Wiemy, że nie wiemy

Pytania bez odpowiedzi

Z okazji 125-lecia swego istnienia prestiżowy tygodnik „Science” przedstawił listę 25 pytań, na które nauka ciągle nie potrafi dać satysfakcjonującej odpowiedzi. Przeczy to często głoszonej tezie, że wszystko, co najważniejsze, już zostało odkryte.

Przed dziesięciu laty, u schyłku XX w., John Horgan, dziennikarz popularnego w świecie miesięcznika „Scientific American”, najwyraźniej poczuł się znużony popularyzowaniem nauki i ogłosił jej koniec. Jego wydana w 1996 r. książka „Koniec nauki” stała się światowym bestsellerem, przetłumaczonym na 13 języków, także na polski. Epoki schyłkowe mają swe szczególne przywileje, więc prowokacyjna teza Horgana, że nauka znalazła już odpowiedzi na wszystkie wielkie pytania; że ostatecznej teorii wszystkiego i tak nie uda się sformułować; że era wielkich odkryć się skończyła i działalność uczonych ogranicza się dziś do rozwiązywania drugorzędnych łamigłówek i dodawania detali do istniejących teorii – odpowiadała duchowi chwili.

Nie wchodząc w merytoryczny spór z Horganem, wystarczy przypomnieć, że miał on znakomitych poprzedników, którzy te same tezy głosili już wcześniej w ciągu ostatnich dwóch tysiącleci. Zaproponowany przez Arystotelesa obraz świata był tak przekonujący, że przetrwał bez istotnych modyfikacji ponad 1500 lat. Potem pojawili się Kopernik, Galileusz, Newton i Maxwell i zbudowany przez nich nowy wizerunek świata klasycznej fizyki znów wzbudzał tak wielkie zaufanie, że u schyłku XIX stulecia odczucie bliskiej kompletności naszej fundamentalnej wiedzy o świecie fizycznym było niemal powszechne, nawet wśród najwybitniejszych uczonych.

Chmury nad teorią

Jednym z nich był słynny lord Kelvin, którego nazwisko zdobi skalę bezwzględnych temperatur. Jak zwykle na przełomie wieków podsumowywanie osiągnięć i formułowanie wyzwań stojących przed ludzkością było wymogiem chwili, więc lord Kelvin zaproszony został przez Royal Institution of Great Britain do wygłoszenia okolicznościowego wykładu. Tytuł jego historycznego wystąpienia 27 kwietnia 1900 r. brzmiał: „Dzięwiętnastowieczne chmury nad dynamiczną teorią ciepła i światła”.

Chmury, jego zdaniem, które rzucały cień na „piękno i klarowność teorii”, były dwie – niedawny, niezwykle precyzyjny, eksperyment Michelsona i Morleya nie zdołał wykryć ruchu Ziemi względem wypełniającego rzekomo kosmiczną przestrzeń eteru; ponadto istniejące teorie nie potrafiły wyjaśnić rozkładu energii w widmie promieniowania tzw. ciała doskonale czarnego. Były to jednak detale. Choć sugerowane przez Kelvina rozwiązania tych problemów okazały się nieudolne, intuicja jego, przyznać trzeba, była zadziwiająco trafna – jednym z rozwiązań okazać się miała teoria względności, zaś drugim teoria kwantów.

Gdyby Horgan miał rację, przyszłość nauki – której paliwem napędowym jest nasza ignorancja w dziedzinie praw i zagadek natury – byłaby marna. Na to się jednak nie zanosi. Z okazji 125 rocznicy swego istnienia znany tygodnik naukowy „Science” postanowił przeprowadzić ankietę na temat nierozstrzygniętych wciąż problemów, z jakimi zmaga się współczesna nauka. Początkowo zamiarem redaktorów pisma było wskazanie 25 pytań, na które ciągle nie ma odpowiedzi. Kiedy jednak zaczęli się rozpytywać wśród kolegów i autorów, pojawiało się coraz więcej intrygujących kwestii i gdy ich lista przekroczyła okolicznościową liczbę 125, po prostu na tym poprzestali. Spośród tych 125 redakcja wybrała 25 najbardziej ważkich i ta lista obiega dziś światową prasę (patrz ramka).

Zagadka życia

Skąd biorą się pytania, jakie stawiają sobie uczeni? Nie istnieje żaden imperatyw nakazujący im systematycznie przechodzić od jednego problemu do następnego. W gruncie rzeczy badają oni to, co po pierwsze jest łatwo widoczne; po drugie, wydaje się ważne z praktycznego punktu widzenia; zaś po trzecie, okazuje się możliwe do wyjaśnienia. W efekcie wiele problemów, które dziś naukowcy uważają za doniosłe – może dlatego, że wreszcie pojawiła się nadzieja, iż dadzą się rozwiązać – wcale nie są nowe. Takim problemem jest zagadka życia, do której odnosi się aż 17 z 25 pytań z listy „Science”. Pytanie „Czym jest życie?” funkcjonuje zwykle jako retoryczne, symbolizujące problem niemożliwy do rozwiązania. I rzeczywiście, w tak ogólnikowym sformułowaniu nie można na nie zadowalająco odpowiedzieć. Na czym jednak dokładnie, w świetle współczesnej nauki, polega zagadka życia?

Naukowcy badający żywe organizmy nie odkryli w nich niczego szczególnego, żadnej osobliwej, charakteryzującej życie siły witalnej. Im dokładniej się życiu przyglądamy, tym bardziej postrzegamy je jako niezwykle skomplikowany zespół procesów fizycznych i reakcji chemicznych. Zagadka kryje się nie w samym życiu, lecz w bardziej specyficznych pytaniach: jak powstały pierwsze żywe organizmy (nr 12) i w jaki sposób osiągnęły one z czasem tak niebywały stopień złożoności, że niektóre obdarzone są nawet świadomością (nr 2)? Przede wszystkim jednak zastanowić się musimy nad tym, jakiego rodzaju odpowiedzi uznać będziemy mogli za naukowo zadowalające.

W kwestii narodzin życia nauka od czasu ogólnikowych prób Aleksandra Oparina oraz doświadczeń Harolda Ureya i Stanleya Millera sprzed z górą 50 lat (patrz: „Z gliny powstałeś”, POLITYKA 9/04) nie poczyniła przełomowego postępu. Stopniowy wzrost złożoności żywych organizmów usiłuje wyjaśnić teoria ewolucji, która – choć nie mamy żadnej lepszej – wciąż wystawia naszą intuicję na ciężkie próby. Ewolucja poprzez naturalną selekcję jest koncepcją o solidnych podstawach i adaptacja żywych organizmów (takich jak słynne zięby Darwina z wysp Galapagos) do warunków środowiska jest powszechnie uważana przez biologów za potwierdzony fakt. Nie jest jednak wyjaśniony fizyko-chemiczny mechanizm, jaki doprowadził do tego, co niektórzy krytycy teorii, tacy jak Michael Behe, profesor biologii w Lehigh University w stanie Pensylwania, nazywają nieredukowalną złożonością. Będące podstawą życia procesy są po prostu tak skomplikowane, że bardzo trudno wyobrazić sobie, jak mogłyby się one rozwinąć stopniowo metodą prób i błędów. Po prostu, żaden pośredni stopień komplikacji nie wydaje się zdolny do życia.

Jakie wyjaśnienia byłyby możliwe do przyjęcia dla nauki? Musiałyby być redukcjonistyczne – to znaczy sprowadzające procesy biologiczne do kategorii reakcji chemicznych. Jednym z sugerowanych możliwych rozwiązań zagadki nieredukowalnej złożoności jest takie, że w istocie osiągnięcie tej złożoności wymagało użycia przez Naturę czegoś w rodzaju tymczasowych rusztowań, które zostały później rozebrane nie pozostawiając po sobie śladu. Cały proces konstrukcji mógł jednak być ciągły i stopniowy. Odwoływanie się do kreacjonizmu lub inteligentnego planu Natury nie jest odpowiedzią zadowalającą z tej prostej przyczyny, że jest w gruncie rzeczy rezygnacją z poszukiwania odpowiedzi.

Klucz w samoorganizacji

Życie jest jednak, w kontekście naszego obecnego stanu wiedzy, zjawiskiem nieprawdopodobnym. W moim przekonaniu nieożywiona materia obdarzona jest właściwościami, jakich jeszcze nie potrafimy sprecyzować, które pozwalają jej na daleko posuniętą samoorganizację. Tego problemu dotyczy pytanie nr 18 na liście „Science” i ono właśnie wydaje się kluczowe. Postęp w rozwiązaniu tej szczególnej zagadki być może pozwoli też odpowiedzieć na pytania dotyczące pamięci, świadomości i życia poza naszą planetą.

Drugą, obok zagadki życia, wielką niewiadomą jest pytanie nr 1, a dokładnie problem brakującej masy we Wszechświecie. Może się okazać, że cała fizyczna rzeczywistość, której obserwacją i badaniami zajmujemy się od tysięcy lat, jest tylko niewielką cząstką Wszechświata, wypełnionego w 90 proc. ciemną materią, którą dotychczas ignorowaliśmy, bo nie potykaliśmy się o nią chodząc po Ziemi.

Co by na ten wybór (że tak naprawdę ważne są dwa pytania na liście „Science” – oznaczone nr 18 i nr 1) powiedział John Horgan ?
Pewnie że pierwsze pytanie prawdopodobnie nie znajdzie odpowiedzi, zaś drugie nie zmieni naszego losu. Sądzę, że się myli.

25 pytań tygodnika „Science”

1. Z czego zbudowany jest Wszechświat?

2. Jakie jest biologiczne podłoże świadomości?

3. Dlaczego ludzie mają tak mało genów?

4. Do jakiego stopnia ludzkie zdrowie determinowane jest przez genetykę?

5. Czy uda się zjednoczyć prawa fizyki w jednolitą teorię?

6. Jak dalece przedłużone może zostać ludzkie życie?

7. Jaki jest mechanizm regeneracji organów ludzkiego organizmu?

8. W jaki sposób komórka skóry może przeistoczyć się w komórkę nerwową?

9. Jak pojedyncza komórka somatyczna staje się kompletną rośliną?

10. Jakie procesy zachodzą we wnętrzu Ziemi?

11. Czy jesteśmy sami we Wszechświecie?

12. Jak i kiedy powstało życie na Ziemi?

13. Co decyduje o zróżnicowaniu gatunków?

14. Jakie zmiany genetyczne doprowadziły do naszego uczłowieczenia?

15. Jak przechowywana i wydobywana jest pamięć?

16. W jaki sposób ewolucja doprowadziła do zdolności współpracy?

17. Jak z morza danych biologicznych wyłoni się jednolity obraz (procesów życiowych)?

18. Jak dalece uda się rozwinąć proces chemicznej samoorganizacji (self-assembly)?

19. Gdzie są granice konwencjonalnej technologii komputerowej?

20. Czy możemy selektywnie wyłączać reakcje odpornościowe?

21. Czy za kwantowymi zasadami nieoznaczoności i nielokalności kryją się bardziej fundamentalne prawa?

22. Czy uda się stworzyć skuteczną szczepionkę przeciwko HIV?

23. Jak dalece ogrzeje się Ziemia w wyniku efektu cieplarnianego?

24. Co może zastąpić tanią ropę – i kiedy?

25. Czy poglądy Malthusa (że wzrost ludności musi być ograniczony, bo ograniczone są zasoby Ziemi) nadal pozostaną błędne?