Kvarkadabra

Pasterizacija heretičnih idej

Sun, 08 Nov 2009 08:30:29 +0100

Francoski kemik in mikrobiolog Louis Pasteur je znal rezultate svojih raziskav zelo dobro predstavljati javnosti. Najraje je prirejal kar velike spektakle, ki bi jih danes gotovo v živo prenašala televizija, sredi devetnajstega stoletja pa so o njih podrobno poročali časopisi. Drugega junija 1881 so ga rezultati drznega eksperimenta, ki ga je izvedel na kmetiji v francoski vasi Pouilly-le-Fort, povzdignili v pravo medijsko zvezdo. Ko je nekaj mesecev prej razglasil, da je odkril cepivo proti antraksu oziroma vraničnemu prisadu, ga je veterinar Hippolyte Rossignol izzval, da v kontroliranem javno izvedenem poskusu dokaže, da njegovo cepivo v resnici tako dobro deluje, kot trdi. Rossignol je bil nasprotnik teorije, da antraks povzročajo mikroorganizmi, zato se je nadejal, da bo s preizkusom cepiva Pasteurja javno osramotil. Ker je cepivo vsebovalo oslabljenje bakterije Bacillus anthracis, je bil to hkrati tudi preizkus teze, da bolezen povzročajo mikroskopsko majhni živi organizmi.

Spektakel na kmetiji v Pouilly-le-Fortu

Pristanek na takšen poskus je bil za Pasteurja seveda tvegano dejanje, saj bi lahko prišlo do kakega nepredvidenega zapleta, s čimer bi se lahko javno osmešil, a je vseeno prevladala strast po spektaklu in pozornosti javnosti. Eksperiment je potekal pod okriljem Agrikulturne družbe iz Meluna, ki jo je vodil Baron de la Rochette. Osemindvajsetega aprila je Pasteur s to družbo podpisal dogovor, v katerem je bilo natančno opredeljeno, kako naj poteka eksperiment. Na razpolago je dobil šestdeset živali, od katerih naj bi polovico cepili in nato opazovali, kako se bodo odzvale na okužbo z antraksom.

Eksperiment so po strogem in vnaprej določenem protokolu izvedli na Rossignolovi kmetiji v vasici Pouilly-le-Fort blizu Meluna. Petega maja so štiriindvajset zdravih ovac, eno kozo in šest krav prvič cepili s cepivom proti antraksu. Sedemnajstega maja so cepljenje ponovili z drugim odmerkom cepiva. Enaintridesetega maja so nato vse testne živali okužili še z zelo kužnim odmerkom bakterij, ki so po prejšnjih izkušnjah pri živalih povzročile hiter razvoj bolezni. Pasteur je že vnaprej zelo samozavestno napovedal, da bodo okužbo z antraksom preživele le cepljene živali.

Da bi prisostvovali razglasitvi rezultatov poskusa 48 ur po okužbi, je drugega junija na francosko podeželje prispelo veliko novinarjev, veterinarjev in drugih uglednih osebnosti. Predstava je bila res veličastna: štiriindvajset ovac, koza in šest krav, ki so jih cepili, je bilo na videz zdravih, medtem ko je enaindvajset necepljenih ovac skupaj z drugo kozo že poginilo. Dve necepljeni ovci sta poginili pred očmi novinarjev, zadnja pa do konca dneva. Okužene krave sicer niso poginile, so pa kazale znake bolezni in imele povišano temperaturo.

Časopisna poročila so Pasteurja kovala v zvezde, a skorajda nikjer ni bilo omenjeno, da je bil le eden izmed serije znanstvenikov, ki so se trudili razviti cepivo. Bistvena spoznanja, kako oslabiti bakterije, da so povzročile imunost, ne pa tudi bolezni, je prispevalo več strokovnjakov. Pri ključnem eksperimentu v vasici Pouilly-le-Fort Pasteur celo ni uporabil cepiva, pripravljenega po lastni metodi, ampak po postopku konkurenčne skupine, ki je bilo takrat bolj učinkovit. Vendar je bil Pasteur vseeno tisti, ki je znal povezati posamezne ugotovitve drugih raziskovalcev in vse skupaj pogumno javno predstaviti na spektakularen način.

Pasteurjeva žena je v pismu, ki ga je hčerki poslala po uspešnem eksperimentu, omenila, da je poleg testnih živali tiste dni umrl še nekdo: "Na dan, ko je naših 25 ovac tako lepo pomrlo, smo izvedeli tudi, da je preminil M(onsieur) Littré." Prestižna Académie Française ima namreč le 40 članov in šele ko nekdo umre, lahko medse izvolijo novega izbranca. Pasteur se je upravičeno nadejal, da bodo tokrat akademiki zaradi njegovih odmevnih dosežkov medse izvolili prav njega. Ni mu bilo treba čakati dolgo, saj je že decembra izvedel, da so ga sprejeli med "nesmrtne".

Kaj znajo samo živa bitja?

Podobno javno odmevnih tem se je Pasteur loteval že od začetka svoje znanstvene kariere. Kot mlad raziskovalec se je ukvarjal s preučevanjem obnašanja polarizirane svetlobe na kristalih in ugotovil, da so kristali vinske kisline optično aktivni, kar pomeni, da se, če nanje posvetimo s polarizirano svetlobo, obnašajo na poseben način. Ob tej ugotovitvi je postavil drzno hipotezo, da lahko optično aktivne snovi proizvedejo le živa bitja. Njegova žena Marie je v pismu sorodnikom takrat ponosno poročala, da Louis izvaja eksperimente, ki ga lahko naredijo za naslednjega Galileja ali Newtona.

Pasteur je vseskozi tesno sodeloval tudi z industrijo in pomagal pri reševanju težav s kemijskimi in biološkimi procesi, ki so pestile tovarnarje. Kot profesor na Univerzi v Lillu se je spopadel s praktičnimi problemi tamkajšnje industrije predelovanja hrane in varjenja piva. Dokazal je, da je fermentacija oziroma vrenje biološki in ne zgolj kemijski proces. Pri vrenju so aktivno udeleženi mikroorganizmi, brez katerih te vrste procesi ne morejo teči. Ob tem je iznašel tudi metodo kratkotrajnega segrevanja na temperaturo 60 stopinj Celzija, kar uspešno pomori mikroorganizme, da se kasneje ne razmnožijo in tako pokvarijo hrane oziroma pijače. Pasterizacijo, ki jo je Pasteur leta 1866 tudi patentiral, uporabljajo v živilski industriji še danes.

Že omenjena žilica za nastopanje v javnosti ga je spodbudila, da se je s profesorjem Félixom Pouchetom zapletel v odmevno polemiko o zmožnosti spontanega nastajanja življenja. Tematika je bila zelo blizu problemov, s katerimi se je srečeval že pri študiju procesov fermentacije, zato se mu je zdela zelo primerna, da se ob njej javno izpostavi.

Problem spontanega nastanka življenja takrat nikakor ni bil le strokovno vprašanje, ampak se je tesno navezoval tudi na vprašanja, povezana z religijo in moralo. Zmožnost spontanega nastanka živih bitij iz nežive materije so namreč povezovali z ateističnim materializmom in idejo evolucije, medtem ko je bil Pasteur veren kristjan in je že v načelu nasprotoval takšni hipotezi. Zato si je zadal, da bo z natančnimi eksperimenti dokazal, da lahko živa bitja nastanejo le iz drugih živih bitij, ne pa tudi iz nežive narave.

Oba s Pouchetom sta izvedla mnogo poskusov, da bi dokazala vsak svoj prav. Na koncu je posebna komisija francoske akademije razsodila, da je v sporu zmagal Pasteur, kar je njegovo slavo samo še povečalo. A kasneje so zgodovinarji ob prebiranju Pasteurjevih dnevnikov ugotovili, da je veliki znanstvenik marsikatero težavo, na katero je naletel, spretno prikril. Če bi javno razkril vse težave, nikakor ne bi bil že takrat spoznan za zmagovalca.

Laboratorijski dnevniki ga kažejo v drugačni luči

Težava je bila namreč v tem, da obstajajo tudi mikroorganizmi, ki jih ne moremo uničiti niti s prekuhavanjem v vreli vodi. Tega nobeden od obeh raziskovalcev takrat ni vedel. Pouchet je pri svojih eksperimentih uporabljal seno, v katerem so bile prav takšne zelo trdovratne spore, zato je vedno prišel do ugotovitve, da se iz prekuhanega sena spontano razvije življenje. Pasteur je eksperimente ponovil in tudi sam prišel do podobnih ugotovitev, a je to zamolčal. Raje je uporabljal raztopino kvasa, v kateri takšnih spor ni bilo in pri kateri je brez težav pokazal, da do spontanega nastanka življenja ne more priti.

Če takratna francoska družba ne bi bila močno naklonjena konservativnim idejam, ki jih je glede nastanka življenja zagovarjal tudi Pasteur, spor Pouchet-Pasteur gotovo še ne bi bil tako hitro odločen, saj vsi utemeljeni pomisleki še niso bili ovrženi. A v javnosti se je ustvaril vtis, da gre zgolj za objektivna dejstva, ki jih razkrivajo skrbno izvedeni eksperimenti.

Danes velja Pasteur za nespornega junaka znanosti devetnajstega stoletja. S svojim spretnim nastopanjem v javnosti ter reševanjem praktičnih težav industrije, kmetijstva in zdravstva bi ga tudi danes lahko izpostavili kot primer odličnega znanstvenika, kakršnega bi z veseljem podprla vsaka država ali korporacija. Še posebej, ker njegova znanstvena spoznanja niso bila družbeno subverzivna, kot so bila denimo Galilejeva, Kopernikova in Darwinova, ampak so nasprotno podpirala ideološke temelje, na katerih je bila postavljena takratna družba.

Sašo Dolenc

Simona Kralj Fišer: Tudi živali imajo osebnost: ekološke in evolucijske aplikacije osebnosti

Thu, 29 Oct 2009 09:23:41 +0100

Predavanje bo v četrtek 12. 11. 2009 ob 20:30 v Hiši eksperimentov.

Podobno kot ljudje imajo tudi živalski osebki različne osebnosti. Nekateri so vedno bolj plahi, drugi se pogosto vedejo agresivno. Razlogi za različne osebnosti so v nekoliko različnem genskem zapisu, zaradi česar se osebki razlikujejo v nevroendokrinih procesih in izražanju vedenja. Iz evolucijskega stališča je fenomen osebnosti težko razložiti. Osebki z različnimi osebnostmi se razlikujejo v boleznih, ki jih pogosto prizadenejo, v življenjski starosti, ki jo dosežejo in v razmnoževalnem uspehu; torej se razlikujejo po fitnesu oziroma deležu genov, ki jih prenesejo v naslednjo generacijo. Osebki iste vrste z različnimi vedenjskimi lastnostmi lahko zasedejo različne niše. Če se med seboj parijo samo osebki istega ekotipa, intra-specifične razlike lahko vodijo v nastanek reproduktivne bariere in nastanek novih vrst.

Dr. Simona Kralj Fišer, Biološki inštitut Jovana Hadžija, ZRC SAZU.

Ko gledamo, vidimo prihodnost?

Sun, 25 Oct 2009 15:55:24 +0100

Raziskovalec delovanja človeškega vida Mark Changizi trdi, da lahko ljudje vidimo prihodnost. Pri tem seveda nima v mislih kake nadnaravne zmožnosti, ampak povsem vsakdanje delovanje našega vizualnega sistema za zaznavanje okolice. Eden izmed ključnih argumentov za njegovo nenavadno hipotezo so optične iluzije oziroma primeri, ko nas vid zavede, da vidimo nekaj, česar oči v resnici niso zaznale. Takrat se namreč naš sistem za napovedovanje prihodnosti zmoti.

Zakaj nastanejo optične iluzije

Mark Changizi trdi, da optične iluzije nikakor niso znak nepopolnosti našega čutnega sistema, ki bi pričal o evolucijski nedovršenosti vida, ampak so nasprotno znak njegove naprednosti. Do iluzij pride, ker z možgani vidimo bistveno več kot zgolj to, kar zaznajo oči. Gledanje je aktiven proces in ne zgolj pasivno zaznavanje fotonov, ki prihajajo do naših oči iz okolice. Če bi gledali zgolj pasivno, do iluzij ne bi prihajalo, a v tem primeru ne bi bili sposobni ujeti niti žoge, ki bi nam jo nekdo podal.

Do iluzij, ko se nam zdi recimo neka črta daljša od druge, čeprav sta v resnici obe enako dolgi, pride po Changiziju zato, ker poskušajo naši možgani v zavedanje videnega vračunati tudi dimenzijo časa oziroma spreminjanja okolice. Ko hodimo, se nam določeni vizualni vzorci hitreje približujejo kot drugi. Da bi uskladili dojemanje okolice s spreminjanjem naše lokacije zaradi hoje, možgani malo spremenijo podobo, ki nam jo posredujejo v zavest.

Da smo lahko dovolj odzivni na spremembe v svoji okolici, nam morajo možgani slikati svet takšen, kot zanj predvidevajo, da bo delček sekunde v prihodnosti. Čeprav naše oči gledajo sedanjost, dejansko vidimo delček sekunde naprej v prihodnost. Če bi nam posredovali sliko okolice, kakršno dejansko zaznavajo, bi bilo naše zavedanje zmeraj že malo v zaostanku za dogajanjem v okolici, kar bi lahko imelo za nas katastrofalne posledice.

Analiza informacij, ki pridejo v možgane skozi oči, seveda vzame nekaj časa. Čeprav gre le za delček sekunde, je to vseeno dovolj, da nikoli ne bi bili zmožni ujeti žoge, saj bi ta že odletela mimo, ko bi nam čuti javili, naj stegnemo roke in jo zgrabimo. Da lahko zaznavamo sedanjost, moramo biti sposobni predvideti bližnjo prihodnost. Čeprav gre zgolj za desetinko sekunde, je to vseeno kar občuten časovni interval, če imamo opraviti s hitrimi predmeti, kot je žoga, ali če tečemo.

Paradoks vizualnega zaznavanja okolice v gibanju je, da jo lahko dojemamo takšno, kakršna je v sedanjosti, samo če znajo možgani na podlagi preteklih izkušenj napovedati gibanje predmetov za delček sekunde v prihodnost. Samo če znamo videti v prihodnost, lahko zaznavamo sedanjost in ne šele preteklost.

Možganski sistem za simuliranje prihodnosti

Romi Nijhawan je v devetdesetih letih eksperimentiral z zaznavanjem utripajočih in premikajočih se predmetov in prišel do zanimivega spoznanja. V enem izmed poskusov je žarnica posvetila ravno v trenutku, ko je mimo nje potovala žoga. Presenetljivo pa človek, ki je opazoval žogo, bliska žarnice ni zaznal v trenutku, ko je bila žoga najbližje žarnici, ampak se mu je zdelo, da se zasveti šele, ko je žoga že odletela mimo. Opazovalcu se je zdelo, da je žoga prehitela blisk žarnice, čeprav sta se oba dogodka v resnici zgodila sočasno.

Changizi pravi, da lahko pri tem eksperimentu prepoznamo delo mehanizma, ki v možganih generira videz bližnje prihodnosti. Do časovnega neskladja med dogodkoma pride, ker zna možganski sistem za generiranje prihodnosti predvideti samo napovedljive dogodke. Pot žoge zna obravnavati, zato jo prestavi za desetinko sekunde v prihodnost, da jo dojemamo na mestu, kjer je v resnici v sedanjosti trenutka našega zavedanja. Ne zna pa napovedati utripa žarnice, zato tega dogodka ne zamakne v času, ampak ga posreduje zavesti v trenutku, ko ga spoznavni mehanizem dešifrira. Dogodka, ki se sicer v realnosti zgodita sočasno, si v zavesti opazovalca zato sledita z rahlim zamikom.

Podoben učinek lahko opazujemo tudi v diskoteki, ko vklopijo hitro utripajočo luč. Če imate takrat v roki svetilko ali plamen vžigalnika, lahko opazite enak učinek kot pri žogi in žarnici. Zdi se, kot da svetilo, ki ga hitro premikamo, prehiteva roko, ki ga nosi. Roka je obsijana le občasno, zato njenega gibanja možgani avtomatsko ne predvidijo, svetilo pa je ves čas prižgano, zato znajo možgani njegovo gibanje napovedati.

Z eksperimenti so spontano napovedno moč vizualnega sistema preverjali tudi tako, da so testnim osebam kazali preproste posnetke recimo vrtečega se pravokotnika. Film se je v nekem trenutku ustavil, opazovalec pa je moral povedati, kako je bil obrnjen pravokotnik na zadnji sliki. Praviloma so si ljudje zapomnili malo bolj zamaknjen pravokotnik, kot je bil dejansko na zadnji sliki, kar pomeni, da so si zapomnili simulacijo tega, kakršna bi morala biti pozicija pravokotnika delček sekunde v prihodnosti.

Kaj pa, če se možgani v svoji napovedi zmotijo? Možgani so pripravljeni tudi na takšne situacije, saj znajo prilagoditi spomin bližnje preteklosti tako, da se napak možganskega simulatorja sploh ne zavemo, v spomin pa se shrani popravljena oziroma prava preteklost.

Velika teorija poenotenja razlage iluzij

Changizi je na osnovi analize nekaj najbolj tipičnih vizualnih iluzij postavil svojo "veliko teorijo poenotenja" razlage iluzij. Po tej teoriji pride do iluzij v primerih, ko možgani uporabijo sistem za napovedovanje bližnje prihodnosti na osnovi indicev o gibanju, ki jih prepoznajo v sliki. Sistem lahko zavedemo v ustvarjanje iluzij, če naredimo takšno statično sliko, ki možganom ustvari vtis, da zares opazujejo gibanje.

Podobno kot pri fotografskih posnetkih je tudi za možgane dober znak gibanja zameglitev oziroma nejasnost predmetov, ki ima jasno geometrijsko ureditev. Ko gledamo skozi sprednje okno avtomobila med vožnjo, vidimo predmete ob robu vidnega polja zamazano, medtem ko so predmeti v smeri vožnje povsem jasni. Ko možgani vidijo takšno sliko, sklepajo, da se premikamo. Enako pa zaključijo tudi, če vidijo spretno narejene statične slike, ki so ravno prav zamazane. V tem primeru se nam porodi iluzija, da se nekaj premika, čeprav je vse statično.

Naš vizualni sistem dojemanja okolice nikakor ni zgolj pasivni mehanizem, kot je na primer filmska kamera, ki le odslikava okolico. Če bi bil svet statičen, bi nam tak pasivni sistem povsem ustrezal, ker pa je svet dinamičen in se tudi mi dokaj hitro gibljemo po okolici, morajo znati možgani več kot zgolj prepoznavati predmete v okolici. Njihovo gibanje morajo znati predvideti in nam v zavest že projicirati svet, kakršnega napovedujejo, da bo takrat, ko se bomo te napovedi zavedeli.

Stranski produkt napovedovalne zmožnosti vizualnega sistema naših možganov so iluzije, ko se nam napačno zdi, da se statične podobe premikajo ali da je neki predmet večji, kot je v resnici. Kot trdi Changizi, pride do iluzij zato, ker imamo v možganih vključen sistem za aktivno napovedovanje bližnje prihodnosti. Če bi ga nekako izključili, bi iluzije izginile, a bi bili zato nebogljeni pri povsem vsakodnevnih opravilih, ko imamo opraviti s hitrimi predmeti ali ko se mi sami hitro gibljemo.

(Primere iluzij in drugo dokumentacijo skupaj z znanstvenimi članki o raziskavah lahko najdete na Changizijevi spletni strani www.changizi.com.)

Komentar slike: Rdeče črte vidimo ukrivljene, čeprav so v resnici ravne. Ker si možgani radialno postavljene črne črte interpretirajo kot gibanje proti sliki, vklopijo mehanizem za generiranje videza bližnje prihodnosti in poskušajo v naši zavesti rdeče črte predstaviti tako, kot bi bile videti delček sekunde v prihodnosti, če bi se v resnici gibali proti sliki. Zato pride do iluzije.

Sašo Dolenc

Peter Trontelj - Pogled v zgodovino življenja

Wed, 21 Oct 2009 13:28:20 +0200

Predavanje bo v sredo 28. 10. 2009 ob 20:30 v Hiši eksperimentov.

Trenutna podoba pestrosti življenja na našem planetu je le bežno, prehodno stanje, ki bo lahko že kmalu zelo drugačno. Tako nas uči evolucijska preteklost ali zgodovina življenja. Pri njenem razumevanju so nam v veliko pomoč fosilne najdbe, ki pa nam le malo povedo o resničnem poteku evolucije. Ljudje si se vedno radi domišljamo, da smo najpopolnejši člen na vrhu dolgega sosledja primitivnejših prednikov. V resnici fosilnih ostankov niso zapustili naši predniki, in tako pojmovanje evolucije ni dosti boljše od zasmehovanega kreacionizma. Na predavanju bomo govorili o znanstveni poti uresničevanja Darwinovih sanj - vpogleda v evolucijsko zgodovino življenja.

prof. dr. Peter Trontelj, Univerza v Ljubljani

Kvarkadabrin fokus: električno uglaševani optični mikroresonatorji

Tue, 20 Oct 2009 20:02:35 +0200

V tokratni Kvarkadabrin fokus postavljamo izsledke skupine raziskovalcev zbrane okoli prof. Muševiča z Instituta Jožef Stefan in s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, ki je uspela razviti električno uglašen optični mikroresonator. Se sliši zapleteno, akademsko? Pa sploh ni. Izsledki namreč lahko vodijo do kopice uporabnih tehnologij. Muševič in sodelavci so namreč pokazali, kako lahko izdelate majhne izvore svetlobe, ki jim s spreminjanjem zunanje napetosti spreminjate barvo. V prihodnje lahko ta ideja pripelje do npr. laserjev, kjer z obratom gumba spreminjamo valovno dolžino. O nastanku publikacije in o bodočih smereh razvoja smo povprašali prof. Muševiča.

Kaj? (Referenca)
Nature Photonics 3, 595 - 600 (2009) Electrically tunable liquid crystal optical microresonators

Kdo? (Avtorji)
M. Humar (IJS), M. Ravnik (FMF, Univerza v Ljubljani), S. Pajk (Fakulteta za farmacijo, Univerza v Ljubljani) in I. Muševič (IJS in FMF)

Kje? ("slovenska", "evropska" ali "svetovna" raziskava?)
To je čisto domača publikacija. Ideja je nastala pri meni in se je razvijala med eksperimenti v sodelovanju z Matjažem Humarjem. Meritve je delal Matjaž Humar na oddelku F5 Instituta Jožef Stefan, teorijo je dodal Miha Ravnik s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, pomembno snov, ki smo jo uporabili v eksperimentu, pa je sintetiziral Stane Pajk s Fakultete za farmacijo Univerze v Ljubljani.

Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu...?)
V članku se ukvarjamo s kroženjem svetlobe znotraj majhne kapljice, premera okoli tretjine debeline človeškega lasu, torej je zelo majhna. Za lažje razumevanje si lahko zamislimo okroglo stekleno posodo, napolnjeno z vodo (v mislih imamo lahko npr. akvarij za ribe). Znotraj te posode ustvarimo svetlobo, kar lahko naredimo z dodatkom fluorescenčnega barvila. En del svetlobe, ki jo oddaja fluorescenčno barvilo, se odbije na meji posode z zrakom zaradi totalnega odboja (kot svetloba nad razgreto cesto). Ta odbita svetloba potuje naprej in se zaporedoma odbija na stenah posode, dokler se ne vrne na začetno mesto. Kroženje svetlobe je uspešno, ce ima točno določeno barvo, in se v naslednjem obhodu valovanje zato zopet ujame s prejšnjim valom. Dobimo torej svetlobno valovanje določene barve, ki je ujeto znotraj posode in kroži tik ob ekvatorju po notranjosti posode. V našem primeru je ta posoda zelo majhna kapljica tekočega kristala. Ko po njej kroži svetloba, pravimo da resonira. Število odbojev svetlobe na stenah kapljice je okoli 100. Pomembna prednost kapljice iz tekočega kristala proti kapljici iz vode je, da lahko z zunanjim električnim poljem spreminjamo hitrost svetlobe v kapljici, s tem pa tudi izbiramo barvo svetlobe, ki kroži po njej. Taki pripravi pravimo "electrically tunable microresonator" oziroma "električno uglaševana resonančna votlina".

Zanimivo je, da srečamo podoben pojav v akustiki. V katedrali svetega Pavla v Londonu se nahaja dvorana "Whispering Gallery", imenovana tudi dvorana šepetajev. V njej lahko razločno slišite osebo, ki se pogovarja na drugem koncu dvorane. To se zgodi zaradi tega, ker zvok zakroži po galeriji z večkratnimi odboji na ukrivljeni steni galerije in tako uspešno pride do poslušalca. Podoben pojav slišimo tudi na Grand Central Station v New Yorku. Valovanja v okroglih resonatorjih zato pogosto imenujemo tudi Whispering Gallery Modes ali WGM.

Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
Od ideje do prvih rezultatov smo prišli sorazmerno hitro, v nekaj mesecih. Ideja je namreč sila preprosta. Vse, kar je potrebno narediti, je zamešati malo tekočega kristala v polimer. Če se snovi ne mešata, dobite množico majhnih kapljic tekočega kristala v polimeru. V tekoči kristal pred tem še zamešate nekaj fluorescenčnega barvila, tako da te kapljice "zasvetijo", ko jih osvetlite (glej sliko spodaj). Svetlobo, ki jo oddajajo kapljice, nato analizirate s spektrofotometrom in takoj opazite, da so v spektru ostre črte pri določenih valovnih dolžinah, ki ustrezajo določenim WGM. Če dodate še zunanje električno polje, hitro opazite, da se spekter "premika", torej uglašujete spekter votlinskega valovanja. Načeloma se torej spreminja barva svetlobe, ki lahko resonančno niha v mikrokroglicah. Premik valovnih dolžin je zelo velik, približno 100 krat večji kot v trdni snovi. Članek smo poslali v objavo v Nature Photonics februarja 2009, prvi odgovor pa smo dobili šele junija 2009, saj so težko dobili recenzente za naš članek. Odgovor treh recenzentov je bil načeloma pozitiven, zahtevali pa so dodatne razlage in teorijo, ki takrat še ni bila vključena v članek.

Tedaj se je začel najbolj dramatičen del celotne zgodbe. Revija Nature Photonics namreč postavi avtorjem rok 1 meseca, v katerem naj odgovorijo na zahteve recenzentov. Če odgovorijo znotraj tega časa, in so recenzenti zadovoljni z odgovorom, potem vam članek objavijo ne glede na to, če je še kdo drugi objavil podobno stvar znotraj istega meseca. Če ne odgovorite v roku, vam ne garantirajo objave tudi če je odgovor recenzentov pozitiven. Zahteve, ki so jih postavili recenzenti so bile bolj natančne meritve spektra WGM črt, da bi določili faktor kvalitete teh resonatorjev (Q-faktor). Zato smo morali organizirati dodatne meritve zunaj IJS, nabaviti nov spektrometer v roku 1 tedna (!), prav tako pa je bilo potrebno izdelati teorijo optičnih resonanc v tovrstnih kapljicah. Zadeva teoretično ni trivialna, ker so to dvolomni resonatorji in imajo prav posebne optične lastnosti. Na srečo je kolega Miha Ravnik v 1 tednu (!) lahko naredil numerične izračune spektra svetlobe, ki so se ujemali z izmerjenimi. Pri tem nam je zelo pomagal nasvet prof. S. Žumra, ki se je spomnil, da je okoli leta 1980 videl v neki reviji analitične izračune resonanc za podoben dvolomni sistem. Tako smo z nekaj zamude članek in odgovor oddali urednikom. V 1 tednu smo dobili pozitiven odgovor vseh treh recenzentov. Vse skupaj se je dogajalo čez poletje, kar je dodatno zapletlo celotno zgodbo. Kot zanimivost naj povem, da so na naslovnici oktobrskega izvoda Nature Photonics, kjer je bil članek objavljen, objavili tudi ilustracijo ("artists impression") resonančnega kroženja svetlobe v tekočekristalnih kapljicah, katere avtor je Matjaž Humar, članku pa je bil namenjen tudi poseben predgovor v rubriki News & Views (glej sliko zgoraj).

Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
Rezultati nam odpirajo pot do električno uglašenih mikrolaserjev, če npr. tekočekristalnim kapljicam dodate lasersko barvilo. Predstavljate si lahko, da imate v kosu plastike milijarde mikrokapljic, vsaka pa deluje kot mikrolaser, katerega spekter lahko uravnavate z zunanjo električno napetostjo. Druga zanimiva pot so optična stikala. Imate dva valovoda, med njima pa v tesnem stiku mikroresonator. Po enem valovodu prihaja svetloba določene valovne dolžine. Če resonator uglasite na to frekvenco, bo svetloba tunelirala iz valovoda v resonator in iz njega v drugi valovod, sicer pa ne. Ustvarili ste svetlobno stikalo. Predstavljate si lahko, da naredite množico takih kapljic v 3D, vsaka pa predstavlja "resonančno krizisce" med valovodi, ki ga uravnavate z električnim poljem ali pa celo z močno svetlobo. Torej gremo po poti "soft matter all optical devices", ki so morebiti osnova za kompleksne integrirane optične mikrosisteme.

Kvarkadabrin fokus: Po sledeh udomačitve koruze

Thu, 15 Oct 2009 22:43:39 +0200

V oktobrski številki znanstvenega časopisa American Journal of Botany (AJB) je skupina znanstvenikov z Nacionalnega inštituta za biologijo, raziskovalne skupine za eksperimentalno botaniko na Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani, s tesnim dolgoletnim sodelovanjem znanstvenikov s Floridske univerze v Gainesvillu, ZDA in raziskovalnega oddelka ameriškega resorja za kmetijstvo (USDA) objavila znanstveni članek o citoloških raziskavah razvoja zrna teozinta (Zea mays spp. parviglumis), iz katerega so srednjeameriški Indijanci pred 9000 leti udomačili koruzo. Raziskave so na glavo postavile nekaj nikoli raziskanih idej, povezanih z udomačitvijo koruze. Pokazale so, da je pogled v notranjost teozintovega zrna, skupaj s potekom vseh najpomembnejših razvojnih procesov v zrnu, praktično identičen kot pri koruzi, čeprav se zrno teozinta od koruze morfološko zelo razlikuje.

Raziskava je že pred objavo sprožila veliko zanimanje in je bila predstavljena tudi na naslovnici revije. Objava v AJB ima še posebno težo, saj je organizacija Special Libraries Association revijo uvrstila med 10 revij, ki so v zadnjih 100 letih najbolj zaznamovale področji biologije in medicine. Časopis si častno uvrstitev deli z revijami Science, Nature, Proceedings of the National Academy of Science, New England Journal of Medicine, Journal of the American Medical Association, British Medical Journal, Journal of Zoology, American Journal of Physical Anthropology in Journal of Paleontology. Objavo članka je uredništvo AJB pospremilo s posebno izjavo za javnost, ki je bila objavljena na spletni strani Eureka Alert, kjer pod pokroviteljstvom Ameriškega združenja za napredek znanosti (AAAS) izhajajo najzanimivejše novice iz sveta znanosti. Novico je v sledečem tednu povzelo vsaj 15 različnih spletnih strani, ki objavljajo novosti s sveta znanosti, o njej pa so poročali tudi slovenski mediji.

Avtorji raziskave Marina Dermastia, Aleš Kladnik in Prem Chourey.

V tem članku razkrivamo predvsem ozadje študije, ki je tudi zelo zanimivo s stališča objavljanja znanstvenih publikacij. Objava je lep primer, kako morajo delovati dobri recenzenti znanstvenih del. S svojimi pripombami naj ne bi kar počez kritizirali del poslanih v objavo, ampak bi si morali prizadevati, da študije še izboljšajo, kot se je lepo pokazalo v tem primeru.

Kaj? (Referenca)
Naslov članka je A cellular study of teosinte Zea mays subsp. parviglumis (Poaceae) caryopsis development showing several processes conserved in maize. doi:10.3732/ajb.0900059. American Journal of Botany 96: 1798-1807 (2009)

Kdo?(Avtorji)
Avtorji so Marina Dermastia, Aleš Kladnik, Jasna Dolenc Koce iz Skupine za eksperimentalno botaniko in Prem Chourey z UF in USDA.

Kje? ("slovenska", "evropska" ali "svetovna" raziskava?)
Raziskava je zanimiva za splošno razumevanje evolucije in udomačitve koruze, ki je po mnenju FAOSTAT 2007 najpomembnejša svetovna poljščina, a je bila skoraj v celoti izvedena v slovenskem laboratoriju.

Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu...?)
S sodobnimi genetskimi in molekulsko-biološkimi pristopi so znanstveniki že dokazali, da je današnja koruza Zea mays ssp. mays rezultat enega samega udomačitvenega dogodka iz podvrste Zea mays ssp. parviglumis. Preobrazba teozinta v koruzo je bila tako obsežna in zapletena, da mnogi znanstveniki niso verjeli, da je sploh možna. Zaradi morfoloških razlik med teozintom in koruzo je dolgo prevladovalo mnenje, da je teozint sorodstveno bližje rižu kot koruzi. Največja morfološka razlika med teozintom in koruzo je v zgradbi posebnih enosemenskih plodov ali zrn. Teozint ima majhen storž, na katerem je v dveh vrstah nanizanih 5 do 10 drobnih zrn. Zrna so zelo majhna, trikotnih ali trapezastih oblik in temno obarvana. Zrna so dobro zavarovana v posebno trdem ovoju, medtem ko so zrela zrna v koruznem storžu odkrita. Zrela zrna teozinta imajo dobro izoblikovano ločitveno ali abscizinsko plast, ki omogoča raztresanje zrn in s tem razširjanje semen. Kot posledica udomačitve naj bi koruzna zrna ločitvene plasti izgubila in tako ob zrelosti ostajajo pritrjena na storžu. Nastanek vseh teh razlik je danes dobro podprt z rezultati številnih genetskih in molekulsko-bioloških analiz. Kljub temu pa ni bila izdelana nobena natančna citološka študija, kaj se v notranjosti zrna resnici dogaja. Povedano z drugimi besedami - nihče si notranjosti zrna teozinta ni pogledal pod mikroskopom. V naši raziskovalni skupini smo se vrsto let ukvarjali s citološkimi analizami razvoja zrna koruze, tako da je bila podobna analiza teozintovih zrn logično nadaljevanje. Raziskava je pokazala, da so številne značilnosti, ki naj bi bile posledica udomačitve, že prisotne tudi v teozintu. Edina pomembnejša razlika med teozintom in koruzo je razporeditev endoreduplikacije - posebne oblike celičnega cikla, pri kateri se ne povečuje število celic, temveč se le podvaja jedrni DNK. Prav boljše poznavanje tega procesa bi lahko pomembno prispevalo k izboljšavi naše najpomembnejše poljščine.

Primerjava storžev in zrn koruze in teozinta.

Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
Teozintova zrna smo dobili po prijateljski liniji in to so bila sploh prva, ki smo jih videli «v živo». Pri tem nam niso bile prav v nobeno pomoč objavljene slike na internetu. Tako smo bili odvisni od zaupanja v vir zrn, kar se je kasneje pokazalo za zelo naivno. Zrna smo posadili, iz njih so zrasle koruzi podobne, a precej bolj razrasle rastline s socvetji, ki so se začela razvijati ob koncu avgusta. Cvetove smo ročno oprašili, po oploditvi pobrali nastala zrna in na njih izvedli prav vse analize, ki smo jih pred tem opravili na koruzi. Napisali smo članek in ga poslali v objavo. Recenzije so bile takoj zelo ugodne. Dobili smo le pomislek enega recenzenta, ki si je na zemljevidu ogledal Slovenijo in glede na geografski položaj menil, da bi teozint pri nas težko cvetel že avgusta. Prosil je za slike in po njihovem ogledu zaključil, da je naš teozint skrižan s koruzo. Zrna so bila večja kot teozintova, imela so še ovoj, ki ga je koruza izgubila, a je bil na vrhu odprt. Glede na to, da smo razvojne procese opazovali znotraj ovoja, je sicer sklepal, da so naši zaključki pravilni in zagotovo zelo pomembni za znanstveno sredino, ki se ukvarja s koruzo. Seveda jih je bilo potrebno izvesti na izvornem teozintu. Prijazno nam je poslal naslov, kjer smo zrna dobili in jih ponovno posadili. Pravi teozint pa v našem rastlinjaku ni cvetel ne avgusta, ne septembra, niti oktobra in novembra. Ko smo že skoraj izgubili upanje, smo kot božično darilo zagledali prva socvetja. Vse naprej je bilo le še vprašanje ponovne analize.

Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
Nove raziskave večinoma potekajo na Nacionalnem inštitutu za biologijo, kjer je sedaj zaposlena Marina Dermastia, a še vedno pri njih sodelujeta ameriška skupina ter Aleš Kladnik in Jasna Dolenc Koce z Biotehniške fakultete. Usmerjene so predvsem v molekulske analize endoreduplikacije v zrnu koruze in z njim povezanih genov celičnega cikla.

Kvarkadabrin fokus: kako nastajajo aktinska vlakna

Mon, 12 Oct 2009 23:12:52 +0200

Pred kratkim je v reviji Science izšel članek, ki opisuje kako je v celici reguliran nastanek aktinskih filamentov. Pri študiji je sodeloval Marko Fonović, ki dela na Odseku za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo na Institutu »Jožef Stefan«, delo pa je bilo v celoti opravljeno na Medicinski fakulteti Univerze Stanford, kjer je bil Marko na podoktorskem usposabljanju. Opravil je začetni del raziskave, ko je z masno spektroskopijo identificiral protein, na katerega se veže ključni regulator povezovanja aktinskih vlaken. Marko Fonović je vodja laboratorija za masno spektroskopijo, pred kratkim pa je o tem pristopu imel tudi predavanje v okviru Kvarkadabrinih večerov.

Kaj?(Referenca)
Rab35 controls actin bundling by recruiting fascin as an effector protein. Science. 2009 Sep 4;325(5945):1250-4.

Kdo? (Avtorji)
Zhang J (Department of Developmental Biology, Stanford School of Medicine), Fonović M (Institut »Jožef Stefan«, Department of Pathology, Stanford University School of Medicine), Suyama K (Department of Developmental Biology, Stanford University School of Medicine), Bogyo M (Department of Pathology, Stanford University School of Medicine), Scott MP (Department of Developmental Biology, Stanford University School of Medicine).

Kje? ("slovenska", "evropska" ali "svetovna" raziskava?)
Raziskava je bila opravljena na Stanford University School of Medicine, njen bistven začetni del pa je opravil Marko Fonović, sodelavec Instituta “Jožef Stefan” (Odsek za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo), ki je bil takrat tam na podoktorskem usposabljanju.

Zakaj? (Kako bi izsledke razložili svoji babici, dedku, teti, stricu...?)
Citoskelet je proteinsko ogrodje celice, kateri daje obliko in trdnost, omogoča pa tudi njeno gibanje. Pomemben del citoskeleta sestavljajo snopi aktinskih vlaken, katere celica tvori glede na svoje fiziološke potrebe. Poznavanje mehanizma s katerim celica določi, kdaj in kje se bodo v njeni citoplazmi tvorili snopi aktinskih vlaken bi omogočilo boljše razumevanje nekaterih osnovnih celičnih procesov. Regulacija tega mehanizma pa bi odprla tudi nove pristope k zdravljenju bolezni pri katerih ima celična migracija pomembno vlogo, npr. pri tvorbi rakastih metastaz. V tej raziskavi smo odkrili, da je protein Rab35 glavni regulator povezovanja aktinskih vlaken. Rab35 na vezavo aktinskih vlaken ne vpliva neposredno, temveč preko vezave na protein fascin. Celica transportira protein Rab35 v tisti predel, kjer je potrebna ojačitev aktinskih vlaken. Tam se na Rab35 veže fascin, ki sproži tvorbo snopov aktinskih vlaken. Celica ne takšen način uravnava tvorbo celičnih izrastkov-filopodijev, ki so potrebni za njeno migracijo.

Aktinska vlakna v celici vinske mušice pri divjem tipu (A) in pri mutanti z izbitim genom za Rab35.

Kako? (Kje se je najbolj zatikalo?)
Raziskava je trajala štiri leta, največja težava pa se je pojavila takoj na začetku, ko je bilo potrebno z masno spektrometrijo identificirati protein na katerega se med regulacijo veže protein Rab35. Proteine, ki se vežejo na Rab35 smo izolirali z afinitetno kromatografijo in lizata govejih možganov, v izolatu pa je bilo tolikšno število proteinov, da je bilo težko ugotoviti kateri se res vežejo na Rab35, kateri pa so del ozadja. Eksperiment smo večkrat ponovili in opazili, da je fascin konstantno eden izmed glavnih proteinov prisotnih v izolatu. Vezavo fascina na Rab35 smo še dodatno potrdili z imunološkimi metodami, njuno fiziološko vlogo pa smo dokazali s tehniko izbijanja genov na modelu vinske mušice.

Masni spekter dela fascina. Takšni spektri nam omogočajo določitev zaporedja aminokislin, ki protein gradijo in s tem njegovo identifikacijo.

Kam? (Naslednja velika stvar na vašem področju?)
Regulacija tvorbe aktinskih vlaken in snopov aktinskih vlaken se nekoliko razlikuje med različnimi vrstami celic in tkiv in zelo verjetno Rab35 interagira tudi z drugimi regulatornimi proteini. V nadaljnem delu bo potrebno odkriti tudi te regulatorne proteine in pojasniti fiziološke mehanizme v katerih sodelujejo.

Častilci matematične neskončnosti

Mon, 05 Oct 2009 07:30:27 +0200

V začetku junija 1913 je rusko ladjevje napadlo sveto goro Atos v Grčiji, kjer je že zelo dolgo duhovno središče ortodoksnega krščanstva. Na polotoku z istim imenom je v raznih samostanih prebivalo več sto menihov. Ruski mornarji, ki so se izkrcali z ladij, so dobili ukaz, da menihe pripeljejo na samostansko dvorišče. Ker so se mnogi zabarikadirali v svoje celice, so morali vojaki uporabiti tudi silo. Menihi na Atosu so uživali avtonomijo celo med vladavino Turkov, zato je bila vojaška akcija ruske vojske nenavadna.

Vzrok zapletom je bilo širjenje sekte častilcev božjega imena. Njeni pripadniki so v posebni meditativni molitvi izgovarjali božje ime in se skušali pri tem poenotiti z Bogom. Začetnik doktrine čaščenja božjega imena je bil menih Ilarion, ki je dosegel religiozno ekstazo in stik z Bogom prav s takšno meditacijo.

Z mornarji je med menihe prispel tudi nadškof Nikon, ki je zbranim menihom natančno pojasnil, zakaj cerkev meni, da je čaščenje božjega imena herezija. Posebna komisija Ruske ortodoksne cerkve je namreč v preiskavi ugotovila, da gre za heretično sekto, saj so njeni pripadniki enačili bistvo Boga z njegovim imenom, kar pomeni, da so pomešali ime in tisto, kar to ime označuje. Menihi so se morali nato opredeliti. Po uradnem zaznamku jih je 661 izjavilo, da herezije ne podpirajo, 517 se jih je opredelilo za heretike, 360 pa se jih ni želelo izjasniti. Približno tisoč heretičnih in neopredeljenih menihov so nato z ladjami prepeljali nazaj v Rusijo. Tam jih je policija zaslišala in štirideset najbolj aktivnih poslala v zapor, drugim pa prepovedala vrnitev na goro Atos. Sekta je nato v Rusiji še naprej tajno delovala, kar ji je po oktobrski revoluciji omogočilo, da se je - prav zato, ker je bila v tajnosti že pod monarhijo - ohranila še pod komunizmom.

Matematiki in mistiki

Zanimivo je, da so bili med pripadniki častilcev božjega imena zelo ugledni ruski intelektualci. Med drugim tudi nekateri najboljši matematiki z začetka dvajsetega stoletja, ki so vzpostavili slavno moskovsko matematično šolo, ki je bila raziskovalno zelo uspešna in iz katere so izšli nekateri od najpomembnejših matematikov dvajsetega stoletja.

Ključna tri imena med pripadniki sekte, ki so bili hkrati vrhunski učenjaki svojega časa, so bili Dimitrij Egorov, Nikolaj Luzin in Pavel Florenski. Egorov in Luzin sta bila profesorja matematike na moskovski univerzi, medtem ko je bil Florenski predvsem filozof in teolog, čeprav je bil po izobrazbi matematik in se je veliko ukvarjal z znanostjo.

Egorov in Luzin sta bila v tesnih stikih z drugimi evropskimi matematiki, ki sta jih redno obiskovala, tako da sta bila povsem na tekočem s ključnimi problemi tedanje matematike, ki so jo pretresala predvsem nova spoznanja glede različnih tipov neskončnosti, obstoj katerih je dokazal nemški matematik Georg Cantor s pomočjo prav tako nove teorije množic.

Zgodovinarja matematike Loren Graham in Jean-Michel Kantor poskušata v knjigi Naming Infinity: A True Story of Religious Mysticism and Mathematical Creativity (Belknap Press of Harvard University Press, 2009) pokazati, kako je pripadnost matematikov meditativni sekti pomembno vplivala na njihovo znanstveno delo, še posebej pri ukvarjanju s problemi neskončnosti, kot jih odpira moderna teorija množic.

Za ruske matematike poznega devetnajstega in zgodnjega dvajsetega stoletja je bilo značilno, da so svoje matematične raziskave povezovali z religioznimi in filozofskimi problemi. Zato ne preseneča, da so teološko problematiko poimenovanja Boga navezali na probleme teorije množic. Tako kot Bog tudi neskončne množice postanejo resnične s poimenovanjem. Kreativno moč poimenovanja so razumeli tako, da so matematično konstrukcijo oziroma definicijo neke nove neskončne množice enačili z njeno stvaritvijo. Matematika ustvarja nove entitete tako, da jih poimenuje oziroma pokaže, po čem se nova množica razlikuje od vseh drugih. Po nekaterih interpretacijah naj bi bila zanje množica vseh množic kar sam Bog.

Moskovska šola matematike

Tik pred prvo svetovno vojno sta Luzin in Egorov na moskovski univerzi odprla nov seminar za dodiplomske študente, iz katerega se je kasneje razvila slavna moskovska šola matematike. Kmalu se je seminarja prijelo ime Lusitanija, a ni povsem jasno, kako je do poimenovanja prišlo, zelo verjetno pa gre za izpeljanko iz Luzinovega priimka.

Ozko jedro članov seminarja je delovalo kot nekakšna skrivna druščina. Posebnost je bila tudi, da so bili nekateri člani še zelo mladi. Kasneje zelo znani matematik Andrej Kolmogorov se je seminarju pridružil pri sedemnajstih, nekateri drugi pa celo že pri petnajstih. Seminar so vseskozi obiskovale tudi študentke, med katerimi je verjetno najbolj znana Nina Bari, ki se je pridružila matematikom pri sedemnajstih, kasneje pa je bila prva ženska, ki je doktorirala na moskovski univerzi.

Značilnost Lusitanije je bila tudi, da razredi, v katerih so se sestajali, pogosto niso bili ogrevani. Rektor je moskovske univerze je izdal navodilo, da predavanja odpadejo samo v primeru, če je v razredu temperatura manj kot pet stopinj pod lediščem. Vendar so bili člani seminarja tako zagreti za matematiko, da so v razredu vztrajali tudi, ko je bila temperatura še nižja. Na predavanja so tako prihajali v debelih kožuhih in budno spremljali obraze drug drugega. Če so se pri kom začele pojavljati bele liste, so ga takoj zmasirali in ogreli, da ni dobil ozeblin. Da bi se občasno ogreli, so v hodnik pred predavalnico nanosili sneg in ga polili z vodo, tako da so imeli na matematičnem oddelku v drugem nadstropju zgradbe pravo drsališče.

Vendar bistvena težava matematikov nista bila mraz in lakota, ampak politične čistke, ki so kosile tudi po univerzi in inštitutih. Matematiki so imeli to srečo, da sta jim za delo zadostovala že svinčnik in papir, prav tako pa so se ukvarjali s tako abstraktnimi vprašanji, da jih nihče razen njih samih sploh ni razumel. Matematiki so se tako zavili v molk in v slonokoščenem stolpu razvijali svoje teorije, kar se jim je nekaj časa obrestovalo, saj se jih čistke niso dotaknile. Ko so prišli na oblast komunisti, Luzin in Egorov pred študenti nista več omenjala religije, a sta skozi odnos do matematike ohranjala filozofijo, ki sta jo razvila skozi analogije z religijo.

Matematika v času stalinizma

Vendar so bili med militantnimi stalinisti tudi nekateri matematiki, ki so vsaj približno razumeli, s čim se ukvarjata Egorov in Luzin s svojimi mladimi študenti. Ernest Kolman je bil sicer zelo razgledan znanstvenik, ki je študiral v tujini in napisal tudi nekaj vplivnih knjig o zgodovini znanosti in matematike, a v revolucionarnih časih se je izkazal za pravo pošast. Z raznimi stalinističnimi prijemi je pritisnil tudi na oba matematika. Egorova so kmalu zaprli z obtožbo, da je pomešal matematiko in religijo ter sodeloval v kontrarevolucionarni organizaciji. Ker mu v zaporu niso dovolili meditativno moliti, kot so to počeli člani heretične sekte, je začel gladovno stavkati in za posledicami podhranjenosti tudi umrl.

Luzin je svojo vero bolj skrbno skrival, zato je bil za Kolmana trši oreh. A so ga leta 1936 ujeli na banalni napaki. Da bi ustregel novi oblasti, je hodil tudi po šolah in predaval o matematiki. Kolman je ob enem od takšnih obiskov na šolo poslal tudi novinarja, ki je Luzina zaprosil, da o dogodku napiše članek za časopis. Luzin je v sestavku zelo pohvali šolarje, da so res dobri v matematiki, kar pa ga je skoraj stalo glavo. Kolman ga je namreč poklical na zagovor, saj je izvedel, da je bilo znanje učencev v resnici zelo slabo. Luzina je obtožil, da poskuša z lažno hvalo oslabiti sovjetski šolski sistem.

Pri akademiji, katere član je bil Luzin, so morali ustanoviti posebno komisijo, ki naj bi preučila Luzinovo delo. Čeprav je bilo povsem samoumevno, da bo Luzin končal v zaporu in bil nato zelo verjetno ustreljen, pa se je zgodil nepričakovani zasuk. Po posredovanju samega Stalina so ga izpustili. Šele več kot pol stoletja kasneje se je izvedelo, da je bil za Luzinovo izpustitev zaslužen nobelovec za fiziko Peter Kapitsa. Poslal je zaupno pismo Molotovu, ta pa ga je nato izročil Stalinu. V njem je zapisal, da ne pozna obtožb proti Luzinu, a se mu zdi, da bi bilo škoda, če se Rusija odpove takšnemu talentu. Zapisal je tudi, da je bil Newton verski fanatik, pa bi ga bilo vseeno škoda onesposobiti. Skupaj je Kapitsa napisal več kot sto takšnih pisem Stalinu, Molotovu in še nekaterim drugim veljakom. Pri mnogih pozivih je bil presenetljivo uspešen.

Sašo Dolenc

IgNobelove nagrade - leto 2009

Fri, 02 Oct 2009 16:35:04 +0200

Teden dni pred začetkom razglasitev pravih Nobelovih nagrad v Stockholmu že tradicionalno na drugi strani oceana, na Harvardski univerzi, razglasijo dobitnike antinobelovih nagrad - IgNobelov. IgNobelovci naj bi s svojimi izsledki in dejanji izzvali najprej smeh, a nato tudi vzpodbudili razmišljanje. Znanstveno raziskovanje v svoji najbolj prvinsko odštekani verziji... In kdo so letošnji dobitniki?

nagrada za veterino/medicino: Catherine Douglas in Peter Rowlinson z Newcastle University's school of agriculture sta si razdelila nagrado za preboj na področju kmetijstva z odkritjem, da krave, ki jih poimenujemo, proizvedejo več mleka. Liska bo tako v povprečju bolj produktivna kot anonimna "mlekarica" iste pasme. "To je vrhunec moje kariere" je dejala Douglasova. "Izsledki so zabavali javnost, a raziskava sama se je lotila resnega problema, namreč počutja živali. Kažejo tudi na to, kako lahko enostavno zmanjšamo stres pri govedu.
nagrada za mir: Dobili so jo Stephan Bolliger in sodelavci z Univerze v Bernu za raziskavo o tem, ali je bolje, da vas po glavi mahnejo s polno ali prazno steklenico piva. "Prazna steklenica piva je trdnejša", so ugotovili raziskovalci. "Vendar pa vam tako prazna kot polna steklenica teoretično lahko počita lobanjo."
nagrada za javno zdravstveno varstvo: Dobitnica je Elena Bodnar iz Hinsdale, Illinois, ker je patentirala nedrček, ki ga lahko spremenimo v par plinskih mask - ena za lastnico in ena za dodatnega srečneža. "Idejo sem dobila zaradi Černobilske jedrske nesreče. Na ta način so plinske maske na voljo v vsakem primeru," je povedala Elena Bodnar, sicer priseljenka iz Ukrajine.
nagrada za medicino: Gre Donaldu Ungerju iz Thousand Oaks, Kalifornija, ki je 60 let dnevno pokal členke na levi roki, a nikoli na desni, da bi preveril ali pokanje s členki povzroča artritis. Triinosemdesetlenik je dejal: " Po 60 letih pokanja s členki leve roke ni niti sledu artritisa. Pogledal sem k nebu in dejal: Mati, motila si se, motila si se, motila si se."
nagrada za kemijo: Delijo si jo Javier Morales in sodelavci z Universidad Autónoma de Nuevo León iz Mehike ker so pretvorili tekilo v diamante. O tem pomembnem dosežku smo tedaj poročali tudi na Kvarkadabri (http://www.kvarkadabra.net/article.php/Diamanti_iz_tekile)
nagrada za fiziko: Za podrobno pojasnilo zakaj se nosečnice ne prevrnejo jo prejme Katherine Whitcome z University of Cincinnati in sodelavci. Whticomeova je pojasnila, " Nosečnost predstavlja velik izziv za žensko telo. Izkazalo se je, da sta povečana ukrivljenost in okrepitev spodnjega dela hrbtenice glavna dejavnika, ki omogočata običajno okretnost med nosečnostjo.
nagrada za biologijo: Prejela jo je skupina raziskovalcev Fumiaki Taguchi, Song Guofu in Zhang Guanglei s Kitasato University graduate school of medical sciences in Japan, ki je dokazala, da lahko do 90% zmanjšamo količino kuhinjskih odpadkov z uporabo bakterij, ki so jih izločili iz pandinih iztrebkov. Taguchi predvideva, da so bakterije, ki jih najdemo v pandinih iztrebkih, zato tako uspešne, ker pomagajo pandi razgrajevati bambus.
nagrada za matematiko: Prejme jo Gideon Gono, guverner centralne banke Zimbabveja, ker je omogočil ljudem vsakodnevno srečevanje s celo množico števil. Gono je namreč ukazal, naj natisnejo bankovce z denominacijami od enega centa do sto milijard dolarjev.
nagrada za literaturo: Dobila ga je kar celotna policija Irske, ker je več kot 50 prometnih prekrškov izstavila enemu samemu človeku, očitno najbolj vztrajnem kršitelju na Irskem, gospodu Prawo Jazdy. Nerodno je le, da Prawo Jazdy po poljsko pomeni "vozniško dovoljenje". Preiskava je pokazala, da so policisti napačno prepisali podatke z vozniških dovoljenj poljskih voznikov.
nagrada za ekonomijo: Prejeli so jo direktorji in revizorji islandskih bank: Kaupthing bank, Landsbanki, Glitnir bank in Central Bank of Iceland, ker so "dokazali da lahko majcene banke na hitro spremenijo v ogromne banke in obratno, in ker so pokazali, da lahko nekaj podobnega storijo s celotnimi ekonomijami držav."

Zakaj smo ljudje izvrstni bralci

Sun, 27 Sep 2009 21:17:57 +0200

Branje in pisanje sta razmeroma nedavna iznajdba človeštva, saj nista starejši od nekaj tisoč let, v mnogih predelih sveta pa sta še bistveno mlajši. Ljudje beremo in pišemo z lahkoto in povsem spontano, hkrati pa uporabljamo za izvajanje teh opravil enake oči in možgane, kot so jih imeli že naši daljni nepismeni predniki. Ker vemo, da se naši možgani v procesu evolucije niso namensko razvili za to opravilo, sicer bi znali brati in pisati že praljudje, se razumevanja tega, zakaj smo tako dobri bralci in pisci, drži nekakšen paradoks.

Za branje je značilno, da se v resnici sploh ne zavedamo zaznavanja posameznih črk, ampak se nam zapisane besede in stavki spontano pretvarjajo v miselne podobe. Ko beremo dobro napisan roman, se povsem vživimo v dogajanje, tako da se nam dogodki odvijajo pred očmi, kot bi gledali film. Seveda je pri dobri knjigi pomemben tudi zven zaporedja besed, ki dodatno pripomore k vzpostavitvi pravega vzdušja, a ključno pri vsem je, da se vse to dogaja povsem spontano, ne da bi se nam bilo treba zavestno truditi. Kot bralci se ne zavedamo, da naše oči zaznavajo le zaporedje znakov, ki jih nato možgani sproti pretvarjajo v pomen. Zdi se nam, kot da bi nam pisatelj neposredno šepetal v uho.

Sporazumevanje z govorom se je pri ljudeh razvilo postopoma z evolucijo, tako da smo za pogovarjanje prilagojeni že povsem naravno, a za pisanje in branje to ne velja. Ameriški znanstvenik Mark Changizi v svoji zadnji knjigi The Vision Revolution: How the Latest Research Overturns Everything We Thought We Knew About Human Vision (Benbella Books, 2009) med drugim obravnava tudi omenjeni paradoks prilagoditve ljudi za branje.

Otroške risbice kot zametki pisave

Raziskovalka psihologije otrok Rhoda Kellogg je sredi 20. stoletja ugotovila, da majhni otroci v različnih kulturah na raznih koncih sveta v istem starostnem obdobju rišejo podobne risbice. Ker se ljudje evolucijsko gotovo nismo razvili za to, da bi dobro risali, kažejo po mnenju Changizija takšna spoznanja predvsem na to, da otroci univerzalno odkrivajo, kako čim bolj uspešno komunicirati z uporabo svinčnika in papirja. Otroci z risanjem ustvarjajo znake, ki jih dojemajo kot vizualne podobe, s katerimi simbolizirajo posamezne predmete v svoji okolici.

Otroške risbe so predvsem zgodbe, ki jih otroci zapisujejo s pomočjo grafičnih znakov, ki jih znajo narisati v posameznem obdobju svojega razvoja. Čeprav se nam zdi, da so vizualni simboli oziroma stilizirane podobe predmetov in živali predvsem odsev tega, kar v resnici vidimo, nas podrobnejša analiza prepriča, da so te podobe močno kulturno pogojene. Če narišemo stilizirano muco ali kužka, se nam zdi, da smo zajeli bistvo njegovega videza, a že primerjava s podobnimi stiliziranimi živalmi iz vzhodnih kultur nam pokaže, da gre bolj za kulturne konvencije kot za fotografsko ponazoritev tega, kar zaznajo naše oči.

Changizi ilustrira to kulturno pogojenost simbolov, ki naj bi odražali dejanski videz sveta, s primerom oglašanja žabe. V naši kulturi kvakanje žabe ponazorimo z besedama "kvak kvak", medtem kot isti naravni zvok Kitajci opišejo kot "guo guo", Američani "ribbit", Argentinci "berp" in Turki "vrak vrak". "Kvak" je le simbol za oglašanje žabe in ne resnični poskus, da bi sam zvok, ki prihaja iz žabe, dejansko ponovili. Podobno so tudi otroške risbice predvsem simboli in ne poskusi, da bi dejansko odslikavale videz predmetov resničnega sveta.

Otroške risbe so poskus, kako zapisati zgodbe s pomočjo grafičnih simbolov. So stilizirane verzije dejanskega videza predmetov in podobno kot televizijske risanke, ki so nekakšna nadgradnja otroških risbic, otrokom bolj ustrezajo za prenašanje zgodbe kot posnetki dejanskega sveta.

Vendar komunikacija z grafičnimi simboli, ki jo razvijejo otroci v svojih risbah, ni ravno učinkovita. Težava takšnega zapisa je namreč, da ni dovolj bogat, da bi z njim lahko predstavili vso raznolikost besed, ki jih govorimo. Za učinkovito sporazumevanje bi potrebovali nekaj deset tisoč različnih simbolov, kar pa je v praksi skorajda neizvedljivo. Dodatna težava je tudi, da naš vizualni sistem podobe analizira v več zaporednih stopnjah. Možgani podobe najprej analizirajo na ravni preprostih oblik oziroma likovnih elementov, nato se osredotočijo na odnose med temi elementi in šele na koncu iz teh delnih analiz sestavijo predmete, ki se jih dejansko zavemo.

Mehanizem prepoznavanja predmetov

Ljudje imamo po svoji naravi zelo dobro razvit mehanizem za prepoznavanje predmetov. Naši možgani so se razvili tako, da lahko učinkovito prepoznavajo zunanji svet. Vse, kar zaznamo, poskušajo možgani spontano interpretirati kot katerega od že poznanih predmetov. Čeprav v procesu zaznave možgani sprva analizirajo posamezne likovne elemente, kot so obrisi mej med posameznimi oblikami, se tega ne zavemo, ampak dojamemo šele dokončno prepoznan predmet.

Po prepričanju Changizija deluje pisava prav na osnovi naravnega mehanizma, s pomočjo katerega učinkovito zaznavamo predmete. Črke različnih pisav so nastale tako, da čim bolj ustrezajo temeljnim likovnim elementom, ki jih naši možgani uporabljajo za prepoznavanje predmetov in njihove medsebojne lege. Črke so za možgane nekaj podobnega, kot so deli predmetov, na osnovi katerih analizirajo okolico.

Besede in stavki so za možgane analogni predmetom, saj jih naš naravni mehanizem podobno kot predmete dojema kot celote. Posamezne črke pa so kot robovi objektov, ki jih morajo možgani analizirati in povezati s pravim pomenom. Podobno kot se analize delov predmetov ne zavedamo, se tudi prepoznavanja posameznih črk ne, ampak dojemamo ob branju neposredno pomene besed. Zapisane besede so na tak način prilagojene naši naravni sposobnosti, da učinkovito prepoznavamo predmete v svoji okolici. Dobra pisava mora biti torej takšna, da jo sistem za prepoznavanje objektov čim lažje obravnava. Pisava prvenstveno ni prilagojena temu, da bi jo bilo čim bolj preprosto zapisovati, ampak je prilagojena predvsem očesu in sistemu za analizo tega, kar vidimo.

Oblike črk niso povsem poljubne

Če morajo biti zapisane besede sestavljene iz več simbolov in bi radi, da bi bile videti kot predmeti, morajo posamezni simboli ponazarjati dele predmetov. Večina sveta danes uporablja zapis, ki sledi govorjeni besedi. Tako potrebujemo bistveno manj simbolov, saj je različnih fonemov oziroma glasov posameznega jezika običajno nekaj deset in približno ustrezajo črkam abecede.

Črke tako niso nič drugega kot stilizirani deli objektov, ki jih najbolj pogosto spontano uporabljamo za prepoznavanje posameznih predmetov. Robovi predmetov in njihovo prekrivanje imajo običajno obliko črk T, L in K. Ker so predmeti našega vsakdana praviloma neprosojni, se oblika X pojavi zelo redko, zato je črka X tudi v pisavah manj pogosta.

Changizi je analiziral vse mogoče oblike pisav, ki jih je lahko našel v zgodovini različnih kultur po svetu. Prišel je do ugotovitve, da so nekatere temeljne strukture vseh pisav podobne in tako univerzalne za vse človeštvo. Ugotovil je, da so pogostejše oblike v naravi bolj množično zastopane tudi med človeškimi vizualnimi simboli.

Poigraval se je tudi z idejo, kako bi lahko velik potencial možganov, ki ga uporabljamo za analizo vizualnega zaznavanja, uporabili še za kak drug namen. Predmete v okolici prepoznavamo povsem spontano in brez truda, medtem ko se moramo za reševanje katerih drugih nalog bistveno bolj potruditi. Kaj ne bi bilo idealno, če bi lahko težak matematični problem preoblikovali v slikovno obliko, ki bi jo nato le pogledali in že bi videli rešitev. Prav na tej sposobnosti ljudi, da z lahkoto prepoznamo tudi zelo razmazane in skrivenčene črke, temelji vsem znano preverjanje identitete na internetu, imenovano CAPTCHA. Za lastnika spletnega časopisa je namreč pomembno, da lahko razloči, ali poskuša komentar na spletni strani v resnici objaviti človek ali pa gre morda za robota, ki želi pod besedilo nalepiti le reklamo ali kakšno podobno internetno smet.

Sašo Dolenc

Kvantna prepletenost na preizkušnji

Sun, 30 Aug 2009 09:08:50 +0200

Upam, da imate redno zaposlitev, je bilo eno prvih vprašanj, ki jih je britanski fizik John Bell zastavil mlademu francoskemu kolegu Alainu Aspectu (na sliki levo), ko ga je obiskal v laboratorijih Cern pri Ženevi. Aspect si je namreč zadal nalogo, da bo za svoj doktorat eksperimentalno preveril enačbo, ki sega v samo jedro kvantne fizike, sredi šestdesetih let dvajsetega stoletja pa jo je teoretično izpeljal prav Bell.

Nespodobne raziskave

V začetku osemdesetih let, ko se je Aspect pripravljal, da bo izvedel svoj danes zelo slaven eksperiment, je med fiziki še vedno veljalo prepričanje, da vprašanja razumevanja oziroma interpretacije dejanskega dogajanja v svetu atomskih delcev niso na ravni tega, s čimer naj bi se ukvarjal pravi znanstvenik. Ker se je večina strokovnjakov strinjala, da eksperimentalno ni več mogoče pomembno napredovati pri razumevanju obnašanja kvantnih delcev, so to problematiko porinili na stran in jo razglasili za "filozofijo". Razširilo se je nekakšno pragmatično prepričanje, da je razumevanje kvantne fizike sicer zelo težavno, a po nekaj letih dela v laboratoriju se preprosto navadiš, da pripravljaš valove in meriš delce.

Ko fiziki nekaj razglasijo za "filozofijo", se s tem problemom vsaj v okviru rednega službenega dela na inštitutu ni varno ukvarjati, saj si lahko ogrozite kariero. Bell je to dobro vedel, saj je sam podnevi opravljal delo "običajnega" teoretičnega fizika v centru za raziskave osnovnih delcev Cern, ponoči pa se je ljubiteljsko ukvarjal s problemi temeljev kvantne fizike.

K sreči je imel Alain Aspect takrat že zaposlitev za nedoločen čas, tako da ni bilo bojazni, da bi pristal na cesti, izobčen iz srenje "pravih" znanstvenikov. Vseeno pa je tvegal, da ga bodo ob morebitnem neuspehu eksperimenta kolegi zasmehovali.

Kako obrobna so se nekoč fizikom zdela vprašanja o temeljih kvantne fizike, priča tudi dejstvo, da je Bell svoj prelomni članek, v katerem je predstavil možnost, kako bi lahko eksperimentalno preverili, ali je kvantna fizika res "bolj čudaška", kot je domneval Einstein, objavil v zelo obskurni reviji, ki je izšla vsega štirikrat. V njem je pokazal, da če vzamemo zares Einsteinove predpostavke, kaj naj bi vse veljalo za svet atomov, da bi ga lahko pripoznali za resničnega, potem morajo opazovanja posebej pripravljenih parov kvantnih delcev zadovoljiti enačbo, ki se je je prijelo ime Bellova neenakost.

Bellov članek ob objavi ni vzbudil pretiranega zanimanja med fiziki. Deloma tudi zato, ker je bil tehnično zahteven za razumevanje, tako da je preteklo kar nekaj časa, preden so ga dojeli drugi znanstveniki, ki so se prav tako ljubiteljsko ukvarjali s temelji kvantne fizike. Majhna skupina ameriških fizikov je sčasoma predlagala konkretno zastavitev eksperimenta, s katerim bi preverili veljavnost Bellove neenačbe. Težava pa je bila, da je bilo takšen eksperiment zelo težko izvesti. Še težje pa je bilo zadostiti strogim pogojem, ki bi o veljavnosti rezultatov eksperimenta prepričali tudi največje skeptike.

Američani so v sedemdesetih letih izvedli nekaj poskusov, s katerimi so preverjali veljavnost Bellove neenakosti, a ti niso bili dovolj strogo zastavljeni, da bi resnično pomenili preboj v razumevanju kvantnega sveta. Šele mladi Aspect je v Parizu sestavil dovolj natančno napravo, da je končno večina fizikov sprejela rezultate, in od tedaj naprej velja, da je Bellova neenakost kršena oziroma da Einstein ni imel prav, ko je vztrajal pri trditvi, da do skrivnostnega trenutnega usklajevanja na daljavo med kvantnimi delci ne more priti.

Skrivnostni svet kvantov

Bellova neenačba, ki je postala temelj za eksperimentalno preverjanje tega, ali je kvantni svet res tako "čudaški" ali pa samo še ne vemo dovolj o njegovi naravi, je temeljila na nekakšni posplošitvi Einsteinovega zadnjega ugovora glede popolnosti kvantne fizike, ki ga je s kolegoma Borisom Podolskym in Nathanom Rosenom objavil leta 1935. V tem članku je obravnaval miselni eksperiment, v katerem nastopata dva delca, ki nastaneta pri kvantnem procesu in za katera kvantna teorija napove, da imata povezane lastnosti. Za lažjo predstavo delca spremenimo v dva možička in povejmo, da kvantna fizika določa, da če izmerimo, da prvi možiček stoji na nogah, mora drugi obvezno stati na glavi. Velja pravilo, da eden stoji na glavi in drugi na nogah, nikakor pa ne oba na glavi ali oba na nogah.

Ker takšna delca letita daleč stran v nasprotne strani od kraja, kjer sta nastala, lahko njuno stanje izmerimo tudi, že ko sta več kilometrov narazen. Einsteina je pri tem najbolj motilo določilo kvantne mehanike, ki pravi, da se šele v trenutku meritve za posamezni delec določi, ali stoji na glavi ali na nogah. Pred meritvijo po določilih kvantne fizike oba delca opisuje skupna valovna funkcija, ki določa le, da oba ne moreta stati na glavi ali na nogah. Ker je eno od osnovnih določil Einsteinove teorije relativnosti, da informacija ne more potovati hitreje od svetlobne hitrosti, je Einstein sklepal, da mora biti s takšnim opisom situacije, kot ga podaja kvantna fizika, nekaj narobe. Po klasični kvantni interpretaciji bi se namreč, ko bi izmerili, da prvi delec stoji na glavi, informacija v trenutku prenesla na drugi delec, tudi če bi bil ta svetlobna leta daleč.

Žal pa v Einsteinovem času nihče ni poznal načina, kako bi lahko takšne pojave tudi eksperimentalno preverili. Zato je preteklo kar nekaj let, preden je John Bell prišel do ugotovitve, kako bi z analizo velikega števila zaporednih meritev tako pripravljenih parov delcev ugotovili, ali se informacija res prenese v trenutku ali pa je morda zadaj kak nam nepoznan mehanizem, ki ga moramo še odkriti, kot je domneval Einstein.

Aspect se je pri postavitvi eksperimenta zelo trudil, da bi se ustrezno spopadel tudi s standardnim ugovorom, po katerem naj bi se oba delca že ob nastanku domenila, kdo stoji na glavi in kdo na nogah. To je storil tako, da je smer, v kateri bo meril stanje posameznega delca, določal sproti in povsem naključno. Prav tako je smer menjal tako hitro, da je bila ta na mestu meritve že drugačna kot v trenutku, ko sta se delca odpravila na pot.

Ker je izvedel svoje eksperimente res zelo skrbno, so fiziki ob predstavitvi rezultatov dokončno spoznali, da je kvantni svet nelokalen, kar strokovno pomeni, da se prepleteni kvantni delci, ki nastanejo v določenih procesih, lahko nekako uskladijo v trenutku in na velike razdalje.

Eksperiment prepričal tudi Feynmana

Leta 1984 je Alain Aspect rezultate svojih eksperimentov predstavil na fizikalnem seminarju Kalifornijskega inštituta za tehnologijo (Caltech). Med poslušalci je bil tudi zelo slaven ameriški fizik Richard Feynman, ki je dobil Nobelovo nagrado prav za svoja odkritja na področju kvantne fizike. Feynman je bil znan tudi po svojih izredno zanimivih predavanjih, na katerih je znal zelo nazorno predstaviti najbolj zapletene probleme moderne fizike. Prav tako je veljal za trdnega zagovornika stališča, po katerem je kvantna fizika sicer res čudna, a da s tem ni nič narobe.

John Clauser, ki se je prav tako veliko ukvarjal s poskusi eksperimentalnega preverjanja Bellove neenakosti, je nekoč potožil, da je svoje načrte poskušal predstaviti svojemu nekdanjemu profesorju Feynmanu, a ta sploh ni hotel poslušati, ampak ga je kar nagnal iz pisarne. Po seznanitvi z rezultati Aspectovih eksperimentov se je tudi Feynman omehčal in spoznal, da gre tudi na tem področju fizike za zanimivo in povsem legitimno raziskovanje, ki odpira povsem nove svetove in tudi možnosti za praktične aplikacije.

Danes veljajo Bell, Aspect in drugi fiziki, ki so od sredine šestdesetih let bolj na skrivaj raziskovali temelje kvantne fizike, za junake tako imenovane druge kvantne revolucije. Prav rezultati dela teh pionirjev novih pristopov k raziskovanju sveta atomskih delcev so danes temelj obsežnih raziskovalnih področij fizike, ki se ukvarjajo s področji kvantne informacije, kvantnega računalništva in eksperimentov s posameznimi kvantnimi delci.

Sašo Dolenc

Kaj lahko vemo o svetu atomov

Sun, 16 Aug 2009 08:59:56 +0200

Konec aprila 1926 je imel tedaj komaj petindvajsetletni Werner Heisenberg predavanje na prestižnem fizikalnem kolokviju Univerze v Berlinu. Naslov njegovega govora je privabil vse ugledne nemške fizike tistega časa, med drugim tudi takrat že zelo slavnega Alberta Einsteina. Mladi fizik je pred zahtevno publiko predstavil novo fizikalno teorijo o obnašanju atomskih delcev, ki jo je nedavno odkril v sodelovanju s prav tako še zelo mladimi kolegi. Čeprav so vsi z zanimanjem poslušali, kakšno teorijo so postavili mladi znanstveniki, je bilo predavanje vseeno dokaj nenavadno.

V tistem času so fiziki veliko razpravljali o problemu, kako razumeti nenavadno dogajanje v svetu mikroskopsko majhnih delcev, ko se ti enkrat obnašajo kot običajni delci, drugič kot valovanje. Kako si predstavljati to nenavadno dvojno naravo atomskih delcev, je bilo vprašanje, na katerega nihče ni znal zadovoljivo odgovoriti. Nenavadno pri Heisenbergovem predavanju pa je bilo, da se je mladi fizik vseskozi zelo trudil, da niti z besedo ne bi omenil tega, kar naj bi se dejansko dogajalo v samih atomih. Strogo se je omejil le na prikaz matematične teorije, kako izračunati napovedi rezultatov eksperimentov z atomi, pojasnila tega, kaj se dejansko odvija v svetu atomov, pa ni podal. Tudi sam namreč ni poznal odgovora na pereča vprašanja takratne fizike, iznašel je le način, kako izračunati napovedi za rezultate eksperimentov z atomskimi delci.

Po predavanju je k mlademu fiziku pristopil sam Einstein in ga povabil, da ga spremi na poti do doma. Heisenberg je bil seveda nad ponudbo navdušen. Prepričan je bil namreč, da bo Einstein z njegovim pristopom k problemu kvantne fizike, kot so to področje znanosti strokovno poimenovali, zelo zadovoljen, saj se je tudi sam oprijel podobnega pristopa, ko se je ukvarjal s svojo teorijo relativnosti. Tako kot se Heisenberg namenoma ni spraševal, kaj se dejansko dogaja v atomih, ampak se je omejil le na tisto, kar lahko o dogajanju v atomih izmeri in izračuna, se je pred nekaj desetletji Einstein pri vprašanju obravnave prostora in časa sistematično omejil le na to, kar lahko odčita na posamezni uri oziroma neposredno izmeri, globlje vprašanje, kaj dejansko sta čas in prostor, pa je pustil ob strani.

"Šele teorija odloča o tem, kaj se da opazovati"

Z inovativnim pristopom, pri katerem se je omejil le na tisto, kar je mogoče dejansko izmeriti, druga vprašanja pa je začasno odmislil, je Einsteinu uspelo izvesti pravo revolucijo v fiziki in povsem na novo definirati razpravo o naravi prostora, časa, energije in materije. Heisenberg se je nadejal, da bo s svojo aplikacijo te metode tudi na svet kvantnih delcev prišel do podobnega preboja v razumevanju narave kot njegov veliki vzornik v začetku dvajsetega stoletja.

A presenetljivo se Einstein s Heisenbergovo idejo, da se ne ukvarja s postavljanjem modelov tega, kar se v resnici dogaja v svetu atomov, ampak se omeji le na tisto, kar lahko dejansko opazuje, ni strinjal. Zanimivo pa njegovi pomisleki niso izvirali iz bojazni, da zgolj matematična teorija dejansko dogajanje v naravi premalo pojasni, ampak da mora tudi opiranje zgolj na čutne vtise, ki so nam neposredno dostopni, še zmeraj uporabiti marsikatero drugo znanstveno teorijo, da lahko denimo premik nekega števca na merilnem inštrumentu sploh razumemo kot trčenje atomskega delca v ta inštrument. Einstein je trdil, da smo vedno že primorani uporabljati najrazličnejše teorije pri pojasnjevanju tudi povsem neposrednih čutnih vtisov, zato česa takega, kot so neposredna, od teorije povsem neodvisna opazovanja sveta, ni.

Kot je kasneje v svojih spominih zapisal Heisenberg, je Einstein med drugim izrekel tudi naslednje besede: "Z načelnega stališča pa je čisto napačno, če hočemo kako teorijo utemeljiti samo na količinah, ki se dajo opazovati. V resnici je namreč ravno nasprotno. Šele teorija odloča o tem, kaj se da opazovati. /…/ Samo teorija, se pravi poznavanje naravnih zakonitosti, nam torej dopušča, da s čutnega vtisa sklepamo na dogodek, iz katerega vtis izvira."

Heisenberg je sicer branil svojo novo kvantno mehaniko, a sta z Einsteinom kmalu prišla do zaključka, da še premalo vesta o dogajanju v svetu atomov, da bi lahko na tej osnovi potegnila kake pomembne zaključke. Očitno je bilo tudi, da se zaradi velike razlike v letih, saj je bil Einstein skoraj dvakrat starejši od Heisenberga, nista mogla povsem sproščeno pogovarjati. V naslednjih letih je tako vodenje razprave o pomembnih problemih, ki jih odpira nova kvantna fizika, od Heisenberga prevzel starejši danski fizik Niels Bohr, ki je bil po letih bliže Einsteinu, prav tako pa je kot ključni akter sam pomembno sodeloval pri odkrivanju nove fizike sveta atomov. Razprava med Einsteinom in Bohrom velja za eno največjih intelektualnih debat dvajsetega stoletja. Trajala je skoraj trideset let, od 5. Solvayeve konference vse do Einsteinove smrti leta 1955.

Einstein je bil nato nekoliko vznemirjen…

Svojo ključno idejo, kako razumeti dogajanje v svetu atomov, je Bohr kolegom predstavil septembra 1927 na kongresu v italijanskem Comu. Einsteina na takratnem srečanju fizikov ni bilo, a v resnici ni veliko zamudil, saj je bilo Bohrovo predavanje po pričevanju navzočih tako zgoščeno, da ga ni nihče prav dobro razumel. Vseeno pa velja danes prav to predavanje za pomemben mejnik v zgodovini fizike, saj je na njem predstavil osrednjo idejo interpretacije kvantne mehanike, ki je še danes zapisana v mnogih učbenikih fizike.

Fizika lahko po Bohru postavlja teorije le o tem, kar lahko o svetu povemo, ne pa tudi o tem, kakšen je svet sam po sebi. Če je Heisenberg sprva puščal povsem ob strani problem, kako si predstavljati dogajanje v svetu atomov, je šel Bohr korak dlje in pokazal, da si lahko ustvarimo dokaj dobro predstavo o dogajanju preprosto tako, da kombiniramo dva nasprotujoča si modela tega, kar se v resnici godi v svetu kvantov. Ključna Bohrova ideja je bila, da dogajanja v svetu atomov ni mogoče pojasniti le z enim samim konsistentnim modelom, ampak da jih je treba uporabiti več.

Einsteinu seveda Bohrova ideja nikakor ni bila všeč, zato si je zadal nalogo, da bo našel protislovje med trditvami nove kvantne fizike in svojo teorijo relativnosti. Takole se dogajanja na 5. Solvayevi konferenci oktobra 1927 v Bruslju spominja Heisenberg: "Vsi smo stanovali v istem hotelu in do najostrejših razprav ni prihajalo v konferenčni dvorani, temveč med obroki v hotelu. /…/ Razpravljanje se je največkrat začelo že zgodaj zjutraj tako, da nam je Einstein pri zajtrku razložil kak nov miselni poskus, ki je po njegovem spodbijal načelo nedoločenosti. Kajpada smo se pri priči lotili analize in na poti do konferenčne dvorane, kjer sem po navadi spremljal Bohra in Einsteina, smo se dokopali do prvega razčiščenja zastavljenega vprašanja in trditve. Čez dan smo se o tem še veliko pogovarjali in navadno smo prišli do večera že tako daleč, da je lahko Niels Bohr pri skupni večerji Einsteinu dokazal, da se tudi pri eksperimentu, ki ga je predložil, ni mogoče ogniti načelu nedoločenosti. Einstein je bil nato nekoliko vznemirjen, ampak že naslednje jutro je imel pri zajtrku pripravljen nov miselni poskus, še bolj zapleten od prejšnjega. Temu poskusu se kajpada zvečer ni godilo nič bolje kot prvemu, in potem se je ta igra nadaljevala še nekaj dni."

Ali lahko o atomih izvemo še kaj več

Na 6. Solvayevo konferenco leta 1930 je Einstein prišel z že vnaprej natančno in podrobno izdelanim miselnim eksperimentom, ki naj bi dokazoval, da je s kvantno mehaniko nekaj narobe. A je Bohr po natančni analizi kmalu ugotovil, da Einstein tokrat ni upošteval učinka svoje lastne splošne teorije relativnosti, zato je bil prepričan, da je našel napako v kvantni fiziki. Če bi upošteval tudi splošno teorijo relativnosti, neskladja ne bi bilo več.

Po tem vnovičnem neuspehu Einstein ni več poskušal dokazovati, da je s kvantno fiziko neposredno kaj narobe, ampak se je problema lotil drugače. Poskušal je pokazati, da je kvantna teorija nepopolna. To z drugimi besedami pomeni, da se bi načeloma dalo o samih atomih povedati več, kot o njih pove kvantna fizika. Pokazati je želel, da imajo atomski delci lastnosti, ki jih kvantna fizika ne zaobjame, a bi jih kaka druga teorija načeloma lahko obravnavala in bi jih lahko tudi izmerili.

Potreboval je kar sedem let, da je našel način, kako bi načeloma lahko dokazal, da je kvantna fizika nepopolna teorija, ki ne zaobjame vseh lastnosti atomskih delcev. Leta 1935 je s kolegoma Borisom Podolskym in Nathanom Rosenom zdaj že v Princetonu v ZDA objavil članek, v katerem je z miselnim eksperimentom dokazoval, da mora narava o sebi vedeti več, kot je obravnavano v enačbah kvantne fizike.

Ko je Bohr izvedel za Einsteinov nov članek, je vse svoje drugo delo takoj spustil iz rok in se z vsemi močmi zakopal v iskanje napake v Einsteinovem miselnem eksperimentu. Čez tri mesece je že izšel članek z Bohrovim odgovorom Einsteinu. Vendar pa se Einstein z Bohrovo obrambo kvantne fizike ni strinjal, tako da je njuna debata na tem mestu začasno zastala. Oba sta bila namreč prepričana, da gre zgolj za "filozofsko" razpravo, a čez nekaj desetletij je neki drug fizik ob prebiranju Einsteinovega članka prišel do ideje, kako bi lahko tudi eksperimentalno preverili, ali je kvantna fizika popolna. To pa je že nova zgodba.

Sašo Dolenc

Pokovka: Ali lahko doma naredimo riževo pokovko?

Wed, 05 Aug 2009 22:48:58 +0200

Priprava pokovke je skrajno preprosta. Koruzo namenjeno za pokovko le dovolj segrejemo v pokritem loncu in že imamo v nekaj minutah pokovko. Nič čudnega torej, da so „kokice“ priljubljena hrana na žurih, ko je potrebno kaj na hitro dati pod zob. Pa si poglejmo zakaj iz koruznega zrna ob segrevanju nastane penasta bela tvorba – pokovka. Nastanek pokovke iz koruze omogočajo naslednje tri lastnosti koruznega zrna:
-prisotnost vlage v zrnih koruze
-koruza vsebuje škrob
-trda lupina zrna

Ko koruzo segrejemo, se vlaga v zrnu segreje čez 100 C. Pri tej temperaturi se voda ob normalnem tlaku upari in s tem razširi. Vendar ji trda lupina koruznega zrna tega ne dopušča, saj le ta zdrži tlak vse tja do okoli 10 barov. Tako se temperatura vodi ujeti v zrnu ob segrevanju še naprej dviguje, tlak v zrnu pa se povečuje. Poleg tega se ob segrevanju škrob spremeni v nekakšen gel, podobno kot ko kuhamo puding s koruznim škrobom. Ko se temperatura povzpne na 180 C, je tlak v zrnu dovolj velik, da se zunanja lupina vda in razpoči. Tedaj se voda ujeta v škrobu končno upari, se zato močno razširi in razpihne želatinast škrob v peno. Ko voda v celoti izpari, se bela snov strdi in obdrži svojo penasto strukturo. Dobili smo pokovko.

A ne nastane iz prav vsakega koruznega zrna pokovka. Pogosto tako na dnu posode ostane več ali manj koruznih zrn, ki se niso spremenila v pokovko, čeprav smo posodo dovolj dolgo segrevali. Kako to? Možni so trije odgovori. Če je poškodovana zunanja lupina, v notranjosti ne more nastati dovolj visok tlak, da bi se zrno razpočilo. Ravno tako se zrno ne razpoči, če je koruza preveč suha, če torej v njej ni dovolj vlage, saj potem ne dobimo dovolj velikega tlaka. Tretja možnost je, da je bila temperatura prenizka (manj kot 150 C) in tako ni prišlo do faznega prehoda.

A dovolj o koruzi. Ali lahko na enak način pripravimo riževo ali pšenično pokovko? Spomnimo se, da potrebujemo dovolj vlage, škroba in trdo zunanjo lupino, da dobimo pokovko. Kupljen riž nima dovolj vlage. Lahko bi ga navlažili s paro in potem razpočili v pečici. Čeprav riž na tak način poči, ni podoben pokovki. Je precej bolj trd in nič kaj penast. Na tak način na primer pripravijo riževe kosmiče „Rice Krispies“.

Več truda je potrebnega za izdelavo ekstrudiranih ali ekspandiranih žitnih izdelkov. To so recimo riževi in koruzni kruhki, riž v priljubljeni Mikado čokoladi z rižem in vsi tisti penasti kosmiči. Riževo in pšenično zrno nimata trdne nepoškodovane lupine, kot jo ima koruza, zato je za izdelavo le teh potrebna tlačna razlika kar 13 barov. Tako potrebujemo dovolj trdno posodo, ki jo lahko segrejemo in nato tudi dovolj na hitro odpremo. Povsem ustrezno tej tehniki pravimo „gun puffing“ (ne vem, če obstaja tehnični izraz v slovenščini, a prosti prevod je „razpihovanje s pištolo“). Za primerjavo, kuhalniki pod pritiskom -“ekonom lonci“- dosežejo le za en bar večji tlak kot je atmosferski (torej skupno dva bara). Postopek izdelave ekstrudiranih ali ekspandiranih žitnih izdelkov je naslednji:

Navlaženo žito vstavijo v posebno posodo.
Posodo močno segrejejo. Ker je le ta dobro zaprta, tlak močno naraste (14 barov).
Posodo nato hipoma odprejo. Tlak v posodi na hitro pade na raven zunanjega tlaka, zaradi česar se žitna zrna v trenutku razpočijo in napihnejo. Ta mini eksplozija mora biti dovolj intenzivna, kar lahko dosežemo ravno z dovolj veliko tlačno razliko.
Tako kot koruzna pokovka, tudi pšenična (ali riževa) pokovka ob razpenjanju „poskoči“. Ob odpiranju se pač odrine od okolice. Zaradi večjih tlačnih razlik in manjših zrn je to pri pšenici še nekoliko bolj izrazito, kar tudi izkoristijo v industrijski proizvodnji. Žitna pokovka se namreč ob odpiranju posode naenkrat izstreli iz same posode, kot bi jo izstrelili iz pištole (od tod tudi ime „gun“ puffing). Razpihnjena zrna ujamejo v posode s krožečim zrakom. Ta zadnji korak je potreben, da se razpihnjena zrna ne pomečkajo in sploščijo, temveč da ohranijo lepo okroglo obliko.

Kot je razvidno iz postopka, pšenična ali riževa pokovka ni ravno stvar za običajni žur. Za razliko od koruzne pokovke je precej bolj enostavno in ceneje napihnjen riž in ostala žita kar kupiti pri najboljšem sosedu ali kje drugje.

(Andreja Mošet Zupan)

Savage Girls and Wild Boys: A History of Feral Children

Fri, 31 Jul 2009 09:19:27 +0200

Resnične zgodbe o nenavadnih usodah otrok, ki so odraščali, ne da bi imeli stik z ljudmi. Nekateri so bili zaprti v samoti majhne sobice ali pa so jih, kot v kaki pravljici, pri življenju ohranjale divje živali. Denimo Ivan Mišukov, ki je leta 1996 pri komaj štirih letih odšel od doma, ker je bilo zanj tam preveč kaotično, saj mati ni znala ustrezno poskrbeti ne zase ne za otroke. Naslednjih nekaj let je živel na moskovskih ulicah in beračil za hrano. Za svojega vodjo ga je presenetljivo sprejel trop potepuških cestnih psov. Prav ti so ga v mrzlih zimah greli, da ni zmrznil, in ga hkrati tudi varovali. Policija se je morala močno potruditi, da ga je po mnogih poskusih uspela spraviti stran od psov. (S.D.)
Savage Girls and Wild Boys: A History of Feral Children
Michael Newton
Faber and Faber, 2003

Negotova prihodnost interneta

Wed, 29 Jul 2009 10:54:28 +0200

Drugega novembra 1988 so se računalniki, povezani v internet, začeli obnašati nenavadno. V njihovem drobovju so se začeli pojavljati dokumenti, za katere njihovi upravitelji niso vedeli, od kod so se vzeli, prav tako pa so se začeli izvajati programčki, ki so požirali procesorski čas in upočasnjevali siceršnje delo, ki so ga računalniki opravljali. Zaskrbljeni sistemski operaterji so začeli svoje naprave odklapljati z interneta in prekinjati izvajanje teh nepovabljenih programov, ki so se kar množili in postajali vse bolj nadležni. Kmalu so ugotovili, da težave povzročajo nekatere programske kode, ki se z enega računalnika prenašajo na drugega. Izkazalo se je, da gre za napad računalniškega črva, ki je že prvi dan svojega širjenja okužil pet do deset odstotkov vseh nekaj deset tisoč takrat na internet povezanih računalnikov, ki so bili nameščeni predvsem po raznih univerzah, inštitutih in podobnih tehnološko naprednih inštitucijah.

Ko so sledili poti širjenja nadležnega črva, so prišli do podiplomskega študenta na univerzi Cornell. Robert Tappan Morris s programom, ki ga je ustvaril in poslal v internet, sicer ni nameraval zavestno povzročati škode, ampak je želel le prešteti, koliko računalnikov je dejansko priključenih na internet. Program naj bi potoval od enega do drugega računalnika in na vsakem pustil neko malo oznako, da bi ob naslednjem obisku vedel, da je konkretni računalnik že preštel. Žal pa se je Morris med programiranjem zmotil. Če bi se program v resnici izvajal tako, kot je bil zamišljen, ga zelo verjetno dolgo časa ne bi nihče opazil, ko bi potoval med računalniki po internetu. Zaradi napake v programski kodi se je začel prekomerno množiti in tako upočasnil računalnike, ki jih je okužil.

Okužba z Morrisovim črvom je doživela veliko medijsko pozornost, kar je pomenilo, da je moral Morris za svoje nepremišljeno dejanje tudi pred sodišče. Postal je eden prvih, ki so ga obsodili po novem zakonu, ki je pokrival področje računalniškega kriminala. Odslužiti je moral štiristo ur družbeno koristnega dela, plačati nekaj čez deset tisoč dolarjev kazni in v preizkusni dobi treh let ni smel zagrešiti nobenega novega zločina. Obsodba ga na srečo ni ovirala v nadaljnji profesionalni karieri, saj je danes profesor prav na prestižni MIT, z računalnika katere je leta 1988 v internet poslal svojega črva. Vmes se je zelo uspešno podal tudi v podjetniške vode. S kolegi so ustanovili računalniško podjetje, ki ga je leta 1998 za skoraj petdeset milijonov dolarjev kupil Yahoo!.

Sterilna in generativna tehnologija

Zgodba o Morrisovem črvu je le ena od mnogih, ki jih v svoji odmevni knjigi The Future of the Internet - And How to Stop It (2008) predstavi Jonathan Zittrain, mladi profesor na ugledni Harvard Law School. V knjigi vpelje zanimivo razlikovanje med sterilno in generativno tehnologijo. Sterilna tehnologija je tista, v katero končni uporabniki ne posegajo oziroma je ne morejo spreminjati, lahko jo le uporabljajo. Večina današnjih tehničnih pripomočkov je te vrste. Pralni stroj mora čim bolj učinkovito prati perilo in če se pokvari, pokličemo serviserja. Nikakor nam ne pade na misel, da bi ga občasno kar sami posodobili, da bi še učinkoviteje pral perilo. Z avtomobili je že nekoliko drugače, saj je manjša popravila ali izboljšave še nedavno lahko vsakdo, ki je imel vsaj malo smisla za tehniko, opravil kar v domači garaži, a tudi današnji avtomobili so že tako izpopolnjeni in polni elektronike, da jih v domači garaži ne moremo več nadgrajevati.

Da bi podrobneje predstavil koncept sterilne tehnologije, Zittrain obnovi še eno zgodbo iz zgodovine računalništva. Obdelava statističnih podatkov pri štetju prebivalstva je pred več kot sto leti trajala zelo dolgo. V ZDA so popis opravljali na deset let in skoraj toliko časa so tudi potrebovali, da so po opravljenem štetju dobili podatke, kakšna je na primer starostna in nacionalna struktura prebivalstva in podobno. Zato je mladi inženir Herman Hollerith prišel na idejo, da bi analiza podatkov lahko potekala bistveno hitreje, če bi štetje nekako avtomatizirali. Za ta namen je razvil posebno napravo, ki je znala iz luknjic na papirnatih karticah prebrati podatke o posameznem prebivalcu države in ustrezno povečati števce v napravi. S svojimi stroji je Hollerith obdelal podatke popisa iz leta 1890 v dobrih dveh letih, kar je bil za tisti čas zelo velik uspeh.

Zanimivo pa je, da Hollerith svoje ideje ni preprosto prodal državi, ampak je naprave, ki jih je razvil, le posojal za kar zajetno mesečno najemnino. S tem je prevzel vso odgovornost za vzdrževanje in izpopolnjevanje svojih strojev. Poslovni model se je izkazal za zelo uspešnega in z novimi produkti za obdelavo podatkov v večjih podjetjih je žel velike poslovne uspehe. Njegovo podjetje je po več združitvah in preureditvah v šestdesetih letih dvajsetega stoletja prevzelo ime IBM in postalo vodilno na področju trženja poslovnih računalniških storitev. Pomembno pri tem pa je, da so vseskozi ohranili enak poslovni model trženja svojih produktov: za mesečno najemnino so posojali svoje naprave, sami pa so prevzeli vse vzdrževanje in usposabljanje ljudi za njihovo uporabo.

Kupec naj ne bo zgolj pasivni uporabnik

Popolno nasprotje sterilne tehnologije, pri kateri ni mišljeno, da kot končni uporabniki vanjo posegamo, je generativna tehnologija, katere osrednji predstavnik je prav osebni računalnik. Ko so se odločili, da bi začeli prodajati poceni računalnike, ki jih lahko vsak zase programira, niti slučajno niso znali predvideti, za kaj vse jih bodo njihovi kupci uporabljali. In prav to je čar generativne tehnologije, saj je krog ljudi, ki inovativno izboljšujejo posamezno napravo in jo prilagajajo za vedno nova opravila, bistveno večji, kot so zgolj razvojni oddelki nekega podjetja, ki proizvaja naprave s področja sterilne tehnologije. Zelo pomembno je tudi, da se pri sterilni tehnologiji razvijejo predvsem aplikacije, ki so tržno zanimive, pri generativni tehnologiji pa ljubitelji razvijajo tudi aplikacije, ki so lahko sprva povsem neuporabne in nihče ne ve vnaprej, ali se jih bo sploh kdaj dalo tržiti.

Seveda ideje osebnih računalnikov, ki jih uporabljamo danes tako za zasebne kot poslovne namene, niso razvili v IBM, ki je bilo takrat vodilno podjetje na področju računalništva. Pravzaprav je bil osebni računalnik nekaj povsem nasprotnega od tistega, kar je s svojim pristopom vseskozi razvijal IBM, ki je dajal v najem končne izdelke, ki so zelo dobro opravljali natančno določene storitve, kot je bila denimo statistična obdelava podatkov ali računovodstvo. Osebni računalniki so bili zgolj škatle z nekaj elektronike in tipkovnico, ki same niso znale še ničesar konkretnega. Nanje je bilo treba naložiti ustrezne programe, s katerimi so se te škatle pretvorile v nadvse uporabne naprave.

Bistvena razlika v primerjavi s ponudbo IBM je bila, da so bili osebni računalniki odprti za programsko in strojno nadgrajevanje. Vsakdo si je lahko namestil programe, ki jih je potreboval, oziroma si sam sprogramiral prav to, kar mu je najbolj ustrezalo. Naj je šlo za pisanje besedil, obdelavo podatkov v preglednicah, izračunavanje kakega matematičnega problema ali krmiljenje proizvodnega procesa - vse je bilo mogoče izvajati z enakimi osebnimi računalniki, le prilagoditi jih je bilo treba za posamezno opravilo, in to je lahko storil vsak sam.

Poleg osebnih računalnikov predstavlja takšno generativno tehnologijo tudi internet. Kot opozarja v svoji knjigi Zittrain, je bistvena nevarnost za prihodnost interneta prav to, da lahko to svojo generativnost kmalu izgubi. Čeprav je generativna tehnologija bistveno bolj inovativna in zato tudi uspešna, so z njo povezane resne težave. Ena večjih je dejstvo, da ideje, ki jih implementirajo njeni uporabniki, niso nujno vedno dobre oziroma so lahko tudi zlonamerne. Programerji lahko naredijo računalniške viruse in črve, ki povzročajo škodo, na internetu smo lahko žrtev najrazličnejših prevar in zasuje nas lahko kopica nezaželene pošte. Kako lahko že majhen programček povzroči težave mnogim računalnikom, ki so priklopljeni na internet, kaže zgodba Morissovega črva.

Zittrain zato pravi, da se nam, če se ne bomo učinkovito spopadli s težavami, ki so nujna posledica odprtosti oziroma generativnosti tehnologije, po kateri deluje internet, kaj lahko zgodi, da bo v prihodnosti internet, kot ga poznamo danes, nadomestilo nekaj drugega, bolj varnega, a zato bistveno bolj kontroliranega in po možnosti v lasti kake multinacionalke. Kot opozarja Zittrain, lahko pod krinko izboljšanja varnosti interneta izgubimo sam internet oziroma vsaj tisto odprtost oziroma generativnost, ki je zanj tako značilna.

Lep primer, v katero smer gre lahko razvoj, sta zelo popularen Applov iPhone in socialno omrežje Facebook. Za obe aplikaciji je značilno, da lahko zanje sami razvijamo programe, a jih moramo pred začetkom uporabe poslati v odobritev Applu oziroma Facebooku. Šele ko jih odobrijo v centrali, si jih lahko naložijo in jih uporabljajo tudi drugi. Programe lahko seveda kadarkoli tudi umaknejo oziroma prepovedo, kar je nekaj, česar uporabniki osebnih računalnikov nikakor nismo vajeni. Zato ni nenavadno, da se je vsaj za iPhone razširila nekakšna subkultura, ki se ji pridružimo tako, da svoj iPhone s posebnim programom odklenemo (jailbreak). Tako lahko nanj naložimo tudi programe, ki jih Apple upravičeno ali neupravičeno noče odobriti in postaviti v svojo trgovino.

Sašo Dolenc