Marcin JAKUBOWSKI: "Siedem najważniejszych pytań nauki"

TSF Jazz Radio

Siedem najważniejszych pytań nauki

Marcin JAKUBOWSKI

Fizyk w Instytucie Fizyki Maxa Plancka w Greifswaldzie zamujący się badaniami nad syntezą termojądrową. Ukończył studia na Wydziale Matematyki, Fizyki i Informatyki Uniwersytetu Opolskiego, doktoryzował na Uniwersytecie w Bochum prowadząc jednocześnie badania w Forschungszentrum Jülich. Pracował w kilku największych ośrodkach zajmujących się badaniami nad syntezą termojądrową, m.in. w General Atomics w San Diego i National Institute for Fusion Science w Japonii, gdzie wielokrotnie był profesorem wizytującym. Na Twitterze zainicjował stream #PięknoNauki.

Ryc.: Fabien Clairefond

zobacz inne teksty autora

Nauka w XXI wieku zdaje się święcić triumfy na każdym polu. Zagląda do wnętrza atomów i w najdalsze zakątki kosmosu, potrafi odczytać strukturę naszego DNA i wyleczyć większość chorób. Triumf nauki, która potrafi pokazać nam rzeczy, które “nie śniły się filozofom”, jest niezaprzeczalny. A jednak jest ciągle wiele pytań, na które nie potrafimy odpowiedzieć. To one będą wyznaczały trendy nauki na najbliższe dziesięciolecia, a może i stulecia. Wybrałem dla Państwa siedem.

1. Z czego składa się wszechświat?

http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2012/37/image/a/

Na zdjęciu widocznych jest ok. 5,5 tys. galaktyk, z których najodleglejsze znajdują się w odległości 13,2 mld lat świetlnych (C) NASA/ESA

.Wszechświat jest ogromny, niewyobrażalnie ogromny. W 2012 roku teleskop Hubble’a zakończył dziesięcioletni cykl robienia zdjęć małego obszaru nieba (Księżyc w pełni wydaje się przy nim gigantycznym). Na tym małym skrawku nieba naliczono około 5,5 tysiąca galaktyk, niekóre oddalone aż o 13,2 miliarda lat świetlnych od nas (1 rok świetlny to odległość 9,5 bln km). Gdy przeskalujemy to na cały znany nam kosmos,  okaże się, że Droga Mleczna to raptem jedna ze 176 miliardów  galaktyk. Wiemy, że jest ich przynajmniej tyle, a ile naprawdę? Tak naprawdę to nie wiadomo, liczba zwiększa się za każdym razem, gdy astronomowie użyją nowego teleskopu, który wypatrzy jeszcze bardziej odległe obiekty w kosmosie. Każda z tych galaktyk to średnio kilkaset miliardów gwiazd, zatem w kosmosie, który udało nam się poznać, istnieją ich tryliardy. To raptem 5% materii, który znamy. Naprawdę, wszystkie atomy, protony, elektrony i neutrony, które tworzą miliardy miliardów gwiazd, to raptem 5% materii. A co z resztą?

Pozostałe 95%, którego nie znamy, składa się z tzw. ciemnej materii (25%) i ciemnej energii (około 70%). Nazywamy je ciemnymi, bo nie potrafimy ich ani zobaczyć, ani opisać. Skąd zatem wiadomo, że istnieją?  Ciemna materia oddziałuje grawitacyjnie na gwiazdy tworzące galaktyki na tyle silnie, że możemy to zmierzyć.  Ciemna energia  wpływa na to jak szybko galaktyki oddalają się od siebie, a także na kształt wszechświata. Choć prowadzone są już eksperymenty, które badają te efemeryczne byty, to tak naprawdę dalej nie wiemy czym są. Poszukiwania trwają, a potwierdzone wyniki to pewniak do nagrody Nobla.

2. Czy istnieją inne wszechświaty?

.Im dłużej badamy kosmos, tym bardziej przekonujemy się, że Ziemia nie ma w nim wyjątkowego położenia. Mikołaj Kopernik pokazał, że Ziemia jest raptem jedną z kilku planet okrążających Słońce. Galileusz, genialny astronom, fizyk, matematyk i filozof, odkrył, że takich gwiazd jak Słońce jest w naszej galaktyce wiele. 150 lat później, Immanuel Kant jako pierwszy zasugerował, że efemeryczne mgławice, widoczne na nocnym niebie, to w rzeczywistości inne, podobne do naszej, galaktyki. Nie jest więc niczym wyjątkowym, że zaczęliśmy sobie zadawać pytanie – czy nasz wszechświat jest jedynym, który istnieje?   Czy wszechświaty zamknięte są w czarnych dziurach? Czy we wszystkich wszechświatach rządzą te same prawa fizyki. Czy możemy dotrzeć do innych wszechświatów? W XXI wieku nie jest to tylko domena spekulacji pisarzy science-fiction, lecz przedmiot badań prowadzonych przez wiele grup badawczych.

3. Jak powstało życie?

S. aureus bacteria uciekająca przed białymi ciałkami w ludzkiej krwi. Życie w ciągu miliardów lat wyewoluowało w tak różnorodne formy jak jednokomórkowa bakteria i człowiek, który bada je pod mikroskopem. (Zdjęcie: NIAID/RML http://www.niaid.nih.gov/news/newsreleases/2008/Pages/MRSAevolution.aspx)

S. aureus bacteria uciekająca przed białymi ciałkami w ludzkiej krwi. Życie w ciągu miliardów lat wyewoluowało w tak różnorodne formy jak jednokomórkowa bakteria i człowiek, który bada je pod mikroskopem. (Zdjęcie: NIAID/RML )

.Życie, w najkrótszej definicji, to proces, który pozwala organizmom złożonym z protein i kwasów nukleidowych rosnąć i reprodukować się. Możemy również powiedzieć, że życie to proces, który podlega ewolucji w sensie darwinowskim, reagując m.in. na zmiany swojego środowiska. Ale czy życie przybrało podobne formy na innych planetach, albo, o ile istnieje, w oceanie na księżycu Jowisza – Europie? Naukowcy sądzą, że pojawiło się na Ziemi około 3,5 miliarda lat temu. Choć potrafią wytłumaczyć, jak proste jednokomórkowce wyewoluowały w niesamowicie bogaty bukiet form żywych zamieszkujących prawie każdą niszę ekologiczną na naszej planecie, to nikt w przekonujący sposób nie zdołał wytłumaczyć jak atomy, tworzące molekuły związków organicznych, połączyły się w pierwszy organizm. Rozmaite eksperymenty przeprowadzone do tej pory nie dały żadnej, jasnej odpowiedzi. Nie wiemy też, jak taki pierwszy organizm miałby wyglądać. Na pewno nie miał skomplikowanej struktury dzisiejszych komórek z ich helisami DNA, potrafiących zadbać o utrzymanie homeostazy. Zapewne krok po kroku przekroczył granicę molekuły, która potrafiła łączyć się z innymi molekułami do bardziej ożywionej formy, która mogła się już przeobrażać. Sam proces, zapewne bardzo skomplikowany, pozostaje dla biologów tajemnicą. Gdy poznamy odpowiedź na te pytanie, będziemy też mogli odpowiedzieć na następne.

4. Czy istnieje życie poza Ziemią?

.W naszej galaktyce planet podobnych do Ziemi jest około 9-ciu miliardów. Choć liczba zjawisk, które muszą zajść jednocześnie, by gdzieś pojawiło się życie sprawia, że jest to niezmiernie mało prawdopodobne, to wydaje się, że przy takiej liczbie planet i galaktyk ( a może i nawet wszechświatów) życie musiało pojawić się więcej niż raz. Póki co, takie programy jak SETI nie dały żadnych pozytwnych rezultatów. Poszukiwania trwają, także w Układzie Słonecznym.

5. Czy uda się pokonać nowotwory?

.Im dłużej żyjemy, tym większe prawdopodobieństwo tego, że zapadniemy na jedną z setek chorób nowotworowych. Dobra wiadomość jest taka, że prawie połowy z nich da się uniknąć (a przynajmniej zminimalizować ich ryzyko) odpowiednimi nawykami. Dobra dieta, aktywność fizyczna i brak złych nałogów to kluczowe aspekty zdrowego trybu życia, także zapobiegania chorobom nowotworowym. Zła wiadomość – niestety, w dalszym ciągu wielu odmian nie udaje się nam wyleczyć. Na szczęście, coraz więcej badań poświęconych leczeniu nowotworów zaczyna dawać coraz lepsze wyniki. Naukowcom udaje się tak zaprogramować genetycznie nasze czerwone krwinki, że te same zwalczają komórki rakowe. Pojawiają się także szczepionki, które pomagają zwalczać niektóre rodzaje chorób nowotworowych, a nawet zaczyna się używać do tego wirusy.  Pytanie, czy uda nam się pokonać nowotwory nie uzyska chyba nigdy pełnej, ostatecznej odpowiedzi. Będziemy za to co rusz dowiadywali się, że kolejne jego odmiany stają się uleczalne w coraz większym stopniu.

6. Czym jest świadomość?

.Pytanie, a właściwie cała grupa pytań, które nurtują filozofów i naukowców od dawna. Czym jest świadomość? Czy tylko ekstrawaganckim wytworem ewolucji, który powstał w efekcie zwiększania możliwości naszego mózgu? A może pełni ważną ewolucyjnie rolę? Czy świadomość istnienia pomaga nam w przetrwaniu? Chcielibyśmy też zrozumieć, jaki mechanizm leży u podstaw świadomości. Czy świadomość jest w pełni deterministyczna i wynika tylko z fizykochemicznych procesów zachodzących w naszym mózgu? A może jeszcze na poziomie kwantowym tworzy się nasza świadomość, przez co nasze decyzje mają charakter probabilistyczny? I wreszcze, czy uda nam się stworzyć sztucznie istniejącą osobowość, która będzie świadoma swego istnienia?

7. Czy uda nam się wytwarzać energię tak, jak to robi nasze Słońce?

Słońce jest naturalnym reaktorem termojądrowym.

Słońce jest naturalnym reaktorem termojądrowym. (Żródło: Wikipedia)

.Proszę sobie wyobrazić źródło energii tak wydajne, że trzy niewielkie kamienie i dwie butelki wody dostarczyłyby paliwa dla jednej rodziny na cały rok.

Źródło energii tak czyste, że nie produkuje hałd węglowych, nie emituje dwutlenku węgla, ani nie pozostawia odpadów radioaktywnych. Synteza termojądrowa, bo o niej mowa, zasila każdą z gwiazd, którą widzimy na niebie, także nasze Słońce. Już od lat 50-tych XX-ego wieku prowadzone są badania nad kontrolowaną reakcją termojądrową. Potężne urządzenia nazywane tokamakami wytwarzają materię podobną do tej w Słońcu i podgrzewają ją do temperatury kilkudziesięciu, a nawet kilkuset milionów stopni Celsjusza. W takich temperaturach wydajność reakcji termojądrowych jest satysfakcjonująca. Pierwsze urządzenia, które będą produkowały energię w ten sposób, pojawią się w XXI wieku. Gdy zaczną działać, kryzysy paliwowe przestaną nam grozić – paliwo do reaktorów termojądrowych czerpie się z wody oceanów i wytwarza w samym reaktorze.

.Czy uda nam się uzyskać odpowiedzi na wszystkie z tych pytań jeszcze w XXI wieku? Nie wiem, na niektóre na pewno. Synteza termojądrowa, czy leczenie nowotworów dzieją się już właściwie dzisiaj. Na resztę, być może będziemy musieli poczekać dłużej. Wiem, że o ile będzie jeszcze istniał Homo Sapiens, zawsze będzie szukał odpowiedzi, także na te pytania. Wszak ciekawość świata jest naszą cechą immanentną.

Marcin Jakubowski 

1

Pierwszy raz na Wszystko Co Najważniejsze?

Aby nie ominąć istotnych tekstów, raz w tygodniu w niedzielę rano wysyłamy newsletter. Zapraszamy do zapisania się:

Pozostaw odpowiedź Katarzyna Waluś Anuluj pisanie odpowiedzi

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Radosław Dzięciołowski pisze:
Twój komentarz oczekuje na moderację.

“Naukowcom udaje się tak zaprogramować genetycznie nasze czerwone krwinki, że te same zwalczają komórki rakowe.”
Czy Autorowi cie chodziło czasem o białe krwinki? Przecież czerwone nie mają jąder komórkowych, stąd “programowanie genetyczne” nie ma sensu, bo w tych komórkach nie ma żadnej genetyki…

Katarzyna Waluś pisze:

Postanowiłam przytoczyć pytania Kanta: Co mogę poznać?…Jak powinienem postępować?..Na co mogę mieć nadzieję?.. Wszystkie jego pytania prowadzą do jednego wspólnego :CZYM JEST CZŁOWIEK ,JAKIE SĄ JEGO MOŻLIWOŚCI I OGRANICZENIA ?…Matthias Vogt..

Magazyn idei "Wszystko Co Najważniejsze" oczekuje na Państwa w EMPIKach w całym kraju, w Księgarni Polskiej w Paryżu na Saint-Germain, naprawdę dobrych księgarniach w Polsce i ośrodkach polonijnych, a także w miejscach najważniejszych debat, dyskusji, kongresów i miejscach wykuwania idei.

Aktualne oraz wcześniejsze wydania dostępne są także wysyłkowo.

zamawiam