Mokslo tendencijos ir mados

 

 

Energetika

Baigėsi daug mūsų emocijų surijusios olimpinės žaidynės ir vėl mintys grįžta prie to, kas tikra. Ypač baigiantis vasarai. Ima kamuoti įkyrios mintys apie būsimas elektros ir šilumos kainas, kurias vasarą patirtos politinės krizės dar labiau padidins. Energetikos ateitis rūpi visiems, visuomenei, politikams ir mokslininkams. Siekdamos energetinės nepriklausomybės, vis daugiau šalių pereina prie atsinaujinančių energijos šaltinių. Daugiausia vilčių teikia vėjo ir saulės energetika. Pavyzdžiui, Danijoje 20% šalies energijos poreikių jau patenkina vėjo jėgainės. Apskaičiuota, kad jeigu šiuo metu sukurtomis saulės baterijomis amerikiečiai užklotų Nevados karinių bandymų poligoną – maždaug 100 kvadratinių mylių plotą, gaunamos energijos pakaktų visai Amerikai. Nevadoje saulė vidutiniškai šviečia šešias valandas per dieną.

Jeigu netinka saulė – įkinkykime vėją. Vėjo toje pačioje Amerikoje yra apsčiai. Galingiausios vėjo turbinos dabar generuoja iki 5000 kilovatų. Vėjuotose vietose vienos kilovatvalandės savikaina tesiekia septynis lietuviškus centus. Pakaktų trijų valstijų: Šiaurės Dakotos, Kanzaso ir Teksaso, kad jose pastatytos vėjo jėgainės prisuktų elektros energijos visoms Jungtinėms valstijoms. Nebūtų reikėję pulti Irako, o Saudo Arabija netektų vieno svarbiausių klientų.

Nafta brangsta todėl, kad krenta dolerio kursas. Tai viena priežastis. Kita vertus, per dieną pasaulyje išgaunama apie 90 mln. barelių naftos. Norint patenkinti augančius šios žaliavos poreikius, naftos dienos išgavimo norma turi kasmet padidėti vienu ir keturiomis dešimtosiomis milijono barelio. Deja, per pastaruosius dvejus metus gavybos apimtys neauga. Pagrindinė problema – naftos verslovių ir naftos gavybos kompanijų nacionalizavimas. Iš dvidešimties didžiausių korporacijų net 14 yra valstybinės. Prieš dešimtmetį jų buvo tik šešios. Privačios korporacijos dabar valdo tik 10% naftos gavybos pajėgumų. Didžiausią naftos gavybos augimą pasaulyje, kuris pastaruosius septynerius metus vyko Rusijoje, sustabdė Vladimiro Putino sprendimai. Tą savo kailiu patyrė ir buvęs „Jukos“ vadovas Michailas Chodorkovskis. Viena vertus, pelningiausios naftos verslovės buvo nacionalizuotos. Kita vertus, žvėriškai padidinti mokesčiai. Rusijoje investuojantys vakarų koncernai privalo atiduoti Rusijai 92% uždirbto pelno, pardavus naftą. Nenuostabu, kad Rusijoje naftos gavybos apimtys ir užsienio investicijos ima mažėti. Tas pats nutiko Venesueloje, Meksikoje ir Nigerijoje.

Taigi, jau seniai aišku, kad reikia kuo skubiau plėtoti kitus energijos gaminimo būdus ir didinti energijos vartojimo efektyvumą. Juolab, kad šiuo metu pasaulio šalys energijos šaltiniams išleidžia tik 3,5% savo pajamų. Dukart mažiau, negu 1980 metais. 

Taupus miestas

Tokių pavyzdžių yra daugiau, bet pradžiai pakaks. Kas stabdo šią technologinę atsinaujinančios, darnios energetikos revoliuciją? Be abejo, visų pirma didžiųjų naftos kompanijų bei politikų interesai. Dar ir visuomenės abejingumas, neorganizuotumas. O juk taupus įvairių, ne tik energetinių resursų naudojimas – tai pagalba Žemei ir mūsų piniginei. Europoje vykdomi įvairūs kompleksiniai ekologiškos energetikos projektai. Reformuojami miestai, kurie po keliolikos metų nebenaudos iškastinio kuro. Projektuojami labai taupūs namai, kuriuos šildo iš šiukšlių išskiriamos biodujos.

Vienas įdomiausių pavyzdžių – paneuropinis projektas SESAC (Sustainable Energy Systems in Advanced Cities). Juo siekiama paremti bendruomenes, diegiančias atsinaujinančios energijos sistemas. Geriausius pavyzdžius įdiegti įvairiose Europos šalyse, taip sumažinant žalingą žmogaus veiklos poveikį klimatui. Kaip sakoma, pati švariausia energija yra ta, kuri nepanaudojama. Štai kodėl projektų dalyviai labiausiai stengiasi sumažinti energijos vartojimą, pasirinkę tokius miestus, kaip Vekšis Švedijoje, Delftas Nyderlanduose ir Grenoblis Prancūzijoje. Todėl statomi ekobūstai – pasyvūs daugiaaukščiai mediniai namai. Statant tokį namą, į atmosferą išskiriama 13 kartų mažiau anglies dioksido, negu naudojant cementą. Puiki šilumos izoliacija garantuoja minimalų energijos naudojimą. Tačiau visa tai įmanoma pasiekti, tik aktyviai dalyvaujant visuomenei. Žmonės turi suprasti, kaip svarbu taupyti energiją ir ką daryti. Štai kodėl Vekšio miesto mokykloje ir vaikams nuo mažens diegiamas ekologiškas mąstymas.

Naujasis atomo amžius

Trečia išeitis iš energetinės aklavietės – atominės energetikos renesansas. Tiesa, kad jis iš tiesų įvyktų, reikia pradėti gaminti kur kas tobulesnius ir saugesnius, ketvirtosios kartos reaktorius. Vienas toks eksperimentinis reaktorius nuo 2004 metų veikia Kinijoje. Jo principas labai įdomus – naudojamos itin mažos, trijų ketvirčių milimetro skersmens urano granulės, apgaubtos keturiais apsauginiais sluoksniais. Jos savo ruožtu talpinamos į bilijardo dydžio rutulius, angliškai vadinamus pebble – (smiltelė). Todėl ir reaktoriaus pavadinimas yra „pebble-bed“. Reaktoriuje telpa apie 300,000 tokių bilijardo rutulių, sumaišytų su 130,000 panašaus dydžio grafito rutulių. Rutuliai, reaktoriui veikiant, nuolat keičiami. Kiekvienas iš jų panaudojamas dešimt kartų. Vykstant grandininei reakcijai, šildomos helio dujos. Helio dujos suka turbinas ir kartu aušina reaktorių. Tokio reaktoriaus galingumas – apie 200 megavatų. Jo pakaktų aprūpinti energija, pavyzdžiui Vilnių ir dar liktų Šalčininkams. Dydžiu reaktorius prilygsta standartiniam konteineriui, kuriuo gabenamos prekės. Ir, kas svarbiausia, jame negali prasidėti nevaldoma grandininė reakcija. Toks reaktorius visiškai saugus, o jame esantis uranas nekelia pavojaus aplinkai, nes yra įkalintas rutuliuose. Galima dar pridurti, kad iš tokio devynių procentų įsodrinimo urano, audojamo ketvirtosios kartos reaktoriuje, neįmanoma pagaminti atominės bombos. Matyt, šie reaktoriai ir išspręs mūsų esmines energetines problemas.

Kaip sunaikinti šiuo metu pasaulyje sparčiai besikaupiančias radioaktyviąsias atliekas? Apie tai galvoja daugelio šalių mokslininkai. Taip pat šveicarai, kurie jau sukūrė vieną įdomų metodą. Polo Šėrerio (Paul Scherrer) institute Šveicarijoje atliekamas tarptautinis eksperimentas Megapie. Jo tikslas – bombarduojant protonų srautu skysto metalo taikinį, pasigaminti daug neutronų. Panaudojus vieno megavato galios protonų srautą, tai pavyko padaryti. Gauti aukštos energijos neutronai labai praverčia daugelyje sričių, bet svarbiausia, kad jais galima deginti radioaktyviąsias atliekas. Panašūs tikslai skatina ir kito tarptautinio projekto – MYRRHA branduolinio reaktoriaus, aušinamo skystu metalu, kūrėjus. Pastarajame projekte dirba Lietuvos mokslininkai, ultragarso specialistai iš KTU.

Vienas seniausių branduolinės energetikos projektų Europoje vykdomas Nyderlanduose, Petene. Ten sumontuotas Europos komisijos jungtinių tyrimų centro branduolinis reaktorius. The High Flux (lietuviškai – intensyvių neutronų srautų) reaktorius generuoja 45 megavatus energijos.

Vykstant branduolių skilimo reakcijai atominėse jėgainėse, gaminama elektros energija. Petene šis procesas naudojamas mokslo tyrimams. Reaktorius pastatytas XX amžiaus septintame dešimtmetyje ir nuo to laiko jame tiriama radioaktyvios spinduliuotės įtaka įvairioms medžiagoms. Taip mokslininkai ieško naujų kompozitinių medžiagų branduoliniams reaktoriams statyti. Galbūt, atnaujinus Europos atominių jėgainių reaktorius, pavyks pratęsti jų eksploatacijos laiką vienu ar dviem dešimtmečiais. Kita vertus, senuosius reaktorius apie 2040 metus pakeis jau minėti ketvirtosios kartos reaktoriai. Pirmasis prototipas pradės veikti po 10 – 12 metų. Tokių reaktorių našumas bus kelis tūkstančius kartų didesnis už dabartinių.

Visuomenė tinkle

Teoriškai visa tai aišku jau seniai, bet atsinaujinančios energetikos plėtros procesai vyksta labai sunkiai. Viena iš priežasčių – socialinė. Tik pastaruoju metu pradėta aktyviai kalbėti apie ekologiją, apie būtinybę mažinti atmosferos teršimą ir pan. Štai kodėl būtinas visuomenės ir jaunosios kartos švietimas. Reikia ugdyti kūrybingus žmones. Kaip tą padaryti? Žmonės jau yra sukūrę inovatyvių švietimo sistemų. Vienas iš tokių švietimo reformos projektų atliekamas JAV. Jis vadinasi TakingITglobal, realizuojamas kartu su „Microsoft“. Vienas svarbiausių šio projekto instrumentų – internetas, šiais laikais suteikiantis daug naujų galimybių. Ir ne tik švietimo sistemoje. Kai kurie autoriai kalba apie vikinomiką – naujo tipo ekonomiką, kai didžiausios kompanijos leidžia visiems naudotis savo iki šiol slaptais duomenimis, įvairia konfidencialia informacija. Virtuali erdvė gimdo naujas bendravimo ir mokymosi formas, naujas inovacijas, skatina mąstymo pokyčius ir diskusijas. O ginčuose, kaip žinia, gimsta tiesa. Šis teiginys galioja jau daug amžių.

Keturiolikmečiai paaugliai vienoje mokykloje netoli Paryžiaus padeda specialistams išbandyti naują edukacinį žaidimą. Tai dalis Europinio projekto „Elektra”, kurio dalyviai tiria, ar žaidimai gali tapti ateities edukacinės sistemos pagrindu. Šiuolaikinė mokymo sistema yra pasenusi. Ji neskatina vaikų mąstyti, slopina jų inciatyvą. Todėl mokslininkai pagalvojo, kad daugiau interaktyvumo ir intrigos mokymo procesui gali suteikti kompiuteriniai žaidimai. Juolab, kad tai labai populiari laisvalaikio leidimo forma. Žaidimais žavisi ir suaugę, ir vaikai. žaisdamas žmogus visiškai neskausmingai, tiesiog nejučia lavina savo sugebėjimus. Pavyzdžiui, reakciją. Pedagogams tereikia sugalvoti užduotis arba pateikti tokius klausimus, kad žaidėjas įgytų reikalingų žinių.

Projekto dalyviai yra įvairių sričių – edukologijos, psichologijos, kognityvinių mokslų, kompiuterinių žaidimų dizaino specialistai. Jie nusprendė, kad nuotykių žaidimo forma bus optimali. Žaidėjas turėtų nė nepajusti, kad mokosi. Trumpai sakant, „Elektros” projekto esmė – sukurti edukacinę platformą kurią būtų galima nesunkiai pritaikyti įvairiems dalykams. Efektyvus mokymasis ir visapusiškas išsilavinimas yra gyvybiškai svarbūs šiuolaikiniam žmogui, konkuruojančiam su kitais žmonėmis sparčiai besikeičiančiame pasaulyje.

Medicinos ateitis

Atrodo, mokslininkai su medikais rimtai susidomėjo galimybe gerokai pailginti mūsų gyvenimą. Be abejo, daug galime pasiekti patys nenaudodami superbrangių ir sudėtingų technologijų. Tiesiog reikia sveikai maitintis, nuolat sportuoti, periodiškai apsilankyti pas gydytoją profilaktiniam patikrinimui. Tačiau civilizacija sukūrė tiek pagundų ir taip pakeitė aplinką, kad žmogus nespėja prie jos prisitaikyti. Todėl tunkame, valgydami pyragaičius. Vis daugiau žmonių, ypač išsivysčiusiose šalyse kenčia nuo alergijos. Bet mokslininkai irgi nepėsti – kuriamos fantastiškai jautrios diagnostikos priemonės, pradėtas asmeninio genomo projektas ir netgi aiškėja gyvų organizmų senėjimo mechanizmai. Mokslininkai jau sugeba dvigubai pailginti pelių ir kirmėlių, taip pat vaisinių muselių gyvenimą. Greitai ateis ir mūsų eilė. O kol kas naudokimės tuo, kas mums pasiekiama. Taip pat ir Lietuvoje.

Diagnostika – tai pati geriausia priemonė, padedanti išvengti ligos arba ją demaskuoti pradinėje stadijoje. Tuomet, kai įmanoma visiškai išgydyti žmogų ir padaryti tą pigiai. Mes gyvename stebėjimo kamerų, jutiklių ir daviklių pasaulyje. Nenuostabu, kad jie taikomi įvairiausiose srityse, taip pat ir medicinoje. Kadangi jutikliai tampa vis mažesni, o jų duomenis kompiuteriai apdoroja labai sparčiai, medikai noriai naudoja šią informaciją diagnostikai ir gydymui.

Šiais laikais palyginti nesudėtinga sukurti jutiklius, analizuojančius įvairius kūno skysčius, jų cheminę sudėtį. Pavyzdžiui, specialistams daug ką gali pasakyti prakaito sudėtis. Todėl vieno europinio projekto dalyviai sukūrė biocheminius jutiklius, matuojančius asmens prakaito sūrumą, rūgštingumą ir temperatūrą. Gauti duomenys bevieliu būdu siunčiami į kompiuterį ir apdorojami realiu laiku. Gydytojui belieka įvertinti duomenis, stebint, kaip kinta parametrai.

Tokios dėvimos technologijos labai reikalingos ne tik medikams, bet ir sporto industrijai. Bioinžinieriai šiuo metu ieško būdų integruoti sukurtą sistemos prototipą į marškinėlius kartu su kitais jutikliais. Vadinasi, treneris ar gydytojas galės gauti visapusišką sportininko fiziologinių duomenų įvertinimą. Gudrūs sportiniai bateliai arba marškinėliai su jutikliais, kiti panašūs produktai papildys tradicinės analizės metodus. Tokius, kaip kraujo iš venos ar piršto analizė. Šią technologiją bus galima taikyti, atliekant dopingo kontrolę arba padedant treneriams stebėti savo besitreniruojančio auklėtinio kūno parametrus.

Didžiosios mįslės

Žmogaus gyvenimą intriguojantį ir prasmingesnį padaro ne tik sugebėjimas susikurti normalias ar net komfortiškas gyvenimo sąlygas. Tokias, kaip pirtelė prie ežero arba „Ferrari“ garaže. Labai svarbu emocinis gyvenimo aspektas. Įgimtas smalsumas ir gyvenimo prasmės paieškos verčia žmoniją domėtis esminėmis pažinimo problemomis. Klausti savęs ir kitų, kokia yra mūsų gyvenimo prasmė, iš ko sudarytas pasaulis, kaip jis atsirado? Kaip atsirado gyvybė ir ar ji egzistuoja kitose galaktikose. Smalsumas gali pražudyti katę, kaip teigia viena patarlė. Kita vertus, jis labai naudingas. Todėl mokslininkai ieško Dieviškosios dalelės (Higso bozono), naudodami didžiausią pasaulyje elementariųjų dalelių greitintuvą branduolio tyrimų centre CERNe. Mokslininkai netgi mėgina įrodyti, kad egzistuoja veidrodinis pasaulis. Panašus į tą, kuriame netyčia atsidūrė Alisa iš Liujiso Kerolio apysakos.

Fizikai teigia, kad Visatoje egzistuoja veidrodinė materija, papildanti mums įprastą materiją, iš kurios esame sudaryti. Tai, beje, visai kas kita, negu antimedžiaga arba antimaterija. Jos egzistavimas galėtų paaiškinti, kodėl elementariųjų dalelių pasaulyje pažeidžiami kai kurie simetrijos procesai. Tokiais atvejais simetriją atkuria vadinamos veidrodinės dalelės, turinčios tokią pat masę, kaip įprastinės dalelės. Iš veidrodinės materijos gali būti sudarytos planetos, žvaigždės ir net galaktikos. Nepaisant šito, ją pastebėti ne taip paprasta. Su mūsų Visatos medžiaga ją sieja tik gravitacinė sąveika. Ši hipotezė gali padėti paaiškinti astrofizinių stebėjimų duomenis, liudijančius, kad didžioji mūsų Visatos dalis sudaryta iš medžiagos, kurios kol kas negalime pamatyti – todėl ji ir vadinama Tamsiaja materija.

Be abejo, fizikai mėgina įrodyti tokios medžiagos egzistavimą eksperimentiškai. Fizikos dėsniai teigia, kad kai kuriais atvejais mūsų pasaulis gali keistis dalelėmis su veidrodiniu pasauliu. Apie panašią dviejų pasaulių sąveiką rašė Liujisas Kerolis, o šiais metais buvo sukurtas siaubo filmas „Veidrodžiai”.

Šiuo metu Grenoblyje atliekamas eksperimentas, kuriame mėginama pastebėti, kaip ultrašalti neutronai pranyksta veidrodiniame pasaulyje. Pirmieji rezultatai – gan intriguojantys. Netrukus panašių eksperimentų seriją planuoja pradėti šveicarai Polo Šėrerio institute, irgi naudosiantys ultrašaltų neutronų šaltinį. Gali būti, jog kai kurie rašytojai ar menininkai savo kūriniais gali įkvėpti mokslininkus ir padėti jiems įminti Visatos paslaptis. Nuo tikrovės iki fantastikos – vienas žingsnis.

Naujas žvilgsnis į kosmosą

Kosmoso tyrimai – viena labiausiai intriguojančių pažinimo sričių. Ypač nežemiškos gyvybės paieškos, kurias skatina sensacingi atradimai Saulės sistemoje – skystas metanas Titano palydove ir ledas, rastas Marse. Tobulėjantys teleskopai ir kompiuterinė duomenų analizė suteikia vilčių, kad netrukus galėsime tiesiogiai nustatyti nežemiškų planetų atmosferų sudėtį.

Beje, už tokius tyrimus 2007 metų mokslininku žurnalas „Discover“ pripažino Harvardo universiteto astronomą Davidą Charbonneau. XVI amžiuje Mikalojus Kopernikas įrodė, kad Žemė sukasi aplink Saulę ir yra tik viena iš kelių planetų šioje sistemoje. 1924 metais Edvinas Hablas nustatė, kad mūsų galaktika tėra viena iš daugelio. Davidas Charbonneau, tyrinėdamas planetas prie kitų saulių, tikisi įrodyti, kad gyvybė Žemėje nėra unikalus reiškinys. Pavyzdžiui, prieš kelerius metus jo komanda sugebėjo išanalizuoti atmosferos sudėtį egzoplanetos, nutolusios nuo mūsų keturis milijardus kartų toliau, negu Mėnulis (už 150 šviesmečių). Jis taip įniko į šią sritį, kad dukras pavadino Stela ir Aurora.

Pasaulio astronomai sugeba įminti vis daugiau Visatos paslapčių, kadangi gauna naujus ir galingus kosmoso stebėjimo įrankius. Pavyzdžiui, radiastronomija išgyveno renesansą, kai buvo sugalvota į vieną sistemą jungti po kelis ir net kelias dešimtis pavienių teleskopų. Toks tinklas ima veikti tarsi vienas superteleskopas. Labai svarbus sistemos komponentas – patikima ir greita duomenų perdavimo sistema. Informacinių ir kitų technologijų pažanga leis po keliolikos metų pastatyti galingiausią radioteleskopą pasaulyje. Projektas vadinamas Kvadratinio kilometro matrica (square kilometer array). Naudodami tokį ypatingo jautrumo įrenginį, astronomai tikisi suprasti, kaip formuojasi žvaigždės ir juodosios bedugnės, anksčiau vadintos skylėmis.

Šis unikalus kompleksas, šimtą kartų galingesnis už Lovelo radioteleskopą Didžiojoje Britanijoje, projektuojamas bendromis Europos valstybių pastangomis. 2020 metais jis turėtų pradėti veikti Pietų Afrikoje arba Australijos dykumoje. Penkių kilometrų plote bus sumontuota daugybė penkiolikos metrų skersmens radioteleskopų lėkščių. Jų tankis didės, artėjant prie sistemos centro. Visi teleskopai bus sujungti elektroniškai ir veiks kaip vienas, beveik keturių tūkstančių kilometrų skersmens teleskopas. Juo bus stebima visa dangaus sfera. Atrodo, artėja globalios astronomijos ir superteleskopų era. Matysime vis toliau ir vis daugiau. Astronomai žvelgs į mūsų Visatos praeitį. Remiantis gauta informacija, bus galima prognozuoti jos ateitį.

Rolandas Maskoliūnas