Да будет свет: хроника научных открытий, которые перевернули мир
2 июля 1698 года — английский механик Томас Севери патентует первый паровой двигатель. Сама по себе «машина Севери» представляла собой обычный паровой насос без деталей, приводимых в движение. Однако эта разработка позволила последователям Севери внедрить в механические устройства реальные паровые двигатели.
Первый прототип паровоза был сконструирован во Франции военным инженером Николя-Жозе Кюньо уже в 1769 году. Железнодорожные составы, первые автомобили, корабли, станки на заводах и фабриках, моторизированная сельхозтехника — все это работало на пару. Именно разработка парового двигателя дала старт промышленной революции XVIII—XIX веков.
7 января 1839 года — физик Франсуа Араго представляет доклад о дагеротипии на заседании Французской академии наук. Эту дату принято считать днем рождения фотографии. А изобретателем метода был коллега Араго, химик Луи Жак Манде Дагер, который назвал его в свою честь. Он продемонстрировал членам академии снимок «Вид на бульвар дю Тампль» на йодисто-серебряной пластине. Метод дагеротипии заключался в проецировании камерой-обскура изображения на посеребренную медную пластину, которую предварительно обработали йодом. Серебро под действием паров йода стало светочувствительным за счет галогенидов — соединений, реагирующих на свет. В итоге получилось изображение, напоминающее гравюру.
Фотография в наше время стала цифровой, мгновенной и тиражируемой. Она позволяет не только фиксировать события из жизни, но и широко применяется в науке. Алгоритмы искусственного интеллекта обучают на массивах снимков, их же мы получаем из космоса при отправке очередного исследовательского аппарата. Фотография стала одним из способов обмена информацией наряду с текстом.
7 марта 1876 года — изобретатель шотландского происхождения Александр Белл получает патент на изобретение телефона. К тому моменту разработка устройства велась не один год, а занимались ею одновременно несколько исследователей в разных странах.
Свою лепту в разработку телефона вложил и Томас Эдисон. Вместо стержня он предложил использовать в микрофонах угольный порошок.
Первые телефоны были напрямую связаны друг с другом, но в систему быстро внедрили ручные распределительные щиты. На устройствах не было набора номера, а присутствовал рычаг, который нужно было потянуть, чтобы вызвать оператора.
Российский военный связист Григорий Игнатьев 29 марта 1880 года первым разработал систему одновременного телеграфирования и телефонирования с разделением частот. Это позволило создавать протяженные телефонные сети.
Сегодня телефония эволюционировала и включает не только проводной способ связи, но и сотовый, спутниковый, а также связь по IP.
21 октября 1879 года — американский изобретатель-самоучка Томас Эдисон испытал электрическую лампу накаливания. Над ней годами работали ученые из разных стран. К примеру, в 1874 году российский инженер Александр Лодыгин запатентовал самую на тот момент жизнеспособную версию с угольным стержнем, который не плавился. Чуть позже он предложил заменить угольный стержень вольфрамовым, который используется по сей день. Однако именно Эдисон ввел лампочки в массовое использование.
Устройства заменили тусклые керосиновые лампы и газовые горелки в домах и на производствах. Это позволило коренным образом изменить процесс работы на предприятиях и даже режим дня. Кроме того, на улицах стало светлее — а, значит, безопаснее.
Лампочки Эдисона не имели конкурентов почти столетие, вплоть до 1976 года, когда изобретатель Эд Хаммер представил компании General Electric новый тип энергосберегающей лампы.
29 января 1886 года — немецкий инженер Карл Бенц получает патент на первый в мире автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Он представлял собой трехколесный двухместный экипаж на высоких колесах со спицами. Автомобиль был оснащен бензиновым мотором с водяным охлаждением мощностью всего 0,9 л. с.
Первый самостоятельный автопробег совершила жена Бенца Берта, которая с детьми проехала более 100 км, чтобы навестить мать. При этом машину приходилось толкать в гору, после чего Бенц задумался, чтобы спроектировать коробку передач.
Популяризатором автомобилей по праву называют Генри Форда. Именно он поставил производство на поток и снизил себестоимость машин.
Автомобили сделали людей мобильными. Мы начали строить трассы, развивать транспортные сети, заселять новые территории. В наше время человечество стремится к тому, чтобы освободить себя от управления автомобилем и передать его ИИ. Это небыстрый процесс, но вероятность появления на дорогах беспилотников в ближайшие годы велика.
1 мая 1888 года — изобретатель сербского происхождения Никола Тесла получает патент на асинхронный электродвигатель и системы передачи электроэнергии посредством многофазного переменного тока. О переменном токе тогда уже знали многие, а первый прототип электродвигателя представил еще британский физик Майкл Фарадей в 1821 году.
Патент Теслы перекупил американский бизнесмен Георг Вестингауз и запустил массовое производство двигателей. Благодаря этому в США удалось запустить целый ряд промышленных электроустановок, в том числе Ниагарскую ГЭС в 1895 году.
Позднее разработку Теслы усовершенствовал российский инженер Михиал Доливо-Добровольский. Он сконструировал трехфазный асинхронный двигатель с ротором, который напоминает беличье колесо. Эта конструкция и лежит в основе современных двигателей.
Сегодня двигатели — это основные преобразователи электрической энергии в механическую. Они используются на производстве и в бытовой технике — от приводов задвижек до вращения барабана в стиральной машине. Именно эти двигатели устанавливают в электромобили, о чем намекает название компании Илона Маска Tesla.
7 мая 1895 года — российский физик Александр Попов проводит первый сеанс радиосвязи с помощью созданного им радиоприемника. Он обнаруживал излучение электромагнитных волн на расстоянии до 60 м от передатчика. В качестве антенны Попов использовал проволоку, поднятую воздушными шарами на высоту 2,5 метра. Исследователь смог передать набранные азбукой Морзе слова Heinrich Hertz (Генрих Герц) с передатчика на приемник собственной конструкции.
Насчет появления радио мнения расходятся. В США его изобретателем считают Дэвида Хьюза, Томаса Эдисона и Николу Теслу. В Германии — Генриха Герца, который первым открыл электромагнитные волны. Многие европейские страны признают изобретателем радио итальянца Гульельмо Маркони, который на месяц опередил Попова. Официально Маркони представил свой аппарат 2 сентября 1895 года и передал с помощью него целый текст на расстояние 3 км.
В 1940-х годах суд признал приоритет изобретения Теслы над аппаратами Маркони и Попова, так как оно могло преобразовывать радиосигнал в звук.
Несмотря на большое количество споров о первенстве, все эти попытки передачи физического сигнала подтолкнули развитие будущих технологий связи. В наше время радио существует не только в его традиционном представлении, но и в виде продолжений: телевидения, мобильной связи, Wi-Fi.
22 декабря 1895 года — немецкий физик Вильгельм Рёнтген делает первый в мире рентгеновский снимок человеческой руки. Незадолго до этого, 8 ноября, ученый открыл Х-лучи, которые способны проникать сквозь различные материалы. За свое открытие Рентген удостоился первой Нобелевской премии по физике в 1901 году.
В настоящее время рентген — это важный способ диагностики в медицине. Кроме того, рентгеновские лучи широко используются в производстве: для обнаружения внутренних дефектов деталей и определения атомной структуры веществ, а также их химического состава. Они нашли применение и в системах безопасности, чтобы, к примеру, просвечивать багаж.
17 декабря 1903 года — братья Уилбер и Орвилл Райт из США проводят первый испытательный полет своего самолета «Флайер-1». Летательный аппарат пробыл в воздухе 12 секунд, преодолев 36,5 м. «Флайер-1» представлял собой биплан с двумя рулями, в котором пилот размещался на нижнем крыле. Его винты были деревянными, а роль шасси выполняла катапульта. Двигатель имел мощность всего 16 л.с.
Кстати, тогда этот полет прошел практически незаметно для общественности. Люди просто не верили, что будут способны покорить небо.
В наши дни самолеты стали обычным видом транспорта. Благодаря развитию авиации теперь можно добраться практически в любую точку Земли. Кроме того, это важный элемент системы доставки грузов. Именно покорение неба зародило еще более амбициозную мечту — полететь в космос.
28 сентября 1928 года — британский микробиолог Александр Флеминг изобретает пенициллин, который произвел революцию в медицине и по сей день считается главным антибиотиком. Все началось с того, что Флеминг заметил на пластине с изучаемыми им стафилококками плесневые грибы, которые взялись неизвестно откуда и уничтожили часть бактерий. Он отнес эти грибы к роду пеницилловых.
В 1941 году удалось произвести эффективную дозу пенициллина, которая спасла жизнь 15-летнему подростку с заражением крови. Антибиотик позволил лечить остеомиелит и пневмонию, сифилис и родильную горячку, предотвратить развитие инфекций, а также бороться с туберкулезом. Ранее смертельные болезни перестали считаться таковыми, что повлияло и на глобальную продолжительность жизни.
15 февраля 1946 года — широкой публике представили ENIAC, первый известный компьютер. Его сконструировали ученые Джон Преспер Эккерт и Джон Уильям Мокли в университете Пенсильвании для вычисления баллистики снарядов для американских военных во время Второй мировой войны. Первый компьютер весил 30 тонн и занимал площадь в 200 кв. м, зато мог рассчитать траекторию ракеты за 30 секунд.
Уже в 1975 году на рынок выходит первый пользовательский ПК «Альтаир 8800» компании MITS, а в 1983 году эстафету перехватывает компактный Apple Macintosh. В 1990-е годы ПК становятся доступными практически всем.
Сейчас, в эпоху интернета, мы не представляем свою жизнь без компьютеров. Они делают жизнь удобнее, а еще играют центральную роль в автоматизации многих процессов и в развитии производств. Новый этап — это разработка квантовых компьютеров, которые обладают огромной вычислительной мощностью. Такие устройства гипотетически смогут решать кардинально новые задачи: к примеру, вычислить, есть ли во Вселенной разумные существа.
26 апреля 1951 года — американский физик Чарльз Таунс рисует набросок первого мазера — прибора, усиливающего микроволновые колебания с помощью вынужденного излучения. Так идея лазера, которую описывал еще Эйнштейн, начинает воплощаться в реальность.
Первый мазер излучал с длиной волны около 1 см и генерировал мощность около 10 нВт. Большой вклад в развитие технологии внесли российские ученые Николай Басов и Александр Прохоров, которые предложили трехуровневый метод накачки мазера. Эта работа легла в основу квантовой электроники, которая стала новым направлением в физике. В 1964 году Басов, Прохоров и Таунс получили Нобелевскую премию по физике.
В 1960 году создается первый твердотельный лазер на кристалле рубина. Устройства такого типа применялись в CD-проигрывателях и DVD-плеерах.
Сегодня выпускаются лазеры различных типов, которые широко применяются в науке, технике, на производстве и даже в медицине. Их используют при сварке, пайке и даже в микроэлектронике. Мазеры же считаются «атомными стандартами частоты» и являются одной из форм атомных часов, применяемых в космонавтике. Они используются как микроволновые усилители с низким уровнем шума в радиотелескопах.
15 июня 1956 года — на семинаре Дартмутского колледжа в США впервые предложили термин «искусственный интеллект». До этого, в 1951 году, уже был продемонстрирован нейрокомпьютер, который содержал 40 нейронов. Это был важный переход от идеи Тьюринга о машине, которая может реагировать на сигналы человека, к идее системы, которая самостоятельно принимает решения.
Сегодня область исследований и применения ИИ чрезвычайно широка: это и генетические алгоритмы, и когнитивное моделирование, и интеллектуальные интерфейсы, а также наиболее широко используемые распознавание и синтез речи.
13 июня 1961 года — американскому изобретателю Джорджу Деволу выдали патент на первого в истории промышленного робота. Механизированный манипулятор Unimate занял свое место на предприятии General Motors. Он забирал детали с линии непрерывного литья и устанавливал их внутрь автомобильных кузовов методом сварки. Внешне Unimate напоминал подвижную «руку» с захватом-клещами.
Появление промышленных роботов ознаменовало новый этап технической революции. В наши дни роботов широко используют не только для выполнения рутинных задач на предприятиях, но даже запускают в космос. «Персеверанс», который исследует Марс — это тоже робот, снабженный захватом и множеством датчиков и камер.
3 апреля 1973 года — глава подразделения мобильной связи Motorola Мартин Купер впервые дозвонился до абонента с сотового телефона. Протомобильник весил почти 1 кг и был 25 см в длину.
Однако первый коммерческий сотовый телефон появился на рынке только 6 марта 1983 года, когда Motorola представила DynaTAC 8000Х. «Мобильник» был немного компактнее, он весил 794 г, зато стоил $3,5 тыс. — намного дороже новенького iPhone. Несмотря на это, отбоя от желающих купить новинку не было — в очередь записывались тысячи жителей США.
Мобильная связь дала нам возможность моментально обмениваться информацией из любой точки мира. Данные стали распространяться быстрее, а прогресс в целом сильно ускорился. Устройства стали меньше, мощнее и функциональнее. Теперь у нас есть не только мобильные телефоны, но и их производные: планшеты, «читалки», «умные» браслеты. Благодаря развитию сетей связи получить огромный набор услуг теперь можно из любой точки мира.
9 марта 1983 года — устройство, над которым работал американский инженер Чарльз Хал, смогло произвести 3D-печать чаши. Первый 3D-принтер был довольно габаритной промышленной установкой. Он создавал трехмерный объект путем нанесения фотополимеризующегося материала на подвижную платформу по макету.
Первый серийный 3D-принтер SLA-1 был выпущен в 1987 году. Изначально его предполагалось использовать в автомобилестроении. Но в наши дни 3D-печать применяется буквально везде. В Европе в 2020 году 3D-принтер создал первый дом. А частная космическая компания Relatively Space поставила целью полностью напечатать на принтере ракету, и активно движется в этом направлении.
6 августа 1991 года — британский ученый Тим Бернерс-Ли размещает в интернете первый сайт с основной информацией о его технологии WWW и о том, как просматривать документы и скачивать браузер. Этот день дал старт развитию пользовательского интернета.
Разработка Всемирной паутины велась десятилетиями. Еще в 1973 году американский ученый в области теории вычислительных систем Винтон Серф при поддержке Агентства перспективных исследований Минобороны США представил компьютерную сеть, работающую на протоколе передачи информации TCP/IP. А проект ARPANET, который предшествовал появлению интернета, разрабатывали с 1964 года.
Роль, которую играет интернет в нашей жизни переоценить невозможно. Пожалуй, это величайшее открытие XX века. Кстати, Винт Серф продолжает работать, но уже над проектом космического интернета. Сейчас его команда ведет испытания нового протокола передачи данных, который потенциально мог бы обеспечить связь в космосе.