علم و فناوری به سرعت رو به جلو هستند -علم و فناوری از یکدیگر تغذیه می کنند و هر دو را به جلو سوق می دهند.
دانش علمی به ما امکان می‌دهد فناوری‌های جدیدی بسازیم، که اغلب به ما امکان می‌دهد مشاهدات جدیدی درباره جهان انجام دهیم، که به نوبه خود به ما امکان می‌دهد حتی دانش علمی بیشتری بسازیم، که سپس فناوری دیگری را الهام می‌دهد… و غیره.
به عنوان مثال، ما با یک ایده علمی واحد شروع می کنیم و کاربردها و تأثیر آن را در چندین زمینه مختلف علم و فناوری، از کشف الکترون ها در دهه 1800 تا پزشکی قانونی مدرن و انگشت نگاری DNA دنبال می کنیم.
از کاتد تا کریستالوگرافی
ما داستان خود را در اواخر دهه 1800 با کمی فناوری که در آن زمان هیچ کس آن را درک نمی کرد، انتخاب می کنیم، اما آماده بود تا چهره علم را تغییر دهد: لوله اشعه کاتدی (گره A در نمودار زیر و تصویر بالا).
این یک لوله شیشه ای مهر و موم شده بود که تقریباً از تمام هوا خالی شده بود – اما وقتی جریان الکتریکی از لوله عبور می کرد، دیگر خالی به نظر نمی رسید. پرتوهای نور وهم‌آور در سراسر لوله شلیک شد.
در سال 1897، فیزیکدانان کشف کردند که این پرتوهای کاتدی در واقع جریان های الکترون (B) هستند.
کشف الکترون به نوبه خود منجر به کشف هسته اتم در سال 1910 (C) خواهد شد.
در زمینه فناوری، لوله پرتو کاتدی به آرامی به تلویزیون (که از یک لوله پرتو کاتدی ساخته شده است با پرتو الکترونی منحرف شده به گونه‌ای که تصویری را روی صفحه نمایش می‌دهد) و در نهایت به انواع بسیاری از مانیتورهای تصویر تبدیل می‌شود. D و E). اما این همه ماجرا نیست…
در سال 1895، فیزیکدان آلمانی ویلهم رونتگن متوجه شد که لوله اشعه کاتدی او به نظر می رسد که علاوه بر نورهای داخل لوله، نوعی پرتو دیگر نیز تولید می کند.
این پرتوهای جدید نامرئی بودند اما باعث شدند صفحه ای در آزمایشگاه او روشن شود.
او سعی کرد اشعه ها را مسدود کند، اما آنها درست از کاغذ، مس و آلومینیوم عبور کردند، اما سرب نداشتند. و نه استخوان.
رونتگن متوجه شد که پرتوها سایه ضعیف استخوان های دست او را آشکار می کنند! رونتگن اشعه ایکس، شکلی از تابش الکترومغناطیسی (F) را کشف کرده بود.
البته این کشف به زودی منجر به اختراع دستگاه اشعه ایکس (G) می شود که به نوبه خود به دستگاه سی تی اسکن (H) تبدیل می شود – که هر دو برای تشخیص های پزشکی غیر تهاجمی ضروری هستند.
و خود اسکنر سی‌تی به زودی توسط شاخه‌های دیگر علم – برای تحقیقات عصب‌شناسی، باستان‌شناسی، و دیرینه‌شناسی، که در آن از سی‌تی اسکن برای مطالعه فضای داخلی فسیل‌ها استفاده می‌شود، استفاده می‌شود.
علاوه بر این، کشف پرتوهای ایکس در نهایت منجر به توسعه تلسکوپ های اشعه ایکس برای تشخیص تشعشعات ساطع شده از اجسام در اعماق فضا (J) خواهد شد.
و این تلسکوپ ها به نوبه خود، سیاهچاله ها، ابرنواخترها و منشاء جهان (K) را روشن می کنند. اما این همه ماجرا نیست…
کشف پرتوهای ایکس همچنین به ویلیام و ویلیام براگ (یک تیم پدر و پسر) در سال‌های 1913 و 1914 به این ایده اشاره کرد که می‌توان از اشعه ایکس برای تعیین آرایش اتم‌ها در کریستال (L) استفاده کرد.
این کار کمی شبیه تلاش برای تعیین اندازه و شکل یک ساختمان بر اساس سایه ای است که ایجاد می کند: شما می توانید از شکل سایه به عقب کار کنید تا ابعاد ساختمان را حدس بزنید.
هنگامی که اشعه ایکس از یک کریستال عبور می کند، برخی از پرتوهای ایکس توسط اتم های کریستال خم یا پخش می شوند (یعنی پراش می شوند).
سپس می‌توانید مکان‌های پرتوهای X منحرف شده را به عقب برون‌یابی کنید تا مکان‌های نسبی اتم‌های کریستال را بفهمید.
این تکنیک به عنوان کریستالوگرافی اشعه ایکس شناخته می شود و با ارائه عکس های فوری از ساختارهای مولکولی بر روند علم تأثیر عمیقی گذاشته است.
شاید مهم‌تر از همه، روزالیند فرانکلین از کریستالوگرافی اشعه ایکس برای کمک به کشف ساختار مولکول کلیدی حیات یعنی DNA استفاده کرد.
در سال 1952، فرانکلین، مانند جیمز واتسون و فرانسیس کریک، روی ساختار DNA کار می کرد – اما از زاویه ای متفاوت.
فرانکلین به سختی در حال تولید تصاویر پراکنده از DNA بود، در حالی که واتسون و کریک در حال آزمایش ساختارهای مختلف با استفاده از مدل‌های اسباب‌بازی سرهم از مولکول‌های اجزا بودند.
در واقع، فرانکلین قبلاً یک شکل مارپیچ دوگانه برای این مولکول پیشنهاد کرده بود که در سال 1953، یکی از همکارانش گویاترین تصویر فرانکلین را به واتسون نشان داد.
آن تصویر واتسون و کریک را متقاعد کرد که این مولکول یک مارپیچ دوگانه است و به آرایش اتم ها در آن مارپیچ اشاره کرد.
طی چند هفته آینده، این جفت مشهور از مدل های خود برای بررسی دقیق جزئیات شیمیایی DNA (M) استفاده خواهند کرد.
تأثیر کشف ساختار DNA بر تحقیقات علمی، پزشکی، کشاورزی، حفاظت و سایر مسائل اجتماعی بسیار گسترده بوده است – به حدی که تشخیص اینکه کدام رشته‌های تأثیر را باید دنبال کرد دشوار است.
برای انتخاب تنها یکی، درک ساختار DNA (همراه با بسیاری از ورودی های دیگر) در نهایت به زیست شناسان اجازه داد تا روشی سریع و آسان برای کپی کردن مقادیر بسیار کمی از DNA، معروف به PCR – واکنش زنجیره ای پلیمراز (N) توسعه دهند.
این تکنیک (که در دهه 1980 توسعه یافت) به نوبه خود امکان توسعه فناوری های انگشت نگاری DNA را فراهم کرد که به بخش مهمی از تحقیقات جنایی مدرن تبدیل شده است (O).
همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است، دانش علمی (مانند کشف اشعه ایکس) و فناوری ها (مانند اختراع PCR) عمیقاً در هم تنیده شده اند و از یکدیگر تغذیه می کنند.
در این مورد، ردیابی تأثیر یک فناوری واحد، لوله اشعه کاتدی، در طول یک قرن، ما را به سفری با فسیل‌های باستانی، ابرنواخترها، اختراع تلویزیون، هسته اتم و انگشت نگاری DNA برده است.
و حتی این شبکه پیچیده ناقص است. برای مثال، درک ساختار DNA، علاوه بر توسعه PCR، منجر به پیشرفت‌های بسیار بیشتری شد.
و به طور مشابه، اختراع اسکنر سی تی متکی بر دانش علمی بسیار بیشتر از درک نحوه کار دستگاه های اشعه ایکس است.
دانش علمی و فناوری پیچ و خم از ارتباطات را تشکیل می دهد که در آن هر ایده از طریق یک مسیر پر پیچ و خم به هر ایده دیگری متصل می شود.
