Nauka To Lubię

Oficjalna strona Tomasza Rożka

Tag: człowiek

TworzyMy atmosferę

To my tworzymy atmosferę, którą później oddychamy. Albo – trzeba niestety to przyznać – atmosferę, którą się podtruwamy. Na przełomie jesieni i zimy jakość powietrza w Polsce jest dramatyczna!  

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.

Jakość powietrza na przełomie jesieni i zimy jest najgorsza, bo wtedy powietrze jest wilgotne a szkodliwe cząsteczki mają się o co „zawiesić”. Gdy przychodzi sroga zima zanieczyszczenia są mniej szkodliwe, bo są szybko rozwiewane. W czasie mrozu powietrze jest suche (woda osiada jako szron albo śnieg) a to znaczy, że czystsze.

Kraków – brudne miasto

Dowodów na to, że zatrute powietrze powoduje wiele groźnych chorób jest tak wiele, że aż trudno zrozumieć dlaczego wciąż tak mało energii poświęcamy jego ochronie. Z badań ankietowych wynika, że aż 81 proc. pytanych nie uważa zanieczyszczenia powietrza za problem miejsca w którym mieszka. Fakty są jednak takie, że poziom zanieczyszczenia powietrza w Polsce jest jednym z najwyższych w Unii Europejskiej. Pod względem stężenia pyłu zawieszonego PM10 wywołującego m.in. astmę, alergię i niewydolność układu oddechowego w całej Europie gorsza sytuacja niż w Polsce jest tylko w niektórych częściach Bułgarii. W przypadku pyłu PM2,5 stężenie w polskim powietrzu jest najwyższe spośród wszystkich krajów w Europie, które dostarczyły dane. Podobnie jest ze stężeniem rakotwórczego benzopirenu. Gdy Polskę podzielono na 46 stref w których badano jakość powietrza, okazało się, że aż w 42 poziom benzopirenu był przekroczony. Wczytywanie się w statystyki, liczby, tabelki i wykresy może przyprawić o ból głowy. Okazuje się bowiem, że wśród 10 europejskich miast z najwyższym stężeniem pyłów zawieszonych, aż 6 to miasta polskie; Kraków, Nowy Sącz, Gliwice, Zabrze, Sosnowiec i Katowice. Bezsprzecznym liderem na liście miast z największym zanieczyszczeniem jest od lat Kraków. Tam liczba dni w roku w których normy jakości powietrza są przekroczone wynosi 151. Kraków jest trzecim najbardziej zanieczyszczonym miastem europejskim. Brudne powietrze to nie tylko takie w którym przekroczone są normy stężania pyłów zawieszonych czy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), w tym benzopirenu (te powstają w wyniku niecałkowitego spalania np. drewna, śmieci czy paliw samochodowych). My i nasze dzieci (także te, które jeszcze się nie urodziły) oddychamy tlenkami azotu (główne źródło to spaliny samochodowe), tlenkami siarki (spalanie paliw kopalnych), przynajmniej kilkoma metalami ciężkimi np. kadmem, rtęcią, ołowiem, a także tlenkiem węgla.

Piece i samochody

Źródła poszczególnych zanieczyszczeń występujących w atmosferze są różne, ale w brew pozorom nie są one związane z przemysłem. Głównym ich źródłem jesteśmy my sami, a konkretnie indywidualne ogrzewanie domów i mieszkań oraz transport drogowy. Ponad 49 proc. gospodarstw domowych ma własne piece centralnego ogrzewania. Samo to nie byłoby problemem gdyby nie fakt, że przeważająca większość tych pieców to proste konstrukcje, które można scharakteryzować dwoma określeniami: są wszystkopalne i bardzo mało wydajne. Duża ilość paliwa, którą trzeba zużyć oraz fakt, że często używane jest w nich paliwo niskiej jakości powodują, że duże miasta w Polsce w okresie jesienno – zimowym praktycznie są cały czas zasnute mgłą. Swoje dokładają także samochody. Liczba samochodów osobowych zarejestrowanych w Polsce wynosi 520 pojazdów na 1000 mieszkańców a to więcej niż średnia europejska. Nie jest to bynajmniej powód do dumy. Spory odsetek samochodów na naszych drogach nie zostałby zarejestrowany w innych unijnych krajach. Także ze względu na toksyczność spalin.

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.

O szkodliwości zanieczyszczonego powietrza można by pisać długie elaboraty. W zasadzie nie ma organu, nie ma układu w naszym ciele, który nie byłby uszkadzany przez związki chemiczne zawarte w zanieczyszczeniach. Przyjmuje się, że z powodu zanieczyszczenia powietrza umiera w Polsce ponad 40 tys. osób rocznie. To ponad 12 razy więcej osób niż ginie wskutek wypadków drogowych! Grupami szczególnie narażonymi są dzieci i osoby starsze. Zanieczyszczenia bardzo negatywnie wpływają na rozwój dziecka przed urodzeniem. Prowadzone także w Polsce badania jednoznacznie wskazywały, że dzieci, których matki w okresie ciąży przebywały na terenach o dużym zanieczyszczeniu powietrza, miały mniejszą masę urodzeniową, były bardziej podatne na zapalenia dolnych i górnych dróg oddechowych i nawracające zapalenie płuc w okresie niemowlęcym i późniejszym, a nawet wykazywały gorszy rozwój umysłowy.

To problem każdego!

W sondażu przeprowadzonym na zlecenie Ministerstwa Środowiska w sierpniu 2015 r. czystość powietrza była wymieniana jako jedna z trzech – obok bezpieczeństwa na drogach i poziomu przestępczości – najważniejszych kwestii, od których zależy komfort życia w danej miejscowości. Problem z tym, że większość pytanych nie widzi tego problemu w miejscowości w której mieszka. Temat dla nich istnieje, ale jest abstrakcyjny, mają go inni. Prawda jest inna. Nawet w wypoczynkowych miejscowościach jak Zakopane czy Sopot jakość powietrza jest koszmarna. Tymczasem problem w dużej części można rozwiązać bez dodatkowych inwestycji czy zwiększania rachunki np. za ogrzewanie. Wystarczy zmienić własne nawyki. Kupno węgla o odpowiednich parametrach to pozornie wyższy wydatek. Lepszy węgiel ma jednak wyższą wartość opałową, czyli trzeba go zużyć mniej by wyprodukować podobna ilość ciepła. Nic nie kosztuje dbanie o sprawność domowego pieca przez regularne czyszczenie go. Nic nie kosztuje (można dzięki temu nawet zaoszczędzić), zamiana w mieście samochodu na komunikacje miejską albo rower.

A miejsce śmieci… jest w śmietniku. Inaczej pozostałości z ich spalania, będę kumulowały się w naszych płucach. Polacy w domowych piecach spalają rocznie do 2 mln ton odpadów. W konsekwencji do atmosfery i do naszych płuc trafiają m.in. toksyczne dioksyny, furany, cyjanowodór.

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.

 

Tekst został opublikowany w tygodniku Gość Niedzielny.
2 komentarze do TworzyMy atmosferę

Technologia demencji z pomocą

To, że nasz świat się starzeje wiedzą wszyscy. Ale niewiele osób zdaje sobie sprawę z konsekwencji z jakimi się to wiąże. Przed ogromnymi wyzwaniami stoją służba zdrowia i publiczne usługi.  Ale także system ubezpieczeń społecznych i… architektura.

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.

Każdy chyba intuicyjnie czuje, czym jest tzw. inteligentny dom (mieszkanie). To miejsce – w największym skrócie – które dostosowuje się do człowieka. I to na każdym z możliwych poziomów. Do człowieka i dla człowieka. Inteligentne domy wiążą się z tzw. internetem rzeczy i w przyszłości będą czymś oczywistym nie tylko dla osób starszych. Tyle tylko, że tak jak osoba w pełni sił obejdzie się bez udogodnień w swoim mieszkaniu, tak osoba starsza, z ograniczeniami fizycznymi a czasami także psychicznymi, może mieć z tym problem.

Kilka lat temu pracujący w brytyjskim Uniwersytecie Bath uczeni zabrali się za urządzanie wnętrz. Tym razem zamiast architektów czy dekoratorów pierwsze skrzypce grali jednak inżynierowie i informatycy. I tak powstało być może pierwsze mieszkanie nafaszerowane nowoczesnymi technologiami, które zostało zaprojektowane specjalnie dla osób, które z powodu demencji czy urazów cierpią na zaniki pamięci.

Osoba cierpiąca na zaburzenia pamięci czy ograniczoną zdolność do zapamiętywania informacji jest uzależniona od innych. Ktoś musi przypilnować czy podopieczny sam nie wychodzi z domu (często nie zdając sobie sprawy dokąd się wybiera), sprawdzić czy zamknął okna (szczególnie, gdy na zewnątrz jest zimno) lub czy zgasił światła, gdy idzie spać. Ktoś musi także skontrolować czy wyłączył kuchenkę po podgrzaniu obiadu albo zobaczyć czy nie odkręcił wody nad umywalką w łazience, a potem o tym zapomniał. Te, czy też inne czynności nie są zwykle uciążliwe, ale wymagają przez cały czas obecności innych. Nie zawsze jest to jednak możliwe. Często w takich przypadkach – dla własnego bezpieczeństwa – osoby z zaburzeniami pamięci wysyłane są do domów opieki lub domów spokojnej starości. Tam całodobową opiekę zapewnia im profesjonalna kadra. Ale czy jest ona rzeczywiście zawsze potrzebna ? Na miejsca w tego typu ośrodkach trzeba czasami długo czekać, a biorąc pod uwagę tempo starzenia się społeczeństw, w przyszłości czas oczekiwania może być jeszcze dłuższy. Jest jeszcze coś. Nie ulega wątpliwości, że zmiana miejsca zamieszkania, a przez to także środowiska, czy kręgu znajomych wpływa bardzo niekorzystnie na osoby starsze.

Dlatego powstało pierwsze na świecie mieszkanie przyjazne i bezpieczne dla osób z zaburzeniami pamięci. Zainstalowany w nim system składa się z sensorów, które połączone są w sieć z urządzeniami najczęściej używanymi w gospodarstwie domowym. Do sieci podłączone są także wszystkie włączniki światła oraz urządzenia „mówiące” i wyświetlające komunikaty. Poza tym czujniki umieszczone są w drzwiach wyjściowych i wszystkich oknach. Sercem systemu jest komputer, który analizuje wszystkie dostarczane mu dane. To on decyduje, czy zwrócić się do właściciela mieszkania, czy – szczególnie wtedy gdy kolejne komunikaty nie przynosiły skutku – zadzwonić po pomoc.

Konstruktorzy systemu podkreślają, że dla osób starszych czy z różnego typu urazami równie ważne jak rzeczywista opieka jest poczucie bezpieczeństwa. Pewność, że w razie wypadku odpowiednie służby zostaną automatycznie powiadomione i przyjdą z pomocą. Wielką zaletą zaprojektowanego systemu jest to, że w przyszłości będzie go można zamontować w całości lub w częściach w już istniejących mieszkaniach. Dotychczasowe próby stworzenia „inteligentnych”, naszpikowanych elektroniką domów wiązały się z koniecznością budowy ich od samych niemalże fundamentów. Teraz jest inaczej. Osoba mająca coraz większe problemy z koncentracją będzie mogła zainstalować sobie komponenty systemu w swoim własnym mieszkaniu. Nie będzie się także musiała obawiać generalnego remontu ścian czy okien. Wszystkie urządzenia działają w technologii bezprzewodowej i przekuwanie się przez mury w czasie ich instalacji nie jest konieczne.

Co w takim razie potrafi inteligentne mieszkanie dla osób starszych ? Jednym z największych zagrożeń dla kogoś kto ma kłopoty z koncentracją jest zostawienie włączonej kuchenki elektrycznej lub gazowej. Jeżeli czujniki wykryją taką sytuację zasygnalizują głosowo, że powinna ona zostać wyłączona. Jeżeli pierwsze ostrzeżenie nic nie pomoże, system je powtórzy. Jeżeli nawet to nie da odpowiedniego rezultatu, kuchenka zostanie automatycznie wyłączona. To samo stanie się, gdy włączą się czujniki dymu zainstalowane nad kuchenką. W tym przypadku komputer natychmiast zadzwoni do odpowiednich służb i powiadomi je o zdarzeniu. Cały czas – nawet po wyłączeniu kuchenki – system sprawdza jaka jest temperatura grzejników. Tak długo jak są one gorące, na zainstalowanym nad kuchenką ekranie wyświetlane będzie ostrzeżenie o ryzyku oparzenia. Komputer główny cały czas „wie”, w którym pokoju przebywa właściciel mieszkania. Jeżeli w środku nocy wyjdzie z łóżka i będzie zmierzał w kierunku łazienki, automatycznie zapali się w niej światło. Jeżeli po skorzystaniu z toalety osoba wróci do łóżka, a zapomni zgasić światło – to, po kilku minutach wyłączy się ono samo. Podobnie jak samoczynnie zakręci się kurek z wodą, gdy umywalka czy wanna zostanie w całości napełniona. Gdy w nocy właściciel postanowi pospacerować po swoim mieszkaniu, w pokojach, do których wejdzie, automatycznie będą się włączały światła, a w  tych, z których wyjdzie wyłączały. Oczywiście światła będą też mogły być włączane i wyłączane „ręcznie”. Jeżeli „nocne zwiedzanie” będzie trwało zbyt długo, system przez zamontowane w mieszkaniu głośniki zwróci właścicielowi uwagę, że czas iść już spać. Jeżeli ani ten, ani powtórzony po kilku chwilach komunikat nie odniesie skutku, komputer skontaktuje się telefonicznie z opiekunem. Tak samo zresztą zareaguje, gdy podopieczny o nietypowych (zadanych wcześniej) godzinach otworzy drzwi wejściowe do swojego mieszkania i będzie miał zamiar wyjść na zewnątrz. System poprosi o wejście z powrotem, a jeżeli to nie pomoże, skontaktuje się  z opiekunem.

System można rozbudowywać według potrzeb osoby z niego korzystającej. Komputer będzie przypominał o zażyciu lekarstw zalecanych przez lekarza. O inteligentnym domu możemy mówić wtedy, gdy wszystko co automatyczne, połączone jest w zintegrowany system zarządzania i nadzoru. Gdy właściciel słucha jakiejś muzyki szczególnie często, system wie, że to jego ulubiona. Oczywiście ulubioną (nawet w zależności od pory dnia) można zdefiniować samemu. System też wie, że właściciel lubi kawę rano, ale po południu herbatę. To można także zaprogramować, albo poczekać, aż odpowiedni program sam się tego nauczy. Wiele pomysłów zaprojektowanych z myślą o osobach starszych – nie mam co do tego żadnych wątpliwości – znajdzie powszechne zastosowanie. Jak chociażby system, który z chwilą wyjścia domownika, automatycznie zamknie główny zawód wody i gazu, wyłączy wszystkie zbędne obwody elektryczne i uzbroi alarm. To wszystko może stać się wtedy gdy system czujników sam wykryje, że w domu już nikogo nie ma, albo wtedy gdy domownik na progu zawoła „wychodzę !”. W inteligentnym domu, głosem będzie można załatwić wszystko. Choć to wydaje się być udogodnienie dla wszystkich, dla starszych będzie to szczególnie istotne. Seniorzy często mają kłopoty ze wzrokiem i mniej precyzyjne palce niż osoby młode. Włączanie opcji na panelu czy klawiaturze może być dla nich kłopotliwe.

Co ciekawe, inteligentne domy są nie tylko bardziej przyjazne i bezpieczniejsze, ale także dużo oszczędniejsze w utrzymaniu. Oszczędzają wodę, energię elektryczną, gaz, ale przede wszystkim czas właścicieli. A to znaczy, że są odpowiedzią nie tylko na wyzwanie związane z średnim wiekiem społeczeństw uprzemysłowionych, ale także na wyzwanie związane z ochroną środowiska i oszczędzaniem energii.  

>>> Polub FB.com/NaukaToLubie to miejsce w którym komentuję i popularyzuję naukę.
1 komentarz do Technologia demencji z pomocą

Myśląca maszyna

Na samą myśl o tym, że komputer mógłby myśleć, myślącemu człowiekowi włosy stają dęba. A może wystarczy nauczyć maszynę korzystania z naszych myśli?

Myślenie maszyn to temat, który wywołuje sporo emocji. Czy zbudujemy kiedykolwiek sztuczny mózg? Czy maszyny (komputery, programy) mają świadomość? A może w przyszłości nas zastąpią? Cóż, zastępują już dzisiaj. I dobrze, że zastępują, w końcu po to je budujemy. Czy myślą? Nie da się odpowiedzieć na to pytanie, zanim nie sprecyzujemy dokładnie co to znaczy „myśleć”. Jeżeli oznacza „podejmować decyzje”, to tak, komputery potrafią to robić. Potrafią też się uczyć i wyciągać wnioski z przeszłości. Nie potrafią robić rzeczy abstrakcyjnych. I przede wszystkim nie mają poczucia osobowości, nie mają poczucia swojej odrębności i swoich własnych celów. Owszem maszyny robią wiele rzeczy celowych, ale realizują nie swoje cele, tylko cele konstruktora czy programisty.

Deep brain stimulator.

(credit:  Asylum Entertainment)

Deep brain stimulator.

(credit: Asylum Entertainment)

Łowienie sygnałów

Samoświadomość czy kreatywność wydają się być barierą, która jeszcze długo nie zostanie złamana. To czy powinna być złamana, to zupełnie inny temat. Ale być może nie ma potrzeby na siłę nadawać maszynom cech ludzkich mózgów, może wystarczy w jakiś sposób je z naszymi mózgami zintegrować? Różnice pomiędzy tym, jak działa nasz mózg i „mózg” maszyny są spore. Może warto się zastanowić nad tym, czy maszyna nie mogłaby w pewnym sensie skorzystać z tego co MY mamy w głowie. Ten sam problem można postawić inaczej. Czy nasz mózg jest w stanie dogadać się bezpośrednio z maszyną? Czy jest bezpośrednio w stanie przekazywać jej informacje albo nią sterować?

Słowo „bezpośrednio” ma tutaj kluczowe znaczenie. Nasze mózgi dogadują się z komputerem, ale pomiędzy umysłem a procesorem w maszynie jest cała masa stopni pośrednich. Np. palce piszącego na klawiaturze, sama klawiatura. W końcu język, w którym piszemy komendy (albo tekst). Te stopnie pośrednie powodują, że czas pomiędzy myślą, która zakwita nam w mózgu a jej „materializacją” bywa długi. Każdy stopień pośredni jest potencjalnym miejscem pojawienia się błędu. W końcu ile razy wpisywana przez klawiaturę komenda czy tekst zawierał literówki? Jest jeszcze coś. Nie każdy fizycznie jest w stanie obsługiwać komputer czy jakiekolwiek inne urządzenie elektroniczne. Zwłaszcza dla takich ludzi stworzono interfejs mózg – komputer (IBC). Urządzenie, które pozwala „zsynchronizować” mózg z komputerem, pozwalające wydawać komendy urządzeniom elektronicznym za pomocą fal mózgowych. Dzisiaj z IBC korzystają nie tylko niepełnosprawni, ale także gracze komputerowi. W przyszłości być może będzie to standardowy sposób obsługi elektroniki.

Jak to działa? Komórki nerwowe w mózgu człowieka porozumiewają się pomiędzy sobą poprzez przesyłanie impulsów elektrycznych. Te można z zewnątrz, czyli z powierzchni czaszki, rejestrować. W ostatnich latach nauczyliśmy się je także interpretować. To istne szukanie igły w stogu siana. Mózg każdej sekundy przetwarza miliony różnych informacji, przesyła miliony impulsów do mięśni rozlokowanych w całym ciele. Każdy taki sygnał pozostawia „ślad”, który można podsłuchać.

Neural net firing reversed.

(credit:  Asylum Entertainment)

Neural net firing reversed.

(credit: Asylum Entertainment)

Czujnik w okularach

Nie powiem, że potrafimy podsłuchać wszystko. To byłaby nieprawda. Mówiąc szczerze, jesteśmy dopiero na samym początku drogi. W przypadku IBC bardzo pomocna jest  świadomość użytkownika (pacjenta?) korzystającego z interfejsu. Człowiek ma bowiem zdolności do takiego aktywizowania mózgu, by sygnały z tym związane, można było wyraźniej „usłyszeć” na powierzchni czaszki. Dzięki temu, osoby sparaliżowane, myślami są w stanie poruszać mechanicznymi nogami (czyli tzw. egzoszkieletem) albo wózkiem inwalidzkim. W ten sam sposób człowiek ze sprawnie działającym mózgiem jest w stanie komunikować się z otoczeniem chociażby poprzez pisanie na ekranie, nawet gdy jest całkowicie sparaliżowany. Myśli o literach, a te wyświetlają się na odpowiednim urządzeniu.  W podobny sposób, w przyszłości być może będzie wyglądało sterowanie telefonem komórkowym czy jakimkolwiek innym urządzeniem. Pewną trudnością jest to, że – przynajmniej dzisiaj – po to, by wspomniane impulsy można było zarejestrować, do skóry głowy muszą być przyłożone elektrody. Albo korzystający z interfejsu człowiek musi mieć ubrany specjalny czepek z czujnikami. Ale w przyszłości być może wystarczą czujniki w okularach? Okularach, w których zainstalowana będzie kamera, a na szkłach wyświetlane będą dodatkowe informacje. Takie okulary już są i nazywają się GoogleGlass.

Złożony i skomplikowany

Interfejs mózg – komputer odbiera sygnały z powierzchni skóry, rejestruje je i interpretuje. Czy możliwe jest przesyłanie informacji w odwrotną stronę, czyli z jakiegoś urządzenia do mózgu? Na razie tego nie potrafimy, ale nie mam wątpliwości, że będziemy próbowali się tego nauczyć (znów, czy powinniśmy to robić, to zupełnie inny temat). To znacznie bardziej skomplikowane niż sczytywanie potencjałów elektrycznych z powierzchni czaszki. W którymś momencie tę barierę może przekroczymy i wtedy będziemy mieli dostęp do nieograniczonej ilości informacji nie poprzez urządzenia dodatkowe takie jak komputery, tablety czy smartfony. Wtedy do tych informacji będzie miał dostęp bezpośrednio nasz mózg. Na to jednak zbyt szybko się nie zanosi. Nie z powodu samej elektroniki, raczej z powodu naszego mózgu. Panuje dość powszechna zgoda, że to najbardziej skomplikowany i złożony system jaki znamy. Nie tylko na Ziemi, ale w ogóle. Choć od lat na badania mózgu przeznacza się ogromne kwoty pieniędzy, choć w ostatnich latach poczyniliśmy ogromne postępy, wciąż niewiele wiemy o CZYMŚ co waży pomiędzy 1,2 a 1,4 kg

>>> Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

Brak komentarzy do Myśląca maszyna

Marsjanin okiem naukowca ;-)

Film Marsjanin jest niezły, choć książka 100 razy lepsza. Ale do rzeczy. Czy możliwa jest historia astronauty Marka Watneya, którego  gra Matt Damon? Postanowiłem popastwić się nad scenariuszem.

Wiem, że piszę to nico późno (w większości kin film już zszedł z ekranów), ale potraktujcie to jako pewien rodzaj próby. W polskim internecie naukowcy (dziennikarze naukowi) zwykle nie recenzują filmów. Ciekaw jestem jaka będzie reakcja na moją recenzję.

Film warto zobaczyć, a jeszcze bardziej warto przeczytać książkę. Piękne krajobrazy, dobre efekty specjalne i ciekawa historia nie zmieniają jednak tego, że opowiedziana w nim historia nie ma prawa się zdarzyć i to z wielu różnych powodów. Ja wspomnę o czterech. Jeżeli nie oglądałaś, jeżeli nie oglądałeś filmu, za chwilę zdradzę kilka szczegółów jego fabuły.

Burza piaskowa, ewakuacja załogi. Zdjęcie z filmu

1.Załogowa misja na Marsa musi w trybie natychmiastowym ewakuować się z planety z powodu silnej burzy piaskowej. Ta nadchodzi tak szybko, że astronauci mają dosłownie kilka minut na spakowanie się i wystrzelenie na orbitę. Tymczasem marsjańska burza byłaby dla sprzętu i ludzi  niegroźna. Marsjańska atmosfera jest z grubsza 200 razy rzadsza od ziemskiej. Nawet jak mocno wieje, niewiele ma to wspólnego z niszczycielskim żywiołem. Marsjańskie burze po prostu nie mają mocy którą mają burze na Ziemi. Marsjańska burza nie może przewracać metalowych konstrukcji. Poza tym da się ją przewidzieć z dużym wyprzedzeniem. Jeżeli w ogóle mówić o niebezpieczeństwach związanych z burzami piaskowymi na Czerwonej Planecie, to nie z powodu siły wiatru tylko znacznie mniejszych niż na Ziemi ziarenek pyłu. Te wcisną się wszędzie powodując uszkodzenia sprzętu. No ale tego w filmie nie było.

martian-gallery13-gallery-image

Uprawa ziemniaków w marsjańskim habitacie. Zdjęcie z filmu

2.Główny bohater ulega wypadkowi, a ewakuująca się załoga święcie przekonana o jego śmierci zostawia go samego na planecie. Mark Watney oczywiście się nie załamuje, tylko szybciutko liczy że na pomoc będzie musiał czekać kilka lat. Sprawdza racje żywnościowe i wychodzi mu, że tych ma za mało. Postanawia więc uprawiać w habitacie ziemniaki. Nawozi do wnętrza labu marsjański grunt i… no i tutaj zaczynają się kolejne kłopoty. Warstwa gruntu jaką przenosi do habitatu jest za mała żeby cokolwiek na niej wyrosło. Ale nie to jest najciekawsze. Z jakiś powodów astronauta postanawia nawozić ekskrementami ziemię po to by ziemniaki szybciej rosły. Po pierwsze nie wiem po co jakikolwiek nawóz. Marsjański grunt jest bardzo bogaty w mikroelementy i minerały. Nawet jeżeli chcieć go nawozić, to ludzkie odchody to nienajlepszy pomysł. Znacznie lepiej byłoby używać odpadków organicznych. Totalnym odlotem jest produkcja wody dla uprawy ziemniaków. Do tego Mark używa hydrazyny, czyli paliwa rakietowego. W teorii reakcja którą przeprowadza jest możliwa, w praktyce cały habitat wyleciałby w powietrze. Po to żeby z hydrazyny odzyskać wodór, po to by po połączeniu z tlenem powstała woda, musi zachodzić w ściśle kontrolowanych warunkach. A nie w namiocie zrobionym z worka.

Habitat, ściana na której główny bohater zaznacza liczbę spędzonych na Marcie dni. Zdjęcie z filmu

3.Największe moje wątpliwości budzi jednak nie burza, ani nie uprawa ziemniaków, tylko długi czas przebywania człowieka na Czerwonej Planecie. O ile dobrze liczę Mark Watney przebywał tam około 20 miesięcy. Nawet gdyby miał wodę i pożywienie wróciłby stamtąd chory. Do powierzchni Marsa z powodu bardzo cienkiej i rzadkiej atmosfery dochodzi dużo więcej promieniowania kosmicznego niż do powierzchni Ziemi. Z szacunków wynika, że po to by człowiek mógł czuć się na Marsie równie bezpieczny co na Ziemi, na Czerwonej Planecie musiałby przebywać pod osłoną około 2 metrów litej skały. Tymczasem w filmie nie widzimy bunkrów czy podziemnych schronów, tylko pomieszczenia wykonane z dość cienkich materiałów. Także kombinezon głównego bohatera jest cieniutki. Mark spaceruje, podziwia widoki a nawet wypuszcza się w dość dalekie trasy w pojeździe, który zresztą wygląda na zbyt ciężki jak na marsjańskie warunki. Jeden z łazików marsjańskich, nieporównywalnie mniejszy i lżejszy, kilka lat temu zakopał się w wydmie a wyciąganie go zajęło kilka tygodni.

Dalekie wycieczki piesze. Dość niebezpieczna rozrywka na Marsie. Zdjęcie z filmu

4.Natomiast najwiekszy odlot – dosłownie i w przenośni – to powrót z Marsa na Ziemię, a szczególnie jego początkowa faza, czyli opuszczenie Marsa. Nic tu się nie zgadza. Proca grawitacyjna pomiędzy Ziemia i Marsem zadziała tylko w dość specyficznych warunkach, na pewno nie takich jak te pokazane w filmie. Rozebranie rakiety, którą astronauta Mark Watney wydostaje się z powierzchni Marsa na jego orbitę spowodowałoby jej rozbicie. Pomijam już fakt, że okna zatkane materiałem z zużytego spadochronu to już nawet nie fikcja rodem z gwiezdnych wojen, tylko raczej z Hi-Mena… (dla młodszych Czytelników, He-Men to taka bajka rysunkowa, którą oglądali Wasi rodzice 😉 ). No i w końcu manewry na orbicie. Hamowanie przez wysadzenie w powietrze części stacji, przedziurawienie kombinezonu po to by używać go jak silniczka manewrowego. W końcu spotkanie… no i happy end. Nie o to chodzi że ostatnie sceny filmu sa mało prawdopodobne. One są nierealne i przeczą zasadom fizyki.

Podsumowując.

P1000471

Pustynia Atacama, Chile. Zdjęcie: Tomasz Rożek

Oczywiście takich filmów jak Marsjanin nie ogląda się po to by uczyć się fizyki. To jasne. Lubię się jednak czasami poznęcać nad filmami. Mnie najbardziej podobały się w tym filmie plenery. Spora część z nich była wykreowana komputerowo, ale część scen była grana na Chilijskiej pustyni Atacama. Byłem na niej jakiś czas temu i jeżeli Mars wygląda choć trochę jak ona… warto tam polecieć. Chociażby dla widoków. No i niebieskiego zachodu Słońca, którego akurat w filmie nie było. No bo wiecie, że na Ziemi, czyli niebieskiej planecie słońce zachodzi na czerwono, ale na czerwonej planecie na niebiesko.

P1000318_Fotor

Pustynia Atacama, Chile. Niedaleko tego miejsca testuje się marsjańskie łaziki. Zdjęcie: Tomasz Rożek

>>> Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

14 komentarzy do Marsjanin okiem naukowca ;-)

Jesteśmy w centrum?

Czy Ziemia leży w centrum wszechświata? To pytanie w XXI wieku może u niektórych wywołać  uśmiech politowania. Ale czy powinno?

Jesteśmy jedynym gatunkiem na Ziemi, który współtworzy środowisko w którym żyje. To ciekawe, bo to środowisko, które sami kreujemy, ma ogromny wpływ na kolejne pokolenia. Choć na Ziemi żyją tysiące, dziesiątki tysięcy gatunków zwierząt i roślin, tylko człowiek ma umiejętności, choć chyba powinienem napisać możliwości, by ziemię w tak ogromnym stopniu przekształcać. Jesteśmy niezwykłym gatunkiem, który żyje na niezwykłej planecie.

CopernicSystem

Rysunek Układu Słonecznego jaki pojawił się w dziele De revolutionibus orbium coelestium.

Przez setki lat, odpowiedź na tytułowe pytanie nie budziła żadnych wątpliwości. Ziemia była w centrum wszystkiego i centrum wszystkiego. Obiekty niebieskie (ze Słońcem i Księżycem włącznie) krążyły wokół naszej planety, a sama Ziemia była rusztowaniem o które opierała się cała reszta. Ten obraz runął około połowy XVI wieku. W 1543 roku w Norymberdze ukazało się dzieło kanonika Mikołaja Kopernika – astronoma, matematyka, ale także prawnika, lekarza i tłumacza. W De revolutionibus orbium coelestium – o obrotach sfer niebieskich – Kopernik obalił geocentryczną wizję świata i całkiem sprawnie (choć ze sporymi błędami) przedstawił system heliocentryczny. Ziemia przestała być w centrum. Jej miejsce zajęło Słońce. Oczywiście nikt wtedy nie myślał nawet o galaktykach, gwiazdach supernowych czy czarnych dziurach.

Dla Kopernika sytuacja była w zasadzie dosyć prosta. Słońce w centrum, a wszystko inne krążące wokoło. Mechanizm wszechświata wyglądał podobnie z tą tylko różnicą, że w samym jego centrum znajdowała się nie jak u starożytnych Ziemia, ale nasza dzienna gwiazda. Kilkadziesiąt lat po Koperniku, na początku XVII wieku obserwacje tego co znajduje się poza naszym układem planetarnym rozpoczął Galileusz. Pierwszą osobą, która przedstawiła koncepcję budowy galaktyki był urodzony w Królewcu filozof i matematyk, Immanuel Kant. Była połowa XVIII wieku i nikt poważny nie uznawał już Ziemi za geometryczne centrum wszechświata. Inaczej było jednak ze Słońcem. Wiedziano już o tym, że gwiazd w naszej galaktyce jest bardzo wiele. Wiedziano nawet że krążą one wokół jednego punktu. Bardzo długo uznawano jednak, że tym centralnym punktem jest właśnie Słońce i nasz układ planetarny.

BN-IB371_0424hu_J_20150423201321

Edwin Hubble z negatywem jednej z zaobserwowanych przez siebie galaktyk. źródło: www.wsj.com

Choć w XIX wieku Ziemia od wielu setek lat nie była już traktowana jako geometryczne centrum wszechświata, była jedyną znaną planetą co do której istniała pewność, że jest kolebką życia. Była też częścią jedynego znanego układu planetarnego. Poza Układem Słonecznym nie obserwowano żadnych planet. Ziemia nie leżała w centrum, ale była symbolicznym centrum. Na przełomie XVIII i XIX wieku najpierw Charles Messier, a później William Herschel skatalogowali setki i tysiące mgławic, które później, dzięki pracy amerykańskiego astronoma Edwina Hubble’a (lata 20te XX wieku) okazały się odległymi galaktykami. Odkrywano wiele, zaglądano coraz głębiej i dalej, ale jedno nie ulegało zmianie. W całym ogromnym wszechświecie, wszechświecie w którym istnieją miliardy galaktyk a każda jest domem dla setek miliardów gwiazd do 1990 roku istniało tylko dziewięć planet. Niesamowita historia !

Sytuacja uległa zmianie dokładnie 9 stycznia 1992 roku. To wtedy ukazała się w prestiżowym czasopiśmie Nature praca polskiego astronoma Aleksandra Wolszczana. Opisywała ona dokonane dwa lata wcześniej odkrycie trzech pierwszych planet poza Układem Słonecznym. Krążyły wokół pulsara PSR B1257+12, niecały 1000 lat świetlnych od Ziemi. Dzisiaj, 23 lat po tym odkryciu znanych jest prawie 2000 planet poza Układem Słonecznym, a planety pozasłoneczne, tzw. egzoplanety są odkrywane wręcz hurtowo.

The artist's illustration featured in the main part of this graphic depicts a star and its planet, WASP-18b, a giant exoplanet that orbits very close to it. A new study using Chandra data has shown that WASP-18b is making the star that it orbits act much older than it actually is.  The lower inset box reveals that no X-rays were detected during a long Chandra observation.  This is surprising given the age of the star, suggesting the planet is weakening the star's magnetic field through tidal forces.

To nie zdjęcie, tytlko artystyczna wizja ogromnej planety WASP-18b, która krąży bardzo blisko powierzchni swojej gwiazdy.

Planet jest sporo, ale czy one są takie jak Ziemia ? Nie! Po pierwsze przeważająca większość z nich jest dużo większa od Ziemi. To gazowe giganty takie jak „nasz” Jowisz i Saturn. Dużych planet odkrywamy tak dużo, bo znacznie łatwiej je wykryć. Ziemia różni się od innych jednak tym, że tutaj jest życie, a „tam” – niewiadomo. Co do tego, że proste bakteryjne życie istnieje w przestrzeni kosmicznej, praktycznie możemy mieć pewność, ale z życiem inteligentnym nie jest wcale tak prosto. Jest w tym pewien paradoks. Czym więcej wiem o życiu, tym chętniej przyznajemy, że to proste, jednokomórkowe jest wszechobecne i wszędobylskie. Proste formy mają niesamowitą zdolność do adaptowania się i do zasiedlania miejsc, które – jeszcze do niedawna byliśmy tego pewni – absolutnie nie nadają się do życia. Z życiem złożonym, nie mówiąc już o jego inteligentnej wersji, jest dokładnie na odwrót. Czym więcej wiemy, tym dłuższa staje się lista czynników, warunków, które muszą zostać spełnione, by życie jednokomórkowe wyewoluowało do wersji złożonej. Dzisiaj ta lista ma już kilkaset pozycji, wśród nich takie jak odpowiednia wielkość planety, odpowiednia odległość od gwiazdy i odpowiedni skład atmosfery. Te wspomniane warunki są w sumie logiczne. Ale dalej na tej liście jest pole magnetyczne i gorące jądro planety, siły pływowe, a więc tektonika płyt. Bardzo ważna jest aktywność wulkaniczna oraz wyładowania atmosferyczne.

Kiedyś powszechnie uważano, że Ziemia w skali kosmicznej jest ewenementem. Potem takie myślenie zarzucono. Gdybym napisał, że dzisiaj wraca się do tego, chyba bym przesadził. Ale faktycznie, coraz częściej zdajemy sobie sprawę z tego, że inteligentne istotny w kosmosie mogą być wielką rzadkością. I to pomimo tego, że planet we wszechświecie jest niepoliczalnie dużo. Czyżby więc Ziemia z ludźmi „na pokładzie” była egzemplarzem niepowtarzalnym? Na razie jest. Wiele, bardzo wiele wskazuje na to, że tak pozostanie jeszcze przez dość długi czas. A może nawet na zawsze.

2 komentarze do Jesteśmy w centrum?

Fagi – dobre wirusy

– Jak to się dzieje, że ci ludzie nie chorują – zastanawiał się widząc Hindusów kąpiących się i pijących wodę z Gangesu. Rzeki, która jest ściekiem. Więcej! wszystko wskazuje na to, że oni są przez to zdrowsi !

Bakterie stają się dla nas coraz groźniejsze. Coraz częściej zdarza się, że nie dają im rady nawet najbardziej zaawansowane terapie antybiotykowe. Sytuacja wymaga podjęcia niestandardowych metod. A może przeciwnie, wymaga powrotu do źródeł?

Ta historia rozpoczyna się w Indiach ostatnich lat XIX wieku. To wtedy przypłynął tam młody brytyjski biochemik i bakteriolog Ernest Hanbury Hankin. Ma jeden cel, walkę z cholerą, która miejscami przybiera rozmiary epidemii. Sukcesów nie ma praktycznie żadnych, a jego desperację potęguje fakt, że w Indiach zdają się nie działać reguły, których nauczył się w Anglii. Młody badacz zauważa bowiem, że na cholerę bardzo rzadko chorują ci, którzy kąpią się w rzece Ganges. Dla Hindusów sprawa jest oczywista, wody rzeki są święte, a każdy kto się w nich kąpie jest „chroniony”. Dla naukowca, sprawa jest trudna do zrozumienia. Przecież Ganges to ściek! To miejsce które powinno być źródłem problemu, a nie lekarstwem. Ku konsternacji większości Europejczyków, a już na pewno tych, którzy mieli wykształcenie medyczne czy biologiczne, Hindusi wodę z Gangesu pili. I? I nic im się nie działo. Jak to możliwe? Brytyjski naukowiec uważał, że w rzece musi być coś, co pijących jej wodę uodparnia. Fenomen dotyczył nie tylko wody w Gangesie, ale także w innych rzekach, równie zanieczyszczonych.

W 1896 roku Ernest Hanbury Hankin opublikował pracę naukową, w której stawiał tezę, że, w badanej przez niego wodzie istnieją czynniki antybakteryjne, które są na tyle małe, że nie sposób zatrzymać ich nawet na najdrobniejszych filtrach. Praca nie została jednak zauważona. Dopiero 20 lat później odkryto co tym czynnikiem jest. Dwa zespoły badaczy, brytyjski i francuski, odkryły bakteriofagi, czyli wirusy, które niszczą bakterie. Nazwa bakteriofag oznacza dosłownie „zjadacze bakterii”. W rzeczywistości wirusy nie pożerają bakterii. Ale o tym za chwilę. Dalsze badania pokazały, że w zasadzie każda bakteria ma swojego faga, czyli wirus, który bez większych problemów może sobie z nią poradzić. Pierwszy przypadek uleczenia wirusami zakażenia bakteryjnego (konkretnie chodziło o infekcję laseczką czerwonki, czyli siejącą śmierć dezynterią) miał miejsce w 1915 roku.

ganges

Zagadka: znajdź głowę chłopaka w śmieciach

Pierwszy nazwę bakteriofag zastosował pracujący w Paryżu Kanadyjczyk, Félix d’Herell. Nie jest ona do końca ścisła, bo sugeruje, że wirusy pożerają bakterie. W rzeczywistości wirusy niczego nie zjadają. Nie są organizmami żywymi, więc nie potrzebują źródła energii do zaspokajania swoich potrzeb. Jak w takim razie zabijają? Bakteriofagi, jak zresztą wszystkie wirusy, komórki żywych organizmów wykorzystują. Wirusy są kapsułkami zawierającymi materiał genetyczny. Nie potrafią same się poruszać. Posiadają jednak „klucze” do żywych komórek. Każda żywa komórka w swojej ścianie ma receptory. To coś w rodzaju zamka do drzwi. Ten, kto posiada klucz, może wejść do środka. Wirusy posiadają klucze, czyli białka pasujące do receptorów. Gdy cząsteczka wirusa znajdzie się w bezpośredniej bliskości komórki, jest bardzo prawdopodobne, że dojdzie do adsorpcji. Wirus otwiera zamek. Chwilę później następuje penetracja. Specjalną igiełką fag wkłuwa się do wnętrza bakterii i wstrzykuje tam swój materiał genetyczny. Komórka (w przypadku fagów komórka bakteryjna) nie ma pojęcia, że jest zainfekowana. Przecież wirus miał „legalne klucze”. Gdy materiał genetyczny znajdzie się w środku, dochodzi do tzw. replikacji genomu. Komórka replikuje wirusy z taką prędkością, że wkrótce zostaje – dosłownie – rozerwana z powodu ich natłoku w swoim wnętrzu. Od momentu „włożenia klucza do zamka” do unicestwienia bakterii mija nie więcej niż 30 minut! Każda zainfekowana komórka wyprodukuje kilkadziesiąt wirusów. A każdy z nich gotowy jest do ataku na nową bakterię.

W naturalnych warunkach pomiędzy bakteriami i wirusami ustala się pewna równowaga, ale gdyby tak wirusy antybakteryjne namnażać i traktować jako najlepszy z dostępnych antybiotyków? Wirusami leczono zanim, zanim ktokolwiek wiedział, czym są ci „niewidzialni” zabójcy bakterii. Félix d’Herelle leczył fagami śmiertelnie chorych na czerwonkę. „Ozdrowienie” następowało po kilkudziesięciu godzinach. Dzisiaj do koncepcji leczenia wirusami coraz częściej się wraca. Antybiotyki wydają się skuteczne, ale tylko na krótką metę. Bakterie potrafią się na nie uodparniać. W Polsce jedna trzecia szczepów dwoinki zapalenia płuc jest odporna na penicylinę. Na fagi nie da się uodpornić, bo te mutują tak samo szybko jak same bakterie. W Polsce znajduje się jeden z dwóch na świecie (i jedyny w Europie) ośrodek naukowy, który prowadzi terapię bakteriofagami. Kilka lat temu rozmawiałem z jego szefem, profesorem Andrzejem Górskim. Powiedział mi wtedy, że do Laboratorium Bakteriofagowego w Instytucie Immunologii i Terapii Doświadczalnej PAN we Wrocławiu zgłaszają się setki osób cierpiących na zakażenia, których żadne antybiotyki nie potrafią wyleczyć. Naukowcom z Wrocławia udaje to w ponad 80 procentach. W porównaniu z terapią antybiotykami, fagi są tańsze, a na pewno nie mniej skuteczne. Ponadto leczenie fagami nie powoduje skutków ubocznych, bo działanie wirusów jest ściśle ukierunkowane i wybiórcze. Określony bakteriofag atakuje tylko jeden gatunek bakterii. W ten sposób po terapii fagami oszczędzamy te „dobre bakterie”, np. z wnętrza układu pokarmowego. Tymczasem antybiotyki tak nie potrafią. – Czasami wystarczy kilkadziesiąt godzin, by osoba od lat cierpiąca na zakażenie uwolniła się od kłopotu. Leczymy nawet infekcje wywołane przez szczepy gronkowca złocistego – śmiercionośne bakterie, będące największym postrachem oddziałów intensywnej terapii – mówił mi prof. Górski.

Skoro mają tyle zalet, dlaczego bakteriofagami nie leczy się powszechnie? Przeszkodą jest prawo. Formalnie (w Unii Europejskiej i USA) przed skomercjalizowaniem, terapia musi być zarejestrowana, a jeszcze wcześniej poprzedzona badaniami klinicznymi. I tutaj pojawiają się problemy formalne. Terapia fagami nie jest zunifikowana, tylko po to by była skuteczna musi być tworzona dla każdego pacjenta osobno. Tego typu postępowanie wymyka się jednak normom, jakie ustalają prawnicy i urzędnicy. Nie bez znaczenia jest pewnie fakt, że przemysł farmaceutyczny czerpie ogromne korzyści z produkcji antybiotyków. Tańsza i w wielu przypadkach skuteczniejsza metoda leczenia fagami może być traktowana jako niechciana konkurencja. – Terapia fagowa to z formalnego punktu widzenia wciąż eksperyment, a do zaakceptowania nowości potrzeba czasu – powiedział mi kilka lat temu prof. Górski. Od tego czasu nic się nie zmieniło.

Drugi – poza Polską – ośrodek leczący fagami znajduje się w stolicy Gruzji, Tbilisi. Założył go zresztą Félix d’Herelle, ten sam, który nadał nazwę bakteriofagom. Ten zagorzały komunista pracował w Związku Radzieckim do śmierci. Gruziński instytut nie podlega pod prawo europejskie i amerykańskie, więc ma większą swobodę w działaniu, niż ośrodek we Wrocławiu. Kilka lat temu, Instytut z Gruzji założył filię w Meksyku, gdzie nie obowiązuje amerykańskie prawo, a bogatym (i chorym) Amerykanom znacznie łatwiej dojechać tam niż do Gruzji.

 

1 komentarz do Fagi – dobre wirusy

Fizyka tłumu

Zatłoczone miejsca mogą być bardzo niebezpieczne. Nie, nie z powodu kieszonkowców, tylko z powodu trudnych do opanowania reakcji tłumu. Duża grupa ludzi w określonych sytuacjach zachowuje się jak „jeden organizm” a nie jak grupa organizmów niezależnych.

Dwa dni temu, w Bydgoszczy, w czasie studenckiej imprezy wybuchła panika. Jedna osoba zginęła, a kilka kolejnych zostało rannych. Do dramatu doszło nie na dużej sali, tylko w wąskim przejściu. Kilkanaście dni wcześniej, w czasie hadżu – pielgrzymki wyznawców Allaha do Mekki, w tłumie zginęło około 500 osób. W styczniu 1990 roku, w tym samym miejscu zadeptano ponad 1500 ludzi. W czym jest problem? Ludzie w swoim zachowaniu podobni są do zwierząt, np. mrówek, ryb w ławicy czy ptaków w kluczu. Poruszają się w sposób uporządkowany i określony. Do czasu. Gdy wybucha panika, uporządkowanie ustępuje chaosowi. Wbrew pozorom ten chaos można ujarzmić… za pomocą równań matematycznych.

Szybko ale bezpiecznie

Z pozoru sytuacje takie jak w saudyjskiej Mekce zdarzają się rzadko. I całe szczęście. Ale nie chodzi tylko o tragedie w których giną ludzie. Gdy trzeba ewakuować centrum handlowe, liczy się każda chwila. Jak zaprojektować wyjścia ewakuacyjne? Zrobić jedno duże, czy kilka mniejszych? A kibice piłkarscy na dużym stadionie? Po skończonym meczu tysiące ludzi chce jak najszybciej dostać się do swoich samochodów czy do środków komunikacji publicznej. Jak oznaczyć ciągi komunikacyjne? Wypuszczać ludzi partiami czy po prostu otworzyć drzwi i „niech sami sobie radzą”. Problem jest ważny nawet dla linii lotniczych. I nie tylko w sytuacjach zagrożenia życia. Każda minuta postoju na płycie lotniska kosztuje. Jak pasażerów szybko „usadzić” na miejscu i co zrobić by po wylądowaniu jak najszybciej – bezpiecznie – opuścili oni samolot? Pytań jest naprawdę wiele. Tylko dlaczego mają na nie odpowiadać fizycy? Ano dlatego, że duża grupa ludzi podobna jest do płynu. Ten w niektórych sytuacjach porusza się przewidywalnie i wtedy mówimy o przepływie laminarnym, ale czasami ten porządek zamienia się w chaos i wtedy mówimy o przepływie turbulentnym. Fizycy tymi przepływami zajmują się od dawna, bo to od nich zależy np. opór z jakim musi poradzić sobie jadący autostradą samochód, bo to od nich zależy sprawność silnika odrzutowego samolotu. Od niedawna wiadomo jednak, że te same równania, które opisują mechanikę płynów, można stosować do dużych grup ludzi.

Mrówki też ludzie

Mrówki zwykle wybierają drogę… którą chodzi większość. „Domyślają się” – i słusznie – że kierunek który wybrało więcej mrówek jest z jakiś powodów bardziej atrakcyjny. I tak tworzą się tzw. mikrostużki, czyli drogi, które z jakichś powodów są przez mrówki preferowane. Podobnie zachowują się ryby w ławicy. I ludzie na chodniku. Nawet w dużym tłumie, nie poruszamy się całkowicie losowo i chaotycznie. Często, nawet nieświadomie, wybieramy drogę, którą idzie przed nami osoba poruszająca się w podobnym tempie co my. Gdy ktoś idzie wolniej, albo szybciej nie zwracamy na niego uwagi. Nasz mózg podświadomie śledzi tylko tych, którzy idą w naszym tempie. My sami też możemy być dla kogoś „przewodnikiem”, a ten ktoś dla kolejnej osoby. I już się tworzą mikrostrużki. To dlatego na szerokim trakcie ludzie idący w jednym kierunku jakoś automatycznie trzymają się jednej strony. Tylko co jakiś czas ktoś próbuje przebić się ”pod prąd”. Podstawowa i święta zasada jest taka, żeby tak projektować trakty, by ruch na nich mógł być płynny. I tak, lepiej, gdyby korytarz skręcał łukiem niż pod kątem prostym. Lepiej też by na skrzyżowaniu traktów było coś co trzeba okrążyć (fontanna, rzeźba,…), bo to zwiększa płynność ruchu. Niestety, te z pozoru proste zasady, gdy wybucha panika przestają obowiązywać i pojawia się chaos. Podobnie zresztą jak u mrówek, ryb w ławicy, a nawet u ptaków w stadzie. Za wszelką cenę nie można do tego dopuścić. Nie ma co liczyć na rozwagę czy trzymanie nerwów na wodzy. Ludzie w panice przestają zdawać sobie sprawę z tego co robią. Choć nie sposób przewidzieć, co zrobi konkretna osoba, naukowcy potrafią przewidzieć co będzie robiła duża grupa ludzi. Do tego zatrudniają największe komputery świata i… setki wolontariuszy. Ci, czasami sa narażeni na niebezpieczeństwo. W czasie próbnych ewakuacji jakie prowadzono w czasie budowy samolotu Airbus 380, z 900 ochotników, 30 zostało rannych w tym jedna osoba ciężko. Z międzynarodowych norm wynika, że samolot powinny być zaprojektowany w ten sposób, by ewakuacja wszystkich pasażerów nie trwała dłużej niż 90 sekund.

Dym i kamery

Gdy z końcówki palącego się knota świecy ulatnia się dym, początkowo jego strużka unosi się pionowo do góry. Można wręcz dostrzec równoległe do siebie pasma. To tzw. przepływ laminarny. Po kilkunastu centymetrach dym zaczyna jednak tworzyć zawirowania. Uporządkowana jeszcze przed chwilą stróżka staje się chaotyczna i nieprzewidywalna. Tak wygląda przepływ turbulentny. Naukowcy z Uniwersytetu w Dreźnie analizujący przypadki w których tłum zaczyna tratować ludzi, zauważyli, że zagrożenie pojawia się wtedy, gdy ludzie zaczynają poruszać się jak ciecz albo gaz w czasie przepływu turbulentnego. Tak długo, jak „przepływ” ludzi jest laminarny – nie ma problemu. Turbulentny, czyli chaotyczny przepływ pojawia się gdy wybucha panika, ale sam może być źródłem paniki. W Mekce droga pielgrzymów wiodła przez most Jamarat, który jest węższy niż droga do niego prowadząca. To zwężenie w przeszłości powodowało, że ludzie zaczynali poruszać się turbulentnie. Chaos powodował wybuch paniki, a panika – jeszcze większy chaos. Po sugestiach jakie niemieccy fizycy wysłali władzom Arabii Saudyjskiej, drogę pielgrzymów nieco przebudowano.

Co jeszcze może mieć znaczenie? Na przykład wyrwa w drodze, w zasadzie jakakolwiek przeszkoda. Ale także kłótnia czy bijatyka dwóch idących obok siebie osób. Schody, krawężnik, nawet moment w którym pieszy schyla się, by podnieść coś, co wypadło mu z ręki. Niemieccy badacze sugerują więc, by nad miejscami gdzie poruszają się duże grupy ludzi umieszczać kamery, które automatycznie będą wykrywały w których miejscach ruch zaczyna być turbulentny. Zanim dojdzie do tragedii (przecież z tyłu napierają kolejne masy ludzi), odpowiednie służby mogą zareagować. Mają na to od kilku, do kilkunastu minut.

Wąsko źle, szeroko też niedobrze

Ślepe stosowanie zasad jakie rządzą mechaniką płynów (analogia do dymu papierosowego) jest jednak skuteczne tylko do pewnego stopnia. Ludzie ze sobą współdziałają, oddziałują na siebie znacznie bardziej niż cząsteczki gazu czy płynu. W końcu widzą, co robią inni. Gdy wziąć pod uwagę to wszystko okazuje się, że pomieszczenie (pokój, stadion czy pokład samolotu) najszybciej pustoszeje, gdy … nikt się nie śpieszy. Tylko wtedy wyjście nie staje się wąskim gardłem. Gdy wzrasta prędkość ludzi idących ku wyjściu, drzwi „korkują się”, a ludzie opuszczają pomieszczenie grupkami. To spowalnia opuszczanie zagrożonego terenu. Dlatego lepiej jest projektować więcej węższych wyjść niż mniej szerszych. Ale tutaj – uwaga – sprawa jest bardziej złożona. Pomijając szczegóły (które choć bardzo ciekawe, zajęłyby tutaj zbyt dużo miejsca), okazuje się, że gdy ludzie współpracują z sobą (np. znajomi z pracy) szybciej wyjdą wąskim wyjściem. Gdy raczej konkurują o to kto szybciej się wydostanie, lepsze są wyjścia szerokie (chociażby miałoby ich być mniej). Gdy wyjścia są szerokie, dobrze przed nimi stawiać kolumny. Z symulacji komputerowych wynika, że w sytuacji krytycznej przed wyjściem rzadziej tworzą się wtedy kolejki, a w efekcie „przepływ” staje się bardziej laminarny. Z kolei przed wąskimi wyjściami dobrze jest zamontować równoległe  barierki (takie jak przy wejściu do metra), które spowodują, że już przed wejściem, ludzie będą szli w uporządkowanym szyku.

Kilka lat temu niemiecki rząd uruchomił projekt Hermes, w ramach którego powstał system kierujący tłumem. Kamery obserwują prędkość ludzi, a komputery za pomocą znaków świetlnych i dźwiękowych decydują którędy tłum prowadzić. Na stadionie czy w czasie dużej wystawy gdy trzeba zarządzić ewakuację, któreś z wyjść może być zablokowane (albo za bardzo oblegane). Wtedy kierowanie się w jego kierunku jest bardziej niebezpieczne niż nawet dołożenie drogi i udanie się do innego wyjścia. Dawanie ludziom jasnych sygnałów co mają robić w czasie zagrożenia jest niezwykle istotne. Zauważono (zresztą u zwierząt występuje ten sam mechanizm), że w sytuacjach kryzysowych podążamy raczej za tłumem, w grupie czujemy się bezpieczniej. Bez wyraźnej informacji duża grupa może przemieszczać się w kierunku jednego wyjścia („tam idą wszyscy, widocznie ktoś zna najlepszą drogę”), podczas gdy inne będą puste.

Dzisiaj jeszcze zbyt wcześnie by dogłębnie przeanalizować to co dwa dni temu stało się w Bydgoszczy. Przejście było wąskie, ludzi było dużo, okna były pozamykane. Brak tlenu przyspiesza podejmowanie irracjonalnych decyzji. Niektórzy świadkowie twierdzą, że ktoś w przejściu rozpylił gaz. Być może po to by uspokoić ludzi. Jeżeli tak było rzeczywiście, tylko pogorszył sytuację. Wyjaśnienie przyniesie śledztwo.

>>> Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

4 komentarze do Fizyka tłumu

Skąd jesteśmy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy?

O człowieku można mówić na wiele różnych sposobów. Inaczej opisują go atlasy anatomiczne, inaczej podręczniki do biochemii czy antropologii. Książka „Człowiek” nie jest atlasem opisującym każdą cząstkę ludzkiego ciała. Nie jest też podręcznikiem, który opowiada o reakcjach biochemicznych, które zachodzą w ludzkich komórkach. Jest próbą odpowiedzi na trzy krótkie pytania. Skąd jesteśmy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy? Łatwo takie pytania zadać, znacznie trudniej znaleźć na nie odpowiedzi.

Po „Kosmosie” przyszedł czas na „Człowieka” , czyli drugą część mojej trylogii. Opowieść o tym skąd jesteśmy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy?

rozkładówka - wstęp

O człowieku można mówić na wiele różnych sposobów. Inaczej opisują go atlasy anatomiczne, inaczej podręczniki do biochemii czy antropologii. Organizm człowieka jest „kosmicznie” skomplikowany i właśnie dlatego jest tak niezwykły. Książka „Człowiek” nie jest atlasem opisującym każdą cząstkę ludzkiego ciała. Nie jest też podręcznikiem, który opowiada o reakcjach biochemicznych, które zachodzą w ludzkich komórkach. Jest próbą odpowiedzi na trzy krótkie pytania. Skąd jesteśmy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy? Łatwo takie pytania zadać, znacznie trudniej znaleźć na nie odpowiedzi.

rozkładówka_Konarzewski

Kiedyś przeprowadzałem wywiad z neuropsychologiem. Zapytałem go, ile tak właściwie wiemy o ludzkim mózgu. Intuicja podpowiadała mi, że niewiele. Zakładałem, że profesor odpowie, że poznaliśmy nie więcej niż kilka procent wszystkich zagadnień związanych z mózgiem. A tymczasem odpowiedział: „gdyby zapytał mnie pan o to kilka lat temu, powiedziałbym, że nie więcej niż 10 procent, ale dzisiaj, po uruchomieniu kilku dużych międzynarodowych programów dotyczących badania mózgu, po ogromnej liczbie publikacji, jakie pojawiły się w ostatnich latach, twierdzę, że wiemy nie więcej niż 3-4 procent”. Ta odpowiedź jest zaskakująca tylko pozornie. W nauce bardzo często wraz ze wzrostem wiedzy, wzrasta także świadomość naszej niewiedzy. Naukowców i pasjonatów na całym świecie napędza nie to co jest znane, tylko właśnie to, co jest tajemnicą. Jako dziennikarz naukowy przyglądam się tym tajemnicom i czuję podekscytowanie. Ta książka jest pełna moich ekscytacji i fascynacji oraz prób znalezienia odpowiedzi na nurtujące mnie pytania.

rozkładówka_kaczmarzyk

Książka podzielona została podzielona na trzy części. W każdej z nich, oprócz mojego tekstu, znajduje się fascynujący wywiad z naukowcem. Rozmawiam o przeszłości, teraźniejszości i przyszłości człowieka. W wywiadach staram się uzyskać odpowiedzi na tytułowe pytania: skąd jesteśmy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy? Czy je uzyskuję? O tym każdy Czytelnik przekona się sam.

rozkładówka - tadeusiewicz

Człowiek to drugi tom trylogii, którą wymyśliłem w ubiegłym roku. Pierwszy tom, który ukazał się w 2014 roku był zatytułowany Kosmos. Opisuję w nim wszystko to, co jest większe od człowieka. Od Wszechświata począwszy, poprzez galaktyki i układy planetarne, a na planetach, w tym planecie Ziemi, skończywszy. Trzeci tom trylogii – Mikrokosmos – ukaże się w przyszłym roku.

Książka Człowiek została wydana nakładem Grupy Wydawniczej Foksal sp. z o.o.

Zapraszam do lektury

2 komentarze do Skąd jesteśmy, kim jesteśmy i dokąd zmierzamy?

Nobel za pasożyty…

… a właściwie za walkę z nimi. Laureatami Nagrody Nobla w 2015 w dziedzinie fizjologii i medycyny zostali: William C. Campbell, Satoshi Ōmura i Youyou Tu.

… a właściwie za walkę z nimi. Laureatami Nagrody Nobla w 2015 w dziedzinie fizjologii i medycyny zostali: William C. Campbell, Satoshi Ōmura i Youyou Tu

Dwóch pierwszych panów, Irlandczyk William C. Campbell i Japończyk Satoshi Ōmura zostało wyróżnionych za odkrycie leku na choroby wywołane przez nicienie. Im Komitet Noblowski zdecydował się przyznać połowę nagrody. Drugą połowę dostała Chinka Youyou Tu, która została doceniona za prace nad terapią przeciwko malarii. Youyou Tu ma dzisiaj 83 lata i prawie nie mówi po angielsku. Jej osiągnięcia w walce z malarią choć znane, zostały zapomniane. Nie ma się co dziwić. Komitet Noblowski docenił ją za stworzenie leku antymalarycznego funkcjonującego pod nazwą Artemeter. Youyou Tu wyekstrahowała go z 200 ziół, we wczesnych latach 70tych XX wieku, a więc 45 lat temu. Rzadko zdarza się, że Nagrodę Nobla otrzymuje się za tak odległe odkrycie. Artemeter znacząco obniża śmiertelność pacjentów cierpiących na malarię.

1094px-Soybean_cyst_nematode_and_egg_SEM

Osobnik młodociany i cytrynkowata cysta mątwika Heterodera glycines wypełniona larwami. Źródło: wiki

Z kolei panowie Campbell i Omura zostali nagrodzeni za odkrycia dotyczące nowych terapii chorób, wywołanych przez pasożyty ludzkie – nicienie. Chodzi m.in. o takie choroby jak słoniowacizna czy ślepota rzeczna. Chorób wywołanych przez nicienie jest bardzo dużo i występują najczęściej w tropikalnych rejonach świata w których poziom życia jest zdecydowanie niższy niż w Europie czy USA. Nie znaczy to oczywiście, że w bogatych krajach Zachodu nie występują choroby pasożytnicze, ale jest ich nieporównywalnie mniej.

– Tegoroczni laureaci Nobla opracowali terapie, które zrewolucjonizowały leczenie niektórych z najbardziej wyniszczających chorób pasożytniczych – takie zdanie znalazło się w uzasadnieniu Komitetu Noblowskiego. Odkrycia tegorocznych laureatów „dały ludzkości nowe mocne narzędzia do walki z tymi ciężkimi schorzeniami, na które zapadają setki milionów ludzi rocznie”.

Tomasz Rożek

Brak komentarzy do Nobel za pasożyty…

A co gdyby Mars zzieleniał?

Wiadomo, Ziemia jest niebieska a Mars czerwony. Tak przynajmniej te planety wyglądają z kosmosu. Ale czy tak było zawsze? Mars mógł być kiedyś zielony. W końcu wiemy ponad wszelką wątpliwość, że była tam i wciąż jest płynna woda. Jak wyglądałbym Mars, gdyby były na nim rzeki, jeziora, morza i oceany?

Kilkanaście dni temu świat obiegła wiadomość, że na Marsie znaleziono ciekłą wodę. O tym, że na Czerwonej Planecie jest woda – wiedzieliśmy od dawna. Widzieliśmy ją zamarzniętą na biegunach planety. Podejrzewaliśmy, że jest także pod powierzchnią w formie wiecznej zmarzliny. Co więcej, podejrzewaliśmy, że czasami ta woda wypływa małymi strumyczkami z oświetlonych promieniami Słońca zboczy gór i kraterów. Podejrzenia jednak to nie to samo co fakty i niezbite dowody. Dzisiaj wiemy jednak, że – przynajmniej tym razem – podejrzenia były słuszne. Tam rzeczywiście nie tylko była, ale wciąż jest całkiem sporo wody.

Mars jest czerwony, bo pokrywający planetę pył jest bogaty w rdzawego koloru tlenki żelaza. Jeżeli planeta boga wojny kiedykolwiek była zielona to nie z powodu odbijających zielone światło minerałów, tylko z powodu życia. O ile było ono takie samo jak to ziemskie. Życie potrzebuje płynnej wody. Z tym akurat – jak się okazuje – w przypadku Marsa nie ma problemu i najpewniej nigdy nie było. Skąd przypuszczenie, że wody na Marsie kiedyś było znacznie, znacznie więcej niż tej, która znajduje się tam dzisiaj? Wystarczy sprawnym (naukowym) okiem rzucić na powierzchnię Czerwonej Planety. Pełno tam struktur do złudzenia przypominających wyschnięte koryta rzek, wąwozy, strumyki a nawet wodospady. Sam amerykański łazik Curiosity, wylądował w dawnym korycie rzeki, w którym głębokość wody sięgała dwóch metrów. Są też ogromne przestrzenie położone znacznie poniżej średniego poziomu gruntu planety. Te do złudzenia przypominają wyschnięte morza i oceany. Te mniejsze zagłębienia to wypisz wymaluj puste jeziora. A teraz zamknijmy oczy i pofantazjujmy. Jak wyglądałby Mars, gdyby, tak jak na Ziemi, płynnej wody było na nim pod dostatkiem?

mars-kevin-gill-01Wygląda jak Ziemia

Na pewno nie byłby czerwony. Może byłby niebieski, może zielony. Spróbujmy wyobrazić sobie Marsa sprzed miliardów lat. Kevin Gill, amerykański informatyk i entuzjasta astronomii wykorzystując zaawansowaną technologię cyfrową, trójwymiarowe zdjęcia Marsa oraz dokładne pomiary jego topografii stworzył obrazy planety z czasów, gdy – tak jak Ziemia – był ona planetą pełną płynnej wody. Gill poszedł w swoim fantazjowaniu o krok dalej. W swoim komputerowym modelu założył, że na Marsie – gdy była na nim woda – rosła bujna roślinność. I znowu z pomocą przyszła mu technologia cyfrowa. Posiłkując się danymi z Ziemi, marsjańskie drzewa i rośliny „posadził” tam, gdzie dostęp do wody i światła był najłatwiejszy. Autor symulacji wziął nawet pod uwagę wysokość nad poziomem marsjańskiego morza (w wysokich partiach gór roślin nie ma) oraz fakt, że najwyższa średnioroczna temperatura panuje na równiku, a najniższa na biegunach. Także od tego zależy wegetacja. Jeżeli jest woda, jeżeli jest atmosfera, muszą być także chmury. I one zostały naniesione na obraz Marsa z przeszłości. Jak więc wyglądał Mars kiedyś? Jak mógł wyglądać? Prawdę mówiąc prawie tak samo jak Ziemia. Trzeba się mocno przyglądać wirtualnemu obrazowi Marsa by zorientować się, że nie patrzy się na zrobione z orbity zdjęcie Ziemi. Wyżyny i niziny na Marsie występują w podobnych proporcjach co na Ziemi. Na stworzonych w komputerze obrazach widać wyraźnie najdłuższą dolinę w układzie słonecznym – Vallis Marineris – oraz szczyty ogromnych wulkanów Olympus Mons, Pavonis Mons, Ascraeusa Mons i Arsia Mons.

mars-water-2A może go dostosować?

Praca Gill’a nie może być uznana za w pełni naukową. Ale nie ma wątpliwości, że bardzo porusza wyobraźnię. Mars rzeczywiście mógł kiedyś wyglądać tak, jak „zaprojektował” go Kevin Gill. Jego praca w pewnym sensie pokazuje jednak nie tylko przeszłość (przy spełnieniu kilku warunków), ale może pokazywać także przyszłość. Być może w przyszłości ludzie skolonizują Czerwoną Planetę. Jej zaludnienie będzie niemożliwe jeżeli wcześniej planetę odpowiednio dostosujemy. Oczywiście można sobie wyobrazić budowę systemu szklarni w których ludzie, zwierzęta i rośliny będą żyły w równowadze podobnej do tej jaka panuje na Ziemi, ale jednak łatwiej chyba będzie taką równowagę stworzyć nie pod szklanym sufitem, tylko na powierzchni całej planety. Sprawa nie jest prosta i jest całkowicie poza zasięgiem naszych dzisiejszych możliwości, ale może warto zastanowić się nad czymś co niektórzy nazywają terraformowaniem obcych globów. Chodzi o takie ich „przerobienie” czy dostosowanie, by człowiek mógł na nich funkcjonować bez urządzeń technicznych takich jak sztuczna atmosfera w zamkniętej przestrzeni, kombinezony i maski. Jak Marsa przekształcić w Ziemię? Przede wszystkim trzeba na nim stworzyć atmosferę. To – przynajmniej teoretycznie – mogłyby zrobić żyjące na powierzchni gruntu bakterie. Trzeba je więc tam wysłać. Gdyby po setkach tysięcy lat atmosfera rzeczywiście na Marsie powstała, trzeba byłoby ją ogrzać. Wprowadzić do niej gazy cieplarniane tak, by energia słoneczna była na Czerwonej Planecie zatrzymywana. To spowodowałoby wzrost temperatury i „wypłynięcie” spod gruntu lub spłynięcie z biegunów ciekłej wody. Teraz pozostaje obsadzenie planety roślinami i gotowe. Proste prawda? 😉

PS. Woda, która dzisiaj płynie na Marsie jest słona. Prawdę mówiąc, znaleziono ją właśnie po śladach soli. Czy byłaby ona zdatna do picia? Gdyby ją oczyścić, jak najbardziej. Gdyby tego nie zrobić, gdyby spróbować wypić ją taką jaka wypływa ze zboczy, skończyłoby się… jeszcze większym pragnieniem. Spróbuj wypić szklankę mocno posolonej wody.

Zapraszam na profil FB.com/NaukaToLubie (kliknij TUTAJ). To miejsce w którym staram się na bieżąco informować o nowościach i ciekawostkach ze świata nauki i technologii.

 

 

1 komentarz do A co gdyby Mars zzieleniał?

Czujnik w nas

W Szwajcarii stworzono czujnik, który wszczepiony pod skórę jest w stanie kontrolować kilka parametrów życiowych równocześnie. Kilka lat temu pisałem o takich czujnikach jak o dalekiej przyszłości.

W Szwajcarii stworzono czujnik, który wszczepiony pod skórę jest w stanie kontrolować kilka parametrów życiowych równocześnie. Kilka lat temu pisałem o takich czujnikach jak o dalekiej przyszłości.

Czujnik, a właściwie elektroniczny chip, powstał w laboratoriach politechniki w Lozannie EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne). Ma wielkość paznokcia w małym palcu i nie trzeba wymieniać mu baterii. Ładuje się go przez indukcję, przez skórę. Wszystko, co zbada i zmierzy, przesyła bezprzewodowo do smartfona. Jest to bodaj pierwsze urządzenie tego typu, które może być wykorzystywane komercyjnie u pacjentów. Poprzednie konstrukcje nie były co prawda większe, ale miały ogromną wadę – badały tylko jeden parametr, tylko jedną zmienną. Ten równocześnie rejestruje ich kilka.

Od czego się zaczęło?

Czujnik, o którym mowa, wpisuje się w rozwój dziedziny zwanej nanotechnologią. Co prawda urządzenia nano są znacznie, znacznie mniejsze, ale bardzo szybki wyścig do miniaturyzacji zawdzięczamy właśnie nanotechnologii. Za ojca tej dziedziny uważany jest genialny fizyk Richard Feynman. Uczestniczył w pracach nad budową pierwszej bomby atomowej (projekt Manhattan), a po wojnie pracował na najlepszych uniwersytetach amerykańskich. Zajmował się kwantową teorią pola i grawitacji, fizyką cząstek i nadprzewodnictwem. To on jako pierwszy podał koncepcję komputera kwantowego i – w 1960 roku – zapowiedział powstanie nowej dziedziny nauki – nanotechnologii. W 1965 r. otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki. Feynman wielokrotnie zwracał uwagę na to, że przyszłość będzie nano, że zrozumienie tego, co dzieje się w nanoświecie, świecie na poziomie pojedynczych cząstek i atomów, będzie kluczowe dla naszego przyszłego rozwoju.

Trudno oczywiście dokładnie określić, kiedy nanotechnologia rzeczywiście powstała, ale nie ma wątpliwości, że wiele dziedzin przemysłu coraz chętniej zwraca głowę w kierunku ekstremalnej miniaturyzacji. Jedną z dziedzin, które robią to szczególnie często, jest medycyna. Nanomedycyna dzisiaj rozwija się w dwóch kierunkach. Jeden to próby (coraz częściej udane) stworzenia nanocząsteczek, które będą nośnikami leków, a nawet genów. Wnikając do organizmu, będą uwalniać przenoszony czynnik dokładnie w tym miejscu i dokładnie o tym czasie, jaki jest optymalny. Drugi kierunek to nanosensory. Te mogą być wykorzystywane nie tylko w medycynie, ale także na przykład w ochronie środowiska. Dobrym przykładem jest nanosensor służący do analizy krwi. Z zewnątrz wygląda jak siateczka z ogromną ilością otworów. W rzeczywistości to mikroskopijne kanaliki krzemowe, w których znajdują się przeciwciała wyłapujące komórki nowotworowe. Analiza przeciwciał pozwala stwierdzić, czy w krwi znajdują się komórki rakowe, a jeżeli tak, to ile i jakie. Taka informacja nie może być pozyskana w trakcie standardowej analizy, bo komórek nowotworowych w krwi jest bardzo mało. Co ciekawe, testowana metoda jest dużo tańsza niż dzisiaj stosowane, a do analizy wystarczy jedna, dosłownie, kropla krwi.

Myszy już mają

Nanomedycyna jednoznacznie kojarzy się jednak z budową nanorobotów, które wpuszczone do ludzkiego krwiobiegu będą nie tylko monitorowały funkcje życiowe, ale także reagowały na stany kryzysowe organizmu. Te skojarzenia – przynajmniej na razie – są całkowicie chybione. Co nie znaczy oczywiście, że prace nad miniaturyzacją robotów nie są prowadzone. Już dzisiaj tworzone są roboty, których rozmiary umożliwiają użycie ich w rzeczywistych warunkach szpitalnych. Na przykład kapsułka monitorująca wnętrze układu trawiennego skonstruowana przez japońską firmę Denso Research jest wielkości standardowej tabletki. Jest wyposażona we własne zasilanie i kamerę CCD wysokiej rozdzielczości oraz urządzenie do przesyłania informacji drogą radiową do urządzenia bazowego. Po połknięciu „kapsułka endoskopowa” przekazuje wysokiej jakości obraz w czasie rzeczywistym. Nie ma własnego napędu, porusza się pod wpływem… siły grawitacji i perystaltyki jelit. Ale na rynku są już urządzenia niewiele większe, które mogą poruszać się samodzielnie, choć na razie jeszcze nie w układzie krwionośnym. Kilka lat temu na jednej z konferencji nanotechnologicznych pokazano nanosilnik, który jest mniejszy od główki od szpilki. Jego koła napędowe były 100 razy cieńsze niż kartka papieru, a ich średnica mniejsza niż średnica ludzkiego włosa. Silnik obracał się z częstotliwością jednego obrotu na sekundę i teoretycznie mógłby być elementem systemu napędowego jakiegoś małego urządzenia pływającego. Zanim te powstaną, miną jeszcze lata. Wcześniej do medycyny wejdą inteligentne czujniki, które być może będą wszczepiane pod skórę na dłuższy czas osobom o podwyższonym ryzyku zdrowotnym. Takim czujnikiem jest wspomniany sensor stworzony w Lozannie. Ma wielkość poniżej centymetra i w czasie rzeczywistym monitoruje obecność oraz stężenie kilku molekuł. Może badać odczyn (pH), temperaturę, ale przede wszystkim cholesterol, glukozę, poziom tlenu oraz stężenie przynajmniej kilku leków. To ostatnie będzie szczególnie ważne dla osób, które z powodu swojej choroby muszą regularnie zażywać jakieś medykamenty. Ich przedawkowanie jest wtedy bardzo łatwe. Pełna kontrola nad poziomem substancji czynnej we krwi jest bardzo istotna. Sensor został przetestowany na myszach, a testy kliniczne na ludziach rozpoczną się za kilka lat.

Brak komentarzy do Czujnik w nas

Pluton jak Biedronka

Wczorajszy przelot sondy New Horizons w pobliżu Plutona natchnął mnie do pewnych przemyśleń. Po co badać coś tak odległego jak Pluton? Po co badać delfiny, motyle czy orangutany? Po co zajmować się gwiazdami, płytami tektonicznymi i DNA?

Wczorajszy przelot w pobliżu Plutona i związanych z nim sporo pytań natchnął mnie do pewnych przemyśleń. Niemal za każdym razem, gdy w nauce dochodzi do jakiegoś odkrycia, do wysłania sondy, do zbudowania nowego rodzaju mikroskopu czy znalezienia nowej cząstki elementarnej, pada pytanie, po co to wszystko? Po co wydawać miliony dolarów by dowiedzieć się co słychać np. na globie, który oddalony jest od nas o miliardy kilometrów. Dajmy na to na takim Plutonie. Wczoraj udało się sfotografować jego powierzchnię z odległości nieco ponad 12 tysięcy kilometrów. To 30 razy mniej niż odległość pomiędzy Ziemią i naszym Księżycem. Sonda która tego dokonała to New Horizons. Leciała w kierunku Plutona prawie 10 lat przebywając w tym czasie 5 miliardów kilometrów. No i po co to wszystko? Po co lecieć tak daleko, po co wydawać niemałe przecież pieniądze, po co zaangażowanie ogromnej grupy ludzi przez długi okres czasu?

Zacznijmy od pieniędzy. Całkowity koszt misji New Horizons, wszystkich urządzeń sondy, jej wystrzelenia, ale także analizy danych a nawet obsługi medialnej wydarzenia to około 700 milionów dolarów, czyli nieco ponad 2 miliardy i 600 milionów złotych. To dziesięć razy mniej (!!!) niż wynosi roczny przychód supermarketów Biedronka w Polsce. To mniej niż budowa 20 kilometrowego odcinka autostrady A1. W końcu to mniej niż zakup i 13 letnia obsługa 4 samolotów F16, które służą w polskiej armii (w sumie kupiliśmy ich 48). Tyle jeżeli chodzi o koszty. Tak, te są duże… dla przeciętnego obywatela. Niewielu byłoby stać na wybudowanie i wysłanie w kosmos sondy New Horizons (choć np. Jan Kulczyk, najbogatszy Polak, mógłby takich sond wysłać 7), ale w skali państwa, dla budżetu państwa rozwój nauki to grosze. Grosze zainwestowane najlepiej jak można sobie wyobrazić. Grosze, które w przyszłości przyniosą miliony poprzez rozwój technologii a w dalszej perspektywie rozwój przemysłu. Każda ekspansja to wyzwanie i konieczność znajdowania rozwiązań na problemy z których nie zdawaliśmy sobie sprawy. Przecież loty w kosmos mają bezpośrednie przełożenie na komunikację, elektronikę i materiałoznawstwo. Rozwój technik obrazowania (nieważne czy w astronomii czy w biologii) od razu jest wykorzystywany w medycynie. Nasze miasta byłyby skażonymi pustyniami gdyby nie powstawały zaawansowane technologicznie silniki i komputery, które tymi silnikami sterują.

A wracając do Plutona, delfinów, motyli i orangutanów. Po co je badać? Bo one są częścią nas, a my częścią świata którego różnorodność – przynajmniej mnie – powala na kolana. Wszystkie lekkie atomy, które nas budują powstały w czasie Wielkiego Wybuchu. Wszystkie ciężkie w czasie wybuchu gwiazdy. Warto rozwijać zarówno kosmologię, astrofizykę jak i fizykę cząstek. Nasze DNA to uniwersalny język całej przyrody, a gatunki (zarówno zwierzęce jak i roślinne), które zamieszkują Ziemię (a pewnie także inne globy) powstawały jedne z drugich. To dlatego nie można zaniedbywać biologii (w tym egzobiologii) i medycyny. Oddychamy powietrzem w którego skład wchodzą różne gazy. To dlatego warto rozwijać chemię i interesować się tym jak zmieniały się atmosfery na innych planetach. Ta wiedza może być bezcenna gdy zacznie zmieniać się nasza atmosfera. Bo to że wszystko jest wokoło nas zmienne – to oczywiste. Kontynenty są w ruchu (nie tylko zresztą na Ziemi) i dzięki temu mogło powstać życie. Ale to nie powstałoby, gdyby Ziemia nie miała swojego pola magnetycznego. A tego by nie było gdyby jądro planety nie było gorące i półpłynne. Ale nawet gdyby było, Ziemia byłaby martwa, gdyby nie było Księżyca, który stabilizuje ruch Niebieskiej Planety wokół Słońca. A Księżyc powstał w kosmicznej katastrofie w której w Ziemię uderzyła planetoida wielkości Marsa. Geologia, geografia, fizyka, astronomia, biofizyka i biochemia… Mam dalej wymieniać? Czy jest sens wymieniać? Czy jest sens pytać, po co badamy coś tak odległego jak Pluton? Po co badamy delfiny, motyle czy orangutany, a nawet biedronki (chodzi o owada, nie o sieć sklepów)? Moim zdaniem szkoda na to czasu. Lepiej go wykorzystać na zaspokajanie swojej ciekawości. Bo to ciekawość idzie przed odkryciami. Tak było zawsze i tak będzie zawsze.

3 komentarze do Pluton jak Biedronka

Muzyka to drgania

Dla niektórych muzyków informacja o tym, że całe swoje życie poświęcają produkcji drgań może być niemiłym zaskoczeniem. Setki, tysiące godzin prób, ból, łzy i emocje, a wszystko po to, by cząsteczki powietrza wyprowadzić z położenia równowagi.

Dla niektórych muzyków informacja o tym, że całe swoje życie poświęcają produkcji drgań może być niemiłym zaskoczeniem. To samo dotyczy także tych, którzy śpiewają. Setki, tysiące godzin prób, ból, łzy i emocje, a wszystko po to, by cząsteczki powietrza wyprowadzić z położenia równowagi.

Co to znaczy z położenia równowagi? To w przypadku cząsteczek powietrza, niezbyt fortunne stwierdzenie. Tlen, azot, wodór – atomy tych i wielu innych pierwiastków wchodzących w skład powietrza i tak nigdy nie są w spoczynku. Poruszają się chociażby pod wpływem różnicy temperatur czy ciśnienia (jedno z drugim jest zresztą powiązane). Jeżeli ktoś nie wierzy, niech spojrzy za okno, a najlepiej nich wyjdzie na świeże powietrze. Wiatr to właśnie ruch cząsteczek powietrza. Zimą wbijający się w ubranie jak szpilki, latem zwykle przyjemnie schładzający naszą skórę. Co ten ruch ma wspólnego z dźwiękami? Nic. Gdy wieje wiatr, cząsteczki powietrza przemieszczają się z miejsca na miejsce, jak samochody jadące szeroką autostradą. Z dźwiękami jest inaczej. Tutaj ruch bardziej przypomina zakorkowane miasto, gdzie na ulicach samochody stoją zderzak w zderzak. Albo nie, przypomina klik-klaka. Kulka z brzegu zostaje odchylona i uderza w swoją sąsiadkę, a ta w kolejną itd. Ale środkowe kulki zmieniają położenie tak nieznacznie, że nawet tego nie widać. Co nie przeszkadza im przekazywać energię. To przekazywanie energii od jednej kulki, do kolejnej dojdzie w końcu do ostatniej, która energicznie odskakuje. Podobnie jest z dźwiękiem. Cząsteczki powietrza przekazują sobie energię dźwięku tak jak kuleczki klik – laka. Z tą różnicą, że kuleczek w popularnej zabawce jest najwyżej kilka, a cząsteczek powietrza pomiędzy źródłem dźwięku a naszym uchem mogą być setki milionów.

Gęściej znaczy szybciej

Dźwięk rozchodzi się oczywiście nie tylko w powietrzu, nie tylko w gazach, ale także w cieczach i ciałach stałych. Czym gęstszy jest ośrodek, tym dźwięk szybciej się w nim rozchodzi. Na pozór to nielogiczne, ale gdyby się dłużej zastanowić… Skoro cząsteczki przekazują energię dźwięku nie jak posłańcy poruszający się na dużych odległościach, tylko raczej jak ludzie czekający w kolejce, czym bliżej siebie będą cząsteczki, tym szybciej dźwięk będzie przekazywany. Tym więcej energii zostanie przekazanej dalej. W powietrzu dźwięk porusza się z prędkością około 1200 km/h. W wodzie prędkość dźwięku jest prawie 5 razy większa i wynosi około 5400 km/h, a w stali wibracje poruszają się z prędkością bliską 18 000 km/h. Z drugiej strony, gdy cząsteczek nie ma wcale, albo gdy są bardzo daleko od siebie, dźwięk nie jest przekazywany w ogóle. W próżni panuje idealna cisza.

Dźwięki można wytwarzać na wiele różnych sposobów. Wytworzenie, to zwykle jednak za mało. Żeby były słyszalne, trzeba je wzmocnić. I mowa tutaj nie o mikrofonach i głośnikach, tylko o wzmacnianiu dźwięków przez same instrumenty. Człowiek wydaje dźwięki bo powietrze wychodzące z płuc, wprawia w drgania cienkie błony zwane strunami głosowymi. Dźwięki wydawane przez człowieka wzmacniane są w klatce piersiowej. W wielu instrumentach dźwięk wzmacnia pudło rezonansowe. W innych, są za to odpowiedzialne tzw. fale stojące. Sporo w tym fizyki, ale ciekawsze od tego jest to, co dzieje się z dźwiękiem po „opuszczeniu” instrumentu.

To oczywiste że drgania mogą być mocniejsze, albo słabsze. Wtedy dźwięk jest głośniejszy, albo cichszy. Ale to nie jedyna cecha drgań. W końcu ten sam dźwięk grany na skrzypcach i na pianinie różnią się od siebie. Falę wyobrażamy sobie jako sinusoidę (góry i doliny). To wyobrażenie jest jak najbardziej prawidłowe, tyle tylko, że trochę wyidealizowane. W rzeczywistości „górki” i „doliny” nie są gładziutkie, tylko składają się z wielu mniejszych „góreczek”. To w tych nieregularnościach zawarta jest informacja o dźwiękach. Nie o ich głośności, ale o ich brzmieniu. Jak to rozumieć, że w czymś zawarta jest informacja o brzmieniu?

Kostki na całe życie

W końcu fala akustyczna (czyli drganie od cząsteczki do cząsteczki) dojdzie do ucha, a konkretnie do błony bębenkowej. Od środka jest ona połączona z trzema kosteczkami – młoteczkiem, kowadełkiem i strzemiączkiem. To najmniejsze kości w całym ciele człowieka. I co ciekawe, od urodzenia do śmierci nie zmieniają one swoich rozmiarów. Nie rosną – jak wszystkie inne kości naszego organizmu. Trzy wspomniane kosteczki przenoszą drgania błony bębenkowej w głąb ucha, ale to nie jedyna ich funkcja. Są tak ze sobą połączone (na zasadzie dźwigni), że znacząco te drgania wzmacniają. Aż o 20 razy!

Kosteczki słuchowe przenoszą drgania do ślimaka. To zakręcony kanał, który jest wypełniony płynem. We wnętrzu kanału znajdują się czułe na drgania cieczy komórki. Wibracje powietrza na zewnątrz ucha, przez zmyślny system zamieniane są na wibracje płynu wypełniającego ślimak. A tam, drgania płynu zamieniane są na impulsy nerwowe. I w zasadzie dopiero od tego momentu można mówić o „słyszeniu”. Ucho nie słyszy, tylko zamienia drgania cząsteczek powietrza na impulsy elektryczne. To mózg tym impulsom nadaje znaczenie i interpretacja. To dopiero w zakamarkach mózgu odpowiedniej sekwencji impulsów elektrycznych przypisywane są dźwięki skrzypiec czy trąbki. To mózg, a nie ucho rozróżnia i potrafi nazwać te same dźwięki grane przez różne instrumenty.

Słuch jest pierwszym zmysłem człowieka. Już w pierwszych tygodniach życia płodowego, wykształcają się organy słuchowe. Długo przed porodem, dziecko słyszy. Słuch jest jedynym zmysłem, który tak wcześnie pozwala poznać dziecku świat zewnętrzny. Zaraz po porodzie dziecko prawie nie widzi. Słyszy doskonale i odczuwa zapachy. Od kilku lat wiadomo, że dziecko uczy się naśladować dźwięki, jakie słyszało jeszcze przed urodzeniem. W czasopiśmie Current Biology grupa francuskich i niemieckich uczonych opublikowała raport z którego wynika, że zaraz po urodzeniu dzieci płaczą zgodnie z melodią języka biologicznej matki. Francuskie noworodki na przykład płakały z intonacją wznoszącą się, a niemieckie z intonacją opadającą. To odzwierciedla melodię charakterystyczną dla tych języków. Dziecko rozwijając się w łonie matki, choć nie rozumie znaczenia słów, uczy się naśladować melodykę języka. Po co? Inne badania wskazują, że gdy płacz dziecka ma podobną „strukturę” jak język matki, noworodkowi łatwiej jest przyciągnąć uwagę swojej rodzicielki.

Muzyka to drgania cząsteczek powietrza. Brzmi wręcz banalnie prosto. Ale z prostotą ma niewiele wspólnego. Te drgania, ich wydobywanie, przenoszenie, rejestrowanie i interpretacja, to jedno z najciekawszych zagadnień w przyrodzie.

Brak komentarzy do Muzyka to drgania

Oczywista… oczywistość

Mogło by się wydawać, że naukowcy czasami wyważają dawno otwarte drzwi. Po długich testach dochodzą do wniosków, które… dla każdego są logiczne. Sztuka dla sztuki ? Nie, w nauce wszystko musi zostać sprawdzone i przetestowane. Inaczej jest tylko hipotezą.

Wszystko zaczęło się od robienia porządku w komputerze. A w zasadzie chęci zrobienia porządku. Skończyło się jak zawsze, znalazłem artykuł, który odłożyłem sobie do przeczytania na później. Artykuł był sprzed… siedmiu lat! No i postanowiłem coś napisać.

Tekst pochodził z anglojęzycznego serwis popularno-naukowego POPSCI.COM i był w zasadzie listą najbardziej oczywistych badań jakie prowadzono w 2007 roku. Obok informacji o tym co było obiektem badań i jaki ośrodek naukowy je przeprowadzał, podano także wnioski jakie z nich wynikają. Niektóre naprawdę zaskakujące.

– Fajtłapy nie są lubiane w szkole. Do takich wniosków doszła Janice Causgrove Dunn z Uniwersytetu Alberta w Kanadzie. Przebadała 100 chłopców i 110 dziewcząt w wieku szkolnym. Jej praca ukazała się w Journal of Sport Behavior. Autorka badań twierdzi, że eksperymentalne odkrycie znanej przecież prawdy jest ważne, bo dopiero teraz można ilościowo analizować a w konsekwencji zrozumieć związek pomiędzy kondycją fizyczną, rozwojem fizycznym a samotnością czy – bardziej ogólnie – szczęściem.

– Nieletni piją alkohol dla zabawy. Badania były przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Penn State w USA. Rozmawiano z prawie dwoma tysiącami młodych ludzi, pytając o powody dla których sięgnęli po alkohol, mimo młodego wieku. Naukowcy wyodrębnili trzy kategorie motywów. Eksperyment, chęć zrelaksowania się i poszukiwanie przygody. Okazało się jednak że bardzo duża grupa pytanych nie mieściła się w żadnej z tych szufladek. Po dogłębniejszych studiach okazało się, że te osoby sięgają po alkohol, bo… są przekonane że picie to świetna zabawa. Badania, choć mogłyby się wydawać naiwne są niezwykle ważne. To dzięki takim studiom specjaliści, którzy zajmują się prewencją i przeciwdziałaniem problemom alkoholowym mogą tworzyć programy profilaktyczne i terapeutyczne dla młodych alkoholików.

– Sen i kofeina zwalczają senność. Logiczne ? Tak, ale… Francuscy badacze zrobili następujący test. Grupie kilkunastu 20latków i kilkunastu 40latków pozwolili na 30 minutową drzemkę w samochodzie. W tym samym czasie analogiczne grupy 20 i 40latków piły kawę. Następnie wszyscy byli proszeni o przejechanie dystansu około 250 kilometrów samochodem. Okazało się, że tak jak kawa pomagała zachować trzeźwość umysłu niezależnie od wieku, tak drzemka działała ożywczo tylko na młodszych. Starszym w ogóle nie pomagała.

– Wakacje bez komórki są bardziej udane. Do takich wniosków doszli uczeni z Uniwersytetu w Tel Avivie w Izraelu. Ci, którzy biorą służbowy telefon komórkowy czy jakiekolwiek inne urządzenie związane z pracą na urlop nie są w stanie wypocząć psychicznie. Często zdarza, że szaf wymaga od swojego pracownika, by ten był w pełnym kontakcie ze swoją firmą nawet w czasie urlopu. To z kolei powoduje, że pracownik po urlopie wcale nie jest bardziej wypoczęty niż przed. A ten stan jest większą stratą dla firmy niż potencjalny zysk z racji ciągłego kontaktu. Z zacytowanych badań pracodawcy powinni wyciągnąć jasne wnioski. Jak pozwalasz pracownikowi jechać na urlop, odbierz mu służbowy telefon.

– Samotność jest szkodliwa. Badacze z Uniwersytetu Chicago przebadali wpływ jaki ma na fizyczne i psychiczne samopoczucie życie w samotności. Sprawdzili to dla ludzi młodych, tych w wieku średnim oraz takich, którzy przekroczyli 60 rok życia. Czego można się było spodziewać, samotność najgorzej wpływa na najstarszych. Samotni mają wyższe ciśnienie a także zaburzone niektóre parametry krwi. Poza tym – jak wskazują statystyki – są bardziej narażeni m.in. na choroby serca. W USA 25 proc społeczeństwa nie potrafi wskazać osoby sobie bliskiej. Bogate społeczeństwa stają się coraz bardziej samotne. Ta sytuacja zmusza badaczy do badania wpływu takiego trybu życia na ogólną kondycję obywateli.

Pewien polityk mawiał, że coś jest oczywistą oczywistością. Nie wiem jak w polityce, ale w nauce niewiele rzeczy jest oczywistych i lepiej wszystko dokładnie sprawdzić. Czyż oczywiste – na pierwszy rzut oka nie jest to, że to Słońce krąży wokół Ziemi, a nasz glob jest płaski?

Brak komentarzy do Oczywista… oczywistość

Type on the field below and hit Enter/Return to search