Czytaj dalej

W poniższym zestawieniu, chciałem przedstawić najwspanialsze cuda współczesnego świata nauki.

Rozumiem przez to, naj­bar­dziej monu­men­talne urzą­dze­nia i projekty badawcze, które dzięki swojej skali, stały się praw­dzi­wym świa­dec­twem ludzkiej ambicji i deter­mi­na­cji w dążeniu do roz­wią­za­nia zagadek wszech­świata. Przed­się­wzię­cia te, powinny budzić w nas mie­sza­ninę eks­cy­ta­cji, dumy i pokory, podobną do tych jakie towa­rzy­szyły naszym przodkom, żyjącym w cieniu pięknych katedr i potęż­nych zamków. Być może, tak jak my dzisiaj podzi­wiamy cuda dawnych epok, tak nasi pra­pra­wnu­ko­wie pochylą się nad osią­gnię­ciami tech­nicz­nymi XX i XXI wieku.

1. Obserwatorium Kecka

Nie wiem czy jest drugie miejsce na Ziemi tak wiel­bione przez astro­no­mów. Na hawaj­skim szczycie Mauna Kea działa lub działało, kil­ka­na­ście obser­wa­to­riów, w tym aż dziewięć tele­sko­pów optycz­nych. Bez­względ­nie trzeba tu wyróżnić Subaru, Gemini oraz bliź­nia­cze tele­skopy – Keck I i Keck II. Nie ma się czemu dziwić. Uśpiony wulkan wyrasta na 4 tys. metrów ponad poziom morza (dla porów­na­nia, nasze Rysy tylko 2,5 tys.) i znajduje się na wyspie pośrodku Pacyfiku, odda­lo­nej o tysiące kilo­me­trów od więk­szych skupisk ludności. Daje to moż­li­wość kom­for­to­wej pracy, nie tylko w czystym, ale i roz­rze­dzo­nym powie­trzu.

Filan­trop Howard Keck, który zaini­cjo­wał przed­się­wzię­cie, mógłby odczuwać wielką satys­fak­cję widząc do czego się przy­czy­nił. Obser­wa­to­rium jego imienia do dziś przy­ciąga badaczy z całego świata, a zwier­cia­dła o średnicy 10 metrów, ciągle pracują na swoją sławę. W ostat­nich latach, obser­wa­cje prze­pro­wa­dzone na Mauna Kea pozwo­liły m.in. na zauwa­że­nie naj­mniej­szego układu podwój­nego, rekor­dowo odle­głych super­no­wych oraz odkrycie księżyca Eris.

2. Kosmiczny Teleskop Hubble’a

Wraz z wystrze­le­niem Kosmicz­nego Tele­skopu Hubble’a w roku 1990, roz­po­częła się nowa era w dziejach badań kosmicz­nych. HST ukazał nam wyraźny obraz odle­głych zakątków wszech­świata, o jakim nie mogliśmy marzyć patrząc w niebo przez zasłonę atmos­fery. Od tego czasu, umie­ści­li­śmy na orbicie już osiem tele­sko­pów kosmicz­nych, dzia­ła­ją­cych w różnym zakresie widma.

Hubble prze­szedł do legendy, między innymi dlatego, że jako jedno z dwóch urządzeń w prze­strzeni, działa w zakresie światła widzial­nego. Słynne foto­gra­fie – Filarów Stwo­rze­nia, mgławicy Koński Łeb, galak­tyki Sombrero, czy też kolejne wersje Głę­bo­kiego Pola Hubble’a – nawet jeżeli zostały uprzed­nio obro­bione, naj­le­piej oddzia­łują na wyobraź­nie prze­cięt­nego czło­wieka. W każdym razie, więk­szość z nas poszu­ku­jąc efek­tow­nej tapety na pulpit, prędzej sięgnie do barwnych zdjęć wybie­ra­ją­cego się wkrótce na eme­ry­turę HST, niż tych wyko­na­nych w pod­czer­wieni przez teleskop Spitzera, bądź w zakresie mikrofal przez sondę Planck.

3. International Thermonuclear Experimental Reactor

Co może przy­nieść więcej energii niż roz­sz­cze­pia­nie jąder atomów? Ich fuzja. Reakcja ter­mo­ją­drowa polega na łączeniu się jąder lekkich pier­wiast­ków w cięższe, czego efektem ubocznym jest wyzwo­le­nie sporej dawki energii. Proces ten zachodzi spon­ta­nicz­nie we wnę­trzach gwiazd, gdzie pokłady wodoru masowo prze­cho­dzą syntezę w hel, emitując przy tym światło i energię cieplną. Ujawnia się tu naj­więk­sza zaleta fuzji: energię można wydobyć z powszech­nych i nie­ra­dio­ak­tyw­nych pier­wiast­ków. Ewen­tu­alne odpady jądrowe, również nie są tak groźne, jak te powstałe w obecnie eks­plo­ato­wa­nych reak­to­rach jądro­wych.

Sztuka polega na tym, aby odwzo­ro­wać warunki panujące we wnę­trzach gwiazd, nie mając pod ręką kuli gazu o masie kilkaset tysięcy razy większej od Ziemi. Choć może to nie­któ­rych zdziwić, urzą­dze­nia zdolne do zaini­cjo­wa­nia reakcji ter­mo­ją­dro­wej, tzw. tokamaki, kon­stru­owane są od ponad pół wieku. Działają, ale żaden jak dotąd nie służy do celów poza­nau­ko­wych. Naj­więk­szy tokamak, dzia­ła­jący w Anglii, osiąga moc kil­ku­dzie­się­cio­krot­nie mniejszą od prze­cięt­nych reak­to­rów jądro­wych. Co bardziej dołujące, aby w ogóle zaini­cjo­wać fuzję, trzeba najpierw pozwolić paliwu przejść w stan plazmy, pod­grze­wa­jąc je do tem­pe­ra­tury milionów stopni. Z tego powodu, osta­teczny bilans energii włożonej w stosunku do uzy­ska­nej nie napawa opty­mi­zmem.

Mimo to, prace nadal trwają. Kon­stru­owany we Francji od 2006 roku eks­pe­ry­men­talny reaktor ITER, ma znacznie prze­su­nąć granicę moż­li­wo­ści kon­tro­lo­wa­nej fuzji. W rzeczy samej, zamiast 16 MW uzy­ski­wa­nych obecnie przez bry­tyj­ski JET, nowy tokamak będzie mógł się pochwa­lić mocą rzędu około 500 MW. Oznacza to, że wreszcie uda się osiągnąć zauwa­żal­nie więcej energii, niż będzie potrzebne dla samego roz­grza­nia plazmy.

4. IceCube Neutrino Observatory

Niewiele tworów przyrody irytuje badaczy tak bardzo jak neutrina. Cząstki te nie posia­dają ani ładunku, ani masy i nie­skrę­po­wa­nie prze­mie­rzają wszech­świat, prze­ni­ka­jąc przez wszelkie prze­szkody. Ściślej mówiąc, poje­dyn­cze neutrino może bez­pro­ble­mowo prze­le­cieć przez wszyst­kie planety Układu Sło­necz­nego i nie “zauważyć”, że cokol­wiek stanęło mu na drodze. Możemy sobie wyobra­zić, ile zachodu kosz­to­wało naukow­ców wyna­le­zie­nie urzą­dze­nia do łapania nie­sfor­nych neutrin.

Jeden z takich detek­to­rów został ulo­ko­wany w dość nie­ty­po­wym miejscu – na Antark­ty­dzie. Kostka Lodu posiada formę 86 lin z zawie­szo­nymi czuj­ni­kami, wpusz­czo­nymi do 2,5 kilo­me­tro­wych otworów wywier­co­nych w lądo­lo­dzie. Instru­ment, w pewnym pokręt­nym sensie, pełni funkcję tele­skopu. Nie ma, co prawda, zwier­cia­dła, okularu i całej reszty ustroj­stwa, ale również może służyć do wykry­wa­nia zjawisk mających miejsce wiele lat świetl­nych od Ziemi. Roz­bły­ski gamma, super­nowe, a nawet nasze Słońce, poza światłem emitują try­liardy try­liar­dów neutrin, tyle że w porów­na­niu do fotonów, neutrina niemal bez szwanku mijają wszelkie prze­szkody, będąc nie­zwy­kle cennym źródłem infor­ma­cji o naj­gwał­tow­niej­szych pro­ce­sach we wszech­świe­cie.

5. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna

Praw­do­po­dob­nie w żaden projekt naukowy nie wpom­po­wano takich środków jak w ISS. Poza począt­kową sumą 15–20 miliar­dów dolarów wydaną w ramach rozruchu projektu, trzeba pamiętać o kolej­nych 50–70 miliar­dach jakie do dziś pochło­nął montaż kolej­nych modułów i eks­plo­ata­cja obiektu. Nie prze­sa­dzę pisząc, że to więcej niż koszt wszyst­kich powyż­szych przed­się­wzięć razem wziętych.

Całkiem uza­sad­nione wydaje się pytanie, czy było warto? Zdania są podzie­lone. Wysłanie na orbitę 400 ton żelastwa bez ściśle spre­cy­zo­wa­nego celu badaw­czego, to nie­wąt­pli­wie kon­tro­wer­syjny sposób na wydanie pie­nię­dzy podat­ni­ków. Niemniej jednego nie sposób podważyć. Mię­dzy­na­ro­dowa Stacja stanowi bezcenny wyraz jedności i współ­pracy ludz­ko­ści w dążeniu do eks­plo­ra­cji kosmosu. W projekt zaan­ga­żo­wała się niemal cała, zdolna do tego część cywi­li­za­cji – Ameryka, Europa, Rosja, Brazylia, a ostatnio również Indie i Chiny – w ten sposób ISS przy­czy­nił się do posta­wie­nia interesu glo­bal­nego przed par­ty­ku­la­ry­zmem.

6. Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory

Wszech­świat to ogromna, nie­wi­dzialna i czte­ro­wy­mia­rowa tkanina – powiada Albert Einstein. Wszyscy jesteśmy zanu­rzeni w cza­so­prze­strzen­nej sieci, która pod wpływem masy podlega ciągłym zała­ma­niom i zakrzy­wie­niom.  Co więcej, już w 1916 roku, twórca ogólnej teorii względ­no­ści zapo­wie­dział, że kosmiczna tafla nie jest idealnie gładka i można na niej dostrzec gra­wi­ta­cyjne fale oraz efekty pływowe.

Kon­cep­cji  Ein­ste­ina nikt nie ważył się kwe­stio­no­wać, jednak fizyczne zare­je­stro­wa­nie pływów gra­wi­ta­cyj­nych, przez długi czas pozo­sta­wało poza zasię­giem naszej per­cep­cji. Na początku XXI wieku, naj­bar­dziej pre­sti­żowe uczelnie tech­niczne w Stanach Zjed­no­czo­nych, Caltech i MIT, połą­czyły swoje siły w celu skon­stru­owa­nia Lase­ro­wego Obser­wa­to­rium Inter­fe­ro­me­trycz­nego Fal Gra­wi­ta­cyj­nych. LIGO składa się z dwóch wielkich rur prze­ci­na­ją­cych się pod kątem prostym, przez które prze­pusz­czona zostaje wiązka laserowa. W chwili gdy przez Ziemię prze­cho­dzi fala gra­wi­ta­cyjna, dochodzi do zanie­dby­wal­nie małego zabu­rze­nia cza­so­prze­strzeni powo­du­ją­cego, że wystrze­lone w tym samym momencie, prze­ci­na­jące się wiązki, dotrą do detek­to­rów w różnym czasie. Mówimy tu o róż­ni­cach rzędu milio­no­wej części sekundy, stąd dla wyeli­mi­no­wa­nia ryzyka błędu, wznie­siono dwa iden­tyczne kom­pleksy badawcze oddalone od siebie o trzy tysiące kilo­me­trów. Jeżeli pomiary w obu urzą­dze­niach dają iden­tyczne wyniki, oznacza to, że fizycy zare­je­stro­wali falę gra­wi­ta­cyjną.

7. Wielki Zderzacz Hadronów

Wszyscy słyszeli o LHC. To symbol przy­po­mi­na­jący, że Europa wciąż nie złożyła broni i nadal jest w stanie rywa­li­zo­wać na polu naukowym z ośrod­kami ame­ry­kań­skimi i (wkrótce) chiń­skimi. Budowa obiektu pochło­nęła 10 miliar­dów euro i trwała prawie pięt­na­ście lat, ale rezultat końcowy był tego warty. Uru­cho­mie­nie Wiel­kiego Zder­za­cza Hadronów odwró­ciło kierunek nauko­wych piel­grzy­mek fizyków i zakoń­czyło monopol wysłu­żo­nego Teva­tronu.

LHC to nie­pod­wa­żal­nie naj­waż­niej­szy współ­cze­sny przyrząd służący fizykom cząstek ele­men­tar­nych. Naj­bar­dziej rzu­ca­ją­cym się w oczy ele­men­tem akce­le­ra­tora, jest kołowy tunel o długości 27 kilo­me­trów, wewnątrz którego cząstki ele­men­tarne roz­pę­dzane są do pręd­ko­ści jak naj­bliż­szej pręd­ko­ści światła. Im większa szybkość tym większa masa, a jak wiemy z naj­słyn­niej­szego wzoru Ein­ste­ina – im większa masa tym większa energia. Wszystko po to, aby roz­kwa­sić cząstki ele­men­tarne i zobaczyć co się z nich “wykluje”. Energia jest tu bardzo ważna, bo czym mocniej zderzymy cząstki, tym więcej odkry­jemy szcze­gó­łów doty­czą­cych budowy ota­cza­ją­cej nas materii.

Wszelkie prze­wi­dy­wa­nia i nadzieje związane z nową zabawką naukow­ców z CERN, ziściły się całkiem szybko. W lipcu 2012, czyli cztery lata po dzie­wi­czym uru­cho­mie­niu urzą­dze­nia, świat obiegła wia­do­mość o wykryciu cząstki o cechach bozonu Higgsa. Długo wycze­ki­wany przełom, stanowi ważny krok na drodze do wery­fi­ka­cji założeń Modelu Stan­dar­do­wego i jed­no­cze­śnie ukazuje, że gigan­tyczna inwe­sty­cja nie była chybiona. A przecież to nie ostatnia rzecz, jaką LHC może powie­dzieć nam o wszech­świe­cie.

Literatura uzupełniające:
M. Brown, Satellites of the Largest Kuiper Belt Objects, „Astrophysical Journal Letters” [online] nr 639, 2011;
T. Kwast, LIGO – nadzieja na detekcję fal grawitacyjnych, www.mimuw.edu.pl [online], 2011;
Sciencedaily.com/releases/2010/12/101219083814.htm [online];
ec.Europa.eu/research/leaflets/iter/article_3090_pl.html [onilne];
L. Lederman, D. Teresi, Boska Cząstka. Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?, Warszawa 2005;
Z. Ajduk, S. Pokorski, K. Turzyński, Oddziaływania elementarne i LHC, Delta, nr 1, 2005.
Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.