Экспериментами удачными и не: Правила позитивных изменений: как экспериментировать и не бояться ошибок

красота мира в каждом кадре

Регулярная потеха императора заключалась в следующем: человека замуровывали в бочку с крошечным отверстием, через которое, по убеждению Фридриха, должна была вылететь душа несчастного узника. Однажды он приказал хорошо накормить двух заключенных, после чего одного должны были отправить на охоту, а другого — спать. Все дело в том, что его крайне волновал вопрос: у кого из заключенных быстрее переварится обед. Способ ответить на него был достаточно прост: нужно было выпотрошить обоих.

В историю кошмарных опытов Фридрих окончательно вошел после того, как захотел узнать, каким был самый первый язык на Земле — язык Бога. Для этого двух младенцев сразу же после их появления на свет лишили всяческого взаимодействия с людьми. Экспериментатор полагал: когда голоса детей сформируются, язык, на котором они начнут разговаривать, будет тем, что использовали Адам и Ева. Опыт с треском провалился. Два несчастных изолированных ребенка вскоре погибли. 

Как Фрейд испортил жизнь Эмме Экштейн 

Благодаря поп-культуре за последние 40 лет Зигмунд Фрейд приобрел известность и стал культовым психологом, учения которого традиционно носят содержание сексуального характера. Практические опыты отца-основателя современной психологии действительно заслуживают внимания. Но особенно это касается дела Эммы Экштейн.

Вышеупомянутую женщину Фрейд лечил от нервной болезни. Он очень быстро определил, что причина недомогания пациентки кроется в ее чрезмерном пристрастии к мастурбации. Мы не можем с уверенностью сказать, верное ли он сделал заключение, однако выбранный им способ лечения совершенно точно оказался большой ошибкой.

Близкий друг Фрейда, врач-отоларинголог и психоаналитик Вильгельм Флисс должен был прооперировать нос Эммы Экштейн, поскольку коллеги решили, что между органами обоняния и страхом невротического или сексуального характера существует прямая связь. В результате Флисс забыл вытащить кусок марли длиной почти в полметра из полости, образовавшейся во время операции, занес туда инфекцию и вызвал обильное кровотечение, которое чуть не стоило пациентке жизни. Кроме того, лицо женщины было изуродовано. 

Эксперимент доктора Мани по смене пола 

Джон Мани был психологом, пользовавшимся репутацией пионера в области полового развития. К нему за помощью обратилась семья Реймер, после того как их восьмимесячному сыну Брюсу сделали неудачную процедуру обрезания и серьезно повредили половой член. Врач предложил кардинальное решение — поменять ребенку пол.

Доктор Мани утверждал, что социальные факторы оказывают влияние на то, кем будет воспринимать себя человек: мужчиной или женщиной.

Эксперимент имел катастрофические последствия. Мальчику давали гормональные препараты, воспитывали как девочку и изменили имя: теперь Брюс был Брендой. В подростковом возрасте мальчик узнал правду о себе и встал на длинную дорогу реабилитации. Пытаясь избавиться от воспоминаний об эксперименте, он взял себе новое имя — Дэвид.

Молодой человек смог жениться и усыновить троих детей. Однако когда эта история стала известна на весь мир, жена ушла из семьи. Не справившись с депрессией, Дэвид покончил жизнь самоубийством, выстрелив себе в голову.

У каждого большого открытия есть своя цена. Иногда принесенные жертвы действительно оправдывают себя. Но часто даже добровольное участие в медицинских опытах приводит к страшным последствиям. Возникает резонный вопрос: стоит ли наука человеческой жизни?

10 неэтичных психологических экспериментов из истории науки — Wonderzine

В наше время регулярно говорят о гендерной идентификации и том, что решать этот вопрос каждый имеет право сам. Что же произойдёт, если подмена осуществится без ведома человека, например в детстве? Один случай, который не задумывался как эксперимент, но стал им, демонстрирует, что наше самоощущение сложно обмануть — и наглядно показывает, какими чудовищными могут быть последствия, когда человеку не дают жить в гармонии с собственным гендером.

В канадской семье родились близнецы, и одному из них, Брюсу, в возрасте семи месяцев из-за проблем с мочеиспусканием было назначено обрезание. Операция осложнилась, пенис был сильно повреждён, и его пришлось удалить. После растерянные родители увидели по телевизору выступление профессора Джона Мани, рассуждавшего о трансгендерности и интерсекс-людях. В числе прочего он говорил, что развитие детей, которым провели «корректирующие» операции в раннем возрасте, протекает нормально и они хорошо адаптируются к новому гендеру. Реймеры обратились к Мани лично и услышали то же самое: психолог посоветовал им провести операцию по удалению половых желёз и растить ребёнка как девочку по имени Бренда.

Проблема заключалась в том, что Бренда никак не хотел ощущать себя девочкой: ему не было удобно мочиться сидя, а его фигура сохраняла маскулинные черты, над чем, к несчастью, издевались сверстники. Несмотря на это Джон Мани продолжал публиковать в научных журналах статьи (разумеется, не называя имён), утверждавшие, что с ребёнком всё в порядке. В подростковом возрасте Бренде предстояла новая операция — на этот раз по созданию искусственной вагины, чтобы завершить «переход». Однако подросток наотрез отказался это делать — и родители наконец рассказали ему, что произошло. К слову, сильнейший эмоциональный стресс, который люди испытывали на протяжении взросления Бренды, сказался на всех членах семьи: мать страдала депрессией, отец стал всё чаще выпивать, а брат замкнулся в себе.

Жизнь Бренды складывалась безрадостно: три попытки суицида, смена имени на Дэвид, построение самоидентификации заново, несколько реконструктивных операций. Дэвид женился и усыновил троих детей партнёрши, а известность эта история получила в 2000 году после выхода книги Джона Колапинто «Таким его сделала природа: мальчик, которого вырастили как девочку». Истории со счастливым концом всё равно не вышло: психологические трудности Дэвида никуда не делись, и после передозировки брата его не покидали суицидальные мыли. Бросив работу и расставшись с женой, в мае 2004 года он покончил с собой.

10 самых красивых экспериментов в истории физики

Десятки и сотни тысяч физических экспериментов было поставлено за тысячелетнюю историю науки. Непросто отобрать несколько «самых-самых», чтобы рассказать о них. Каков должен быть критерий отбора?

Четыре года назад в газете «The New York Times» была опубликована статья Роберта Криза и Стони Бука. В ней рассказывалось о результатах опроса, проведенного среди физиков. Каждый опрошенный должен был назвать десять самых красивых за всю историю физических экспериментов. На наш взгляд, критерий красоты ничем не уступает другим критериям. Поэтому мы расскажем об экспериментах, вошедших в первую десятку по результатам опроса Криза и Бука.

1. Эксперимент Эратосфена Киренского

Один из самых древних известных физических экспериментов, в результате которого был измерен радиус Земли, был проведен в III веке до нашей эры библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки Эрастофеном Киренским.

Схема эксперимента проста. В полдень, в день летнего солнцестояния, в городе Сиене (ныне Асуан) Солнце находилось в зените и предметы не отбрасывали тени. В тот же день и в то же время в городе Александрии, находившемся в 800 километрах от Сиена, Солнце отклонялось от зенита примерно на 7°. Это составляет примерно 1/50 полного круга (360°), откуда получается, что окружность Земли равна 40 000 километров, а радиус 6300 километров.

Почти невероятным представляется то, что измеренный столь простым методом радиус Земли оказался всего на 5% меньше значения, полученного самыми точными современными методами.

2. Эксперимент Галилео Галилея

В XVII веке господствовала точка зрения Аристотеля, который учил, что скорость падения тела зависит от его массы. Чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает. Наблюдения, которые каждый из нас может проделать в повседневной жизни, казалось бы, подтверждают это.

Попробуйте одновременно выпустить из рук легкую зубочистку и тяжелый камень. Камень быстрее коснется земли. Подобные наблюдения привели Аристотеля к выводу о фундаментальном свойстве силы, с которой Земля притягивает другие тела. В действительности на скорость падения влияет не только сила притяжения, но и сила сопротивления воздуха. Соотношение этих сил для легких предметов и для тяжелых различно, что и приводит к наблюдаемому эффекту. Итальянец Галилео Галилей усомнился в правильности выводов Аристотеля и нашел способ их проверить. Для этого он сбрасывал с Пизанской башни в один и тот же момент пушечное ядро и значительно более легкую мушкетную пулю. Оба тела имели примерно одинаковую обтекаемую форму, поэтому и для ядра, и для пули силы сопротивления воздуха были пренебрежимо малы по сравнению с силами притяжения.

Галилей выяснил, что оба предмета достигают земли в один и тот же момент, то есть скорость их падения одинакова. Результаты, полученные Галилеем. — следствие закона всемирного тяготения и закона, в соответствии с которым ускорение, испытываемое телом, прямо пропорционально силе, действующей на него, и обратно пропорционально массе.

3. Другой эксперимент Галилео Галилея

Галилей замерял расстояние, которое шары, катящиеся по наклонной доске, преодолевали за равные промежутки времени, измеренный автором опыта по водяным часам. Ученый выяснил, что если время увеличить в два раза, то шары прокатятся в четыре раза дальше. Эта квадратичная зависимость означала, что шары под действием силы тяжести движутся ускоренно, что противоречило принимаемому на веру в течение 2000 лет утверждению Аристотеля о том, что тела, на которые действует сила, движутся с постоянной скоростью, тогда как если сила не приложена к телу, то оно покоится. 

 Результаты этого эксперимента Галилея, как и результаты его эксперимента с Пизанской башней, в дальнейшем послужили основой для формулирования законов классической механики.

4. Эксперимент Генри Кавендиша

После того как Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения: сила притяжения между двумя телами с массами Мит, удаленных друг от друга на расстояние r, равна F=G(mM/r2), оставалось определить значение гравитационной постоянной G. Для этого нужно было измерить силу притяжения между двумя телами с известными массами. Сделать это не так просто, потому что сила притяжения очень мала.

Мы ощущаем силу притяжения Земли. Но почувствовать притяжение даже очень большой оказавшейся поблизости горы невозможно, поскольку оно очень слабо. Нужен был очень тонкий и чувствительный метод. Его придумал и применил в 1798 году соотечественник Ньютона Генри Кавендиш. Он использовал крутильные весы — коромысло с двумя шариками, подвешенное на очень тонком шнурке. Кавендиш измерял смещение коромысла (поворот) при приближении к шарикам весов других шаров большей массы.

 Для увеличения чувствительности смещение определялось по световым зайчикам, отраженным от зеркал, закрепленных на шарах коромысла. В результате этого эксперимента Кавендишу удалось довольно точно определить значение гравитационной константы и впервые вычислить массу Земли.

5. Эксперимент Жана Бернара Фуко

 Французский физик Жан Бернар Леон Фуко в 1851 году экспериментально доказал вращение Земли вокруг своей оси с помощью 67-метрового маятника, подвешенного к вершине купола парижского Пантеона. Плоскость качания маятника сохраняет неизменное положение по отношению к звездам. Наблюдатель же, находящийся на Земле и вращающийся вместе с ней, видит, что плоскость вращения медленно поворачивается в сторону, противоположную направлению вращения Земли.

6. Эксперимент Исаака Ньютона

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой — экран.

На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей — от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света. Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный — при наименьшем. Ньютон же проделал допол¬нительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного. Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

7. Эксперимент Томаса Юнга

До начала XIX века преобладали представления о корпускулярной природе света. Свет считали состоящим из отдельных частиц — корпускул. Хотя явления дифракции и интерференции света наблюдал еще Ньютон («кольца Ньютона»), общепринятая точка зрения оставалась корпускулярной. Рассматривая волны на поверхности воды от двух брошенных камней, можно заметить, как, накладываясь друг на друга, волны могут интерферировать, то есть взаимогасить либо взаимоусиливать друг друга. Основываясь на этом, английский физик и врач Томас Юнг проделал в 1801 году опыты с лучом света, который проходил через два отверстия в непрозрачном экране, образуя, таким образом, два независимых источника света, аналогичных двум брошенным в воду камням. В результате он наблюдал интерференционную картину, состоящую из чередующихся темных и белых полос, которая не могла бы образоваться, если бы свет состоял из корпускул. Темные полосы соответствовали зонам, где световые волны от двух щелей гасят друг друга. Светлые полосы возникали там, где световые волны взаимоусиливались. Таким образом была доказана волновая природа света.

8. Эксперимент Клауса Йонссона

Немецкий физик Клаус Йонссон провел в 1961 году эксперимент, подобный эксперименту Томаса Юнга по интерференции света. Разница состояла в том, что вместо лучей света Йонссон использовал пучки электронов. Он получил интерференционную картину, аналогичную той, что Юнг наблюдал для световых волн. Это подтвердило правильность положений квантовой механики о смешанной корпускулярно-волновой природе элементарных частиц.

9. Эксперимент Роберта Милликена

Представление о том, что электрический заряд любого тела дискретен (то есть состоит из большего или меньшего набора элементарных зарядов, которые уже не подвержены дроблению), возникло еще в начале XIX века и поддерживалось такими известными физиками, как М.Фарадей и Г.Гельмгольц. В теорию был введен термин «электрон», обозначавший некую частицу — носитель элементарного электрического заряда. Этот термин, однако, был в то время чисто формальным, поскольку ни сама частица, ни связанный с ней элементарный электрический заряд не были обнаружены экспериментально.

В 1895 году К.Рентген во время экспериментов с разрядной трубкой обнаружил, что ее анод под действием летящих из катода лучей способен излучать свои, Х-лучи, или лучи Рентгена. В том же году французский физик Ж.Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи — это поток отрицательно заряженных частиц. Но, несмотря на колоссальный экспериментальный материал, электрон оставался гипотетической частицей, поскольку не было ни одного опыта, в котором участвовали бы отдельные электроны. Американский физик Роберт Милликен разработал метод, ставший классическим примером изящного физического эксперимента.

Милликену удалось изолировать в пространстве несколько заряженных капелек воды между пластинами конденсатора. Освещая рентгеновскими лучами, можно было слегка ионизировать воздух между пластинами и изменять заряд капель. При включенном поле между пластинами капелька медленно двигалась вверх под действием электрического притяжения. При выключенном поле она опускалась под действием гравитации. Включая и выключая поле, можно было изучать каждую из взвешенных между пластинами капелек в течение 45 секунд, после чего они испарялись. К 1909 году удалось определить, что заряд любой капельки всегда был целым кратным фундаментальной величине е (заряд электрона). Это было убедительным доказательством того, что электроны представляли собой частицы с одинаковыми зарядом и массой. Заменив капельки воды капельками масла, Милликен получил возможность увеличить продолжительность наблюдений до 4,5 часа и в 1913 году, исключив один за другим возможные источники погрешностей, опубликовал первое измеренное значение заряда электрона: е = (4,774 ± 0,009)х10-10 электростатических единиц.

10. Эксперимент Эрнста Резерфорда

К началу XX века стало понятно, что атомы состоят из отрицательно заряженных электронов и какого-то положительного заряда, благодаря которому атом остается в целом нейтральным. Однако предположений о том, как выглядит эта «положительно-отрицательная» система, было слишком много, в то время как экспериментальных данных, которые позволили бы сделать выбор в пользу той или иной модели, явно недоставало.

Большинство физиков приняли модель Дж.Дж.Томсона: атом как равномерно заряженный положительный шар диаметром примерно 10-8см с плавающими внутри отрицательными электронами. В 1909 году Эрнст Резерфорд (ему помогали Ганс Гейгер и Эрнст Марсден) поставил эксперимент, чтобы понять действительную структуру атома. В этом эксперименте тяжелые положительно заряженные а-частицы, движущиеся со скоростью 20 км/с, проходили через тонкую золотую фольгу и рассеивались на атомах золота, отклоняясь от первоначального направления движения. Чтобы определить степень отклонения, Гейгер и Марсден должны были с помощью микроскопа наблюдать вспышки на пластине сцинтиллятора, возникавшие там, где в пластину попадала а-частица. За два года было сосчитано около миллиона вспышек и доказано, что примерно одна частица на 8000 в результате рассеяния изменяет направление движения более чем на 90° (то есть поворачивает назад). Такого никак не могло происходить в «рыхлом» атоме Томсона. Результаты однозначно свидетельствовали в пользу так называемой планетарной модели атома — массивное крохотное ядро размерами примерно 10-13 см и электроны, вращающиеся вокруг этого ядра на расстоянии около 10-8 см.

 

В ЦИК считают удачными эксперименты по онлайн-голосованию и цифровым участкам в Москве — Политика

МОСКВА, 6 декабря. /ТАСС/. Зампредседателя Центризбиркома России Николай Булаев заявил, что эксперименты по введению цифровых избирательных участков и дистанционному электронному голосованию на выборах 8 сентября в Москве прошли удачно, в дальнейшем эти технологии будут доработаны.

«Москва вела два эксперимента — по дистанционному электронному голосованию и по цифровым избирательным участкам. Мы считаем, что и тот, и другой эксперимент очень удачно ложится в ту логику, о которой я сказал: создать единое избирательное пространство, перемещаясь в котором, человек не испытывает неудобства от того, что он не может проголосовать», — сказал Булаев в пятницу в ходе заседания экспертного совета в Госдуме по совершенствованию избирательного законодательства.

По его словам, в настоящее время ведутся «две большие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР): по цифровым избирательным участкам, которую ведет «Ростех», и дистанционному электронному голосованию — ее ведет «Ростелеком». «По результатам НИОКР мы получим минимум четыре варианта реализации этих проектов, этих форм голосования», — уточнил зампред ЦИК.

Он также отметил, что классическое голосование бумажными бюллетенями на избирательном участке «вряд ли в ближайшие 10-15 лет будет заменено чем-то другим». «Доверие к этой форме голосования у человека все-таки сохраняется больше, мы не собираемся и не имеем финансовых ресурсов на то, чтобы заменить ее другими. Но создать параллельные возможности для человека реализовать свое право — наша обязанность. В современных информационных технологиях, в современных технических технологиях такие возможности есть, мы в 2019 году две технологии использовали и, на мой взгляд, получили результат», — подчеркнул Булаев.

Он выразил надежду, что цифровые участки в 2020 году получат дальнейшее развитие. «Если вы [депутаты Госдумы] нас поддержите с новым законопроектом о продлении эксперимента по цифровым избирательным участкам, технология может быть доведена до состояния, при котором мы можем масштабировать этот проект в 2021 году к выборам депутатов Госдумы в объеме не менее 5 тыс. цифровых избирательных участков», — заключил зампред ЦИК.

Об экспериментах

Эксперимент по цифровому голосованию прошел в Москве 8 сентября — открылось 30 цифровых избирательных участков, оснащенных терминалами для голосования от концерна «Автоматика» (входит в госкорпорацию «Ростех»). Терминалы позволили находящимся в Москве жителям других субъектов РФ принять участие в выборах, проходивших в их регионах. Для голосования на цифровых участках прикрепились около 2 тыс. человек, проголосовали 1726 избирателей. Планируется, что к 2020 году концерн изготовит 1 тыс. таких комплексов, а к 2021 году — еще 4 тыс.

В свою очередь, эксперимент по онлайн-выборам прошел на выборах в Мосгордуму 8 сентября в трех избирательных округах столицы: №1 (Зеленоград), №10 (Бибирево, Лианозово, Северный) и №30 (Чертаново Центральное и Южное). Тестирование системы электронного голосования проводилось в Москве четыре раза, ни в один из которых не состоялось взлома, а атаки хакеров были успешно отражены. Окончательный список участников электронного голосования на выборах депутатов в Мосгордуму седьмого созыва был определен 6 сентября: в рамках эксперимента в онлайн-режиме могли проголосовать более 11,2 тыс. человек. Итоговая явка на электронном голосовании 8 сентября составила 92,3%.

«Многие начинают заново, не зная, что все это уже изобретено» – Наука – Коммерсантъ

В 1916 году Константин Циолковский закончил повесть «Вне Земли», в которой группа ученых отправляется в путешествие к Луне и астероидам. Выйдя на орбиту Земли, путешественники разворачивают надувной модуль и устанавливают в нем цилиндр, наполненный почвой. Он становится основой оранжереи, в которой растут практически все необходимые космонавтам растения — от овощей до карликовых яблонь. Сама же модуль-оранжерея становится основой замкнутого биологического цикла: она соединяется с кораблем двумя трубками, одна из которых поставляет кислород, по второй из корабля удаляются углекислый газ и человеческие выделения. Циолковский оказался провидцем: подобная цилиндрическая оранжерея уже построена.

Руководитель проекта «Витацикл» Юлий Беркович из Института медико-биологических проблем (ИМБП) РАН, предполагает, что космическая теплица будет готова к отправке на МКС в 2020-2021 годах. Эта цилиндрическая оранжерея намного меньше, чем в повести Циолковского, в ней планируется выращивать только салатные культуры, и она не может служить ключевым звеном замкнутого биологического цикла. Но ученые уже сейчас прорабатывают проекты будущих космических оранжерей, которые сделают орбитальные или лунные станции хотя бы частично независимыми от поставок с Земли.

Глобальная идея: замкнутый цикл

Сто лет назад Циолковский предполагал, что, установив на космическом корабле оранжерею, можно создать некое подобие искусственной биосферы.

В середине ХХ века несколько крупных экспериментов по созданию искусственной замкнутой биосферы показали, что задача намного сложнее, чем считал Циолковский.

Первыми попытками создать замкнутую экологическую систему были проекты БИОС в красноярском Институте биофизики. В 1964 году в эксперименте «БИОС-1» ученые создали систему из двух звеньев «человек—водоросли»: использовалась одноклеточная водоросль хлорелла, которая вырабатывала кислород и поглощала углекислый газ. Испытуемый прожил в герметично закрытом помещении 45 суток, но полностью замкнутой такую систему считать нельзя: она не обеспечивала человека едой и не перерабатывала выделения.

Параллельно был проведен ряд успешных экспериментов системы «водоросли—человек» в Институте медико-биологических проблем, показавший, что водорослевые реакторы могут на 100% регенерировать воздух и почти на 90% утилизировать отходы человека — мочу. Тогда же стали очевидны и недостатки этих систем: они не регенерировали остатки пищи, а биомасса хлореллы могла вызывать аллергию. В 1965 году в эксперимент ввели высшие растения — пшеницу и овощи. Были получены отличные урожаи пшеницы — в несколько раз больше, чем в естественных условиях.

А в 1972 году, во время лунной гонки, начался самый масштабный эксперимент серии — «БИОС-3». В подвале Института биофизики был построен герметичный бункер объемом 315 кубометров. В нем были жилая и рабочая зона для трех членов «экипажа», емкости с хлореллой и два отсека с растениями. Эксперимент длился 180 дней, три добровольца дышали воздухом, который вырабатывали растения, ели выращенные ими овощи, пекли хлеб из собственноручно выращенной пшеницы, а также пили воду, которая проходила многократные циклы очистки. Экипаж обеспечивал себя пищей на 80%, лишь белковую пищу испытуемые получали из консервов и сублимированного мяса. Как показали медицинские исследования, ни такой рацион, ни использование переработанного воздуха и воды не сказались на здоровье.

Эксперимент «БИОС-3» был многообещающим. Ученые были готовы продолжать работу, но после проигрыша лунной гонки государство уже не интересовалось этой темой. Работы по созданию замкнутых биосистем жизнеобеспечения были свернуты. Сейчас в Красноярском научном центре на базе БИОС ведутся исследования по отработке новых технологий замыкания цикла, есть планы опробовать наработанные технологии переработки органических отходов в новом масштабном эксперименте, но для этого требуется соответствующее финансирование. Зато опыт БИОС-3 был учтен китайскими учеными: в 2014 году они провели похожий эксперимент в модуле «Юэгун-1», который был построен при активном участии красноярских ученых.

Космические ограничения

Пока одни ученые пытались построить автономную биосферу на Земле, другие проверяли, как отдельные элементы такой биосферы будут вести себя в космосе. Началась работа по созданию космических оранжерей.

Тысячелетний опыт садоводов и огородников тут помогал мало, потому что условия на орбитальных станциях сильно отличаются от земных — при выращивании надо принимать в расчет невесомость, ионизирующее излучение, ограничения по использованию воздуха, воды и электроэнергии. Да и солнечный свет, в отличие от Земли, на космических оранжереях использовать не получается. Растениям необходим суточный цикл освещения, а орбитальные станции, вращаясь вокруг Земли, имеют совсем другой цикл: 60 минут — свет, 30 минут — темнота. В межпланетных и лунных полетах к этому добавляется отсутствие магнитного поля и большая доза радиации. Есть ограничения и по подбору растений для космоса: они должны быть не ядовитыми и не аллергенными. Все оранжереи, которые когда-либо работали на орбитальных станциях, были созданы с научными целями, и поэтому их объем весьма небольшой. Это обстоятельство накладывало третье ограничение: растения должны быть маленькими.

Эволюция оранжерей

Первые космические эксперименты по выращиванию растений были самыми простыми — например, прорастить семена; причем не было ни специальных устройств, ни освещения (для него использовались бортовые светильники), не было специальной подготовки космонавтов. Как отмечают ученые, такой подход чаще приносил отрицательные результаты: растения погибали или развивались неправильно.

Первые оранжереи полетели на кораблях «Восход» в 1960-х годах. Они были очень простыми и напоминали пластиковый стакан с крышкой. Над стаканом помещали на кронштейне светильник, в нижней части стакана находился субстрат, в который помещали семена или луковицы. «Стакан» и «крышка» завинчивались таким образом, что через мембрану растение могло дышать. Никакой механики: космонавт вручную увлажнял субстрат, вспрыскивая отмеренную дозу воды. Тюльпаны и гиацинты прорастали, но не цвели, к тому же были проблемы с доставкой растений на Землю: при посадке они испытывали те же перегрузки, что и космонавты, и были случаи, когда растение возвращалось в не очень подходящем для исследования виде.

Следующим этапом было создание оранжерей «Оазис». Это была уже основательная конструкция: с вегетационной камерой, в которой можно было установить на нескольких уровнях кюветы с растениями, с блоком освещения и блоком управления.

Игорь Подольский, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИМБП РАН, рассказывает: «На «Оазисах» появился дозатор, корневой модуль стал больше, немного возросла интенсивность света. Был установлен ручной насос, чтобы космонавт мог заправить дозатор и поливать корневой модуль. Но полив осуществлялся все равно вручную — космонавту давалось указание, и он с помощью тумблеров поливал субстрат и включал аэрацию. Ученый приезжал в ЦУП и писал радиограмму, например «полить» или «посеять», которую передавали на станцию. Лишь изредка удавалось поговорить пару минут. Поэтому оценить результаты эксперимента специалисты могли только после того, как он был завершен».

По воспоминаниям космонавта Георгия Гречко, не все получалось сразу: «Вода не поступала туда, куда было нужно, затем стали срываться огромные капли, и за ними пришлось гоняться с салфетками». Но именно в оранжереях серии «Оазис» были получены интересные результаты — выращены взрослые, 23-дневные растения гороха. Правда, цвести они по-прежнему отказывались.

Неудачи породили теорию, что растения в принципе не могут развиваться в условиях невесомости, так как разобщаются функции, нарушается транспорт гормонов, и поэтому растения не могут ни расти, ни плодоносить.

Впервые удача пришла в 1982 году, когда в последней модификации «Оазиса» зацвел арабидопсис. В оранжерее «Фитон» на станции «Салют-7» в 1982 году арабидопсис прошел полный цикл развития и дал семена. Это была первая победа в деле космического садоводства и огородничества, за которой снова последовала череда неудач: растения вновь не давали семян ни в экспериментах на спутниках, ни в экспериментах на станции. До выращивания полноценных растений и получения урожая все еще было далеко.

Первой автоматической оранжерей стала оранжерея «Свет», созданная в соавторстве с болгарскими учеными и установленная на станции «Мир». Но назвать ее автоматической можно лишь с оговорками: автоматика управляла сменой «дня» и «ночи», а полив так и остался ручным.

Автоматизация полива — основная проблема, с которой сталкивались все инженеры оранжерей. Если в первых оранжереях автоматически лишь задавался фотопериод (смена «дня» и «ночи»), то с автоматическим поливом было намного сложнее. Из-за невесомости растения нельзя поливать так же, как на Земле. Корни растений в космических оранжереях находятся в корневом модуле, который тщательно закрыт, чтобы частицы субстрата не попали в воздух. Чтобы высадить растения, в прорезь, плотно прикрытую складками ткани, которая хорошо распределяет влагу, вставляют планку с наклеенными семенами.

Вторая проблема, с которой столкнулись исследователи,— это непонимание, как распределяется вода в прикорневом слое в условиях невесомости. Вода могла собираться в одном месте, и в итоге образовывались пересушенные и переувлажненные участки. Сначала ученые предположили, что с этой задачей справится установленный в оранжерее термоимпульсный влагомер: если с его помощью можно было получать данные о том, сколько воды находится в корнеобитаемом слове, то на их основе можно создать автоматическую систему полива. Но, как выяснилось в ходе эксперимента, для решения этих задач были нужны другие датчики. Их создали намного позже.

«Термоимпульсный метод,— говорит Игорь Подольский,— в котором датчик подает тепловой импульс для замера влаги, оказался совершенно неподходящим. Небольшой импульс плохо зондировал почву и не мог адекватно измерить содержание влаги. Но большой импульс на почву тоже было подать нельзя — он мог обжечь корешки, более того, в условиях космического полета он мог привести к перераспределению влаги. Когда мы это поняли, то решили проверить, насколько датчик правильно дает показания. И когда мы увидели, сколько воды было подано по данным датчика, то оказалось, что это было очень мало. Но мы же знаем, сколько нужно накачать воды в корнеобитаемую среду! И тогда мы сказали космонавтам: «Забудьте про датчик, будем поливать вручную»,— и, как в предыдущих экспериментах, снова радиограммами вели весь цикл вегетации».

В первых экспериментах по выращиванию суперкарликовой пшеницы и гороха, которые космонавты проводили на станции «Мир», растения выросли, но оказались абсолютно стерильны. Своеобразный результат дали эксперименты и с гибридом дикой капусты: растения взошли и дали семена, но вместо 25 см в высоту они достигли лишь шести. Как выяснилось позже, на рост растений и на стерильность повлияла высокая концентрация этилена. Поэтому для второго эксперимента с пшеницей ученые ИМБП решили подобрать сорт, менее чувствительный к этилену. Второй эксперимент оказался удачным, и космонавты вырастили пшеницу первого и второго поколения.

Маргарита Левинских, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биологических систем жизнеобеспечения в экстремальных условиях ИМБП РАН, рассказывает: «Эксперименты с пшеницей и горохом стали прорывом: впервые были получены семена пшеницы сначала первого, а затем второго поколения. Эти эксперименты дали ответ на вопрос, почему первый опыт оказался неудачным, когда растения давали колосья, в которых не было ни одного зерна. Мы установили причину: на «Мире» не было фильтров с каталитическим сжиганием примесей, и в воздухе накапливался этилен. Он является очень мощным фитогормоном — например, повышенную концентрацию этилена применяют для того, чтобы вызвать стерильность пыльцы. Ее развитие замирает на одноядерной стадии, не происходит дальнейшего деления, и семян такое растение дать в принципе не может. На Земле был проведен контрольный эксперимент, который подтвердил эти данные — без очистки ни о каких семенах говорить не приходится. Сейчас на МКС другой вообще принцип очистки воздуха, что и позволило в эксперименте 2011 года, когда выращивали пшеницу, получить семена очень хорошего качества — у нас не всегда на Земле такие семена получают».

По-настоящему автоматической стала лишь оранжерея «Лада», созданная совместно с Университетом штата Юта для экспериментов на МКС в 2000-х годах. «Лада» была проверена на устойчивость к вибрации и на электромагнитную безопасность и оснащена совершенно другим набором датчиков: кроме измерителей влажности в прикорневом слое, здесь были впервые установлены датчики изменения концентрации кислорода, углекислого газа, давления. На трех уровнях изменялись температура и интенсивность света.

«Благодаря этим экспериментам мы поняли, как можно создать автоматический полив,— объясняет Подольский.— В вегетационном сосуде «Лады» было установлено шесть датчиков, алгоритм усреднял показания по всему объему, и космонавты могли устанавливать среднее влагосодержание в течение эксперимента. Все выращивалось в автоматическом режиме. В зависимости от требований растений мы могли устанавливать фотопериод. Мы выращивали горох, редис, салат, для пшеницы ставили круглосуточное освещение».

Новая усовершенствованная оранжерея типа «Лада» с новыми светодиодными светильниками и полностью автоматической системой управления отправилась на МКС в декабре 2016 года на борту грузового корабля «Прогресс МС-04». Но грузовик не долетел до станции, во время запуска произошла авария — и он упал на территории Тувы.

Лунные базы и марсианские сады

Эксперименты с оранжереями на орбите позволили сделать следующий шаг — создать большую установку, которая будет снабжать космонавтов свежей зеленью. Работа над цилиндрической оранжереей «Витацикл» началась еще в 1990-х годах. Сейчас создан работающий прототип, посевная площадь которого составляет 0,48 м2. Это камера с вращающимся цилиндром внутри. В цилиндре — почвозаменитель и кюветы для растений. Цилиндр медленно вращается внутри камеры, на внутренней поверхности которой находятся светодиодные лампы. Космонавты в ходе эксперимента будут высаживать посадочную планку с наклеенными семенами. На следующем шаге цилиндра растения будут высаживаться в следующую кювету, и так до тех пор, пока не будет заполнена вся поверхность цилиндра. К тому моменту, когда цилиндр сделает два оборота, салат вырастет, и космонавту останется лишь открыть люк камеры, срезать салат, а на его место вставить следующую планку с семенами — все это займет несколько минут. Через 72 дня почвозаменитель необходимо сменить, потому что в нем истощатся минеральные элементы, а самое главное — он зарастет корнями, поэтому в комплект будет входить запасной кювет с субстратом.

В ИМБП разработан и аванпроект овощной оранжереи для марсианского транспортного корабля, основанной на принципах «Витацикла», но ученые не слишком оптимистично настроены по отношению к экспедициям к Луне и Марсу. Чтобы разработать системы жизнеобеспечения для них, нужны исследования и эксперименты, нужны и ученые, и финансирование. Но молодых ученых, готовых перенять опыт старшего поколения, немного, а те, что есть, не всегда знакомы с опытом предшествующих поколений.

«Нельзя сказать: завтра мы летим на Марс, и послезавтра там вырастут фикусы! — говорит Маргарита Левинских.— Решение любой проблемы требует затрат, требует ученых, которые будут в это области работать, инженеров. А мы разогнали все, что можно было разогнать! Остались лишь несколько человек, которые имеют представление, что это такое. Можно было это все продолжать, но решение о продолжении экспериментов зависит не от нас, а от Роскосмоса.

К нам тут приходил молодой ученый из института — не скажу, из какого,— и говорит: мы сейчас сделаем водорослевый реактор, который просто будет отличный. Я веду их к нам и говорю: если вы хоть по какому-нибудь параметру превзойдете вот эту вот «Сирень», которая сделана в 1960-е и стоит у нас, вот я снимаю шляпу и съем ее. Сейчас между поколениями исследователей получился огромный разрыв, и многие начинают заново, не зная, что все это уже изобретено!»

Впрочем, возможно, разрыв все же удастся преодолеть за счет энтузиастов и школьников. И это не шутка: ИМБП одобрил к проведению на МКС два детских космических эксперимента с растениями. Первый эксперимент будет изучать, как влияет гравитация и разные режимы освещения на культуру ряски, которая сейчас рассматривается как одно из растений для создания биологического замкнутого цикла. Второй эксперимент сможет определить потенциально самый эффективный спектр освещения для растений в оранжерее, для чего школьники планируют вырастить три контрольные группы семян, освещенные светодиодными лампами только одного спектра: синего, красного или белого.

Полтора гектара замкнутой экосистемы

Самую масштабную попытку создать замкнутую биосистему предприняли не ученые, а любитель — миллиардер Эдвард Басс, который в 1990-е годы построил в штате Аризона гигантскую конструкцию площадью полтора гектара — «Биосферу-2». Там были «джунгли» и «океан», ферма с козами, свиньями и курами, инсектариум с 250 видами насекомых, бассейны с рыбами и креветками. Всего было завезено около 3000 видов растений и животных.

Но уже через месяц оказалось, что под куполом «Биосферы» накапливается избыточное количество углекислого газа, концентрация кислорода снижается, вредители плодов размножаются быстрее, чем их естественные враги — насекомые, а предполагаемая пища — свиньи — наоборот, набирать вес и размножаться не высказала желания. Проблемы росли, здоровье бионавтов ухудшалось, и чтобы довести эксперимент до конца, участникам стали поставлять кислород и продукты, что было нарушением условий.

После серии неудачных экспериментов 1991-94 годов «Биосфера-2» была передана под научный надзор Обсерватории Земли при Колумбийском университете, а в начале 2000-х – выставлена на продажу. Купивший «Биосферу-2» Аризонский университет в настоящее время проводит междисциплинарные исследования на семи моделях разных экосистем


Юлий Беркович, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИМБП РАН:
«У многих исследователей были иллюзии, что в ограниченном объеме можно создать простую систему, которая будет работать если не бесконечно долго, то годы. Другие считали, что если взять какой-то объем, обеспечить туда приход света и расположить в этом объеме как можно большее количество видов растений, животных, то есть элементов земной биосферы, то с течением времени эти виды образуют новую узенькую биосферу, в которой все начнет работать, как в земной. Эксперимент «Биосфера-2» показал, что на это нельзя рассчитывать. Поэтому надо делать строго регулируемую, простую систему жизнеобеспечения с включением биологических звеньев, рассчитанную на строго ограниченный срок космического полета. Эту задачу можно решить. Но решить задачу организации биологического круговорота в искусственно созданной биосфере на сегодняшний день мы не можем».


Юлий Беркович, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник ИМБП РАН:
«Цилиндрическая оранжерея уже построена и должна быть установлена на многофункциональном лабораторном модуле, который пока, к сожалению, еще не запущен к МКС. Это первая оранжерея, которая специально разрабатывалась для выращивания салатной зелени для обогащения рациона экипажа станции свежей витаминной зеленью.

У нее совершенно необычная компоновка, и сама идея совершенно новая, она раньше не использовалась ни в одной из космических оранжерей. Это идея конвейерного выращивания растений на цилиндрической посадочной поверхности: если высаживать посев не на всю посадочную площадь, а по частям, со сдвигом во времени, то выращенную биомассу можно сразу употреблять в пищу, не хранить. А затем посеять на то же место, откуда мы взяли растения, новые семена, снова ее запустить в оборот, для выращивания на следующем обороте. Таким образом, удается построить оранжерею, где космонавты могут получать рассчитанную порцию витаминной зелени для немедленного употребления в пищу раз в три-пять дней.

Кроме того, мы перешли на выращивание растений под светодиодами — они безопаснее и долговечнее газоразрядных ламп. С помощью светодиодов мы можем моделировать очень широкий диапазон различных спектров излучения, похожих на солнечный, отличных от солнечного. После пяти лет экспериментов мы смогли выбрать спектр светодиодного излучения для наилучшего выращивания салатных культур в условиях космической оранжереи. Мы разрабатываем проект бортовой оранжереи на этом принципе, которая должна быть построена к 2020 году и запущена либо в конце 2020-го, либо в 2021 году».

Наталия Ферапонтова


Очумелые ручки: как организовать обучение детей на дому

Инженеры Dyson придумали 44 технических и научных эксперимента для детей дома. Эксперименты помогут увлечься наукой и объяснить ребенку, как работают законы физики. Всё можно сделать дома из картона и подручных средств

Как научить детей физике и механике с помощью домашних научных экспериментов

Основатель Geek Teachers Мария Плоткина считает, что предметы, как они преподаются сейчас, не дают общей картины мира, поэтому такой формат должен стать частью нового образования. Задания, опыты и эксперименты, где подтягиваются разные науки, предметы связываются в одно целое. Нет только математики или только физики. Распространение формата — вопрос времени. Учителя финских школ и продвинутые учителя России уже делают такие вещи.

Во время пандемии может случиться скачок, потому что все сидят дома, надо чем-то заниматься. Для создания таких вещей не нужно ничего сложного, всё уже под рукой. Не хватает хорошего онлайн-курса с пошаговыми инструкциями. Формат подходит для любой российской семьи, чем-то похоже на «очумелые ручки», но в обновленном виде. Он может стать отличным развлечением и для семейных вечеров.

К такому обучению родители смогут подключить учителей, если они достаточно активны, потому что учителя сейчас сильно перегружены переходом на дистанционное обучение. Какие-то новые дополнительные идеи могут воспринять плохо. Важно сперва обсудить, зачем это нужно делать, мотивировать учителя и рассказать, чем такие челленджи могут быть полезны, как они соотносятся с школьной программой.

Чтобы организовать челленджи экспериментов дома:

  1. Найдите такие карточки на русском языке. Если не сможете перевести сами, попробуйте договориться с учителем английского языка. Для начала можно воспользоваться нашим переводом карточек Dyson.
  2. Подготовьте видео и текстовые инструкции со списками материалов, которые понадобятся.
  3. Придумайте, как объяснить это детям.
  4. Подумайте через какие сервисы организовать онлайн-обучение: где будут звонки и чат для общения, как дети будут делиться результатами. Можно объединиться с другими родителями, чтобы вовлечь несколько детей или весь класс.

Гонки машинок из воздушных шаров

Сделайте машинки из воздушных шаров, бумажного стаканчика и подручных средств. Воздух, выходящий из шарика, сдвинет машинку с места, демонстрируя третий закон Ньютона: если тело А толкает тело B, то тело B толкнет тело A обратно с такой же силой. Сделайте несколько таких автомобилей с ребенком, чтобы устроить гонки и усвоить законы механики.

Посмотрите, как инженеры Dyson создают автомобили на воздушных шарах и соревнуются в гонке

Материалы

  • воздушный шар;
  • бумажный или пластиковый стаканчик;
  • две пластиковые трубочки для напитков;
  • четыре катушки от ниток или пластиковые крышки от бутылок;
  • четыре канцелярские резинки;
  • ножницы;
  • карандаш.

Если у вас нет таких катушек, возьмите крышки от пластиковых бутылок. Проделайте в них отверстия, чтобы надеть на трубочки

Что делать

  1. Возьмите ножницы. Разрежьте бумажный стаканчик на две части вдоль корпуса. Это будет кузовом машинки.
  2. Сделайте четыре отверстия карандашом: два в верхней и два в нижней частях половины стаканчика.
  3. Вставьте две пластиковых трубочки в каждый набор отверстий.
  4. Наденьте на каждый конец трубочек катушки от ниток. Катушки будут колесами машинки.
  5. Завяжите резинку на конце каждой трубочки, чтобы катушки не слетали.
  6. Сделайте отверстие в нижней части стаканчика и проденьте через него конец воздушного шарика. Сам шарик оставьте внутри стаканчика. Убедитесь, что через отверстие сможет выйти достаточно воздуха. Если воздух не будет выходить, машинка не поедет.
  7. Надуйте воздушный шар. Зажмите шарик, чтобы из него не выходил воздух.
  8. Поставьте машинку на твердую ровную поверхность. Отпустите шарик, чтобы запустить машинку.

Мосты из спагетти

Постройте отдельно стоящий мост из спагетти, который выдержит упаковку сахара весом 200 гр. Такой мост демонстрирует две важнейшие физические силы: натяжение и упругость. Если одна из них будет слишком большой, спагетти сломаются или прогнутся.

Чтобы мост выдержал, подумайте, как лучше распределить нагрузку веса. Посмотрите, как это сделали инженеры Dyson

Материалы

  • несколько упаковок спагетти;
  • маленькие канцелярские резинки;
  • бечевка или другая тонкая веревка;
  • упаковка сахара или вес в 200 гр.

После простого крепкого моста попробуйте воссоздать известные мосты мира. Например, Бруклинский или мост «Золотые ворота»

Что делать

  1. Подумайте, как соединить несколько спагетти вместе, чтобы собрать прочную конструкцию. Разные формы и соединения выдерживают разную нагрузку, например, треугольные конструкции сильнее прямоугольных. 
  2. Закрепляйте удачные соединения канцелярскими резинками. Соберите мост и положите на него 200 гр веса, чтобы проверить прочность конструкции. Если не получилось с первого раза, придумайте новый мост и попробуйте снова.

Гонка стеклянных шариков

Постройте коридор для спуска стеклянного шарика вокруг картонной коробки. Отрегулируйте скорость шарика так, чтобы спуск занимал ровно 60 секунд.

Чтобы контролировать скорость, учитывайте формулу потенциальной энергии: потенциальная энергия = масса X гравитация X высота. То есть, чем тяжелее ваш шарик и выше наклон коридора, тем больше потенциальная энергия и выше скорость. Чем меньше угол наклона коридора, тем дольше будет спускаться шарик.

Чтобы замедлить спуск шарика, экспериментируйте с поверхностью. Например, сделайте ее более грубой или липкой. Посмотрите, что придумали инженеры Dyson

Материалы

  • большая картонная коробка;
  • картонные полоски;
  • скотч;
  • стеклянный, глиняный или мраморный шарик;
  • ножницы.

Если у вас большой шарик, возьмите широкие полоски картона, чтобы он не выпадал из коридора

Что делать

  1. Подготовьте картонные полоски около 10 см в длину. Согните полоски на две части. Зафиксируйте их в V-образные стойки.
  2. Приклейте стойки скотчем к картонной коробке, выстраивая маршрут для вашего шарика. У вас получится коридор.
  3. Поместите шарик в верхнюю часть коридора. Посмотрите, сколько понадобится времени, чтобы шарик достиг низа.
  4. Улучшайте дизайн коридора пока спуск не займет ровно 60 секунд.

Картонный стул

Сделайте стул из картона, который выдержит ваш вес. В центре этой задачи — принципы дизайна и построения структуры, поэтому пользоваться скотчем, клеем и другими фиксирующими материалами нельзя.

Попробуйте сделать больше картонной мебели: кресло, столик или стеллаж

Материалы

  • очень много картона;
  • ножницы или канцелярский нож;
  • линейка или рулетка;
  • карандаши.

Подумайте, как лучше распределить нагрузку тела на стул и подберите подходящий тип соединения картона

Что делать

  1. Подумайте над структурой вашего стула. Нарисуйте эскизы изделия и разных соединений.
  2. Подумайте, как именно вы будете соединять части стула: переплетением, блоками, спиралью или придумаете свой способ.
  3. Сделайте первую модель картонного стула, посидите на нем.
  4. Если стул сломался, подумайте, какая конструкция подвела. Доработайте дизайн стула и попробуйте еще раз.

Самодельный перископ

Сделайте простой перископ из старой коробки из под обуви и двух зеркал, демонстрируя закон отражения света: угол падения равен углу отражения.

Перископ — это оптический прибор, который помогает видеть предметы, лежащие в другой плоскости. Моряки на подводных лодках наблюдают в перископы за поверхностью моря, когда подлодка находится на глубине. 

В перископ устанавливают два зеркала под углом в 45°. Свет попадает на верхнее зеркало, отражается на нижнее, а затем попадает к вам в глаза. Поэтому глядя в нижнее окно перископа, вы видите всё, что попадает в верхнее окно перископа.

Инженеры Dyson рассказывают, как работает перископ и какие еще изобретения можно придумать, используя закон отражения света

Материалы

  • обувная коробка;
  • два небольших зеркала;
  • карандаш;
  • ножницы;
  • скотч;
  • клей ПВА.

Что делать

  1. Снимите крышку с коробки из под обуви.
  2. Положите одно зеркало со одной стороны коробки, обведите его карандашом. Положите второе зеркало на противоположной стороне коробки и обведите его тоже.
  3. Вырежьте обведенные участки коробки, чтобы сделать дверцы из картона.
  4. Наклоните дверцы под углом в 45°.
  5. Приклейте к дверцам зеркала.
  6. Отрегулируйте зеркала так, чтобы увидеть нижнее зеркало в отражении верхнего и наоборот.
  7. Закрепите дверцы с зеркалами на месте с помощью клея ПВА.
  8. Приклейте крышку от коробки из под обуви обратно.

Картонный кораблик

Создайте картонный кораблик, который выдержит вес 200 грамм и не утонет. Этот эксперимент проверит ваши навыки изобретения и проектирования. Когда корабль находится в воде, он вытесняет объем воды, равный своему весу. До тех пор, пока плотность корабля будет меньше плотности воды — он не утонет.

Во время проектирования подумайте об устойчивости кораблика на воде. Придумайте такую форму корпуса корабля, которая позволит ему не утонуть

Материалы

  • картон;
  • влагостойкая бумага или фольга;
  • скотч или клей;
  • набор канцелярских резинок;
  • ножницы;
  • канцелярские ножи;
  • вес в 200 гр.

Что делать

  1. Спроектируйте основание вашего корабля, нарисуйте его на картоне и вырежьте.
  2. Подумайте об устойчивости корабля на воде. Нарисуйте и вырежьте стены из картона.
  3. Приклейте стены к основанию, чтобы получился полноценный корпус корабля.
  4. Оберните корпус влагостойкой бумагой или фольгой. Внимательно оберните углы и соединения, чтобы вода не могла проникнуть внутрь корабля.
  5. Положите внутрь вес 200 гр.
  6. Проверьте, насколько хорошо спроектирован ваш корабль. Установите его на воду с грузом. Если утонет, подумайте, что можно улучшить и сделайте новый.

Инженеры собрали инструкции в карточках для 44 разных экспериментов, которые можно провести дома с детьми. Все карточки на сайте Dyson.


Больше информации и новостей о трендах образования в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.

Interventional Medicine Academy — Удачные эксперименты над людьми

Опубликовано: 11 ноября 2016   •   Категория: Ересь   •   Просмотров: 857

Мы привыкли думать, что жестокие и бесчеловечные эксперименты над людьми проводились только психопатами-преступниками. К сожалению, правда гораздо страшнее — такие эксперименты стали основой современной медицины. И авторы наиболее удачных медицинских экспериментов стали классиками и Нобелевскими лауреатами. Вот некоторые из них…

Вернер Теодор Отто Форсман был немецким хирургом-интерном. В 1929 году, доказывая, что это лучший способ введения лекарств и мониторинга, под местной анестезией он ввел себе в вену на руке катетер длиной 60 см и вошел в сердечную мышцу. Медленно катетер продвигался по вене, экспериментатор мог умереть в любую секунду в результате неправильных действий. Затем ему сделали рентген, чтобы доказать, что катетер в сердце. Но Вернеру Форсману повезло, и благодаря этому эксперименту появилась возможность использования катетеров во время кардиологических операций. Главврач был против этого эксперимента, медицинская общественность негативно отнеслась к его результатам, но со временем отношение к этому методу изменилось и в 1956 году Вернер Форсман получил Нобелевскую премию.

 

Многие годы считалось, что язва желудка появляется в результате стрессов. Бэрри Маршал, австралийский доктор, не верил в это утверждение и решил выяснить реальную причину. В начале 1980-х годов Маршал стал сотрудничать с Робином Уорреном, который считал, что язву вызывают бактерии. Идеи ученых не принимали специалисты в гастроэнтерологии. Так как доктора не могли экспериментировать на людях, то решили заразить себя бактериями. Через несколько дней у Маршала проявились симптомы язвы, что и стало экспериментальным подтверждением их теории.

Бэрри Маршал и Робин Уоррен

Эксперимент, который не сработал

Знания — важная тема. Невежество больше. И это еще интереснее. —Стюарт Файрстайн, Невежество: как оно движет наукой

Когда-нибудь пробовали. Когда-либо не удавалось. Не важно. Попробуй еще раз. Опять провал. Лучше потерпеть неудачу. —Сэмюэл Беккет в книге «Неудача: почему наука так успешна»

В первую неделю в лаборатории мой босс выложил книгу с жирным названием « Невежество: как оно движет наукой» .И теперь, когда я заканчиваю писать диссертацию, она дала мне продолжение, Неудача: почему наука так успешна . Она сверхъестественный оптимист, она дарила эти книги не из-за пессимизма или кричащей пассивной агрессии. Скорее, она считала, что они содержат важные уроки. Уроки, которые идеально подходят для моей докторской степени. карьера.

Мое время в лаборатории началось с невежества — не с наивными глазами первокурсников, а с строгим брендом, который принимает открытый вопрос.Великая загадка современной биологии состоит в том, как большое разнообразие жизни происходит из четырех букв — A, C, G и T — расположенных почти бесконечным массивом, составляя молекулу жизненного чертежа: ДНК. Теперь представьте, что каждая клетка вашего тела содержит точно такой же набор ДНК. Однако клетка сердца выглядит и действует совершенно иначе, чем клетка мозга, которая выглядит и действует совершенно иначе, чем клетка кожи. Так как же клетка сердца, клетка мозга и клетка кожи пришли к таким разным биологическим судьбам, если им был дан один и тот же набор молекулярных чертежей?

Чтобы развернуть указания плана, инструкции должны быть сначала транскрибированы в промежуточную молекулу — РНК, — которая затем доставляет их в клеточный аппарат для выполнения.Таким образом, понимание динамики РНК на переднем крае клеточной активности может помочь нам понять, как разнообразие возникает из одного и того же плана ДНК.

РНК

аналогичным образом состоит из четырехбуквенного алфавита: A, C, G и U. Этот алфавит может быть расширен библиотекой из более чем 100 химических настроек для точной настройки функции РНК — маленькая буква M добавляется к букве A или химическое S на U. Из этих алфавитных украшений одно выделяется как наиболее распространенное: тонкое структурное изменение генетической буквы U на псевдо-U или псевдоуридин (Ψ).Здесь играет роль невежество.

Хотя Ψ был впервые обнаружен в 1950-х годах, сегодня мы мало что знаем о его точной биологической функции, за исключением того, что без клетки умирают. Однако у нас есть некоторые подсказки, которые особенно заинтересовали меня. Введение Ψs в набор инструкций, которые диктуют, как создается белок, изменило способ интерпретации этих инструкций клеткой. Ψ неожиданно перекодировала сообщение РНК, выходящее за рамки мандатов генетического кода — код, который в 1960-х считался полностью взломанным.

Итак, в Ψ я нашел кандидата на то, как разнообразие возникает из жестко закодированных инструкций ДНК. Но это исследование было предпринято в искусственной системе, которая оставила открытым вопрос: где же Ψ, естественно, лежит? Понимая , где s, мы могли бы начать раскрывать , что именно они делают, чтобы повлиять на поведение клеток. Когда я подошел к этому вопросу, у нас все еще не было методов для картирования Ψ, кроме нескольких разновидностей РНК. Итак, с мощью технологий секвенирования следующего поколения, которые впервые появились для картирования генома человека, я пошел на-охоту.

Тем временем очарование вошло в дух времени, призывая исследователей со всего мира предпринять тот же поиск по-диаграммам. Я был поражен, когда четыре метода — три из которых были выпущены один за другим — были опубликованы, обнаруживая пятно во множестве РНК. Я решил извлечь максимум из четырехкратного выигрыша и сравнил карты каждой группы, отчасти из любопытства, но в основном потому, что меня попросили рассмотреть техники как объективную пятую сторону.Все четыре метода основаны на одном принципе, поэтому их результаты должны хорошо совпадать. Но они этого не сделали. И вот тут наступает провал.

Из сотен и тысяч сайтов, каталогизированных каждым методом, ими была обнаружена лишь небольшая часть сайтов. Результат меня искренне удивил. Поэтому я присел на корточки и обдумал множество технических и биологических предостережений, которые не были подробно описаны в оригинальных публикациях. Затем я попытался применить один из этих методов для картирования Ψ в африканских трипаносомах, одноклеточных паразитах, вызывающих африканскую сонную болезнь.Но, как я ни старался, мне не удавалось заставить этот метод работать. Итак, еще одна неудача.

Неудача — естественный продукт риска, и нет ничего более рискованного, чем погоня за невежеством — задавать большие смелые вопросы, исследующие неизвестное. Но в то время как научная практика пронизана неудачами — от банальных неудач повседневной жизни на скамейке запасных до героических неудач, меняющих парадигму, о которых говорится в книге под названием Failure , — многим ученым эта идея не нравится.Публикуем наши нововведения, истории о том, как наше незнание привело к успеху. Там, где преобладает мантра «публикуй или погибни», эти истории необходимы для того, чтобы заявить о себе и получить грантовые деньги. Таким образом, у нас мало стимулов для того, чтобы копировать работу других или сообщать о неудачных экспериментах. Фактически, едва ли есть средство для публикации такого рода усилий, которые отнесены к нижней части ящика файлов.

Но научный метод основан на самокоррекции, которая требует прозрачного сообщения положительных (или отрицательных) данных и подтверждения (или противоречия) предыдущих экспериментов.И поэтому я хотел поделиться своей работой, открыть ее для комментариев, превратить свою неудачу в нечто продуктивное. Если бы я не мог заставить эти Ψ методы картирования работать в моих руках, это проблема, которой стоит поделиться, потому что, скорее всего, я не одинок. Вот как мы избегаем погони за ложными сведениями, как мы улучшаем нашу практику, как мы продвигаем науку вперед. Эти принципы лежат в основе движения «открытая наука», которое я принял, решив поделиться неудавшимися плодами моей докторской работы.

Конечно, открытую науку легче сказать, чем сделать.Возрастающая конкурентоспособность некоторых научных областей препятствует прозрачности и сотрудничеству. Существует также ценностное суждение, связанное с разделением экспериментальных неудач — уязвимость, из-за которой ваши коллеги будут рассматривать ваши усилия как неаккуратные, а не как серьезные и честные. Таким образом, распространение отрицательных или неподтвержденных данных связано с дополнительным бременем доказательства.

Тем не менее, политические реформы и сторонники открытой науки работают над стимулированием практики, способствующей открытому сотрудничеству.Программное обеспечение с открытым исходным кодом, такое как Open Science Framework, теперь существует для совместного использования данных и рабочих процессов обработки данных. Рецензируемые публикации, такие как F1000Research , теперь принимают отрицательные или не подтверждающие данные того типа, который я создал во время своей диссертации. Серверы препринтов, которые позволяют напрямую загружать полные рукописи без формального рецензирования (но открыты для комментариев) и давно поддерживаются физическим сообществом, теперь набирают обороты в науках о жизни благодаря работе таких групп, как ASAPbio.

Прошел год с тех пор, как я защитил диссертацию, и я принял участие в открытом научном конкурсе в качестве научного сотрудника AAAS по политике в области науки и технологий. Моя повседневная работа — думать о том, как мы можем продвинуть науку к культуре обмена. Хотя я не раскрыл никаких загадок в мире биологии РНК, я понял, что наука должна лучше терпеть неудачи. Потому что в науке вещи часто идут не так, как мы думаем, и мы остаемся с нашим невежеством. Но нарративы, которые мы формируем вокруг неудач — прозрачно, открыто и вместе, — могут быть столь же ценными, как и те, которые мы формируем вокруг успеха.

8 шагов к более успешным экспериментам

Одним из важнейших навыков, необходимых любому ученому, является способность последовательно разрабатывать и проводить успешные эксперименты. Также очень важно, чтобы любые эксперименты можно было повторить. Конечно, существует множество переменных, которые могут привести к провалу эксперимента, но есть несколько основных шагов, которые, если их выполнять регулярно, могут каждый раз увеличивать ваши шансы на успех. После многих неудачных и успешных попыток экспериментов вот мой рецепт экспериментального успеха.

8 шагов для успешных экспериментов

1. Определите свою цель

Почему вы проводите эксперимент и каковы ожидаемые результаты? Хороший эксперимент скажет вам что-то , , даже если вы получите отрицательные данные. Обязательно включите все необходимые элементы управления! Вся эта информация должна быть занесена в вашу хорошо организованную и обновляемую лабораторную книгу.

2. Найдите лучший метод для проведения успешных экспериментов

При таком большом количестве протоколов попытка сузить круг до одного может оказаться непосильной задачей.После учета стоимости реагентов, если кто-то из ваших знакомых уже проводил эксперимент раньше и насколько широко использовалась эта техника, в конце концов, вам просто нужно выбрать один и следовать ему! Ознакомьтесь с этой статьей о совместном использовании протоколов в Интернете.

3. Запишите протокол

Этот шаг поможет вам определить все реагенты, которые вам понадобятся для вашего эксперимента, и поможет измерить время, которое вам понадобится для выполнения процедуры. Кроме того, гораздо проще следовать протоколу, который написали вы сами, чем протоколу, написанному кем-то другим.Сказав это, действительно используйте коллег, которые уже проводили эксперимент раньше; они, вероятно, дадут несколько полезных советов и указателей.

4. Заблаговременно получите все необходимые реагенты и убедитесь, что они в хорошем состоянии

Вы не хотите быть в середине эксперимента, когда у вас внезапно закончился реагент X. Убедитесь, что у вас все подготовлено заранее, и, как и в кулинарии, лучше всего свежее. Не рискуйте со старыми или просроченными реагентами. Вы даже можете составить график инвентаризации со своими коллегами по лаборатории, чтобы у вас никогда не закончился важный реагент.См. Наше удобное руководство по распространенным реагентам здесь.

Перед каждым экспериментом вам также необходимо убедиться, что ваше оборудование чистое и находится в хорошем рабочем состоянии; Немного грязи в вашем аппарате может сразу сбросить шансы на успешные эксперименты!

5. Подготовьте временную шкалу

Постарайтесь реалистично оценить, сколько времени займет каждая процедура, и, если вы не уверены, удвойте время, которое, по вашему мнению, займет. Не пытайтесь втиснуть слишком много в один день — вы с большей вероятностью сделаете ошибку, когда будете торопиться.Когда вы проводите эксперимент, убедитесь, что вы полностью сосредоточились на нем. Почему бы не посмотреть наш подкаст о том, почему многозадачность на самом деле не повышает вашу эффективность.

6. Проведите эксперимент

Подготовьте все заранее и начните РАНЬШЕ. Убедитесь, что вы забронировали необходимое оборудование заранее, и избегайте прерываний. Протокол, который вы написали на шаге 3, должен значительно упростить этот шаг! Если в эксперименте участвует несколько человек, убедитесь, что каждый заранее знает свою роль.

7. Записывать все

Запишите любые отклонения от протокола и любые трудности, с которыми вы столкнулись при проведении эксперимента. Это поможет вам лучше понять данные и при необходимости устранить неполадки в эксперименте. Вы также хотите, чтобы кто-то другой мог воспроизвести ваши процедуры, поэтому убедитесь, что вы включили всю информацию.

8. Анализируйте результаты

Надеюсь, эксперимент прошел так, как вы ожидали, и полученные данные позволят вам перейти к следующему этапу проекта.Если нет, то это еще не конец света! Вернитесь к своим заметкам и выясните, где эксперимент мог сорваться. Поговорите с людьми, которые имеют опыт работы с этой техникой, чтобы помочь вам в устранении неполадок, и не бойтесь спрашивать совета! Если бы все всегда работало с первого раза, они бы не называли это «исследованием».

Есть какие-нибудь советы по успешным экспериментам, которыми вы хотели бы поделиться?

Первоначально опубликовано 17 августа 2011 г. Проверено и обновлено в феврале 2021 г.

Вам это помогло? Тогда поделитесь, пожалуйста, со своей сетью.

полезных советов для успеха научного эксперимента

Домашняя страница> Темы домашнего обучения> Полезные советы для успеха научного эксперимента

Полезные советы для успеха научного эксперимента

Большинству детей нравится практический аспект планирования научного эксперимента.Чтобы создать успешный научный эксперимент, дающий достоверные результаты, важно следовать процессу, известному как научный метод .

Шаг 1: Определите проблему или вопрос

Чтобы определить фокус эксперимента, определите проблему, которую необходимо решить, или вопрос, на который нужно ответить экспериментально. Вот как ученые работают над решением проблем, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Поощряйте ребенка исследовать свое окружение, чтобы найти проблему, которую нужно решить.Для ребенка вопрос может быть неформальным и может быть таким же простым, как попытка определить, почему комнатное растение не растет.

Вопрос: Почему наш филодендрон не растет?

Шаг 2: Сформируйте гипотезу

Попросите ребенка определить гипотезу, чтобы решить, как продолжить эксперимент и решить проблему. Гипотеза — это обоснованное предположение о том, как что-то происходит или работает. В гипотезе делается формальный прогноз как возможный ответ на проблему или вопрос.В большинстве случаев гипотеза записывается как «Если _____, то ______». утверждение. Гипотеза должна быть проверяемой, объясняя, что делать в рамках эксперимента, чтобы исследовать проблему, и заявляя, что произойдет в результате эксперимента.

Например, если ваш ребенок заметил, что листья растения желтые, а не зеленые, кажется, что на нем нет нового роста, а почва, в которой оно выращивается, кажется довольно влажной, он может определить, что растение получает слишком много воды.Гипотезу можно было бы записать следующим образом.

Гипотеза: Если филодендрон поливать только один раз в неделю, рост растений увеличится.

Шаг 3: Проведите эксперимент

Чтобы проверить правильность гипотезы, проведите эксперимент. В каждом эксперименте есть переменные или элементы, которые контролируются и не контролируются. При работе с детьми над изучением научного метода лучше всего ограничить количество контролируемых переменных.Управляемая переменная — это просто часть эксперимента, которым можно управлять. Неконтролируемая переменная — это часть эксперимента, который ваш ребенок пытается измерить.

При проверке гипотезы посоветуйте ребенку организовать эксперимент следующим образом: посадите три филодендрона в один и тот же контейнер с одинаковым типом и количеством почвы. Сгруппируйте растения вместе, чтобы гарантировать, что каждое из них получит одинаковое количество кислорода и солнечного света.Единственное различие в уходе — это частота, с которой каждое растение получает воду. Одно растение поливают раз в день, другое — через день, а третье — раз в неделю. Это изменение представляет собой частоту полива и является регулируемой переменной в эксперименте. При каждом поливе растения получают одинаковое количество воды. Таким образом, контролируемые переменные включают тип растения, среду, в которой живут растения, и способ полива растений.Неконтролируемая переменная, иногда известная как отвечающая переменная , будет зависеть от того, насколько будет расти каждый филодендрон.

Ошибка, которую допускают многие семьи при разработке научного эксперимента, состоит в том, что они включают слишком много переменных. Ограничение переменных приведет к более надежному эксперименту, в котором результаты могут быть воспроизведены. Для этого эксперимента, например, результаты были бы запутанными, если бы в эксперимент было внесено несколько типов почвы, количество получаемой воды варьировалось при каждом поливе или количество солнечного света было ограничено для некоторых растений.Каждая из этих переменных может повлиять на результат эксперимента, и эту гипотезу невозможно будет доказать. Было бы невозможно определить, привел ли полив филодендрона один раз в неделю к усилению роста, или этот рост был результатом одной из других переменных, введенных в эксперимент.

Если этот эксперимент предназначен для участия в научной ярмарке, именно на этом этапе научного процесса ваш ребенок должен делать конкретные записи, подробно описывая все материалы, используемые в рамках эксперимента, и шаги, предпринятые при настройке и проведении эксперимент.Эта информация имеет решающее значение для того, чтобы кто-то другой мог повторить эксперимент.

Шаг 4: Сбор и анализ результатов

В ходе эксперимента важно собирать данные, которые отслеживают ход эксперимента. В этом примере эксперимента данные, которые будут отслеживаться, будут включать даты и количество воды, подаваемой каждому растению. Было бы важно измерять растения через равные промежутки времени и регистрировать любой рост, обязательно измеряя каждое растение в один и тот же день в одно и то же время.Следует учитывать общее состояние здоровья растения, например цвет листьев, количество листьев и т. Д.

Записи и наблюдения, сделанные во время эксперимента, должны быть организованы таким образом, чтобы информация была удобна для понимания и интерпретации другим человеком. В идеале данные должны быть записаны в виде диаграмм и графиков. Также может быть полезно задокументировать ход эксперимента с помощью фотографий.

После завершения эксперимента и организации данных пора оценить результаты.Подумайте о гипотезе, сформулированной в отношении данных. Если эксперимент был проведен правильно, должна быть возможность подтвердить или опровергнуть гипотезу.

Шаг 5: Заключение

При работе с научным методом после завершения эксперимента и анализа данных ваш ребенок должен выработать утверждение, называемое выводом , которое принимает или отвергает гипотезу. Ученый может провести эксперимент много раз, прежде чем сделать вывод.У студента может не быть возможности сделать это. Заключение будет основано на результатах эксперимента. В заключение необходимо указать, была ли гипотеза верной на основании данных, собранных в ходе эксперимента. Ваш ребенок также может включить рекомендации для дальнейшего изучения и способы улучшения эксперимента в будущем.

Для данного эксперимента изучение роста каждого филодендрона с течением времени позволит определить, увеличивает ли рост этот тип растений, если полив этого типа один раз в неделю.Если это так, ваш ребенок успешно доказал свою гипотезу. Если нет, то этот факт необходимо указать вместе с предложениями о том, как этот вопрос об увеличении роста филодендронов может быть исследован в будущем.

Шаг 6: Сообщите результаты

Для студентов, готовящих эксперимент к научной ярмарке, организаторы ярмарки составят инструкции для презентаций и дисплеев. Дети, работающие дома, получат возможность представить свои выводы семье и друзьям в качестве кульминационного мероприятия.

10 лучших научных экспериментов всех времен

Каждый день мы проводим научные эксперименты, ставя «если» и «тогда» и наблюдая за тем, что взбудоражило. Может быть, мы просто ехали по дороге домой немного по другому маршруту или нагревали буррито еще на несколько секунд в микроволновой печи. Или это может быть попытка еще одного варианта этого гена или вопрос, какой тип кода лучше всего подходит для данной проблемы. В конечном счете, этот стремительный, вопрошающий дух лежит в основе нашей способности вообще что-либо открывать.Готовность к экспериментам помогла нам глубже погрузиться в природу реальности посредством занятия, которое мы называем наукой.

Отобранная партия этих научных экспериментов выдержала испытание временем, продемонстрировав наш вид во всей его пытливой и умной красоте. Элегантные или грубые, и часто с оттенком интуитивной прозорливости, эти необычные усилия привели к пониманию, которое изменило наш взгляд на себя или на Вселенную.

Вот девять таких успешных попыток — плюс блестящий провал — которые можно было бы назвать лучшими научными экспериментами всех времен.

Эратосфен измеряет мир

Результат эксперимента: первое зарегистрированное измерение окружности Земли

Когда: конец третьего века до нашей эры.

Насколько велик наш мир? Из множества ответов древних культур поразительно точное значение, вычисленное Эратосфеном, звучало на протяжении веков. Родился около 276 г. до н. Э. в Кирене, греческом поселении на побережье современной Ливии, Эратосфен стал ненасытным ученым — черта, которая принесла ему как критиков, так и поклонников.Ненавистники прозвали его Бета по второй букве греческого алфавита. Профессор физики Университета Пьюджет-Саунд Джеймс Эванс объясняет ожог в классическом стиле: «Эратосфен так часто переходил с одной области на другую, что его современники считали его вторым лучшим в каждой из них». Те, кто вместо этого прославлял разносторонне развитого Эратосфена, окрестили его Пентатлосом после пяти соревнований по легкой атлетике.

Эта умственная ловкость позволила ученому работать главным библиотекарем в знаменитой библиотеке в Александрии, Египет.Именно там он провел свой знаменитый эксперимент. Он слышал о колодце в Сиене, городе на реке Нил на юге (современный Асуан), где полуденное солнце светило прямо, не отбрасывая тени, в день летнего солнцестояния в Северном полушарии. Заинтригованный, Эратосфен измерил тень, отбрасываемую вертикальной палкой в ​​Александрии в тот же день и время. Он определил, что угол падения солнечного света составляет 7,2 градуса, или 1/50 окружности 360 градусов.

Зная — как и многие образованные греки — Земля была сферической, Эратосфен понял, что, зная расстояние между двумя городами, он мог бы умножить это число на 50 и измерить кривизну Земли и, следовательно, ее общую окружность.Получив эту информацию, Эратосфен вывел длину окружности Земли как 250 000 стадиев — эллинистическую единицу длины, равную примерно 600 футам. Размах составляет около 28 500 миль, что находится в пределах приблизительной правильной цифры 24 900 миль.

Мотивом Эратосфена для определения правильного размера Земли была его страсть к географии, области, название которой он придумал. Соответственно, современность дала ему еще одно прозвище: отец географии. Неплохо для парня, которого когда-то считали второсортным.

Уильям Харви пульсирует природой

Результат эксперимента: открытие кровообращения

Когда: Теория опубликована в 1628 году

Мальчик, Гален ошибался.

Греческий врач и философ предложил модель кровотока во втором веке, которая, несмотря на то, что в ней было много громад, преобладала почти 1500 лет. Среди его заявлений: печень постоянно производит новую кровь из пищи, которую мы едим; кровь течет по телу двумя отдельными потоками, один из которых наполнен (через легкие) «жизненными духами» из воздуха; и кровь, которую впитывают ткани, никогда не возвращается в сердце.

Чтобы опровергнуть эту догму, потребовалась серия зачастую ужасных экспериментов.

Уильям Харви родился в Англии в 1578 году и стал королевским врачом короля Якова I, что дало ему время и средства для занятия его величайшим интересом: анатомией. Сначала он разрушил (буквально, в некоторых случаях) модель Галена путем обескровливания — иссушения крови — тестируемых тварей, включая овец и свиней. Харви понял, что, если Гален был прав, невероятный объем крови, превышающий размеры животных, должен был бы перекачиваться через сердце каждый час.

Чтобы понять это, Харви публично разрезал живых животных, демонстрируя их скудные запасы крови. Он также ограничил приток крови к открытому сердцу змеи, ущипнув пальцем главную вену. Сердце сжалось и побледнело; при прокалывании потекло немного крови. Напротив, при перекрытии главной выходящей артерии сердце увеличивалось. Изучая медленное сердцебиение рептилий и животных на грани смерти, он обнаружил сокращения сердца и пришел к выводу, что оно качает кровь по телу по цепи.

По словам Эндрю Грегори, профессора истории и философии науки в Университетском колледже Лондона, это был нелегкий вывод со стороны Харви. «Если вы посмотрите на сердце, которое обычно бьется в нормальном окружении, очень трудно понять, что происходит на самом деле», — говорит он.

Эксперименты с добровольными людьми, которые включали временную блокировку кровотока в конечностях и из конечностей, еще больше подтвердили революционную концепцию кровообращения Харви. Он опубликовал полную теорию в книге 1628 года De Motu Cordis [Движение сердца].Его научно-обоснованный подход изменил медицинскую науку, и сегодня он признан отцом современной медицины и физиологии.

Грегор Мендель занимается генетикой

Результат эксперимента: фундаментальные правила генетической наследственности

Когда: 1855-1863

Ребенок в разной степени похож на родителя, будь то мимолетное сходство или полномасштабное мини-я . Почему?

Глубокая тайна наследования физических черт начала разгадываться полтора века назад благодаря Грегору Менделю.Мендель родился в 1822 году на территории современной Чешской Республики. Он проявил склонность к физическим наукам, хотя у его фермерской семьи было мало денег на формальное образование. По совету профессора он присоединился к ордену августинцев, монашеской группе, которая делала упор на исследования и обучение, в 1843 году.

Укрывшись в монастыре в Брно, застенчивый Грегор быстро начал проводить время в саду. Фуксии особенно привлекли его внимание, их изысканность намекала на скрытый грандиозный дизайн.«Фуксии, вероятно, дали ему идею для знаменитых экспериментов», — говорит Сандер Глибофф, изучающий историю биологии в Университете Индианы в Блумингтоне. «Он скрещивал разные сорта, пытался получить новые цвета или сочетания цветов, и он получил повторяемые результаты, которые предполагали действие некоего закона наследственности».

Эти законы стали ясны с его выращиванием гороха. Используя кисти, Мендель переносил пыльцу от одного к другому, точно сочетая тысячи растений с определенными признаками в течение примерно семи лет.Он тщательно задокументировал, как сочетание желтого и зеленого горошка, например, всегда давало желтое растение. Тем не менее, скрещивание этих желтых потомков дало поколение, в котором четверть гороха снова засветилась зеленым. Подобные соотношения привели к тому, что Мендель ввел в употребление термины доминантный (в данном случае желтый цвет) и рецессивный для того, что мы теперь называем генами, и которые Мендель называл «факторами».

Он опередил свое время. В свое время его исследованиям уделялось мало внимания, но десятилетия спустя, когда другие ученые открыли и повторили эксперименты Менделя, они стали рассматриваться как прорыв.

«Гениальность экспериментов Менделя заключалась в том, что он формулировал простые гипотезы, которые очень хорошо объясняли некоторые вещи, вместо того, чтобы сразу решать все сложности наследственности», — говорит Глибофф. «Его талант заключался в том, чтобы собрать все это вместе в проект, который он действительно мог осуществить».

Isaac Newton Eyes Optics

Экспериментальный результат: Природа цвета и света

Когда: 1665-1666

До него Исаак Ньютон — выдающийся ученый и изобретатель законов движения, исчисления и всемирного тяготения (плюс Борец с преступностью в придачу) — старый добрый Исаак обнаружил, что у него есть время, чтобы убить.Чтобы избежать разрушительной вспышки чумы в своем студенческом городке Кембридже, Ньютон скрывался в доме своего детства в английской сельской местности. Там он повозился с призмой, которую подобрал на местной ярмарке — «детской игрушкой», по словам Патриции Фара, сотрудницы Клэр-колледжа в Кембридже.

Пусть солнечный свет проходит через призму и расплывается радуга, или спектр цветов. Во времена Ньютона преобладало мнение, что свет приобретает цвет из среды, через которую он проходит, как солнечный свет через витражи.Неуверенный в этом Ньютон провел эксперимент с призмой, который доказал, что цвет является неотъемлемым свойством самого света. Это революционное открытие положило начало оптике, фундаментальной для современной науки и техники.

Ньютон ловко провел тонкий эксперимент: он просверлил отверстие в оконной ставне, позволяя одному лучу солнечного света проходить через две призмы. Блокируя некоторые из полученных цветов от попадания во вторую призму, Ньютон показал, что разные цвета по-разному преломляются или изгибаются через призму.Затем он выделил цвет из первой призмы и пропустил его через вторую призму; когда цвет не изменился, оказалось, что призма не повлияла на цвет луча. Среда не имела значения. Цвет каким-то образом был связан с самим светом.

Отчасти из-за специальной, самодельной природы экспериментальной установки Ньютона, а также его неполных описаний в основополагающей статье 1672 года, его современники поначалу изо всех сил пытались воспроизвести результаты. «Это действительно технически сложный эксперимент, — говорит Фара.«Но как только вы это увидите, это невероятно убедительно».

Создавая себе имя, Ньютон определенно проявил чутье к экспериментам, иногда углубляясь в разнообразие «я как субъект». Однажды он так долго смотрел на солнце, что чуть не ослеп. Во-вторых, он ввел длинную толстую иглу под веко, надавливая на заднюю часть глазного яблока, чтобы оценить, как это повлияло на его зрение. Хотя в его карьере было много промахов — набеги на оккультизм, увлечение библейской нумерологией — хиты Ньютона обеспечили ему прочную славу.

Майкельсон и Морли Уифф на эфире

Результат эксперимента: путь света

Когда: 1887

Скажите «привет!» а звуковые волны проходят через среду (воздух), чтобы достичь ушей вашего слушателя. Океанские волны тоже движутся через свою собственную среду: воду. Однако световые волны — это особый случай. В вакууме, когда удалены все среды, такие как воздух и вода, свет каким-то образом все же проникает отсюда туда. Как это может быть?

Ответом, согласно модной физике конца 19 века, была невидимая повсеместная среда, восхитительно названная «светоносным эфиром».Альберт Майкельсон и Эдвард Морли, работая вместе в том, что сейчас является университетом Кейс Вестерн Резерв в Огайо, решили доказать существование этого эфира. То, что последовало за этим, возможно, является самым известным неудачным экспериментом в истории.

Гипотеза ученых заключалась в следующем: Земля, вращаясь вокруг Солнца, постоянно бороздит эфир, порождая эфирный ветер. Когда световой луч движется в том же направлении, что и ветер, свет должен двигаться немного быстрее по сравнению с движением против ветра.

Чтобы измерить эффект, каким бы незначительным он ни был, у Майкельсона было именно то, что нужно. В начале 1880-х годов он изобрел интерферометр — прибор, который объединяет источники света для создания интерференционной картины, например, когда рябь на пруду смешивается. Интерферометр Майкельсона излучает свет через одностороннее зеркало. Свет разделяется на две части, и полученные лучи проходят под прямым углом друг к другу. Через некоторое время они отражаются в зеркалах обратно к центральной точке встречи.Если световые лучи прибывают в разное время из-за какого-то неравного смещения во время своих путешествий (скажем, из-за эфирного ветра), они создают характерную интерференционную картину.

Исследователи защитили свой тонкий интерферометр от вибраций, поместив его на твердую плиту из песчаника, плавая почти без трения в ванне с ртутью и изолировав ее в подвале здания университетского городка. Майкельсон и Морли медленно вращали пластину, ожидая увидеть интерференционные картины, когда световые лучи синхронизируются с направлением эфира.

Вместо этого ничего. Скорость света не менялась.

Ни один из исследователей полностью не осознал значение своего нулевого результата. Списав это на ошибку эксперимента, они перешли к другим проектам. (Очень плодотворно: в 1907 году Майкельсон стал первым американцем, получившим Нобелевскую премию за исследования с использованием оптических инструментов.) Но огромная вмятина, которую Майкельсон и Морли непреднамеренно пнули в теорию эфира, положила начало череде дальнейших экспериментов и теоретизирования, которые привели к Альберт Эйнштейн в 1905 году открыл новую парадигму света, специальную теорию относительности.

(Фото: Марк Мартурелло)

Работа Марии Кюри имеет значение

Результат эксперимента: определение радиоактивности

Когда: 1898

Немногие женщины представлены в анналах легендарных научных экспериментов, что отражает их историческое исключение из дисциплины. Мария Склодовская сломала этот шаблон.

Родилась в 1867 году в Варшаве. В 24 года она иммигрировала в Париж, чтобы получить возможность продолжить изучение математики и физики. Там она познакомилась и вышла замуж за физика Пьера Кюри, близкого интеллектуального партнера, который помог ее революционным идеям закрепиться в сфере, в которой доминируют мужчины.«Если бы не Пьер, Мари никогда не была бы принята научным сообществом», — говорит Мэрилин Б. Огилви, почетный профессор истории науки в Университете Оклахомы. «Тем не менее, основные гипотезы — те, которыми руководствовались дальнейшие исследования природы радиоактивности, — принадлежали ей».

Кюри работали вместе в основном из переоборудованного сарая в кампусе колледжа, где работал Пьер. В своей докторской диссертации в 1897 году Мари начала исследовать новомодный вид излучения, похожий на рентгеновские лучи, открытый всего годом ранее.С помощью прибора, называемого электрометром, построенного Пьером и его братом, Мари измерила загадочные лучи, испускаемые торием и ураном. Независимо от минералогического состава элементов (желтый кристалл или черный порошок в случае урана) интенсивность излучения зависела исключительно от количества присутствующего элемента.

Из этого наблюдения Мари пришла к выводу, что излучение не имеет ничего общего с молекулярным устройством вещества. Вместо этого радиоактивность — термин, который она ввела в употребление, — была врожденным свойством отдельных атомов, исходящим из их внутренней структуры.До этого момента ученые считали атомы элементарными неделимыми объектами. Мари приоткрыла дверь к пониманию материи на более фундаментальном, субатомном уровне.

Кюри была первой женщиной, получившей Нобелевскую премию в 1903 году, и одной из немногих избранных, получивших вторую Нобелевскую премию в 1911 году (за ее более поздние открытия элементов радия и полония).

«В своей жизни и работе, — говорит Огилви, — она ​​стала образцом для подражания для молодых женщин, которые хотели сделать карьеру в науке.»

(Фото: Марк Мартурелло)

Иван Павлов слюет от идеи

Результат эксперимента: открытие условных рефлексов

Когда: 1890-1900-е годы

Русский физиолог Иван Павлов получил Нобелевскую премию в 1904 году за свою работу с собаками, исследуя, как слюна и желудочный сок переваривают пищу. Хотя его научное наследие всегда будет связано с собачьими слюнями, это деятельность разума — собачьего, человеческого или любого другого — за что Павлов прославился и по сей день.

Измерение желудочного секрета не было пикником. Павлов и его ученики собирали жидкости, производимые пищеварительными органами собак, с помощью трубки, подвешенной ко рту некоторых собак для сбора слюны. Когда наступило время кормления, исследователи начали замечать, что собаки, испытавшие опыт в испытаниях, начинали пускать слюни в пробирки еще до того, как они даже попробовали кусочек. Как и многие другие функции организма, в то время образование слюны считалось рефлексом, бессознательным действием, происходящим только в присутствии пищи.Но собаки Павлова научились ассоциировать внешний вид экспериментатора с едой, что означает, что опыт собак обусловил их физические реакции.

«До работы Павлова рефлексы считались фиксированными или запрограммированными и неизменными, — говорит Кэтрин Рэнкин, профессор психологии Университета Британской Колумбии и президент Павловского общества. «Его работа показала, что они могут измениться в результате опыта».

Павлов и его команда затем научили собак ассоциировать еду с нейтральными раздражителями, такими как зуммер, метроном, вращающиеся объекты, черные квадраты, свист, вспышки лампы и электрошок.Однако Павлов никогда не звонил в колокольчик; Считаем, что ранний неправильный перевод русского слова, означающего «зуммер», является причиной этого прочного мифа.

Находки легли в основу концепции классической, или павловской, обусловленности. Он распространяется практически на любое изучение стимулов, даже если рефлексивные реакции не задействованы. «Павловское кондиционирование происходит с нами все время», — говорит У. Джеффри Уилсон из колледжа Альбион, сотрудник Павловского общества. «Наш мозг постоянно связывает то, что мы переживаем, вместе.Фактически, попытка «отсоединить» эти условные реакции — это стратегия, лежащая в основе современных методов лечения посттравматического стрессового расстройства, а также зависимости.

(Фото: Марк Мартурелло)

Роберт Милликен получает заряд

Результат эксперимента: точное значение заряда отдельного электрона

Когда: 1909

По большинству показателей Роберт Милликен преуспел. Он родился в 1868 году в небольшом городке в штате Иллинойс, затем получил степень в Оберлинском колледже и Колумбийском университете.Он изучал физику у европейских корифеев в Германии. Затем он поступил на физический факультет Чикагского университета и даже написал несколько успешных учебников.

Но его коллеги делали гораздо больше. Начало 20-го века было бурным временем для физики: всего за десять лет мир познакомился с квантовой физикой, специальной теорией относительности и электроном — первым доказательством того, что атомы имеют делимые части. К 1908 году Милликен достиг 40-летнего возраста без значительного открытия на его имя.

Электрон, тем не менее, дал возможность. Исследователи пытались выяснить, представляет ли частица фундаментальную единицу электрического заряда, одинаковую во всех случаях. Это было решающим фактором для дальнейшего развития физики элементарных частиц. Милликен решил, что терять нечего.

В своей лаборатории в Чикагском университете он начал работать с контейнерами с густым водяным паром, называемыми камерами облака, и варьировать силу электрического поля внутри них. Облака из капель воды образовались вокруг заряженных атомов и молекул, прежде чем опускаться под действием силы тяжести.Регулируя силу электрического поля, он мог замедлить или даже остановить падение одной капли, противодействуя гравитации с помощью электричества. Найдите точную силу, в которой они уравновешены, и — при условии, что это происходит постоянно — это покажет ценность заряда.

Когда оказалось, что вода испаряется слишком быстро, Милликен и его ученики — часто незамеченные герои науки — переключились на более долговечное вещество: масло, распыляемое в камеру с помощью распылителя духов в аптеке.

Все более изощренные эксперименты с каплями масла в конечном итоге показали, что электрон действительно представляет собой единицу заряда.Они оценили его значение с точностью до вискеров принятого в настоящее время заряда одного электрона (1,602 x 10-19 кулонов). Это был удачный ход как для физики элементарных частиц, так и для Милликена.

«Нет никаких сомнений в том, что это был блестящий эксперимент», — говорит физик Калифорнийского технологического института Дэвид Гудстейн. «Результат Милликена вне всяких разумных сомнений доказал, что электрон существует и квантован с определенным зарядом. Из этого вытекают все открытия физики элементарных частиц ».

Янг, Дэвиссон и Гермер видят, как частицы создают волну

Экспериментальный результат: волнообразная природа света и электронов

Когда: 1801 и 1927, соответственно

Свет: частица или волна? Долгое время борясь с этим кажущимся либо / или, многие физики остановились на частицах после того, как Исаак Ньютон совершил тур де силы через оптику.Но элементарная, но мощная демонстрация англичанина Томаса Янга разрушила эту условность.

Интересы Янга охватывали все, от египтологии (он помог расшифровать Розеттский камень) до медицины и оптики. Чтобы исследовать сущность света, Янг разработал эксперимент в 1801 году. Он вырезал две тонкие прорези в непрозрачном объекте, пропустил солнечный свет сквозь них и наблюдал, как лучи отбрасывают серию ярких и темных полос на экран за его пределами. Янг рассуждал, что этот узор возник из света, волнообразно распространяющегося наружу, как рябь по пруду, с гребнями и впадинами от разных световых волн, усиливающихся и подавляющих друг друга.

Хотя современные физики поначалу отвергли выводы Юнга, безудержное повторение этих так называемых экспериментов с двумя щелями показало, что частицы света действительно движутся как волны. «Эксперименты с двумя щелями стали настолько интересными, [потому что] их относительно легко проводить», — говорит Дэвид Кайзер, профессор физики и истории науки в Массачусетском технологическом институте. «В данном случае наблюдается необычно большое соотношение между относительной простотой и доступностью экспериментального плана и глубокой концептуальной значимостью результатов.

Более чем столетие спустя связанный эксперимент Клинтона Дэвиссона и Лестера Гермера показал всю глубину этого значения. В лаборатории, которая сейчас называется Nokia Bell Labs в Нью-Джерси, физики рикошетили электронные частицы от кристалла никеля. Рассеянные электроны взаимодействовали, создавая узор, возможный только в том случае, если частицы также действовали как волны. Последующие эксперименты с двумя щелями с электронами доказали, что каждая из частиц материи и волнообразной энергии (свет) может действовать как частицы и волны.Парадоксальная идея лежит в основе квантовой физики, которая в то время только начинала объяснять поведение материи на фундаментальном уровне.

«По сути, эти эксперименты показывают, что вещество мира, будь то излучение или кажущееся твердое вещество, обладает некоторыми невосприимчивыми, неизбежными волнообразными характеристиками», — говорит Кайзер. «Каким бы удивительным или парадоксальным это ни казалось, физики должны принимать во внимание эту существенную« волнистость »».

Роберт Пейн подчеркивает морскую звезду

Результат эксперимента: непропорциональное воздействие ключевых видов на экосистемы

Когда: впервые представлено в статье 1966 года

Боб Пейн бросил так же, как фиолетовую морскую звезду, которую он отколол от камней и бросил в Тихий океан. общепринятая мудрость прямо в окно.

К 1960-м годам экологи пришли к выводу, что среда обитания процветает в первую очередь за счет разнообразия. Обычная практика наблюдения за этими взаимодействующими паутинами больших и малых существ предполагает то же самое. Пейн придерживался другого подхода.

Любопытно, что произойдет, если он вмешается в окружающую среду, Пейн провел свои эксперименты по изгнанию морских звезд в приливных бассейнах вдоль и у изрезанного побережья штата Вашингтон. Оказалось, что удаление одного этого вида может дестабилизировать всю экосистему.Неконтролируемая добыча морских звезд стала одичалой — только для того, чтобы быть съеденной мародерствующими мидиями. Эти моллюски, в свою очередь, начали вытеснять блюдец и виды водорослей. Конечный результат: пищевая сеть в клочьях, остались только пруды с мидиями.

Пейн назвал морскую звезду краеугольным камнем после необходимого центрального камня, который фиксирует арку на месте. Разоблачительная концепция означала, что не все виды вносят равный вклад в данную экосистему. Открытие Пейна оказало большое влияние на сохранение, отменив практику строго сохранения отдельных видов ради него, а не стратегии управления, основанной на экосистеме.

«Его влияние было абсолютно преобразующим», — говорит Джейн Любченко из Орегонского государственного университета, морской эколог. Она и ее муж, профессор ОГУ Брюс Менге, познакомились 50 лет назад, будучи аспирантами в лаборатории Пейна в Вашингтонском университете. Любченко, администратор Национального управления океанической атмосферы с 2009 по 2013 год, на протяжении многих лет видел влияние концепции ключевых видов Пейна на политику, связанную с управлением рыболовством.

Любченко и Менге признают любознательность и упорство Пейна в том, что они изменили свою сферу деятельности.«То, что делало его таким харизматичным, было почти детским энтузиазмом к идеям», — говорит Менге. «Любопытство побудило его начать эксперимент, а затем он получил потрясающие результаты».

Пейн умер в 2016 году. Его более поздняя работа была направлена ​​на изучение глубоких последствий человека как гипер-ключевого вида, изменяющего глобальную экосистему посредством изменения климата и неконтролируемого хищничества.


Адам Хадхази живет в Нью-Джерси. Его работа также публиковалась в New Scientist и Popular Science, среди других публикаций.Изначально эта история была напечатана как «10 экспериментов, которые изменили все»

Почему без экспериментов не бывает инноваций

«Практически на любой вопрос можно быстро, недорого и окончательно ответить с помощью тестовой кампании. И это способ ответить на них, а не спорить за столом ».
Клод Хопкинс, «Научная реклама» (опубликовано в 1923 году)

Экспериментирование — важная часть инноваций, и некоторые утверждают, что нет инноваций без экспериментов.Если инновации и эксперименты так тесно связаны друг с другом, прежде чем мы начнем говорить об экспериментах, нам нужно понять, что такое инновации. Большое заблуждение состоит в том, что инновации связаны с новыми идеями: пока у нас есть идеи, все остальное будет решено волшебным образом. Мы связываем инновации с красочными плакатами и бесчисленным множеством мозговых штурмов. В то время как поиск новых идей является частью инноваций и процесса, это не настоящая проблема и не самая сложная часть инноваций.Понимание инноваций как «лучшей идеи» — это миф, и это не только слишком узкое и упрощенное понимание, но и вредное.

Бизнес-словарь определяет инновации как: «Процесс воплощения идеи или изобретения в товар или услугу, которые создают ценность». Акцент делается на процессе и создании ценности, а не на идеях или изобретениях, и именно здесь на сцену выходит экспериментирование. Очень редко когда у изобретателя-одиночки возникает момент, когда лампочка (еще один миф об инновациях) приводит к успешно реализованному решению.Чтобы воплотить идею или концепцию в реальность, во что-то значимое, есть тысячи переменных, которые вы не можете вычислить в одиночку или «с помощью споров вокруг стола». Экспериментирование — это основа получения новых знаний и идей. Итак, применительно к инновациям экспериментирование можно рассматривать как «поиск новой ценности» (Зевае М. Захир), путь к инновациям.

Существует бесчисленное множество подходов к эксперименту, то есть к изучению возможностей, выявлению возможностей, сбору отзывов, тестированию и оценке идей / решений, воплощению идей в решениях.Вы слышали о рандомизированных контролируемых испытаниях (РКИ)? Как насчет прототипирования? Минимальный жизнеспособный продукт (MVP)? Дизайн-мышление? Дизайн, ориентированный на человека? Неудивительно, что существует путаница в том, что мы на самом деле имеем в виду, когда говорим об инновациях или экспериментах. В 2017 году мы сделали стратегический шаг, включив слово экспериментирование в то, как мы описываем наш инновационный процесс. Это решение было принято, чтобы начать избавляться от инновационного жаргона, используемого в наших коммуникациях. Экспериментирование немного похоже на инновации, слово, которое может означать разные вещи для разных людей, и в худшем случае это просто пустое слово без значимого намерения.Однако само по себе экспериментирование не должно быть сложным, в чистом виде — это пробовать что-то в малом масштабе. Нам не нужно знать обширный словарь экспериментов, чтобы проверить свои идеи или экспериментировать. Мы можем потратить целую вечность на мозговой штурм хороших (или плохих) идей, но без их проверки это просто концепции без каких-либо доказательств того, что они будут работать. Итак, вопрос, который нужно задать, не в том, «что у вас за идея?» но «как вы пытались это проверить?»

Зачем нужны эксперименты?

Есть три (+1) основные причины, почему экспериментирование так важно.

1. Узнаем.

Экспериментирование — это обучение. Речь идет об ответах на ваши вопросы и проверке ваших предположений. Речь идет о сборе данных. Экспериментирование помогает нам принимать более обоснованные решения в отношении наших идей и проектов. Распространенная ошибка состоит в том, что люди берут свою идею и работают с ней, не проверяя предположения, лежащие в основе концепции. Мы думаем, что знаем, но довольно часто мы не знаем, мы просто предполагаем. Тем не менее, мы принимаем решения на основе того, как мы думаем, без проверки каких-либо наших предположений.Многие вещи могут казаться очевидными, но всегда полезно проверить их. Не стоит бояться экспериментов, поскольку они помогают нам собрать необходимую информацию и, таким образом, стать более уверенными. Экспериментирование помогает нам ориентироваться в избегаемой неопределенности, которая является частью любого инновационного процесса.

2. Мы терпим неудачу (в положительном смысле).

Неудачи — это часть нововведений, но нужно понимать, как один терпит неудачу и насколько велик ваш провал. Неудачи могут стоить времени и денег; большие сбои могут стоить много времени и денег.Итак, «ключ в том, чтобы потерпеть неудачу быстро и дешево, потратить немного, чтобы многому научиться» (Виджай Говиндаран, профессор Школы бизнеса Така). В этом вам помогут эксперименты. Пробуя что-то в небольшом масштабе и как можно раньше, вы испытываете временные мини-сбои, которые предоставляют вам много информации и, таким образом, помогают избежать серьезных сбоев, которые могут привести к катастрофическому провалу ваших (непроверенных) проектов.

3. Экономим деньги.

Проведение экспериментов не должно быть дорогостоящим, поскольку есть несколько способов проверить свои предположения и провести недорогие мелкомасштабные эксперименты.Еще один способ подумать о стоимости экспериментов — это выяснить, сколько стоит отсутствие экспериментов. Слишком часто проекты запускаются без особых испытаний. Без тестирования идей, продуктов или услуг у нас могут возникнуть большие (непроверенные) проекты, которые не будут реализованы. Каковы затраты на неудачные проекты? Было бы неправильно сказать, что экспериментирование не связано с затратами, а требует затрат. Даже небольшие эксперименты забирают ресурсы из чего-то другого. Однако в равной степени было бы неправильно думать, что бездействие или ожидание были бы безрисковыми.Это просто не так. В конце концов, бездействие — тоже решение, которое может стоить нам денег. Так что да, есть риск сделать, но есть и риск не делать.

4. У нас есть лучшие продукты и услуги.

Наши шансы предоставить отличные услуги увеличиваются, если мы действительно понимаем, в каких услугах люди нуждаются и хотят. Вместо того, чтобы гадать, что работает, а что не работает, мы можем вносить коррективы на основе реальных отзывов или даже отбрасывать идею, которая, как мы думали, будет хорошей, но наши пользователи, беженцы, не согласились.Вовлеченность пользователей приводит к более качественным услугам.

Планирование и эксперименты

Традиционный подход к проектным вмешательствам заключается в планировании, подготовке и исполнении. Это отличная методология, когда мы выполняем что-то, с чем мы знакомы, и работаем в знакомой нам среде. Это не означает, что не будет никаких рисков, но в таких ситуациях мы можем предположить, что если мы изучим достаточно, мы узнаем. Между риском и неопределенностью существует фундаментальная разница, как объяснил Марко Стейнберг: «риск — это вероятность, неопределенность — это отсутствие вероятности».Известные решения или среды имеют риски, которые можно рассчитать и управлять ими, но если мы действительно хотим сделать что-то новое, мы не знаем рисков. Мы даже не знаем того, чего не знаем.

Кроме того, часто среда, в которой мы работаем, становится все более сложной и неопределенной, проблемы, которые мы пытаемся решить, слишком сложны для линейного процесса, а готовые решения недоступны. Традиционного подхода «планирование-подготовка-выполнение» недостаточно, но нам нужны другие инструменты, чтобы справиться со сложностью и неопределенностью.Эксперименты приносят ощутимые доказательства на ранних этапах процесса, когда еще можно изменить направление без больших затрат. Следовательно, чем раньше мы начнем экспериментировать и собирать информацию, тем быстрее мы сможем снизить уровень неопределенности (см. Изображение «экспериментирование»).

Графики, вдохновленные «Справочником по инновациям в сфере услуг» Люси Кимбелл.

Как вы экспериментируете?

Все условия или контекст эксперимента индивидуальны, поэтому не обязательно существует универсальное руководство для экспериментов.Доступны инструменты, методы и протоколы, но все же может быть сложно вникнуть в мельчайшие детали экспериментов и начать работу. Однако мы определили несколько основных шагов, которые могут помочь нам в проведении экспериментов.

Основная идея проста: выполнить наименьший объем работы и получить наибольшее количество информации. Вот шесть шагов для начала:

  • 1) Определите свою цель. Любой эксперимент должен иметь четкую цель. Спросите себя, зачем вы проводите этот эксперимент? Хороший эксперимент кое-что вам скажет, даже если это что-то отрицательное.Если вы уже знаете результат, это не эксперимент, и если вы все равно не собираетесь вносить какие-либо изменения, то нет причин проводить эксперимент.
  • 2) Перечислите свои предположения. Четко определите разницу между тем, что вы знаете, и тем, что вы предполагаете. Спросите себя, что я знаю о своей идее или решении? Откуда я знаю? Что я предполагаю? Затем начните с перечисления предположений и / или вопросов, которые у вас есть по поводу вашей идеи или решения. Какие у вас есть предположения? В чем вы не уверены или не знаете? Перечислите их все.
  • 3) Определите наиболее важные предположения. У нас есть много предположений по поводу любой идеи или решения, но было бы сложно проверить их все сразу. Сосредоточьтесь на тестировании только самых важных. Например, вы можете взвесить каждое предположение по индивидуальной шкале, а затем расставить приоритеты для тех, которые вам нужно сделать правильно, иначе результат будет неудачным. Еще один полезный инструмент для определения приоритетов предположений — использование матрицы. Расставьте приоритеты в предположениях, которые не дадут вам уснуть по ночам!
  • 4) Разработайте и проведите свой эксперимент.Что бы вы ни делали, делайте это просто. Разработайте свой эксперимент так, чтобы вы могли начать завтра, и установите для него (не слишком долгие!) Временные рамки. Идея состоит в том, чтобы собрать как можно больше информации с минимальными усилиями. Забудьте об опросах и исследованиях рынка, проведите эксперимент с реальными людьми в реальных условиях. Люди — забавные существа: они могут говорить одно, а затем делать другое, поэтому лучший способ проверить свои предположения и выяснить это — не обязательно спросить, а попробовать и посмотреть, что работает.
  • 5) Соберите данные.Записывайте все: данные, которые вы собираете и записываете, помогут вам дальше.
  • 6) Просмотрите результаты и примите решение о дальнейших действиях. Оцените влияние эксперимента на его цели. Что ты узнал? Что нужно изменить? Измените свою идею / решение на основе того, что вы узнали. Вам нужно повторить эксперимент? Вам нужен новый эксперимент? Будете ли вы работать с этим решением или вам нужно больше данных? Решите, как вы собираетесь двигаться дальше.

Звучит просто? Ну и да, и нет.Проектирование и проведение небольших экспериментов и тестов не должно быть сложным. В простейшей форме это просто «пробовать что-то». Однако что усложняет ситуацию, так это то, что неопределенность является неизбежной частью процесса, а также возможностью потерпеть неудачу. Результаты непредсказуемы, и мы не хотим проигрывать, никто не хочет. Мы не знаем, что нас ждет, и, тем не менее, в экспериментах нас просят вмешаться и попробовать что-то, чего мы не знаем, каков будет результат. Мы должны иметь возможность сказать: «Я не знаю», даже если нам это неудобно.Нам нужно проявлять любопытство, чтобы постоянно подвергать сомнению и оспаривать наши собственные предположения, быть открытыми для риска и неудач и доверять процессу. Все это требует большого количества вопросов, и что делает это еще более трудным, так это то, что они выходят за рамки индивидуальных возможностей новатора к экспериментам. Это требует благоприятной среды для экспериментов, которая поддерживает обучение на ошибках и некоторый уровень риска.

Большинство организаций разделяют идею инноваций, но либо не понимают, либо не хотят понимать, что инноваций не может быть без мучительных экспериментов (в том числе неудачных).Самая большая ответственность лежит на лидерах и менеджерах за создание такого пространства, где люди чувствуют себя комфортно для экспериментов, безопасно рисковать и устранять лежачие полицейские на пути экспериментаторов. Создание во всей организации менталитета тестирования — это большой сдвиг в подходах: переход от «разрешено только полное совершенствование» к мышлению «я не знаю, но я узнаю (вот почему я провожу эксперимент)» победил непросто. Но это единственный выбор, который у нас есть, если мы хотим внедрять инновации.

Большая часть вдохновения и мыслей в этой статье пришла из предыдущих публикаций Nesta.Чтобы узнать больше об экспериментах, посетите:

Изначально это эссе было опубликовано в недавно выпущенном отчете «Служба инноваций УВКБ ООН: обзор за 2017 год». В этом отчете освещаются и демонстрируются некоторые инновационные подходы, применяемые организацией для решения сложных проблем беженцев и открытия новых возможностей. Вы можете просмотреть полный микросайт Year in Review здесь.

Научный прогресс построен на неудаче

Хорошая наука может потребовать прыжка в темноту — и этот прыжок может и не быть осуществлен, если мы слишком боимся потерпеть неудачу.Кредит: Getty

.

Когда я перешел от медицины к исследованиям, самым большим потрясением для меня стала неудача. Я провел годы, идя домой, к концу дня довольно довольный — клиника завершена, лечение назначено, пациенты проверены. Теперь я мог неделями работать и все же не видеть ощутимого успеха. Я занялся исследованиями, думая, что именно здесь будет достигнут реальный прогресс — где я могу что-то изменить. Но временами, глядя на самые свежие из длинных и отнимающих много времени неудачных экспериментов, я не был так уверен.

Неудачи — это то, с чем сталкиваются все ученые, но об этом трудно сказать, глядя на наши блестящие конференции, блестящие презентации и глянцевые журналы. Тем не менее, вся суть науки в том, что она является передовой. Комфортная наука — это оксюморон. Если мы хотим делать новые открытия, это означает прыжок в темноту — прыжок, который мы могли бы не предпринять, если слишком боимся потерпеть неудачу.

Когда я учился в докторантуре, мне посчастливилось оказаться в группе, где обсуждались неудачи и поощрялась устойчивость.Мой руководитель предлагал возможности, которые, как я часто чувствовал, были мне недоступны с самого начала моей докторской диссертации. Он посоветовал мне расширить свои границы, попробовать новые техники и не принимать легко «нет» в качестве ответа. Другие в моей группе рассказали, как они справлялись с неудачами — когда я разочаровался в эксперименте, постдок пригласил меня на кофе и сказал мне, что у нее был почти такой же опыт, но неудачный эксперимент в конечном итоге лег в основу эксперимента. бумага. Другой постдок настойчиво поощрял меня и работал со мной над сложным экспериментом, пока мы не добились его оптимизации.

В перспективе я вижу, что мои эксперименты не были неудачными. Я многому научился, в том числе о точности и важности чистой техники. Я научился разрабатывать альтернативные подходы — как составлять план Б. Самое главное, я научился настойчивости и стойкости перед лицом разочарования. Это навыки, на которые я сейчас полагаюсь как начинающий исследователь — попытаться снова подать заявку на грант, набраться смелости, чтобы связаться с потенциальным сотрудником, переформатировать мою отклоненную рукопись для другого журнала.

Наука высока. Все мы терпим неудачу и сталкиваемся с отказом гораздо чаще, чем добиваемся успеха. Осознание того, что я далеко не одинок в неудачах, открыло мне глаза. Я обнаружил, что теперь более открыто говорю с другими постдоками и исследователями, начинающими свою карьеру, о борьбе науки и о том, как часто справляться с отвержением. Это не значит, что я все еще не раздражаюсь, когда эксперимент не получается, как я надеялся, или что мне не нужно напоминать себе о правиле 24 часов (дать себе 24 часа, чтобы погрязнуть и прийти в себя, а затем двигаясь дальше), когда я принимаю отзывы о моем отклоненном гранте.Но открытость в отношении того факта, что мой грант был описан как «неудовлетворительный», снимает с него остроту, побуждает других открыто рассказывать о своих отказах (см. Хэштег в Twitter #GrantReviewGreatestHits для некоторых резких, но веселых отзывов) и помогает мне двигаться дальше. с чуть большей грацией.

Надеюсь, что, когда я создам собственную группу и аспирант вздохнет на свой вестерн-блот, я смогу помочь. Не только с техникой — я хочу поделиться тем, что неудача — это нормально и ожидаемо в науке.Рассказывать об этом только потому, что эксперимент не удался, не означает, что человек потерпел неудачу. И разделить смех над чувством неудачи, пока оно не исчезнет.

Неудачный эксперимент, изменивший мир

Архивы Кейс Вестерн Резерв

В науке мы не просто волей-неволей проводим эксперименты. Мы не собираем вещи наугад и не спрашиваем: «Что будет, если я сделаю это?» Мы исследуем существующие явления, предсказания, которые делают наши теории, и ищем способы проверить их все более детально.Иногда они дают необычайное согласие с новой точностью, подтверждая то, что мы думали. Иногда они не соглашаются, указывая путь к новой физике. А иногда они вообще не дают ненулевого результата. В 1880-х годах невероятно точный эксперимент потерпел неудачу именно таким образом и проложил путь для теории относительности и квантовой механики.

Орбиты планет и комет, среди других небесных объектов, управляются законами … [+] всемирного тяготения.

Кей Гибсон, Ball Aerospace & Technologies Corp

Давайте еще глубже вернемся в историю, чтобы понять, почему это было так важно. Гравитация была первой из сил, которую нужно было понять, поскольку Ньютон сформулировал свой закон всемирного тяготения в 1600-х годах, объясняя движение тел на Земле и в космосе. Несколько десятилетий спустя (в 1704 году) Ньютон также выдвинул теорию света — корпускулярную теорию, — в которой говорилось, что свет состоит из частиц, что эти частицы твердые и невесомые и что они движутся по прямой линии, если что-то не вызывает их отражать, преломлять или дифрактировать.

Свойства света, такие как отражение и преломление, кажутся корпускулярными, но есть … [+] волновые явления, которые он также проявляет.

Пользователь Wikimedia Commons Spigget

Это объясняет множество наблюдаемых явлений, включая осознание того, что белый свет представляет собой комбинацию всех других цветов света. Но со временем многие эксперименты показали волновую природу света — альтернативное объяснение Христиана Гюйгенса, одного из современников Ньютона.

Когда любая волна — волны воды, звуковые волны или световые волны — проходят через двойную щель, … [+] волны создают интерференционную картину.

Пользователь Wikimedia Commons Lookang

Гюйгенс вместо этого предположил, что каждая точка, которую можно рассматривать как источник света, в том числе от световой волны, просто бегущей вперед, действовала как волна со сферическим волновым фронтом, исходящим из каждой из этих точек. Хотя многие эксперименты дадут одни и те же результаты, независимо от того, воспользуетесь ли вы подходом Ньютона или подходом Гюйгенса, некоторые из них, проведенные начиная с 1799 года, действительно начали показывать, насколько мощной была волновая теория.

Свет с разными длинами волн при прохождении через двойную щель проявляет те же волнообразные … [+] свойства, что и другие волны.

MIT Физический факультет Группа технического обслуживания

Выделяя свет разных цветов и пропуская их через одиночные, двойные или дифракционные решетки, ученые смогли наблюдать картины, которые могли быть созданы только в том случае, если свет был волной. Действительно, полученные узоры — с пиками и впадинами — отражали хорошо известные волны, такие как волны на воде.

Волнообразные свойства света стали еще лучше поняты благодаря экспериментам Томаса Янга с двумя щелями … [+], в которых конструктивная и деструктивная интерференция резко проявили себя.

Томас Янг, 1801

Но волны на воде — как это было хорошо известно — проходили сквозь воду. Уберите воду, и не будет волны! Это было верно для всех известных волновых явлений: звук, который представляет собой сжатие и разрежение, также нуждается в среде, чтобы проходить через него.Если убрать всю материю, у звука не будет среды для распространения, и поэтому говорят: «В космосе никто не услышит, как вы кричите».

В космосе звуки, которые производятся на Земле, никогда не дойдут до вас, поскольку нет среды, через которую … [+] звук может перемещаться между Землей и вами.

НАСА / Центр космических полетов им. Маршалла

Итак, рассуждения пошли так: если свет — это волна — хотя, как показал Максвелл в 1860-х годах, это электромагнитная волна, — у него тоже должна быть среда, через которую он распространяется.Хотя никто не мог измерить эту среду, ей дали название: светоносный эфир.

Звучит сейчас глупо, не так ли? Но это была неплохая идея. Фактически, в ней были все признаки великой научной идеи, потому что она не только основывалась на науке, которая была установлена ​​ранее, но и позволяла делать новые предсказания, которые можно было проверить! Позвольте мне объяснить, используя аналогию: вода в быстро движущейся реке.

Блейк, Таппер Ансел, Служба охраны рыболовства и дикой природы США

Представьте, что вы бросаете камень в бурлящую реку и наблюдаете за волнами, которые он создает. Если вы проследите за волной в направлении берегов, перпендикулярно направлению течения, волна будет двигаться с определенной скоростью.

Но что, если вы посмотрите, как волна движется вверх по течению? Он будет двигаться медленнее, потому что среда, по которой распространяется волна, вода, движется! И если вы посмотрите, как волна движется вниз по течению, она будет двигаться быстрее, опять же, потому что среда движется.

Несмотря на то, что светоносный эфир никогда не был обнаружен и измерен, был изобретен гениальный эксперимент, разработанный Альбертом А. Майкельсоном, который применил тот же принцип к свету.

Земля, движущаяся по своей орбите вокруг Солнца и вращающаяся вокруг своей оси, должна обеспечивать дополнительное … [+] движение, если есть среда, через которую проходит свет.

Ларри Макниш, RASC Калгари

Видите ли, хотя мы не знали точно, как эфир ориентирован в пространстве, в каком его направлении или как он течет, или что находится в состоянии покоя по отношению к нему, предположительно — как и в ньютоновском пространстве — это было абсолютным.Он существовал независимо от материи, так как должен был учитывать, что свет может распространяться там, где не может звук: в вакууме.

Итак, в принципе, если вы измерили скорость, с которой двигался свет, когда Земля двигалась «вверх по течению» или «вниз по течению» (или перпендикулярно «потоку» эфира, если на то пошло), вы могли бы не только обнаружить существование эфир, вы можете определить, что такое остальная часть Вселенной! К сожалению, скорость света составляет примерно 186 282 миль в секунду (Майкельсон знал, что она составляет 186 350 ± 30 миль в секунду), в то время как орбитальная скорость Земли составляет всего около 18.5 миль в секунду, чего мы не могли измерить в 1880-х годах.

Но у Майкельсона была хитрость в рукаве.

Альберт Абрахам Михельсон, 1881

В 1881 году Майкельсон разработал и спроектировал так называемый интерферометр Майкельсона, который оказался совершенно гениальным. То, что он сделал, было основано на том факте, что свет, состоящий из волн, интерферирует сам с собой.И, в частности, если он взял световую волну, разделил ее на две компоненты, которые были перпендикулярны друг другу (и, следовательно, двигались по-разному относительно эфира), и два луча прошли точно одинаковые расстояния, а затем отражали их обратно в направлении друг друга, он наблюдал бы сдвиг в создаваемой ими интерференционной картине!

Видите ли, если бы весь аппарат был неподвижен относительно эфира, не было бы никакого сдвига в создаваемой ими интерференционной картине, но если бы он вообще двигался в одном направлении больше, чем в другом, вы бы получили сдвиг.

Если разделить свет на две перпендикулярные составляющие и собрать их вместе, они … [+] будут мешать. Если вы двигаетесь в одном направлении по сравнению с другим, картина интерференции сместится.

Пользователь Викимедиа Stigmatella aurantiaca

Первоначальная конструкция Майкельсона не могла обнаружить никакого сдвига, но при длине руки всего 1,2 метра его ожидаемый сдвиг в 0,04 полосы был чуть выше предела того, что он мог обнаружить, который составлял около 0.02-ти. Существовали также альтернативы идее о том, что эфир был чисто стационарным — например, идея о том, что он увлекался Землей (хотя это не могло быть полностью из-за наблюдений за тем, как работает звездная аберрация), поэтому он провел эксперимент в несколько раз в течение дня, поскольку вращающаяся Земля должна быть ориентирована под разными углами по отношению к эфиру.

Нулевой результат был интересным, но не до конца убедительным.В течение последующих шести лет вместе с Эдвардом Морли он сконструировал интерферометр в 10 раз больше (а значит, в десять раз точнее), и они вдвоем в 1887 году провели то, что сейчас известно как эксперимент Майкельсона-Морли. Они ожидали, что в течение дня сдвиг полосы составит до 0,4 полосы с точностью до 0,01 полосы.

Благодаря Интернету, вот оригинальные результаты 1887 года!

Отсутствие наблюдаемого сдвига, несмотря на необходимую чувствительность и теоретические предсказания… [+] было невероятным достижением, которое привело к развитию современной физики.

Michelson, A. A .; Морли, Э. (1887). «Об относительном движении Земли и светоносного эфира». Американский журнал науки 34 (203): 333–345

Этот нулевой результат — тот факт, что не было светоносного эфира — на самом деле был огромным достижением для современной науки, поскольку означал, что свет, должно быть, по своей сути отличался от всех других волн, о которых мы знали. Решение было принято 18 лет спустя, когда появилась специальная теория относительности Эйнштейна.И с этим мы получили признание того, что скорость света является универсальной константой во всех системах отсчета, что не существует абсолютного пространства или абсолютного времени, и, наконец, что свету не нужно ничего, кроме пространства и времени, чтобы путешествовать.

Альберт Михельсон получил Нобелевскую премию в 1907 году за свою работу по разработке интерферометра и … [+] успехи, достигнутые благодаря его измерениям. Это был самый важный нулевой результат в истории науки.

Нобелевский фонд, через нобелевскую премию.org

Эксперимент — и основная часть работ Майкельсона — были настолько революционными, что он стал единственным человеком в истории, получившим Нобелевскую премию за очень точное невыявление чего-либо. Сам эксперимент, возможно, закончился полным провалом, но то, что мы извлекли из него, было большим благом для человечества и нашего понимания Вселенной, чем любой успех!

.
Разное

Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *