7 fizyków, którzy zrobili naukowy skok w bok

Fizycy to ciekawscy dranie. Nie tylko regularnie zaglądają naturze pod spódniczkę, ale nierzadko wychodzą daleko poza swój obszar zainteresowań, badając wszystko co wpadnie im w ręce. Jest w tym nieco arogancji, ale trzeba przyznać, że przynajmniej kilka razy taki flirt fizyka z obcą dziedziną, dał pozytywne skutki.

Od uczonego oczekuje się głębokiej wiedzy z pierwszej ręki na określony temat i dlatego ludzie spodziewają się, że nie będzie on wypowiadał się w kwestiach, w których nie jest specjalistą. Noblesse oblige. W tym jednak przypadku zamierzam zrezygnować z ewentualnej noblesse i uwolnić się z płynącej z niej obligacji.

Erwin Schrödinger

Hooke i komórki roślin

Robert Hooke

Drugi gigant brytyjskiej nauki XVII stulecia, niestety przez większość kariery skryty w cieniu rzucanym przez figurę sir Izaaka Newtona. Roberta Hooke’a powszechnie uznaje się za autora prawa sprężystości, jak również nowatorskiego opisu ruchu planet w Układzie Słonecznym. Był on także utalentowanym obserwatorem nieba oraz wynalazcą. Odkrył słynne znamię na powierzchni Jowisza, znane dziś jako Wielka Czerwona Plama, a także konstruował własne przyrządy naukowe, jak pompa próżniowa, barometr, higrometr, czy mikroskop. 

Ostatnie z tych narzędzi, pozwoliło uczonemu wyjść poza najbliższą sobie fizykę i na stałe zapisać się w dziejach nauk biologicznych. Wraz z włoskim przyrodnikiem Marcello Malpighim, Hooke’a można śmiało nazwać pionierem histologii. Jako pierwszy dostrzegł i opisał strukturę komórek roślinnych – mało tego – samodzielnie ukuł pojęcie “komórki”. Na tym nie poprzestał, wydając w 1665 roku monumentalne dzieło pod tytułem Micrographia. Książka przyjmowała formę albumu pełnego szkiców opartych o liczne obserwacje dokonane za pomocą mikroskopu oraz teleskopu. Publikacja, mimo naukowego charakteru, trafiła w gusta laików i osiągnęła niebywały sukces. Brytyjczycy z zainteresowaniem przyglądali się dokładnym ilustracjom przedstawiającym ciało pchły, oczy ważki czy skrzydła komara. W późniejszym okresie, Hooka zaczęły interesować również skamieliny. Postawił odważną jak na swoje czasy tezę, jakoby skalne ślady świadczyły o istnieniu w przeszłości Ziemi egzotycznych gatunków, które z pewnych powodów masowo wymierały. Niestety z uwagi na czynniki religijne, było wtedy jeszcze zbyt wcześnie na otwarcie poważnej dyskusji na ten temat. Dopiero po stu latach wątek podjął na nowo Georges-Louis Leclerc, uważany powszechnie za ojca paleontologii. W tym układzie Roberta Hooke’a uczciwie byłoby chyba uznać za dziadka tej dziedziny nauki.

Leibniz i bibliotekoznawstwo

Gottfried Wilhelm Leibniz

Czy są wśród czytelników jacyś bibliotekarze? Jeśli tak, to bardzo prawdopodobne, że mieliście okazję poznać sylwetkę Gottfrieda Wilhelma Leibniza od innej strony, niż większość ludzi. Urodzonego w Lipsku uczonego kojarzy się zazwyczaj z pierwszorzędnymi pracami z zakresu filozofii, fizyki i matematyki. W dziejach nauki piętno odcisnęła jego rywalizacja z Newtonem. Niezależnie od profesora Cambridge opracował rachunek różniczkowy, jak również kwestionował jego pogląd na absolutny charakter czasu i przestrzeni. (Swoją drogą, Newton miał ewidentny dar do tworzenia sobie wrogów, tak w kraju jak i zagranicą).

Jednak gdy Leibniz nie snuł rozważań na temat natury wszechrzeczy, na co dzień oddawał się karierze dworskiego bibliotekarza. Nie był to tylko zawód, lecz rzeczywiste powołanie. Niemiec, jako syn profesora, od najmłodszych lat pozostawał otoczony książkami i przez całe swoje życie przypisywał im wyjątkową rolę. Marzył o powszechnym dostępie do zawartej w nich wiedzy, a przynajmniej o znaczącym usprawnieniu wymiany informacji pomiędzy uczonymi. Na jego szczęście na XVII stulecie przypadł okres przekształcania prywatnych księgozbiorów w rzeczywiste świątynie nauki. Sam Leibniz miał niebagatelny wpływ na powstanie nowoczesnego bibliotekoznawstwa, co rusz rzucając pomysłami na optymalizację pracy bibliotek. Pracując dla barona von Boineburga, opracował on pierwszy katalog przedmiotowy, stosowany przez bibliotekarzy do chwili obecnej.

Young i starożytny Egipt

Thomas Young

Jeżeli widzieliście mój niegdysiejszy artykuł poświęcony Thomasowi Youngowi, wiecie jakim podziwem darzę tego XIX-wiecznego polihistora. Przeciętny uczeń spotyka się z nazwiskiem Younga wyłącznie na lekcjach fizyki, gdzie zostaje on przedstawiony jako autor doświadczenia z dwiema szczelinami oraz rzecznik falowej natury światła. Stanięcie oko w oko z autorytetem Newtona (to już trzeci!) i opracowanie jednego z najpiękniejszych eksperymentów w dziejach, rzeczywiście zasługują na wieczną chwałę – ale nie powinno to przysłaniać innych osiągnięć Brytyjczyka. A ich lista jest doprawdy długa i zdecydowanie wykracza poza fizykę.

W czasie swojego życia Young parał się medycyną, fizjologią, historią z naciskiem na egiptologię, językoznawstwem i wspomnianą fizyką. Ktoś uszczypliwy mógłby założyć, że omnibus tego pokroju zapewne zna się po trochu na wszystkim i tak naprawdę na niczym. Nic bardziej mylnego. Young żadnej z przywołanych dyscyplin nie traktował po macoszemu i na każdej pozostawił swój wyraźny ślad. Jako lekarz opisał mechanizm akomodacji oka, jednocześnie diagnozując u samego siebie wadę wzroku, nazywaną dziś astygmatyzmem. Jako zapalony językoznawca i poliglota, przeanalizował niemal wszystkie języki ludów Bliskiego Wschodu i zdefiniował rodzinę języków indoeuropejskich. Wreszcie łącząc swe talenty językowe i zainteresowanie historią, wziął udział w rozszyfrowaniu staroegipskiego tekstu wyrytego na Kamieniu z Rosetty. Powiedzieć, że Young był niesamowity, to jakby nie powiedzieć nic.

Helmholtz i nerwy

Hermann von Helmholtz

Miałem wątpliwości co do uwzględnienia Hermanna von Helmholtza, ponieważ większość życia spędził na pracy w szpitalu. Pozwoliłem sobie jednak umieścić go na liście, jako że przeszedł do historii nauki głównie przez swój wkład w fizykę i sam za fizyka się uważał. Jego ścieżka zawodowa podyktowana była zwykłym pragmatyzmem. Rodzice nie mogli sobie pozwolić na opłacenie dość abstrakcyjnych studiów, które nie gwarantowałyby dobrze płatnej posady, toteż posłali syna na medycynę. Ten sumiennie zdawał wszystkie egzaminy i rozpoczął praktykę lekarską, choć każdą wolną chwilę poświęcał na wertowanie podręczników do fizyki, marząc w przyszłości o zmianie profesji.

Jednak zanim do tego doszło, Helmholtz dał co nieco od siebie światu medycyny i fizjologii. Skonstruował pierwszy oftalmoskop, służący do badania dna oka, a także dokonał pionierskiego pomiaru rozchodzenia impulsów nerwowych w organizmie człowieka. Do tego momentu nie było jasne, czy sygnały w nerwach obowiązują jakieś ograniczenia. Niedługo potem, formalnie wciąż pozostając lekarzem, przedstawił swoją najważniejszą teorię fizyczną. Mowa o opublikowanej w 1847 roku pracy, opisującej niezależnie od Juliusa Mayera, zasadę zachowania energii.

Akademicką karierę fizyka, Helmholtz rozpoczął mając na karku pięćdziesiątkę. Jako ustatkowany i szanowany uczony przeniósł się do Berlina, gdzie porzucił tematy medyczne i po niedługim czasie dorobił się stanowiska profesora fizyki na Uniwersytecie Fryderyka Wilhelma. Mimo późnego startu zdążył popisać się jeszcze kilkoma doniosłymi artykułami z zakresu mechaniki płynów, akustyki i elektromagnetyzmu.

Schrödinger i tajemnice życia

Erwin Schrödinger

Współautora zrębów mechaniki kwantowej zna bez wątpienia każdy czytelnik Kwantowo i zapewne słusznie kojarzy jego nazwisko z równaniem falowym oraz legendarnym eksperymentem myślowym z kotem i pudłem w roli głównej. Erwina Schrödingera fascynowała jednak cała przyroda. Wierzył w powodzenie prac nad teoriami o zasięgu uniwersalnym. Najlepszy temu wyraz dał w roku 1944, zbierając swoje wieloletnie wykłady i rozważania w niewielką książeczkę pod tytułem Czym jest życie? Fizyczne aspekty żywej komórki. O tym jak istotna okazała się ta publikacja, świadczy ocena Rogera Penrose’a: “Książka ta powinna zostać zaliczona do najbardziej znaczących prac naukowych napisanych w naszym stuleciu. Zawiera próbę zrozumienia niektórych tajemnic życia, próbę podjętą przez fizyka, który tak bardzo przyczynił się do zmiany rozumienia budowy świata”.

Austriak przede wszystkim postawił sobie za cel opis procesów i zjawisk zachodzących wewnątrz organizmu, na gruncie wiedzy z zakresu chemii i fizyki. Uczony rzucił nieco nowego światła na podziały komórkowe, wymianę materiału genetycznego, mutacje i funkcjonowanie mózgu. Mnie osobiście najbardziej zainteresował jeden z ostatnich rozdziałów publikacji, będący bodaj pierwszym szerszym omówieniem problemu powstania życia w kontekście drugiej zasady termodynamiki. Tym samym Schrödinger podał kompleksową (i do dziś aktualną) odpowiedź na pytanie, jak dochodzi do samoistnego formowania złożonych struktur organicznych, mimo działania entropii.

Alvarez i dinozaury

Luiz i Walter Alvarez

O tym jak doszło do masowego wymierania gatunków 66 milionów lat temu, wie dziś chyba każde dziecko. To aż zaskakujące, że idea wielkiego meteorytu, który rąbnął w Ziemię pod koniec kredy, pojawiła się dopiero w latach 80. Znacznie mniej osób zdaje sobie sprawę, komu tę teorię zawdzięczamy. A szkoda, bo mowa znamienitym fizyku eksperymentalnym, laureacie Nagrody Nobla za badania nad cząstkami elementarnymi w komorze pęcherzykowej oraz uczestniku Projektu Manhattan.

Jak to się stało, że Luis Alvarez – etatowy profesor fizyki – doprowadził do wstrząsu na wydziałach nauk o Ziemi? Stało się to za sprawą jego syna, geologa Waltera Alvareza, który poprosił ojca o radę dotyczącą metody obliczania tempa sedymentacji osadów skalnych. Luis wpadł na rewelacyjny pomysł powiązania wieku warstw z obecnością irydu – rzadkiego pierwiastka opadającego na powierzchnię Ziemi wraz z pyłem kosmicznym. Fakt nienaturalnie dużego stężenia tego metalu w cienkiej warstwie powstałej pod koniec kredy, uświadomił Alvarezom, że dinozaury najpewniej wykończyła katastrofa, dosłownie, nie z tej Ziemi. Był to ogromny krok naprzód, lecz wymagał jeszcze przekonania środowiska geologów i paleontologów – a ci nie byli zachwyceni brawurową szarżą stosującego własne metody fizyka. Nie pomagała postawa samego Luisa Alvareza, który słysząc krytykę, tym usilniej podkreślał swoje wykształcenie, a nawet wskazywał na jego wyższość.

Jest coś co sprawia, iż czuję się dumny z bycia fizykiem. Fizyk reaguje natychmiast, gdy tylko ktoś przedstawi mu argumenty podważające teorię, w którą dotychczas wierzył. Odkrywam jednak, że nie jest to zwyczajem w wielu innych gałęziach nauki.

Luis Alvarez

Mimo aroganckiej postawy, ostatecznie noblista zmusił sceptyków do kapitulacji. Kropkę nad “i” stanowiło późniejsze odkrycie krateru Chicxulub, niemal idealnie odpowiadającego postulatom  zawartym w teorii Alvarezów.

Gell-Mann i poszukiwania prajęzyka

Kończący niebawem dziewięćdziesiąte urodziny Murray Gell-Mann należy do kategorii najcichszych bohaterów fizyki. Jego nazwisko kojarzy niewielu laików, ale dla doświadczalników i fizyków cząstek elementarnych to prawdziwy guru. Profesor Caltechu pozostaje prawdopodobnie najwybitniejszym żyjącym badaczem jądra atomowego. Jako pierwszy postulował istnienie wewnątrz protonów i neutronów kwarków, opisał nowe kwantowe właściwości cząstek jak dziwność oraz kolor, a całą swoją pracą położył podwaliny pod chromodynamikę kwantową i model standardowy.

Sam byłem zszokowany, gdy dowiedziałem się, że emerytowany naukowiec, na starość porzucił fizykę, próbując swoich sił w całkiem nowej dyscyplinie. Konkretniej, jesień swego życia Gell-Mann postanowił poświęcić językoznawstwu, z naciskiem na poszukiwania związków między najodleglejszymi rodzinami języków. I to nie jest tak, że fizyk znalazł sobie po prostu ekstrawaganckie hobby. Gell-Mann zajmuje się nowym tematem najzupełniej poważnie. Aktywnie współpracuje z antropologami z Instytutu Santa Fe i ma już na swoim koncie kilka publikacji naukowych z zakresu lingwistyki i językoznawstwa. Jedna z nich, napisana wespół z Merrittem Ruhlenem, dotyczy badań nad genezą i ewolucją szyku zdań. Tego typu starania mogą nam pomóc w uporządkowaniu drzewa wszystkich znanych języków ludzkich i być może pozwolą odsłonić jego korzenie.

Obyśmy wszyscy wykorzystali emeryturę w tak twórczy i kreatywny sposób jak profesor Gell-Mann.

Literatura uzupełniająca:
A. K. Wróblewski, Historia fizyki. Od czasów najdawniejszych do współczesności, Warszawa 2015;
E. Schrödinger, Czym jest życie? Fizyczne aspekty żywej komórki, przeł. S. Amsterdamski, Warszawa 1998;
W. Alvarez, Dinozaury i krater śmierci, przeł. N. Ryszczuk, Warszawa 1999;
A. Robinson, The Last Man Who Knew Everything, Oxford 2006;
H. Święczkowska, Leibnizjańska wizja oświeconej społeczności, “Folia Philosophica” 2008, nr 26;
K. Yasin, Analysis of 2,135 of the world’s known languages traces evolution of human communication, [online: shc.stanford.edu/news/research/analysis-2135-world%E2%80%99s-known-languages-traces-evolution-human-communication].
Niezbyt ciekawy tekst o naprawdę ciekawych liczbach 7 niesamowitych zdjęć Hubble’a (Waszym zdaniem) Splątanie kwantowe rozplątane: od EPR do Bella