Osoby mówiące i piszące o badaniach naukowych bardzo często kładą nacisk na to, że nauka powinna służyć potrzebom praktyki. Przecież większość produktów nowoczesnej gospodarki, na których wytwarzaniu i dostarczaniu bogacą się najbardziej rozwinięte kraje i organizacje gospodarcze, powstała dzięki odkryciom dokonanym w obszarze badań naukowych. Ale dotyczy to badań stosowanych - to one wnoszą nowe wynalazki i nowe technologie. Więc pojawia się uzasadnione pytanie: Czy nie można by było - w naszym kraju - prowadzić wyłącznie badań naukowych stosowanych, żeby głównie odkrywać te użyteczne gospodarczo innowacje - a z tymi innymi badaniami, wiodącymi na przykład do odkrywania podstawowych praw Przyrody - dać sobie trochę spokój. Niech te podstawowe badania prowadzą ci najbogatsi, a my się skupmy tylko na tej nauce, która przynosi bezpośrednie zyski... Okazuje się jednak, że to nie jest możliwe - i w dzisiejszym tekście spróbuję Państwu pokazać dlaczego.

REKLAMA
Pisząc w tej serii wpisów na blogu o nauce i uczonych nie mogę uciekać od pytania:
Jaką korzyść ma zwykły człowiek z tych wszystkich osiągnięć nauki, badań i odkryć naukowych?
Oczywiście wszyscy wiemy, że postęp nauki tworzy bazę dla intelektualnego rozwoju ludzkości. Badanie odległych otchłani Kosmosu uświadamia nam miejsce, jakie my sami w nim zajmujemy. Poznanie wnętrza atomu przybliża nas do zrozumienia natury całego materialnego świata, a przez to także jego przyszłości i przeszłości. Poznanie wnętrza ciała człowieka, budowy komórki, a ostatnio także struktury genomu uświadamia nam, czym jest życie, jaka jest jego natura i jakie prawa nim rządzą.
Ale jaką korzyść mają z tego ci czytelnicy tego blogu, dla których ważne są sprawy mniej górnolotne, ale naprawdę istotne: zdrowie, dom, rodzina, praca, zarobki? To przecież właśnie naprawdę najbardziej interesuje większość z nas – a to, czy galaktyki zawierają w swoich jądrach ogromne i groźne czarne dziury - jak gdyby odrobinę mniej.
Jako prezes krakowskiego oddziału Polskiej Akademii Nauk słyszę nieraz to samo pytanie formułowane jeszcze bardziej dobitnie i brutalnie: Jaką korzyść ma mieszkaniec Krakowa z tego, że w mieście tym ogromna rzesza Uczonych każdego dnia trudzi się badaniami naukowymi, dokonuje różnych odkryć, zdobywa sławę i rozgłos, wzbogaca wiedzę Ludzkości… No dobrze, ale co z tego wynika dla PRAKTYKI?
Otóż z przenoszeniem wyników badań naukowych do codzienności jest kłopot. Problemy codzienności trudno jest bowiem tak sformułować, żeby można było sensownie ukierunkować na nie badania naukowe. Prześledźmy to na przykładzie:
Jak nazwać taki cel:
Wynaleźć coś, co da się wykorzystać w każdej kuchni?
Coś, co będzie wytworem zaawansowanej elektroniki, ale co kupią miliony zwykłych gospodyń domowych na całym świecie?
Coś, czego produkcja będzie bardzo opłacalna?
Patrząc na te pytania doprawdy nie wiadomo, jak podejść do tego tematu, żeby postawić przed uczonymi odpowiednie zadania. Naukowe "uzbrajanie" procesu gotowania - czy to dobrze brzmi jako temat dysertacji doktorskiej? To przecież takie małe, trywialne, przyziemne - gdzież z tym do wielkiej Nauki?!
Łatwiej jest przed uczonymi postawić jakiś wielki cel. Na przykład zapewnienie bezpieczeństwa ludności wielkich miast własnego kraju podczas wielkiej wojny. Tu można naukowcom postawić zadanie na miarę ich ambicji i aspiracji: Nakazać im znalezienie metody, pozwalającej z dużej odległości wykryć samoloty, które ukryte w chmurach nadlatują żeby zbombardować nasze miasta.
Jeśli się takie samoloty wykryje - można przeciwko nim wysłać nasze myśliwce i zniszczyć je zanim one zniszczą nas. Można też uprzedzić ludność miasta o zagrożeniu, żeby każdy mógł ukryć się w schronie, zanim runą śmiercionośne bomby. Uratuje się w ten sposób wiele istnień ludzkich, a w dodatku taki wynalazek przyczyni do wygrania wojny przez nasz kraj, co jest patriotycznym celem wszystkich obywateli.
Nie jest to przykład abstrakcyjny! To był dramatyczny problem w czasie II wojny światowej. Próba rozwiązania tego problemu metodami naukowymi powiodła się i powstał radar – metoda wykrywania wrogich samolotów (a potem także wrogich okrętów we mgle) przez wysyłanie fal radiowych. Naukowcy odkryli, że fale takie w odróżnieniu od światła mogą swobodnie wnikać w chmury lub w kłęby mgły, więc zła pogoda albo duża odległość nie stanowi dla nich żadnej przeszkody. Gdy takie penetrujące fale radiowe napotkają metalowy przedmiot (samolot albo okręt) – to się od niego odbiją i wrócą do anteny, która je wysłała, niosąc wiadomość, że tam oto czai się napastnik.
Radar zastosowany przez Aliantów przyczynił się do ich zwycięstwa w wojnie z Hitlerowcami, a stosowany jako narzędzie ostrzegania ludności przed nalotami - uratował wiele istnień ludzkich. Dzisiaj bez radarów niemożliwy byłby rozwój komunikacji lotniczej o morskiej. To bardzo ważny składnik współczesnej cywilizacji, także tej całkiem cywilnej.
Nieoczekiwanym skutkiem rozwoju radarów było jednak to, że - ku zaskoczeniu ich twórców – okazało się, że fale radiowe wysyłane przez te urządzenia potrafią nagrzewać produkty spożywcze. Fale używane w radarach są bardzo krótkie, żeby można je było dokładnie wycelować, dlatego nazywają się mikrofalami. Wszyscy już wiedzą, do czego zmierzam.
Tak, chodzi o kuchenną mikrofalówkę. Wygodną, bo pozwala szybko podgrzewać jedzenie nie wymagając przy tym palenia ognia czy nagrzewania elektrycznych promienników.
Podobno do odkrycia doszło przypadkiem, gdy inżynier Percy Spencer zauważył, że podczas obsługi radaru rozpuścił mu się w kieszeni czekoladowy baton. A że miał łeb do interesów, więc rozwinął produkcję i sprzedaż kuchenek mikrofalowych. On zrobił majątek, a my mamy wygodny sprzęt gospodarstwa domowego, obecny dziś niemal w każdej kuchni na całym świecie.
Pomyślmy przez chwilę:
Gdyby najzdolniejszym nawet uczonym postawiono zadanie: Jak zbudować urządzenie do podgrzewania potraw – to opracowaliby setki różnych grzejników i palników, ale nie wpadliby na pomysł, żeby zbudować nadajnik radiowy, który wytworzy fale wnikające do wnętrza gotowanego produktu i nagrzewające ten produkt od środka. Grzejnikiem w kuchence mikrofalowej jest bowiem sam umieszczony w strumieniu mikrofal kawałek mięsa czy jarzyny, a nadajnik mikrofalowy tylko dostarcza temu naturalnemu grzejnikowi energii. To dlatego szklane naczynie, w którym pieczemy w mikrofalówce jabłko, może być zupełnie chłodne, podczas gdy jabłko dosłownie kipi od wewnętrznego żaru…
Przeniesienie wyników większości odkryć naukowych do praktyki, zwłaszcza praktyki życia codziennego, zachodzi właśnie w taki sposób – przez przypadek.
Amerykanie, którym ta sztuka się wyjątkowo często udaje mają nawet na określenie tego zjawiska specjalne określenie: serendipity. Słowo to nie ma swojego odpowiednika w języku polskim, a w czerwcu 2004 zostało ono wskazane przez brytyjskich tłumaczy jako jedno z dziesięciu słów angielskich które najtrudniej przetłumaczyć na inne języki. Słownik wyrazów obcych Kopalińskiego objaśnia to słowo w sposób następujący: (…) dar znajdowania cennych albo miłych rzeczy, których się nie szukało; szczęśliwy dar dokonywania przypadkowych odkryć. Bardzo skąpe (zwłaszcza w porównaniu do angielskiej wersji) objaśnienie tego słowa podaje Wikipedia: termin stosowany na oznaczenie sytuacji, w której przypadkowo dokonuje się szczęśliwego odkrycia, zwłaszcza wtedy, gdy szuka się czegoś zupełnie innego.
No i teraz można się zastanawiać: Czy Amerykanom tak często zdarza się, że odkryją coś praktycznie użytecznego wśród wyników badań naukowych, dlatego że mają takie wyjątkowe słowo w swoim słowniku, czy może dlatego stworzyli to słowo, że wyjątkowo często coś przypadkiem odkrywali? :-)
Ten wywód byłby niepełny, gdybym nie odpowiedział na jeszcze jedno pytanie:
A jak się do tego wszystkiego mają badania podstawowe, odkrywanie praw przyrody, osiągnięcia czystej nauki? Wszak powyższy wywód pokazuje tylko, że jak się zrobi jeden wynalazek (radar) to można na jego bazie zrobić drugi wynalazek (mikrofalówkę). A gdzie tu jest miejsce na badania podstawowe, odkrywanie praw Przyrody, na Naukę przez bardzo duże N?
Otóż to miejsce jest - i to bardzo ważne.
Bowiem ani radaru, ani mikrofalówki, ani mnóstwa innych rzeczy: radia, telewizji, telefonii komórkowej - by po prostu nie było, gdyby Maxwell (to ten brodaty facet na zdjęciu powyżej) przez swoje podstawowe badania naukowe nie odkrył fal elektromagnetycznych.
Szczegóły tego odkrycia opiszę kiedyś dokładniej, teraz jedynie zasygnalizuję w skrócie kilka najważniejszych faktów. Otóż zasługa Maxwella polega na tym, że opisał matematycznie dwa zjawiska, które fascynowały fizyków w XIX wieku. Najpierw w 1820 roku Oersted wykrył, że przewód, w którym płynie prąd, wytwarza pole magnetyczne (na rysunku poniżej - w lewym górnym rogu). Było to ważne odkrycie, bo na tej zasadzie działają do dziś wszystkie silniki elektryczne. Potem w 1832 Faraday odkrył, że zmienne pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne (na rysunku w lewym dolnym rogu). To też było ważne odkrycie, bo na tej zasadzie działają do dziś wszystkie prądnice. A potem (w 1861 roku) wkroczył Maxwell i napisał równania, które wiązały zjawiska elektryczne i magnetyczne w jedną całość (na rysunku po prawej stronie).
logo
Ale gdy tylko Maxwell wyprowadził te równania – stało się jasne, że rozwiązaniem tych równań są formuły dwóch skojarzonych fal: elektrycznej i magnetycznej. Zdumiało to samego Maxwella, bo nikt wcześniej takich fal nie obserwował ani nie opisywał - ale wynik matematyczny nie dał się podważyć.
Zauważmy znaczenie tego odkrycia:
Badacze zajmujący się przepływem prądu elektrycznego i wykrywający związane z tym pola magnetyczne, a także badający zmienne pole magnetyczne i indukowane przez to pole napięcie elektryczne, wiązali swoje badania z czymś konkretnym i dobrze umiejscowionym. Tu przewód, tam magnes, tu jakaś siła… Ale po opisaniu zarejestrowanych przez nich zjawisk modelem matematycznym – pojawił się nowy byt.
Fala, której istnienia nikt nie podejrzewał. Która mogła dotrzeć wszędzie i która mogła rozprzestrzeniać się także w próżni. Nawiasem mówiąc to ostatnie tak bardzo bulwersowało Maxwella, że wymyślił koncepcję eteru wypełniającego Wszechświat, żeby te odkryte przez niego fale elektromagnetyczne miały środowisko, w którym by się mogły rozchodzić. Była to błędna koncepcja, ale do dziś mówi się o „falach eteru” mając na myśli fale radiowe!
Fale elektromagnetyczne w większości nie są dostrzegalne ludzkimi zmysłami (z wyjątkiem światła, o którym później dowiedziono, że jest także falą elektromagnetyczną – gdy już dzięki modelowi formalnemu wprowadzono to pojęcie). Co więcej, fale elektromagnetyczne były także niewykrywalne przy pomocy wszystkich tych aparatów naukowych, którymi dysponowali fizycy w XIX wieku. Doświadczalne ich odkrycie było więc niemożliwe. A jednak zostały one odkryte dzięki temu, że najpierw dane doświadczalne przekształcono do postaci modelu, a z właściwości tego modelu formalnego, rozważanych z czysto matematycznego punktu widzenia, wynikał jeden wniosek: Taka fala musi istnieć!
Nikt jej wcześniej nie obserwował, nie badał i nie rejestrował. Ale gdy przeprowadzono oparte na modelu Maxwella doświadczenia, to wykazały one, że ta fala naprawdę istnieje! Dokonał tego Henryk Hertz w 1886 roku.
logo
Stół laboratoryjny Henryka Hertza, na którym widać pierwszy na świecie nadajnik radiowy - i pierwszy odbiornik. http://www.sparkmuseum.com/images/Misc-Images/HERTZ_TABLE.JPG
Wytworzył on sztucznie fale elektromagnetyczne, nauczył się je wysyłać i odbierać (rejestrować), opanował całkiem nową dziedzinę fizyki. Dzięki temu mamy dziś radio, telewizję, telefony komórkowe, Wi-Fi, Bluetooth, GPS - i mnóstwo innych osiągnięć współczesnej cywilizacji.
Ale zaczęło się to od badan podstawowych Jamesa Clerka Maxwella! Bez nich by nie było ani radaru, ani mikrofalówki. I jak tu nie wierzyć w znaczenie badań podstawowych?