V podkastu Številke v 11. sezoni govorimo o življenju. Tokrat gostimo fizika Matjaža Humarja, ki je pred leti postal prvi človek, ki je vgradil laser v celico. V pogovoru je opisal svoje raziskave, odnos do znanosti, pa tudi športa. Vabljeni k poslušanju celotnega pogovora in/ali branju kratkega povzetka.

Ste eksperimentalni fizik. Kako zelo vas zanimata narava in vesolje v celoti? Vse skupaj je kot poligon naravnih pravil.
Vsekakor. Ena glavnih lastnosti, ki bi jih moral imeti vsakdo (ne le raziskovalec), je radovednost. Zanima me, kako delujejo narava, človeško telo in celotni svet. Narava je tako v resnici zelo bistvenega pomena.

Večkrat ste povedali, da ste to radovednost izkazovali že kot otrok in tudi doma izvajali eksperimente.
In to kar precej različnih eksperimentov, vse od generatorjev visoke napetosti pa do morda tudi malo nevarnejših snovi, raket in podobno. Starši so mi pri tem dali proste roke, kar je prav, da se otrok nauči raziskovati in spoznavati. To je neka taka zadeva iz otroštva, ki me je potem tudi pripeljala v raziskovalni svet.

Pomembno je, da ima mlad otrok neko osebo, ki mu pomaga buditi radovednost. Ste tudi vi taki v vlogi mentorja?
Seveda se zelo rad pogovarjam z drugimi raziskovalci, prav tako pa s svojimi študenti, da skupaj rešujemo probleme. To mi je po eni strani v veliko veselje, ampak hkrati jim tudi veliko pustim proste roke. Ko sem sam delal doktorat, mi je mentor Igor Muševič pustil veliko svobode. Rad sem delal sam, seveda pa je treba imeti tudi vodenje.

Sorodna novica Skalpel − simbol težkega dela zdravstvenih delavcev in opomnik, da je cena uspešne kariere visoka

V tej sezoni je gostoval Uroš Ahčan, ki je med drugim opazil razliko v pripravljenosti in zavzetosti mladih. Kaj vi opazite v tej skupini?
V zadnjem desetletju kljub razvoju umetne inteligence ne opažam zelo veliko razlik. Študenti so še vedno zelo motivirani, to so dobri študenti, res pa jih številčno ni veliko. Tudi na področju zagona ali radovednosti ne vidim upada. Ta je bil sicer zelo opazen v času covida, takrat je motivacija res izjemno padla, ne samo študentom, ampak tudi zaposlenim. To sem opazil tudi pri sebi (smeh).

Omenili ste umetno inteligenco, o njej se v zadnjem času precej govori. Včasih je nanjo opozarjala zabavna industrija, predvsem film, danes postaja del realnosti in znanosti. Kako prisotna je v vašem konkretnem delu? Kje vidite njen največji potencial?
Konkretno je v mojem raziskovalnem delu zelo veliko ne uporabljamo, ker nimamo zelo veliko podatkov, ki bi jih bilo treba obdelati. Vidim pa, da bi v prihodnje lahko prevzela zelo veliko stvari. Želimo si, da nam predstavlja orodje in pomoč, ne pa da prevzame vse. Skratka, vidimo jo predvsem kot pomoč pri raziskovanju.

Po vas je poimenovan asteroid, ki ima uradno ime Matjazhumar (17201). To je bila nagrada, ki ste jo dobili za uspeh na srednješolskem tekmovanju. To je lepa motivacija za mladega človeka, kajne?
To je absolutno res zelo lepo, da obstaja neka ogromna skala, ki je velika nekaj kilometrov in ima tvoje ime. To je drugače, kot če kupiš zvezdo, kjer ni nič uradno zapisano. To ime pa je dejansko zapisano v uradni bazi podatkov. Seveda pa upam, da se ta asteroid ne bo nikoli preveč približal Zemlji (smeh).

Sorodna novica Raziskovalca IJS-ja pridobila ERC-projekta na temo kvantne svetlobe in kozmičnih žarkov

Ko sva pri lepih stvareh. Pred kratkim so vam odobrili projekt na razpisu Evropskega raziskovalnega sveta (ERC) v vrednosti 2,3 milijona evrov. Najbrž to omogoča mirnost pri raziskavah?
Ena stvar je res mirnost v naslednjih petih letih, druga zadeva pa je, da konkretno ti projekti ERC-ja raziskovalcem puščajo zelo veliko svobode pri tem, kaj lahko delaš. Ni si treba zadati prav točno določenih ciljev, da bi potem preverjali, ali so bili točno tisti cilji tudi izpolnjeni ali pa ne, res imaš svobodo. Pred nekaj meseci je bil na obisku v Sloveniji Anton Zeilinger, ki je pred leti dobil Nobelovo nagrado prav na področju kvantne optike, na tem področju sem prijavil ta projekt, ki je trenutno v delu. Med drugim je rekel, da bi mu, če raziskovalec naredi točno tisto, kar je napisal v prijavi, morali pobrati ves denar. V znanosti ne moreš nikoli točno vedeti, po katerih korakih boš kam prišel, takšna je pač narava znanosti.

Vaš laboratorij deluje na Institutu Jožef Stefan, kamor ste se leta 2016 vrnili s Harvarda. Tam ste bili prvi na svetu, ki ste v celico vgradili laser, kar je povzročilo precej pozornosti. Je bila spet radovednost tista, ki vas je gnala, da ste naredili nekaj, česar ni nihče pred tem?
Da, vsekakor. Takrat sem kot fizik začel malo gledati tudi biologijo, želel sem skombinirati obe področji, ker zelo veliko raziskovanja poteka na biološkem področju. To je razumljivo, saj je pomembno za zdravje, razvoj zdravil in tako naprej. Zanimalo me je, kako bi lahko povezal laserje s tem, kar delajo recimo zdravniki ali pa biologi. Na začetku nisem imel čisto nobenega znanja, iz osnovne in srednje šole sem vedel, kaj je to celica, prav več pa res ne. Ker sem želel združiti ti področji, sem začel brati članke in videl, da je neka skupina raziskovalcev na Harvardu dala celice v laser. To me je zanimalo, zato sem vzpostavil stik z njimi, čeprav nisem imel nobenega znanja iz biologije. Ko sem prišel na Harvard, so me takoj na začetku dali v operacijsko sobo, kjer je bil na mizi prašič in tako so se začeli prvi eksperimenti.

Sorodna novica Slovenski znanstvenik prvi v celice vstavil laser

Ste imeli kakšen predsodek ali strah, ko ste videli tistega prašiča?
Na začetku res (smeh). To je bil sicer projekt, ki sem ga zaključil. Neki raziskovalec se je posvetil temu, šlo je za lepljenje ran, sam pa sem nato začel projekt celičnih laserjev, kjer smo prvič vgradili laser v človeško celico. Zgodilo se je iz čiste radovednosti, vprašal sem se, ali je mogoče dati laser v celico. Potem pa se je izkazalo, koliko različnih možnosti obstaja za različne aplikacije.

Najbrž ima večina neko predstavo laserjev iz filmov, kjer vidimo strnjen snop svetlobe. Kako bi vi poljudno razložili, kaj je laser, in kako ste ga vgradili v celico?
Laserje si predstavljamo kot usmerjen snop svetlobe, ampak laser lahko tudi seva svetlobo v vse smeri. Če laser primerjamo z navadno žarnico ali ledico, je bistveno to, da predvsem seva svetlobo, neko dobro določeno barvo, ki je tudi neposredno povezana s frekvenco svetlobe. Če pogledamo zvok kot podobno zadevo, ima tudi zvok lahko neko dobro določeno frekvenco, in da ustvarimo to frekvenco, moramo imeti neki resonator oziroma glasbeni instrument. To pomeni neko struno, ki vibrira z neko frekvenco, ali pa piščal, kjer zrak notri oscilira z neko frekvenco. Tudi pri laserju imamo na isti način kot pri glasbilih neki resonator, kjer pa ne oscilira struna, ampak svetloba. To nam da neko zelo dobro določeno frekvenco oziroma barvo svetlobe in prav to je bistvo laserja.

Omenjali ste, da ima to veliko praktičnih aplikacij.
Naj najprej povem, kako smo sploh dali laser v celico. Obstaja veliko različnih laserjev, lahko je to velika škatla ali pa 'laserpoint', ampak laserje lahko naredimo tudi iz zelo majhnih kroglic ali pa kapljic, kot je recimo že kapljica olja, ki ji dodamo fluorescenčno barvilo, ki krepi svetlobo. Eno tako kroglico ali kapljico lahko damo k celicam. Nekatere celice to zaznajo kot tujek in ga pojedo oziroma želijo uničiti.

Kar pa zadeva aplikacije, jih je res zelo veliko, naj jih omenim samo nekaj. Na drugačen način se da zelo natančno preučevati procese znotraj celic, kot to trenutno delajo biologi. V telesu imamo zelo veliko celic, če delamo neki eksperiment, jih po navadi ne moremo ločiti med sabo, z laserjem pa to lahko naredimo, vsaki celici damo lahko dejansko 'naslov' in jo lahko spremljamo znotraj telesa ali eksperimenta dalj časa. Ugotovimo lahko, kako se premikajo, in vedno vemo, katera celica je katera, to do zdaj ni bilo mogoče. Tako lahko spremljamo tudi heterogenost celic, kako se različno vedejo ...

Snovi, ki delujejo kot laser, so različno dolgo obstojne, kajne?
Res je. Lahko naredimo tudi laser, ki je tako rekoč obstojen v nedogled, lahko pa naredimo laser, ki se razgradi v nekaj tednih. Konkretno smo uporabljali tudi polimere snovi, ki se rutinsko uporabljajo v medicini za vsadke, ki se potem čez nekaj tednov recimo razgradijo v telesu, dober primer so recimo šivi. Običajno jih na površini telesa odstranijo, ampak tisti šivi, ki so v notranjosti organov, se sami raztopijo in točno iz teh snovi znamo narediti laser.

Sorodna novica Raziskovalci IJS-ja prvič uspešno zasnovali kvantno svetlobo

Kot izrazito praktična uporaba pa se zdi kot indikator, ki nam pove, ali je hrana še užitna?
Da, ker znamo narediti laserje iz snovi, ki so biološke oziroma biokompatibilne. Dejansko znamo narediti laserje tudi za snovi, ki so užitne. Užitni laserji bi bili v tem primeru lahko uporabni za dve zadevi, ena je spremljanje hrane. V zadnjem času smo recimo slišali veliko o medu, ki ni avtentičen, okrog polovica medu v Evropi je zgolj sladkor, zmešan z nekimi barvili. Proizvajalec medu bi v svoj izdelek dodal laserje, ki so tako rekoč nevidni s prostim očesom. S tem ga 'označi', da je res avtentičen. Če bo zdaj nekdo ta med prepakiral ali ga skušal zredčiti s sladkorjem, bo to potem takoj sledljivo. Druga uporaba pa je svežina hrane, notri bi dodali 'senzor', ki bi nam povedal, ali je hrana še vedno sveža, čeprav je pretekel predvideni rok, ki je označen na embalaži. Ogromno hrane se namreč zavrže samo zaradi tega, kakšna druga pa bi se lahko prej pokvarila, ker je nismo recimo hranili pri ustrezni temperaturi.

Kaj pa uporaba v medicini? Bi se lahko to uporabljalo pri boju proti raku, debelosti ali čem podobnem?
Mogoča je tudi neposredna uporaba v medicini, v človeško telo bi jih nekako vbrizgali, uporabili kot zdravilo ali pripomoček za diagnozo. To je običajno kar težko, ker je potrebnih zelo veliko let za dovoljenja za uporabo. Že zdaj v sodelovanju z biologi proučujemo procese v celicah, ki so neposredno povezani z razvojem zdravil. Pri debelosti že zdaj spremljamo, kako maščobne celice rastejo ali pa se krčijo, če pojemo recimo nekaj sladkega. S temi laserji lahko zelo natančno spremljamo povečevanje in zmanjševanje kapljic maščob v tkivu, tudi stokrat natančneje, kot je bilo to mogoče do zdaj. Na ta način lahko vidimo, kako se maščobne celice bolnika, ki ima diabetes, vedejo drugače kot pri nekom, ki je zdrav. To neposredno potem naprej pomaga pri razvoju terapij in zdravil.

Sorodna novica Gibanje ni le zdravo, ampak pomaga tudi pri usvajanju šolskega znanja

V rubriki Štafeta vprašanje postavlja zadnji gost, Vesna Geršak se ukvarja z ustvarjalnim gibom, zato vas sprašuje "glede na to, da ste vrhunski znanstvenik, ki se ukvarjate z laserji, sama pa s poučevanjem s pomočjo gibanja, jo zanima, kako bi razložili delovanje s pomočjo giba in čim manj besed"?
Glede na to, da je to podkast, bom to zelo težko prikazal z gibanjem (smeh). Prej sem omenil povezave z glasbo. To je res zelo težko vprašanje, v bistvu ne vem, kako bi to pokazal.

Morda pa se lahko dobita in skupaj ugotovita, kako bi bilo to najbolje. Na začetku sem omenil, da je ERC odobril financiranje vašega projekta, ki se imenuje Kvantni izvori svetlobe iz mehke in biološke snovi. V čem je nadgradnja prejšnjega projekta?
To niti ni nadgradnja, ker gremo v popolnoma novo področje, tako kot je veljalo prej, ko sem šel na Harvard in se mi sanjalo ni o biologiji. Pred tremi leti prav tako nisem vedel skoraj ničesar o kvantni optiki. V zadnjem času se zelo veliko govori o kvantnih tehnologijah, mi pa delamo z biološkimi sistemi in mehkimi snovmi. Preprosto sem se vprašal, ali lahko to dvoje združimo, v tistem trenutku sploh nisem imel ideje, kako se tega lotiti. To sem predstavil doktorskemu študentu, ki je bil na začetku tudi zelo zadržan, kaj bi lahko delali, nisva imela neke konkretne ideje. Potem pa se je tudi tu izkazalo, da je zelo veliko možnosti, če dejansko kombiniramo kvantno optiko (ki se dela z nekimi organskimi trdnimi snovmi) z biološkimi in mehkimi snovmi (konkretno tekočimi kristali).

Na začetku ste omenjali Antona Zeilingerja. Ali že konkretneje veste, kaj boste preučevali oziroma eksperimentirali?
V tem trenutku je že malo jasneje, kaj hočemo in v katero smer gremo. Če razložim konkretno, razvijamo izvore kvantne svetlobe. Ta se uporablja recimo za kvantne računalnike in kvantno komunikacijo. To je komunikacija prek optičnih vodnikov, tovrstna komunikacija je absolutno varna, nihče ne more prisluškovati. Ima tudi druge kvantne aplikacije, potrebujemo izvore kvantne svetlobe, do zdaj so bili ti v organskih kristalih. Mi pa smo prvi naredili to, da smo pokazali, da je mogoče to kvantno svetlobo (bolj specifično prepletene fotone) ustvariti v tekočih kristalih. Te skoraj vsi poznamo, ker so v tekoče-kristalnih zaslonih. Imamo majhne piksle na telefonu ali televiziji, spreminjajo svetlost oziroma barvo. Kar mi lahko delamo s temi izvori (in to prej ni bilo mogoče), je isto kot zaslon, spreminjamo torej svetlobo, ki prihaja iz takega izvora. Konkretno ne spreminjamo barve svetlobe kot televizija na tekočem kristalnem zaslonu, ampak spreminjamo kvantne lastnosti svetlobe, ki so potem uporabne za te aplikacije, ki sem jih prej omenil: kvantno računalništvo in kvantno telekomunikacijo.

Precej vas zanima tudi kolesarstvo.
Nimam se ravno za nekega profesionalca (smeh). To je šport, pri katerem se lahko dobro sprostiš tako telesno kot svoje možgane. Rad kolesarim, rad se spuščam (t. i. down hill), včasih gremo tudi s prijatelji po snegu in blatu, včasih grem tudi na kakšno amatersko dirko, predvsem za sprostitev.

Sorodna novica Fabio Wibmer svet vidi kot kolesarsko igrišče

Kolesarstvo po snegu je najbrž svojevrstni užitek?
Da, absolutno. Res je malo bolj nenavaden šport. Tri leta smo bili v Bostonu, kjer so zime zelo dolge in mrzle ter bogate s snegom. To sem izkoristil in se vozil po snegu, organizirana so bila tudi posebna tekmovanja. Namesto da sem šel smučat na sneg, sem šel kolesarit, celo po smučišču. Še preden odprejo smučišče, greš pred sončnim vzhodom recimo na Krvavec, potem pa se spustiš, še preden pridejo smučarji. Užitek.

Ko sva ravno pri kolesarjenju na snegu. Ali morebiti spremljate Fabia Wibmerja?
Vsekakor. Tudi on ima posnetek, ko se spušča po Kitzbühelu.

Vabljeni k poslušanju celotne epizode, kjer je govor še o naslednjih temah:
− zamenjava s Tomažem Humarjem;
− umetna inteligenca in potreba po preverjanju njenih ugotovitev;
− kako naj bi se razvijala umetna inteligenca;
− kaj se mu zdi najlepša stvar pri eksperimentalni fiziki;
− presenečenja v znanosti;
− morebitni zadržki kupcev pri uporabi hrane z laserji;
− ali bi zvok lahko pomagal pri razbijanju rakavih celic;
− protiintuitivnost kvantne fizike;
− lepota kolesarjenja;
− #PohvalaNaDan.