Foto: Index

Fizičar Ivica Puljak, jedan od uglednih hrvatskih znanstvenika koji su odnedavno postali kolumnisti Indexa, odlučio je da će se u nekoliko svojih prvih tema pozabaviti odgovorima na neka od najvažnijih pitanja života. U prvoj kolumni predstavlja odgovor na pitanje 'Što smo' iz perspektive fizičara koji se na najpoznatijem institutu na svijetu, CERNU-u, bavi istraživanjem elementarnih čestica.

PITANJA "Što smo?", "Odakle smo?", "Kamo idemo", "Koji je smisao života?", "Ima li života nakon smrti?" i slična možda su najvažnija pitanja ljudskog postojanja. Sigurno ste ih sami sebi puno puta postavili, a vjerujem da na njih imate barem radne verzije odgovora. Ili ste odabrali da ih nećete ni postavljati, jer ste tako nekako mirniji. Puno ljudi smatra da su ovo pitanja na koja odgovore trebaju dati filozofija ili religija, no ja mislim da su to pitanja u domeni znanosti. Danas ću odgovoriti na prvo pitanje, a u sljedećim kolumnama i na ostala od ovih vječnih pitanja.

>> Šestero vrhunskih znanstvenika postaju kolumnisti Indexa 

>> Dosad objavljene kolumne: Index LAB

Što smo?

Kad su jednog od najvećih znanstvenika svih vremena, američkog fizičara Richarda Feynmana (1918. - 1988.), pitali da razmisli o jednoj, jedinoj rečenici koja bi sadržava najviše ljudskog znanja, on je jednostavno odgovorio: “Sve se sastoji od atoma!”.

Zaista, sve što vidimo oko nas, svi objekti u svakodnevnom životu, Zemlja, Sunce, svi planeti, sve galaksije u vidljivom svemiru - sve se sastoji od atoma. Oni se sastoje od jezgre i elektronskog omotača, jezgra se sastoji od protona i neutrona, a ovi se sastoje od kvarkova, kao što je prikazano na donjoj slici. Sastoje li se i kvarkovi od nečega, jedno je od najzanimljivijih pitanja moderne znanosti koje istražujemo na Velikom sudaraču hadrona (Large Hadron Collider, LHC) u CERN-u. Sadašnji rezultati kažu da su i kvarkovi i elektroni manji od 0,000000000000000001 metara ili manji od milijarditog dijela jednog milijarditog dijela jednog metra.

Sazdani uglavnom od praznog prostora

U dimenzijama atoma krije se možda jedna od najspektakularnijih spoznaja koje ste čuli u svom životu. Dimenzija jezgre atoma vodika je oko 0,000000000000001 metara ili milijunti dio milijarditog dijela jednog metra, a dimenzija elektronskog omotača je oko 0,0000000001 metara ili deseti dio milijarditog dijela jednog metra, što je oko 100 000 puta veće od jezgre. Za ilustraciju, da jezgru napušete na dimenzije balona za pilates, koji ima promjer oko jednog metra, i stavite ga u središte Zagreba, elektronski omotač bio bi negdje u Sisku. Između sićušne jezgre u sredini atoma i elektronskog omotača nalazi se prazan prostor. Drugim riječima, atom se sastoji uglavnom od praznog prostora, tj. pojednostavljeno: atom se sastoji od ničega. Ili kako bi profesorice hrvatskog inzistirale: atom se sastoji ni od čega. S obzirom da je sve oko vas napravljeno od atoma u biti je sve oko vas samo prazan prostor. Sve što vidite oko sebe, uključujući i vas same, je, što se materijalnog sadržaja tiče, čista iluzija. Stvari oko sebe vidite i osjećate radi sila u prirodi, ali ne radi njihovog materijalnog sadržaja.

Više atoma u tijelu nego zvijezda i planeta u svemiru

U makroskopskim stvarima oko nas nalazi se kolosalno veliki broj atoma. Možda se sa satova kemije ili fizike u školi sjećate jednog od najljepših brojeva kojega smo ikad otkrili. Zove se Avogadrov broj, po talijanskom znanstveniku Amedeu Avogadru (1776. - 1856.), a iznosi: 602 214 179 000 000 000 000 000 ili približno 6 iza kojeg slijede 23 nule. To je broj atoma u 22,4 litre bilo kojeg plina na normalnom tlaku i normalnom volumenu. Sad zamislite: najprisutniji plin oko vas je zrak. Izgleda nevidljivo. Ispružite ruke ispred sebe i malo ih razmaknite, kao ja na donjoj slici.

Između vaših dlanova nalazi se oko 22,4 litre zraka. U tom volumenu nevidljivog zraka nalazi se oko 600 tisuća milijardi milijardi molekula zraka. A izgleda nevidljivo. Iz škole se možda sjećate jedne druge definicije: Avogadrov broj odgovara broju atoma u 12 grama ugljika C-12. Toliko ugljika ima otprilike u ulošku jedne obične školske olovke. Zamislite: u toj maloj olovci ima otprilike oko 600 tisuća milijardi milijardi atoma ugljika. Ako sada zamislite koliko vi imate kilograma, možete procijeniti da ljudsko tijelo ima otprilike oko 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000, tj. 7 iza kojeg slijedi 27 nula ili 7 milijardi milijardi milijardi atoma. To je apsolutno-hiper-super-ultra-kolosalno velik broj, veći od broja svih zvijezda i planeta u vidljivom svemiru plus broj svih zrnaca pijeska na svim plažama na Zemlji, sve zajedno.

Sad stanite, malo razmislite i zapamtite ovaj broj i ovu spoznaju: vi ste nakupina od oko 7 milijardi milijardi milijardi atoma.

Nevjerojatna sreća postojanja

Kad ja malo razmislim o ovome, padnu mi napamet dvije misli. Prvo: dok je naša mama bila trudna i mi rasli u njenom trbuhu, ona je jela i udisala zrak, a priroda je u devet mjeseci sve te milijarde milijardi milijardi atoma iz hrane i zraka malo po malo sastavljala i napravila nas.

Neki od nas se čude kako su Egipćani napravili piramidu, dok na primjer svaka građevinska firma danas može bez velikih problema napraviti piramidu, a čudo evolucije - spontano oživljavanje nežive materije - gotovo se svakodnevno odvija ispred naših očiju, a mi nismo niti malo začuđeni. Druga stvar koja mi pada na pamet je spoznaja da je samo jedna kombinacija od oko 7 milijardi milijardi milijardi atoma moja malenkost, a da su sve druge kombinacije netko drugi. A ovih drugih kombinacija ima toliko puno, da je vjerojatnost da se tih 7 milijardi milijardi milijardi atoma sastavilo u mene, a ne u nekog drugog toliko mala, da sam ja, a i svi vi, najsretniji čovjek u povijesti cijelog svemira. Samo zato što postojim. Toga se sjetite svako jutro kad se probudite: vi ste apsolutno jedinstveni i potpuno je nevjerojatno što uopće postojite.

Uzimajući u obzir odnos mogućnosti da se rodite i da se ne rodite, vi ste jedno od malobrojnih supersretnih stvorenja u svemiru.

Ali to nije sve: mi točno znamo koji su to atomi. 65% našeg tijela, po masi, je kisik, 18,5% je ugljik, 9,5% je vodik, 3,2% je dušik i tako dalje. U našem tijelu ima elemenata poput bakra, kobalta, željeza, silicija, kositra, pa čak i cinka. Na sljedećoj slici je popis atoma i njihov postotak u ljudskom tijelu:

Zanimljivo je razmisliti što se s tim atomima događa na primjer kada udišemo zrak: mi napravimo oko 30 000 udisaja u 24 sata, pri čemu se troši oko 3% energije vašeg metabolizma. Trilijuni molekula zraka tada su zarobljeni u vašim plućima, a količina zraka kojeg udahnemo dnevno ekvivalentna je oko 40 punih kada za kupanje. Osim plućima dišemo i očima. Mi udišemo kisik, a izdišemo ugljični dioksid, dok biljke rade suprotno, udišu ugljični dioksid, a izdišu kisik. To znači da mi neprestano izmjenjujemo atome s biljkama oko nas. Ili drugim jezikom govoreći, vi ste na poseban način povezani s vašim omiljenim biljkama oko vas. Ne samo to, nego neprestano izmjenjujemo atome s okolinom.

Prema nekim procjenama, koje doduše treba uzeti s malo rezerve, većinu atoma iz našeg tijela izmijenimo u roku od oko sedam godina. Kad bi malo pretjerali s ovim argumentom, mogli bismo reći da nakon sedam godina mi više nismo iste osobe. Tko zna, možda bismo to mogli koristiti i na sudu :-).

Ovo je, dakle, odgovor na pitanje ”Što smo?”: mi smo apsolutno jedinstvena i nevjerojatna nakupina od oko 7 milijardi milijardi milijardi atoma, koje je priroda sastavila od hrane koju je naša mama jela i zraka kojeg je udisala, u procesu kojeg je evolucija optimizirala u proteklih tri i pol milijarde godina.

U drugoj kolumni slijedi odgovor na pitanje “Odakle dolazimo?”. Vidjet ćete, to znamo, a odgovor je strogo znanstveni, ali istovremeno i poetski i romantičan. Svidjet će vam se.

Sad kad ste došli do kraja, da ipak malo smanjim doživljaj: naravno da mi nismo “samo” nakupina atoma. Život je kompleksna pojava, svijest i inteligencija još kompleksnija, koja na neki način nastaje interakcijom atoma u našem organizmu. Mi danas ne znamo ni kako je nastao život na zemlji, tj. kako i kada je neživa materija postala živa materija, niti znamo što je to svijest niti kako je nastala. Ali ono u što smo uvjereni je da ćemo jednog dana odgovoriti na sva ova pitanja na isti način na koji smo odgovorili na bilo koje pitanje povezano s prirodom: znanstvenom metodom. To je metoda koja se sastoji od postavljanja hipoteza, dizajniranja i izvedbe eksperimenata, skupljanja i analize podataka i konačnog zaključivanja. U tom procesu, koji je u temelju cijele naše moderne civilizacije, izuzetno je važan kritički um, promišljanje i kritiziranje svega i svačega, neprestano preispitivanje i kontrola svih procesa i rezultata, ali uz neophodnu suradnju i zajednički rad svih nas Zemljana, pripadnika jedinstvene rase ljudi, životinja i biljaka na Zemlji.


*Stavovi izneseni u kolumnama i komentarima osobni su stavovi autora i ne odražavaju nužno stav redakcije portala Index.hr. Navedeni stavovi ne odražavaju ni stav bilo koje ustanove, subjekta ili objekta s kojima je povezan autor.

****Fizičar Ivica Puljak redoviti je profesor fizike na FESB-u u Splitu. Doktorirao je na sveučilištu Pierre i Marie Curie u Parizu. Vodio je grupu od više od 100 svjetskih znanstvenika unutar CMS kolaboracije koji su radili na otkriću Higgsova bozona. Bio je pridruženi znanstvenik na CERN-u i gostujući profesor na Ecole polytechnique, gdje je predavao fiziku Higgsovog bozona. Član je kolaboracija MAGIC i CTA koje upravljaju teleskopima za astročestičnu fiziku. Trenutačno predaje na međunarodnim školama, član je odbora HEPP Europskog fizikalnog društva, član Programskog odbora za znanstvenu infrastrukturu za Obzor 2020 pri Europskoj komisiji i predsjednik savjetodavnog odbora CERN-ove škole znanstvenog računanja. Aktivni je popularizator znanosti i dobitnik brojnih domaćih i svjetskih nagrada.
 

Želite li momentalno primiti obavijest o svakoj objavljenoj kolumni naših vrhunskih znanstvenika, instalirajte Index.me aplikaciju i pretplatite se besplatno na tag: Index Lab.

Index.me aplikaciju za android besplatno možete preuzeti na ovom linku, dok iPhone aplikaciju možete preuzeti ovdje.