Leo Szilard (Leó Szilárd), Marsjanin na walizkach

Enrico Fermi na pewnym seminarium przedstawił opowieść o życiu we wszechświecie. Wszechświat jest wielki i niemożliwe jest, by w wielu miejscach nie powstało życie. Mając miliardy lat do dyspozycji, życie musiało, przynajmniej na niektórych planetach, wyewoluować w wyższe formy, także inteligentne. Niemal nieunikniony jest wniosek, że owi inteligentni obcy nie ograniczą się do własnej macierzystej planety, lecz zaczną szukać innych dogodnych środowisk. Z ich punktu widzenia Ziemia ze swoimi zasobami wodnymi, roślinami przetwarzającymi i magazynującymi energię słoneczną, umiarkowanymi temperaturami, powinna wydawać się idealna do zasiedlenia. A w takim razie – kontynuował Fermi – gdzie oni wszyscy są? Na co obecny na sali Leó Szilárd rzucił: ależ oni są wśród nas, mówimy na nich Węgrzy.

Mamy legendę międzywojennej polskiej szkoły matematycznej, czy właściwie dwóch szkół: lwowskiej i warszawskiej. Grupa niezwykle utalentowanych węgierskich Żydów w naukach ścisłych nie tworzyła wprawdzie jednej szkoły, lecz okazała się niebywale wpływowa. W Stanach Zjednoczonych mówiono na nich często Marsjanie, ponieważ wyróżniali się nie tylko inteligencją, ale także mówili między sobą językiem kompletnie niezrozumiałym i trudnym nawet do zidentyfikowania. Jako młodzi ludzie emigrowali, ponieważ nie mieli warunków do rozwoju naukowego ani nawet spokojnego życia w kraju rządzonym przez antysemicki prawicowy reżim Horthy’ego, admirała w kraju bez morza, któremu w 2013 r. postawiono w Budapeszcie pomnik. W rezultacie wszyscy: Theodore von Kármán, John von Neumann, Eugene Wigner, Leó Szilárd, Michael Polanyi, Edward Teller uczyli się w Niemczech – ówczesnym centrum naukowego świata. Gdy Niemcy dokonały intelektualnego samobójstwa za pomocą nazistowskiego motłochu, musieli szukać sobie miejsca w świecie anglosaskim: Polanyi – w Wielkiej Brytanii, pozostali – w Stanach Zjednoczonych. Za „marsjańskim” pochodzeniem tej grupy przemawia także fakt, że nie ma w Budapeszcie ulic imienia von Neumanna, von Kármána czy Szilárda, mają oni natomiast swe kratery na Księżycu. Fermi uważał za paradoksalny fakt, że nie napotkaliśmy dotąd obcych form inteligencji, tymczasem teraz w wielu miejscach na Ziemi doświadczamy regresu inteligentnych form życia: choćby na Węgrzech, w Rosji, czy nawet w Stanach Zjednoczonych. Cywilizacja nie została dana raz na zawsze, można się z niej cofać i cofać aż do samozagłady.

Leó Szilárd był w tym gronie oryginałów i pierwszorzędnych umysłów postacią nietypową. Zapisane czarno na białym w publikacjach wyniki nie dają obrazu jego pozycji w nauce. Przede wszystkim nie miał on właściwie żadnej określonej specjalności naukowej. Zrobił wprawdzie doktorat i habilitację z fizyki teoretycznej, ale zwłaszcza habilitacja dotyczyła związku entropii z informacją, co wtedy, w latach dwudziestych, wyprzedzało epokę o dobre kilkadziesiąt lat. Później zajmował się fizyką jądrową, jako pierwszy zrozumiał zagrożenie, jakie sprowadzić mogła reakcja łańcuchowego rozszczepienia jąder, brał udział w budowie pierwszego reaktora jądrowego w Chicago, po wojnie zajmował się biologią, m.in. mechanizmem pamięci i starzenia się. Wszystko to robił nie zajmując oficjalnych stanowisk na uczelniach bądź pracując na jakichś dziwnych zleceniach jako konsultant, wizytujący profesor, czy badacz. Właściwie jego oficjalne CV wyglądałoby jak kronika prac dorywczych, często bezpłatnych, nie mieszczących się w normalnym planie badawczym instytucji, które go nominalnie zatrudniały. Żył trochę z własnych środków, trochę z patentów i konsultacji, czasem z jakichś prywatnych grantów. Główną formą jego pracy naukowej było siedzenie w wannie przed południem oraz przeszkadzanie kolegom w pracy przez zadawanie pytań albo sugerowanie innego niż dotąd kierunku badań. Nie miał domu, mieszkał w hotelach, pensjonatach, w latach trzydziestych żył z dwoma walizkami: w jednej miał rzeczy osobiste, w drugiej przenośne laboratorium jądrowe (do fizyki jądrowej wystarczał wówczas stół w laboratorium, jakiś licznik Geigera, trochę materiałów promieniotwórczych). Przy tym wszystkim Szilárd miał ambicję wpływania na politykę, instynkt organizatora różnych przedsięwzięć dla dobra ludzkości, potrafił pracować niemal dzień i noc na rzecz uchodźców naukowych z nazistowskich Niemiec, nie myśląc przy tym o sobie i własnym losie.

Jako dwudziestoparoletni student Szilárd brał udział w słynnych berlińskich kolokwiach (tzn. seminariach), gdzie w pierwszym rzędzie zasiadali Max Planck, Max von Laue, Albert Einstein, Fritz Haber, James Franck, później także Erwin Schrödinger. Niełatwo było z sensem zabierać głos w tych kolokwiach, na których przedstawiano najnowsze prace i na które przyjeżdżali wszyscy liczący się i aspirujący fizycy. Werner Heisenberg na całe życie zapamiętał swój wykład na berlińskim kolokwium, gdy prezentował właśnie odkrytą przez siebie mechanikę macierzową, czyli jedną z wersji mechaniki kwantowej. Szilárd w ciągu paru lat awansował na kolokwium z ostatniego rzędu do drugiego dzięki swoim błyskotliwym uwagom wygłaszanym w arogancki, choć zapewne i niepozbawiony wdzięku sposób, szybko przyzwyczajono się do jego sposobu bycia. Po habilitacji (dającej prawo nauczania) prowadził na uniwersytecie seminaria na temat nowej fizyki wymiennie ze Schrödingerem. Zaprzyjaźnił się też w Berlinie z Albertem Einsteinem, co oczywiście było raczej niezwykłe, biorąc dwadzieścia lat różnicy wieku, ówczesne zwyczaje i sławę Einsteina. W każdym razie młodszy uczony odprowadzał starszego spacerem do domu, bywał u niego na podwieczorkach, współpracowali także nad szeregiem patentów na lodówki oraz elektromagnetyczne pompy bez ruchomych części. Szilárd potrzebował pieniędzy i uważał zarabianie na patentach za formę zarobkowania dającą więcej niezależności niż etaty w instytucjach. Zgadzało się to z poglądami Einsteina, który będąc noblistą i członkiem Akademi Nauk, wciąż z sentymentem wspominał pracę w urzędzie patentowym i obawiał się, że uczony zmuszony do przedstawiania wciąż nowych wyników swej pracy („znoszenia złotych jaj”) łatwo się degeneruje w zwykłego wyrobnika. Lodówki ich pomysłu miały być bezpieczne, zdarzały się bowiem wówczas wypadki zatruć, nawet śmiertelnych, pod wpływem gazu wydobywającego się z nieszczelnej instalacji chłodniczej. Einstein przez większość życia pracował od czasu do czasu jako konsultant przemysłowy i technika była mu nieobca. Wspólnie z Szilárdem zgłosili trzynaście oryginalnych patentów (wniosków patentowych w różnych krajach było znacznie więcej). Zarobili też na nich trochę pieniędzy, mimo że nie weszły one do produkcji. Charakterystyczne jest, że Szilárd wykorzystywał znajomość z Einsteinem niemal wyłącznie w celach publicznych, nie do promowania swojej kariery. Einstein zresztą potrafił realistycznie oceniać walory naukowe ludzi i w przypadku Szilárda widział wybitną inteligencję, niezwykłą pomysłowość, lecz zarazem brak monotematyczności niezbędnej, aby stać się kimś w rodzaju Diraca czy Heisenberga. Wydaje się też, że po prostu młodszego kolegę lubił, Einstein miał słabość do ludzi, którzy nie pasują do ram instytucjonalnych, trochę nawiedzonych, potrafiących przejmować się abstrakcyjnymi ideami tak, jakby to były ich sprawy osobiste. Taki był np. Michele Besso, jego przyjaciel przez całe życie.

Od grudnia roku 1933 Szilárd zafiksowany był na idei jądrowej reakcji łańcuchowej. Impulsem miało być stwierdzenie Ernesta Rutherforda, że uzyskiwanie energii z reakcji jądrowych to czysta mrzonka. Rzeczywiście, reakcje jądrowe, jakie wówczas prowadzono na stołach laboratoryjnych, nawet jeśli były egzoenergetyczne (tzn. wydzielały więcej energii niż pochłaniały), nie mogły mieć zauważalnego wpływu na nic, gdyż odbywały się na małą skalę. Prawie nic nie wiedziano jednak o budowie jąder atomowych. Dopiero odkryty (w zespole Rutherforda) neutron zmieniał całkowicie możliwości fizyków i Szilárd zdał sobie z tego sprawę. Neutrony jako cząstki neutralne nie są odpychane przez jądra, mogą więc swobodnie do nich wnikać i wywoływać dalsze przekształcenia. Jeśli zaś wskutek reakcji wydzieli się energia oraz więcej neutronów, możemy mieć do czynienia z reakcją samopowielającą się – łańcuchową i potencjalnie niszczycielską. Szilárd proponował, by zbadać reakcje neutronów ze wszystkimi pierwiastkami z układu okresowego, ale nie udało mu się tego zorganizować. Niezależnie od niego, ale bez nadziei i obaw w związku z reakcją łańcuchową, taki program badań zrealizowała później grupa Fermiego w Rzymie. Szilárd myślał o reakcji łańcuchowej, lecz nie wiedział, gdzie jej szukać, odkryli ją Otto Hahn i Fritz Strassmann pod koniec 1938 roku, a ich wieloletnia współpracowniczka i od niedawna przymusowa emigrantka Lise Meitner wraz ze swym siostrzeńcem Robertem Frischem zrozumieli, co się naprawdę wydarzyło. Był początek 1939 roku, w ciągu tego roku rozpoczęła się druga wojna światowa, a wielu fizyków zrozumiało, że rozszczepienie uranu może być źródłem nowej i być może niszczycielskiej energii.

W Stanach Zjednoczonych Szilárd forsował badania nad reakcją łańcuchową, to on zainicjował słynny list Einsteina do prezydenta Franklina Delano Roosevelta w sprawie badań nad uranem. Próbował też innych sposobów dotarcia do ważnych postaci naukowych i politycznych, starając się im uświadomić, czym grozi broń jądrowa w rękach Hitlera. Stany Zjednoczone z początku nie brały udziału w wojnie i projekty szły opornie. Szilárd współpracował też z Enrico Fermim, przy czym była to współpraca wielce osobliwa. Węgier był skrajnym indywidualistą, rzucał nowe pomysły i potem ich nie rozwijał, stale też snuł jakieś plany organizacyjne i instytucjonalne, zapoznawał ludzi, którzy mogli się przydać w tych projektach. W ten sposób Szilárd poznał np. Lewisa Straussa, który zainteresował się promieniotwórczością, ponieważ jego rodzice zmarli na raka. Fermi trafił do Stanów Zjednoczonych po odebraniu Nagrody Nobla w 1938 roku (jego żona Laura była Żydówką, a w Italii właśnie wprowadzano ustawy rasistowskie za przykładem Niemiec). Włoch był niezwykle sumiennym badaczem, nie cierpiał pochopnego wyciągania wniosków i szybujący wciąż nad ziemią Szilárd był dla niego trudnym partnerem. Wspólnie jednak zaprojektowali pierwszy reaktor jądrowy, który grupa Fermiego wybudowała w Chicago. Szilárd nie brał udziału w ciężkiej i brudnej pracy układania stosu bloków uranu i grafitu, lecz krążył stale gdzieś w pobliżu, zasypując kolegów pomysłami, nie zawsze witanymi życzliwie. Wielką zasługą Szilárda było zorganizowanie odpowiednio dużych ilości uranu i grafitu. Do niego też należało drobne, lecz bezcenne spostrzeżenie, że grafit przemysłowy był zanieczyszczony borem i zamiast spowalniać neutrony, pochłaniał je silnie. Dopiero po oczyszczeniu nadawał się na moderator (czyli spowalniacz neutronów – powolne cząstki mają większą długość fali de Broglie’a i łatwiej trafiają w jądro atomowe, są efektywnie większe). W Niemczech nad problemem tym pracował Walter Bothe, znany fizyk doświadczalny, który ten fakt przeoczył i w rezultacie Niemcy nie zastosowali grafitu, lecz skoncentrowali się na ciężkiej wodzie, co zatrzymało skutecznie ich program jądrowy. Oczywiście, w czasie wojny nikt o tym nie wiedział.

Niezależny indywidualista Szilárd, ratujący świat wedle swego sumienia, nie pasował do armii. Nic więc dziwnego, że generał Groves, szef Projektu Manhattan, zaciekle z nim walczył i uważał go za co najmniej sabotażystę politycznego, a może i szpiega. (Sumiennego i zdyscyplinowanego Klausa Fuchsa, który rzeczywiście był szpiegiem w Projekcie Manhattan, nikt chyba nigdy nie podejrzewał i gdyby nie rozszyfrowane po latach depesze sowieckie Fuchs mógłby nadal pracować w Wielkiej Brytanii.) Mimo to Szilárda trudno było wygumkować podczas wojny, zbyt wysoko cenili go koledzy, udało się to dopiero po jej zakończeniu. M. in. dlatego uczony zajął się biologią, choć interesował się nią dużo wcześniej. Znów balansował wśród doraźnych projektów, grantów, bezpłatnych konsultacji, bez stałego mieszkania. Pierwszy stałe zatrudnienie uzyskał dopiero pod koniec życia w Instytucie Salka w La Jolla, instytucie, który pomógł zorganizować. Jego zdaniem nauka amerykańska była zanadto przejęta protestanckim kultem pracowitości: nieważne, co się robi, byle przez cały dzień. Twierdził, że Europa była pod tym względem lepsza, ponieważ nicnierobienie – byle tylko przyjemne – zawsze było tam uważane za godny szacunku sposób spędzania czasu. Cytował Henri Poincarégo, który mawiał, że rolą nauki nie jest zapewnianie nam posiłków, lecz chronienie nas przed nudą pomiędzy posiłkami. „Najważniejszą rzeczą, o której trzeba pamiętać w nauce, jest to, że ma przynosić radość. Nauka uprawiana przez kogoś nie staje się pierwszorzędna tylko dlatego, że przynosi radość jej twórcy, ale jeśli nie sprawia mu ona radości, to z konieczności musi być drugorzędna”.

D.A. Henderson, synek Franklina i racjonalność decyzji o szczepieniu

W roku 2016 zmarł D.A. Henderson, epidemiolog, który walnie przyczynił się do zlikwidowania ospy na świecie. Był to wynik wieloletniej planowej pracy zespołu ludzi, którymi kierował najpierw w amerykańskiej CDC, a później w WHO. Fachowcy mówią, że to największy wymierny sukces w historii medycyny. Dramatem naszego świata jest fakt, że ludzie tacy jak on są niezbyt znani w przeciwieństwie do różnej maści celebrytów, skandalistów i kokainistów płci obojga.  

Pisałem o epidemii w roku 1721 w Bostonie i tragicznym losie małego synka Benjamina Franklina. Stosując rachunek prawdopodobieństwa, nietrudno uzasadnić racjonalność decyzji o szczepieniu nawet przy niepełnych danych z XVIII wieku. Musimy pamiętać, że ówczesne szczepienie, tzw. inokulacja albo wariolizacja, różniły się od późniejszej metody. Zaszczepiano bowiem ludziom ospę ludzką, co w niektórych przypadkach kończyło się śmiercią. Dopiero pod koniec stulecia Edward Jenner odkrył, że bezpieczniejsze jest zaszczepianie ludziom ospy krowiej.

Zazwyczaj w podręcznikach matematyki mamy do czynienia z urnami, z których wyciąga się kule i w zależności od tego, co wyciągniemy, pojawiają się różne możliwości i budujemy drzewo rozmaitych ewentualności. Szczepienia są przykładem lepiej chyba przemawiającym do wyobraźni niż losowania białych i czarnych kul z urny.

Oto dane dla epidemii w Bostonie w roku 1721.

• Liczba ludności miasta: 10 700
• Poddanych inokulacji 281, z czego 6 zmarło
• Spośród niepoddanych inokulacji 4917 zachorowało i przeżyło, 842 osoby zachorowały i zmarły, a 4654 osoby w ogóle nie zachorowały

Będziemy prawdopodobieństwa przybliżać częstościami, zazwyczaj nie mamy na to lepszego sposobu, należy pamiętać, że dane pochodzące z niewielkiej próby mogą się okazać niedokładne i dysponując większą statystyką, otrzymalibyśmy nieco inne wyniki. Mamy więc prawdopodobieństwo zgonu po inokulacji równe i przeżycia inokulacji .

Prawdopodobieństwo zgonu wśród niepoddanych inokulacji oraz zarażonych jest równe , a prawdopodobieństwo przeżycia w tej samej grupie równa się .

Prawdopodobieństwo zarażenia osoby niepoddanej inokulacji możemy próbować oszacować na podstawie naszych danych jako . Jest to szacowanie z dołu: musimy pamiętać, że część spośród 4654 osób, które nie zachorowały, przeszła już kiedyś ospę i była uodporniona na resztę życia. Jeśli prawdopodobieństwo zarażenia osoby, która nie przeszła ospy, oznaczymy przez , mamy następujące drzewo możliwości.

Rysunek z pracy M Best, A Katamba, and D Neuhauser, Making the right decision: Benjamin Franklin’s son dies of smallpox in 1736.

Jeśli przyjmiemy , to prawdopodobieństwo przeżycia bez inokulacji będzie równe . Jak widać, wartość ta jest mniejsza od prawdopodobieństwa przeżycia inokulacji, zatem statystycznie biorąc, zabieg ten zwiększa szanse przeżycia. Gdybyśmy mieli więcej informacji, wartość mogłaby się okazać jeszcze większa, a to by oznaczało, że prawdopodobieństwo przeżycia bez inokulacji jest jeszcze mniejsze (można zapisać to prawdopodobieństwo jako , jest to więc malejąca funkcja zmiennej ).

Można też się zastanowić, jaka musi być najmniejsza wartość , żeby inokulacja była racjonalnym zabiegiem. Granicą racjonalności będą równe prawdopodobieństwa zgonu: , skąd . Ponieważ dane wskazują, że prawie na pewno ostatni warunek jest spełniony, inokulacja jest racjonalnym zabiegiem.

Nie mamy, niestety, danych dla epidemii w 1736 roku w Filadelfii, gdzie mieszkał Benjamin Franklin z rodziną. Mamy jednak dane dla późniejszej epidemii w Bostonie w roku 1752.

• Boston liczył wówczas 15 684 mieszkańców
• 5998 osób przeszło już ospę i nie musiało się jej obawiać
• 2124 osoby poddały się inokulacji (znacznie więcej niż w roku 1721), 30 z nich zmarło
• 1843 osoby uciekły na wieś, by przeczekać epidemię, nie wiemy, jak wiele spośród nich zmarło.
• 5719 osób nie poddało się inokulacji ani nie uciekło; 97% spośród nich zachorowało, a 539 zmarło

Prawdopodobieństwo zgonu po inokulacji równe jest ; prawdopodobieństwo przeżycia: . Wartości zbliżone są do tego, co otrzymaliśmy wyżej dla roku 1721.

Wśród niezaszczepionych i narażonych na zachorowanie śmiertelność była równa , prawdopodobieństwo przeżycia choroby równało się . Oznaczało to, że nie robiąc nic, ma się prawdopodobieństwo przeżycia . Należy porównywać to z wartością dla zaszczepionych. Inokulacja była więc znacznie lepszą decyzją.

Statystyka z roku 1752 obejmuje jeszcze możliwość ucieczki z miasta. Była to najprostsza metoda unikania chorób epidemicznych i kogo było na nią stać, ten ją stosował. Nie znamy prawdopodobieństwa zachorowania wśród tych, co uciekli. Oznaczmy je przez . Mamy więc następujące drzewo możliwości.

(Rysunek z pracy jw.)

Można zadać pytanie, jakie powinno być , aby ucieczka była lepszym wyjściem niż pozostanie w Bostonie i poddanie się inokulacji. Prawdopodobieństwo zgonu osoby uciekającej to , należy je porównać z prawdopodobieństwem zgonu po inokulacji, równym . A zatem, jeśli , to ucieczka jest racjonalna. Trudno jest oczywiście oszacować wartość , zależy ona np. od tego, czy uciekniemy, zanim jeszcze epidemia się rozwinie, czy w jej późniejszej fazie (choroba ma pewien okres inkubacji, możemy więc wyjeżdżając czuć się dobrze mimo zarażenia). W dodatku uciekając, nadal nie mamy odporności na ospę, a w Bostonie w ciągu osiemnastego wieku większe epidemie wystąpiły w latach 1721, 1730, 1752, 1764, 1776, 1778 oraz 1792. Można się było spodziewać, że za kilkanaście lat choroba znów się pojawi.

Zabdiel Boylston, czarna ospa w Bostonie i siła charakteru (1721-1722)

W XX wieku czarna ospa zabiła 300 mln. ludzi – trzy razy więcej niż zginęło w obu wojnach światowych. I w tym samym XX wieku udało się tę chorobę wyeliminować. Można, oczywiście, buntować się przeciwko nowoczesnej cywilizacji, ale żadna z tych 300 mln osób nie zrozumiałaby, o co nam właściwie chodzi. Nie ma jednak szczepionki przeciwko głupocie i w naszych światłych czasach dzieci chorują albo będą chorować na rozmaite groźne przypadłości jedynie dlatego, że ich rodzice albo rodzice ich kolegów są podejrzliwymi idiotami, którzy sądzą, że wiedzą lepiej niż eksperci.

W XVIII wieku nie znano przyczyn ani mechanizmu szerzenia się ospy, jasne było tylko, że jest to choroba zakaźna. Ponieważ objawy występują dopiero po 12 dniach, więc izolacja chorych była na ogół spóźniona i zdążyli oni już zarazić osoby, z którymi się stykali. Wiadomo też było z obserwacji, że ci, którzy przeszli chorobę i przeżyli, byli na nią później odporni. Ryzyko było tak duże, że w Anglii w XVII wieku był zwyczaj, by nie zapisywać majątku dzieciom, zanim nie przeszły ospy, ponieważ ich przyszłość była wciąż bardzo niepewna. Spośród tych, co przeżyli, wielu było oślepionych albo oszpeconych na całe życie. Jedną z takich osób, których urodę zniszczyła ospa, była Mary Wortley Montagu, arystokratka, pisarka (sama nauczyła się łaciny w ojcowskiej bibliotece) i żona ambasadora brytyjskiego w Konstantynopolu. Dowiedziała się ona o praktyce wariolizacji stosowanej w imperium osmańskim: pobierano płyn z pęcherzyków na skórze chorego i zaszczepiano go osobom zdrowym. Pacjenci chorowali wówczas na ogół w sposób łagodny, nabywając przy tym odporności. Nie zawsze wariolizacja przynosiła pożądane efekty, zdarzały się przy jej stosowaniu wypadki śmiertelne. Montagu propagowała tę metodę w Londynie, przekonując m.in. księżnę Walii Karolinę do zaszczepienia dzieci. Metoda była kontrowersyjna. Wyglądała na jakiś rodzaj zabobonu, w dodatku przychodziła do Europy z krajów niecieszących się zaufaniem w sprawach medycznych i naukowych: stosowano ją na Kaukazie, w Afryce. W Konstantynopolu szczepieniami zajmowały się zwykle stare kobiety, co też nie wyglądało wiarygodnie w oczach Zachodu. Z punktu widzenia dzisiejszej wiedzy wariolizacja stanowiła postęp, lecz była obarczona ryzykiem. Dopiero pod koniec XVIII wieku Edward Jenner wynalazł skuteczną odmianę tej metody szczepienia: należy zaszczepiać ospę krowią, pacjenci wówczas nie chorują i nabierają odporności na ospę ludzką. Także i wtedy nie rozumiano, dlaczego szczepienie jest skuteczne i jak działa, opierano się wyłącznie na obserwacjach.

W kwietniu 1721 roku do Bostonu, stolicy Massachusetts, zawinął okręt „Seahorse”, płynący z Barbadosu. Jeden z członków załogi zachorował na ospę i został odizolowany w domu z czerwoną ostrzegawczą flagą. Później zachorowali także inni marynarze z tej jednostki i stało się jasne, że kwarantanna nie wystarczy, ponieważ choroba zdążyła się już rozprzestrzenić. Ówczesny Boston był małym miastem, liczącym sobie około jedenastu tysięcy mieszkańców. Rządy duchowe sprawowała w nim dynastia purytańskich ministrów: wiekowy Increase Mather i jego dobiegający sześćdziesiątki syn, Cotton Mather. Obaj zapisali się poprzednio w annałach ścigania czarownic i czarowników: to za ich aprobatą toczyła się sprawa w Salem w roku 1692. Wszechstronnie wykształcony w Ameryce i w Anglii, Cotton Mather, członek Towarzystwa Królewskiego, był zarazem ciasnym bigotem, głęboko wierzącym w realność i szkodliwość czarów. W swym dziele Pamiętne zrządzenia opatrzności opisywał przypadek irlandzkiej praczki, niejakiej Glover, która jako czarownica nękała pobożną rodzinę Goodwinów, którzy podczas owych diabelskich ataków głuchli, niemieli, ślepli albo wszystko to na raz. Mather przyczynił się do prześladowań w Salem, choć zarazem podkreślał potrzebę niezbitych dowodów w każdym przypadku. Teraz, wobec zagrożenia ospą, także starał się interweniować i tym razem jego wpływ okazał się jednoznacznie korzystny. Mather przekonany był bowiem do wariolizacji: czytał o niej wcześniej w „Transactions of the Royal Society”, miał też w domu niewolnika z Afryki, który mu opowiadał o tej metodzie. Minister skierował do lekarzy bostońskich pismo przedstawiające zalety wariolizacji. Medycy zareagowali wrogo, obawiając się, że wskutek wariolizacji epidemia jeszcze bardziej się rozszerzy. Wrogo też reagowali niektórzy duchowni. Ich zdaniem człowiek nie powinien ingerować w naznaczony przez Boga bieg wypadków. Znaleziono nawet pierwowzór wariolizacji w Księdze Hioba: „Odszedł szatan sprzed oblicza Pańskiego i obsypał Hioba trądem złośliwym, od palca stopy aż do wierzchu głowy. [Hiob] wziął więc skorupę, by się nią drapać siedząc na gnoju” (Hi 2, 7-8). A więc także Pismo św. wskazywało więc wyraźnie, że nie należy nikogo szczepić. Pismo św, jak zawsze, wskazuje we wszystkich kierunkach jednocześnie.

Jedynie chirurg Zabdiel Boylston gotów był spróbować wariolizacji. Nie miał on wykształcenia akademickiego, uczył się medycyny od swego ojca i innego jeszcze lekarza, w Ameryce nie było zresztą żadnej szkoły medycznej. Boylston dał się poznać jako sprawny chirurg, który nie obawiał się przeprowadzać ryzykownych operacji, jak usuwanie kamieni żółciowych czy pierwsza mastektomia w Ameryce. Operacje przeprowadzało się bez znieczulenia, należało wszystko robić błyskawicznie, żeby pacjent nie zmarł wskutek szoku i upływu krwi. Później groziły mu oczywiście wszelkie infekcje, Boylston był ponoć pedantycznie czysty i zapewne pomagało to jego pacjentom (nikt wówczas nie kojarzył chirurgii z czystością). Pierwsze szczepienia ospy przeprowadził na własnym synu oraz parze swych niewolników: ojcu i synu. Wszyscy trzej przeżyli. Boylston zaczął więc stosować tę metodę, choć przyjmowano to wrogo i lekarz obawiał się o swe bezpieczeństwo. W pewnym momencie rada miejska oficjalnie zakazała mu tych praktyk. Nie ujął się też za nim Mather, nie do końca chyba przekonany do wariolizacji (nie zaszczepił np. własnego syna). Ostatecznie Boylston przeprowadzał szczepienia na niezbyt dużą skalę, tylko u pacjentów, którzy sami się z tym do niego zwracali. Był także ostro krytykowany w miejscowej prasie. W tygodniowej gazecie wydawanej przez Jamesa Franklina (terminował u niego wtedy młodszy brat, Benjamin, który z czasem miał zostać najsławniejszym uczonym Ameryki) szczepienia atakowano jako szkodliwy przesąd. W pewnym stopniu postawa gazety wynikała z jej opozycyjności: James Franklin był przeciwny rządom Mathera i atmosferze moralnego terroru wprowadzanej przez purytanów, nietrudno więc było go przekonać, że duchowny także i tym razem broni jakichś przesądów. Ostatecznie w ciągu niecałego roku zachorowało w Bostonie około 6000 osób – ponad połowa ludności (około tysiąca bogatszych wyjechało na wieś i tam przeczekali epidemię). Zmarły w tym czasie na ospę 844 osoby, czyli 14% zainfekowanych. Za Boylstonem przemawiały liczby: spośród 286 osób, jakie zaszczepił, zmarło jedynie sześć. W dodatku nie zawsze było jasne, czy osoby te były zdrowe w momencie wariolizacji, być może choroba już się u nich rozwijała, lecz nie dawała jeszcze widocznych objawów. Tak czy inaczej było to tylko 2,4% – statystycznie biorąc, wariolizacja działała.

Doświadczenia swe Boylston opisał w książce, przyjęto go też do Towarzystwa Królewskiego. Wariolizację zaczęto, choć z oporami, uznawać. Nabrał do niej przekonania także Benjamin Franklin, choć obawiał się związanego z nią ryzyka. Pisze w swej autobiografii:

W roku 1736 straciłem jednego z mych synów, pięknego czteroletniego chłopca. Umarł na ospę, którą się w zwykły sposób zaraził. Długo i gorzko żałowałem potem i nadal żałuję, że nie kazałem go szczepić. Wspominam o tym ku przestrodze rodziców, którzy nie szczepią swych dzieci z obawy, że mogłyby wskutek tego umrzeć, czego nigdy nie mogliby sobie wybaczyć. Mój przykład świadczy, że żałować trzeba nieraz i w przeciwnym wypadku, a wobec tego lepiej wybierać drogę bezpieczniejszą. (przeł. J. Stawiński)

Tren dla Annie Darwin

W marcu 1838 roku Charles Darwin poszedł obejrzeć młodą samicę orangutana w londyńskim ZOO. Do tej pory nie widziano tam stworzenia tak bardzo podobnego do człowieka. Małpę nazwano Jenny, ubrano w dziecięce stroje i umieszczono w ogrzewanym pomieszczeniu razem z żyrafą – wiadomo było, że zwierzęta te są niezwykle delikatne i źle znoszą niewolę. Często zapadały na suchoty, jak nazywano wówczas gruźlicę, o której bardzo niewiele było wówczas wiadomo. Nie wiedziano nawet, czy jest chorobą zakaźną.

Darwin zapisał w swoim notatniku: „Człowiek powinien zobaczyć oswojonego orangutana, posłuchać jak ekspresyjnie płacze, przyjrzeć się, jak rozumnie spogląda, gdy się do niego zwrócić – jakby rozumiał każde wypowiedziane słowo, ujrzeć jakim uczuciem darzy znane sobie osoby, przyjrzeć się, jak szaleje z wściekłości, dąsa się i okazuje rozpacz (…) i dopiero wtedy niech się spróbuje pochwalić swoją dumną wyższością (…) Człowiek uważa się w swej arogancji za coś tak wielkiego, że aż godnego boskiej interwencji. Z większą pokorą i, jak sądzę, prawdziwie, jest uważać go za stworzonego ze zwierząt”.

Dziesięć lat później zmarł ojciec przyrodnika, Robert Darwin, lekarz i religijny sceptyk. Sam Charles w młodości omal nie został pastorem, choć jak się zdaje, pociągała go nie tyle posługa duchowa, co perspektywa zamieszkania na wsi, blisko natury, i możliwość oddawania się przyrodniczej pasji. W każdym razie teraz, pod koniec lat czterdziestych, oddalił się już znacznie od wiary religijnej. Jego motywy nie były wyłącznie naukowe czy racjonalne, myślał jak przyrodnik, ale był też pełnym empatii człowiekiem, dla którego wielkie znaczenie miały moralne skrupuły. Dżentelmeni z jego sfery bardzo poważnie i uczciwie zastanawiali się nad swoimi poglądami. Wiele lat później napisał w Autobiografii:

„Trudno mi doprawdy pojąć, że ktokolwiek mógłby sobie życzyć, aby wiara chrześcijańska była prawdziwa. Bo gdyby tak było, to bezpośrednia wymowa tego tekstu [tekstu Ewangelii – tłum.] jest jak się zdaje taka, iż ludzie, którzy nie wierzą – a do nich należy zaliczyć mego Ojca, Brata i prawie wszystkich moich najlepszych przyjaciół – są skazani na wieczne potępienie.
A to jest wszak okropna doktryna.
Chociaż o istnieniu Boga osobowego dużo myślałem dopiero w znacznie późniejszym okresie życia, podam tu ogólne wnioski, do których doszedłem. Stary, przytaczany przez Paleya, argument o celowości w przyrodzie, który dawniej wydawał mi się tak przekonywający, upada obecnie z chwilą odkrycia prawa doboru naturalnego. Nie możemy już dłużej utrzymywać, że np. piękne zawiasy skorupy małży musiały być wykonane przez istotę rozumną, tak jak zawiasy drzwi – przez człowieka. Nie więcej jest, zdaje się, celowości w zmienności istot żywych i w działaniu doboru naturalnego niż w kierunku, w którym wieje wiatr” (przeł. S. Skowron).

W 1851 roku umarła ukochana córeczka Darwina, dziesięcioletnia Annie. Dziecko zachorowało najprawdopodobniej na gruźlicę, nie mówiono o tym jednak głośno, ponieważ diagnoza taka oznaczała wyrok śmierci, chorych na nią nie przyjmowano nawet do szpitali. Ojciec miał nadzieję, że małej pomoże hydroterapia w zakładzie w Malvern, gdzie sam leczył wcześniej własne niedomagania. Miał może nadzieję, że Annie pomoże to samo, co pomogło jemu, ponieważ stale podejrzewał, iż jej choroba może być dziedziczna. Darwin spędził w Malvern przy Annie ostatnie dni jej życia, szalejąc z rozpaczy. Tydzień po pogrzebie napisał o niej wspomnienie, najbardziej emocjonalny tekst człowieka, który zawsze starał się zachować obiektywizm, ale i zrozpaczonego ojca, który czuł się winny śmierci córki. Annie była idealnym wiktoriańskim dzieckiem: łagodna, kochająca, posłuszna, niewinna, wesoła, pełna życia, lecz nigdy nie rozkapryszona, bardzo wrażliwa na każdy przejaw dezaprobaty ze strony rodziców, którzy nie musieli jej nawet karcić, wystarczyło trochę surowsze spojrzenie, by natychmiast odczuła niewłaściwość swego postępowania. I nie tylko cechy charakteru dziewczynki miały znaczenie, Darwin starał się zapamiętać także jej wygląd zewnętrzny. „Jej wzrok się iskrzył, często się uśmiechała. Chodziła elastycznie i pewnie, trzymała się prosto i często odrzucała nieco głowę w tył, jakby rzucając żartobliwe wyzwanie światu. (…) Dagerotyp jest bardzo do niej podobny, lecz zupełnie nie oddaje jej wyrazu: zrobiony został dwa lata temu, jej twarz się od tamtej pory wyciągnęła i nabrała urody. Ruchy miała żywe, energiczne i zazwyczaj pełne wdzięku, kiedy chodziła ze mną na spacer ścieżką dookoła domu, to mimo iż chodzę szybko, często wyprzedzała mnie, kręcąc piruety w najbardziej elegancki sposób i uśmiechając się słodko”.

Dzieci na ówczesnych dagerotypach miały często nienaturalny wygląd, ponieważ musiały wytrwać bez ruchu przez całą minutę – tyle bowiem trwało naświetlanie zdjęcia. Widać, że dłonie Annie są nieostre, dziewczynka się poruszyła.

Śmierć dziecka była w tamtej epoce zjawiskiem częstym, ludzie pobożni pocieszali się mówiąc o lepszym życiu, do którego zostało przeniesione zgodnie z nieprzeniknionymi zamysłami Stwórcy. Charles Darwin nie próbował szukać pociechy tego rodzaju, jak się wydaje, śmierć niewinnej istoty była w jego oczach całkowicie sprzeczna z jakąkolwiek wizją dobrego Boga. Prawdopodobnie sądził też, że jakaś cząstka naszego współczucia należy się również istotom mniej od nas uprzywilejowanym – jak Jenny z ZOO, ofiara tej samej co Annie choroby.

Korzystałem z książki Randala Keynesa, Annie’s Box: Charles Darwin, His Daughter, and Human Evolution, London 2001. Na książce tej oparto scenariusz filmu BBC z roku 2009 pt. Creation.

Oko ludzkie i doskonałość stworzenia

Czy długa szyja żyrafy, zajęcze skoki albo narząd taki, jak ludzkie oko, są wytworem opatrznościowego inteligentnego projektu, czy też mogły ukształtować się samorzutnie wskutek ewolucji? Do połowy XIX wieku poglądy ewolucyjne były raczej odosobnione i niedopracowane. W żywych istotach widziano przykład mądrości bożej. Nawet arcyniedowiarek Voltaire pisał w swym Traité de métaphysique (czyli „Traktacie metafizycznym”):

Kiedy widzę zegarek, którego wskazówka pokazuje godziny, dochodzę do wniosku, że istota inteligentna rozmieściła sprężyny tej machiny w taki sposób, by wskazówka pokazywała godziny. Podobnie widząc sprężyny ciała ludzkiego, dochodzę do wniosku, że istota inteligentna rozmieściła jego narządy w taki sposób, aby mogło mieścić się i odżywiać przez dziewięć miesięcy w macicy; że oczy są mu dane, by widzieć, ręce, aby chwytać itd.

Voltaire nie był osobistym wrogiem Stwórcy, był deistą, sceptycznie zapatrującym się na Jego samozwańczych przedstawicieli na ziemi. Argument Voltaire’a podjęty został przez teologa Williama Paleya, który w zegarku znalezionym na wrzosowisku chciał widzieć dowód istnienia Boga, i to koniecznie w jego anglikańskiej odmianie. Rozwijana była, zwłaszcza w XIX wieku, tzw. teologia naturalna. Podkreślano w niej rozmaite przykłady dostosowania istot żywych albo ich poszczególnych narządów do swych funkcji i traktowano to jako przykłady inżynierskich talentów Stwórcy – był wszak wiek przemysłu napędzanego siłą pary, a niebawem także elektryczności, i inżynierowie byli w cenie.Także młody Charles Darwin znał i podzielał argumentację tego rodzaju, zanim odkrył inne rozwiązanie: żywe organizmy mogą ewoluować, a sukces odnoszą te z nich, którym najlepiej uda się wykorzystać swoje środowisko. Nie ma więc projektu ani zegarmistrza czy konstruktora, jest następowanie kolejnych innowacji, kumulujących się niekiedy w coś tak bliskiego doskonałości jak oko ludzkie albo gepard.

W liberalnym i dżentelmeńskim świecie Darwina dyskusja musiała być rzetelna, wyzbyta demagogii. Dlatego w dziele O powstawaniu gatunków uczony zamieścił cały rozdział poświęcony trudnościom własnej teorii – coś, czego jego dzisiejsi koledzy, tak usilnie walczący o przetrwanie w akademickim środowisku, z reguły nie robią, poprzestając na autoreklamie.

Pisze Darwin:

Przypuszczenie, że oko ze wszystkimi swoimi niezrównanymi urządzeniami do nastawiania ogniskowej na rozmaite odległości, do dopuszczania rozmaitych ilości światła oraz korygowania aberracji sferycznej i chromatycznej mogło powstać drogą doboru naturalnego, wydaje się – przyznaję to otwarcie – w najwyższym stopniu niedorzeczne. Rozum jednak mi mówi, że jeśli można dowieść istnienia licznych stadiów pośrednich, od skomplikowanego i doskonałego oka do prostego i niedoskonałego, przy czym każde z tych stadiów jest użyteczne dla posiadacza, jeżeli zmiany te są bardzo niewielkie i dziedziczne (…), i jeżeli takie zmiany lub modyfikacje narządu będą zawsze korzystne dla zwierzęcia przy zmianie warunków życia, wtedy trudności przyjęcia, iż doskonałe i skomplikowane oko może powstać drogą doboru naturalnego (…) nie sposób uznać za rzeczywistą. [przeł. Sz. Dickstein, J. Nussbaum, popr. J. Popiołek, M. Yamazaki, s. 175-176]

O „doskonałości” oka ludzkiego powiemy nieco dalej. Najpierw spójrzmy na samą kwestię ewolucji od plamki ocznej do rozbudowanej struktury z gałką oczną, soczewką i siatkówką.

John Ellis, How Science Works: Evolution, 2nd ed., Springer 2016

Dość łatwo wyobrazić sobie kolejne kroki ewolucyjne i korzyści z nich płynące: lepiej mieć jakiś detektor światła niż go nie mieć (np. u fotosyntezującej eugleny światło jest źródłem energii, korzystnie jest zatem znaleźć się w miejscu o lepszym oświetleniu). Podobnie, lepiej jest otrzymywać jakąś, nawet niedokładną informację o kierunku, z którego dociera światło, niż nie otrzymywać jej wcale. Naturalne więc są struktury typu camera obscura: otwór, przez który wpada światło, a naprzeciwko tego otworka komórki światłoczułe. Oko tego rodzaju pozwala zaobserwować jakiś obraz przedmiotu, ma jednak słabą zdolność rozdzielczą i wpuszcza niewiele światła. Owady wykorzystują wiele egzemplarzy takich oczu jednocześnie. Lepszym rozwiązaniem jest poszerzenie otworu, którym wpada światło i umieszczenie soczewki wytwarzającej obraz na światłoczułym ekranie – siatkówce. Można wówczas regulować ilość światła docierającego do siatkówki oraz uzyskać obraz o dobrej zdolności rozdzielczej.

John Ellis, How Science Works: Evolution, 2nd ed., Springer 2016

Obliczono, że cała ta ścieżka ewolucyjna może zmieścić się w czasie rzędu pół miliona lat, przyjmując, że u małych organizmów morskich pokolenie trwa mniej więcej jeden rok). Oznacza to, że kiedy wydarzyła się eksplozja kambryjska: pojawienie się licznych zwierząt około 540 mln lat temu, to praktycznie natychmiast (w skali geologicznej) powinny się też pojawić oczy. Wśród skamieniałości z kambru znajdują się trylobity i żywiące się nimi drapieżniki anomalocaris – zwierzęta te posiadały oczy złożone. Odkryto też, że u gatunków tak różnych, jak myszy, owady i ludzie wpływ na budowę oka ma ten sam gen regulujący PAX6, najwyraźniej mieliśmy więc wspólnych przodków.

Grafika: Trevor D. Lamb, Evolution of the Eye, „Scientific American”, July 2011

Dzielimy przeszłość oka ze śluzicą (hagfish) i minogiem (lamprey). W rozwoju embrionalnym oko człowieka powtarza owe wczesne stadia rozwojowe.

Parę słów na temat jakości optycznej naszego oka. Nie jest ono bynajmniej konstrukcją idealną. W zasadzie ostry obraz odbieramy tylko poprzez czopki skupione w plamce żółtej na powierzchni około 1 mm² – jest to zdecydowanie najbardziej drogocenny fragment naszego ciała. Daje to pole widzenia rzędu zaledwie 2°. Czopki zapewniają nam też widzenie barwne, ponieważ występują w trzech odmianach, które wrażliwe są (głównie) na czerwień, zieleń i błękit. Wrażenie obrazu przed oczami tworzone jest przez nasz mózg, wzrok skanuje bowiem nieustannie pole widzenia (dlatego tak ważna jest ruchomość gałki ocznej). Mamy tu więc do czynienia z dobrej jakości kamerą o niezwykle wąskim polu widzenia, która tworzy szerszy obraz dzięki swoim bezustannym ruchom i oprogramowaniu. Spróbujmy np. przeczytać poniższy tekst, a zobaczymy, że idea linearnego odczytywania tekstu literaz za literą nie jest całkiem poprawna.

Nie werizłeim że mzóg mżoe bez polbrmeu oczdaytć sowła z pporyzsteaimawni ltemirai blye tlkyo perwizsa i otanista błyy na sowich mecscijah

Aberracje sferyczna i chromatyczna (*), o których mówił Darwin nie są w przypadku oka tak trudne do skorygowania, jak mu się zdawało, a to dlatego, że najważniejsze są promienie blisko osi optycznej, dla nich aberracje te są niewielkie. Możemy natomiast przystosowywać się do zmiennych warunków oświetlenia dzięki kurczeniu i rozszerzaniu źrenic oraz możemy modyfikować ogniskową całego oka tak, by obraz przedmiotów położonych niezbyt blisko oka był wyraźny (konkretna odległość dobrego widzenia zależy od indywidualnych cech oka oraz wieku jego posiadacza). W obrębie plamki żółtej zdolność rozdzielcza oka zbliża się do granicy dyfrakcyjnej, tzn. teoretycznej zdolności rozdzielczej (por. John Biddell Airy: Jak drobne szczegóły można dostrzec przez teleskop).

Pod względem konstrukcyjnym oko ludzkie jest jednak zbudowane gorzej niż oko ośmiornicy.

Po lewej stronie mamy oko kręgowca. Włókna nerwowe (2) przechodzą w nim przed światłoczułą siatkówką (1). Cały ten bałagan przed siatkówką pogarsza oczywiście jakość obrazu. Nerwy skupiają się w w dodatku w wiązkę (nerw wzrokowy) (3) w taki sposób, że pozostaje obszar oka niewrażliwy na światło, tzw. plamka ślepa (4). To, że jej zwykle nie widzimy, jest czarodziejstwem mózgu. Po prawej stronie mamy znacznie porządniejszy inżyniersko projekt oka głowonoga, gdzie siatkówka jest umieszczona przed nerwami wzrokowymi, które nie zakłócają biegu światła i nie tworzą plamki ślepej.

Jeśli Stwórca starał się osiągnąć projekt idealny, to udało mu się go zrealizować w przypadku ośmiornic, nie ludzi. Przypomina się odpowiedź wybitnego biologa J.S.E. Haldane’a na pytanie pewnego teologa, czego na temat Boga można dowiedzieć się z badań biologicznych. „Że wykazuje nadmierne upodobanie do chrząszczy” – brzmiała odpowiedź. Jest to aluzja do faktu, że istnieje około miliona gatunków chrząszczy, z czego tylko część jest znana badaczom.

(*) Aberracja sferyczna to efekt nieogniskowania wszystkich promieni w jednym miejscu przez soczewkę o powierzchniach idealnie sferycznych. W oku nie mamy do czynienia z tak prostą sytuacją, ale problem nieogniskowania w jednym punkcie także występuje.

Aberracja chromatyczna pojawia się, ponieważ promienie różnych barw mają różne współczynniki załamania, nawet więc gdyby kształt soczewki został zaprojektowany w sposób idealny, dotyczyłoby to jedynie jednej barwy, dla innych obraz musiałby być nieco rozmyty.

Streptomycyna: pierwszy lek przeciw gruźlicy (1943)

Gdy myślimy o najgroźniejszych chorobach zakaźnych, na myśl przychodzą nam ospa, malaria, dżuma czy cholera. Jednak to nie one uśmierciły najwięcej ofiar. Rekord śmiertelności należy do gruźlicy: ponad miliard zgonów w ostatnich dwustu latach.

Gruźlica jest chorobą biednych i niedożywionych, a także tych, którzy mają z jakichś powodów słabszą odporność (w ostatnich latach często łączy się z AIDS). Sprzyjają jej kiepskie warunki mieszkaniowe, stłoczenie wielu osób na małej przestrzeni, toteż nasiliła się wraz z rozwojem miast w paru ostatnich stuleciach. Dosięgała jednak wszystkich: biednych i bogatych. Gdyby nie gruźlica dłużej mogliby tworzyć pisarze tacy, jak Anton Czechow czy George Orwell, a u nas Juliusz Słowacki i Stanisław Brzozowski. Inaczej wyglądałaby matematyka, gdyby Niels Abel czy Bernhard Reimann nie umarli przedwcześnie. Itd. itp., listę tę można by wydłużać.

Pierwszym skutecznym lekiem przeciw gruźlicy była streptomycyna. W listopadzie 1944 roku podano ją młodej pacjentce Mayo Clinic Patricii Thomas, której oba płuca zaatakowała gruźlica i tylko dni dzieliły ją od śmierci. Nie wiedziano jeszcze, jakie dawki leku są odpowiednie, lekarze na bieżąco monitorowali jej stan. Po pięciu miesiącach kuracji choroba ustąpiła i latem 1945 roku Patricia wróciła do domu. Jej chłopak, który służył w marynarce wojennej, także wrócił szczęśliwie, kiedy tylko skończyła się wojna. Pobrali się, mieli trójkę dzieci. Patricia przeżyła jeszcze dwadzieścia lat.

Przez następne kilka lat prowadzono próby kliniczne, obserwowano skutki uboczne. Ostatecznie streptomycyna stała się pierwszym antybiotykiem stosowanym z powodzeniem w leczeniu gruźlicy, a także niektórych innych infekcji.

Antybakteryjne działanie streptomycyny odkryte zostało zaledwie rok przed przypadkiem Patricii Thomas. Odkrycia dokonano na Universytecie Rutgersa w stanie New Jersey. Pracował tam Selman Abraham Waksman, urodzony na Ukrainie mikrobiolog, specjalista od bakterii glebowych i autorytet w tej dziedzinie. To on pierwszy użył nazwy antybiotyk na określenie substancji produkowanej przez jedne bakterie i toksycznej dla innych – gleba jest dla bakterii środowiskiem mocno konkurencyjnym, stąd wytwarzanie takich toksyn zwiększa ich szanse przeżycia. Pierwsze antybiotyki znalezione przez Waksmana i jego współpracowników były jednak toksyczne także dla zwierząt, więc ich przydatność lecznicza była niewielka. Wszystko zmieniło się w listopadzie 1943 roku, gdy jego doktorant Albert Schatz stwierdził, że streptomycyna niszczy prątki gruźlicy. Schatz, syn żydowskiego emigranta z Rosji i Angielki, niedawny absolwent Rutgersa, pracował dzień i noc w piwnicy laboratorium Waksmana nad wyizolowywaniem i badaniem działania różnych substancji wytwarzanych przez promieniowce żyjące w glebie (bakterie te odpowiadają za swoisty zapach mokrej ziemi). Waksman nie zapuszczał się nigdy do piwnicy zajmowanej przez Schatza, obawiając się zarażenia gruźlicą, jego laboratorium nie miało bowiem żadnych zabezpieczeń mikrobiologicznych. Młody człowiek, zarabiający 40$ miesięcznie, spędzał w swej piwnicy większość czasu, żywił się głównie tym, co pozostawało z badań w laboratorium, spał nawet na miejscu, nocny portier budził go od czasu do czasu, gdy trzeba było coś zmienić w ustawieniach aparatury pracującej na okragło. Odkrycie było szczęśliwym trafem, choć oczywiście nie było całkiem przypadkowe: zarówno Waksman, jak i Schatz, szukali substancji o takich właściwościach, nie wiedząc jednak, czy badania zakończą się sukcesem.

Sukces okazał się oszałamiający. Schatz stwierdził, że streptomycyna niszczy prątki gruźlicy i wyprodukował pierwsze 10g antybiotyku. Niebawem próby in vivo na świnkach morskich potwierdziły nadzieje wiązane z tą substancją. Firma Merck & Co., sponsorująca badania Waksmana, zdecydowała o zbudowaniu fabryki produkującej nowy lek, niebawem poszły za nimi inne firmy (patent został udostępniony). Był to drugi po penicylinie antybiotyk wprowadzony do leczenia i decyzja była o tyle trudna, że ograniczało się tym samym zasoby przeznaczone na produkcję penicyliny bardzo potrzebnej żołnierzom amerykańskim. Tu nie chodziło już o 40$ miesięcznie i piwnicę na badania, lecz o miliony dolarów i najlepszych chemików potrzebnych do przeskalowania całego procesu do rozmiarów przemysłowych. Niewykluczone, że decyzję uławiła obawa przez bronią biologiczną: streptomycyna niszczy bowiem zupełnie inne rodzaje bakterii niż penicylina.

Dla ludzkości najważniejsze było samo wprowadzenie streptomycyny. W połączeniu z kwasem p-aminosalicylowym (PAS) antybiotyk ten dał pierwszą w historii możliwość wyleczenia gruźlicy. Ludzie są jednak ludźmi i w tle toczyła się nierówna i brzydka walka Waksmana i Schatza o uznanie pierwszeństwa odkrycia. Waksman wygumkował całkowicie udział Schatza i przedstawiał się wszem i wobec jako jedyny odkrywca streptomycyny. Oznaczało to ogromne uznanie: od 1946 roku począwszy Waksman otrzymał 22 doktoraty honorowe i 67 różnych nagród naukowych, w tym Nagrodę Nobla za odkrycie tego konkretnie leku. O Schatzu Waksman nawet nie wspominał, sprowadzając go do roli anonimowego laboranta, który jedynie wykonywał zlecone mu prace. Można zrozumieć ten zawrót głowy: starszy uczony, dotąd wybitny specjalista w dość niszowej dziedzinie, znalazł się nagle w centrum uwagi mediów całego świata i nie potrafił oprzeć się pokusie przypisania sobie całej chwały. Chodziło także o pieniądze. Choć Waksman nie kierował się jedynie chęcią zysku, to zarabiał na  prawach do streptomycyny duże sumy (gwoli sprawiedliwości dodać należy, że przeznaczał je w większości na badania naukowe). Albert Schatz, schowany w cieniu, wciąż z trudem wiążący koniec z końcem, zdecydował się na krok nietypowy w nauce: pozwał Waksmana do sądu. W grudniu 1950 r. doszło do ugody: 3% dochodów z praw do streptomycyny przypadło Schatzowi, 10% Waksmanowi oraz 7% do podziału między wszystkich pracowników laboratorium w czasie, gdy dokonano odkrycia. Kariera naukowa Schatza była jednak skończona, żadna licząca się placówka naukowa nie chciała zatrudnić młodego uczonego, mimo jego niewątpliwych kwalifikacji. Panowało przekonanie, że wyniki badań uzyskanych w danym ośrodku należą się automatycznie kierownikowi – coś w rodzaju ius primae noctis w feudalnej Europie. Sposób patrzenia na rolę młodszych pracowników niewiele zmienił się ćwierć wieku później: kiedy w 1967 roku doktorantka Jocelyn Bell dokonała odkrycia pulsarów, Nagrodę Nobla za to odkrycie otrzymał jej szef Anthony Hewish. W 2018 r. Jocelyn Bell Burnell otrzymała Special Breakthrough Prize m.in. za tamto odkrycie. Pieniądze (3 mln dolarów) przeznaczyła na stypendia dla kobiet, przedstawicieli mniejszości oraz imigrantów specjalizujących się w fizyce.

Rezygnacja Richarda Willstättera (1924)

Na krótkim filmie z czerwca 1920 r. widzimy laureatów Nagrody Nobla wraz z żonami. Od lewej stoją: Fritz Haber (chemia, 1918), Charles Glover Barkla (fizyka, 1917), Max Planck (fizyka 1918), Richard Willstätter (chemia, 1915), Johannes Stark (fizyka, 1919) oraz Max von Laue (fizyka, 1914).

Półtora roku po Wielkiej Wojnie – jak wtedy mówiono – uroczystość noblowska była jedną z pierwszych okazji gromadzących uczonych z dwóch stron niedawnego frontu. Wymowny jest brak na zdjęciach obu brytyjskich laureatów z fizyki za rok 1915: Williama Henry’ego Bragga (ojciec) i Williama Lawrence’a Bragga (syn). Drugi syn Williama Bragga, Robert Charles, zginął na wojnie. Obaj Brytyjczycy pracowali nad dźwiękowym wykrywaniem łodzi podwodnych oraz pozycji artylerii – czymś w rodzaju akustycznego radaru. Także Haber i Willstätter zaangażowani byli w wysiłek wojenny swego kraju. Pierwszy uratował Niemcy przed klęską militarną: zapasy materiałów wybuchowych i amunicji wystarczały na kilka miesięcy wojny. Kiedy okazało się, że nie będzie szybkiego rozstrzygnięcia, pojawił się problem produkcji materiałów wybuchowych. Do tej pory korzystano z saletry importowanej z Chile. Jednak po wybuchu wojny marynarka brytyjska dość skutecznie odcięła tę drogę zaopatrzenia. Ratunkiem dla Niemiec okazał się proces Habera-Boscha produkcji amoniaku z powietrza. Haber na tym nie poprzestał, zaczął pracować nad gazami bojowymi i stał się entuzjastycznym inicjatorem wojny chemicznej. Willstätter także pracował na rzecz armii, ale nie chciał zajmować się produkcją broni, opracował maskę gazową, chroniącą żołnierzy. Zaopatrzenie armii koordynował Walther Rathenau, przemysłowiec i wielki patriota, późniejszy minister spraw zagranicznych w roku 1922 zamordowany przez nacjonalistów. Charakterystyczne jest, że choć niemieccy Żydzi wnieśli wielki wkład w wysiłek wojenny swego kraju (także walcząc w okopach), po przegranej wojnie to oni zostali oskarżeni o klęskę i spiskowanie z wrogiem.

Społeczeństwo niemieckie wyszło z wojny zupełnie podzielone. Nikt nie chciał odpowiadać za klęskę i bezmiar cierpień. Traktat wersalski przyniósł upokorzenie, nakładając ciężary reparacji niemożliwe do udźwignięcia. Skrajne siły na lewicy i prawicy podmywały porządek konstytucyjny, antysemityzm, od dawna obecny wśród Niemców, coraz częściej przeradzał się w obsesyjną nienawiść. Nawet nauka nie była wyłączona z tej presji politycznej. Z pięciu uczonych niemieckich na filmie, dwóch było Żydami, dwóch – von Laue i Planck – starało się zachować neutralność nauki, Johannes Stark natomiast był jednym z wczesnych zwolenników Hitlera i później propagatorem czegoś, co nazywało się „fizyką niemiecką” – jakby atomy, grawitacja, elektryczność, kwanty miały narodowość i aryjski rodowód.

Richard Willstätter był chemikiem, Nagrodę Nobla otrzymał za badania nad chlorofilem. Dzięki jego długoletniej pracy znane stały się podstawowe cechy budowy cząsteczki chlorofilu, z jej magnezowym centrum (miał tu polskiego prekursora w Leonie Marchlewskim), udowodnił także, że występują dwa rodzaje chlorofilu: a i b. Wykazał, że cząsteczki chlorofilu w różnych roślinach mają jednakową budowę, podobną zresztą do budowy cząsteczki hemoglobiny. Za ogromną różnorodnością życia kryła się więc jednolitość na poziomie biochemicznym. Willstätter badał też inne barwniki występujące w roślinach. Na filmie jest sam, jego żona umarła, później umarł także ich synek, została mu tylko córka. Uczony do końca życia pozostał już sam.

Rodzina pochodziła z Badenii, lecz przyszły chemik do gimnazjum chodził w Norymberdze, a studiował w Monachium. Starszy o siedem lat od Einsteina, w odróżnieniu od niego czuł się w Bawarii dobrze, choć też doświadczał czasem antysemityzmu, począwszy od łobuziaków na ulicy, goniących i rzucającyh kamieniami za żydowskimi rówieśnikami. Znacznie poważniejszym problemem był antysemityzm elit. W nauce Żydzi zostawali czasem profesorami, było to jednak trudne. Willstätter pierwszą posadę profesorską dostał w Szwajcarii, w ETH w Zurychu. Potem ściągnięto go w roku 1912 do Berlina, nieco podobnie dwa lata później Einsteina: był to świadomy zamysł ludzi takich, jak Haber, Nernst czy Planck, aby budować wielkość nauki niemieckiej. W roku 1916 Willstätter dostał propozycję katedry w Monachium, mógł dzięki temu wrócić na swą macierzystą uczelnię, teraz jako dyrektor budujący nowy gmach laboratorium, który wyposażył za pieniądze ze swej Nagrody Nobla.

W 1924 roku uniwersytet rozpatrywał sprawę nominacji profesora geochemii. Znakomitym kandydatem był Victor M. Goldschmidt, pracujący w Kristianii (dzisiejsze Oslo). Jednak Wilhelm Wien, fizyk i ówczesny dziekan wydziału, utrącił tę kandydaturę, przekonując profesorów, by nie głosowali za osobą „obcokrajowca” (nie chodziło mu przy tym bynajmniej o obywatelstwo norweskie). Przyjęto na stanowisko nauczyciela ze szkoły dla dziewcząt, bez żadnego dorobku naukowego. Decyzja podjęta za sprawą uprzedzeń rasowych wzburzyła bardzo Willstättera – tego samego dnia podał się do dymisji i nie odwiodły go od niej rozmaite apele i rozgłos wokół tej sprawy. Nie przyjął też żadnej z licznych propozycji, które zaczęły napływać z kraju i zagranicy: miał pięćdziesiąt trzy lata, był noblistą i sporo jeszcze mógł dokonać. Wycofał się na emeryturę, odtąd pracował naukowo, kontaktując się telefonicznie ze swymi asystentami, nigdy już nie odwiedzając swego laboratorium.

W marcu 1939 roku Richard Willstätter przekroczył granicę niemiecko-szwajcarską, opuszczając na zawsze ojczyznę. Pozwolenie na wyjazd okupione było długotrwałymi staraniami i utratą większej części majątku, w tym wspaniałej biblioteki zajmującej siedem pokoi w jego monachijskim domu. Umarł kilka lat później.

Powstawanie kontynentów i oceanów (1922) – Alfred Wegener

Książka została napisana w okresie rekonwalescencji autora, dwukrotnie rannego na froncie zachodnim zaraz na początku wojny światowej (wrócił później do służby jako meteorolog). Ukazała się po raz pierwszy w roku 1915 nakładem wydawnictwa Vieweg & Sohn. Kolejne trzy wydania ukazały się już po wojnie. Z początkowych niecałych stu stron książka rozrosła się do ponad dwustu w czwartym wydaniu. Najważniesze historycznie okazało się wydanie trzecie z roku 1922, które stało się podstawą przekładów m.in. na angielski, francuski, hiszpański i rosyjski, wywołując ożywioną dyskusję nie tylko w kręgach naukowych.

Wysunięta przez Wegenera teoria dryfu kontynentów, przyjęta zrazu ze sceptycyzmem, niedowierzaniem, a nawet szyderstwem, w okresie międzywojennym zyskała niewielu zwolenników. Idee przesuwania się kontynentów wróciły triumfalnie dopiero w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku jako teoria płyt tektonicznych, która zrewolucjonizowała nauki o Ziemi.

Alfred Lothar Wegener z wykształcenia był astronomem, lecz po doktoracie dotyczącym Tablic Alfonsyńskich w roku 1905 postanowił zająć się meteorologią. Zapalony wędrowiec, alpinista i narciarz szukał dziedziny mniej obciążonej tradycją, dającej ponadto możliwość pracy w terenie, a nawet przygody. Wraz ze starszym bratem Kurtem ustanowił w roku 1906 światowy rekord czasu lotu balonem (52,5 godziny). W tym samym roku wyruszył na Grenlandię jako meteorolog duńskiej wyprawy. Spędził tam dwie zimy, tworząc pierwszą stację meteorologiczną i dokonując pomiarów atmosfery przy użyciu latawców oraz balonów. Po powrocie pracował na uniwersytecie w Marburgu, opracowywał wyniki obserwacji polarnych, napisał także podręcznik Termodynamika atmosfery (1911). Przygotowując go, Wegener zwrócił się o opinię do uznanego specjalisty profesora Wladimira Köppena z Hamburga, który przychylnie przyjął rękopis młodszego kolegi. Wegener poznał też córkę profesora Else i niebawem się z nią zaręczył. Na następną wyprawę na Grenlandię wyruszył w 1912 roku, Else spędziła ten czas w domu norweskiego meteorologa Vihelma Bjerknesa, ucząc jego dzieci niemieckiego, a sama ucząc się norweskiego oraz duńskiego (przełożyła potem na niemiecki dwie prace Bjerknesa). Latem 1913 roku wyprawa z udziałem Wegenera przebyła drogę w poprzek Grenlandii mniej na szerokości geograficznej 75°. Tego samego roku młody polarnik i Else wzięli ślub. Po wojnie światowej Wegener objął po przejściu teścia na emeryturę jego stanowisko w Morskim Obserwatorium Meteorologicznym w Hamburgu, przeniósł także swoje prawo nauczania na tamtejszy nowopowstały uniwersytet. We współpracy z Köppenem napisał książkę na temat paleoklimatologii, w której rozwinięte zostały pewne argumenty na rzecz dryftu kontynentalnego. Napisał też książkę na temat kraterów księżycowych, uznając je – zgodnie z prawdą, a wbrew ówczesnym poglądom – za skutek impaktów meteorytów. Mimo ożywionej aktywności Wegenerowi nie udawało się uzyskać katedry uniwersyteckiej, można przypuszczać, że pewną rolę odgrywała tu niechęć wobec jego śmiałych teorii. W 1924 roku został profesorem na katedrze meteorologii i geofizyki w prowincjonalnym Grazu w Austrii (stanowisko stworzono specjalnie dla niego, łącząc obie dziedziny, którymi się zajmował). Wegenerowie przeprowadzili się tam wraz ze swymi trzema córkami i teściem. Jak wspominała Else: „W pięknym Grazu niemal całkiem zatopiliśmy się w mieszczańskiej stabilizacji”. Wegener pracował naukowo, wszyscy troje odbywali liczne wycieczki, regularnie jeździli na narty w Alpy, wojna i ciężkie przejścia w Grenlandii wydawały się daleko poza nimi. Jednak w roku 1929 Alfred Wegener nie umiał się oprzeć okazji ponownej wyprawy na Grenlandię. Zmarł tam niespodziewanie w listopadzie 1930 roku, prawdopodobnie na atak serca z nadmiernego wysiłku, niedługo po swoich pięćdziesiątych urodzinach.

Alfred Wegener i jego towarzysz Rasmus Villumsen na kilka dni przed śmiercią (obaj zginęli w drodze między obozem w głębi Grenlandii a wybrzeżem)

Idea ruchu kontynentów przyszła Wegenerowi po raz pierwszy do głowy w roku 1910, gdy zwrócił uwagę na przystawanie linii brzegowych Ameryki Południowej i Afryki na mapie. Nie był pierwszym, który zauważył owo dopasowanie – jednak nauka instytucjonalna nauczyła się ten fakt ignorować. W roku 1911 Wegener zetknął się po raz pierwszy z danymi geologicznymi i paleontologicznymi, które wskazywały na podobieństwo obu kontynentów. Fakty te znane były specjalistom, interpretowano je jako świadectwo istnienia niegdyś pomostów lądowych między Afryką i Ameryką, uznając za pewnik, że kontynenty te zawsze były położone tak jak dziś (nieco słabsza wersja tego poglądu zakładała istnienie łańcucha wysp łączących oba kontynenty). Wegener postanowił zakwestionować ten pewnik i sprawdzić, czy koncepcja przesuwania się kontynentów może się obronić. W styczniu 1912 roku po raz pierwszy przedstawił swe pomysły publicznie na zjeździe Towarzystwa Geologicznego we Frankfurcie, a trzy lata później rozwinął je w książce. Jak się zdaje, koncepcja pomostów lądowych od początku nie trafiała mu do przekonania. Podstawowym jego argumentem była tu izostazja, obserwowane przez geologów dążenie do równowagi hydrostatycznej. Wiadomo było np., że lądy podnosiły się po ustąpieniu zlodowacenia. Góry mają niższy ciężar właściwy niż dno oceanów. Jeśli tak, to zbudowane z lżejszego materiału pomosty lądowe nie mogły zatonąć w gęstszym podłożu, gdyż przeczyłoby to prawu Archimedesa. Wegener zaczął na kontynenty patrzeć jak na dobrze mu znaną z Arktyki pokrywę lodową: tworzy ona względnie trwałe pływające struktury, które mogą łączyć się albo pękać na mniejsze części, przy czym większa część ich objętości zanurzona jest w wodzie. Podobne zjawiska – oczywiście w nieporównanie większej skali czasowej – mogły zachodzić w przypadku kontynentów na Ziemi.

Przyrodnik zwracał uwagę, że większą część powierzchni Ziemi stanowią albo głębie oceaniczne, albo niezby wysokie lądy.

(Ryc. 4 z Entstehung der Kontinente und Ozeane, 1922, s. 27)

Rozkład wysokości dla całej powierzchni Ziemi ma dwa wyraźne maksima, odpowiadające lądom oraz dnu oceanów. Przeczy to zdaniem Wegenera panującej w tym okresie teorii Eduarda Suessa kurczenia się (kontrakcji) Ziemi. Wyobrażano sobie, iż Ziemia stygnie z fazy ciekłej i stale się w związku z tym kurczy. Wywoływałoby to na jej powierzchni efekt podobny do marszczenia się skórki na wysychającym jabłku. Owo „marszczenie się” zewnętrznych warstw skorupy ziemskiej objawiać się miało m.in. fałdowaniem i wypiętrzaniem gór. Ponieważ kurczenie zachodzi stopniowo, więc w różnych jego fazach ta sama część powierzchni mogła znajdować się nad albo pod powierzchnią morza. Odkrycie pierwiastków promieniotwórczych, które stale wydzielają ciepło, stawiało teorię kontrakcji pod znakiem zapytania. W dodatku skały osadowe znajdowane na kontynentach wskazują na to, że tereny te mogły się znajdować jedynie płytko pod powierzchnią morza, nie stanowiły więc nigdy dna oceanicznego. Wegener sądził także, że gdyby to kurczenie się Ziemi odpowiadało za rzeźbę jej powierzchni, rozkład wysokości powinien mieć jedno tylko maksimum, takie jak przerywana linia na rycinie powyżej.

(Ryc. 4 z Entstehung der Kontinente und Ozeane, 1922, s. 35; dziś wiemy, że dno oceanów także należy do litosfery, która jednak jest tam znacznie cieńsza niż pod kontynentami)

Jego zdaniem lżejsza masa kontynentu, sial (od zawartości krzemu i aluminium: Si-Al) pływa w cięższej simie (od zawartości krzemu i magnezu: Si-Ma), która ma pewne cechy cieczy, przynajmniej w długiej skali czasowej. Toteż poziome przemieszczanie się kontynentów przypominałoby pływanie kier lodowych w morzu. Według oszacowania Wegenera grubość kontynentów (oznaczona M na rycinie) była rzędu 100 km (rycina jest schematyczna i nie oddaje prawidłowo skali).

Mapy Wegenera (Entstehung der Kontinente und Ozeane, 1929, s. 19, 20)

Teoria dryftu kontynentów nie tylko tłumaczyła dopasowanie kształtów różnych lądów, ale także w naturalny sposób objaśniała podobieństwa geologiczne: góry po jednej stronie Atlantyku znajdowały swe naturalne przedłużenie po drugiej jego stronie. Podobieństwa zachodziły także między kopalnymi gatunkami roślin i zwierząt z części świata oddzielonych barierą oceanu. Bez pomostów lądowych trudno było zrozumieć, w jaki sposób te same gatunki mogły wyewoluować w sposób niezależny od siebie.

(J.S. Monroe, S. Wicander, The Changing Earth, 4th edition, s. 33)

Wegener przyjął, że w erze paleozoicznej wszystkie kontynenty stanowiły jeden ląd, nazwany Pangea, który następnie popękał na oddzielne fragmenty, odsuwające się stopniowo od siebie. Jedna z krawędzi Pangei znajdowała się blisko bieguna południowego – gdyż kontynenty przesuwały się nie tylko względem siebie, ale także w stosunku do osi obrotu Ziemi. Dzięki temu można było wyjaśnić geologiczne ślady zlodowaceń paleozoicznych w miejscach położonych obecnie tak daleko od siebie, jak Argentyna, Afryka Południowa, Indie i Australia – wszystkie te lądy znajdowały się kiedyś blisko siebie, a także blisko bieguna ziemskiego.

Dane Wegenera wg współczesnego podręcznika (W. Frisch et al., Plate Tectonics, Springer 2011, s. 3)

Ciągłość pasm górskich oraz zlodowacenia i lasy karbońskie (E.J. Tarbuk, F.K. Lutgens, D. Tasa, Earth: An Introduction to Physical Geology, 11th edition, s. 46,47)

W oczach większości geologów hipoteza Wegenera zakrawała na szaleństwo. Jak zauważył jeden z geologów, przeciwnik dryftu: gdyby to była prawda, to należałoby napisać na nowo podręczniki z ostatnich trzydziestu lat – rzeczywiście, trzeba było to w końcu zrobić. Podobnie reagowali wykształceni ludzie XVI wieku, słysząc o koncepcji Kopernika. Obie teorie usuwały niejako metafizyczny grunt pod nogami, głosząc zmienność i ruch tam, gdzie pragnęlibyśmy stabilności i niezmienności. Obie brały początek ze stosunkowo prostego i nienowego pomysłu, który był po wielokroć odrzucany jako absurdalny. Sformułowane zostały dzięki innemu spojrzeniu na znane fakty, a nie dzięki jakimś nowym, nieznanym dotąd obserwacjom. Obie teorie przekraczały także granice między różnymi naukami. Kopernik „niedopuszczalnie” mieszał astronomię i fizykę. W sprofesjonalizowanym i wyspecjalizowanym dwudziestym wieku czyniono zarzut z tego, że teorię wysunął nie geolog, który strawił lata na badaniach terenowych, lecz autsajder: astronom zajmujący się głównie meteorologią. Warmia Kopernika i Marburg oraz Graz Wegenera, leżąc na uboczu, ułatwiały niezależne myślenie, wolne od presji poglądów środowiska. Obaj autorzy zdawali sobie do pewnego stopnia sprawę z kontrowersyjnosci swoich hipotez, choć żaden z nich nie spodziewał się chyba aż tak zażartego oporu. Oczywiście, każdy rewolucyjny pogląd rodzi nowe trudności i niełatwo z góry przesądzić, czy ostanie się wobec zarzutów. Obie teorie wykazywały też dość podobny brak: nie zawierały bowiem konkretnego mechanizmu, który tłumaczyłby zakładane ruchy. Mechanika arystotelesowska z trudem dawała się pogodzić z heliocentryzmem, w przypadku Wegenera trudność była może jeszcze większa, gdyż potrzebne prawa fizyki były wprawdzie znane, lecz nie było jasne, w jaki sposób miałyby z nich wynikać przemieszczenia kontynentów. Świadom tej trudności, uczony zaproponował dwa mechanizmy, choć podkreślał także, że jest zbyt wcześnie na tego rodzaju szczegóły. Mówił o sile odśrodkowej, która wywołać miała ucieczkę od biegunów – Polflucht, a także o siłach przypływowych Księżyca i Słońca, które wywołać miały przesuwanie kontynentów ku zachodowi. Wyjaśnienia te zostały bardzo ostro skrytykowane przez ekspertów.
Niektóre argumenty Wegenera były błędne, co nie powinno nas szczególnie dziwić w przypadku pracy tak pionierskiej (podobnie było z większoscią szczegółowych poglądów Kopernika oprócz samego heliocentryzmu). Stosunkowo największym błędem było bardzo późne oddzielenie się Grenlandii, która zdaniem Wegenera przesuwać się miała z szybkością rzędu 30 m rocznie. Wegener nadmiernie zawierzył pomiarom astronomicznym długości geograficznej, które nie miały dostatecznej dokładności. Dziś szybkości przesuwania się płyt tektonicznych można mierzyć bezpośrednio za pomocą systemu GPS i wiadomo, że są one rzędu kilku cm rocznie.

W latach dwudziestych ubiegłego wieku krytykowano jednak nie tylko słabe punkty teorii Wegenera, ale także i jej mocne strony. Wysuwano np. twierdzenie (H.S. Washington, 1923), że skały po obu stronach Atlantyku nie wykazują podobieństw. Nie zgadzał się z tym poglądem A.L. Du Toit, wybitny południowoafrykański geolog, który specjalnie w tym celu udał się do Ameryki Południowej i stwierdził, że podobieństwa geologiczne „są wręcz zdumiewające”. Du Toit stał się zwolennikiem teorii Wegenera. Szczególnie niechętne przyjęcie spotkało teorię Wegenera w Stanach Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii, a więc w krajach w geologii przodujących. Przewodniczący Londyńskiego Towarzystwa Geologicznego J.W. Gregory stwierdził, że jeśli izostazja sprzeczna jest z zanurzaniem się dna oceanów, to tym gorzej dla izostazji. Zgadzał się z tym zdaniem także Harold Jeffreys, wybitny geofizyk, który na podstawie danych sejsmicznych wierzył w częściowo płynne jądro Ziemi, sądził jednak, że zewnętrzne jej warstwy są sztywne. Naomi Oreskes upatruje źródeł reakcji amerykańskich geologów na teorię Wegenera w ich niechęci do ogólnych, zbyt spekulatywnych teorii. Niewątpliwie pewna dyscyplina myślowa jest w naukach empirycznych niezbędna, nie należy budować pochopnych uogólnień i uczeni zdobywają pozycję w swoim cechu na podstawie rzeczowych i beznamiętnych obserwacji. Jednak żaden podręcznik metodologii nie nauczy nas, które uogólnienia są „pochopne”, a które – „śmiałe i nowatorskie”. Niemal zawsze prace rewolucyjne przekraczają granice uznanych dziedzin i dopuszczalnych metod. Idee Wegenera podjął Arthur Holmes, twórca datowania radiometrycznego, był w tym jednak niemal całkowicie odosobniony. Przypuszczał on, że ciepło wydzielane przez pierwiastki promieniotwórcze może przenosić się za pomocą prądów konwekcyjnych w płaszczu Ziemi. Prądy takie odpowiedzialne byłyby za przesuwanie kontynentów.

Przesuwanie się kontynentów wróciło do łask w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku dzięki wielu nowym obserwacjom i metodom. Postęp osiągnięty został przede wszystkim dzięki badaniom dna oceanów. Dopiero po drugiej wojnie światowej można było zastosować echosondy do precyzyjnego zbadania topografii dna morskiego. Dzięki badaniom magnetyzmu występujących tam skał można było stwierdzić, że podmorski Grzbiet Śródatlantycki jest strefą spredingu – miejscem, gdzie na powierzchnię wydobywa się nowy materiał z wnętrza Ziemi i tworzą płyty tektoniczne. Kontynenty są częścią płyt tektonicznych, nie torują sobie drogi w płynnym podłożu, lecz raczej są przesuwane wraz z całością płyty, do której należą (symetryczne zjawisko niszczenia płyt następuje w obszarach subdukcji, gdzie jedna płyta wsuwa się pod drugą). W marcu 1964 roku Towarzystwo Królewskie w Londynie zorganizowało konferencję poświęconą przesuwaniu się kontynentów. Zaprezentowano na niej pracę przedstawiającą komputerowe dopasowanie kształtu kontynentów po obu stronach Atlantyku (E. Bullard, J.E. Everett, A.G. Smith, The fit of the continents around the Atlantic, Phil. Trans. Roy. Soc. London A, 258: 41-51).

Okazało się ostatecznie, że Wegener miał rację: średni kwadratowy błąd dopasowania jest rzędu 50 km (co ciekawe, w latach dwudziestych jeden z geologów sporządził model, z którego wynikało, że takiego dopasowania wcale nie ma i luki między kontynentami sięgają 1200 km!). Płyty kontynentalne zachowują się jak sztywne dwuwymiarowe obiekty przesuwające się po powierzchni Ziemi. Oznacza to, że mają one krzywiznę Ziemi i ich ruchy są obrotami – zgodnie z twierdzeniem Eulera, mówiącym, iż dowolne złożenie obrotów przedstawić można jako obrót wokół pewnej ustalonej osi o pewien kąt. Swoistą ironią losu jest fakt, że trwają wciąż dyskusje na temat sił wywołujących przesuwanie się płyt tektonicznych, prądy konwekcyjne rozpatrywane przez Holmesa są raczej skutkiem niż przyczyną tych ruchów. Najczęściej uważa się, że dominuje jakiś mechanizm grawitacyjny.

Jedna ze współczesnych rekonstrukcji Pangei (za: A. Schettino, Quantitative Plate Tectonics, Springer 2015, s. 60)

 

Naukowy idiotyzm roku 2016

Nie będę się znęcał nad tym artykułem Gościa niedzielnego (sprzedaż ponad 120 000 egzemplarzy!). Nieczuli manipulatorzy trzymają w ciekłym azocie piękne aryjskie bobaski. Dodam tylko z podziwem, że trzeba mieć naprawdę czułe sumienie, aby w dniach, gdy w Aleppo giną tysiącami ludzie, przejąć się dramatem mrozaczków. Katholikos po grecku znaczy powszechny.

Antonie van Leeuwenhoek: Delft, czyli wszechświat

W XVII wieku podróże po Europie stały się modne, choć mieszkając w kraju takim, jak Holandia, można było wiedzieć sporo o świecie, nawet nie ruszając się z domu. Antonie van Leeuwenhoek, kupiec bławatny i pasmanteryjny, terminował w Amsterdamie, podróżował do Anglii, większość jednak swego długiego, dziewięćdziesięcioletniego życia spędził w rodzinnym Delft. Nauką zajął się późno, bo grubo po trzydziestce, kiedy porzucił już handel i został urzędnikiem miejskim, służąc na wielu stanowiskach, m.in. geodety i kontrolera sprowadzanych win i innych trunków. Liczące przeszło dwadzieścia tysięcy mieszkańców Delft nigdy nie było tak dużym ośrodkiem, jak pobliska Haga (barki do stolicy odpływały co pół godziny), słynęło jednak ze swych niebieskich, ręcznie malowanych fajansów, miało też własną gildię malarzy. W Delft pracował przez całe życie, znany wówczas jedynie znawcom, Johannes Vermeer, rówieśnik Leeuwenhoeka. Wpis chrztu malarza datowany pięć dni wcześniej od chrztu uczonego znajduje się na tej samej stronie księgi parafialnej z roku 1632. Z pewnością znali się jako wybitni obywatele tego samego miasta, tak niezrównanie przedstawionego przez malarza.

To o tym obrazie pisał Marcel Proust: „Odkąd w haskim muzeum zobaczyłem Widok Delft, wiem, że widziałem obraz najpiękniejszy na świecie”. Niezrównany i subtelny kolorysta, cyzelował długo każdy szczegół swoich płócien. Namalował ich w rezultacie niewiele i mimo bogatego ożenku zmarł pogrążony w długach. Leeuwenhoeka wyznaczono na kuratora spadku po artyście. Nie przyjaźnili się zapewne i fakt ten dowodzi raczej tylko wysokiego mniemania władz miasta o uczciwości Leeuwenhoeka. Zadanie było delikatne i niewdzięczne, zostało jednak pomyślnie przeprowadzone do końca. Francuski szlachcic, Balthasar de Monconys, dziwił się bardzo, znajdując później u piekarza z Delft pewien obraz Vermeera, za który zapłacono sześćset liwrów, a za który podróżnik nie dałby więcej niż sześć pistoli. Mistrz piekarski z Delft znał się więc dużo lepiej na sztuce niż francuski szlachcic.

Nie znamy upodobań Leeuwenhoeka, był człowiekiem niewykształconym, nie znał żadnego języka prócz własnego i sam przyznawał, że niechętnie pisze. Jeśli coś mogło zbliżyć tych dwóch ludzi, to upodobanie do wnikliwej obserwacji i mistyczna niemal adoracja światła. Tkaniny u Vermeera oddane są z niezwykłym pietyzmem, a być może właśnie od przyglądania się detalom tkanin za pomocą szkła powiększającego zaczęła się pasja Leeuwenhoeka. Musiał być człowiekiem niezwykle sumiennym i cierpliwym, gdyż wytrwale doskonalił kunszt szlifowania szkieł i zdołał zbudować mikroskopy lepsze niż ktokolwiek inny.

Używane przez niego mikroskopy miały tylko jedną kulistą soczewkę. Kula taka jest soczewką skupiającą i przy typowym współczynniku załamania szkła jej ognisko leży o pół promienia za powierzchnią (a więc w odległości od jej środka, patrz poniżej). Używając soczewki możemy przedmiot przybliżyć do oka znacznie bliżej niż wynosi odległość dobrego widzenia, równa zwykle . Dzięki temu widzimy szczegóły pod większym kątem.

Powiększenie kątowe równe jest

Zastępujemy tu kąty (w radianach) ich tangensami, co stanowi dobre przybliżenie, gdy kąty są niewielkie. Odległość w przypadku soczewki kulistej równa się . Należy więc używać jak najmniejszych kulek szklanych, powiększenia uzyskiwane przez Leeuwenhoeka sięgały kilkuset razy. Tak wygląda współczesna rekonstrukcja jego mikroskopu.

Strona Hansa Loncke

Holender prowadził dziennik obserwacji, jego fragmenty wysyłał do Towarzystwa Królewskiego do Londynu. Tłumaczone na angielski lub łacinę, ukazywały się przez wiele lat w „Philosophical Transactions”. Zrazu uczeni byli nieufni, z czasem jednak zaczęto Leewenhoeka i jego odkrycia traktować serio. Zaczęli go odwiedzać inni badacze, którzy mogli się naocznie przekonać, że Holender jest rzeczywiście wytrawnym obserwatorem i niczego nie zmyśla. Niektóre z jego odkryć zostały niezależnie powtórzone, ogólnie jednak był z tym kłopot: nikomu nie udawało się sporządzać tak małych kulek szklanych dobrej jakości optycznej. Angielski autorytet w dziedzinie optyki Robert Hooke, autor zdumiewających rysunków mikroskopowych, takich jak poniższa pchła, używał mikroskopu z dwóch soczewek i nie był przekonany do metody Leeuwenhoeka.

Odkrycia Holendra nie były aż tak spektakularne, gdyż dotyczyły żyjątek niezwykle drobnych, wręcz nieprawdopodobnie małych, o rozmiarach niewielu mikrometrów. Leeuwenhoek odkrył cały świat mikroflory bakteryjnej, obserwował przejawy życia w kroplach wody i w najróżniejszych płynach ustrojowych, jak krew i sperma. Tak wyglądały np. bakterie z jamy ustnej (specjaliści zidentyfikowali je później).

Nasienie zwierząt i ludzi pełne było zadziwiających, żywo poruszających się stworów, przypominających kijanki. Leeuwenhoek odkrył w ten sposób plemniki. Badania tego rodzaju nieco go krępowały, tłumaczył, że spermę uzyskał bez grzechu jako skutek stosunku małżeńskiego. Sądził jednak, że odkrycie to jest w najwyższym stopniu godne uwagi.

Ówcześni uczeni przypuszczali, że początkiem życia człowieka jest komórka jajowa (w istocie to, co brali za komórkę jajową było pęcherzykami jajnikowymi). Sądzono, że pramatka Ewa nosiła w sobie jajeczka wszystkich ludzi, którzy później przyszli na świat. Obserwacje Leeuwenhoeka wskazywały na coś zupełnie innego: to plemniki odgrywają decydującą rolę, podczas gdy komórka jajowa dostarcza jedynie pożywienia wzrastającemu organizmowi. Nicolas Hartsoeker, lekarz i rodak Leewuwenhoeka, przekonywał, że to plemnik zawiera całego człowieka w miniaturze (słówko homunculus pojawiło się dwa wieki później). Jak się zdaje, podobnego mniemania był także Leeuwenhoek.

Zapłodnienie zdaniem Hartsoekera nie polegało na tym, że najsilniejszy plemnik (powiedzmy Donald Trump) przebija się do środka komórki jajowej. Sądził on, że plemnik przyczepia się do jajeczka ogonkiem, przez który czerpie substancje odżywcze i który z czasem zamienia się w pępowinę łączącą zarodek z organizmem matki. Interpretując te poglądy w duchu tzw. obrońców życia: nie tylko zygota ludzka byłaby święta, ale należałoby jak osoby ludzkie traktować także wszystkie plemniki, które także byłyby święte. Oczywiście, wszystkie one powinny koniecznie mieć imiona, zanim umrą.

Leeuwenhoek był pionierem, jego badań nikt nie kontynuował. Częściowo sam sobie był winien, ponieważ nie ujawniał swojej metody wytwarzania soczewek i nikt inny tego nie potrafił. Nauka nie była przygotowana na cały ten zawrotny świat mikroorganizmów, kiedy nie można zrozumieć pewnych faktów, spycha się je po prostu na bok. Z czasem Leewenhoek spostrzegł, że młodzi ludzie nie są zainteresowani nauczeniem się jego sekretów i kontynuacją jego badań. Pisał: „Większość studentów idzie tam [na uniwersytet w Lejdzie], aby zarabiać pieniądze dzięki wiedzy albo zdobyć reputację w świecie uczonych. Lecz szlifowanie soczewek i odkrywanie rzeczy ukrytych przed wzrokiem nie ma z tym nic wspólnego”. Trzeba przyznać, że i dziś ten podział nie całkiem się zatarł: na tych, co odnoszą korzyści z nauki i tych, z których korzyść odnosi nauka.

Kąt , jak widać z rysunku, równy jest

Ogniskową znajdujemy, rozpatrując dwukrotne załamanie promienia bliskiego środka kuli (w ten sposób wszystkie kąty są małe, zostały na rysunku powiększone dla przejrzystości). Odchylenie na pierwszej powierzchni równe jest ; oba kąty spełniają prawo załamania

gdzie jest współczynnikiem załamania.

Odchylenie na drugiej powierzchni jest takie samo. Należy uwzględnić fakt, że nasza soczewka jest gruba, tzn. promień zbliża się do osi z odległości na odległość . Ostatecznie, wartość ogniskowej równa jest

Przy otrzymamy .