القرن العشرون في العلوم

شهد العلم تقدماً هائلاً خلال القرن العشرين . فقد ظهرت تطورات جديدة وجذرية في العلوم الفيزيائية والحيوية والإنسانية ، استناداً إلى التقدم الذي تحقق في القرن التاسع عشر . ^{[ 1 ]}

أدى تطور النظريات ما بعد النيوتونية في الفيزياء، مثل النسبية الخاصة والنسبية العامة وميكانيكا الكم ، إلى تطوير الأسلحة النووية . كما أدت النماذج الجديدة لبنية الذرة إلى تطورات في نظريات الكيمياء وتطوير مواد جديدة مثل النايلون والبلاستيك . وأسفرت التطورات في علم الأحياء عن زيادات كبيرة في إنتاج الغذاء، فضلاً عن القضاء على أمراض مثل شلل الأطفال .

شهد القرن العشرون تطوراً هائلاً في التقنيات الحديثة. فقد تم تطوير تقنيات مثل الكهرباء ، والمصباح الكهربائي المتوهج ، والسيارة ، والفونوغراف ، التي طُورت لأول مرة في أواخر القرن التاسع عشر، ثم جرى تحسينها ونشرها على نطاق واسع. وفي عام ١٩٠٣، سُجلت أول رحلة طيران ، وبحلول نهاية القرن، كانت طائرات ضخمة مثل بوينغ ٧٧٧ وإيرباص A٣٣٠ تقطع آلاف الأميال في غضون ساعات. كما أحدث تطوير التلفزيون والحواسيب تغييرات جذرية في نشر المعلومات.

• تم التوصل إلى فهم أفضل بكثير لتطور الكون ، وتم تحديد عمره (حوالي 13.8 مليار سنة)، وتم اقتراح نظرية الانفجار العظيم حول أصله وقبولها بشكل عام.
• تم تحديد عمر النظام الشمسي ، بما في ذلك الأرض ، واتضح أنه أقدم بكثير مما كان يُعتقد سابقًا: أكثر من 4  مليارات سنة، بدلاً من 20 مليون سنة التي اقترحها اللورد كلفن في عام 1862. ^{[ 2 ]}
• تمت مراقبة كواكب المجموعة الشمسية وأقمارها عن كثب عبر العديد من المركبات الفضائية . اكتُشف بلوتو عام 1930 على حافة المجموعة الشمسية، ولكن في أوائل القرن الحادي والعشرين، أُعيد تصنيفه ككوكب قزم (كويكب) بدلاً من كوكب، ليصبح عدد الكواكب ثمانية.
• لم يُكتشف أي أثر للحياة على أي من الكواكب الأخرى في المجموعة الشمسية، مع أنه لم يُحسم بعد ما إذا كانت بعض أشكال الحياة البدائية موجودة، أو ربما كانت موجودة، في مكان ما. وقد رُصدت الكواكب الخارجية لأول مرة.
• في عام 1969، تم إطلاق أبولو 11 باتجاه القمر ، وأصبح نيل أرمسترونغ وباز ألدرين أول شخصين من الأرض يسيران على جرم سماوي آخر.
• في العام نفسه، نشر الفلكي السوفيتي فيكتور سافرونوف كتابه "تطور السحابة الكوكبية الأولية وتكوين الأرض والكواكب" . وقد تناول هذا الكتاب جميع المشكلات الرئيسية المتعلقة بعملية تكوين الكواكب تقريبًا ، وحلّ بعضها. ثمّ طوّر جورج ويذرل أفكار سافرونوف في أعماله ، مكتشفًا ظاهرة التراكم المتسارع .
• أتاح سباق الفضاء بين الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي متنفساً سلمياً للتوترات السياسية والعسكرية للحرب الباردة ، مما أدى إلى أول رحلة فضائية مأهولة مع مهمة فوستوك 1 السوفيتية عام 1961، وأول هبوط بشري على سطح القمر مع مهمة أبولو 11 الأمريكية عام 1969. وفي وقت لاحق، أطلق البرنامج الفضائي السوفيتي أول محطة فضائية . وطورت الولايات المتحدة أول نظام مركبة فضائية قابلة لإعادة الاستخدام (وهو النظام الوحيد حتى الآن) مع برنامج مكوك الفضاء ، الذي أُطلق لأول مرة عام 1981. ومع نهاية القرن ، ترسخ وجود بشري دائم في الفضاء مع استمرار بناء محطة الفضاء الدولية .
• إلى جانب رحلات الفضاء المأهولة، أصبحت المركبات الفضائية غير المأهولة وسيلة عملية وغير مكلفة نسبيًا للاستكشاف. أُطلق أول مسبار فضائي يدور حول الأرض، سبوتنيك 1 ، من قِبل الاتحاد السوفيتي عام 1957. ومع مرور الوقت، وُضع نظام ضخم من الأقمار الصناعية في مدار حول الأرض. وقد ساهمت هذه الأقمار بشكل كبير في تطوير الملاحة والاتصالات والاستخبارات العسكرية والجيولوجيا والمناخ والعديد من المجالات الأخرى. وبحلول نهاية القرن العشرين، كانت المركبات الفضائية غير المأهولة قد زارت القمر وعطارد والزهرة والمريخ والمشتري وزحل وأورانوس ونبتون ، بالإضافة إلى العديد من الكويكبات والمذنبات . أما تلسكوب هابل الفضائي ، الذي أُطلق عام 1990، فقد وسّع فهمنا للكون بشكل كبير ، وجلب صورًا رائعة إلى شاشات التلفزيون والحواسيب في جميع أنحاء العالم.

• حظي علم الوراثة بقبول بالإجماع وتطور بشكل كبير. تم تحديد بنية الحمض النووي في عام 1953 على يد جيمس واتسون ، ^{[ 3 ] [ 4 ]} وفرانسيس كريك ، ^{[ 3 ] [ 4 ]} وروزاليند فرانكلين، ^{[ 4 ]} وموريس ويلكنز ، ^{[ 3 ] [ 4 ]} تلا ذلك تطوير تقنيات تسمح بقراءة تسلسلات الحمض النووي، وبلغت ذروتها في بدء مشروع الجينوم البشري (الذي لم يكتمل في القرن العشرين) واستنساخ أول حيوان ثديي في عام 1996.
• تم فهم دور التكاثر الجنسي في التطور، وتم اكتشاف الاقتران البكتيري .
• إن التقارب بين مختلف العلوم لصياغة التركيب التطوري الحديث (الذي تم إنتاجه بين عامي 1936 و 1947)، مما يوفر تفسيراً مقبولاً على نطاق واسع للتطور .
• أصبحت التجارب السريرية المعشاة ذات الشواهد الوهمية والمُعمّاة أداة قوية لاختبار الأدوية الجديدة.
• أدت المضادات الحيوية إلى انخفاض كبير في معدل الوفيات الناجمة عن الأمراض البكتيرية وانتشارها .
• تم تطوير لقاح لشلل الأطفال ، مما أنهى وباءً عالمياً. كما تم تطوير لقاحات فعالة لعدد من الأمراض المعدية الخطيرة الأخرى، بما في ذلك الإنفلونزا ، والخناق، والسعال الديكي، والكزاز ، والحصبة ، والنكاف ، والحصبة الألمانية ، وجدري الماء ، والتهاب الكبد الوبائي أ ، والتهاب الكبد الوبائي ب .
• أدى علم الأوبئة والتطعيم إلى القضاء على فيروس الجدري لدى البشر.
• أصبحت الأشعة السينية أداة تشخيصية فعّالة لمجموعة واسعة من الأمراض، بدءًا من كسور العظام وصولًا إلى السرطان. وفي ستينيات القرن العشرين، تم اختراع التصوير المقطعي المحوسب . ومن الأدوات التشخيصية المهمة الأخرى التي طُوّرت التصوير بالموجات فوق الصوتية والتصوير بالرنين المغناطيسي .
• أدى تطوير الفيتامينات إلى القضاء فعلياً على داء الإسقربوط وغيره من الأمراض الناجمة عن نقص الفيتامينات في المجتمعات الصناعية.
• تم تطوير أدوية نفسية جديدة. وتشمل هذه الأدوية مضادات الذهان لعلاج الهلوسة والأوهام ، ومضادات الاكتئاب لعلاج الاكتئاب.
• تم إثبات دور تدخين التبغ في التسبب في السرطان وأمراض أخرى خلال الخمسينيات (انظر دراسة الأطباء البريطانيين ).
• تم تطوير أساليب جديدة لعلاج السرطان، بما في ذلك العلاج الكيميائي والعلاج الإشعاعي والعلاج المناعي . ونتيجة لذلك، أصبح من الممكن في كثير من الأحيان شفاء السرطان أو وضعه في حالة هدوء .
• أدى تطوير فصائل الدم وبنوك الدم إلى جعل نقل الدم آمناً ومتاحاً على نطاق واسع.
• لقد ساهم اختراع وتطوير الأدوية المثبطة للمناعة وتصنيف الأنسجة في جعل زراعة الأعضاء والأنسجة حقيقة سريرية.
• تم تطوير أساليب جديدة لجراحة القلب ، بما في ذلك أجهزة تنظيم ضربات القلب والقلوب الاصطناعية .
• تبين أن الكوكايين / الكراك والهيروين من المخدرات الخطيرة المسببة للإدمان، وتم حظر استخدامها على نطاق واسع؛ كما تم اكتشاف مخدرات أخرى مؤثرة على العقل مثل LSD و MDMA، وتم حظرها لاحقًا. في العديد من البلدان، أدت الحرب على المخدرات إلى ارتفاع الأسعار من 10 إلى 20 ضعفًا، مما أدى إلى ازدهار تجارة المخدرات في السوق السوداء ، وفي بعض البلدان (مثل الولايات المتحدة ) إلى أن تصل نسبة الأحكام الصادرة بحق السجناء بسبب تعاطي المخدرات إلى 80% بحلول التسعينيات.
• تم تطوير الأدوية المانعة للحمل ، مما أدى إلى انخفاض معدلات النمو السكاني في البلدان الصناعية، فضلاً عن تقليل المحرمات المتعلقة بالجنس قبل الزواج في العديد من الدول الغربية.
• ساهم تطوير الأنسولين الطبي خلال عشرينيات القرن الماضي في رفع متوسط ​​العمر المتوقع لمرضى السكري إلى ثلاثة أضعاف ما كان عليه سابقاً.
• ساهمت اللقاحات والنظافة والمياه النظيفة في تحسين الصحة وخفض معدلات الوفيات، وخاصة بين الرضع والأطفال الصغار.

في عام ١٩٠٣، اخترع ميخائيل تسفيت تقنية الكروماتوغرافيا ، وهي تقنية تحليلية بالغة الأهمية. وفي عام ١٩٠٤، اقترح هانتارو ناغاوكا نموذجًا نوويًا مبكرًا للذرة، حيث تدور الإلكترونات حول نواة كثيفة ضخمة. وفي عام ١٩٠٥، طوّر فريتز هابر وكارل بوش عملية هابر لإنتاج الأمونيا ، وهي علامة فارقة في الكيمياء الصناعية ذات آثار عميقة في الزراعة. تجمع عملية هابر، أو عملية هابر-بوش، بين النيتروجين والهيدروجين لتكوين الأمونيا بكميات صناعية لإنتاج الأسمدة والذخائر. ويعتمد إنتاج الغذاء لنصف سكان العالم الحالي على هذه الطريقة لإنتاج الأسمدة. اقترح هابر، بالاشتراك مع ماكس بورن ، دورة بورن-هابر كطريقة لتقييم طاقة الشبكة البلورية للمواد الصلبة الأيونية. كما وُصف هابر بأنه "أبو الحرب الكيميائية " لعمله في تطوير ونشر الكلور وغيره من الغازات السامة خلال الحرب العالمية الأولى.

في عام ١٩٠٥، شرح ألبرت أينشتاين الحركة البراونية بطريقة أثبتت بشكل قاطع صحة النظرية الذرية. واخترع ليو بايكلاند مادة الباكليت ، وهي من أوائل أنواع البلاستيك التي حققت نجاحًا تجاريًا. وفي عام ١٩٠٩، قاس الفيزيائي الأمريكي روبرت أندروز ميليكان - الذي درس في أوروبا على يد والتر نيرنست وماكس بلانك - شحنة الإلكترونات الفردية بدقة غير مسبوقة من خلال تجربة قطرة الزيت ، حيث قاس الشحنات الكهربائية على قطرات صغيرة من الماء (ثم الزيت لاحقًا) المتساقطة. وأثبتت دراسته أن الشحنة الكهربائية لأي قطرة معينة هي مضاعف لقيمة أساسية محددة - شحنة الإلكترون - مما يؤكد أن جميع الإلكترونات لها نفس الشحنة والكتلة. ابتداءً من عام ١٩١٢، أمضى ميليكان عدة سنوات في البحث وإثبات العلاقة الخطية التي اقترحها ألبرت أينشتاين بين الطاقة والتردد، وقدم أول دليل كهروضوئي مباشر على ثابت بلانك . وفي عام ١٩٢٣، مُنح ميليكان جائزة نوبل في الفيزياء.

في عام ١٩٠٩، ابتكر إس. بي. إل. سورنسن مفهوم الرقم الهيدروجيني (pH) وطوّر طرقًا لقياس الحموضة. وفي عام ١٩١١، اقترح أنطونيوس فان دن بروك فكرة أن ترتيب العناصر في الجدول الدوري يُفضّل أن يكون وفقًا للشحنة النووية الموجبة بدلًا من الوزن الذري. وفي العام نفسه، عُقد مؤتمر سولفاي الأول في بروكسل، جامعًا أبرز علماء ذلك العصر. وفي عام ١٩١٢، اقترح ويليام هنري براغ وويليام لورانس براغ قانون براغ ، وأسسا بذلك علم البلورات بالأشعة السينية ، وهو أداة مهمة لتوضيح البنية البلورية للمواد. وفي العام نفسه، طوّر بيتر ديباي مفهوم ثنائي القطب الجزيئي لوصف التوزيع غير المتماثل للشحنة في بعض الجزيئات.

في عام 1913، قدّم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور مفاهيم ميكانيكا الكم إلى بنية الذرة، مقترحًا ما يُعرف الآن بنموذج بور للذرة، حيث توجد الإلكترونات في مدارات دائرية محددة بدقة حول النواة، تشبه درجات السلم. يُعدّ نموذج بور نموذجًا كوكبيًا تدور فيه الإلكترونات سالبة الشحنة حول نواة صغيرة موجبة الشحنة، على غرار الكواكب التي تدور حول الشمس (باستثناء أن مداراتها ليست مستوية). وتُشابه قوة جاذبية النظام الشمسي رياضيًا قوة كولوم (الكهربائية) الجاذبة بين النواة موجبة الشحنة والإلكترونات سالبة الشحنة.

في عام 1913، قدّم هنري موزلي ، مستندًا إلى فكرة فان دن بروك السابقة، مفهوم العدد الذري لمعالجة أوجه القصور في الجدول الدوري لمندليف، الذي كان قائمًا على الوزن الذري. وبلغت مسيرة فريدريك سودي ذروتها في الكيمياء الإشعاعية عام 1913 بصياغته لمفهوم النظائر ، الذي ينص على أن بعض العناصر توجد في صورتين أو أكثر لها أوزان ذرية مختلفة، لكنها لا يمكن تمييزها كيميائيًا. ويُذكر له إثباته وجود نظائر لبعض العناصر المشعة، كما يُنسب إليه، مع آخرين، اكتشاف عنصر البروتاكتينيوم عام 1917. وفي عام 1913، وسّع جيه جيه طومسون نطاق عمل فين، مُبينًا إمكانية فصل الجسيمات دون الذرية المشحونة بنسبة كتلتها إلى شحنتها، وهي تقنية تُعرف باسم مطيافية الكتلة .

في عام ١٩١٦، نشر جيلبرت ن. لويس مقالته الرائدة "ذرة الجزيء"، التي اقترح فيها أن الرابطة الكيميائية هي زوج من الإلكترونات تتشاركه ذرتان. وقد ساوى نموذج لويس بين الرابطة الكيميائية التقليدية ومشاركة زوج من الإلكترونات بين الذرتين المرتبطتين. وقدّم لويس في هذه الورقة "مخططات النقاط الإلكترونية" لترمز إلى البنية الإلكترونية للذرات والجزيئات. تُعرف هذه المخططات الآن باسم "بنى لويس "، وتُناقش في جميع كتب الكيمياء التمهيدية تقريبًا. وفي عام ١٩٢٣، طوّر لويس نظرية أزواج الإلكترونات للأحماض والقواعد ، حيث أعاد تعريف الحمض بأنه أي ذرة أو جزيء ذي غلاف إلكتروني غير مكتمل، وبالتالي قادر على استقبال الإلكترونات من ذرة أخرى؛ أما القواعد، فهي بالطبع مانحة للإلكترونات. تُعرف نظريته بمفهوم أحماض وقواعد لويس . وفي عام ١٩٢٣ أيضًا، نشر جي. إن. لويس وميرل راندال كتاب " الديناميكا الحرارية والطاقة الحرة للمواد الكيميائية" ، وهو أول دراسة حديثة في الديناميكا الحرارية الكيميائية .

شهدت عشرينيات القرن العشرين انتشاراً سريعاً لنموذج لويس للرابطة الإلكترونية المزدوجة في مجالي الكيمياء العضوية والتناسقية. في الكيمياء العضوية، يعود الفضل في ذلك بشكل أساسي إلى جهود الكيميائيين البريطانيين آرثر لابوورث ، وروبرت روبنسون ، وتوماس لوري ، وكريستوفر إنجولد ؛ بينما في الكيمياء التناسقية، تم الترويج لنموذج لويس للرابطة من خلال جهود الكيميائي الأمريكي موريس هيغنز والكيميائي البريطاني نيفيل سيدجويك .

البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية

بحلول منتصف القرن العشرين، كان التكامل بين الفيزياء والكيمياء واسع النطاق من حيث المبدأ، حيث فُسِّرت الخصائص الكيميائية كنتيجة للبنية الإلكترونية للذرة . وقد استخدم لينوس باولينغ في كتابه " طبيعة الرابطة الكيميائية" مبادئ ميكانيكا الكم لاستنتاج زوايا الروابط في جزيئات بالغة التعقيد. ومع ذلك، فرغم أن بعض المبادئ المستنتجة من ميكانيكا الكم استطاعت التنبؤ نوعيًا ببعض الخصائص الكيميائية للجزيئات ذات الأهمية البيولوجية، إلا أنها ظلت، حتى نهاية القرن العشرين، أقرب إلى مجموعة من القواعد والملاحظات والوصفات منها إلى أساليب كمية دقيقة من المبادئ الأولى .

انتصر هذا النهج الاستدلالي في عام 1953 عندما استنتج جيمس واتسون وفرانسيس كريك البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي من خلال بناء نماذج مقيدة ومستندة إلى معرفة التركيب الكيميائي للأجزاء المكونة وأنماط حيود الأشعة السينية التي حصلت عليها روزاليند فرانكلين . ^{[ 8 ]} أدى هذا الاكتشاف إلى طفرة في الأبحاث المتعلقة بالكيمياء الحيوية للحياة.

في العام نفسه، أثبتت تجربة ميلر-يوري ، التي أجراها ستانلي ميلر وهارولد يوري، أن المكونات الأساسية للبروتين ، وهي الأحماض الأمينية البسيطة ، يمكن بناؤها من جزيئات أبسط في محاكاة للعمليات البدائية على الأرض. ورغم أن العديد من التساؤلات لا تزال قائمة حول الطبيعة الحقيقية لأصل الحياة ، إلا أن هذه كانت المحاولة الأولى للكيميائيين لدراسة عمليات افتراضية في المختبر في ظل ظروف مضبوطة. ^{[ 9 ]}

في عام 1983، ابتكر كاري موليس طريقةً لتضخيم الحمض النووي في المختبر، تُعرف باسم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، والتي أحدثت ثورةً في العمليات الكيميائية المستخدمة في المختبر لمعالجته. وقد مكّن استخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل من تخليق أجزاء محددة من الحمض النووي، مما أتاح إمكانية تسلسل الحمض النووي للكائنات الحية، وهو ما تُوّج بمشروع الجينوم البشري الضخم .

تم حل جزء مهم من لغز الحلزون المزدوج بواسطة أحد طلاب بولينج، ماثيو ميسلسون وفرانك ستال ، وقد أطلق على نتيجة تعاونهما ( تجربة ميسلسون-ستال ) اسم "أجمل تجربة في علم الأحياء".

استخدموا تقنية الطرد المركزي لفرز الجزيئات وفقًا لاختلافات الوزن. ولأن ذرات النيتروجين مكون أساسي للحمض النووي، فقد تم وسمها وبالتالي تتبعها أثناء تضاعفها في البكتيريا.

أواخر القرن العشرين

في عام 1970، طوّر جون بوبل برنامج غاوسيان، مما سهّل بشكل كبير حسابات الكيمياء الحاسوبية . ^{[ 10 ]} وفي عام 1971، قدّم إيف شوفان شرحًا لآلية تفاعل تبادل الأوليفينات . ^{[ 11 ]} وفي عام 1975، اكتشف كارل باري شاربلس وفريقه تفاعلات أكسدة انتقائية فراغية، بما في ذلك أكسدة شاربلس الإيبوكسيدية ، ^{[ 12 ] [ 13 ]} وثنائي هيدروكسيل شاربلس غير المتماثل ، ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]} وأكسدة شاربلس الأمينية . ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} وفي عام 1985، اكتشف هارولد كروتو وروبرت كيرل وريتشارد سمولي الفوليرين ، وهي فئة من جزيئات الكربون الكبيرة التي تشبه ظاهريًا القبة الجيوديسية التي صممها المهندس المعماري ر. بوكمينستر فولر . ^{[ 20 ]} في عام 1991، استخدم سوميو إيجيما المجهر الإلكتروني لاكتشاف نوع من الفوليرين الأسطواني يُعرف باسم أنبوب الكربون النانوي ، على الرغم من أن أعمالًا سابقة أُجريت في هذا المجال منذ عام 1951. تُعد هذه المادة مكونًا هامًا في مجال تقنية النانو . ^{[ 21 ]} في عام 1994، حقق روبرت أ. هولتون وفريقه أول تخليق كامل لمادة تاكسول . ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} في عام 1995، أنتج إريك كورنيل وكارل ويمَن أول مكثف بوز-أينشتاين ، وهي مادة تُظهر خصائص ميكانيكية كمية على المستوى العياني. ^{[ 25 ]}

في عام ١٩١٢، اقترح ألفريد فيجنر نظرية الانجراف القاري . ^{[ ٢٦ ]} تشير هذه النظرية إلى أن أشكال القارات وتطابق جيولوجيا السواحل بينها يدل على أنها كانت متصلة في الماضي لتشكل كتلة أرضية واحدة تُعرف باسم بانجيا؛ ثم انفصلت وانجرفت كطوافات فوق قاع المحيط، لتصل إلى مواقعها الحالية. إضافةً إلى ذلك، قدمت نظرية الانجراف القاري تفسيرًا محتملاً لتكوين الجبال؛ وقد بُنيت نظرية تكتونية الصفائح على أساس هذه النظرية.

لسوء الحظ، لم يُقدّم فيجنر آليةً مُقنعةً لهذا الانجراف، ولم تلقَ أفكاره قبولًا عامًا خلال حياته. تبنّى آرثر هومز نظرية فيجنر وقدّم آليةً تُفسّر حركة القارات ، وهي دوران الوشاح. ^{[ 27 ]} مع ذلك، لم تبدأ الأدلة الجديدة التي تدعم الانجراف القاري بالتراكم إلا بعد الحرب العالمية الثانية. تلت ذلك فترةٌ امتدت لعشرين عامًا مثيرةً للغاية، حيث تطوّرت نظرية الانجراف القاري من كونها مُجرّد اعتقادٍ لدى قلةٍ إلى أن أصبحت حجر الزاوية في علم الجيولوجيا الحديث. ابتداءً من عام 1947، كشفت الأبحاث عن أدلةٍ جديدةٍ حول قاع المحيط، وفي عام 1960، نشر بروس سي. هيزن مفهوم سلاسل منتصف المحيط . بعد ذلك بوقتٍ قصير، اقترح روبرت إس. ديتز وهاري إتش. هيس أن القشرة المحيطية تتشكّل عندما يتباعد قاع البحر على طول سلاسل منتصف المحيط في عملية انتشار قاع البحر . ^{[ 28 ]} اعتُبر هذا تأكيدًا لدوران الوشاح ، وبالتالي أُزيلت العقبة الرئيسية أمام النظرية. أشارت الأدلة الجيوفيزيائية إلى حركة جانبية للقارات، وأن القشرة المحيطية أحدث عمرًا من القشرة القارية . وقد حفزت هذه الأدلة الجيوفيزيائية فرضية المغناطيسية القديمة ، وهي سجل اتجاه المجال المغناطيسي للأرض المسجل في المعادن المغناطيسية. اقترح الجيوفيزيائي البريطاني إس. كيه. رانكورن مفهوم المغناطيسية القديمة انطلاقًا من اكتشافه أن القارات قد تحركت بالنسبة للأقطاب المغناطيسية للأرض. أضاف توز ويلسون ، الذي كان من أوائل الداعمين لفرضية تمدد قاع المحيط والانجراف القاري، ^{[ 29 ]} مفهوم الصدوع التحويلية إلى النموذج، مُكملاً بذلك أنواع الصدوع اللازمة لتفسير حركة الصفائح على سطح الأرض. ^{[ 30 ]} ويُعتبر انعقاد ندوة حول الانجراف القاري ^{[ 31 ]} في الجمعية الملكية بلندن عام 1965 بمثابة البداية الرسمية لقبول نظرية تكتونية الصفائح من قبل المجتمع العلمي. نُشرت ملخصات الندوة تحت عنوان: بلاكيت، بولارد، رانكورن؛ 1965. في هذه الندوة، أوضح إدوارد بولارد وزملاؤه، باستخدام حسابات حاسوبية، كيف تتلاءم القارات على جانبي المحيط الأطلسي على النحو الأمثل لإغلاق المحيط، وهو ما عُرف لاحقًا باسم "تلاءم بولارد" الشهير. وبحلول أواخر الستينيات، رجّحت الأدلة المتاحة كفة نظرية الانجراف القاري لتصبح النظرية المقبولة عمومًا.

لم تكن النظريات الأخرى لأسباب تغير المناخ أفضل حالًا. تمثلت التطورات الرئيسية في علم المناخ القديم القائم على الملاحظة ، حيث عمل علماء في مختلف فروع الجيولوجيا على تطوير طرق للكشف عن المناخات القديمة. اكتشف ويلموت هـ. برادلي أن الطبقات الطينية السنوية المترسبة في قيعان البحيرات تُظهر دورات مناخية. ولاحظ أندرو إليكوت دوغلاس مؤشرات قوية على تغير المناخ في حلقات الأشجار . فلاحظ أن الحلقات كانت أرق في السنوات الجافة، وأشار إلى تأثيرات مناخية ناتجة عن التغيرات الشمسية، لا سيما فيما يتعلق بندرة البقع الشمسية في القرن السابع عشر ( الحد الأدنى لموندر ) التي لاحظها سابقًا ويليام هيرشل وآخرون. مع ذلك، وجد علماء آخرون أسبابًا وجيهة للتشكيك في قدرة حلقات الأشجار على كشف أي شيء يتجاوز التغيرات الإقليمية العشوائية. ولم تترسخ قيمة حلقات الأشجار في دراسة المناخ بشكل قاطع حتى ستينيات القرن العشرين. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

خلال ثلاثينيات القرن العشرين، كان عالم الفيزياء الفلكية تشارلز غريلي أبوت من أشدّ المدافعين عن الربط بين الشمس والمناخ . وبحلول أوائل عشرينيات القرن نفسه، خلص إلى أن تسمية "الثابت" الشمسي كانت خاطئة، إذ أظهرت ملاحظاته تغيرات كبيرة ربطها بمرور البقع الشمسية على سطح الشمس. وتابع هو وعدد قليل من العلماء الآخرين هذا الموضوع حتى ستينيات القرن العشرين، مقتنعين بأن تغيرات البقع الشمسية سبب رئيسي لتغير المناخ. في المقابل، أبدى علماء آخرون شكوكًا. ^{[ 32 ] [ 33 ]} ومع ذلك، شاعت محاولات ربط الدورة الشمسية بالدورات المناخية في عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين. وأعلن علماء مرموقون عن وجود علاقات أكدوا أنها موثوقة بما يكفي للتنبؤ. ولكن عاجلاً أم آجلاً، فشلت جميع التنبؤات، وفقد الموضوع مصداقيته. ^{[ 34 ]}

في غضون ذلك، قام ميلوتين ميلانكوفيتش ، بالاستناد إلى نظرية جيمس كرول ، بتحسين الحسابات المعقدة للمسافات والزوايا المتغيرة لإشعاع الشمس مع تأثير الشمس والقمر التدريجي على مدار الأرض. وتطابقت بعض الملاحظات للطبقات الطينية التي تغطي قاع البحيرات مع توقعات دورة ميلانكوفيتش التي تستغرق حوالي 21000 عام. ومع ذلك، رفض معظم الجيولوجيين النظرية الفلكية، إذ لم يتمكنوا من مطابقة توقيت ميلانكوفيتش مع التسلسل المقبول، الذي لم يتضمن سوى أربعة عصور جليدية، جميعها أطول بكثير من 22000 عام. ^{[ 35 ]}

في عام 1938، حاول غاي ستيوارت كاليندر إحياء نظرية أرهينيوس حول ظاهرة الاحتباس الحراري. وقدّم كاليندر أدلةً على ارتفاع كلٍّ من درجة الحرارة ومستوى _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال نصف القرن الماضي، وجادل بأن القياسات الطيفية الحديثة أظهرت فعالية هذا الغاز في امتصاص الأشعة تحت الحمراء في الغلاف الجوي. ومع ذلك، استمرّ معظم الرأي العلمي في التشكيك في النظرية أو تجاهلها. ^{[ 36 ]}

ظهرت أدلة أخرى على طبيعة تغير المناخ في منتصف ستينيات القرن الماضي من خلال تحليل عينات من أعماق البحار أجراه سيزار إميلياني، وتحليل الشعاب المرجانية القديمة أجراه والاس برويكر وزملاؤه. فبدلاً من أربعة عصور جليدية طويلة ، وجدوا عددًا كبيرًا من العصور الجليدية الأقصر في تسلسل منتظم. وبدا أن توقيت العصور الجليدية يتحدد بالتحولات المدارية الطفيفة لدورات ميلانكوفيتش . وبينما ظل هذا الأمر مثيرًا للجدل، بدأ البعض يشير إلى أن النظام المناخي حساس للتغيرات الطفيفة، ويمكن أن ينقلب بسهولة من حالة مستقرة إلى حالة أخرى. ^{[ 35 ]}

في غضون ذلك، بدأ العلماء باستخدام الحواسيب لتطوير نسخ أكثر تطورًا من حسابات أرهينيوس. في عام 1967، مستفيدين من قدرة الحواسيب الرقمية على دمج منحنيات الامتصاص عدديًا، أجرى سيوكورو مانابي وريتشارد ويذرالد أول حساب تفصيلي لتأثير الاحتباس الحراري مع مراعاة الحمل الحراري ( نموذج مانابي-ويذرالد الإشعاعي-الحملي أحادي البعد ). ^{[ 37 ] [ 38 ]} ووجدا أنه في غياب تأثيرات التغذية الراجعة غير المعروفة، مثل تغيرات السحب، فإن مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون عن مستواه الحالي ستؤدي إلى  ارتفاع درجة الحرارة العالمية بمقدار درجتين مئويتين تقريبًا.

بحلول ستينيات القرن العشرين، أصبح تلوث الهواء بالجسيمات الدقيقة (الضباب الدخاني) مشكلة محلية خطيرة في العديد من المدن، وبدأ بعض العلماء يتساءلون عما إذا كان تأثير التبريد الناتج عن تلوث الجسيمات الدقيقة سيؤثر على درجات الحرارة العالمية. لم يكن العلماء متأكدين مما إذا كان تأثير التبريد الناتج عن تلوث الجسيمات الدقيقة أو تأثير الاحترار الناتج عن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري هو السائد، ولكن بغض النظر عن ذلك، بدأوا يشتبهون في أن الانبعاثات البشرية قد تُحدث اضطرابًا في المناخ في القرن الحادي والعشرين، إن لم يكن قبل ذلك. في كتابه " قنبلة السكان" الصادر عام 1968 ، كتب بول ر. إيرليخ : "يتفاقم تأثير الاحتباس الحراري الآن بسبب الارتفاع الكبير في مستوى ثاني أكسيد الكربون... [ويُقابل ذلك] بسحب منخفضة المستوى ناتجة عن آثار الطائرات والغبار والملوثات الأخرى... في الوقت الحالي، لا يمكننا التنبؤ بالنتائج المناخية الإجمالية لاستخدامنا الغلاف الجوي كمكب للنفايات." ^{[ 39 ]}

أشارت دراسة أجراها معهد ستانفورد للأبحاث لصالح المعهد الأمريكي للبترول عام 1968 إلى ما يلي: ^{[ 40 ]}

إذا ارتفعت درجة حرارة الأرض بشكل ملحوظ، فمن المتوقع حدوث عدد من الظواهر، بما في ذلك ذوبان الغطاء الجليدي في القطب الجنوبي، وارتفاع مستوى سطح البحر، وارتفاع درجة حرارة المحيطات، وزيادة عملية التمثيل الضوئي. [...] ويشير ريفيل إلى أن الإنسان يخوض الآن تجربة جيوفيزيائية واسعة النطاق مع بيئته، أي الأرض. ومن شبه المؤكد حدوث تغيرات كبيرة في درجات الحرارة بحلول عام 2000، وقد تُؤدي هذه التغيرات إلى تغيرات مناخية.

في عام 1969، كان حلف شمال الأطلسي (الناتو) أول منظمة مرشحة للتعامل مع تغير المناخ على المستوى الدولي. وخُطط حينها لإنشاء مركز أبحاث ومبادرات للمنظمة في المجال المدني، يتناول قضايا بيئية ^{[ 41 ]} مثل الأمطار الحمضية والاحتباس الحراري . لم يلقَ اقتراح الرئيس الأمريكي ريتشارد نيكسون نجاحًا كبيرًا لدى إدارة المستشار الألماني كورت جورج كيسينجر . إلا أن هذه القضايا والتحضيرات التي قامت بها السلطات الألمانية بشأن مقترح الناتو اكتسبت زخمًا دوليًا (انظر على سبيل المثال مؤتمر ستوكهولم للأمم المتحدة المعني بالبيئة البشرية عام 1970)، حيث بدأت حكومة ويلي برانت بتطبيقها في المجال المدني. ^{[ 41 ]}

في عام 1969 أيضًا، نشر ميخائيل بوديكو نظريةً حول تأثير ارتداد البياض الجليدي ، وهو عنصر أساسي لما يُعرف اليوم بتضخيم القطب الشمالي . ^{[ 42 ]} وفي العام نفسه، نشر ويليام د. سيلرز نموذجًا مشابهًا . ^{[ 43 ]} وقد حظيت كلتا الدراستين باهتمام كبير، إذ أشارتا إلى إمكانية حدوث ارتداد إيجابي متسارع ضمن نظام المناخ العالمي. ^{[ 44 ]}

في أوائل سبعينيات القرن العشرين، شجعت الأدلة على تزايد الهباء الجوي عالميًا ريد برايسون وآخرين على التحذير من احتمال حدوث تبريد شديد. في الوقت نفسه، أشارت أدلة جديدة إلى أن توقيت العصور الجليدية يتحدد بدورات مدارية يمكن التنبؤ بها، مما يوحي بأن المناخ سيبرد تدريجيًا على مدى آلاف السنين. مع ذلك، بالنسبة للقرن التالي، وجدت دراسة استقصائية للأدبيات العلمية من عام 1965 إلى عام 1979 سبع مقالات تتنبأ بالتبريد وأربعًا وأربعين مقالة تتنبأ بالاحترار (لم تتضمن العديد من المقالات الأخرى حول المناخ أي تنبؤات)؛ وقد تم الاستشهاد بمقالات الاحترار بشكل متكرر في الأدبيات العلمية اللاحقة. ^{[ 45 ]} وخلصت عدة لجان علمية من تلك الفترة إلى ضرورة إجراء المزيد من البحوث لتحديد ما إذا كان الاحترار أو التبريد هو الأرجح، مما يشير إلى أن الاتجاه في الأدبيات العلمية لم يكن قد أصبح إجماعًا بعد. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}

نشر جون سوير دراسة بعنوان "ثاني أكسيد الكربون من صنع الإنسان وتأثير الاحتباس الحراري" عام 1972. ^{[ 49 ]} وقد لخص فيها المعرفة العلمية السائدة آنذاك، ونسبة انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون، وهو أحد غازات الاحتباس الحراري، إلى الأنشطة البشرية، وتوزيعه، وارتفاعه المتسارع، وهي نتائج لا تزال قائمة حتى اليوم. كما تنبأ بدقة بمعدل الاحتباس الحراري العالمي للفترة بين عامي 1972 و2000. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

وبالتالي، فإن الزيادة المتوقعة في ثاني أكسيد الكربون بنسبة 25% بحلول نهاية القرن تعادل زيادة قدرها 0.6 درجة مئوية في درجة حرارة الأرض، وهي نسبة أكبر قليلاً من التغيرات المناخية التي شهدتها القرون الأخيرة . - جون سوير، 1972

بالغت وسائل الإعلام الرئيسية آنذاك في تحذيرات الأقلية التي توقعت انخفاضًا وشيكًا في درجات الحرارة. فعلى سبيل المثال، نشرت مجلة نيوزويك عام ١٩٧٥ مقالًا يحذر من "علامات تنذر بتغير أنماط الطقس على الأرض". ^{[ ٥٢ ]} وتابع المقال بالقول إن الأدلة على التبريد العالمي كانت قوية لدرجة أن خبراء الأرصاد الجوية "يجدون صعوبة في مواكبتها". ^{[ ٥٢ ]} وفي ٢٣ أكتوبر ٢٠٠٦، أصدرت نيوزويك بيانًا محدثًا يفيد بأنها كانت "مخطئة بشكل فادح بشأن المستقبل القريب". ^{[ ٥٣ ]}

في التقريرين الأولين لنادي روما عامي 1972 ^{[ 54 ]} و1974 ^{[ 55 ]} ، ذُكرت التغيرات المناخية الناتجة عن الأنشطة البشرية، لا سيما زيادة _ثاني أكسيد الكربون والحرارة المهدرة . وفي هذا الصدد، كتب جون هولدرين في دراسة ^{[ 56 ]} وردت في التقرير الأول: "... إن التلوث الحراري العالمي ليس التهديد البيئي المباشر الذي نواجهه. ومع ذلك، قد يصبح الأكثر حتمية إذا حالفنا الحظ وتجنبنا كل التهديدات الأخرى". وتُظهر تقديرات بسيطة على نطاق عالمي ^{[ 57 ]} ، جرى تحديثها مؤخرًا ^{[ 58 ]} وتأكيدها بنماذج حسابية أكثر دقة ^{[ 59 ] [ 60 ]،} مساهمات ملحوظة من الحرارة المهدرة في ظاهرة الاحتباس الحراري بعد عام 2100، إذا لم تنخفض معدلات نموها بشكل كبير (إلى أقل من متوسط ​​2% سنويًا الذي حدث منذ عام 1973).

تراكمت الأدلة على ظاهرة الاحتباس الحراري. وبحلول عام 1975، طور مانابي وويذرالد نموذجًا مناخيًا عالميًا ثلاثي الأبعاد قدم تمثيلًا دقيقًا تقريبًا للمناخ الحالي. وأدى مضاعفة تركيز _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للنموذج إلى ارتفاع درجة الحرارة العالمية بنحو درجتين مئويتين. ^{[ 61 ]} وقد أعطت أنواع أخرى من النماذج الحاسوبية نتائج مماثلة: إذ كان من المستحيل إنشاء نموذج يُحاكي المناخ الفعلي دون أن يؤدي ازدياد تركيز _ثاني أكسيد الكربون إلى ارتفاع درجة الحرارة . 

خلص مؤتمر المناخ العالمي لعام 1979 (من 12 إلى 23 فبراير) التابع للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية إلى أنه "يبدو من المعقول أن زيادة كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يمكن أن تساهم في ارتفاع تدريجي في درجة حرارة الطبقات السفلى من الغلاف الجوي، وخاصة عند خطوط العرض العليا... ومن الممكن أن تكون بعض التأثيرات على نطاق إقليمي وعالمي قابلة للرصد قبل نهاية هذا القرن وأن تصبح ذات أهمية قبل منتصف القرن القادم." ^{[ 62 ]}

في يوليو 1979، نشر المجلس الوطني للبحوث في الولايات المتحدة تقريرًا، ^{[ 63 ]} خلص فيه (جزئيًا):

عند افتراض مضاعفة تركيز _ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتحقيق التوازن الحراري الإحصائي، تتوقع النماذج الأكثر واقعية ارتفاعًا في درجة حرارة سطح الأرض يتراوح بين درجتين مئويتين  و3.5  درجة مئوية، مع زيادات أكبر في خطوط العرض العليا. ... لقد حاولنا، ولكننا لم نتمكن من إيجاد أي تأثيرات فيزيائية تم إغفالها أو التقليل من شأنها، والتي من شأنها أن تقلل من الاحترار العالمي المُقدَّر حاليًا نتيجة مضاعفة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي _إلى مستويات ضئيلة أو أن تعكسه تمامًا.

بحلول أوائل ثمانينيات القرن العشرين، توقف الاتجاه الطفيف نحو التبريد الذي شهده العالم بين عامي 1945 و1975. وانخفض تلوث الهباء الجوي في العديد من المناطق نتيجة للتشريعات البيئية والتغيرات في استخدام الوقود، وأصبح من الواضح أن تأثير التبريد الناتج عن الهباء الجوي لن يزداد بشكل كبير في ظل الارتفاع التدريجي لمستويات ثاني أكسيد الكربون.

نشر هانسن وآخرون دراسة عام 1981 بعنوان " تأثير زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على المناخ" ، ولاحظوا ما يلي:

يُظهر البحث أن الاحترار الناتج عن ثاني أكسيد الكربون البشري المنشأ سيتجاوز مستوى الضوضاء في التقلبات المناخية الطبيعية بحلول نهاية القرن، مع وجود احتمال كبير لحدوث ارتفاع في درجات الحرارة خلال ثمانينيات القرن الماضي. وتشمل التأثيرات المحتملة على المناخ في القرن الحادي والعشرين ظهور مناطق معرضة للجفاف في أمريكا الشمالية وآسيا الوسطى نتيجة لتغير المناطق المناخية، وتآكل الغطاء الجليدي في غرب القارة القطبية الجنوبية وما يتبعه من ارتفاع عالمي في مستوى سطح البحر، وانفتاح الممر الشمالي الغربي الأسطوري. ^{[ 64 ]}

في عام ١٩٨٢، كشفت عينات جليدية من غرينلاند ، حُفرت بواسطة هانز أوشغر وويلي دانسغارد وزملاؤهما، عن تقلبات حادة في درجات الحرارة خلال قرن من الزمان في الماضي البعيد. ^{[ ٦٥ ]} وكان أبرز هذه التغيرات في سجلهم المناخي هو التذبذب المناخي العنيف الذي شهده العصر الجليدي الأصغر، والذي تجلى في تغيرات أنواع حبوب اللقاح في قيعان البحيرات في جميع أنحاء أوروبا. ومن الواضح أن تغيرات مناخية جذرية كانت ممكنة خلال جيل واحد.

في عام 1985، خلص مؤتمر مشترك بين برنامج الأمم المتحدة للبيئة والمنظمة العالمية للأرصاد الجوية والمجلس الدولي للعلوم حول "تقييم دور ثاني أكسيد الكربون وغيره من غازات الدفيئة في تغيرات المناخ والآثار المرتبطة بها" إلى أنه "من المتوقع" أن تتسبب غازات الدفيئة في ارتفاع كبير في درجات الحرارة خلال القرن القادم، وأن بعض الاحترار أمر لا مفر منه. ^{[ 66 ]}

في غضون ذلك، أظهرت عينات الجليد التي حفرها فريق فرنسي سوفيتي في محطة فوستوك في القارة القطبية الجنوبية أن تركيز _ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة قد شهدا تقلبات حادة خلال العصور الجليدية الماضية. وقد أكد هذا العلاقة بين _ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة بطريقة مستقلة تمامًا عن نماذج المناخ الحاسوبية، مما عزز بقوة الإجماع العلمي الناشئ. كما أشارت النتائج إلى وجود تأثيرات بيولوجية وجيوكيميائية قوية. ^{[ 67 ]}

في يونيو/حزيران 1988، قدّم جيمس إي. هانسن أحد أوائل التقييمات التي أشارت إلى أن الاحتباس الحراري الناتج عن النشاط البشري قد أثّر بالفعل بشكل ملموس على المناخ العالمي. ^{[ 68 ]} بعد ذلك بوقت قصير، عُقد " مؤتمر عالمي حول تغير الغلاف الجوي: الآثار المترتبة على الأمن العالمي " في تورنتو، حيث جمع مئات العلماء وغيرهم . وخلصوا إلى أن التغيرات في الغلاف الجوي الناتجة عن التلوث البشري "تمثل تهديدًا كبيرًا للأمن الدولي، ولها بالفعل عواقب وخيمة على أجزاء كثيرة من العالم"، وأعلنوا أنه بحلول عام 2005، سيكون من الحكمة أن يخفض العالم انبعاثاته بنحو 20% عن مستوى عام 1988. ^{[ 69 ]}

شهدت ثمانينيات القرن العشرين إنجازات هامة فيما يتعلق بالتحديات البيئية العالمية. فقد تم التخفيف من استنزاف طبقة الأوزون من خلال اتفاقية فيينا (1985) وبروتوكول مونتريال (1987). أما الأمطار الحمضية، فقد تم تنظيمها بشكل رئيسي على المستويين الوطني والإقليمي.

تشير الألوان إلى شذوذات درجات الحرارة ( وكالة ناسا / الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي ؛ 20 يناير 2016). ^{[ 70 ]} في عام 1988، أنشأت المنظمة العالمية للأرصاد الجوية الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ بدعم من برنامج الأمم المتحدة للبيئة. وتواصل الهيئة عملها حتى يومنا هذا، وتصدر سلسلة من تقارير التقييم والتقارير التكميلية التي تصف حالة الفهم العلمي وقت إعداد كل تقرير. ويتم تلخيص التطورات العلمية خلال هذه الفترة مرة كل خمس إلى ست سنوات تقريبًا في تقارير تقييم الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، والتي نُشرت في الأعوام 1990 ( تقرير التقييم الأول )، و1995 ( تقرير التقييم الثاني )، و2001 ( تقرير التقييم الثالث )، و2007 ( تقرير التقييم الرابع )، و2013/2014 ( تقرير التقييم الخامس ). ^{[ 71 ]}

منذ تسعينيات القرن الماضي، توسعت الأبحاث المتعلقة بتغير المناخ ونمت، وربطت بين العديد من المجالات مثل علوم الغلاف الجوي، والنمذجة العددية، والعلوم السلوكية، والجيولوجيا والاقتصاد، أو الأمن .

كان من أبرز سمات القرن العشرين النمو الهائل للتكنولوجيا. فقد أدى البحث العلمي المنظم والممارسة العلمية إلى تقدم في مجالات الاتصالات والهندسة والسفر والطب والحرب.

• The number and types of home appliances increased dramatically due to advancements in technology, electricity availability, and increases in wealth and leisure time. Such basic appliances as washing machines, clothes dryers, furnaces, exercise machines, refrigerators, freezers, electric stoves, and vacuum cleaners all became popular from the 1920s through the 1950s. The microwave oven was built on 25 October 1955 and became popular during the 1980s and have become a standard in all homes by the 1990s. Radios were popularized as a form of entertainment during the 1920s, which extended to television during the 1950s. Cable and satellite television spread rapidly during the 1980s and 1990s. Personal computers began to enter the home during the 1970s–1980s as well. The age of the portable music player grew during the 1960s with the development of the transistor radio, 8-track and cassette tapes, which slowly began to replace record players These were in turn replaced by the CD during the late 1980s and 1990s. The proliferation of the Internet in the mid-to-late 1990s made digital distribution of music (mp3s) possible. VCRs were popularized in the 1970s, but by the end of the 20th century, DVD players were beginning to replace them, making the VHS obsolete by the end of the first decade of the 21st century.
• The first airplane was flown in 1903. With the engineering of the faster jet engine in the 1940s, mass air travel became commercially viable.
• The assembly line made mass production of the automobile viable. By the end of the 20th century, billions of people had automobiles for personal transportation. The combination of the automobile, motor boats and air travel allowed for unprecedented personal mobility. In western nations, motor vehicle accidents became the greatest cause of death for young people. However, expansion of divided highways reduced the death rate.
• The triode tube, transistor and integrated circuit successively revolutionized electronics and computers, leading to the proliferation of the personal computer in the 1980s and cell phones and the public-use Internet in the 1990s.
• انتشرت استخدامات واسعة النطاق لمواد جديدة، أبرزها الفولاذ المقاوم للصدأ ، والفيلكرو ، والسيليكون ، والتفلون ، والبلاستيك مثل البوليسترين ، والبولي فينيل كلوريد ، والبولي إيثيلين ، والنايلون، في العديد من التطبيقات المختلفة. وتتميز هذه المواد عادةً بتحسينات هائلة في الأداء من حيث القوة، ومقاومة الحرارة، والمقاومة الكيميائية، والخواص الميكانيكية، مقارنةً بما كان معروفًا قبل القرن العشرين.
• أصبح الألومنيوم معدنًا رخيصًا، ولم يأتِ في المرتبة الثانية بعد الحديد من حيث الاستخدام.
• تم اكتشاف مواد أشباه الموصلات ، وطُوّرت طرق إنتاجها وتنقيتها لاستخدامها في الأجهزة الإلكترونية. وأصبح السيليكون من أنقى المواد التي تم إنتاجها على الإطلاق.
• تم تطوير آلاف المواد الكيميائية للمعالجة الصناعية والاستخدام المنزلي.

شهد القرن العشرون تحول الرياضيات إلى مهنة رئيسية. وكما هو الحال في معظم مجالات الدراسة، أدى الانفجار المعرفي في العصر العلمي إلى التخصص: فبحلول نهاية القرن، كان هناك مئات من التخصصات في الرياضيات، وبلغ تصنيف موضوعات الرياضيات عشرات الصفحات. ^{[ 72 ]} وفي كل عام، مُنحت آلاف شهادات الدكتوراه الجديدة في الرياضيات، وتوفرت فرص عمل في كل من التدريس والصناعة. وتزايد عدد المجلات الرياضية المنشورة، وبحلول نهاية القرن، أدى تطور شبكة الإنترنت العالمية إلى النشر الإلكتروني. وشهدت الرياضيات تعاونات غير مسبوقة في الحجم والنطاق. ومن الأمثلة على ذلك تصنيف المجموعات البسيطة المنتهية (المعروفة أيضًا باسم "النظرية الهائلة")، والتي تطلب إثباتها بين عامي 1955 و1983 ما يزيد عن 500 مقالة في المجلات العلمية من قِبل حوالي 100 مؤلف، وشغلت عشرات الآلاف من الصفحات.

في خطاب ألقاه عام 1900 أمام المؤتمر الدولي للرياضيات ، عرض ديفيد هيلبرت قائمةً تضم 23 مسألةً رياضيةً لم تُحل بعد . وقد شكّلت هذه المسائل، التي تغطي مجالاتٍ عديدةً من الرياضيات، محورًا رئيسيًا لجزءٍ كبيرٍ من علم الرياضيات في القرن العشرين. واليوم، تم حل 10 مسائل منها، و7 مسائل محلولة جزئيًا، ومسألتان لا تزالان مفتوحتين. أما المسائل الأربع المتبقية، فهي غير واضحة المعالم بحيث لا يمكن الجزم بحلها أو عدمه.

في عامي 1929 و1930، ثبت أن صحة أو خطأ جميع العبارات المتعلقة بالأعداد الطبيعية زائد واحد في عمليتي الجمع والضرب قابلة للتقرير ، أي يمكن تحديدها بواسطة خوارزمية ما. في عام 1931، وجد كورت غودل أن هذا لا ينطبق على الأعداد الطبيعية زائد عمليتي الجمع والضرب؛ فهذا النظام، المعروف باسم حساب بيانو ، غير قابل للاكتمال . (يُعدّ حساب بيانو كافيًا لجزء كبير من نظرية الأعداد ، بما في ذلك مفهوم العدد الأولي ). من نتائج نظريتي عدم الاكتمال لغودل أنه في أي نظام رياضي يتضمن حساب بيانو (بما في ذلك التحليل والهندسة )، فإن الحقيقة تتجاوز البرهان بالضرورة، أي أن هناك عبارات صحيحة لا يمكن إثباتها داخل النظام. وبالتالي، لا يمكن اختزال الرياضيات إلى منطق رياضي، وكان لا بد من إعادة صياغة حلم ديفيد هيلبرت بجعل الرياضيات كاملة ومتسقة.

في عام 1963، أثبت بول كوهين أن فرضية الاستمرارية مستقلة عن (لا يمكن إثباتها أو دحضها من خلال) البديهيات القياسية لنظرية المجموعات . وفي عام 1976، استخدم فولفغانغ هاكن وكينيث أبيل الحاسوب لإثبات نظرية الألوان الأربعة . وفي عام 1995، أثبت أندرو وايلز ، بالاستناد إلى أعمال آخرين، نظرية فيرما الأخيرة. وفي عام 1998، أثبت توماس كاليستر هيلز حدسية كبلر .

برزت الهندسة التفاضلية عندما استخدمها ألبرت أينشتاين في النسبية العامة . وقد غيّرت مجالات جديدة كليًا في الرياضيات ، مثل المنطق الرياضي والطوبولوجيا ونظرية الألعاب لجون فون نيومان ، طبيعة الأسئلة التي يمكن الإجابة عنها بالأساليب الرياضية. تم تجريد جميع أنواع البنى باستخدام البديهيات، وأُطلق عليها أسماء مثل الفضاءات المترية والفضاءات الطوبولوجية ، وما إلى ذلك. وكما يفعل علماء الرياضيات، تم تجريد مفهوم البنية المجردة نفسه، مما أدى إلى نظرية الفئات . أعاد غروتينديك وسير صياغة الهندسة الجبرية باستخدام نظرية الحزم . وتحققت إنجازات كبيرة في الدراسة النوعية للأنظمة الديناميكية التي بدأها بوانكاريه في تسعينيات القرن التاسع عشر. تم تطوير نظرية القياس في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين. تشمل تطبيقات القياسات تكامل لوبيغ ، وبديهيات كولموغوروف لنظرية الاحتمالات ، والنظرية الإرجودية . وتوسعت نظرية العقد بشكل كبير. وأدت ميكانيكا الكم إلى تطوير التحليل الوظيفي . تشمل المجالات الجديدة الأخرى نظرية التوزيعات للوران شوارتز ، ونظرية النقطة الثابتة ، ونظرية التفرد ، ونظرية الكوارث لرينيه توم ، ونظرية النماذج ، والكسور لماندلبروت . وقد أصبحت نظرية لي، بمجموعاتها وجبر لي ، أحد المجالات الرئيسية للدراسة.

أعاد التحليل غير القياسي ، الذي قدمه أبراهام روبنسون ، إحياء المنهج اللامتناهي في حساب التفاضل والتكامل، والذي كان قد فقد مصداقيته لصالح نظرية النهايات ، وذلك بتوسيع مجال الأعداد الحقيقية ليشمل الأعداد الفائقة الحقيقية التي تتضمن كميات متناهية الصغر وغير متناهية. وقد اكتشف جون هورتون كونواي نظامًا عدديًا أوسع نطاقًا، هو الأعداد السريالية ، في سياق الألعاب التوافقية .

أتاح تطوير الحواسيب وتحسينها المستمر ، بدءًا من الآلات التناظرية الميكانيكية ثم الآلات الإلكترونية الرقمية، للصناعة التعامل مع كميات هائلة من البيانات لتسهيل الإنتاج والتوزيع والاتصالات على نطاق واسع، ونشأت فروع جديدة في الرياضيات لمعالجة هذا الأمر، مثل نظرية الحوسبة لآلان تورينج ، ونظرية التعقيد ، واستخدام ديريك هنري ليمر لجهاز إينياك لتطوير نظرية الأعداد واختبار لوكاس-ليمر ، ونظرية الدوال التكرارية لروزا بيتر ، ونظرية المعلومات لكلود شانون ، ومعالجة الإشارات ، وتحليل البيانات ، والتحسين ، وغيرها من مجالات بحوث العمليات . في القرون السابقة، انصبّ التركيز الرياضي بشكل كبير على حساب التفاضل والتكامل والدوال المتصلة، لكن ظهور الحوسبة وشبكات الاتصالات أدى إلى تزايد أهمية المفاهيم المنفصلة وتوسع علم التوافق ، بما في ذلك نظرية الرسوم البيانية . كما مكّنت سرعة الحواسيب وقدراتها على معالجة البيانات من حل المسائل الرياضية التي كانت تستغرق وقتًا طويلاً باستخدام الحسابات الورقية، مما أدى إلى ظهور مجالات مثل التحليل العددي والحساب الرمزي . من أهم الطرق والخوارزميات في القرن العشرين: خوارزمية سيمبلكس ، وتحويل فورييه السريع ، ورموز تصحيح الأخطاء ، ومرشح كالمان من نظرية التحكم ، وخوارزمية RSA للتشفير بالمفتاح العام .

• شهدت النصف الأول من القرن تطورات في مجالات جديدة من الفيزياء ، مثل النسبية الخاصة والنسبية العامة وميكانيكا الكم . وفي خضم ذلك، أصبح من الواضح فهم التركيب الداخلي للذرات ، وتلاه اكتشاف الجسيمات الأولية .
• تبين أن جميع القوى المعروفة يمكن إرجاعها إلى أربعة تفاعلات أساسية فقط . كما اكتُشف أيضاً أن قوتين، هما الكهرومغناطيسية والتفاعل الضعيف ، يمكن دمجهما في التفاعل الكهروضعيف ، ليتبقى ثلاثة تفاعلات أساسية مختلفة فقط.
• أدى اكتشاف التفاعلات النووية ، وخاصة الاندماج النووي ، في النهاية إلى الكشف عن مصدر الطاقة الشمسية .
• تم اختراع التأريخ بالكربون المشع ، وأصبح أسلوبًا قويًا لتحديد عمر الحيوانات والنباتات التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ بالإضافة إلى الأشياء التاريخية .
• تم تطوير نظرية التخليق النووي النجمي في عام 1954 بواسطة فريد هويل ؛ وقد تم دعم النظرية بأدلة فلكية أظهرت أن العناصر الكيميائية تتكون من خلال تفاعلات الاندماج النووي داخل النجوم.

ميكانيكا الكم

في عام ١٩٢٤، نشر الفيزيائي الفرنسي المتخصص في ميكانيكا الكم، لويس دي بروي، أطروحته التي قدم فيها نظرية ثورية لموجات الإلكترون، قائمة على ازدواجية الموجة والجسيم . في ذلك الوقت، كان يُنظر إلى تفسيرات الموجة والجسيم للضوء والمادة على أنها متعارضة، لكن دي بروي أشار إلى أن هذه الخصائص التي تبدو مختلفة هي في الواقع سلوك واحد يُلاحظ من منظورين مختلفين، أي أن الجسيمات يمكن أن تتصرف كموجات، والموجات (الإشعاع) يمكن أن تتصرف كجسيمات. قدم اقتراح بروي تفسيرًا للحركة المحدودة للإلكترونات داخل الذرة. لم تحظَ المنشورات الأولى لفكرة بروي عن "موجات المادة" باهتمام كبير من الفيزيائيين الآخرين، لكن نسخة من أطروحته للدكتوراه وصلت بالصدفة إلى أينشتاين، الذي أبدى حماسًا كبيرًا. أكد أينشتاين على أهمية عمل بروي صراحةً، وبنى عليه لاحقًا.

في عام 1925، وضع الفيزيائي النمساوي المولد فولفغانغ باولي مبدأ استبعاد باولي ، الذي ينص على أنه لا يمكن لإلكترونين حول نواة واحدة في الذرة أن يشغلا نفس الحالة الكمومية في آن واحد، كما هو موضح بأربعة أعداد كمومية . قدم باولي إسهامات جليلة في ميكانيكا الكم ونظرية الحقل الكمومي - حيث نال جائزة نوبل في الفيزياء عام 1945 لاكتشافه مبدأ استبعاد باولي - بالإضافة إلى فيزياء المواد الصلبة، وقد نجح في وضع فرضية وجود النيوترينو . وإلى جانب أعماله الأصلية، كتب مؤلفات رائعة في عدة مجالات من النظرية الفيزيائية تُعتبر من كلاسيكيات الأدب العلمي.

${\displaystyle H(t)|\psi (t)\rangle =i\hbar {\frac {d}{dt}}|\psi (t)\rangle }$

معادلة شرودنغر

في عام ١٩٢٦، وفي سن التاسعة والثلاثين، نشر الفيزيائي النظري النمساوي إرفين شرودنغر الأبحاث التي أرست أسس ميكانيكا الموجة الكمومية. وصف في تلك الأبحاث معادلته التفاضلية الجزئية، وهي المعادلة الأساسية في ميكانيكا الكم، وترتبط بميكانيكا الذرة كما ترتبط معادلات نيوتن للحركة بعلم الفلك الكوكبي. وبناءً على اقتراح لويس دي بروي عام ١٩٢٤ بأن جسيمات المادة لها طبيعة مزدوجة، وأنها في بعض الحالات تتصرف كموجات، قدم شرودنغر نظرية تصف سلوك هذا النظام بمعادلة موجية تُعرف الآن بمعادلة شرودنغر . حلول معادلة شرودنغر، على عكس حلول معادلات نيوتن، هي دوال موجية لا يمكن ربطها إلا باحتمالية وقوع أحداث فيزيائية. في ميكانيكا الكم، يُستبدل تسلسل الأحداث الذي يمكن تصوره بسهولة في مدارات الكواكب، بمفهوم الاحتمالية الأكثر تجريدًا . (هذا الجانب من نظرية الكم جعل شرودنغر والعديد من الفيزيائيين الآخرين غير سعداء للغاية، وكرس جزءًا كبيرًا من حياته اللاحقة لصياغة اعتراضات فلسفية على التفسير المقبول عمومًا للنظرية التي بذل الكثير من الجهد في إنشائها.)

كان الفيزيائي النظري الألماني فيرنر هايزنبرغ أحد أبرز مؤسسي ميكانيكا الكم. في عام 1925، اكتشف هايزنبرغ طريقة لصياغة ميكانيكا الكم باستخدام المصفوفات. ونال جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1932 تقديرًا لهذا الاكتشاف. وفي عام 1927، نشر مبدأ عدم اليقين ، الذي بنى عليه فلسفته العلمية والذي اشتهر به. استطاع هايزنبرغ أن يثبت أنه عند دراسة إلكترون في ذرة، يمكن تحديد موقعه (موضع الإلكترون) أو اتجاه حركته (سرعته)، لكن يستحيل تحديد كليهما في آن واحد. كما قدم مساهمات مهمة في نظريات ديناميكا الموائع للتدفقات المضطربة ، ونواة الذرة، والمغناطيسية الحديدية ، والأشعة الكونية ، والجسيمات دون الذرية ، وكان له دور فعال في التخطيط لأول مفاعل نووي في ألمانيا الغربية في كارلسروه ، إلى جانب مفاعل بحثي في ​​ميونيخ، في عام 1957. ويحيط جدل كبير بعمله في مجال الأبحاث الذرية خلال الحرب العالمية الثانية.

• قام إيفان بافلوف بتطوير نظرية التكييف الكلاسيكي .
• اكتسبت المدرسة النمساوية في النظرية الاقتصادية مكانة بارزة.