Știința trăiește aici: faceți un tur virtual al Royal Institution din Londra

Dacă sunteți un fan al științei, și mai ales al istoriei științei, nicio călătorie la Londra nu este completă fără a vizita Instituția Regalărăsfoind colecția extinsă de artefacte găzduite în Muzeul Faraday și poate luând o prelegere de seară de la unul dintre numeroșii oameni de știință stimați prezentau în mod obișnuit — inclusiv anualul extrem de popular Prelegeri de Crăciun. (Aula de prelegeri poate să fi fost revizuită pentru a satisface nevoile secolului 21, dar a merge înăuntru încă se simte un pic ca să te întorci în timp.) Deci, ce moment mai bun decât sezonul de Crăciun pentru a oferi un tur virtual al unora dintre cele mai importante momente cuprinse în zidurile istorice ale străzii Albemarle 21?

Instituția Regală a fost fondată în 1799 de un grup de oameni de știință britanici de seamă. Aici e locul Thomas Young a explorat teoria ondulatorie a luminii (într-un moment în care întrebarea dacă lumina era o particulă sau o undă a fost aprins dezbătut); John Tyndall a efectuat experimente în căldură radiantă; Lordul Rayleigh a descoperit argonul; James Dewar hidrogenul lichefiat și a inventat precursorul termosului; și duo-ul tată-fiu William Henry și William Lawrence Bragg a inventat cristalografia cu raze X.

Nu mai puțin de 14 laureați ai Premiului Nobel au efectuat cercetări inovatoare la Instituţie în secolele următoare, dar fizicianul din secolul al XIX-lea Michael Faraday este un accent major. De fapt, există o replică la dimensiunea completă a laboratorului magnetic al lui Faraday – unde a făcut atât de multe dintre descoperirile sale fundamentale – în camera originală de la subsol în care lucra, complet cu un montator vechi de atunci când camera era folosită ca hol pentru servitori. Aranjamentul său se bazează pe o pictură din anii 1850 a unuia dintre prietenii lui Faraday, iar camera este plină cu obiecte folosite de Faraday de-a lungul carierei sale științifice.

Fiul unui fierar englez, Faraday a fost ucenic la un legător de cărți la 14 ani, o profesie care ia permis să citească cu voracitate, în special despre științele naturii. În 1813, un prieten i-a dat lui Faraday un bilet pentru a-l asculta pe eminentul om de știință Humphry Davy prelegere despre electrochimie la Royal Institution. A fost atât de impresionat de prezentare încât i-a cerut lui Davy să-l angajeze. Davy a refuzat inițial, dar la scurt timp după aceea și-a concediat asistentul pentru ceartă și l-a angajat pe Faraday să-l înlocuiască. Faraday a ajutat la descoperirea a doi compuși noi de clor și carbon în acele timpuri de început, a învățat cum să-și facă propriul pahar și, de asemenea, a inventat o versiune timpurie a arzătorului Bunsen, printre alte realizări.

Faraday a fost deosebit de interesat de noua știință a electromagnetismului, descoperită pentru prima dată în 1820 de Hans Christian Ørsted. În 1821, Faraday a descoperit rotația electromagnetică – care transformă electricitatea în mișcare mecanică prin intermediul unui magnet – și a folosit acel principiu de bază pentru a construi primul motor electric. Colecția Royal Institution include singurul motor electric care a supraviețuit pe care l-a construit Faraday: un fir atârnat într-un vas de sticlă cu o bară magnetică în partea de jos. Faraday umplea paharul cu mercur (un conductor excelent), apoi își conecta aparatul la o baterie, care trimitea electricitate prin fir la rândul său. Acest lucru a creat un câmp magnetic în jurul firului, iar interacțiunea acelui câmp cu magnetul din partea de jos a vasului de sticlă ar face ca firul să se rotească în sensul acelor de ceasornic.

Zece ani mai târziu, Faraday a reușit să demonstreze că un magnet vibrator poate induce un curent electric într-un fir. Cunoscut sub numele de principiul dinamului sau al inducției electromagnetice, a devenit baza generatoarelor electrice, care transformă energia unui câmp magnetic în schimbare într-un curent electric. Unul dintre inelele de inducție ale lui Faraday este expus, compus din bobine de sârmă înfășurate pe părțile opuse ale inelului, izolate cu bumbac. Trecerea electricității printr-unul ar induce pentru scurt timp un curent în celălalt. De asemenea, este expus unul dintre generatoarele lui Faraday: un magnet de bară și un tub simplu izolat cu bumbac înfășurat cu o bobină de sârmă.

Într-un alt experiment, Faraday a plasat o bucată de sticlă grea cu plumb pe polii unui magnet pentru a vedea cum lumina ar fi afectată de un magnet. A trecut lumină prin sticlă și când a pornit electromagnetul, a constatat că polarizarea luminii s-a rotit ușor. Acesta se numește efect magneto-optic (sau efect Faraday), demonstrând că magnetismul este legat nu doar de electricitate, ci și de lumină. Instituția Regală are un aparat magneto-optic Faraday cu care „a reușit în sfârșit să… magnetizeze o rază de lumină”. În 1845, Faraday a descoperit diamagnetismul, o proprietate a anumitor materiale care le conferă o slabă repulsie a câmpului magnetic.

Faraday a concluzionat din toate acele experimente că magnetismul era centrul unui sistem elaborat de tentacule curbate invizibile (linii electrice de forță) care se răspândesc în spațiu ca rădăcinile copacilor care se ramifică prin pământ. El a reușit să demonstreze aceste linii de forță acoperind foi de hârtie cu ceară și plasându-le deasupra magneților. Când a presărat pilitură de fier pudră pe suprafață, acele pilitură de fier au fost atrase de magneți, dezvăluind liniile de forță. Și încălzind ușor hârtia cerată, a constatat că pilitura de fier s-ar așeza pe pagină, păstrându-le.

În anii 1850, interesele lui Faraday s-au îndreptat către proprietățile luminii și ale materiei. Și-a făcut propriile diapozitive de aur și a strălucit prin ele pentru a observa interacțiunile. Dar foile de aur comerciale, de obicei făcute prin ciocanul metalului în foi subțiri, era încă mult prea groasă pentru scopurile sale. Așa că Faraday a trebuit să-și facă singur prin mijloace chimice, care presupunea spălarea foliilor de aur. Lichidul roșu slab rezultat l-a intrigat pe Faraday și el a păstrat mostrele în sticle, strălucind prin fluide și observând un „efect de con” intrigant (cunoscut acum ca Efectul Faraday-Tyndall) — rezultatul particulelor de aur suspendate în fluid, care erau mult prea mici pentru a fi văzute.

S-ar putea considera Faraday un nanoscientist timpuriu, deoarece acestea sunt acum cunoscute ca nanoparticule metalice. Laboratorul de nanotehnologie de ultimă generație al instituției este situat în mod corespunzător chiar vizavi de laboratorul lui Faraday din subsol. Și chiar dacă coloizii de aur ai lui Faraday au o vechime de peste un secol, ei rămân activi optic. Nu există nicio modalitate de a ne da seama de ce ar putea fi așa fără a deschide sticlele, dar sticlele sunt prea valoroase ca artefacte pentru a justifica acest lucru.

O mulțime de alte luminate științifice își au lucrarea comemorată în colecția Royal Institution, inclusiv cea a mentorului lui Faraday, Humphry Davy, care a descoperit elementele chimice bariu, stronțiu, sodiu, potasiu, calciu și magneziu. La începutul secolului al XIX-lea, au avut loc mai multe explozii în minele de cărbune din nordul Angliei, cauzate de lămpile folosite de mineri care aprindeau accidental buzunare de gaz inflamabil. Davy a fost rugat să vină cu o alternativă de iluminat mai sigură.

După ce a experimentat cu mai multe prototipuri, Davy s-a hotărât în ​​cele din urmă pe un design simplu în 1815, constând dintr-un „horn” făcut din tifon de sârmă pentru a închide flacăra. Tifonul a absorbit căldură pentru a preveni aprinderea gazului inflamabil, dar totuși a lăsat să treacă suficientă lumină. Invenția a redus semnificativ decesele în rândul minerilor de cărbune. Davy a avut un rival, totuși într-un inginer minier pe nume George Stephenson, care și-a dezvoltat în mod independent propriul design, care era remarcabil de similar cu cel al lui Davy. Mostre din ambele sunt afișate la parterul inferior al instituției „Coridorul de lumină”. Lampa lui Davy avea să triumfe în cele din urmă, în timp ce Stephenson a inventat mai târziu prima locomotivă de cale ferată cu abur.

Fizicianul atmosferic John Tyndall a fost un bun prieten cu Faraday și a împărtășit darul acestuia din urmă pentru pu demonstrații de curs blic. Experimentele sale privind radiațiile și puterea de absorbție a căldurii a gazelor au fost întreprinse cu scopul de a dezvolta o mai bună înțelegere a fizicii moleculelor. Printre artefactele Tyndall găzduite în Instituția Regală se numără tubul său de căldură radiantă, parte a unui aparat experimental elaborat pe care l-a folosit pentru a măsura măsura în care radiația infraroșie a fost absorbită și emisă de diferite gaze care umpleau tubul său central. Prin aceasta, el a ajuns la concluzia că vaporii de apă absoarbe mai multă căldură radiantă decât gazele atmosferice și, prin urmare, că vaporii sunt esențiali pentru moderarea climei Pământului printr-un mod natural.efect de sera.”

Colecția include, de asemenea, „aparatul cerului albastru” al lui Tyndall, pe care omul de știință l-a folosit pentru a explica de ce cerul este albastru în timpul zilei și capătă nuanțe roșii la apus – și anume, particulele din atmosfera Pământului împrăștie lumina soarelui, iar lumina albastră este împrăștiată mai puternic decât lumină roșie. (Este același efect Faraday-Tyndall observat atunci când strălucește lumina prin coloizii de aur ai lui Faraday.)

În ziua de Crăciun, 1892, James Dewar și-a expus pentru prima dată balonul Dewar nou inventat la Instituția Regală, pe care l-a folosit pentru experimentele sale criogenice privind gazele de lichefiere. În 1872, Dewar și Peter Tait construiseră un vas izolat în vid pentru a menține lucrurile calde, iar Dewar a adaptat acel design pentru balonul său, conceput pentru a menține lucrurile reci – mai ales suficient de reci pentru a menține temperaturile extrem de scăzute la care gazele au trecut în lichid. formă. Dewar nu a reușit să patenteze invenția sa; brevetul a ajuns în cele din urmă la compania Thermos în 1904, care a rebrandat produsul pentru a menține lichidele calde și reci.

În ceea ce îl privește pe William Henry Bragg, el a studiat razele alfa, beta și gamma la începutul carierei sale și a emis ipoteza că atât razele gamma, cât și razele X au proprietăți asemănătoare particulelor. Acest lucru a fost susținut de Max Von LaueDescoperirea lui, câștigătoare a Premiului Nobel, conform căreia cristalele pot difracta razele X. Bragg și fiul său, William Lawrence – pe atunci student la Trinity College Cambridge – au început să-și conducă propriile experimente. Bragg pere a inventat un „spectrometru de ionizare” special, în care un cristal poate fi rotit la unghiuri precise, astfel încât să poată fi măsurate diferitele modele de împrăștiere a razelor X. Perechea a folosit instrumentul pentru a determina structura cristalelor și a moleculelor, câștigând Premiul Nobel pentru Fizică în 1915 pentru eforturile lor. Spectrometrul respectiv, prototipul difractometrelor cu raze X de astăzi, se află încă în Instituția Regală, precum și modelul lor al structurii atomice a sării geme.