547. urodziny Kopernika, pierwszy Dzień Nauki Polskiej. Czy zasługujemy na Nobla?

Polskie dokonania naukowe to nie tylko pojedyncze historyczne sławy światowej nauki i nazwiska takie jak Kopernik, Skłodowska-Curie, Łukasiewicz czy Czochralski. Współcześni polscy naukowcy i ich całe zespoły również są zaangażowani w prowadzenie istotnych badań o doniosłym znaczeniu dla całej Ludzkości, osiągając przy tym znaczne sukcesy. Dziś, 19 lutego 2020 roku - w 547. rocznicę urodzin największego polskiego astronoma, jest zatem szczególna okazja, by przypomnieć sobie choćby wąską część tych aktualnych osiągnięć, szczególnie związanych z dziedziną badań kosmicznych.

Szerokie grono polskich uznanych na świecie profesorów: Trautman, Ekert, Wolszczan, Udalski, Dietl - to oni w ostatnich latach co najmniej kilkukrotnie byli blisko otrzymania Nagrody Nobla.

Falująca czasoprzestrzeń

Nazwisko pierwszego z wymienionych silnie łączy się z początkami badań fal grawitacyjnych ("zmarszczek" czasoprzestrzeni wywoływanych w następstwie zderzeń ciał niebieskich w przestrzeni kosmicznej - zwłaszcza tych najmasywniejszych), które z czasem przyniosły przełom w postrzeganiu czasoprzestrzeni i zjawisk grawitacyjnych. Polski fizyk Andrzej Trautman miał swój wkład w opisanie i teoretyczne uzasadnienie ich istnienia, pracując nad tym zagadnieniem w latach 50. i 60. XX wieku.

Jeszcze w trakcie pracy nad doktoratem argumentował, że fale grawitacyjne istnieją, a ich detekcja powinna być możliwa. Opisał też zjawisko promieniowania grawitacyjnego przy pomocy ogólnej teorii względności. Odniesienia do dorobku Trautmana znajdują się w pierwszej pracy o falach grawitacyjnych późniejszego noblisty - Kipa Thorna. "Moje prace na ten temat powstały prawie 60 lat temu. Były zapomniane właściwie przez wszystkich" - wspominał z goryczą w 2017 roku prof. Trautman.

Pierwsze w historii doświadczalne potwierdzenie istnienia fal grawitacyjnych nastąpiło w 2016 roku. Już wtedy wiadomo było, że Nobel w tym zakresie jest tylko kwestią czasu. I rzeczywiście - w 2017 roku Nagrodę za badania w tym obszarze otrzymali naukowcy z Niemiec i USA - Rainer Weiss, Barry Barish oraz właśnie Kip Thorne.

Nobel za badania fal grawitacyjnych ucieszył jednak także polskich ekspertów skupionych w grupie Polgraw. Kilkanaścioro naukowców z dziewięciu instytucji brało bowiem udział w międzynarodowych eksperymentach realizowanych przy detektorach LIGO w USA oraz Virgo we Włoszech. Uczestniczyli też w analizie danych z tych urządzeń. W ten sposób Polacy pomagali dokonać pierwszej obserwacji fal grawitacyjnych. W ich odczuciu decyzja Komitetu Noblowskiego mogła jednak pozostawić niedosyt.

Choć Komitet Noblowski nie dostrzegł jak dotąd wkładu prof. Trautmana, polski fizyk otrzymał w 2017 roku Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, nazywaną często nieoficjalnie Polskim Noblem.

Przecieranie kwantowych szlaków

Wśród realnych polskich kandydatów do nagrody Nobla wskazywano również innego fizyka, prof. Artura Ekerta. W zestawieniu amerykańskiej firmy analitycznej, Clarivate Analytics był on wymieniany jako jeden z pretendentów do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki.

Prof. Ekert jest jednym z pionierów wschodzącej dziedziny wiedzy i technologii, jaką jest kryptografia kwantowa. Studiował na Uniwersytecie Jagiellońskim, ale od końca lat 80. XX wieku związany jest z Uniwersytetem Oksfordzkim. Przyjmuje się, że Ekert - wraz z Charles'em Bennettem i Gilles'em Brassardem - współtworzyli tę nową dziedzinę wiedzy. Bennett i Brassard zaproponowali, żeby w procesie szyfrowania wykorzystać zasadę nieoznaczoności Heisenberga, natomiast Ekert - zjawisko, jakim jest splątanie kwantowe. "Była to metoda trudniejsza do implementacji, ale prowadzi ona do opracowania bezpieczniejszych szyfrów kryptografii kwantowej. Z czasem technologia się rozwinęła i teraz moja metoda jest bardziej popularna" - mówił w rozmowie z Polską Agencją Prasową.

W 2019 roku Nagroda Nobla z fizyki trafiła jednak do Jamesa Peeblesa, Michela Mayora i Didiera Queloza - co nie tylko oznaczało brak uhonorowania Ekerta, ale również dodatkowe rozczarowanie ze względu na pominięcie jeszcze innego polskiego zasłużonego naukowca.

Naukowy bój o egzoplanety

Nobliści z 2019, Mayor i Queloz otrzymali nagrodę za pierwsze odkrycie planety pozasłonecznej krążącej wokół gwiazdy ciągu głównego, podobnej do Słońca. Tymczasem badania egzoplanet to obszar wiedzy, w którym polscy naukowcy również mają na świecie sporo do powiedzenia.

Swoje odkrycie Mayor i Queloz ogłosili w październiku 1995 roku. Tymczasem już kilka lat przed odkryciem dokonanym przez obu noblistów Polak, prof. Aleksander Wolszczan - razem z amerykańskim radioastronomem Dale'em Frailem - sami potwierdzili dokonanie pierwszej obserwacji planety pozasłonecznej (ogłosili to już w 1992 roku). Chodziło wówczas jednak o planety krążące wokół pulsara, czyli szybko rotującej obumarłej gwiazdy (najprawdopodobniej - gwiazdy neutronowej). Stąd, to Wolszczan i Frail jako pierwsi w ogóle pokazali, że można zaobserwować planety poza Układem Słonecznym.

Tymczasem inni Polacy - zespół pod kierownictwem prof. Andrzeja Udalskiego z Obserwatorium Astronomicznego UW - bazując na tych doświadczeniach, zanotowali udział m.in. w odkryciu układu planetarnego wykazującego znaczne podobieństwo do Układu Słonecznego, a także znalezieniu w 2005 roku niewielkiej, a przy tym podobnej do Ziemi planety pozasłonecznej (OGLE-2005-BLG-390Lb). Zasługą zespołu prof. Udalskiego jest zatem odkrycie w odległych układach planety podobnej do Ziemi w pobliżu gwiazdy podobnej do Słońca.

Udalski jest zresztą jednym z najlepiej rozpoznawalnych na świecie polskich astrofizyków. Od 28 lat prowadzi on program OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), w ramach którego badana jest zmienność jasności i innych parametrów obiektów Wszechświata w różnych skalach czasowych. Pomysłem prof. Udalskiego było m.in. wykorzystanie możliwości polskiego teleskopu do poszukiwania ciał niebieskich o małych masach. Za swoje badania astrofizyk już w 2002 roku otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, a od tego czasu jego dorobek znacząco się powiększył.

Półprzewodniki, materiały topologiczne... i spintronika

W kontekście Nagród Nobla wymieniano także fizyka prof. Tomasza Dietla. Jego badania przyczyniły się do powstania nowej dziedziny nauki: spintroniki półprzewodnikowej. Jest upatrywana jako jedna z bardziej rozwojowych dziedzin fizyki materiałowej i elektroniki. Prof. Dietl wykazał też istnienie wielu nowych zjawisk pozwalających na sterowanie namagnesowaniem półprzewodników ferromagnetycznych (przy pomocy pola elektrycznego, światła, naprężeń i prądu elektrycznego). Otrzymał za to nagrodę FNP w 2006 roku.

W założonym przez prof. Dietla centrum MagTop - Międzynarodowa Agenda Badawcza przy Instytucie Fizyki PAN - badane są tzw. materiały topologiczne. Na krawędziach bądź na powierzchniach takich nanoobiektów "pojawiają się nowe stany elektronowe - a przez to nowe właściwości" - opowiadał PAP, wyjaśniając przy tym, że materiały te są odporne na odkształcenia. To ma odróżniać je od nanomateriału takiego jak np. grafen, który straciłby właściwości, gdyby go np. zniekształcić.

Obszar badań, w którym specjalizuje się prof. Dietl, doceniony został w 2016 roku Nagrodą Nobla z fizyki. David Thouless, Duncan Haldane oraz Michael Kosterlitz nagrodzeni wtedy zostali za teoretyczne odkrycia dotyczące topologicznych przejść fazowych oraz topologicznych faz materii.

Dlaczego Nobel "omija" Polaków?

To, że polskie nazwiska pojawiają się przy okazji Nagród Nobla, pokazuje, że polscy badacze prowadzą badania na światowym poziomie. Nie jest więc wykluczone, że w kolejnych latach Komitet Noblowski ten wysoki poziom doceni.

W wypowiedzi udzielonej PAP sprawę skomentował prezes Fundacji na rzecz Nauki Polskiej prof. Maciej Żylicz. "Cieszmy się, że mamy wybitnych naukowców. Ale powinniśmy im jeszcze pomóc, aby Nobla dostali" - odpowiedział. Zdaniem prof. Żylicza, w zdobyciu Nobla nie pomaga polski system nauki i mentalność środowiska naukowego. Wyjaśnił, że na razie w Polsce nie opłaca się prowadzić ryzykownych, przełomowych badań, ale opłaca się zbierać punkty za publikacje naukowe. "To nie ma nic wspólnego z uzyskaniem Nagrody Nobla" - ocenił. Jego zdaniem to również podejście środowiska naukowego blokuje karierę niektórym wybitnym badaczom. "Awansują zwykle ci, którzy dostarczają punkty. A to niekoniecznie są osoby wybitne" - podsumował prezes FNP.

Kolejną rzeczą, która mogłaby pomóc w staraniach o Nobla, jest zdaniem prof. Żylicza budowanie rozpoznawalności najwybitniejszych polskich naukowców za granicą. "Powinniśmy się nauczyć lobbowania - chodzi zwłaszcza o międzynarodowe stowarzyszenia naukowe, agencje rządowe i sam rząd. To ważne, żeby noblowska komisja zauważyła polskich kandydatów" - powiedział prezes FNP.

Nobel to nie wszystko, czyli o innych polskich dokonaniach słów kilka...

Przegląd sukcesów Polaków w badaniach naukowych z perspektywy fizyki kosmosu warto rozpocząć od podkreślenia szerokiego wkładu rodzimych naukowców i inżynierów (głównie z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk) w opracowanie i dostarczenie podzespołów najważniejszych międzynarodowych misji kosmicznych ostatnich lat. Był wśród nich takie wyprawy jak Cassini/Huygens w stronę Saturna i Tytana czy misja ESA Rosetta wysłana do komety 67P/Czuriumow–Gierasimienko ("uzbrojona" w stworzony w Polsce penetrator gruntu MUPUS). Polacy brali również udział w przygotowaniach do marsjańskiej misji NASA InSight (na potrzeby której stworzono tzw. Kreta, czyli kolejny penetrator gruntu) czy rosyjskiej misji Phobos-Grunt (do której dostarczono z kolei próbnik podpowierzchniowy o nazwie CHOMIK).

Ostatnio polscy naukowcy i technicy wnieśli też swój wkład w misję Solar Orbiter, która dokładnie w tym miesiącu wyruszyła w stronę Słońca. Naukowcy CBK PAN z Warszawy i Wrocławia, wraz ze Szwajcarami, Czechami, Niemcami i Francuzami, opracowali mechanizm STIX - specjalny rodzaj teleskopu rentgenowskiego, który zarejestruje podczas swojej misji zachowanie Słońca i heliosfery.

Podobnie w ostatnim czasie unikalną, trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej opracowali i zaprezentowali naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego, pracujący przy opisywany wyżej projekcie OGLE. Mapa dostarcza nowych informacji na temat m.in. warunków ewolucji naszej galaktyki.

Osobnym obszarem widocznego polskiego zaangażowania naukowo-badawczego są również technologie i odkrycia pośrednio powiązane z przemysłem kosmicznym, jednak nie mniej dla niego istotne. Mowa tutaj szczególnie o dokonaniach w dziedzinach fizyki i chemii oraz technologii materiałowych. Poza wcześniej popularyzowanymi (lecz dotąd niestety nie spożytkowanymi przez polski przemysł) dokonaniami w obszarze produkcji grafenu i węglowych nanorurek, polscy naukowcy przyczynili się do zaobserwowania i wykrycia kolejnej postaci węgla, zwanej cyklokarbonem - pierścieniowo ułożonej struktury cząsteczkowej opartej na atomach tego organicznego pierwiastka. Odkrycie zostało odnotowane w prestiżowym magazynie "Science", a miał w nim swój udział dr Przemysław Gaweł z Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Polski ślad jest widoczny również w specyficznych badaniach fotonów (pozbawionych masy cząstek elementarnych transmitujących energię z prędkością światła). W zakresie tym badacze z Uniwersytetu Warszawskiego wykryli mechanizm "prowokowania" reakcji fotonów w polu magnetycznym, które przywodzą na myśl zachowania posiadających masę i silnie oddziałujących z tym polem elektronów. Dokonał tego zespół kierowany przez prof. Jacka Szczytkę.

Z nieco odleglejszych od badań kosmicznych dziedzin, aktualny wpływ polskiej myśli technicznej jest także namacalny w obszarze technologii informacyjnych. Przykład stanowi komputerowe kodowanie ANS (z ang. Asymmetric Numeral Systems), będące wynalazkiem kojarzonym z nazwiskiem dr. Jarosława Dudy z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Jest ono powszechnie wykorzystywane w oprogramowaniach komputerowych na całym świecie. Pozwala na kompresję danych, znacząco poprawiającą szybkość i efektywność przepływu informacji drogą elektroniczną - nawet trzydziestokrotnie.

Z rzeczy, które mogą mieć decydujące znaczenie w międzyplanetarnych misjach załogowych przyszłości, Polacy nie ustają również na przykład w badaniach nad futurologicznymi zagadnieniami "hodowania" syntetycznej żywności, co może zaważyć o przeżyciu astronautów w nieprzyjaznych warunkach długotrwałych misji kosmicznych. W Centrum Nauki Kopernik na liściach szpinaku wyhodowano mięso kurczaka (na celulozowym szkielecie roślinnym umieszczono w sumie 2 mln komórek mięśniowych kurczaka). Eksperyment ten miał pokazać, że produkowanie mięsa bez uśmiercania zwierząt - na szalce w laboratorium - nie jest odległą przyszłością. Autor eksperymentu, Stanisław Łoboziak z CNK wspominał, że produkt pod względem konsystencji przypomina wodorosty i ma słonawy posmak.

Dzień Nauki Polskiej ma być cykliczną okazją do eksponowania i doceniania tego typu polskich dokonań. Nowe święto narodowe ustanowiono uchwałą Sejmu RP na początku lutego 2020 roku. Obchodzony będzie co roku 19 lutego, w dniu urodzin Mikołaja Kopernika - w uznaniu jego wybitnych naukowych zasług dla Polski i świata.

Głównym wydarzeniem święta jest Gala Nauki Polskiej, w czasie której szef resortu nauki wręczy nagrody wybitnym polskim naukowcom. Uroczystość taką każdego roku będzie organizować inna polska uczelnia. Pierwsza - z wiadomych względów - przypadła Uniwersytetowi Mikołaja Kopernika w Toruniu, miejscu urodzin tego wielkiego astronoma. Nagrody ministra za całokształt dorobku oraz za znaczące osiągnięcia w działalności badawczej, dydaktycznej, wdrożeniowej i organizacyjnej wręczono podczas spotkania w Centrum Kulturalno-Kongresowym Jordanki w Toruniu.

Opracowanie: PAP/MK