Wizje, czyli jak nauka zmieni świat w XXI wieku - ebook

Przedmowa

Jest to książka o nieograniczonych perspektywach rozwoju nauki, techniki i technologii, o tym, co czeka świat w następnych stuleciach.

Książka, która dokładnie i wszechstronnie ukazuje ekscytujący i burzliwy rozwój nauki, nie mogłaby oczywiście powstać bez wiedzy i mądrości uczonych budujących drogę ku przyszłości.

Przewidywanie przyszłości jest wszakże zadaniem przekraczającym siły jednego człowieka. Zakres ludzkiej wiedzy jest po prostu zbyt szeroki. Większość prognoz dotyczących przyszłości nauki okazała się błędna właśnie dlatego, że odzwierciedlały one jedynie indywidualny punkt widzenia swoich twórców.

Z Wizjami jest inaczej. Zbierając w ciągu dziesięciu lat materiały do licznych książek, artykułów i komentarzy naukowych, rozmawiałem z ponad stu pięćdziesięcioma uczonymi reprezentującymi różne dziedziny wiedzy.

To dzięki tym rozmowom podjąłem próbę nakreślenia czasowych ram realizacji niektórych przepowiedni. Uczeni spodziewają się, że pewne przewidywania ziszczą się jeszcze przed 2020 rokiem, inne zaś znacznie później, w latach 2050–2100. Toteż nie wszystkie prognozy mają tę samą wagę. Horyzonty czasowe nakreślone w tej książce powinny być traktowane jedynie jako wskazówki, w przybliżeniu określające termin, w którym pewne trendy oraz technologie mogą ujrzeć światło dzienne.

Układ książki jest następujący. W pierwszej części podejmuję temat przyszłych osiągnięć techniki komputerowej, która już teraz wywiera silny wpływ na gospodarkę, komunikację i styl życia. Pewnego dnia układy inteligentne pojawią się zapewne w każdym zakątku naszej planety. W części drugiej zajmuję się przewrotem dokonującym się w biologii molekularnej. To dzięki rozwojowi tej właśnie dziedziny będziemy mogli przekształcać istniejące już formy życia i konstruować nowe, dotychczas nieznane, a także tworzyć nowocześniejsze leki i metody leczenia. Trzecia część Wizji jest poświęcona rewolucji w kwantowym obrazie świata, która doprowadzi być może do tego, iż w przyszłości zapanujemy nad materią.

Chciałbym podziękować wymienionym niżej uczonym, którzy w trakcie pisania tej książki podzielili się ze mną swoją wiedzą i poglądami oraz poświęcili mi swój czas:

Walter Gilbert, laureat Nagrody Nobla z chemii, Uniwersytet Harvarda

Murray Gell-Mann, laureat Nagrody Nobla z fizyki, Instytut Santa Fe

Henry Kendall, laureat Nagrody Nobla z fizyki, MIT

Leon Lederman, laureat Nagrody Nobla z fizyki, Politechnika Illinois

Steven Weinberg, laureat Nagrody Nobla z fizyki, Uniwersytet Teksaski

Joseph Rotblat, fizyk, laureat pokojowej Nagrody Nobla

Carl Sagan, dyrektor Laboratorium Badań Planetarnych, Uniwersytet Cornella

Stephen Jay Gould, profesor biologii, Uniwersytet Harvarda

Douglas Hofstadter, pisarz, laureat Nagrody Pulitzera, Uniwersytet Indiany

Michael Dertouzos, dyrektor Laboratorium Informatyki w MIT

Paul Davies, pisarz i kosmolog, Uniwersytet Adelajdy

Hans Moravec, Instytut Robotyki, Uniwersytet Carnegie-Mellon

Daniel Crevier, ekspert w dziedzinie sztucznej inteligencji, dyrektor Coreco, Inc.

Jeremy Rifkin, założyciel Fundacji Rozwoju Ekonomii

Philip Morrison, profesor fizyki, MIT

Miguel Virasoro, dyrektor Międzynarodowego Centrum Fizyki Teoretycznej w Trieście, Włochy

Mark Weiser, Xerox PARC

Larry Tesler, dyrektor naukowy w Apple Computer

Paul Ehrlich, przyrodnik, Uniwersytet Stanforda

Paul Saffo, dyrektor Instytutu Przyszłości

Francis Collins, dyrektor Narodowego Centrum Badań nad Genomem Człowieka (NCHG), Narodowe Instytuty Zdrowia (NIH)

Michael Blaese, Oddział Klinicznej Terapii Genowej (NCHG), NIH

Lawrence Brody, Laboratorium Transferu Genów (NCHG), NIH

Eric Green, Oddział Rozwoju Diagnostyki (NCHG), NIH

Jeffrey Trent, dyrektor Oddziału Badań Wewnętrznych (NCHG), NIH

Paul Meltzer, Laboratorium Genetyki Raka (NCHG), NIH

Leslie Biesecker, Laboratorium Badań nad Chorobami Genetycznymi (NCHG), NIH

Anthony Wynshaw-Boris, Laboratorium Badań nad Chorobami Genetycznymi (NCHG), NIH

Steven Rosenberg, naczelny chirurg, NIH

podpułkownik Robert Bowman, dyrektor Instytutu Badań nad Bezpieczeństwem w Przestrzeni Kosmicznej

Paul Hoffman, redaktor naczelny „Discover”

Leonard Hayflick, profesor anatomii Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco

Edward Witten, fizyk, Instytut Studiów Zaawansowanych, Princeton

Cumrun Vafa, fizyk, Uniwersytet Harvarda

Paul Townsend, fizyk, Uniwersytet w Cambridge

Alan Guth, kosmolog, MIT

Barry Commoner, przyrodnik, Queens College, CUNY

Rodney Brooks, zastępca dyrektora Laboratorium Badań nad Sztuczną Inteligencją, MIT

Robert Irie, Laboratorium Badań nad Sztuczną Inteligencją, MIT

James McLurkin, Laboratorium Badań nad Sztuczną Inteligencją, MIT

Jay Jaroslav, Laboratorium Badań nad Sztuczną Inteligencją, MIT

Peter Dilworth, Laboratorium Badań nad Sztuczną Inteligencją, MIT

Mike Wessler, Laboratorium Badań nad Sztuczną Inteligencją, MIT

Neal Gershenfeld, szef Grupy Fizyki i Środków Przekazu, Laboratorium Środków Przekazu MIT

Pattie Maes, Laboratorium Środków Przekazu MIT

David Riquier, Laboratorium Środków Przekazu MIT

Bradley Rhodes, Laboratorium Środków Przekazu MIT

Donna Shirley, Jet Propulsion Laboratory, kierownik Misji Eksploracji Marsa

Frank Von Hipple, fizyk, Uniwersytet w Princeton

John Pike, Stowarzyszenie Uczonych Amerykańskich

Steve Aftergood, Stowarzyszenie Uczonych Amerykańskich

John Horgan, popularyzator nauki, „Scientific American”

Lester Brown, dyrektor i założyciel Instytutu Światowego

Christopher Flavin, Instytut Światowy

Neil Tyson, dyrektor Planetarium Haydena, Amerykańskie Muzeum Historii Naturalnej

Brian Sullivan, kierownik projektu, Planetarium Haydena

Michael Oppenheimer, dyrektor ds. nauki, Fundusz Ochrony Środowiska

Rebecca Goldburg, dyrektor ds. nauki, Fundusz Ochrony Środowiska

Clifford Stoll, analityk komputerowy

John Lewis, wicedyrektor, NASA/Centrum Badawcze Inżynierii Kosmicznej Uniwersytetu Arizony

Richard Muller, profesor fizyki, Uniwersytet Kalifornijski w Berkeley

Larry Krauss, dziekan Wydziału Fizyki, Uniwersytet Case Western Reserve

David Gelertner, profesor informatyki, Uniwersytet Yale

Ted Taylor, twórca bomby atomowej, Los Alamos

David Nahamoo, starszy menedżer, badania nad językiem, IBM

Paul Shuch, dyrektor Stowarzyszenia SETI

Arthur Caplan, dyrektor Centrum Bioetyki Uniwersytetu Pensylwanii

Yolanda Moses, prezes Amerykańskiego Towarzystwa Antropologicznego oraz rektor City College w Nowym Jorku

Meredith Small, profesor antropologii Uniwersytetu Cornella

Freeman Dyson, profesor fizyki, Instytut Studiów Zaawansowanych, Princeton

Michael Jacobson, dyrektor Centrum Upowszechniania Nauki

Robert Alvarez, Departament Energii

Steve Cook, rzecznik NASA

Karl Grossman, profesor dziennikarstwa, SUNY Old Westbury

Helen Caldicott, pediatra i działacz ruchu na rzecz pokoju

Jay Gould, były urzędnik EPA

Arjun Makhijani, prezes Instytutu Energii i Badań nad Środowiskiem

Thomas Cochran, kierownik naukowy, Rada Ochrony Zasobów Naturalnych

Ashok Gupta, starszy analityk, NRDC

David Schwarzbach, współpracownik Projektu Polityki Nuklearnej, NRDC

Richard Gott, kosmolog, Uniwersytet w Princeton

Karl Drlica, profesor biologii i mikrobiologii, Uniwersytet Nowojorski

Wendy McGoodwyn, prezes Rady Odpowiedzialnej Genetyki

Andrew Kimbrell, były dyrektor Fundacji Rozwoju Ekonomii

Jerome Glenn, Projekt Millennium

Jane Rissler, członek zespołu, Stowarzyszenie Zatroskanych Uczonych

Charles Pillar, autor Gene Wars (Wojny genów)

Eric Chivian, Międzynarodowe Stowarzyszenie Lekarzy w Celu Zapobieżenia Wojnie Jądrowej

Jack Geiger, współzałożyciel Stowarzyszenia Lekarzy dla Odpowiedzialności Społecznej

Gordon Thompson, dyrektor Instytutu Badań nad Zasobami i Bezpieczeństwem

Chciałbym również wyrazić wdzięczność tym wszystkim, którzy dodawali mi otuchy podczas pisania tej książki oraz poświęcili swój czas na przeczytanie jej obszernych fragmentów. Są wśród nich: Karl Drlica, Joel Gersten, Mike oraz Iris Anshel i Tadmiri Venkatesh. Szczególnie gorąco pragnąłbym podziękować mojemu agentowi, Stuartowi Krichevsky’emu, który opiekował się już niejedną moją książką popularnonaukową – od chwili narodzin samego pomysłu aż do momentu, gdy docierała ona na półkę w księgarni – oraz redaktorowi z Anchor Books, Rogerowi Schollowi, którego celne uwagi ogromnie przyczyniły się do udoskonalenia tekstu i pomagały mi utrzymać przejrzystość i rozważny ton przesłania.

Michio Kaku

Nowy JorkROZDZIAŁ 1

Choreografowie materii, życia i inteligencji

W nauce XX wieku są trzy wielkie rozdziały – atom, komputer i gen.

HAROLD VARMUS, dyrektor Narodowych Instytutów Zdrowia

Przewidywanie jest rzeczą trudną, zwłaszcza jeśli dotyczy przyszłości.

YOGI BERRA

Trzy wieki temu Izaak Newton pisał: „ wydaje mi się, że jestem małym chłopcem bawiącym się na brzegu morza – cieszę się ze znalezienia gładszego kamyka lub muszli ciekawszej niż inne, podczas gdy przede mną rozciąga się bezkresny ocean nieodkrytych prawd”. W czasach kiedy Newton obserwował niezmierzony ocean prawdy, prawa Natury spowite były nieprzeniknionym całunem tajemnicy, lęku i przesądów. Nauka, w postaci znanej nam dzisiaj, nie istniała.

Życie w czasach Newtona było krótkie, pełne okrucieństwa i brutalności. Większość ludzi nie potrafiła pisać ani czytać, nie miała w ręku książki i nigdy nie uczyła się w szkole. Z rzadka tylko oddalano się od miejsca zamieszkania na więcej niż kilka kilometrów. Dnie upływały na znojnej pracy w polu, w bezlitosnych promieniach słońca. Kiedy zapadał zmierzch, udawano się na spoczynek, by o świcie dnia następnego znowu wstać do pracy. Ludzie dobrze znali bolesne uczucie głodu i osłabienia wywoływanego chronicznymi schorzeniami. Tylko nieliczni żyli dłużej niż trzydzieści lat. W przeciętnej rodzinie przychodziło na świat kilkanaścioro dzieci, ale wiele z nich umierało w niemowlęctwie.

I oto tych kilka cudownych muszli i kamyków zebranych przez Newtona i paru innych badaczy na brzegu morza „nieodkrytych prawd” zapoczątkowało lawinę zdumiewających wydarzeń. W społeczności ludzkiej nastąpiła niezwykła i głęboka transformacja. Wraz z mechaniką Newtona pojawiły się maszyny. Skonstruowano maszynę parową – urządzenie, którego siła napędowa przekształciła świat społeczeństwa agrarnego. Powstały fabryki, rozkwitł handel, dokonała się rewolucja przemysłowa, a dzięki rozwojowi sieci dróg żelaznych całe kontynenty stały się dostępne dla każdego.

Wiek XIX to epoka wielkich odkryć naukowych. Niezwykłe osiągnięcia nauki i medycyny przyczyniły się do ograniczenia beznadziejnej nędzy i powszechnej ignorancji, wzbogaciły życie społeczeństw o wiedzę, odkryły przed ludźmi nieznane światy, a w końcu wyzwoliły złożone siły, które zmiotły feudalne dynastie i latyfundia oraz obaliły imperia w Europie.

Pod koniec XX wieku pewna epoka w nauce dobiegła końca: rozwiązano zagadkę atomu, odkryto „cząsteczkę życia” i skonstruowano komputer. Dzięki tym trzem dokonaniom o fundamentalnym znaczeniu (które zapoczątkowały przewrót w fizyce, czyli rewolucję kwantową, a następnie rewolucję w biologii i technikach informatycznych) poznano, w ogólnych przynajmniej zarysach, podstawowe prawa rządzące materią, życiem i informacją.

Epicka, opisowa faza nauki zbliża się więc do kresu. Kończy się pewna epoka i rozpoczyna nowa era.

Książka ta traktuje właśnie o tej rodzącej się na naszych oczach, pełnej dynamiki erze nauki i techniki. Opowieść nasza koncentruje się głównie na nauce, istnieją bowiem przesłanki, by przypuszczać, że w następnych stuleciach rozwinie się ona, ogarniając jeszcze więcej dziedzin niż obecnie.

Nie ulega wątpliwości, że stoimy u progu kolejnego przewrotu1. Zasób wiedzy podwaja się co dziesięć lat. W ostatniej dekadzie zgromadzono więcej wiedzy niż w ciągu całej historii ludzkości. Możliwości komputerów podwajają się co 18 miesięcy, Internetu – co rok. Co dwa lata wzrasta dwukrotnie liczba analizowanych i rozpoznawanych sekwencji DNA. Niemal codziennie słyszymy o nowych osiągnięciach w dziedzinie techniki komputerowej, telekomunikacji, biotechnologii i w badaniach przestrzeni kosmicznej. W konsekwencji tego wstrząsu technicznego upadają pewne gałęzie przemysłu i zanikają dawne modele życia, a w ich miejsce natychmiast pojawiają się nowe. Przy tym owe gwałtowne, oszałamiające zmiany nie są jedynie zmianami ilościowymi. W bólach rodzi się nowa era.

Dzisiaj znowu jesteśmy niczym dzieci bawiące się kamykami na brzegu morza. Lecz ocean, na którego skraju stał niegdyś Newton, zniknął, odpłynął. Przed nami rozciąga się nowy ocean – bezmiar niezwykłych możliwości i zastosowań nauki. Po raz pierwszy w historii otrzymaliśmy moc kierowania Przyrodą i kształtowania jej zgodnie z naszymi życzeniami.

W ciągu niemal całych dziejów ludzkości człowiek był widzem. Mógł jedynie stać z boku i przyglądać się zachwycającemu tańcowi Przyrody. Obecnie znajdujemy się na ostrym wirażu, na styku epok. Wchodzimy w ten zakręt jako bierni obserwatorzy Natury, a wyjdziemy z niego wyposażeni w umiejętność tworzenia choreografii Przyrody. Takie właśnie jest główne przesłanie Wizji. Rozpoczynająca się era stanowi jeden z najciekawszych okresów naszej historii. Będziemy mogli zebrać owoce 200 lat rozwoju naukowego. Dobiega końca era odkryć w nauce, zaczyna się era mistrzostwa, epoka umiejętnego wykorzystania osiągnięć naukowych.

Z punktu widzenia uczonych

Co nam przyniesie przyszłość? W książkach fantastycznonaukowych można znaleźć wiele niedorzecznych przepowiedni na nadchodzące lata, od urlopu na Marsie do zwalczenia wszystkich chorób. Także w prasie popularnej nazbyt często pojawiają się dziwaczne opinie na temat przyszłości. (Na przykład „The New York Times Magazine” w 1996 roku poświęcił cały numer rozważaniom, jak zmieni się życie w ciągu najbliższych stu lat. Opublikowano wypowiedzi dziennikarzy, socjologów, pisarzy, projektantów mody, artystów, filozofów. Znamienne, że o zabranie głosu w dyskusji nie poproszono ani jednego uczonego).

A przecież prognozy formułowane przez współczesnych naukowców są solidniej oparte na rzeczywistej wiedzy niż wyobrażenia humanistów czy nawet przewidywania dawnych uczonych, którzy nie znali jeszcze wszystkich najważniejszych praw natury.

Sądzę, że na tym właśnie polega istotna różnica pomiędzy Wizjami, w których wzięto pod uwagę, iż można mówić o dosyć zgodnym stanowisku uczonych co do przyszłych wydarzeń, a prezentowanymi w mediach przewidywaniami pisarzy, dziennikarzy, socjologów, autorów książek fantastycznonaukowych i innych konsumentów techniki, czyli ludzi, którzy nie wpływają na jej kształt ani jej nie tworzą. (Można przytoczyć tu opinię admirała Williama Leahy’ego, który powiedział do prezydenta Trumana w 1945 roku: „To największe głupstwo, jakie zrobiłem w życiu. Ta bomba nigdy nie wybuchnie, a mówię to jako ekspert od materiałów wybuchowych”. Admirał, podobnie jak wielu dzisiejszych futurologów, zawierzył własnym przeczuciom, a nie opiniom pracujących nad bombą fizyków)2.

Jako człowiek aktywnie zajmujący się fizyką jestem przekonany, że to właśnie fizycy w największym stopniu przyczynili się do nakreślenia horyzontów przyszłych wydarzeń. Zawodowo param się jednym z najbardziej fundamentalnych zagadnień fizyki: marzeniem Einsteina o znalezieniu teorii wszystkiego. Praca nad tym problemem uświadamia mi bez przerwy, jak istotny i wieloraki był wpływ fizyki kwantowej na zasadnicze odkrycia kształtujące obraz XX wieku.

Dotychczasowe osiągnięcia fizyki tworzą imponującą listę: liczne wynalazki (telewizja, radio, radar, tranzystor, komputer, laser, bomba atomowa), poznanie budowy cząsteczki DNA, opracowanie nowych metod diagnostycznych, związane z pojawieniem się PET, MRI i CAT3, czy wreszcie powstanie Internetu i WWW. Fizycy bez wątpienia należą do grona jasnowidzów mogących przepowiadać przyszłość (oczywiście, mamy także na swoim koncie wiele absurdalnych przepowiedni!). Niektóre trafne obserwacje czołowych fizyków i ich wnikliwe oceny dały początek zupełnie nowym dziedzinom nauki.

W naszej wizji przyszłości pojawią się zapewne niespodzianki i kłopotliwe luki. Z całą pewnością nie uda mi się przewidzieć wszystkich ważnych wynalazków i odkryć XXI wieku. Mam jednak nadzieję, że uwzględniając wzajemne powiązania między wspomnianymi trzema wielkimi rewolucjami i opierając się na opinii uczonych uczestniczących w tych rewolucjach, zdołam precyzyjnie określić kierunek rozwoju nauki.

W ciągu dziesięciu lat pracy nad tą książką, przygotowując programy radiowe o zasięgu krajowym i zbierając materiały do artykułów popularnonaukowych, miałem zaszczyt rozmawiać z przeszło stu pięćdziesięcioma uczonymi, w tym ze znakomitymi noblistami.

Uczeni ci niestrudzenie torują drogę nauce. To oni tworzą podwaliny XXI wieku. Wielu z nich obiera nowe drogi, wiodące do kolejnych odkryć naukowych. Dzięki tym rozmowom i wywiadom, a także dzięki mojej własnej pracy badawczej ujrzałem rozległą panoramę nauki. Mogłem również dotrzeć do samych źródeł wiedzy i podziwiać jej głębię. Moi rozmówcy wspaniałomyślnie otworzyli przede mną swoje pracownie i laboratoria, podzielili się ze mną najskrytszymi pomysłami. Teraz ja, w tej właśnie książce, pragnę sprawić, by czytelnik odczuł niezwykłą przyjemność płynącą z obcowania z ożywczą atmosferą odkryć naukowych. Bo jeśli demokracja ma być nadal tą tętniącą życiem siłą, maszyną napędzającą skomplikowaną i technicznie zaawansowaną rzeczywistość naszego świata, to ważną rzeczą jest propagowanie w społeczeństwie, zwłaszcza wśród młodszej generacji, atmosfery romantyzmu i intelektualnego fermentu, które towarzyszą nauce.

Jest faktem, że większość uczonych jest zgodna co do wizji przyszłości. Dzięki znajomości fundamentalnych praw mechaniki kwantowej, najważniejszych zasad informatyki i biologii molekularnej badacze mogą wyobrazić sobie przyszłość nauki. I to właśnie sprawia, że przewidywania przedstawione w tej książce są, jak sądzę, bardziej wiarygodne niż wcześniejsze prognozy.

A oto obraz, jaki się z nich wyłania.

Trzy filary nauki

Materia. Życie. Umysł.

Na tych trzech filarach wspiera się współczesna nauka. Trzy zasadnicze osiągnięcia, które przyszli historycy uznają zapewne za największe zdobycze dwudziestowiecznej nauki to: rozszczepienie jądra atomowego, odczytanie kodu genetycznego i skonstruowanie komputera. Dysponując wiedzą o podstawach materii i życia, stajemy się świadkami końca jednego z najważniejszych rozdziałów w historii nauki. (Nie oznacza to jednak, że zgłębiliśmy wszystkie prawa obowiązujące w tych trzech głównych dziedzinach wiedzy – udało nam się poznać jedynie najbardziej fundamentalne reguły. Na przykład mimo że podstawowe prawa rządzące komputerami są już dobrze znane, odkryliśmy tylko zarysy podstawowych praw rządzących sztuczną inteligencją i działaniem mózgu).

Pierwszą i najważniejszą rewolucją naukową XX wieku była rewolucja kwantowa. Dwie kolejne rewolucje, molekularna i komputerowa, dokonały się w następstwie zmian, jakie zaszły w fizyce za sprawą mechaniki kwantowej.

Rewolucja kwantowa

Od niepamiętnych czasów ludzie starali się dociec, jak i z czego zbudowany jest świat. Grecy sądzili, że Wszechświat składa się z czterech elementów: wody, powietrza, ziemi i ognia. Grecki filozof Demokryt twierdził, że elementy te można podzielić na jeszcze mniejsze jednostki, które nazwał atomami. Nikt nie potrafił jednak wyjaśnić, w jaki sposób atomy tworzą ogromną i przedziwną różnorodność materialnych zjawisk Przyrody. Nawet Newton, który odkrył prawa rządzące ruchem planet i księżyców w przestrzeni pozaziemskiej, nie zdołał objaśnić wręcz oszałamiającej złożoności materii.

Przełom nastąpił w 1925 roku wraz z narodzinami mechaniki kwantowej. Następstwem rewolucji kwantowej była fala odkryć naukowych, przybierająca na sile aż do dziś. Przewrót w nauce, jaki dokonał się za sprawą fizyki kwantowej, umożliwił sporządzenie niemal kompletnego opisu materii. Okazało się, że nadzwyczajną złożoność otaczającego nas świata materialnego możemy wyjaśnić za pomocą garstki cząstek elementarnych. To tak, jakbyśmy przypatrywali się wielobarwnemu, wzorzystemu gobelinowi – jeśli przyjrzymy mu się dokładniej, zauważymy, że w tkaninie powtarza się kilka prostych wzorów.

Teoria kwantowa, stworzona przez Erwina Schrödingera, Wernera Heisenberga i wielu innych badaczy, odkryła tajemnicę materii, sprowadzając ją do kilku reguł. Po pierwsze, energia nie jest czymś ciągłym, jak sądzono przedtem, ale występuje w postaci odrębnych (dyskretnych) porcji, zwanych kwantami. (Na przykład foton jest kwantem, porcją światła). Po drugie, cząstki o rozmiarach subatomowych mają jednocześnie cechy cząstek i fal i zachowują się zgodnie ze sławnym równaniem falowym Schrödingera, które określa prawdopodobieństwo pewnego zdarzenia4. Posługując się tym równaniem, możemy za pomocą samych tylko procedur matematycznych przewidzieć własności wielu substancji (bądź cząstek), zanim wytworzymy je w laboratorium. Szczytowym osiągnięciem teorii kwantowej jest Model Standardowy, dzięki któremu możemy przewidywać własności wszystkiego, od znacznie mniejszych od atomu kwarków do potężnych wybuchów supernowych w odległych obszarach kosmosu.

Dwudziestowieczna mechanika kwantowa pozwoliła nam zrozumieć otaczającą nas materię. Nie jest wykluczone, że w nadchodzącym stuleciu otworzą się przed nami niezwykłe możliwości: nauczymy się tworzyć oraz kształtować nowe formy materii.

Rewolucja komputerowa

W przeszłości maszyny liczące uważano za ciekawostki matematyczne. Były to ciężkie, niezgrabne urządzenia pełne przekładni, dźwigni i zębatek. W okresie drugiej wojny światowej mechaniczne maszyny liczące zastąpiono urządzeniami wyposażonymi w lampy elektronowe. Nadal jednak były to obiekty monstrualnych rozmiarów. Jedno takie urządzenie, w którym znajdowały się tysiące próżniowych lamp elektronowych, zajmowało cały pokój.

Przełom nastąpił w 1948 roku, kiedy badacze z Laboratoriów Bella skonstruowali tranzystor, który stał się podstawą działania współczesnych komputerów. Dziesięć lat później zbudowano laser, urządzenie, które ma obecnie kapitalne znaczenie dla funkcjonowania Internetu i sieci informatycznych. Działanie obu tych wynalazków oparte jest na prawach mechaniki kwantowej.

W obrazie kwantowym prąd elektryczny można wyobrazić sobie jako przepływ elektronów, przypominający zlane ze sobą krople wody, które tworzą prąd rzeki. Mechanika kwantowa mówi nam jednak, że (w odróżnieniu od kropel wody) w prądzie elektrycznym występują „grudki” (elektrony) i „luki”. Luki (rozrzedzenia, czyli dziury w gęstości elektronowej) zachowują się tak jak elektrony o dodatnim ładunku. Właśnie zjawisko przepływu prądu elektronowego i dziurowego pozwala na wzmocnienie słabiutkich sygnałów elektrycznych. Wykorzystuje je współczesna elektronika.

Obecnie dziesiątki milionów tranzystorów można zmieścić na powierzchni wielkości paznokcia. W przyszłości, kiedy mikroprocesory staną się tak powszechne, że „inteligentne” urządzenia dotrą do najdalszych zakątków świata, nasz styl życia ulegnie jeszcze większym zmianom.

Jak dotąd cudowne zjawisko, zwane inteligencją, mogło nas jedynie wprawiać w podziw; w przyszłości będziemy potrafili nim manipulować zgodnie z naszymi życzeniami.

C.d. w pełnej wersji

1 Świadczy o tym chociażby rosnąca objętość czasopism naukowych.

2 David Wallechinsky, The People’s Almanac Presents the Complete Idiosyncratic Compendium of the Twentieth Century, Little, Brown, Boston 1995; również magazyn „Parade”, 10 września 1995, s. 16.

3 Angielskie skróty nazw metod diagnostycznych: PET – Positron Emission Tomography (tomografia z użyciem emisji pozytonów), MRI – Magnetic Resonance Imaging (obrazowanie za pomocą rezonansu magnetycznego), CAT – Computer Aided Tomography (tomografia komputerowa) (przyp. tłum.).

4 Według trzeciego postulatu mechaniki kwantowej kwadrat modułu funkcji falowej równania Schrödingera jest miarą prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w pewnym punkcie przestrzeni w pewnej chwili czasu. Determinizm, wynikający z równania Newtona, zgodnie z którym wszystkie zjawiska można opisać z nieskończoną dokładnością, zostaje więc zastąpiony prawdopodobieństwami i falami. Prowadzi to z kolei do zasady nieoznaczoności Heisenberga, według której nie sposób jednocześnie określić dokładnych wartości położenia i prędkości cząstki.