Odpowiedź na to pytanie może być tylko jedna - oczywiście, że nie! Fizyka to podstawowa, najważniejsza i najbardziej ścisła nauka przyrodnicza - jej celem jest zrozumienie otaczającego nas świata. A gdy już zrozumiemy zjawiska, które dzieją się wokół nas, będziemy w stanie wykorzystać je do naszych celów. Aby nie być gołosłownym, przedstawię kilka przykładów.
GPS - Global Positioning System
Obecnie większość z nas ma w swoich telefonach komórkowych lub samochodach urządzenia do nawigacji, zwane w skrócie GPSami. Jak one działają? Zasada jest bardzo prosta - każdy nawigator, za pomocą fal radiowych, komunikuje się z pozostającymi w jego zasięgu orbitującymi wokół Ziemi satelitami. Za pomocą pomiaru czasu przelotu sygnału między nawigatorem, a satelitą, można określić położenie na Ziemi. Do określenia tego położenia niezbędny jest sygnał przynajmniej z trzech satelit.
I gdzie tu fizyka?
Znajomość fizyki pozwoliła na budowę urządzeń wysyłających fale radiowe i na obliczenie, w jaki sposób trzeba wystrzelić rakietę, by wyniosła satelitę na odpowiednią orbitę wokół Ziemi. Najważniejsza do działania GPS jest jednak ogólna teoria względności, jedna z rewolucyjnych teorii fizycznych XX wieku, opracowana przez Einsteina.
W dużym uproszczeniu, mówi ona, że to, w jaki sposób płynie czas, zależy od grawitacji. Pole grawitacyjne wytwarzane jest przez każde ciało posiadające masę - Słońce, Ziemię, Księżyc, a nawet ekran, na którym czytasz ten artykuł. Ogólna teoria względności stwierdza, że im silniejsze pole grawitacyjne, tym czas płynie wolniej.
Co to ma wspólnego z GPS?
Na Ziemi czas płynie nieco wolniej niż na orbicie okołoziemskiej (grawitacja maleje z odległością). Różnice są niewielkie i wynoszą pojedyncze mikrosekundy (milionowe części sekundy). Taka różnica jest jednak wystarczająca, by położenie zostało wyznaczone z błędem wynoszącym setki metrów! Gdyby poprawka na ogólną teorię względności nie zostałaby uwzględniona, cały system GPS nie miałby sensu!
W bardzo widowiskowy sposób przedstawił to w swoim krótkim filmie, fizyk z Uniwersytetu Warszawskiego, dr Andrzej Dragan. Zapamiętajmy motto filmu - fizyka odkrywa to, co niemożliwe.
from
on
.
Rzeczy codziennego użytku
Korzystasz z telefonu komórkowego? Telewizora? Komputera? Musisz wiedzieć zatem, że powstanie tych urządzeń również zawdzięczasz pracy fizyków. Urządzenia te naszpikowane są elementami elektronicznymi - układami scalonymi. Elektronika opiera się na "zaprzęgnięciu" elektronów do wykonania pewnej pracy, poprzez budowę odpowiednich układów elektronicznych. Rewolucja elektroniczna to XX wiek i nie bez kozery nazywa się go wiekiem elektronu.
No dobrze, ale znów - gdzie ta fizyka?
Fizycy byli w stanie "opanować" ruch elektronów, by móc wykorzystać je do pracy układów elektronicznych. Taka "kontrola" polega między innymi na budowaniu struktur, gdzie elektrony mogą poruszać się tylko w określonych kierunkach, lub tylko po przyłożeniu odpowiedniego napięcia elektrycznego. Fizykom zawdzięczamy również postęp w rozwoju urządzeń elektronicznych - pierwsze tranzystory ostrzowe, wyprodukowane pod koniec 1947 roku były wielkości ręki. Obecnie, do użytku powoli wchodzą procesory komputerowe w standardzie 22 nanometry (1 nanometr - miliardowa część metra). Pozwala to na oszczędność materiałów, ponadto miniaturyzacja przekłada się na mniejsze zużycie prądu.
A co z telewizorami?
Jeszcze kilkanaście lat temu, standardem był telewizor kineskopowy (kineskop występował także w monitorach komputerowych). Były to urządzenia duże i ciężkie. Telewizor taki wyświetlał obraz, rzucając na kineskop wiązkę elektronów. Wiązka ta powodowała, że kineskop zaczynał świecić. Sterując odpowiednio wiązką, można było otrzymywać różne obrazy. Wyświetlacze kineskopowe zostały wyparte przez ciekłokrystaliczne (LCD), o wiele cieńsze i lżejsze.
Zasada ich działania jest prosta - po przyłożeniu odpowiedniego napięcia, komórki ciekłokrystaliczne w wyświetlaczu mogą przepuszczać lub nie przepuszczać światła. Na tej podstawie powstaje obraz. Obecnie istnieją także wyświetlacze plazmowe lub oparte na diodach LED. Zarówno "opanowanie" plazmy, jak i budowę diod LED zawdzięczamy pracy fizyków. Wyobrażacie sobie świat, bez telewizorów, telefonów, komputerów? Nie bylibyśmy wtedy w miejscu, w którym jesteśmy obecnie.
Medycyna
Medycyna to dla fizyków duże pole do popisu. Istnieje nawet dział fizyki, zwany fizyką medyczną, który prowadzi badania, wykorzystując metody fizyczne w medycynie - fizycy medyczni starają się m.in. prognozować stan zdrowia pacjenta na podstawie wyników jego badań.
To bardzo istotna dziedzina - dzięki takim analizom można określić potencjalne zagrożenia (np. zawał serca), które mogą dotknąć daną osobę. Fizyka medyczna zajmuje się także innymi problemami, np. obrazowaniem w medycynie lub obliczaniem dawek promieniowania radioaktywnego, którą należy wprowadzić do organizmu, by zniszczyć komórki rakowe, nie niszcząc przy tym zdrowych.
Radioaktywność? W medycynie?
I owszem - radioaktywność wcale nie jest taka zła, jak czasami próbuje się ją malować. W leczeniu nowotworów często wykorzystuje się terapię za pomocą promieniowania radioaktywnego. Jednym z przykładów może być tzw. bomba kobaltowa - nazwa brzmi groźnie, ale źródło kobaltowe jest w stanie niezwykle skutecznie stanie zniszczyć komórki rakowe (które mają obniżoną odporność na promieniowanie niż zdrowe).
Pacjent jest naświetlany wiązką pochodzącą z rozpadu atomów kobaltu - powstaje wtedy promieniowanie gamma o wysokiej energii. Naświetlanie oczywiście ma miejsce tylko w obszarze zmian nowotworowych. Dla komórek rakowych to prawdziwa bomba!
Bardziej wyrafinowaną odmianą tej metody jest tzw. nóż gamma, wykorzystywany do leczenie guzów mózgu, gdzie wiązka gamma jest jeszcze bardziej precyzyjna. Warto także podkreślić, że jedyny polski działający reaktor jądrowy "Maria" w Świerku, produkuje pierwiastki promieniotwórcze do zastosowania w medycynie właśnie. Kolejny ukłon w stronę fizyki.
Ta straszna antymateria
Antymaterię rozreklamował (niestety w sposób negatywny) Dan Brown, w swojej książce "Anioły i demony". Sama antymateria nie jest niczym nadzwyczajnym - to materia, gdzie cząstki zostały zastąpione antycząstkami (które posiadają przeciwny ładunek elektryczny).
W zetknięciu z materią, antymateria znika, wytwarzając promieniowanie. I to promieniowanie jest podstawą działania jednej z technik medycznych, zwanej pozytonową emisyjną tomografią komputerową (PET). Pacjentowi podaje się materiał promieniotwórczy, który po rozpadzie emituje pozytony (czyli antyelektrony). Pozytony te, zderzając się z elektronami, anihilują (znikają), wytwarzając promieniowanie. Może ono zostać zmierzone za pomocą odpowiednich detektorów. PET pozwala na wykrywanie nowotworów z dużą dokładnością, wykorzystywany jest także do badań mózgu i serca.
Na potrzeby tego artykułu wybrałem tylko kilka zagadnień, które wydają mi się najbardziej spektakularne. Z braku miejsca nie wspomniałem chociażby o laserze, który każdy z nas ma w czytniku płyt CD bądź DVD.
Nie wspomniałem o grafenie, rewolucyjnym materiale, z którym wiąże się mnóstwo nadziei. Nie wspomniałem o aparatach fotograficznych, mikrofonach, robotach kuchennych, słowem o rzeczach, które otaczają nas i z których korzystamy codziennie.
Warto pamiętać, że fizyka jest źródłem wszystkiego - każde odkrycie fizyczne, każde wyjaśnienie jakiegoś zjawiska, prędzej czy później przełoży się na nowe urządzenie, które w jakiś sposób ułatwi nam życie lub umożliwi pracę. Widzimy, że fizyka pomaga medycynie. Teorie fizyczne znajdują także zastosowanie przy badaniu giełdy lub zachowań społecznych (co było zawsze dziedziną nauk humanistycznych!).
Dlatego warto uczyć się fizyki - by rozumieć, jak działa otaczający nas świat.
Autor jest absolwentem Wydziału Fizyki Politechniki Warszawskiej, aktualnie kończy studia magisterskie na tym wydziale.
W ramach swojej działalności naukowej prowadzi badania nad nowoczesnymi nanomateriałami do wykorzystania w bateriach litowo-jonowych. Lubi fotografię, architekturę modernizmu oraz polskie góry.
