5 eksperymentów naukowych, w których nic się nie dzieje (a i tak są fascynujące)

Pioneer 10 i Pioneer 11

Zgodnie z powszechnym prawem ciążenia Newtona, „każdy obiekt we wszechświecie przyciąga każdy inny obiekt z siłą, która jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami”. Naukowcy często korzystają z tego prawa, żeby obliczyć trajektorię lotu różnych maszyn i urządzeń, które wysyłają w kosmos. Nawet w tak rozległej przestrzeni źle wycelowany obiekt może zakończyć swoją misję – i czyjąś karierę – wcześniej, niż zakładano.

Z tego samego prawa skorzystali naukowcy NASA, którzy w latach 70. wystrzelili w kosmos sondy Pioneer 10 i Pioneer 11. Sondy miały początkowo badać różne kosmiczne rzeczy, na które natkną się po drodze. Tymczasem może skończyć się tak, że dzięki sondom obalone zostanie – lub przynajmniej zdefiniowane na nowo – jedno z najważniejszych praw fizyki. To samo, które posłużyło do obliczenia trajektorii lotu obu sond.
Pioneer 10 i Pioneer 11 nie lecą bowiem tak, jak zakładały obliczenia przeprowadzone przez naukowców. Oczywiście można przypuszczać, że w grę wchodzi jakiś błąd, co nie byłoby bezprecedensowym wydarzeniem w historii amerykańskiej agencji kosmicznej. Jednak wszystko wskazuje na to, że do błędu nie doszło, a na sondy działa nieznana siła przyciągania 10 miliardów razy słabsza niż ta, która działa na nas na Ziemi.

Sondy zbaczają z kursu prawie 13 tysięcy kilometrów rocznie, co może wydawać się niewielką liczbą w stosunku do 350 milionów kilometrów, które pokonują w ciągu roku, niemniej jest to liczba wystarczająca, by NASA powstrzymała się od wciśnięcia czerwonego guzika z napisem „autodestrukcja” i kontynuowała misję. W sumie NASA i tak nie ma większego wpływu na żadną z sond, ponieważ kontakt z nimi urwał się na początku nowego milenium.


Obie sondy przemierzają zatem bezkres kosmicznych pustkowi i choć niczego na razie nie potwierdziły ani niczemu nie zaprzeczyły, to gdzieś tam, na Ziemi, grupa naukowców siedzi już w blokach startowych, by obalić prawo powszechnego ciążenia i odgryźć kawałek grawitacyjnego tortu. Dobrze przynajmniej, że Newton tego nie widzi. Chłop poświęcił całe życie nauce, przez co nie zaliczył w życiu ani jednej laski, więc trudno przewidzieć jak by zareagował na wiadomość, że jedno z dzieł jego życia jest zagrożone.

Muchy ciemności

Wyobraźcie sobie, że ktoś porywa was i wasze rodziny, a potem zamyka w ciemności i mówi, że od teraz tak będzie wyglądało wasze życie. To nie jest żaden happening PETA, a trwający od 60 lat eksperyment. Nikt oczywiście nikogo nie porwał, ale zapewne też nie pytał muszek owocówek, będących przedmiotem badań, o zdanie.
W 1954 roku, prawdopodobnie dzień po przyznaniu grantów na kolejne badania, naukowcy z uniwersytetu w Kioto wpadli na pomysł, by hodować muszki owocówki w całkowitej ciemności.
Dlaczego by nie? W 2006 roku setki fizyków z całego świata głowiły się nad tym, czy masło orzechowe wpływa na ruch obrotowy Ziemi (spokojnie, nie wpływa), więc równie dobrze japońscy naukowcy mogą zamknąć muchy w ciemnym pomieszczeniu, żeby sprawdzić co się stanie.
Efekty tego typu działalności nie pojawiają się jednak od razu. Widzicie, ewolucja to nie hodowla kurczaków ani odchudzanie z pomocą magicznych pigułek – 5 tygodni nie wystarczy. Aby móc choć trochę doświadczyć procesu ewolucji, naukowcy musieli prowadzić swój eksperyment przez ponad pół wieku. Sam pomysłodawca eksperymentu zdążył umrzeć w międzyczasie, lecz jego dzieło, liczące już ponad półtora tysiąca pokoleń muszki owocówki, jest i będzie kontynuowane. Tym bardziej że po pewnym (długim) czasie przyszła w końcu pora na pokerowe „sprawdzam”.
Co takiego zaobserwowano u muszek owocówek, które przez ponad 50 lat żyły w całkowitej ciemności?

Nic. Przynajmniej jeśli chodzi o cechy zewnętrzne. Muszki owocówki hodowane w ciemności nie różnią się wyglądem od swoich żyjących za dnia pobratymców. Dopiero po bliższym przyjrzeniu się zachowaniu nocnych muszek widać pewne różnice.


Muszki owocówki, które żyją w ciemności, po pewnym czasie lepiej przystosowują się do takiego trybu życia – zmienia się ich DNA, powstają nowe geny, które ułatwiają im przetrwanie w ciemnościach. Dzięki nim muszki wydzielają więcej feromonów i mają lepszy węch – wszystko po to, by skuteczniej rozmnażać się w ciemnościach. Badania być może pomogą zrozumieć pewne wrodzone i trudne do usunięcia zachowania u ludzi, a także sprawdzić cierpliwość japońskiego podatnika.

Baterie z Oksfordu

Jest na świecie bateria, o której nie śniło się założycielowi Samsunga. Jedną z przyczyn może być to, że Samsung zaczynał od eksportu suszonych ryb, do których, jak powszechnie wiadomo, nie potrzeba baterii. Chyba że jest to węgorz elektryczny.


Ową baterię wyprodukowano bez udziału kosmicznych supertechnologii, urzędów patentowych, prawników i pracy nieletnich. Lecz tak naprawdę nie wiadomo, na jakiej zasadzie działa, bo nikt nie odważył się jeszcze do niej zajrzeć.

Mowa o baterii zasilającej tzw. elektryczny dzwonek z Oksfordu, czyli konstrukcję dwóch mosiężnych kopułek ulokowanych pod izolowanym suchym ogniwem, pomiędzy którymi buja się metalowa kulka, uderzając co chwila raz jedną, raz drugą z nich. Konstrukcja działa w ten sposób nieprzerwanie od 1840 roku i za cholerę nie chce przestać, czym doprowadza naukowców do szewskiej pasji.


Bateria, która otrzymała od Guinnessa tytuł najdłużej działającej baterii na świecie, została zbudowana przez londyńską firmę Watkins and Hill i kilka lat później zakupiona, wraz z całym urządzeniem, przez fizyka, profesora Roberta Walkera z uniwersytetu w Oksfordzie. Szacuje się, że od chwili skonstruowania urządzenie zadzwoniło już ponad 10 miliardów razy. Naukowcy sądzą, że bateria działa do tej pory, dlatego że oddaje minimalną ilość energii, jako że odległość, którą pokonuje kulka od jednej kopułki do drugiej, jest niewielka.

Nie jest też tak, że urządzenie stanowi dla naukowców całkowitą zagadkę – w końcu niektóre jej elementy są dobrze widoczne. Wiedza historyczna pozwala także przypuszczać, że do zbudowania baterii wykorzystano srebro, cynk i na pewno siarkę, którą zaizolowano oba ogniwa. Niemniej jednak naukowcy to także ludzie i najbardziej rajcuje ich to, co skrywa się pod warstwą wierzchnią. Ich dramat polega jednak na tym, że będą musieli poczekać aż bateria się wyczerpie. Wydaje się, że ta chwila jest już blisko, ponieważ kolejne uderzenia dzwonka są już ledwo słyszalne. Czy oprócz nowych metod wytwarzania długowiecznych baterii doczekamy się także nowej kategorii rekordów Guinnessa, tym razem na „Najdłuższe oczekiwanie na rozładowanie baterii”?

SETI

Stephen Hawking twierdzi, że kosmici nie istnieją, bo skoro do tej pory nas nie odwiedzili, to znaczy, że ich nie ma. Arthur C. Clarke, autor powieści science fiction, powiedział: „Czasem myślę, że jesteśmy sami we wszechświecie, a czasami, że nie. Obie ewentualności są fascynujące”. Nie sposób się z Clarkiem nie zgodzić, jednak dla zwykłych ludzi bardziej atrakcyjne będzie z pewnością spotkanie z istotą pozaziemską niż wyjaśnienie, dlaczego w całym tym gargantuicznym pierdolniku zwanym kosmosem warunki do życia powstały tylko na Ziemi.


Pewnie dlatego projekt SETI ciągle trwa, mimo że od początku lat 90. praktycznie w ogóle nie jest finansowany ze środków publicznych. SETI (search for extraterrestrial intelligence) to międzynarodowy, wieloletni projekt naukowy, który ma na celu znalezienie kontaktu z pozaziemskimi cywilizacjami. Obecnie nad projektem czuwają naukowcy z kalifornijskiego uniwersytetu w Berkeley, ale od jakiegoś czasu mogą w nim brać także udział ochotnicy z całego świata, dostarczając różnego rodzaju dane wygenerowane na swoich domowych urządzeniach astronomicznych.
W ramach projektu udało się do tej pory wysłać w kosmos kilka wiadomości, między innymi słynną wiadomość Arecibo, czyli zakodowane w kodzie dwójkowym informacje o strukturze kwasu DNA, wyglądzie człowieka, liczbie ludzi na Ziemi, miejscu Ziemi w Układzie Słonecznym oraz o radioteleskopie w Arecibo, z którego wiadomość została wysłana.
Jeśli szukanie igły w stogu siana jest trudne, to jak nazwać poszukiwanie pozaziemskich cywilizacji?
Na długo przed pojawieniem się „E.T.” w kinach, ale za to w tym samym roku, w którym na ekrany wszedł jeden z najgorszych filmów w historii, „Plan dziewięć z kosmosu”, dwójka fizyków z nowojorskiego Cornell University opublikowała w piśmie „Nature” pierwszy w historii artykuł dotyczący możliwych sposobów komunikacji z obcymi.
Jak pisze Michael Brooks w swojej książce „13 Things That Don't Make Sense”, Giuseppe Cocconi i Philip Morrison zasugerowali, że każdy, kto chciałby skontaktować się z obcą cywilizacją, powinien zrobić to przy użyciu promieniowania radiowego. Jest to względnie tania i łatwa metoda, dzięki której wysłana „wiadomość” pokona olbrzymią odległość bez udziału dużych nakładów na energię. Naukowcy wskazali przy tym uniwersalną częstotliwość promieniowania – taką, która z największym prawdopodobieństwem występuje w kosmosie. Obaj panowie założyli, że jeśli obcy mieliby odebrać komunikat, musiałby on być w jakiś sposób związany z czymś najbardziej powszechnym we Wszechświecie. Wodór nadawałby się do tego idealnie. Cocconi i Morrison założyli, że jakakolwiek obca cywilizacja zdolna do komunikowania się z innymi cywilizacjami zdążyłaby już do tej pory rozgryźć, że wodór emituje promieniowanie o częstotliwości 1420 MHz, które mówiąc językiem prostego człowieka odbiłoby się echem w innym zakamarku wszechświata. Ni mniej, nie więcej, a 1420 MHz. I sygnał o dokładnie takiej samej częstotliwości odebrano 15 sierpnia 1977 roku w obserwatorium Ohio State University Radio Observatory.
18 lat po tym, jak dwójka fizyków zaproponowała teorię dotyczącą ewentualnego sposobu komunikowania się z obcymi, na Ziemię dotarł identyczny sygnał. Nazwano go Sygnałem Wow!


Choćby człowiek zapierał się rękami i nogami, wyrzucił z domu wszystkie części „Obcego” i przestał oglądać „Zagadki Wszechświata z Morganem Freemanem”, to nie sposób nie wysnuć pewnych, aż nazbyt kuszących wniosków. Tego nie wymyśliłby nawet Nolan. A jednak... Minęło 40 lat – czy widzicie gdzieś kosmitów?


No właśnie. Napięcie opadło równie szybko, jak wzrosło. Wszystko dlatego, że już nigdy więcej w historii nie „usłyszeliśmy” niczego, co choćby zbliżyło się do Sygnału Wow!, choć nie sposób powiedzieć, że nie próbowaliśmy. Astronomowie wielokrotnie kierowali kosmiczne oprzyrządowanie w kierunku, z którego nadszedł sygnał, czyli na Gwiazdozbiór Strzelca. Niestety cisza, jaką słyszeli za każdym razem, była bardziej bolesna niż ta po rozmowie kwalifikacyjnej.
Wiele wskazuje jednak na to, że sygnał mógł zostać wysłany przez obcych. Naukowcy sprawdzili wszystkie możliwości – sygnału nie wysłał żaden stworzony przez człowieka obiekt, ponieważ światowe rządy uczestniczące w kosmicznej grze zgodziły się nie używać częstotliwości 1420 MHz. Niestety dopóki nie ma dowodów, to wszystko pozostaje w sferze przypuszczeń.
Dla ludzi zajmujących się astronomią był to – i ciągle pozostaje – najważniejszy moment w naszej potencjalnej komunikacji z obcymi. Natomiast musimy się śpieszyć – my lub kosmici – ponieważ z każdym rokiem przedłużającej się ciszy spada też zaangażowanie dużych instytucji w kwestię komunikacji z obcymi. Nic dziwnego, skoro po kilkudziesięciu latach badań jedyne, co byliśmy w stanie osiągnąć, to odebranie 3-minutowego sygnału niewiadomego pochodzenia z odległej galaktyki. Z drugiej strony, jeśli uda nam się potwierdzić istnienie obcych cywilizacji, to obraz świata zostanie prawdopodobnie zmieniony na zawsze.

Nasiona Beala

Niektórzy to mają cierpliwość. Jeden czeka ponad 150 lat aż bateria się wyczerpie, a drugi przez lata wysyła esemesy w kosmos. Był też taki jeden, który parał się ogrodnictwem. Owszem, ogrodnictwo to jedno z tych życiowych zajęć, które już na starcie wymagają od człowieka anielskiej cierpliwości, jednak William J. Beal wyniósł to hobby na zupełnie inny poziom. I niech ręka boska broni każdego, kto chciałby uprawiać ogródek w ten sam sposób, bo zginiemy szybciej niż trwa hodowanie muchy-mutanta.
Beal zapoczątkował swój eksperyment w 1879 roku po tym, gdy przyszło do niego kilku rolników-filozofów z pytaniem, czy jak będą wypleniać chwasty co roku, to chwasty w końcu znikną. Beal, człowiek nauki, nie mógł postąpić inaczej, niż zrobić z tego pytania swoje życiowe dzieło. I choć prawdopodobnie rolnikom brakowało tylko rąk do pracy, bo akurat trzeba było przygotować ziemię na zimę, a przychodząc do Beala chcieli tak naprawdę zagadać, czy by czasem nie skrzyknął kilku studentów, którzy za wpis do portfolio pomachają motyką, to Beal zakasał rękawy i powiedział: „Dobra, przygotuję 20 butelek, wrzucę do tych butelek nasiona, zasypię je piaskiem, zagrzebię butelki w ziemi i sprawdzę”. Następnie obmyślił sobie, że będzie wykopywał jedną butelkę co 5 lat, żeby przekonać się, jaką żywotność posiadają nasiona.

No i tak odkopywał sobie Beal kolejne butelki zgodnie ze swoim harmonogramem. Gdy zmarł, projekt został przejęty, a kolejny jego właściciel wydłużył okres kolejnych ekshumacji do 10 lat. W 1980 roku, na 100-lecie eksperymentu, zmienił się kolejny głównodowodzący i czas leżakowania wydłużył się ponownie, tym razem do 20 lat. W tym momencie pewnie zżera już was ciekawość i nie możecie doczekać się odpowiedzi na pytanie o to, CZY KIEŁKUJĄ.


W 2000 roku odkopano butelkę nr 15, wilgotny piasek wysypano na specjalną podstawkę zawierającą nieskażoną glebę i odstawiono do inkubatora. Po dziesięciu dniach z nasion wyrosło 25 roślin należących do gatunku dziewann – dziewanny rdzawej konkretnie. Do końca eksperymentu zostało 5 butelek, więc obliczenia prostsze niż trajektoria lotu sondy kosmicznej podpowiadają, że eksperyment zakończy się w roku 2100. Jeśli oczywiście tempo odkorkowywania zostanie zachowane. Ekshumacja, leżakowanie i odkorkowywanie – dobrze, że cały tekst właśnie się skończył, bo autorowi wyczerpały się pomysły na nazywanie kolejnych sposobów wykopywania butelek.

Tutaj możecie poczytać o najdłużej kapiącej cieczy na świecie.

Źródła: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8