Nauka i technika w I poł XX wieku

Rewolucja naukowców
Nawet dwie wielkie wojny nie zmieniły współczesnego świata tak bardzo jak nauka. To ona ponosi poważną - jeśli nie główną - odpowiedzialność za ogromny przyrost demograficzny i powiązanie całego świata gęstą siecią łączności, za powstanie i upadek całych gałęzi przemysłu. To dzięki nauce pewne kraje stały
się tak silne i bogate, to ona stała za licznymi zjawiskami, które uczyniły wiek XX epoką politycznych wstrząsów i wrzenia.
Lecz potęga nauki nie spadła z nieba jest rezultatem długiego, zapoczątkowanego w paleolicie procesu stopniowego opanowywania przez człowieka środowiska naturalnego. Dzieje tej sfery aktywności ludzkiej niewiele mają wspólnego z datami wyznaczającymi okresy, na które zazwyczaj dzieli się historię, dlatego lepiej rozpatrywać je w rozleglejszej perspektywie czasowej - na przykład ostatniego półwiecza,

Badania podstawowe
Najważniejsze postępy nauki dokonują się zawsze na poziomie badań podstawowych. Do całkiem niedawnych czasów głównym polem takich badań była fizyka, a ich założenia wywodziły się wprost z dziewiętnastowiecznych odkryć naukowych. Już przed rokiem 1914 za podstawowy element materii uznano atom, tworzący swego rodzaju miniaturowy „układ słoneczny" cząstek elementarnych. Spośród tych cząstek wyodrębniono niebawem protony i elektrony. Później, w latach trzydziestych, odkryto jeszcze neutrony. Wyniki badań nad strukturą atomu nie dawały się dopasować do tych teorii fizycznych, które tak dobrze służyły nauce od czasów Newtona i które dotąd pozostały użyteczne w przypadku większości naszych codziennych doświadczeń. Świeżo odkryte zjawiska rządzące się nie znanymi wcześniej zasadami, wymagały jednak nowych ram teoretycznych, nowego klucza do rozumienia wszechświata. Zaczęto o tym myśleć już przed I wojną światową.
Dwóch uczonych wykazało, że Newtonowskie prąwa dynamiki nie obejmują wszystkich zjawisk. Niemiecki uczony Max Pianek doszedł do wniosku, iż rozchodzenie się energii - na przykład promieniowania słonecznego - nie odbywa się na zasadzie jednostajnego, ciągłego przepływu, lecz skokowo, w pewnych porcjach (te „skoki" nazwano „kwantami"), W tym samym mniej więcej czasie inny wielki uczony, Albert Einstein (Szwajcar żydowskiego pochodzenia) wystąpił z hipotezą o kwantowym sposobie rozchodzenia się światła (te specyficzne kwanty nazwał fotonami). Dopiero jednak w latach 1925-1926 dokonano w fizyce teoretycznej przełomu, umożliwiającego wyjaśnienie tych zjawisk (sprzecznych z klasyczną elektrodynamiką) i sporządzenie ich matematycznego opisu. Głównymi sprawcami owego przełomu byli Austriak Erwin Schródinger i Niemiec, Werner Heisenberg. Można ich uznać za ojców nowej nauki - mechaniki kwantowej. Narodziny tej nauki miały kolosalny wpływ na dalsze postępy w fizyce jądrowej.

W roku 1905 Albert Einstein sformułował kolejną teorię, która miała mu przynieść sławę nawet wśród laików. Chodzi o teorię względności. Trudno tu pokusić się o jej analizę, powiedzmy więc tylko, że istotą owej teorii jest zmodyfikowanie Newtonowskiego rozumienia takich pojęć jak czas i przestrzeń. Trójwymiarowy obraz świata, opisywany przez klasyczną fizykę, zastąpił Einstein „czterowymiarowym kontinuum" (czasoprzestrzenią), w którym czas tworzy jeden wymiar, a przestrzeń pozostałe trzy. Rozmiary przestrzenne i czasowe, a także sam podział na czas i przestrzeń, są względne, zależne od ruchu (układu odniesienia). Nieco później rozszerzył swą teorię, stawiając tezę, iż własności czasu i przestrzeni zależne są od rozkładu i gęstości materii. Teoria względności uzyskała wkrótce potwierdzenie w pewnych zjawiskach astronomicznych, których nie można było wyjaśnić na gruncie fizyki Newtonowskiej. Ponadto Einsteinowi udało się stworzyć matematyczną formułę, opisującą związek pomiędzy masą i energią. Jej prawdziwość potwierdziła się czterdzieści lat później, kiedy fizycy zdołali wykorzystać energię jądrową do celów praktycznych.

Sprawy, o których tu mówimy, mogą się wydać bardzo abstrakcyjne i trudne do zrozumienia. Wszechświat Newtona, mimo swej matematycznej złożoności, opierał się na paru fundamentalnych prawach, zrozumiałych nawet dla zwykłych ludzi, natomiast obraz świata wyłaniający się z teorii dwudziestowiecznej fizyki jest niezwykle trudny do ogarnięcia. Tak dalece wykracza poza kategorie naszego potocznego doświadczenia, że niełatwo zorientować się nawet w jego zarysach. Zresztą samo pojęcie ogólnych praw odchodzi w cień. Współczesna nauka mówi raczej o statystycznym prawdopodobieństwie wystąpienia takich czy innych zjawisk. Z upływem XX stulecia zacierały się granice pomiędzy poszczególnymi dziedziny mi wiedzy - fizyką, chemią, biologią, matematyka geologią, astronomią. Obraz nauki nigdy jeszcze nie był równie zagmatwany, ale i tak fascynujący. Nigdy eż po osiągnięciach teoretycznych nie następowały tak szybko postępy w technologii, zmieniające życie codzienne.

Nauki stosowane
Jeśli nawet trudno będzie nam orzec, które osiągnięcia dwudziestowiecznych badań podstawowych zasługuje na miano najważniejszych, to w przypadku praktycznych zastosowań odkryć naukowych wybór będzie znacznie prostszy. Wśród najistotniejszych dokonań w tym zakresie trzeba z pewnością wymienić dwie ewolucje energetyczne.

Pierwsza wiązała się z elektrycznością. Energię elektryczną znano już przed rokiem 1800, lecz jej powszechne zastosowanie wymagało nie tylko postępów nauce, ale i wynalazków technicznych oraz odpowiednich decyzji administracyjnych. Dwa najważiejsze kroki w tej dziedzinie to wynalezienie turbiny parowej (która mogła być stosowana jako agregat prądotwórczy, a także służyć do napędu statków) oraz zustąpienie małych, lokalnych elektrowni dużymi, państwowymi systemami energetycznymi.
Elektryczność wpłynęła na niemal wszystkie sfery ludzkiej aktywności. Odmieniła wygląd nowoczesnego miasta i nadała jego życiu nowy rytm. Elektryczne tramwaje i pociągi (znane już przed rokiem 1900) przyczyniły się do zmian w układach urbanistycznych - ludność miejska nie musiała już być tak ściśle skupiona wokół centrów administracyjnych i przemysłowych. Również fabryki można było lokować dalej od linii kolejowych, gdyż zastosowanie energii elektrycznej uniezależniało od stałych dostaw węgla. Elektryczność odmieniła też życie domowe, dając światło i ciepło, a także napędzając zmechanizowany sprzęt,
ułatwiający prowadzenie gospodarstwa. W roku 1920 na londyńskiej wystawie „Idealne mieszkanie" pokazano po raz pierwszy całkowicie zelektryfikowany dom. W ostatnim roku XIX w. pewien brytyjski inżynier wynalazł odkurzacz, a dwadzieścia lat później zaczęto w Stanach Zjednoczonych produkować lodówki.

Druga rewolucja energetyczna dokonała się znacznie szybciej, przynosząc ogromne, ale nie zawsze szczęśliwe rezultaty. Jeszcze w roku 1936 brytyjski fizyk lord Rutherford, mający za sobą niezwykle ważne badania nad strukturą atomu, wyraził pogląd, iż fizyka jądrowa nigdy nie znajdzie praktycznego zastosowania. Trzy lata później Einstein napisał do prezydenta USA list, w którym donosił o możliwości rychłego wyprodukowania bomby niebywałej mocy -jej energia niszcząca brałaby się z reakcji rozszczepiania jąder uranu. Sześć lat potem, w sierpniu 1945 roku pierwsza bomba atomowa spadła na japońskie miasto Hirosima. Wkrótce wyprodukowano bombę wodorową. Wykorzystano w niej energię, powstaje podczas syntezy jąder pierwiastków lekkich (tzw. reakcji termojądrowej). Tak więc pierwsze próby zastosowania energii atomowej przyniosły efekty tragiczne i złowróżbne.

Jednakże niebawem zaczęto ją wykorzystywać również do celów pokojowych; najczęściej w elektrowniach. Ciepło powstające w trakcie kontrolowanej łańcuchowej reakcji jądrowej może posłużyć do wytworzenia pary, poruszającej z kolei turbiny prądotwórcze. Ludzkość otrzymała więc nowe źródło energii. Pierwszą dużą elektrownię atomową uruchomiono w 1956 r. w Calder Hali (Wielka Brytania). Zaczęto też budować statki i łodzie o napędzie atomowym. Obecnie siłownie jądrowe wytwarzają już znaczne ilości energii elektrycznej, jakkolwiek nadal w niewielkim stopniu zaspokajają ogólne potrzeby energetyczne świata. Wydaje się jednak, że w ciągu najbliższych dwudziestu lat pojawią się siłownie termojądrowe o dużo większej mocy. Tak olbrzymie źródło energii na pewno przyda się ludzkości, choć z drugiej strony niebezpieczeństwa związane z pokojowym - a tym bardziej militarnym - zastosowaniem reakcji jądrowych i termojądrowych budzą coraz większe obawy.
Inne zastosowania osiągnięć nauki były mniej efektowne, ale również bardzo ważne. Podczas I wojny światowej chemicy, fizycy, biolodzy i inni naukowcy nawiązali ścisłą współpracę z przemysłem, ulepszając broń, wynajdując rozmaite materiały zastępcze i medykamenty. Od tej pory wiele poważnych firm przemysłowych zaczęło wydatkować znaczne sumy na badania naukowe. Rezultatem tych badań było m.in. wynalezienie materiałów zastępujących surowce naturalne. Pierwsze „tworzywa sztuczne" powstały jeszcze w XIX wieku, ale użyteczne „włókna sztuczne" udało się wyprodukować dopiero w latach dwudziestych XX wieku. Pewna brytyjska firma wypuściła wówczas na rynek „rayon". Zaczynała się epoka taniej i atrakcyjnej odzieży. W 1938 r. amerykańska firma Dupont wyprodukowała nylon, pod wieloma względami górujący nad rayonem. Nowe włókna posłużyły nie tylko do produkcji odzieży, ale i sieci, dywanów tkanin technicznych i mnóstwa innych rzeczy.
Niektóre materiały powstawały z myślą o celach przede wszystkim wojennych. W latach trzydziestych, gdy państwa europejskie przystąpiły do przebudowy swoich sił zbrojnych, zaczęto poszukiwać nowych stopów metali - tańszych, łatwiej dostępnych bądź bardziej użytecznych niż tradycyjne. Wśród nich znalazły się aluminium i lekkie stopy lotnicze, zawierające magnez. Później potrzeby lotnictwa i astronautyki postawiły przed chemikami nowe zadania w tej dziedzinie.

Cele militarne ukierunkowały też w dużym stopniu rozwój radio- i telekomunikacji. W roku 1935 przeprowadzono w pobliżu Daventry pierwszą udaną próbę określenia pozycji samolotu za pomocą fal radiowych, odbijających się od lecącego obiektu. Tak powstał radar - system radiolokacyjny, umożliwiający wczesne wykrywanie zbliżających się samolotów. Dzięki radarowi Królewskie Siły Powietrzne (RAF) mogły w 1940 roku wygrać „bitwę o Anglię", wpływając tym samym na bieg dziejów. W czasie wojny systemy radiolokacyjne pojawiły się też w innych państwach, a zaraz po wojnie radar przyjął się w komunikacji cywilnej - powietrznej oraz morskiej. Przyczynił się do zwiększenia bezpieczeństwa podróży i umożliwił kierowanie ogromnym ruchem lotniczym.

Z potrzebami wojny łączyło się też wynalezienie w 1940 roku magnetronu - silnej lampy mikrofalowej. Było to ważne wydarzenie w dziejach innej gałęzi przemysłu, mianowicie elektroniki. Miniaturyzacja źródeł mocy pozwoliła na produkcję coraz wymyślniejszych urządzeń elektrotechnicznych. Lampę elektronową zastąpił w funkcji wzmacniacza przebiegów elektrycznych tranzystor, wynaleziony w 1948 roku. Kolejne postępy miniaturyzacji wiązały się z układami scalonymi i mikroprocesorami. Miniaturyzacja urządzeń elektronicznych otworzyła drogę do komercyjnego sukcesu komputera. Dzięki elektronicznej technice obliczeniowej szybko dokonano w nauce takich postępów, które w innych warunkach wymagałyby wieloletniej pracy tysięcy ludzi.

Pierwszy komputer zbudowali uczeni brytyjscy w 1943 roku. Używano go do łamania szyfrów – dlatego o jego istnieniu nie informowano opinii publicznej aż do roku 1977; stąd też za pierwszy komputer uważano konstrukcję amerykańskich naukowców z Uniwersytetu Pensylwania (1946). W roku 1961 na świecie pracowało 4000 komputerów, a dziesięć lat później - 175 000. Najbardziej skomputeryzowanym krajem są
Stany Zjednoczone, ale elektroniczna technika obliczeniowa rozpowszechniła się już na całym świecie, w rozmaitych dziedzinach - w zarządzaniu, przemyśle, działalności gospodarczej i naukowej, ostatnio także w życiu codziennym. Trudno dziś przewidzieć, jakie będą społeczne, ekonomiczne i intelektualne efekty komputeryzacji, lecz nie ma wątpliwości, że pod względem znaczenia i skali staną się one porównywalne z następstwami wynalezienia pisma.

Więcej można powiedzieć o dotychczasowych osiągnięciach nauk stosowanych. Pojawienie się cybernetyki i Jej wykorzystanie w automatyzacji, a także rozwój telekomunikacji, warte są z pewnością oddzielnych omówień. Nauka zawojowała nasze życie do tego stopnia, że w ostatnich latach zaczęto się zastanawiać, czy przypadkiem ludzkość nie znalazła się w sytuacji „ucznia czarnoksiężnika". Zauważono, iż nowe i coraz atrakcyjniejsze wyroby przemysłowe czynią ludzi zachłannymi i wiecznie niezadowolonymi i że rozwój przemysłu powoduje często katastrofalne zniszczenia w środowisku naturalnym. Poza tym naukowcy stworzyli śmiercionośną broń o przerażającej sile. Takich wątpliwych osiągnięć nauki jest wiele - lecz nie należą do nich z pewnością postępy w dziedzinie ochrony ludzkiego życia.

Nauka w służbie zdrowia
Nauka przyczyniła się do poprawy stanu zdrowia ludzkości w dwojaki sposób: przez rozwój medycyny i farmacji oraz przez postęp w produkcji żywności. Medycyna odnosi coraz większe sukcesy na wszystkich frotach. Jeszcze w roku 1900 istniały tylko dwa leki działające selektywnie na choroby zakaźne – chinina (stosowana przeciw malarii) i rtęć (którą leczono syfilis). Do roku 1920 odkryto jeszcze trzy takie leki, a dziś mamy ich setki - i niemal wszystkie są efektami zorganizowanego wysiłku naukowców. Brytyjski uczony Aleksander Fleming, pracując w czasie I wojny światowej w polowym szpitalu wojskowym na terenie Francji, poświęcał wolne chwile poszukiwaniom metody zwalczania bakterii infekujących rany. Dwadzieścia lat później, w Londynie, zwrócił uwagę na pleśń, porastającą starą hodowlę bakterii, pozostawioną po jakimś eksperymencie. Okazało się, że pleśń zniszczyła bakterie. Eksperyment powtórzono w Oxfordzie, z tym samym skutkiem. Tam też uzyskano pierwsze dawki „penicyliny" - antybiotyku wytwarzanego przez pędzlaki (drobniutkie grzyby tworzące pleśń). Efekty były znakomite i natychmiastowe. W roku 1944 penicylinę produkowano już masowo, co miało ogromne znaczenie w warunkach wojennych. W arsenale współczesnej medycyny znalazła się jedna z najsilniejszych broni.

Prace nad wyprodukowaniem środków antyinfekcyjnych pogłębiły wiedzę na temat chorób zakaźnych. Szczególne znaczenie miało zidentyfikowanie drobnoustrojów, wywołujących poszczególne choroby. Dzięki temu można było zastosować skuteczne szczepienia ochronne. Niemal całkowitym sukcesem zakończyła się kampania przeciw ospie. Konkretne rezultaty przyniosło też zwalczanie nosicieli zarazków. Jednym z ważniejszych kroków w tej dziedzinie było wyprodukowanie w 1944 r. proszku DDT. Użyto go po raz pierwszy przeciw wszom, roznoszącym tyfus, podczas epidemii tej choroby w Neapolu. Jednak najlepsze efekty dało użycie DDT w walce z malarią, chorobą od której w samym tylko roku 1939 ucierpiało 700 milionów ludzi. Rozpylenie DDT nad obszarami lęgowymi moskitow - roznosicieli malarii - pozwoliło na uwolnienie od tej zarazy wielkich obszarów Ziemi.

Postęp w medycynie jest niewątpliwy i dotyczy wszystkich frontów walki o zdrowie i życie człowieka. Jednakże nie wszędzie można mówić o wyraźnych sukcesach - wciąż stosunkowo niewielkie rezultaty osiągnięto w zwalczaniu chorób umysłowych, nowotworów, a wreszcie „dżumy XX wieku" - AIDS. Można mieć jednak uzasadnioną nadzieję, że długotrwale wysiłki naukowców oraz duże nakłady na badania medyczne pozwolą uporać się z tymi problemami.

Musimy wszakże zdawać sobie sprawę, iż walka z poszczególnymi chorobami jest tylko częścią programu współczesnych nauk medycznych. Szczególnie ważne
Są badania nad racjonalnym odżywianiem. Postępy w tej dziedzinie (wspomnijmy tylko o odkryciu witamin) miały pośredni, ale ogromny wpływ na stan zdrowia ludzkości. Rozwój nastąpił też w położnictwie, pediatrii, opiece pielęgniarskiej - a nawet administracji medycznej. Tę ostatnią dziedzinę wymieniamy nieprzypadkowo, gdyż jednym z najważniejszych zjawisk w dwudziestowiecznej medycynie jest stopniowe kształtowanie się powszechnej opieki lekarskiej . Zdrowiem ludności zaczęły się w coraz większym stopniu interesować rządy i władze lokalne. Doprowadziło to do stworzenia w wielu krajach systemów państwowej służby zdrowia. Sto lat temu coś takiego byłoby nie do pomyślenia.
Chociaż medycyna uratowała mnóstwo istnień ludzkich, to nauka potrafiła zrobić w tej dziedzinie coś jeszcze, przyczyniając się do pomnożenia światowych zasobów żywności. W XX wieku kierowanie „zieloną rewolucją" - która rozpoczęła się w Europie jakieś trzysta lat temu - przeszło w ręce naukowców.

Po roku 1920 skoncentrowali oni swe wysiłki na trzech zadaniach: wyhodowaniu wydajniejszych i odporniejszych odmian roślin, wyprodukowaniu lepszych nawozów, chroniących glebę przed wyjałowieniem, oraz na likwidacji szkodników, niszczących plony i dziesiątkujących trzodę. Rezultatem działań naukowców byt olbrzymi wzrost produkcji rolnej. Dla przykładu: wprowadzenie do rolnictwa amerykańskiego nowych odmian kukurydzy pozwoliło w ciągu zaledwie dziesięciu lat (1930-40) zwiększyć plony o jedną trzecią.
Nie koniec na tym. Sprawniejsza służba weterynaryjna, lepsze maszyny i narzędzia, wydajniejsza hodowla zwierząt - również miały swój początek w badaniach naukowych. Dzisiaj nowoczesne gospodarstwo rolne wyposażone jest w elektroniczną aparaturę kontrolną i zmechanizowane urządzenia do karmienia, dzięki czemu zwierzęta bardzo szybko przybierają na wadze, a pasza się nie marnuje. Innowacje techniczne, wydajniejsze odmiany roślin i lepsze metody nawożenia stwarzają szansę wyżywienia coraz liczniejszej ludzkości - a jest nas ponad dwa razy więcej niż przed siedemdziesięcioma laty. Przez tysiąclecia główną metodą zwiększania zasobów żywności było rozszerzanie areału upraw. Dziś jest inaczej, co uznać trzeba za jedną z największych przemian dokonujących się w naszym stuleciu. Wiele takich ogromnie ważnych, choć umykających nieraz naszej uwadze zmian wpływa na egzystencję współczesnej ludzkości - i to bardziej niż wojny i hałaśliwe spory polityków.