Før de som Galileo og Newton begynte å låse opp universets hemmeligheter, var vår forståelse for alt i den nesten helt fraværende.

Det var ingen vitenskapelig plausibel forklaring på noen av fenomenene i nattehimmelen og ingen reell forståelse av enhver kraft i naturen.

Kort sagt, vi var folket i Game of Thrones, men uten drager og magi og zombier.

Men i stedet for å bruke tusenvis av år å bygge store vegger i stedet for å finne ut ting, har vi brukt fysikkens disiplin for å gi svar på mange av eksistensens mysterier, og med den kunnskapen har menneskeheten oppnådd utrolige ting.

Fra å drive den industrielle revolusjonen til å utløse den elektriske æra og låse opp hemmelighetene til stjernene, har fysikken støttet vårt teknologiske eventyr inn i det 21. århundre.

1. Newtons bevegelseslover

Før Isaac Newton kom vår forståelse av hvordan gjenstander flyttet i universet kom fra de antikke grekerne. Hvorfor faller gjenstander til jorden? Aristoteles trodde det kunne være fordi gjenstander ønsket å være forenet med bakken. Og hvorfor sakker de seg når du setter dem i bevegelse? Fordi de blir trette, naturlig.

Newtons uendelig mer avanserte bevegelseslover ble først publisert i hans legendariske Principia i 1687, mer enn 2000 år etter Artistotles død. I den, ikke bare for første gang, beskrev han definitivt tyngdkraften som styrte bevegelsen av himmelske gjenstander som kometer, stjerner og planeter, men også oppførselen til mer viktige jordbundne gjenstander som krigsskip, kanonkuler, bygninger og pærer.

Første lov:

Et objekt er enten i ro eller bevegelse med konstant hastighet, med mindre det opptrer av en ekstern kraft.

2. lov:

Akselerasjonen av et objekt er direkte proporsjonal med, og i samme retning som nettkraften som virker på den, og omvendt proporsjonal med dens masse. F = ma.

Tredje lov:

Når en gjenstand utøver en kraft på en annen, utøver den andre kroppen samtidig en kraft lik i størrelse og motsatt i retning til den første.

Newtons tre bevegelseslover stimulerte til slutt den industrielle revolusjonen fra det 18. og 19. århundre. Maskiner opereres nå i henhold til veldefinerte og forstod lover - damplokomotiver, fabrikker og maskinverktøy ble alle oppfattet og designet ved hjelp av nytonsk vitenskap.

Hans matte var også medvirkende til konstruksjonen av de første skyskrapene - den andre loven kan brukes til å beregne alle kreftene som virker på hver kvadratmeter av hver murstein i huset ditt. Den tredje loven er i mellomtiden nøkkelen til å forstå jetfremdrift som fortsatt er vårt eneste middel til å komme inn i rommet.

2. Faradays lov

Hvis tyngdekraften var den første kraften i universet å bli virkelig mestret, var det andre noe du bruker akkurat nå - den forenede kraften av elektrisitet og magnetisme kjent som elektromagnetisme.

I årtusener hadde mennesker observert storheten og terroren av lynstormene i overskyet himmel. Gamle paranoide sivilisasjoner trodde at sint, middel-spirited guder var ansvarlig for lynbolter, og det var ikke før 1800-tallet at vi lærte å utnytte denne kraften ned på jorden.

Michael Faraday, en kjendisforsker som Brian Cox eller Neil deGrasse Tyson, ga i dag kjendisvisende statisk elektrisitet og mer på Royal Society i 1800-tallet London.

Hans store bidrag til moderne sivilisasjon var gjennom det som ble kjent som Faradays lov - oppdagelsen av induksjon. I det hele tatt er det innse at hvis du plasserer en ledning i et magnetfelt og beveger det, vil magnetfeltet skyve elektronene i ledningen for å skape en elektrisk strøm. Elektriske motorer ble født på stedet, og strømmen ble mestret som et brukbart verktøy for første gang.

"Enhver forandring i det magnetiske miljøet til en ledningspole vil føre til spenning i den."

Denne transformasjonen av elektrisitet fra en nysgjerrighet til en kraftig ny teknologi lagde grunnlaget for den elektriske revolusjonen som fulgte, endret alle fasetter av menneskelivet i den utviklede verden. Det gjorde det mulig for Nikola Tesla og andre å spille med tidlige lyspærer, og låse opp kraften til kunstig lys. Den kombinerte spektakulært med Newtons fysikk for å skape vannkraftverk. Det gjorde det mulig å lage hver eneste elektrisk gadget som noen gang har blitt oppfunnet.

Telefoni var en av de mest umiddelbare og transformative konsekvensene av denne tiden. Det muliggjorde fjernkommunikasjon i form av telegrammer og senere telefoner, en teknologi som ville gå trådløst takket være James Clerk Maxwells elektromagnetiske bølger ...

3. Maxwells ligninger

Michael Faraday kunne aldri fullt ut utvikle og fullføre sitt arbeid med elektrisitet og magnetisme, så det var opp til James Clerk Maxwell i 1862 for å gjøre muligens den viktigste oppdagelsen i hele vitenskapen.

Maxwells ligninger beskriver forholdet mellom elektrisitet og magnetisme i matematikkens språk. Han tenkte at de må være nært beslektede fenomener, og da oppdaget de kunne kombinere for å skape svingende bølger. Han brukte banebrytende vitenskap av alderen for å beregne hastigheten til disse bølgene og til alles forundring, det var akkurat lysets hastighet. Han innså at dette ikke var tilfeldig, at lyset selv er en oscillerende elektromagnetisk bølge.

Dette arbeidet lagde grunnlaget for, blant en million andre ting, en trinnsendring i medisinsk diagnostikk, slik at slike utrolige maskiner som X-stråler og senere PET-skanninger og MR-maskiner. Ved å forstå hvordan elektromagnetismen fungerte, var han i stand til å sette den i hendene på de som fulgte.

4. Andre lov av termodynamikk

Også kjent som lov av entropi, og først og fremst uttrykt av franskmannen Sadi Carnot i 1824, er dette et område av fysikk som de fleste vet veldig godt uten å måtte tenke på det. Det henger av det faktum at over tid vil forskjeller i temperatur og andre former for energi alltid redusere til en tilstand av termodynamisk likevekt.

"Entropien til et isolert system ikke i likevekt vil ha en tendens til å øke over tid, nærmer seg en maksimumsverdi ved likevekt."

Med andre ord, det er derfor du blir kald når du går ut i snøen. Dette er en lov som til slutt vil stave varmenes død i universet, og det er en av hovedgrunnene til at du legger klær på denne morgenen.

Forståelse av fysikken i disse prosessene førte til oppfinnelsen av verdenskiftende teknologier som kjøling. Uten kjøling ville vi være uten fersk mat og organtransplantasjoner. Det samme prinsippet styrer bruken av varmekjøler for å spre varme bort fra de varme mikrochipsene inne i datamaskinene våre. Mmmm mikrochips.

5. Atomteori

Vår forståelse av byggeblokkene av materie - atomer - førte til neste teknologiske alder. Datamaskinens alder.

Utvilsomt den mest effektive oppfinnelsen fra denne vitenskapen var den ydmyke transistoren tidlig i det 20. århundre. Uten transistorer er det svært tvilsomt at vi ville ha datamaskiner, smarttelefoner eller andre elektroniske enheter, noe som vi ser i dag.

Transistorer er laget av halvledende materiale og brukes til å styre bevegelsen av elektroner gjennom en krets. De første elektroniske enhetene som brukte transistorer var tidlige radioer - disse første virkelig trådløse kommunikasjonssystemene kommuniserte med hverandre ved hjelp av lysbølger med lengste bølgelengde i det elektromagnetiske spektret - radiobølger.

Denne transistorteknologien ble raskt tilpasset og brukes til å erstatte primitive vakuumrør i de første datamaskinene, og drastisk redusert størrelse, vekt og avgjørende kostnad for å bygge dem.

Den første silikontransistoren ble senere opprettet i 1954 av Texas Instruments, som satte i gang datamaskinalderen. Silisium var et ideelt materiale på grunn av sin overflod i universet og dets halvledende egenskaper. Ved å pakke mange transistorer på ett stykke silisium, kunne datamaskiner plutselig kunne gjøre store antall beregninger på ingen tid.

Moores lov gjelder forutsigelsen av Intels Gordon E Moore at antall transistorer på integrerte kretser av en viss størrelse ville doble hvert annet år - effektivt doblet beregningskraft. Intels nåværende Haswell-datamaskiner bruker transistorer som bare er 22nm over - langt mindre enn bredden på et menneskehår - muliggjør billigere produksjon, flere og raskere samtidige beregninger og bedre driftseffektivitet.

Moores lov vil til slutt mislykkes - transistorer vil bli så små at de blir påvirket av kvanteverdenens bisarre virkelighet og vil dermed ha nådd sin optimale størrelse.

6. Kvanteteori

Kvantemekanikk er et område med grunnleggende fysikk som omhandler det naturlige fenomenet som oppstår ved de minste skalaer som er tenkelige. Vi har hatt et håndtak på kvanteverdenen i over 100 år, men vi begynner bare å gjøre gode ting med det.

Einsteins jives kan forklare måten gravitasjon former universet på, men si ingenting om de tilsynelatende unintuitive måtene som atomer og subatomiske partikler interagerer med universet og hverandre.

Din lørnav er en enhet som ganske enkelt ikke ville eksistere uten denne forståelsen av kvantfysikk. Det globale posisjoneringssystemet krever en evne til å fortelle tiden med en nøyaktighet på en milliarddel av et sekund, og for dette må vi bruke atomur.

Hvordan atomklokker fungerer

Inne i atomklokker er atomer av cesium, et sjeldent metall. Elektronene i cesiumatomer er laget for å hoppe opp til et høyere energinivå bort fra kjernen. Så når de faller ned, gir de av en foton av lys. Disse lysstrålene pulser 9 milliarder ganger hvert sekund, hver utfører rollen som ett kryss i det atomale sekund.

En GPS-modul beregner posisjonen ved å triangulere tidskoder fra satellitter i bane på kjente avstander overhead. Selv en liten unøyaktighet med noen av disse tidskodene ville kaste systemet ut i den grad det blir helt ubrukelig. Kort sagt, uten en forståelse av kvanteverdenen, ville global posisjonering være umulig.

Og hva med Blu-ray-spilleren? Laserne i den er også et produkt av kvantvitenskap. De arbeider ved å stimulere elektronene som vekker atomer i en gass, som deretter sendes ut som lysfotoner.

Lasere er kjempebra og brukes til all formidling av ting i moderne tid, alt fra lesing av data fra optiske plater til anti-piratkopiering marine energi våpen og til og med stimulering av fusjonsreaksjoner i eksperimentelle kraftverk hvor fysikere forsøker å låse opp potensialet av Einsteins berømte ligning e = mc2. De vil frigjøre stjernens kraft.

Fusjonskraften vil en dag låse opp i nærheten av uendelige mengder ren energi, som sannsynligvis gjør det mulig for den neste store tiden i menneskelig innsats.

7. En kvantum fremtid

Selv om vi allerede har benyttet seg av kvantvitenskap, har dette området av fysikk utvilsomt ennå ikke gitt størstedelen av sine hemmeligheter. Tiden kommer når fremtidens folk ser tilbake på vår forståelse av universet og sniggeren om hvor lite vi visste. Kort sagt er vi fortsatt folkene i spillet av troner.

Quantum har makt til å forandre verden på lignende måte som Newtons bevegelseslove kickstarted den industrielle revolusjonen.

Kjernemekanikkens hjerte er den mot-intuitive ideen om at subatomiske partikler kan være på mer enn ett sted samtidig. Denne grunnleggende naturloven blir brukt til å designe kvante datamaskiner - datamaskiner som er kraftigere enn din bærbare av mange størrelsesordener.

Mens nåværende datamaskiner bruker biter i form av 0s og 1s, bruker kvanteprosessorer kvantebiter (qubits) som kan være 1s og 0s og alt annet, alt på samme tid. Så når du ser etter svaret på et problem, vil det ikke prøve de mulige svarene i rekkefølge og ta en million år, det vil bare beregne alle mulige svarene samtidig og velge den beste.

Bare ett av kvantets tidlige fordeler har vært kvantekryptering. Fordi selve handlingen med å observere en kvantpartikkel vil forandre den (observatør-effekten), kan dette brukes til å sikre sikker informasjonsutveksling over internett. Hvis du for eksempel koder enten en 1 eller en 0 på en foton av lys og sender den til en venn, hvis en tredjepart skulle fange opp og se den informasjonen, ville de fundamentalt endre den, varsle deg og din venn.

Banker og etterretningsorganer bruker allerede denne kvantekrypteringsformen, men i fremtiden kan alle digitale sikringer dreie seg om det.

Andre bruksområder? Bruk fantasien din. Bilde en kvanteprosessor i PlayStation 26, som muliggjør AmazingD photorealisitc-grafikk.

Kvantum prikker er allerede lined opp for å lede ladningen i krigen mot kreft, kvanteforstyrrelser kan føre til utvikling av fantastiske solpaneler eller raskere enn lyskommunikasjon.

Nanoteknologi i seg selv kan helt endre måten vi praktiserer medisin, utforske universet og leve våre liv på en daglig basis.

Vi på TechRadar ser en avslappende fremtid hvor vi kan bruke en stor kvantecomputer til å simulere et uendelig antall apekatter for å skrive våre sider for oss. Monkey vurderinger! Fremtiden skal være et fantastisk sted.

Illustrasjoner av Jane Wan

Likte dette? Les mer:

  • 10 mindblowing bruker for verdenskiftende substans som aldri var
  • Samsung vs LG: den fantastiske historien bak den største rivaliteten i tech
  • 10 fantastiske materialer som kan forvandle vår teknologi