Profesor Krzysztof A. Meissner: Na Nagrodę Nobla czeka się czasem nawet 50 lat

Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann i Giorgio Parisi podzielili się Nagrodą Nobla z dziedziny fizyki. Był Pan zaskoczony decyzją Komitetu Noblowskiego?

Nie do końca, ponieważ w ostatnich latach trzy razy Nagrody Nobla przyznawano, de facto, w mojej dziedzinie, czyli za odkrycia w kosmologii oraz fal grawitacyjnych. Natomiast w tym roku to kwestia klimatu stała się sprawą społecznie niezmiernie palącą. Uhonorowano naukowców, których prace pozwalają nam na przewidywania - z jednej strony przewidywania pogodowe, czym zajmował się Manabe - a z drugiej strony przewidywania klimatyczne, rozwijane przez Hasselmanna. Badania tego typu prowadzone są od kilkudziesięciu lat w bardzo wielu ośrodkach, również w Polsce. W pierwszym przypadku - pogodowym - kiedy chcemy przewidzieć pogodę w danym miejscu z dużą wiarygodnością, horyzont czasowy wynosi najwyżej kilka dni. Natomiast w drugim przypadku, gdy pytamy o średnią temperaturę dla całej Ziemi, możemy przewidywać nawet na kilkadziesiąt lat. Oczywiście, pod warunkiem że nie stanie się nic dramatycznego, na przykład nie uderzy w Ziemię meteoryt albo wielki wybuch wulkanu nie zasłoni nam nieba na wiele lat, bo tego w tych programach w oczywisty sposób obecnie nie ma, chociaż dałoby się to uwzględnić, gdybyśmy wiedzieli, kiedy one wystąpią - ale miejmy nadzieję, że nie będziemy do tego zmuszeni.

Czy dzięki badaniom tych laureatów Nobla można przewidzieć, kiedy stopią się lodowce, podniesie się poziom wód, a klimat tak się ociepli, że życie ludzi na Ziemi będzie niemożliwe?

Ponieważ mamy do czynienia z układem chaotycznym, a nasz dostęp do danych jest ograniczony, to pisać można jedynie scenariusze - maksymalnie optymistyczny, maksymalnie pesymistyczny i różne pośrednie. Wielu danych jeszcze nie znamy; na przykład, rozmarzanie zmarzliny na Syberii uwolni metan, ale ile? Metan jest tu gazem niezwykle istotnym, w dużej mierze często istotniejszym niż dwutlenek węgla. Zatem te pytania należy parametryzować; należy zakładać, że pracuje się między taką a taką ilością. Stąd właśnie biorą się różne scenariusze. Inny przykład, czy i kiedy nastąpi zamykanie elektrowni węglowych, i czy zastąpi się je znacznie lepszymi z punktu widzenia klimatu elektrowniami jądrowymi? Elektrownie jądrowe w zasadzie nie mają żadnego wpływu na klimat, atmosfera z ciepłem sobie radzi, ale z dwutlenkiem węgla już nie do końca. Zatem na te pytania cały czas nie do końca można odpowiedzieć, stąd te scenariusze pomiędzy dwiema krzywymi, czyli optymistyczną i pesymistyczną. Wydaje nam się, że na tyle rozumiemy już te układy chaotyczne, że prawdziwa linia będzie gdzieś pomiędzy nimi i trudno zakładać, że się jakoś bardzo mylimy. W każdym przypadku średnia temperatura rośnie, problemy będą narastały, pytanie tylko, czy bardzo szybko, czy ekstremalnie szybko.

Wszyscy słyszymy o zmianach klimatycznych; media trąbią na okrągło o ociepleniu klimatu i wynikających z tego problemach. Co przełomowego znalazło się w badaniach Manabego i Hasselmanna, którzy tak naprawdę nie są nawet fizykami, bo jeden jest meteorologiem i klimatologiem, a drugi oceanografem?

Manabe był pierwszy, który zaczął stosować komputery do przewidywania pogody. To były lata 60. Używał ich w bardzo prostych modelach, jednowymiarowych, w jednym miejscu atmosfery, ale zaczął uwzględniać różne czynniki: czy jest dwutlenek węgla, czy go nie ma, czy woda wyparowała, czy nie, czy był opad, czy są chmury. Od tego momentu przewidywania pogody zaczęły się rozwijać równolegle z rozwojem komputerów, bo to są sprawy związane ze sobą bezpośrednio. Kody nie mogły być zbyt skomplikowane, musiały być proporcjonalne do rozwoju komputerów i rozwój ten postępował stopniowo. Obecne kody są niebywale skomplikowane, związane jest to z tym, że zagęściła się sieć pomiarowa, również na oceanach, gdzie są specjalne boje, które się zanurzają, wynurzają, transmitują temperaturę wody na różnych głębokościach itd. Zatem sieć pomiarowa się polepszyła, a moc komputerów w ogóle eksplodowała. Dziś wielkie komputery przeznaczone są w dużej mierze do badań pogodowych i klimatycznych i w tym drugim przypadku średnią temperaturę dla Ziemi możemy próbować oszacować nawet w horyzoncie kilkudziesięciu lat; w tym okresie w jednym roku będzie trochę wyższa niż nasze przewidywania, w innym trochę niższa, ale średnio powinno to postępować w taki sposób, jak przewidujemy, czyli temperatura będzie rosła. Nawiasem mówiąc, chaosem zajmowano się już wcześniej. Marian Smoluchowski z Albertem Einsteinem w latach 1904-1905 opisali chaotyczne ruchy Browna w cieczach, za co absolutnie powinni dostać Nobla; to był pierwszy dowód atomowej struktury materii. Niestety, Smoluchowski zmarł w 1917 roku na dyzenterię, kilka tygodni po tym, jak został rektorem Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zatem chaosem naukowcy się zajmowali, mimo trudności opisu, zaś Giorgio Parisi pokazał, na przykładzie szkieł spinowych i używając nowego podejścia, że w tym chaosie jest metoda.

O właśnie! Jeśli wspomniał już Pan o Parisim, to proszę wytłumaczyć, jak połączyć badania tworzenia modeli fizycznych klimatu Ziemi, za co Nobla dostali Manabe i Hasselmann, z odkryciem zależności stanu nieuporządkowania i fluktuacji w układach fizycznych, za co dostał nagrodę Giorgio Parisi?

Podam to na przykładzie. Weźmy kryształ - w krysztale położenia atomów czy cząsteczek są ściśle określone i one się nie zmieniają. Drgają oczywiście w jakiejś temperaturze, ale kryształ pozostaje kryształem przez na przykład milion lat. I weźmy szkło, które jest gwałtownie ochłodzoną cieczą: w szkle położenia atomów dwutlenku krzemu są przypadkowe, w związku z tym szukają one swojego minimum, na przykład przez 500 lat. Stąd szkło stare nie jest równoległe, nie jest taflą, jest niejako w kształcie gruszki, co widać na przykład w bardzo starych witrażach. Formuła Parisiego w pewnych modelach pokazuje, że co prawda jest to układ, w którym atomy (w jego przypadku spiny), szukając tego minimum, przechodzą przez bardzo wiele stanów, ale pewne stany są bardziej prawdopodobne niż inne i jak zrobimy bardzo dużo zdjęć układu chaotycznego, to jest w tym pewien rodzaj porządku. W tym sensie, że pewne układy jednak będą dominować; będą się pojawiać częściej. Nawet jeżeli nie potrafimy wytłumaczyć czy przewidzieć teraz konkretnie, co się stanie za chwilę, to średnio powiemy, w którym kierunku ewolucja zmierza. Układy klimatyczne są w podobnym sensie chaotyczne. Przykładem układu chaotycznego jest kulka na krawędzi stołu: jeśli poruszę ją w jedną stronę, zostanie na stole, a jak poruszę w drugą, to spadnie na podłogę. Zatem malutkie różnice na początku mogą doprowadzić do dramatycznych różnic na końcu, ale rozmiary tej zmienności, nawet w układach chaotycznych, mogą mieć ograniczony zasięg. Klimat, czy też pogoda, jest również w tym sensie układem chaotycznym i to jest związek pomiędzy tymi dwiema częściami Nagrody.

Zatem dzisiaj naukowcy mogą badać to, co jest nie do przewidzenia?

Próbują szukać porządku w chaosie. To nie znaczy, że ten chaos stanie się deterministycznie przewidywalny, bo się nie stanie.

Poznał Pan Giorgio Parisiego - jaki to jest człowiek, jaki typ naukowca?

Bardzo sympatyczny. Wtedy, gdy się spotykaliśmy, na Uniwersytecie Tor Vergata w Rzymie, była to mała grupa. Było to ponad 30 lat temu, koniec lat 80., ja byłem tuż po ukończeniu studiów, jeszcze przed doktoratem. Razem jadaliśmy lunche, rozmawialiśmy o różnych rzeczach, a grupa była niewielka, dlatego że to był świeżo utworzony uniwersytet. Parisi wcześniej był na Uniwersytecie „La Sapienza”, czyli w głównym Uniwersytecie Rzymskim, dokąd zresztą później wrócił.

Z badań cząstek elementarnych przerzucił się na fizykę statystyczną.

Wtedy, w latach osiemdziesiątych, już od paru lat zajmował się tą ostatnią.

Dlaczego zmienił dziedzinę?

Nie wiem. Wcześniej, razem z Guido Altarellim, wymyślili tak zwane równanie Altarelliego-Parisiego, obecnie zwane DGLAP, które opisywało fragmentację kwarków i gluonów, czyli cząstek elementarnych. Później zaczął się interesować fizyką statystyczną. Napisał na ten temat świetną książkę, w której opisał między innymi układy chaotyczne.

Czy wnioskując po tym, za co Komitet Noblowski przyznaje nagrody, można powiedzieć, w którym kierunku zmierza nauka? W poniedziałek Noble w medycynie nie zostały przyznane za szczepionkę mRNA, choć wielu się tego spodziewało. Badacze dostali nagrody za odkrycie receptorów temperatury i dotyku. We wtorek z kolei uhonorowano badania związane z klimatem Ziemi.

Trudno mi komentować nagrody w dziedzinie medycyny, ale receptory są niezwykle ważne. Na takich receptorach, czyli zamykaniu i otwieraniu kanałów jonowych my w ogóle funkcjonujemy. To, że chcemy na przykład zgiąć rękę i impuls nerwowy tłumaczy się na skurcz komórek mięśniowych, to dzieje się właśnie przez kanały jonowe i receptory. To niesłychanie ważny problem medyczny. Było dotąd wiele nagród Nobla za badania nad RNA, dla mRNA związanego specyficznie z obecnymi szczepionkami pewnie także będzie, choć może trzeba jeszcze poczekać. Komitet Noblowski działa wolno. Przyznanie we wtorek nagród z fizyki jest podkreśleniem tego, że przewidywania ocieplenia klimatu to jest coś, co będąc chaotycznym, ma bardzo solidną podstawę fizyczną. Jak rozumiem, Komitet Noblowski chciał te obliczenia i przewidywania uhonorować, podkreślając niejako, że to jest bardzo poważna fizyka, a nie jedynie zespół opinii. Na tyle poważna, że uznajemy w sposób udokumentowany i naukowy, że ocieplenie klimatu jest faktem, i że można za to przyznać Nagrodę Nobla.

Przy tej okazji rodzi się pytanie, jaka jest rola nauki we współczesnym świecie? Czy ma odpowiadać na zmiany, jakie się teraz dzieją i na to, co dotyka człowieka tak blisko i bezpośrednio?

Zależy, o jakie zmiany pani pyta. Nauka nie ma w sobie wbudowanej ani aksjologii, ani odpowiedzi na to, czy coś jest dobre, czy złe. Ona odpowiada na pytania o świat materialny. A pytając o świat materialny, udziela coraz dokładniejszych i pewniejszych odpowiedzi. Co my zrobimy ze światem na poziomie aksjologii, czy będzie on się rozwijał w dobrą czy w złą stronę, w sensie takim, jak byśmy chcieli czy nie chcieli, zależy również od decyzji niezwiązanych z nauką. Może ona dostarczyć twardych faktów i zajmować się problemami nie tylko istotnymi naukowo, ale również społecznie, np. ociepleniem klimatu czy badaniami nad szczepionkami, ale nie ma ona sama z siebie mocy sprawczej w dziedzinie decyzji politycznych, co z tymi faktami zrobimy.

Nagrody Nobla wskazują, w jakim kierunku idzie nauka i w jakim momencie, jako ludzkość jesteśmy? W jakiej nauka jest kondycji i na jaki przełom czekamy?

To zależy. W fizyce wiemy już bardzo dużo, ale też dokładnie wiemy to, czego nie wiemy. W fizyce fundamentalnej, którą ja się zajmuję, czyli w fizyce cząstek elementarnych czy kosmologii wiemy bardzo dużo, jak również trochę wiemy, czego nie wiemy. Ale wiemy, jakie pytania zadać. Jeśli chodzi o medycynę, to jest jeszcze bardzo dużo do zrobienia i do rozumienia, na przykład zagadnienia ekspresji genów czy związku fenotypu z genotypem; jest mnóstwo pytań, na których odpowiedź też czekamy. Zdecydowanie więc rozwój jest przed nami. Ale jeśli ktoś chce wiedzieć, czy nowy Einstein urodzi się jutro czy za kilkadziesiąt lat i kiedy znów wywróci się paradygmat w fizyce, to na takie pytanie trudno mi odpowiedzieć.

O polskich fizykach często mówi się, że otarli się o Nobla. Kimś takim jest na przykład profesor Andrzej Trautman, o którym mówi się, że tę nagrodę powinien dostać.

Jemu Nagroda Nobla się należy.

Byli też tacy polscy naukowcy, których badania pomogły innym zdobyć tę najważniejszą nagrodę na świecie.

Na razie dane o nominacjach są tajne i trudno powiedzieć, kto z polskich naukowców otarł się czy nie otarł o tę nagrodę. Dopiero ujawniono listy nominowanych do nagrody do 1965 roku. Na takiej liście w 1965 roku znalazł się Jerzy Pniewski i Marian Danysz, odkrywcy hiperjąder. Na Nobla w fizyce dla Polaka musimy poczekać. Uważam, że profesor Trautman powinien ją dostać, jemu się, według mnie, najbardziej należy ze wszystkich Polaków, którzy teraz żyją i mogą do tej nagrody kandydować.

W przypadku profesora Andrzeja Trautmana, chodzi o jego prace z lat 50.

Seria prac z końca lat 50., tak.

Czy Komitet Noblowski wraca do takich dawnych czasów?

Roger Penrose, mój przyjaciel, u którego zresztą tydzień temu byłem, a który dostał Nobla z fizyki w zeszłym roku, dostał go za pracę z 1965 roku. A zatem czekał ponad 50 lat. Jim Peebles, kosmolog, który dostał Nobla rok wcześniej, też czekał ponad 50 lat. Podobnie długo czekał Peter Higgs na odkrycie cząstki Higgsa. Tak jest z pracami teoretycznymi, ich autorzy na potwierdzenie eksperymentalne, które byłoby wystarczająco przekonujące dla Komitetu Noblowskiego, czekają bardzo długo i teoretycy mają szczęście jak dożyją. Z odkryciami eksperymentalnymi procedura jest zwykle znacznie szybsza.

Dlaczego polscy fizycy tego Nobla nie dostają? Nie zajmują się tym, co jest doceniane przez Komitet Noblowski?

Zajmują się, ale żadnych gwarancji nie ma. Byli badacze znakomici, z pierwszych stron podręczników, jak teraz wiemy wielokrotnie za życia nominowani, którzy nigdy nie dostali Nagrody Nobla. Przykładem może być Arnold Sommerfeld. Albert Einstein powinien dostać cztery Nagrody Nobla, a dostał jedną. Tak jest, tak się czasem dzieje. Nie mam wglądu w działanie Komitetu Noblowskiego.

Co się w nauce bardziej opłaca? Zbieranie punktów za publikacje czy prowadzenie przełomowych badań?

Peter Higgs napisał de facto jedną ważną pracę, która dała mu Nagrodę Nobla po 50 latach, więc nie jest to kwestia tego, czy się ma bardzo dużo publikacji. Jeśli napisze się dobrą pracę, we właściwym czasie i na właściwy temat, to może po jakimś czasie będzie to przez Komitet Noblowski docenione. Ale trudno przewidzieć. Lepiej pisać prace, które sami uważamy za dobre, niż próbować robić tak, by dostać Nagrodę Nobla, bo można się przeliczyć.

Przydaje się lobbing, budowanie wizerunków naukowców, aby byli bardziej rozpoznawalni w świecie?

Myślę, że się przydaje, natomiast pewne osiągnięcia, które są fundamentalne, lobbingu nie potrzebują, dla wszystkich na świecie są oczywiste. Czy lobbowanie pomaga? Komitet Noblowski jest w naukach ścisłych prawdopodobnie na to dość odporny, ale nie jestem tego pewien.

Prof. Krzysztof A. Meissner - fizyk teoretyk, popularyzator nauki, profesor UW, doktor habilitowany nauk fizycznych. Zajmuje się m.in. teorią cząstek elementarnych, w tym teorią strun oraz kosmologią.