NAUKA U 2017: Einstein bi bio zadovoljan

Foto: innomag.no

Slavni naučnik je još 1916. predvidio postojanje gravitacionih talasa. Međutim, sve do našeg doba nisu postojali tako osjetljivi mjerni uređaji koji bi mogli detektovati promjene u prostor-vremenu

Odlazeća 2017. u nauci je bila godina potvrda velikih stvari te prirodan nastavak onoga što se dešavalo u 2015. i 2016. godini. Naime, 2016. godina će, podsjetimo se, ostati upamćena kao godina kada su naučnici sa sigurnošću potvrdili detekciju gravitacionih talasa, koja se dogodila u septembru 2015.

Stoga je Komitet za dodjelu Nobelove nagrade iz fizike odlučio da ovo prestižno priznanje ove godine bude dodijeljeno trojici fizičara koji su najviše doprinijeli razvoju detektora LIGO (skraćenica od Laser-Interferometar Gravitational-Wave Observatory) i otkriću gravitacionih talasa. Tako će Nobelova nagrada za fiziku 2017. biti podijeljena između Rainera Weissa, Barryja C. Barisha i Kipa S. Thorna. Naime, 1968. Kip Thorne je inicirao početak teorijskog istraživanja gravitacionih talasa dok je Rainer “Rai” Weiss, američki fizičar, zaslužan za izum laserskih interferometara koji su detektovali gravitacione talase. Barry Barish je zaslužan za formiranje LIGO laboratorije.

Međutim, priča o Nobelovoj nagradi za područje fizike 2017. godine predstavlja tek simboličnu krunu istraživanja gravitacionih talasa, načina na koji nastaju i njihovih osobina. Značaj proučavanja i same detekcije ovog fenomena leži u činjenici da je to potvrda valjanosti Einsteinove Opće teorije relativnosti. Naime, Einstein je predvidio da bi jaka međudjelovanja masivnih objekata u svemiru stvarala “mreškanja” u onome što je nazvao kontinuum prostor-vrijeme. Prema Einsteinu, gravitacija je posljedica postojanja mase tijela i što je ta masa veća, to se u kontinuumu prostor-vrijeme stvara veće “udubljenje”. Einstein je još 1916. predvidio postojanje gravitacionih talasa, međutim, sve do 2015. godine čovječanstvo nije imalo tako osjetljive mjerne uređaje koji bi mogli detektovati promjene u prostor-vremenu. Naime, kako gravitacioni talasi prolaze kroz svemir, tako uzrokuju za nas nepojmljivo mala skraćivanja i produženja vremena i prostora. Gravitacioni talasi koje mi možemo detektovati na Zemlji nastaju kao posljedica gravitacionog međudjelovanja objekata velikih masa kao što su binarni sistemi neutronskih zvijezda, crnih rupa i bijelih patuljaka te je detekcija gravitacionih talasa prvi put ujedino bila i potvrda postojanja crnih rupa.

I tu dolazimo do još jednog velikog naučnog događaja u 2017. godini: sredinom avgusta, gravitacioni talasi su detektovani po četvrti put, što je bilo iznimno bitno za svjetsku nauku. U ovoj detekciji je, pored američkog LIGO detektora, učestvovao i europski – italijanski detektor VIRGO, koji je ime dobio prema konstelaciji Djevica (Virgo). To znači da se u lov na gravitacione talase praktično, a ne samo teoretski, uključuje i Europa. To je i potvrda mišljenja kako u nauci 21. stoljeća teško da ima mjesta za “usamljene genije” i individualce. Naime, ovakva istraživanja trebaju veliku financijsku potporu i velike timove ljudi te je nemoguće raditi bez ujedinjenja resursa.

Druga stvar koja je značajna za LIGO-VIRGO detekciju gravitacionih talasa u 2017. jeste i to da su ovi talasi bili malo drugačiji od onih detektovanih prije. U septembru je potvrđeno ono o čemu se u naučnoj zajednici šuškalo: ovaj put gravitacioni talasi bili su rezultat kolizije binarnog sistema dvije neutronske zvijezde. U sudarima poput ovog nastaju teži elementi Periodnog sistema, u koje spadaju i plemeniti metali te uranij. Naučnici su nas izvijestili kako je u ovom sudaru nastalo zlata u količini od 10 do čak 100 masa Zemlje!

Međutim, tu nije kraj top-događajima iz oblasti fizike za 2017. Mnogo prije nego što su objavljena imena dobitnika Nobelove nagrade i prije spomenute detekcije gravitacionih talasa nastalih u koliziji dvije neutronske zvijezde, 22. februara, naučnici su nam rekli nešto vrlo zanimljivo – otkriven je čitav sistem egzoplaneta (naziv za planete koje su van Sunčevog sistema) na nekih 40 svjetlosnih godina od nas. Ovaj sistem se sastoji od sedam stjenovitih planeta veličine Zemlje, a orbitira oko male zvijezde TRAPPIST-1., nazvane prema projektu TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope). Šest unutrašnjih planeta ima temperaturu na površini koja varira od 0 do 100 stepeni Celzijusa. Od njih, na tri bi se mogli nalaziti oceani. Ovo je, od do sada otkrivenih egzoplaneta, najbliže onom što zovemo “dom”. Početkom avgusta detektovan je i objekt koji bi mogao biti egzomjesec – prirodni satelit koji kruži oko jedne egzoplanete.

Bruno i Kopernik

Kako bismo shvatili da otkrivanje velikog broja egzoplaneta nije tek hir naučnika koji troše budžetska sredstva, priču o ovim nebeskim tijelima treba staviti u širi kontekst. Naime, 1600. godine, jedan čovjek je spaljen zbog hereze, a jedna od njegovih tvrdnji je bila kako postoji još mnogo zvijezda u svemiru osim Sunca te da oko svake kruže svjetovi donekle slični našem. Taj čovjek je bio Giordano Bruno. Bruno se rodio pet godina nakon što je Kopernik izdao svoj rad o heliocentričnom sistemu, De revolutionibus orbium coelestium. U doba Giordana Bruna, ta Kopernikova slika svijeta bila je tek matematički teoretski model, a ne potvrđena naučna istina. Bruno je zapravo tvrdio da postoje svjetovi izvan ovog, kojeg je po Crkvenom učenju stvorio Gospod. Odnosno, ili je Bog toliko zauzet i drugim svjetovima da nema vremena za ovaj naš ili baš i nije toliko moćan, ako postoje svjetovi koje nije stvorio. Bruno je naivno mislio da njegova tvrdnja nije u konfrontaciji sa učenjem Crkve i zato je platio životom.

U julu, na Konferenciji fizike visokih energija koju je organiziralo Europsko društvo za fiziku, naučnici iz CERN-a koji vode LHCb eksperiment objavili su postojanje nove čestice, koja se sastoji iz dva čarobna i jednog gornjeg kvarka. Ovo je prva detektovana kompozitna čestica koja u sebi sadrži neki od težih kvarkova.

Međutim, protekla godina nije bila značajna samo sa aspekta fizike, jer se mnogo toga značajnog desilo i na polju bioinženjeringa i biomedicine.

Drugog avgusta objavljena je vijest kako je tim naučnika predvođen Shoukhratom Mitalipovim izvršio promjenu jedne mutacije na ljudskim embrijima. Naučnici su, pomoću tehnike zvane CRISPR, uspjeli izrezati gen s “greškom”, mutirani gen MYBPC3. Mutacije na ovom genu uzrokuju debljanje srčanog mišića, poznato kao hipertrofična kardiomiopatija. Ova vijest je izazvala skepsu u naučnoj zajednici i velike polemike da li se možda radi o manipulaciji podataka, međutim, iako je rad još uvijek pod upitnikom, nisu se pojavili dokazi da je manipulirano podacima i rad nije povučen. Inače, CRISPR tehnologija manipulacije genima dozvoljava vrlo precizno izrezivanje mutiranih sekvenci. Zasniva se na sistemu kratkih sekvenci RNK i enzimu koji može rezati DNK na tačno određenim mjestima, a koji postoji kod nekih bakterija i služi bakterijama da izbace virusnu DNK. Međutim, taj sistem može djelovati i na DNK složenijih organizama te se smatra da će jedna od budućih Nobelovih nagrada ići upravo za otkriće CRISPR tehnike editovanja DNK.

Genska regulacija

Kada već ponovo spominjemo Nobelove nagrade za nauku u 2017. godini, Nobelova nagrada za fiziologiju ili medicinu će biti dodijeljena naučnicima zaslužnim za otkriće genske regulacije cirkadijanog ritma, odnosno načina na koji geni kontrolišu biološki ritam živih bića. Nagradu će podijeliti Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash i Michael W. Young. Nobelovu nagradu za hemiju će za doprinos stvaranju krioelektronskog mikroskopa podijeliti Jacques Dubochet, Joachim Frank i Richard Henderson.

Krajem septembra, kineski tim naučnika objavljuje rad o tome kako su ispravili mutaciju koja izaziva beta-talasemiju, poremećaj stanica krvi. Još jedan značajan primjer genske terapije, tačnije, kombinacije genske terapije i terapije matičnim stanicama, objavljen je početkom novembra – njemački naučnici publikovali su rad u kojem objašnjavaju kako su tretirali dječaka sa buloznom epidermolizom. Radi se o vrlo teškom nasljednom poremećaju u kojem zbog mutacije na genu zvanom LAMB3 koža konstantno otpada i stvaraju se rane. Dječak je tretiran vlastitim izmijenjenim matičnim stanicama. U matične stanice je ubačen nemutirani oblik LAMB3 gena. Većina stanica kože dječaka je izmijenjena i regenerirana.

No, događaj iz oblasti biotehnologije koji je izazvao najviše rasprava i zgražavanja desio se u januaru. Naime, 26. januara 2017., naučnici sa Instituta Salk u La Jolli kreiraju hibrid svinje i čovjeka. Ove svinje bi trebale poslužiti kao donori organa, međutim, još nije jasan bioetički kontekst ove priče s obzirom da se radi o stvaranju interspecijskih himera, bića koja imaju stanice dvije različite vrste. Gotovo odmah po objavljivanju vijesti javila su se mišljenja kako sve ovo vodi stvaranju distopijskog svijeta sličnog onome koji opisuje Margaret Atwood u romanu Gazela i Kosac.

Od ostalih događaja u nauci, koji možda nisu tako jako odjeknuli u medijima, ali su ipak veoma zanimljivi i značajni, treba izdvojiti i to da su naučnici u januaru uspjeli stvoriti metalnu formu vodika, samo što ova forma nije čvrsta, nego spada u egzotična agregatna stanja materije, a mogla bi biti supervodič. Također, umjetna inteligencija DeepMind, koju je razvio Google, u maju u igri Go pobjeđuje čovjeka, svjetskog prvaka u toj igri.

Prvog juna, Elon Musk obznanjuje svoj plan kolonizacije Marsa, dok sedmog juna naučnici objavljuju dokaze kako je naša vrsta, Homo sapiens, 100.000 godina starija nego što se to do sada mislilo. Ostaci, pronađeni u pećini Jebel Irhoud, smještenoj na zapadu Afrike na oko 75 km zapadno od Marakeša, stari su oko 300.000 godina, dok su do sada najstariji fosilni ostaci naše vrste bili stari oko 200.000 godina. Također, u cijeloj priči je veoma zanimljivo i to što su ostaci pronađeni na zapadu Afrike, jer su kosti koje su do sada pronalažene bile uglavnom iz regije istočne Afrike.

Kvantni kompjuteri

U novembru je pomoću mionskog detektora otkrivena još jedna, do sada nepoznata prostorija u Keopsovoj piramidi, dok IBM izvještava kako su uspjeli napraviti kvantni kompjuter od 10 kjubita – kvantnih bitova. Time je svijet bliže stvaranju kvantnog računara od 50 kjubita i pojavi “kvantne supremacije” – teoretske tačke razvoja kvantnih kompjutera u kojoj su performanse ovih uređaja bolje od klasičnih kompjutera. Kjubiti se zasnivaju na svojstvu “kvantne superpozicije” u kojoj jedna čestica može biti u nekoliko kvantnih stanja simultano te bi, prema tome, i kjubiti mogli biti u nekoliko stanja simultano, što bi značilo da mogu pohraniti više informacija.

Također, kraj novembra, preciznije 29. novembar, ostat će upamćen po mnogo stvari, a u nauci će to biti publikovanje rada u časopisu Nature u kojem je pokazano kako su sintetska slova DNK, koja prirodno ne postoje, inkorporirana u DNK bakterije Escherichia coli te da je takva DNK bila “sposobna” stvarati proteine. Ova nova, “vanzemaljska” slova, kako su ih nazvali naučnici, bila su kreirana još 2014. godine, a od sredine prošlog stoljeća naučnici pokušavaju proširiti abecedu DNK. Međutim, ovo je prvi put da su sintetska slova funkcionalna.

Ove godine, pande su skinute s liste kritično ugroženih jer se njihova brojnost popravila. Međutim, otkrivena je još jedna vrsta orangutana, Pongo tapanuliensis, koja broji jedva 800 jedinki na zapadu Sumatre te će do kraja godine ili početkom iduće biti uvrštena na listu ugroženih.

I ove godine su se nastavili negativni trendovi uništavanja koralnih grebena, a naučnici su također došli do nalaza da se troposfera zagrijava 30% brže u odnosu na 1979. Naučnici predviđaju da će zbog rasta nivoa mora, koji se događa kao posljedica klimatskih promjena, doći do velikih demografskih promjena: do 2100. oko dvije milijarde ljudi će morati odseliti jer, jednostavno, njihove zemlje – mali otoci – više neće postojati. Također, predviđa se da će azijski glečeri zbog klimatskih promjena do 2100. izgubiti oko trećinu mase.