GOŚCILI U NAS

MAGNETYZM SERC

W ubiegłym semestrze urzędował gościnnie na Wydziale Matematyki, Fizyki i Chemii UŚ prof. Konstantin G. Nikiforov z Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego im. K. Ciołkowskiego w Kałudze (Rosja). Jego wizyta odbywała się w ramach 6-miesięcznego stypendium Fundacji - Kasy im. J. Mianowskiego w celu realizacji programu badań naukowych w Zakładzie Fizyki Magnetyków Instytutu Fizyki. Jego opiekunem, współpracownikiem naukowym i przewodnikiem w Polsce był prof. Jerzy Warczewski, kierownik Zakładu Fizyki Magnetyków. Pomimo piętna wszechogarniającego przerażenia jakie zawsze towarzyszyło mi na lekcjach fizyki - postanowiłam rzucić się na głębokie wody i skorzystać z nadarzającej się oto szansy na zmianę stosunku do tej dziedziny wiedzy. O fizyce magnetyków nie wiedziałam absolutnie nic. Teraz jednak mam wrażenie, że jest to nauka nie tylko użyteczna, ale wręcz porywająca!

KAŁUGA

Kaługa to położony ok. 180 km na południe od Moskwy duży ośrodek akademicki. Tam właśnie pracował Konstanty Ciołkowski - fizyk i technik, polskiego (między innymi) pochodzenia, twórca współczesnej astronautyki, a także jego uczeń Aleksander Czyżewski (urodzony w Ciechanowcu) - pionier heliobiologii - nauki zajmującej się między innymi wpływem burz słonecznych na pole magnetyczne Ziemi, które wpływa z kolei na człowieka. Faktem jest niezbitym bowiem, że maksymalne nasilenie aktywności słonecznej pokrywa się w czasie z kataklizmami społecznymi (powstania, rewolucje, bunty, epidemie). To właśnie A. Czyżewski jest autorem pierwszych wykresów porównujących aktywność słoneczną i ludzką. W 1914 roku wydaje "Czynniki fizyczne procesu historycznego" stosując opis fizykomatematyczny do wyjaśniania wpływu plam słonecznych na konkretnego człowieka i całe społeczeństwo, potwierdzając tym sposobem nieśmiałe podejrzenia samego Galileusza.

Sporo czasu spędzał w Kałudze także sam Gogol, który "przyjaźnił" się z panią gubernatorową. Wieść niesie, że kiedy przechadzał się ulicami miasta - wszyscy rozbiegali się na jego widok w strachu, że opisze ich w swoim kolejnym dziele pokroju "Rewizora", co się zresztą dość często zdarzało.

Także w Kałudze narodził się w umysłach grupy literatów (braci Żemczużnikow i ich kuzyna A. K. Tołstoja) postać Kuźmy Prutkowa - fikcyjna sylwetka uosabiająca wszystkie negatywne cechy Rosjanina, dodatkowo wyolbrzymione i satyrycznie wykoślawione. Postać ta nietuzinkowa obdarzona została dodatkowo własną biografią, przypisano jej także autorstwo książki o wiele mówiącym tytule: "Zbiór myśli Kuźmy Prutkowa", z której cytaty znane są do dziś dzień w całej Rosji. Oto jedna z myśli: "Jeśli na klatce słonia napisane jest - bawół - nie wierz swoim oczom".

Warto pamiętać, że kultura w Rosji nie ogranicza się tylko do Moskwy i Petersburga.

UNIWERSYTET

Uniwersytet w Kałudze istnieje od około 50. lat, ale już od końca XVIII w. działała tam Wyższa Szkoła Narodowa - jedyna dla całej guberni - stąd urocza, zabytkowa zabudowa uczelni.

Zainteresowania, dokonania i odkrycia wielkich osobowości związanych z uniwersytetem w Kałudze świadczą o silnych skłonnościach do integracji nauk - tendencji, która w nauce światowej objawiła się w zasadzie nie tak dawno. Kaługa ma już tymczasem pozazdroszczenia godne tradycje w tej dziedzinie. W 1997 roku zorganizowano tam pierwszą międzynarodową konferencję naukową INTERNAS, łączącą w jedność najnowsze dokonania w dziedzinie chemii, fizyki, matematyki, budownictwa, techniki i medycyny (między innymi). Prof. J. Warczewski piastował tam funkcję członka Międzynarodowego Doradczego Komitetu Naukowego i wygłosił wykład plenarny. W czerwcu tego roku planowane jest kolejne interdyscyplinarne spotkanie naukowców w Kałudze (i tym razem prof. J. Warczewski będzie pełnił analogiczne funkcje). W programie obrad znajduje się między innymi problem wzajemnej zależności biosfery i noosfery. O co chodzi?

Nauczyliśmy się już traktować planetę, na której żyjemy, jako jedną całość - fauna, flora, gleba, powietrze, woda od zawsze jakoś razem współistniały jako biosfera. Zaistnienie człowieka spowodowało przeobrażenie tego doskonale zorganizowanego systemu w noosferę - naturalny ekosystem zmieniony przez człowieka, zmiany są w zasadzie wyłącznie negatywne, zarówno jeśli chodzi o żywe jak i martwe jego składniki. Powstanie noosfery w takim kształcie, jak jej teraz doświadczamy, jest skutkiem niekontrolowanego rozwoju techniki, do czego dołącza się jeszcze zewnętrzne oddziaływanie z kosmosu (promieniowanie słoneczne i kosmiczne). Jak widać - tym odkrytym ostatnio przez świat zagadnieniem naukowcy w Kałudze zajmowali się już niemal od zawsze.

PROF. KONSTANTIN G. NIKIFOROV

Urodził się w Kiszyniowie, stolicy Mołdawii (obecnie Moldovy), z którym jego rdzennie rosyjska rodzina związana była z dziada pradziada. Po 1990 roku nastąpiły jednak duże i drastyczne zmiany w byłym ZSRR, Mołdawia postanowiła odłączyć się od Związku i wielu zamieszkałych tam Rosjan zmuszonych zostało do reemigracji do swej "właściwej" ojczyzny. Tym sposobem także cała rodzina Nikiforovów znalazła się w 1994 roku w Rosji na prawach uchodźców. Prof. Konstantin G. Nikiforov musiał więc od nowa zbudować gdzieś swoje laboratorium badawcze, magnetyzm półprzewodników to bardzo wymagająca dziedzina wiedzy. Wybór padł na Kaługę. Tymczasem jeszcze w 1988 roku prof. Nikiforov gościł w Instytucie Fizyki PAN w Warszawie i tam właśnie poznał osobiście prof. J. Warczewskiego, którego nazwisko i publikacje zajmowały go już od dawna. Wówczas także po raz pierwszy odwiedził na UŚ, zaproszony na tydzień do Zakładu Fizyki Magnetyków. W 1990 roku prof. J. Warczewski ruszył więc (naturalną koleją rzeczy) z naukową "rewizytą" do Kiszyniowa, na międzynarodową konferencję dotyczącą złożonych półprzewodników magnetycznych, wygłosić kolejny wykład plenarny. Tak to się wszystko zaczęło.

fot. 1 Szacowni profesorowie (po lewej prof. Warczewski, po prawej prof. Nikiforov) wyrywają sobie wzajemnie kota, będącego zresztą własnością gospodarza naszego spotkania, prof. J. Warczewskiego. Kot nie posiada właściwie żadnego imienia, a jego nieoceniona wartość polega na bezpośrednim kontakcie z kolanami prof. Mossbauera - noblisty (a poza tym miłośnika wszystkich a posiadacza dwóch kotów. )

Aktualnie prof. Nikiforov oczekuje właśnie z niecierpliwością na wydanie swojej książki w Oksfordzie, która stanowić ma rodzaj wielkiego uporządkowania w dziedzinie wieloskładnikowych półprzewodników. Publikacje profesora dotyczą jednak często także samej Kaługi i związanych z nią osobowości. Podkreśla on jednak zawsze, że jest uczonym a nie literatem i interesuje go raczej sama idea integracji nauk wyrosła na kałuskim gruncie, kiedy wszyscy uczeni raczej rozchodzili się każdy w swoją stronę. Profesor interesuje się także... spinelami (!).

Spinele to związki o strukturze krystalicznej znanego minerału, który nazywa się właśnie spinel. Najsłynniejszy spinel świata zajmuje centralne miejsce na froncie tzw. czapki Monomacha - koronie rosyjskich imperatorów. To nie jest rubin, jak dość długo uważano, ale czerwony spinel właśnie. Spinele przybierają czasem także stalowy odcień, ale ich struktura krystaliczna pozostaje bez zmian.

PÓŁPRZEWODNIKI MAGNETYCZNE

To jest dopiero rewelacyjna dziedzina wiedzy. Półprzewodniki magnetyczne - wśród nich spinele - posiadają mianowicie własności całkowicie unikalne i niepodobne do niczego innego. Weźmy na przykład taki sobie zwykły kolorowy telewizor - każda zainstalowana w nim fotodioda daje inny kolor, kolor światła zależy z kolei od fizycznych parametrów materii. Tymczasem półprzewodniki magnetyczne dają światu możliwość zmienności tychże parametrów fizycznych, a co za tym idzie, i koloru materii zarazem - a wszystko dzięki oddziaływaniu zwykłego pola magnetycznego! Można dowolnie sterować kolorem jednej i tej samej fotodiody.

Zmiana pola magnetycznego może także wpływać na zmianę oporu elektrycznego, cudowne to zjawisko nazywa się oficjalnie zjawiskiem magnetooporu a oparte są na nim współczesne nośniki informacji w twardych dyskach komputerów, na płytach kompaktowych, gdziekolwiek nie zawiesić oka. Zjawisko magnetooporu ma przed sobą wielką perspektywę przede wszystkim w dziedzinie elektroniki. Problem jedynie w tym, że te niezwykle unikalne zjawiska zachodzą jedynie w temperaturach bliskich temperaturze ciekłego azotu, czyli naprawdę grubo poniżej przyjaznych życiu człowieka temperatur pokojowych.

ZADANIE I CEL

Zadaniem, celem i marzeniem fizyków-magnetyków całego świata jest znalezienie materiałów, które zechciałyby podlegać zjawisku magnetooporu w temperaturze pokojowej, i żeby nie trzeba ich było w końcu zalewać ciekłym azotem ( - 2000C), jest to bowiem czynność niezmiernie uciążliwa i kosztowna. Byłoby to osiągnięcie wielkie i warte co najmniej Nagrody Nobla. Profesorowie żartują więc z siebie nawzajem i swoich nieprzyzwoicie wygórowanych ambicji, ale wszyscy przecież wiedzą, że podobny postęp został osiągnięty w ciągu ostatnich 10. lat w dziedzinie nadprzewodników. Barierę do pokonania stanowiła także zbyt niska temperatura, bliska tym razem temperaturze ciekłego helu, czyli ok. - 2600 0C. Na szczęście udało się po prostu odkryć nową klasę materiałów, których temperatura przejścia w stan nadprzewodnictwa bliska jest właśnie wymarzonej temperaturze pokojowej. Odkrycia tego dokonała dwójka naukowców (a dziś już oczywiście noblistów) Bednorz - Müller. Profesor Bednorz nie tylko gościł w Katowicach na Zjeździe Fizyków Polskich w 1997 roku, ale nawet wspominał o swoich polskich korzeniach. Polskich to mało powiedziane - śląskich, jeszcze mało - tarnogórskich!!! Pół wieku minęło od momentu odkrycia zjawiska nadprzewodnictwa do chwili "oswojenia" go przez fizyków. O istnieniu półprzewodników magnetycznych świat dowiedział się około 1965 roku. Jaki stąd wniosek? Ano trzymajmy kciuki za naszych naukowców i to mocno!

DAWNIEJ I DZIŚ

Dawniej uczeni szukali nowych materiałów jak alchemicy - zupełnie na ślepo, drogą nieustannych eksperymentów praktycznych. Dzisiaj istnieje już możliwość wirtualnego sprawdzenia jak zachować się może jakiś opracowany jedynie teoretycznie materiał - tym łatwiej znaleźć rozwiązanie optymalne. Zabiera to mniej czasu i nie jest tak kosztowne czy wręcz niebezpieczne dla zdrowia i życia wynalazcy.

Okazuje się jednak, że możliwości komputera nie należy zbytnio przeceniać. On wcale nie pokaże "paluchem", która substancja jest najlepsza, pokaże jedynie drogę dalszych poszukiwań. Życie - jak się okazuje - jest dużo bardziej złożone niż jakakolwiek maszyna. Naukowcy zwrócili w końcu uwagę na doniosłą rolę różnicy pomiędzy materiałem idealnym (, którego model można uzyskać za pomocą komputera) a realnym kryształem. Nie ma idealnych kryształów w naturze. Każdy naturalny kryształ posiada defekty budowy, jakieś lokalne odchylenie od struktury kryształu, jak jedna czarna owca w białym stadzie, albo pułk żołnierzy, gdzie jeden jest niski a drugi wysoki, a obok stoi Murzyn, dalej Chińczyk, a jeszcze następnego nie ma wcale, bo zaspał - ten defekt wpływa na własności kryształu. Najciekawsze jest jednak to, że to "odchylenie od normy" nie zawsze pogarsza parametry kryształu - często wpływa właśnie na ich poprawę! Czas najwyższy podjąć próbę wyjaśnienia roli takich "defektów". Jest to jeszcze jeden z celów wspólnych badań profesorów, przekonanych o jasnych i szerokich perspektywach zajmowania się tym problemem.

TO JESZCZE NIE WSZYSTKO

Porozumienie o współpracy podpisane pomiędzy Państwowym Uniwersytetem Pedagogicznym im. K. Ciołkowskiego w Kałudze a Uniwersytetem Śląskim w Katowicach, podpisane w styczniu tego roku obejmuje swoim zasięgiem nie tylko dziedzinę fizyki i nauk pokrewnych. Władze obydwu uczelni mają nadzieję, że współpraca zapoczątkowana dzięki autentycznej przyjaźni dwóch profesorów fizyków- magnetyków rozszerzy się także na inne wydziały. Pomimo kryzysu ekonomicznego potencjał naukowy Rosji pozostaje nadal olbrzymi. Nasz szacowny gość ubolewał jedynie nad faktem, iż w ciągu ostatnich 10. lat zmienił się diametralnie w Polsce i Rosji "wektor zainteresowania" młodzieży - zapatrzonej niemal wyłącznie na USA i Niemcy. Tymczasem historia sprawiła, że jesteśmy bliskimi sąsiadami i powinniśmy przede wszystkim dobrze poznać siebie nawzajem. Właśnie dlatego w porozumieniu znalazł się specjalny zapis o wymianie studentów, nie tylko pracowników naukowych. USA i Niemcy przecież nie uciekną!