все времена существовали эксцентричные ученые. Изобретатели, химики, физики, физиологи, разномастные естествоиспытатели использовали различные ухищрения, стремясь обосновать правильность своих гипотез. Ученые в поисках истины шли на отчаянные эксперименты. Сегодня кажется странным, как подобные опыты могли прийти в голову людям, но прогресс, достигнутый в медицине, психологии или физике стал возможен во многом благодаря смелым и даже безумным людям. Дальше вы узнаете больше о некоторых эксцентричных научных поисках.
Самая старая еда в мире
Британский геолог и палеонтолог Уильям Баклэнд вошел в историю науки тем, что описал и наименовал первый открытый вид динозавров — мегалозавра. Но запомнился он не только этим, а еще и своими необычными вкусовыми пристрастиями. Баклэнд не только перепробовал огромное количество всевозможной живности, но даже съел мумифицированное сердце короля Франции Людовика XIV. Возможно, это была самая старая человеческая еда в мире, а возможно — научный миф. В любом случае существуют свидетельства, что участники нескольких геологических экспедиций пробовали мясо мамонта…
Насколько старую пищу способен употреблять человек, не рискуя получить смертельное отравление? Науку давно интересовал ответ на этот вопрос.
В 1900 году на российском полуострове Таймыр начался один из самых длительных научных экспериментов в истории. Вот уже 117 лет под слоем вечной мерзлоты на глубине 1,3 метра лежат консервы, хлеб, колбаса, гречка и другие продукты, закопанные руководителем Русской полярной экспедиции Эдуардом Толлем.
Склад Эдуарда Толля. Слева видна крышка ящика с борщом 110-летней давности
Источник
В 1973 году продуктовый склад был обнаружен и первые образцы доставили на «большую землю» для исследований. В 1974, 1980, 2004, 2010 и 2016-м экспедиции повторяли с тем расчетом, чтобы закончить эксперимент в 2050-м.
Источник
Сегодня исследованием еды вековой давности занимается НИИ проблем хранения Росрезерва. Они проводят микробиологические и физико-химические анализы для определения состава, энергетической ценности, наличия примесей, токсичности, кислотности. Оценивают состояние упаковки, измеряют уровень олова в консервных банках, а после даже едят эти продукты и считают их вполне съедобными.
Ученые не только исследуют старые запасы, но и делают новые, закапывая в мерзлоту муку, крупы, бакалею, алкоголь — всего более 80 наименований продуктов.
Всемирное семенохранилище на Шпицбергене
Проект рассчитан на подготовку к более активному развитию Арктического региона, а также проверяет возможность хранения продуктов в условиях глобальных бедствий и конфликтов. Схожее направление сейчас осваивают в Норвегии, где расположено «хранилище Судного дня». На острове Шпицберген, на глубине 120 метров, в холод помещаются образцы семян основных сельскохозяйственных культур мира.
И завершая подтему еды, вспомним о Фредерике Хельцеле, который исследовал воздействие голодания, а также работу пищеварительной системы жутковатым способом — через поедание различных несъедобных предметов. Он ел опилки, пробки, перья, асбест, шелк, хирургический хлопок, гравий — все для того, чтобы замерить, насколько быстро они прошли через его кишечник.
Такая «диета» привела к тому, что Хельцель выглядел истощенным, но он прожил удивительно долгую жизнь. Однако официальная наука до самой смерти игнорировала его — Хельцель так и не стал профессором, а получил звание «ассистент кафедры физиологии» в Чикагском университете.
Органическая энергия
Вы думаете, что это шкаф, а это аккумулятор
Вильгельм Райх, один из самых успешных учеников Зигмунда Фрейда, разработал биоэнергетическую теорию оргона в 1930-х годах. Согласно теории Райха, «оргонная энергия» проникает повсюду и заполняет все вокруг, не относится к энергии статического электричества, создает электромагнитное излучение в синем спектре цвета. Он считал, что определенные формы болезни являются следствием блокирования в теле этой энергии.
Для доказательства своей теории Райх построил «оргонный аккумулятор»: ящик, стенки которого выполнены из чередующихся слоев металла и диэлектрика. В «оргонный аккумулятор» помещался пациент, в результате чего «оргонная энергия» должна была оказывать влияние на его здоровье.
В 1954 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США отказало ему в лицензии на производство «оргонных аккумуляторов» и предписало прекратить все эксперименты. После многочисленных нарушений и стычек с властями психолога приговорили к тюремному заключению.
До самой смерти целеустремленному Райху так и не удалось доказать эффективность созданного им прибора, однако его изобретения не канули в Лету. Райховские методы использует существующий по сей день «American College of Orgonomy». Они даже проводят работы с «более совершенным» типом «оргонного аккумулятора», созданного в виде пирамиды.
Во всем, что не касалось биоэнергии, Райх был рациональным и прогрессивным, выступая за отмену репрессивной морали и требование полового просвещения.
Человек-киборг
Кевин Уорвик — профессор в области технической кибернетики. Он один из самых известных в мире киборгов, на собственном теле занимающийся исследованиями в области робототехники и биомедицинской инженерии. В 1998 году Уорвик вживил себе в руку RFID-метку для управления освещением, обогревательными приборами и компьютерами.
Затем профессор вживил себе еще несколько электродов и чипов для дистанционного управления роботизированной рукой. Имплант с помощью сотни электродов соединили с тканью срединного нерва руки. Профессор посылал к пальцам нейронные импульсы, имплантат преобразовывал их в электрические сигналы и передавал на компьютер, а механическая рука в зависимости от типа сигналов двигалась, точь-в-точь повторяя движения Уорвика.
Его жена, Ирена, поддавшись на уговоры мужа, также вживила в свое тело имплантат. В будущем пара планирует настроить более глубокое взаимодействие между имплантами друг в друге, вплоть до «экспериментов в области электронной коммуникации между нервными системами двух людей».
Сам профессор по поводу своих опытов выражается лаконично: «Я не хочу оставаться простым человеком». И добавляет, что в конкуренции с ИИ выживут лишь те люди, которые смогут улучшить свои естественные способности.
Исследования через собственное тело
Немецкий врач Вернер Теодор Отто Форсман в 1929 году провел медицинский эксперимент на самом себе. С целью демонстрации безопасности разработанного им метода катетеризации, он демонстрировал анатомические и функциональные особенности человеческого сердца, вводя в него катетер через вену.
Пользуясь лишь помощью медсестры, Форсман ввел на 60 см по вене левой руки трубку диаметром в 1 мм и попал в правое предсердие — это был первый подобный опыт, поставленный на живом человеке. Он несколько раз проводил это исследование, добавлял в кровь контрастное вещество, создавая детальные рентгеновские снимки сердца.
В 1952 году Форсман был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине «за открытия, связанные с катетеризацией сердца и изучением патологических изменений в системе кровообращения».
Форсман стал далеко не единственным ученым, отважившимся на опасный для собственной жизни эксперимент. На протяжении всей своей карьеры физиолог Джозеф Баркрофт проводил опыты, в которых подводил себя к краю безумия и смерти. Он называл их «пограничными экскурсиями».
На фото не Баркрофт, а его помощник, но снимок интересен другим. Мы видим стеклянную камеру, в которой Баркрофт почти неделю подвергался воздействию низких концентраций кислорода. Можно увидеть кровать, велоэргометр и другое оборудование
Источник
Во время Первой мировой войны он проводил эксперименты с удушающими газами, подвергая себя воздействию цианида водорода. Десять лет спустя он в течение семи дней просидел в небольшой стеклянной камере, чтобы рассчитать минимально необходимое для выживания человека количество кислорода. За это время все его тело посинело. В другой раз он исследовал воздействие холода — закрылся в камере с настолько низкой температурой, что упал в обморок.
Исследуя дыхательные функции крови, и изучая свойства кислорода на большой высоте, покорил несколько высокогорных пиков.
Баркрофт прожил 74 года, стал лауреатом множества наград, а в 1936 году номинировался на Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Быстрее пули
В 1947 году человек впервые преодолел звуковой барьер, но никто не знал, что произойдет, если пилот должен будет выбраться из самолета на таких скоростях. Предполагалось, что от перегрузок пилот умрет мгновенно.
Джон Пол Стэпп добровольно стал «манекеном» для исследований экстремальных перегрузок. Стэпп был опытным офицером ВВС и военным врачом, который изучал воздействие быстрого ускорения и торможения на тело человека с целью найти способы улучшить безопасность авиатехники.
Вместо умных датчиков и лабораторных мышей Стэпп использовал свое тело для расчета предельных нагрузок. В многочисленных экспериментах летчик выяснил, что опасна не только степень перегрузки, но и ее направление относительно тела человека. При ускорениях, направленных к голове, достаточно величины всего лишь в 6g, чтобы вызвать кратковременную потерю сознания.
Источник
В 1954 году Стэпп разогнался на платформе по рельсам и резко затормозил, испытав перегрузку в 48g. Платформа достигла скорости выше 1000 км/час, а полностью остановилась всего за 1,4 секунды. Стэпп испытал то же, что испытывает на себе водитель автомобиля, въехавший в бетонную стену на скорости 100 км/час.
Он выжил, но с большим трудом: потерял зрение на несколько дней, получил переломы конечностей и ребер, отслоение сетчатки и другие травмы. Однако тяжелый опыт не поставил крест на его карьере. Он продолжал исследовательскую работу. Однажды Стэпп на высоте 13 700 метров решил открыть кабину реактивного самолета. Испытатель выяснил, что если вдыхать чистый кислород за 30 минут до взлета, то можно непродолжительное время выдержать пребывание на большой высоте.
Благодаря его самоотверженным действиям в 1966 году в США приняли закон об обязательном оснащении автомобилей ремнями безопасности.
Кстати, в итоге он прожил до 89 лет.
К магии через нейроинтерфейс
Кот не пострадал! С котом все хорошо! Источник
В 1999 году исследователи во главе с доктором Яном Даном, доцентом нейробиологии в Калифорнийском университете в Беркли, ввели коту обезболивающее и парализатор, а затем надежно зафиксировал его. Они не собирались мучить несчастное животное. Это была одна из первых попыток проникнуть в мозг другого существа и увидеть мир его глазами.
Исследователи вставили электроды в центр обработки зрения коры головного мозга кошки. Электроды измеряли электрическую активность клеток мозга и передавали информацию на компьютер, который расшифровывал ее и преобразовывал в визуальные образы. Кошке показывали карточки с изображением деревьев и те же самые изображения (слегка размытые) появлялись на экране компьютера.
Ученые предположили, что качество изображения может быть улучшено в будущих экспериментах, если измерять активность большего числа клеток мозга. Эти эксперименты стали основой развития отрасли нейроинтерфейсов, в которой объектами можно управлять «силой мысли».
Источник фото
Майкл Персингер, психолог Лаврентьевского Университета в Канаде, в своих экспериментах на мозге пошел гораздо дальше распознавания зрительных сигналов. Исследователь выдвинул гипотезу, согласно которой активность в височной доле мозга вызывает возбуждение в лимбической системе, провоцирующее состояние, лежащее в основе переживаний религиозного характера.
Персингер сконструировал шлем, воздействующий на височные доли электромагнитным полем. В ходе нескольких экспериментов удалось выяснить, что воздействие на височные доли мозга может вызвать у испытуемых ощущение присутствия потустороннего, религиозного озарения и даже переживание выхода из тела. Более 80% испытуемых сообщали о том, что в комнате рядом с ними появилась некая магическая сила.
Персингер утверждает, что почти все необъяснимые явления в нашей жизни происходят из-за воздействия электромагнетизма. Он пришел к выводу, что даже случаи появления НЛО вызваны колебаниями электромагнитного поля планеты.
Однако эксперимент, проведенный шведскими учеными по методу двойного слепого тестирования на 46 студентах-теологах и 43 студентах-психологах, опроверг выводы Персингера. Оказалось, что дело просто во внушаемости, религиозности и других личностных качествах испытуемых. Персингер с этими выводами не согласился и обвинил шведов в технических ошибках при создании копий его шлема. В общем, точку в этом споре пока ставить рано.
Томас Миджли уничтожает мир
Возможно ли, чтобы один человек мог нанести непоправимый вред планете? Да, если этот человек Томас Миджли — американский химик и инженер-механик, автор более 100 патентов, изобретения которого оказали разрушительное воздействие на экологию Земли.
В период работы в компании General Motors, Томас Миджли установил, что бензин со специальной добавкой на основе свинца снижает стук в двигателях внутреннего сгорания. При этом выброс свинца в атмосферу был опасен из-за его токсичности. Работники, задействованные на производстве добавки, страдали от проблем со здоровьем, вплоть до смертельных случаев из-за отравления.
После гибели более 10 человек пресса подняла шум. Компания собрала пресс-конференцию, на которой Миджли вымыл руки в свинцовой смеси и минуту дышал дымом испарений, чтобы показать, что его изобретение безопасно. Ему удалось произвести впечатление на журналистов, и в течение десятилетий, до полного запрета в 1973 году, машины продолжали отравлять атмосферу свинцовыми примесями.
Сам Миджли был вынужден уйти в продолжительный отпуск, чтобы вылечиться от отравления свинцом, при этом он скрыл этот факт от прессы и утверждал, что изобретенное им вещество полностью безопасно.
Другое интересное открытие Миджли — хлорфторуглероды (фреоны). Он создал их, чтобы сделать холодильники безопасными, поскольку до изобретения Миджли в приборах использовались ядовитые и взрывоопасные вещества. Для демонстрации того, что фреон не горит и не вредит здоровью, Миджли вдохнул дихлорфторметан на презентации. Только через 30 лет после смерти изобретателя было установлено, что фреоны разрушают озоновый слой.
В возрасте 51 года Томас заболел полиомиелитом, что привело к инвалидности. Его пытливый ум не желал мириться с ограничениями, наложенными слабым телом: чтобы иметь возможность легко подниматься с постели, он изобрел сложную систему веревок и блоков. Горькая ирония, но через четыре года он погиб, запутавшись в веревках этого механизма до полного удушения.
Мозг для обучения ИИ
Ученые очень любят мышей и крыс. На мышах проводят опыты – такое число опытов, что вы даже представить не можете. Ученые уже выяснили, что мыши сочувствуют своим собратьям-алкоголикам и наркоманам, влюбляются друг в друга, могут жить с прозрачной кожей и… в общем, история отношений с мышами может стать темой для отдельного исследования. А еще на мышах очень интересно изучать возможности мозга.
Есть такой проект EyeWire, в котором ученые из MIT умертвили, к сожалению, лабораторного мышонка по имени Гарольд. Его мозг нарезали микронными слоями, запихнули срезы в сканирующий электронный микроскоп и получили большой набор отсканированных изображений. Ученые сделали онлайн-игру, в которой раздавали пользователям срезы, и давали задание раскрашивать срезы по определенным правилам. Далее раскрашенные срезы передавали в нейронную сеть, там делалась свертка, нейронная сеть обучалась. В результате получилась сетка, которая сама, используя срезы, восстанавливает трехмерную структуру синоптических связей.
Но прежде чем мозг мыши стали использовать для обучений нейронной сети случился один необычный эксперимент. Его провел Фрэнк Розенблатт — известный американский учёный в области психологии, нейрофизиологии и искусственного интеллекта. Перцептрон — первая искусственная нейронная сеть, воплощенная на практике Фрэнком Розенблаттом. Ученый решил, что нет времени ждать, пока электронные машины станут достаточно быстрыми, чтобы на фоннеймановской архитектуре смоделировать работу нейронной сети. Он начал делать нейронные сети из «палок и скотча» — этакий массив электронных нейронов и кучи проводов. Это были небольшие нейронные сети (до нескольких десятков нейронов), но они уже применялись в решении некоторых практичных задач. Розенблат смог даже продать нескольким банкам устройства, применявшиеся при анализе некоторых массивов.
Но с 1966 года область деятельности ученого сильно изменилась. Розенблатт стал учить крыс проходить лабиринт, тренировал их, потом умерщвлял. Затем извлекал мозг крыс, размалывал в кашицу и этой кашицей кормил следующее поколение крыс… Таким образом, он проверял, улучшит ли это показатели следующего поколения мышей при прохождении лабиринтов.
Выяснилось, что съеденный мозг крысам никак не помогает, хотя такую пищу они любят. Это было одним из сильных аргументов в пользу того, что информация хранится именно в коннектоме мозга, а не в отдельных его клетках и компонентах. Как ни странно, в те годы были специалисты, считавшие, что знание может существовать внутри клеток.
«Хаббакук»: лед, опилки и корабль
В 1942 году германский флот доминировал в Атлантике. Англия отчаянно нуждалась в ультимативном оружии, способном переломить ход войны. Дефицит стали в стране не позволял строить новые авианосцы, но изобретатель Джеффри Пайк нашел выход, предложив построить гигантский боевой корабль Хаббакук изо льда.
Имя «Habbakuk» соответствует библейскому «Аввакум» и отсылает к цитате из Библии: «… будете совершенно изумлены, ибо в ваши дни собираюсь сделать нечто, во что вы не поверите, даже если бы вам рассказали».
Пайк рассказал о своем фантастическом проекте Луису Маунтбеттену, командиру 5-й флотилии эсминцев. Адмирал флота быстро оценил идею создать непотопляемый корабль и решил, что проекту нужно дать ход. Луис передал предложение Черчиллю и получил от премьер-министра полное одобрение.
Пайкерит. Просто охладите
Гениальность Пайка проявилась в создании (вместе с группой ученых) материала, которому он дал свое имя — пайкерит, состоящего, примерно, из 18–45% древесных опилок и до 82% водяного льда. Пайкерит в 4 раза прочнее льда, обладает ковкостью и оказывает примерно такое же сопротивление взрыву, как бетон. Благодаря низкой теплопроводности тает медленнее чистого льда.
Источник
Пайк представлял, что на основе застывшей воды и опилок построят корабль длиной 610 м, шириной 90 м и высотой 200 м. Водоизмещение — 2 000 000 тонн (у крупнейшего по водоизмещению современного корабля Knock Nevis — 657 018 тонн). При этом стоимость корабля не казалась заоблачной — пайкерит мог быть изготовлен на 1% энергии, необходимой для производства эквивалентной массы стали.
Иногда из пайкерита строят и наземные сооружения. Источник
На этом гигантском пространстве базировались бы не менее 500 самолетов. Корпус толщиной более 12 метров оставался бы неуязвимым для оружия немцев. Внутри авианосца разместились бы почти 4000 моряков и летчиков. Для движения Хаббакука предполагалось использовать 26 электродвигателей, установленных в отдельных внешних гондолах, вмороженных в лед.
Небольшой прототип, размером всего 18 х 9 метров и весом 1000 тонн, построили на озере Патриция (Канада) в феврале 1943 года. Управлялась модель вмороженным в лед двигателем с одной лошадиной силой. Источник.
На постройку полномасштабной модели корабля нужно было 300 000 тонн древесных стружек, 25 000 тонн огнеупорных веществ, 35 000 тонн древесины и 10 000 тонн стали, не считая количества воды для льда. 8000 человек могли построить корабль к 1944 году, однако проект был закрыт после изменения баланса сил в Северной Атлантике — союзникам для победы больше не требовалось оружие Судного дня.
18-метровый прототип корабля простоял еще три года, прежде чем окончательно разрушился. Его останки до сих пор покоятся на дне озера Патриция. Источник.
Конец странных экспериментов?
Кажется, что по сравнению с учеными прошлого, нынешние исследователи потеряли запал. Возможно, что современные безумные эксперименты, как писали на Hi-Tech.Mail.Ru, не серьезнее разбивания 14 iPhone 6s или создания арт-объекта из смартфона и куска мяса.
А может быть, все складывается совершенно иначе и сам факт существования Игнобелевской премии ясно говорит: мы привыкли, что в науке есть доля безумства, но не перестали этому изумляться.
