Jim Al Khalili je uveljavljeni britanski znanstvenik iraških korenin, ki je mednarodni javnosti znan predvsem po številnih televizijskih dokumentarcih o fiziki in zgodovini znanosti. Njegovo radijsko oddajo in podkast The Life Scientific, v okviru katere na BBC Radio 4 gosti znanstvenike najrazličnejših področij, vsak teden posluša več milijonov ljudi. Kot komunikator znanosti je prejel nekaj najodmevnejših priznanj v Veliki Britaniji, med drugim priznanje Michaela Faradaya, še vedno pa je predvsem predan akademik, ki skupaj s svojimi študenti na Univerzi Surrey raziskuje učinke kvantne fizike na živi svet.

Kot poudarja v svoji najnovejši knjigi The Joy of Science, je znanost najboljša mogoča pot za razumevanje sveta okoli nas, kot ga lahko ustvarimo na osnovi ta hip dostopnih podatkov, je pa tudi zgled vrednot, ki lahko oplemenitijo druga področja družbe. Njegova zadnja knjiga je izšla prav v obdobju, ko je koronavirusna pandemija na plano priklicala veliko število teorij zarot. Njihov razmah in moč družbenih medijev, ki jih le še podžigajo, vzbujata pesimizem. So to znaki, da znanosti peša moč v boju z mnenji vseh vrst?

Jim Al Khalili je bil Nedeljski gost na Valu 202:

Pogled lahko spremeniš, ko pridobiš nove podatke in dokaze

Vsekakor smo priča povečanju, a to predvsem na račun povečanja nekakšnega šuma na področju teorije zarot, opaža. "Nisem pa povsem prepričan, ali se tudi teorije zarot tako brezmejno razraščajo. Prej bi rekel, da videz tega ustvarjajo družbena omrežja, ki so mnogimštevilnim, ki prej niso bili slišni, dala glas. Zato tudi občutek, da jih je več." Teorije zarot so po njegovem vedno obstajale. Ljudje so se vedno počutili nemočne in imeli občutek, da nimajo nadzora nad svojim življenjem. Pandemija pri tem zagotovo ni bila v pomoč. Ljudje so bili predvsem preplašeni, bili so ob del svoje svobode; razlago in krivca za to, kar se jim je dogajalo, pa so iskali na vseh mogočih koncih.

"A ne glede na to prav zaradi pandemije večina ljudi bolje razume, kako znanost deluje in da je znanost najboljša razlaga nečesa na podlagi podatkov, ki jih imamo v danem trenutku. Ko se je začela epidemija, so nas zlasti v Veliki Britaniji neprenehoma opozarjali, naj si umivamo roke, da bo to zajezilo prenos okužb. Ko smo se naučili več o virusu in prenosu okužb, je postalo jasno, da se zelo dobro prenaša tudi po zraku. Začeli so se pozivi k nošnji mask, odpiranju oken, zadrževanju na odprtem … In ljudje so ob tem zavijali z očmi, češ, ti znanstveniki! Najprej trdijo eno, nato nekaj drugega, saj nič ne vedo. A vendarle menim, da je večina dognala, da je to osnovni princip delovanja znanosti." Pogled lahko spremeniš, ko pridobiš nove podatke in dokaze, poudarja. "Mislim, da je to zelo uporabna lekcija, ki bi jo lahko posvojili tudi politiki. Priznaj, da si se zmotil, spremeni stališče, če pridejo novi dokazi in podatki."

Toda kako sploh vstopati v dialog in soočenje argumentov z nekom, ki je tako prepričan o kateri od teorij zarot? Če nekdo zatrdno verjame v neko teorijo zarote, je na neki način brezpredmetno, da se spuščamo v debato z njim, meni Al Khalili. "Ni ga dokaza, ki bi ga prepričal o nasprotnem. Privrženci teorij zarot brezkompromisno verjamejo v to, kar verjamejo, vsak nasprotni dokaz je met v prazno; kvečjemu vsak nov podatek ali nezanesljivo informacijo uporabijo v podkrepitev svojega prepričanja." A po njegovem obstaja veliko ljudi, ki niso neumni, ki niso neizobraženi, verjamejo pa določenim teorijam, a se z njimi da pogovarjati. "Ne kričite nanje, ne govorite jim, da so neumni. Pojasnite jim raje, zakaj ste vi prepričani o nečem, in jih vprašajte, zakaj so sami prepričani o nečem drugem." Kot pojasni, je v človeški naravi, da si neradi premislimo, zelo nam je neudobno, če slišimo nekaj, kar ni znotraj tega, kar verjamemo in si predstavljamo, in nič nas po drugi strani ne osrečuje in potrjuje bolj, kot da slišimo kaj, kar še potrdi naša prepričanja.

"Ljudi moramo izbezati ven iz njihove cone udobja. In na tak način deluje tudi znanost. Če odkrijem novo teorijo, ne trdim zanjo, da je prava in resnična, ampak jo najprej preizkusim. Ob tem natančno preverim, ali je lahko resnična in ali sem jo nemara zasnoval pristransko, z že vnaprejšnjimi pričakovanji." Način, kako snujemo znanost, bi lahko po njegovih besedah prenesli tudi na druga področja, zlati tista, kjer nastajajo ideološki trki. "Za znanstvenike pravijo, da se lahko edini prepirajo tako, da se ne skregajo. Seveda to ne drži vedno, poznam veliko znanstvenikov, ki so zelo prepirljivi, arogantni in glasni, a na splošno glavnina znanosti ni takšna in mislim, da bi jo lahko posnemali tudi v širši družbi."

Priznaj, če ugotoviš, da ima nasprotnik prav

V knjigi The Joy Of Science Al Khalili tako navrže osem vrednot, ki nas jih lahko nauči znanost in za katere bi bilo dobro, da bi jih sprejeli tudi v širši družbi. Da je, denimo, dobro ozavestiti svojo morebitno pristranskost, da dejstev in mnenj ne gre postavljati na isto tehtnico, da lahko marsikaj razumemo, če se potrudimo, da so v nasprotju z idejo Occamove britve stvari bolj zapletene, kot mislimo … Sam pa se je za naš pogovor ustavil pri vrednoti, ki je ključna predvsem za sodobne čase: "Izbral bom tisto, za katero mislim, da je najbolj uporabna: bodite pripravljeni na to, da spremenite svoje stališče in priznate, da se motite. Naj vam opišem svoj primer. Pred nekaj leti sem za BBC snemal dokumentarec o gravitaciji. In ko smo že skoraj posneli celotno oddajo, sem ugotovil, da sem se zmotil in da sem v eni od razlag o Einsteinovi teoriji relativnosti izjavil nekaj, kar ni bilo res. Producenti so želeli napačne dele posneti znova in zabrisati izvorno napako, a sam sem vztrajal, da v oddaji priznam, da sem se zmotil, saj bo to tudi prikaz tega, kako znanost deluje … Če ne bi priznavali svojih napak, ne bi nikoli napredovali, še vedno bi bili na ravni znanja in prepričanja starih Grkov."

Če te priznanje napak v znanosti lahko opolnomoči, pa je v politiki seveda res nasprotno, da je priznanje napak izraz šibkosti, dodaja. "Si predstavljate, da bi na neki debati na Twitterju osebi, s katero se načelno ne strinjate, nenadoma pritrdili, da novi dokazi potrjujejo to, kar trdi, in da ste se vi zmotili? Le na tak način lahko napredujemo, debate, v katerih samo zasledujemo to, da moramo na vsak način zmagati, ne vodijo nikamor. Priznaj, če ugotoviš, da ima nasprotnik prav in da si bil sam v zmoti, priznaj, lahko je zelo osvežujoče."

Časi so se spremenili, kar nam je razkrila tudi epidemija, v nadaljevanju razlaga Al Khalili. "Pojasnjevati znanost je več kot samo pojasnjevati, kako svet deluje. To je vsekakor vznemirljivo, navdihujoče, to mora ostati del popularne kulture. A znanost ni popolna, znanstveniki niso brez napak, v znanosti imamo svoje težave s predsodki … in mislim, da se mora splošna javnost spraševati tudi o teh vidikih." Etika tega, kako delujemo v znanosti, je postala po njegovem enako pomembna kot uporaba znanosti za razlago sveta okoli nas.

Jim Al Khalili je med drugim ob akademski karieri tudi znan komunikator znanosti na Otoku, med drugim je za to prejel tudi nagrado Michaela Faradaya in je od leta 2018 tudi član Kraljeve družbe. "V Veliki Britaniji smo se šele v zadnjih desetletjih naučili, kako pomembno je, da komuniciranje znanosti postane del popularne kulture. S tem vzgajamo tudi nove in nove generacije prihodnjih znanstvenikov, pandemija pa nas je naučila tudi tega, da je enako pomembno javnosti razgaljati tudi način, kako deluje znanost. In sam poskušam delovati na vseh teh področjih."

Ponoviti je skušal sloviti, tisočletje star arabski dokaz o obsegu Zemlje

Čeprav je teoretski fizik – nekoč so mu nadrejeni namreč prijazno svetovali, da eksperimentalno delo ni zanj, saj bi kmalu razstrelil laboratorij in še sebe –, rad išče podlago v zgodovinski perspektivi vsega, s čimer se ukvarja. Tako ni nenavadno, da je skušal nekoč ponoviti dokaz slavnega Arabca Al Birunija iz 11. stoletja o obsegu Zemlje: "Začelo se je kot tridelna serija na BBC-ju, v kateri je bil naš glavni poudarek razcvet znanosti v času, ko je Evropo stiskal temni srednji vek." V arabskem svetu je tedaj delovalo kar nekaj izjemnih modrecev in eden od njih je bil Biruni, ki je izmeril obseg Zemlje tako, da je splezal na goro in izhajal iz kota, pod katerim je opazoval horizont. S pomočjo matematike in neverjetno bistrih miselnih eksperimentov se je dokopal do presenetljivo natančnega rezultata, kako velika je Zemlja. "Za BBC-jevo serijo smo skušali ponoviti njegov eksperiment, a smo pogrnili na celi črti. Na neki način je bila to za nas kar streznitev – nekemu učenjaku je pred tisočletjem uspelo to izvesti veliko bolje kot nam, ki smo oboroženi z najrazličnejšimi pripomočki sodobne znanosti."

Ko so objavili serijo, se je lotil še pisanja knjige in dve leti raziskoval dosežke arabskega sveta v srednjem veku in odkril toliko izjemnih zgodb o tem, kako se znanost ne začne in konča na enem mestu, ampak je kontinuum. "Civilizacije vzhajajo in zahajajo, znanje pa se prenaša naprej. Preden se je Evropa prebudila v renesansi, se je znanost žlahtnila nekje drugje in želel sem napisati zgodbo o tem."

Znane in neznane neznanke v fiziki

Al Khalili je doslej napisal 14 odmevnih knjig, v katerih se med drugim loteva osnov kvantne mehanike, črnih lukenj, črvin in časovnih strojev, arabske znanosti in njenih največjih veljakov, največjih ugank fizike, loteva se tudi fikcije, napisal je znanstvenofantastični triler Sunfall o tem, kako je ekipa zanesenjaških znanstvenikov v bližnji prihodnosti rešila svet pred bližajočo se katastrofo. V eni od svojih najnovejših knjig The World According to Physics pa se posveča predvsem svoji osnovni ljubezni, fiziki, in temu, kako je ta spremenila naš pogled na svet.

A v tem ni nič oholega, takoj pripomni, tudi pri zmožnostih fizike moramo imeti namreč noge še vedno na realnih tleh. "V pogovorih z drugimi znanstveniki sem se naučil, da v fiziki ne smemo biti arogantni. Veliko fizikov trdi, da je fizika osnovna, temeljna znanost in da fizikalni zakoni podpirajo vse drugo, torej tudi zakonitosti v kemiji, na tej je utemeljena biologija, na tej psihologija in tako naprej v nekakšni hierarhiji disciplin. S tem se ne strinjam, ker mislim, da bi bilo to arogantno. Res pa je, da je fizika orodje, ki nam omogoča obravnavanje nekaterih najbolj osnovnih vprašanj, kot so: Od kod se je vzelo vesolje? Kakšne so lastnosti časa in prostora? …"

Bliskovit razvoj sodobne znanosti se je začel pred približno 400 leti, kar sovpada s časom, ko sta nastali dve napravi, kista pomembno prispevali k njenemu razcvetu. "Do iznajdbe mikroskopa in teleskopa je bila realnost, kot smo jo poznali, omejena s tem, kar smo lahko videli z golim očesom. Mikroskop je odprl pogled v dimenzije zelo majhnega sveta, ki se ga dotlej sploh zavedali nismo, teleskop pa je sprožil revolucijo v nasprotni smeri," razlaga. Postopoma smo zgradili vse bolj zmogljive instrumente, videli vse dlje v vesolje in po drugi strani odkrivali vse manjše in manjše stvari. Naša realnost se je z obema izumoma nenadejano izjemno razširila.

Z začetkom 20. stoletja so se rodile prelomne teorije, ki so ustoličile pot moderne fizike, nadaljuje svoj sprehod po razvoju fizike. Na eni strani se začne razvijati kvantna mehanika, torej teorija, ki opisuje atomski in subatomski svet, na drugi strani je Einsteinova splošna teorija relativnosti, ki se nanaša na vesolje na zelo velikih skalah. "In človek bi pomislil, da sta ta dva svetova tako oddaljena, da med njima ni nikakršne povezave in da je sodobna fizika v slepi ulici, saj ji dveh koncev nikakor ne uspe povezati," v nadaljevanju razlaga Jim Al Khalili. "Za nameček sta teoriji res zelo različni druga od druge, vtis je, kot da se v ničemer ne prekrivata."

Toda v zgodovini fizike smo postavili kar nekaj idej, ki skušajo ta dva svetova povezati in dokazati, da ju nekaj vendarle druži. In kaj bi lahko bila ta tako iskana teorija vsega? "Če bi mi to vprašanje zastavili pred 20 ali 30 leti, bi najbrž trdil, da je teorija strun glavno upanje za teorijo vsega. Nisem strokovnjak na področju teorije strun, a kot teoretski fizik vem, kaj je v njej prebojnega in kje so njene pomanjkljivosti. Teorijo strun so razvili kot matematično teorijo v poznem 20. stoletju, a kljub vsemu do danes ni izpolnila pričakovanj. Druga kandidatka je zakovna kvantna gravitacija, ki se prav tako kaže kot zelo uporabna, elegantna teorija, a še vedno ne vemo, ali bo lahko zadovoljivo premostila prepad med kvantno mehaniko in teorijo relativnosti. Morda nobena od njiju ni pravilna, morda iščemo na napačnem mestu, morda gre za tako zahtevno tematiko, da bomo potrebovali še leta in leta, da ji bomo kos." Snovalci vsake od teorij vam bodo seveda zatrjevali, da je njihova pot prava, a to ni znanost, tu gre za moč verjetja, nadaljuje. Da postane znanstveno podkrepljena, potrebuje dokaz. "A ta hip imamo težave z dognanjem načina, kako bi ju sploh lahko testirali. Dotlej ostajata lepi matematični tehniki, za kaj več pa bo treba počakati."

Ob tem se zastavi tudi vprašanje, kaj bo, če najdemo teorijo vsega. Bo to konec fizike? Bo fizika s tem izpraznila svoje raziskovalne vodnjake? In kaj bi lahko bilo na drugi strani znanega, danes še neznano neznano? "Težava z neznanim je, da ne vemo, koliko je tega neznanega," pravi. "Ameriški politik Donald Rumsfeld je znan po trditvi, da 'vemo, da obstajajo znane stvari, da so torej stvari, za katere vemo, da jih vemo. Vemo tudi, da obstajajo znane neznanke, da so torej stvari, ki jih ne vemo. So pa tudi neznane neznanke, tiste, za katere ne vemo, da jih ne vemo.' In v fiziki je podobno: vemo, da obstajajo neznanke, kot sta temna snov ali temna energija. Ne razumemo jih, a iščemo razlago zanje. A obstajajo stvari, za katere niti ne vemo, da jih ne vemo. Ne vemo, kako daleč se razteza neznano."

Kot dodaja ob tem, bi morali biti bolj navdušeni nad tem, kako daleč nam je že uspelo priti. "Lep primer našega znanja je, denimo, ena najlepših in najnatančnejših teorij v znanosti kvantna elektrodinamika, ki je celovit opis tega, kako med seboj delujeta materija in svetloba. Pove nam, da o našem svetu vemo zares že veliko. In dobro bi bilo, da bi znali praznovati to, kaj vse smo že dognali."

Kaj ima kvantna fizika skupnega s pticami selivkami?

Jim Al Khalili se je kot študent posvečal področju fizike podatomskih delcev, že leta pa raziskovalno najbolj sledi kvantni mehaniki, zadnje čase ga še posebej zanima relativno novo področje kvantne biologije, torej učinki, ki bi jih utegnila povzročati kvantna mehanika v živem svetu. "Obstajajo primeri, ki ponazarjajo, da se je življenje naučilo trikov kvantne mehanike, da spodbudi nekatere življenjske procese k večji učinkovitosti. Eden takih, ki se mu strokovno posvečam s svojo raziskovalno skupino na Univerzi Surrey, je kvantno tuneliranje oziroma tunelski pojav, pri katerem gre lahko delec skozi potencialno energijsko prepreko, česar v klasičnem opisu ne bi mogel, saj je njegova kinetična energija manjša od potencialne energije prepreke." To razloži s primerom žoge, ki bi jo v kvantnem svetu brcnili proti hribu in bi izginila ter se nato pojavila na drugi strani tega hriba, čeprav ne bi imela dovolj energije, da bi ga lahko prečkala. "Vemo, da je tunelski pojav – čeprav je čuden – resničen, in da je v fiziki in kemiji že dobro razumljen. Po novem pa tudi vemo, da igra vlogo znotraj našega DNK-ja. Protoni in vodikovi atomi, ki držijo skupaj oba dela vijačnice, so sposobni tunelskega pojava, preskočijo lahko z ene verige DNK-ja na drugo. In če se to zgodi, lahko nastane mutacija. Vse bolj se torej zavedamo, da bi lahko kvantna mehanika igrala pomembno vlogo pri nastanku mutacij DNK-ja."

Drži torej, da bi lahko bila tudi kvantna mehanika deloma odgovorna za nastanek mutacij v naših celicah? "Ta trenutek še nismo prepričani. Vemo, da je veliko bolj pogosto, kot smo mislili," odvrne. Seveda se mutacije v živih organizmih dogajajo neprestano, tako deluje tudi evolucija. Za zdaj vemo, da jih lahko spodbode ionizirajoče sevanje, kopiranje napak … "Morda bomo lahko – ko bomo še bolj izpopolnili modele – k tem dejavnikom kmalu dodali tudi tunelski pojav. Teoretska fizika se tako zdaj povezuje z računalniško kemijo in molekularno biologijo, kjer skušamo vsak s svojega strokovnega stališča prijeti izziv za roge. In to je zares vznemirljivo."

Ko na predavanjih za široko javnost razlaga možne fenomene kvantne biologije, kot posebno poglavje, ki vedno pritegne pozornost, navrže vlogo kvantne mehanike pri navigaciji ptic. Nekatere ptice se selijo tako, da se ravnajo po zemeljskem magnetnem polju. Nekje v njih je torej skrit nekakšen kemijski kompas. Vse doslej je bila lokacija tega kompasa in način njegovega delovanja skrivnost. Trenutno najboljši kandidat za razlago je mrežnica v notranjosti očesa pri pticah, saj naj bi ta domnevni kompas aktivirala svetloba. "Del mrežnice pri pticah je tudi fotoreceptivna beljakovina kriptokrom, pri katerem svetloba pri vstopu v oko zbije enega v paru elektronov, ki pa kljub ločenosti ostaneta kvantno prepletena, torej mimoprostorsko povezana. In ta ločena, a kvantno preletena elektrona plešeta svoj fini ples, ki ga usmerja zemeljsko magnetno polje. Nismo še popolnoma prepričani, ali je to res." Tudi Einstein po njegovih besedah ni maral kvantne prepletenosti in jo je opisoval kot fantomsko delovanje na daljavo. "A morda prav najbolj strašljivo in zagonetno poglavje kvantne mehanike pomaga pticam vsako leto najti pot v toplejše kraje. Ljubka zgodba, za katero si želiš, da bi bila resnična, a jo je treba še eksperimentalno dokazati."

Umetna inteligenca utegne zanetiti naslednjo znanstveno revolucijo

Del intervjuja, namenjen fiziki, sklenemo s pogledom naprej. Kaj prinaša vse bolj vzpenjajoča se in splošno prisotna umetna inteligenca? Na področju umetne inteligence se premikamo zelo hitro, nekateri bi rekli, da celo prehitro, navrže. Umetna inteligenca nas tudi zato navdaja z nelagodjem, saj je v ozadju vedno strah, da se utegne njen razvoj prevesiti v svoj strašljivi scenarij, ko nas bo začela ta ista inteligenca nadzirati in nadvladovati. "O tem se moramo pogovarjati, a po drugi strani robotika, avtonomne naprave in podobne novotarije že prihajajo z veliko hitrostjo." V zelo bližnji prihodnosti bomo po njegovih besedah priča avtonomnim vozilom, medicinskim operacijam, ki jih izvajajo izključno roboti, zdravstveni diagnostiki s pomočjo umetne inteligence, umetna inteligenca bo prevzela številna človeška opravila. "Vse bolj se tudi kaže, da je umetna inteligenca sposobna iskanja rešitev na način, ki ga ljudje več ne zmoremo. Še vedno je brez zavedanja same sebe, nima zavesti, ne misli kot mi, a tudi to bo prišlo. Ne vemo, kako hitro, najbrž ne v prihodnjih 10 letih, morda pa v stoletju. Morda bodo naprave umetne inteligence sposobne obravnave in zaznavanja izzivov in težav, ki so nad človeškimi sposobnostmi. Morda nam bo prav umetna inteligenca pomagala najti pravo univerzalno teorijo vsega ali zanetiti naslednjo znanstveno revolucijo." Na tem področju nas vsekakor čaka zelo vznemirljiva prihodnost, sklene, mi pa moramo ohranjati težnjo, da sledimo etičnim standardom. "Potrebujemo široko družbeno soglasje o usmerjanju razvoja umetne inteligence. Ker tehnologija napreduje tako hitro, moramo enako hitro vzpostaviti tudi potreben družbeni dialog in stremeti k nadzoru njenega napredka. Vsekakor si ne želimo, da bi nekoč v prihodnosti grenko spoznali, da smo ustvarili nekaj, česar ne moremo izbrisati. Na tem področju moramo biti previdni."

Strast za znanost vzklila pod iraško diktaturo

Čeprav že desetletja živi v Veliki Britaniji, so njegove korenine mešane. Njegov oče je Iračan in je v 50. letih preteklega stoletja študiral strojništvo v Veliki Britaniji, kjer je srečal njegovo mamo. Poročila sta se, se preselila v Irak, kjer je oče kot inženir delal v iraških zračnih silah, mama pa se je medtem bolj posvečala umetnosti in glasbi. "Imel sem zelo lepo otroštvo z veliko interesi, med katerimi je bil v ospredju nogomet. Bil sem 'otrok iz angleške družine', zunaj doma sem govoril arabsko, doma angleško."

Zadnja desetletja so Irak popolnoma skazila, nadaljuje. "Čeprav je bil Irak v 60. in 70. letih diktatura, je bilo tam razmeroma dobro odraščati. V poznih 70. letih pa so se začele stvari zaostrovati in odločili smo se, da se za vedno preselimo v Veliko Britanijo, kjer sem nadaljeval svoje izobraževanje. Odtlej se nisem vrnil tja." A obdobje, preden so prišle velike politične spremembe, je bilo kljub vsemu naklonjeno dobri izobrazbi mladine. Irak, ki je imel do začetka 80. let enega od najboljših izobraževalnih sistemov na Srednjem vzhodu in v zahodni Aziji, je kriv, da ga je znanost sploh začela zanimati. "Ja, z veseljem do znanosti, zlasti do fizike, sem se okužil že v Iraku."

Kljub odraščanju v obdobju diktature v Iraku pa je bil na tekočem z vso popularno glasbo tedanjega časa. Želel jo je tudi igrati, a ker je bilo tedaj v Iraku zelo težko dobiti kitaro, se je znašel po svoje. "Pri 13. ali 14. letih sem si kitaro izdelal kar sam. Priskrbel sem si les, ga namakal v domači kadi, da se je zmehčal, in ga nato upognil v želeno obliko. Kitara ni bila posebno kakovostna, a mi je dobro služila, da sem se lahko na njej naučil svoje prve akorde za hite, ki so bili popularni v 70. letih, od Simona in Garfunkla do Jamesa Taylorja. Ko smo zbežali v Združeno kraljestvo, sem jo moral pustiti v Iraku. Še vedno pa imam nekaj njenih fotografij in lepe spomine nanjo."