Shutterstock

Pažanga. ~Nanotechnologijos~ šiuo metu yra vienas tų transcendentinių žodžių, kurie sukelia euforiją, kuriuos sunku apibrėžti, bet jie reiškia tai, kas gerai. Šiuo požiūriu jis panašus į žodį ~demokratija~. O jei jums prireiktų tiksliai apibrėžti, kas yra demokratija? Labai tikėtina, kad apibrėžimas būtų arba per daug bendras ir neinformatyvus, arba per konkretus ir neišsamus, arba toks ilgas, kad niekas jo neskaitytų.

Kadaise euforiją keldavo labai skirtingi žodžiai: socializmas, fiureris, pramoninė revoliucija, mokytojas Mao, mikroelektronika. Kai kurie žodžiai kanonizuojami. Mantros ~hare krišna hare krišna, krišna krišna hare hare~ kartojimas lyg ir pakylėja net visai abejingus krišnaizmui žmones. Panašias emocijas dabar daug kam kelia šventasis žodis ~nanotechnologijos~ – net ir tiems, kurie nesusimąsto, ką gi jis galėtų reikšti.

Šios sąvokos prasmė per pastaruosius tris dešimtmečius labai pakito. XX a. aštuntajame dešimtmetyje pradėję ją vartoti Kimas Erikas Dreksleris (Kim Eric Drexler) ir jo bendraminčiai nanotechnologijas siejo su idėja pagaminti mažesnes nei ląstelė, keleto nanometrų dydžio mašinas (variklius, robotus, kompiuterius), kurie atliktų naudingus darbus, pavyzdžiui, gydytų ląstelės pažeidimus, atmosferoje naikintų CO2 arba ozoną ardančius chloro ir fluoro junginius, iš atliekų gamintų maistą.

Daug nanometrinių matmenų objektų, atliekančių tam tikras funkcijas, egzistuoja gamtoje. Kartais tos funkcijos nepageidautinos, pavyzdžiui, virusų sukeliamos ligos. Tačiau galima tikėtis jas pakeisti. Pritaikyti virusus žmogui naudingoms veikloms atlikti buvo viena pirmųjų bionanotechnologijos krypčių. Virusas yra 20–300 nm darinys, susidedantis iš genetinę informaciją saugančios nukleorūgšties, apsuptos apsauginiu baltymų apvalkalu – kapside. Virusai gali daugintis (replikuotis), tačiau tik įsiterpę į gyvą šeimininko ląstelę. Jie gali plisti gyvūnų organizmuose, augaluose, grybuose, bakterijose. Yra daug rūšių virusų, kai kurie sukelia sunkias ligas: gripą, pasiutligę, AIDS ir pan. Tačiau virusai – toli gražu nevisiškai suprasti objektai. Vien ŽIV tyrimams daugelį metų skiriamos milžiniškos lėšos, tačiau dar negalima pasigirti, kad jis jau pažintas ir mokama nuo jo apsiginti. Išmokę pakeisti virusų genomus galėsime juos priversti atlikti reikiamas funkcijas.

Žmogaus organizme yra daug neabejotinai naudingų nanomašinų. Pavyzdžiui, ATP sintazė. Už jos tyrimus 1997 m. buvo paskirta Nobelio chemijos premija. Adenozintrifosfatas (ATP) daugumoje gyvųjų organizmų yra pagrindinė energiją pernešanti molekulė. Energija joje sukaupiama prie adenozindifosfato (ADP) molekulės prisijungus dar vienam fosforo jonui, o išsiskiria vykstant atvirkštinei reakcijai. ATP sintezė vyksta ląstelės mitochondrijų vidinėje membranoje esančiame maždaug 10 nm dydžio mechaniniame malūnėlyje, vadinamame ATP sintaze. Malūnėlį suka per jį iš vienos membranos pusės į kitą judantys protonai. Veikiant šiai mechaninei jėgai, malūnėlio kamerose ADP molekulė suspaudžiama su fosforo jonu, ir po tokios priverstinės santuokos susidaro ATP molekulė. ATP sintazės malūnėliui toliau sukantis, ATP molekulė išmetama iš kameros ir keliauja ląstelėje ten, kur reikia energijos. Tenai ta prievartinė santuoka išyra, ir išsiskyrusi energija atitenka tikrajai meilei – sunaudojama naujoms molekulėms kurti.

Kita labai paplitusi nanomašina yra fotosistemos – šviesą surenkantys kompleksai. Pagrindinis žaliųjų augalų, dumblių ir melsvabakterių atliekamo šviesos energijos vertimo chemine energija mechanizmas – fotosintezė. Tai daugiapakopis procesas, kurio metu šviesos energija panaudojama elektros krūviams atskirti. Po to iš anglies dioksido ir vandens sintetinami angliavandeniai ir išsiskiria deguonis. Šviesą sugeria chlorofilai, karotenoidai ar kiti fotopigmentai ir perduoda sužadintus elektronus į fotocheminės reakcijos centrus – pigmentų, baltymų ir kt. junginių kompleksus, arba fotosistemas. Tų kompleksų matmenys – keletas nanometrų.

Taigi, nanotechnologijos atsirado daug anksčiau nei žmonės, o nanotechnologijų terminas biochemijoje atsirado anksčiau nei kitose mokslo srityse. Ilgainiui nanomokslo ir nanotechnologijų uždaviniai tapo konkretesni, o aprėptis sparčiai plėtėsi į biofiziką, biochemiją, chemiją, fiziką, elektroniką, fotoniką, spintroniką. Tai lėmė ne tik novatoriški norai, bet ir augančios technologinės galimybės. Daugelyje sričių atsirado būdų prognozuojamai gaminti nanometrų dydžio darinius ir jų sistemas. Tai kas gi tie nanodariniai? Dabar laikoma, kad jie turi turėti tris savybes.

Pirma, kaip sako pavadinimas, nanodarinys – tai toks objektas, kurio matmenys maži, nuo kelių iki kelių šimtų nanometrų. Žmogaus plauko storis yra apie 50 mikrometrų. Vadinasi, skersai jūsų plauko galima vienas prie kito išrikiuoti apie tūkstantį nanodarinių. Tiesiogiai jų įžiūrėti neįstengiame ne dėl to, kad valgome per mažai morkų, o todėl, kad jie daug mažesni už regimosios šviesos bangos ilgį, tad jų neįmanoma pamatyti įprastu būdu. Tačiau atominės jėgos mikroskopu, dabar jau įprastu prietaisu mokslinėse laboratorijose, galime gauti informacijos apie nanodarinių formą. Įsivaizduokit, kad tamsią naktį švelniai braukiate pirštu per kūną. Pagal tai, kur pirštas pakyla ir nusileidžia, galite spręsti apie kūno iškilumus ir įdubimus. Taip veikia ir atominės jėgos mikroskopas. Tik jo skiriamoji geba didesnė: įmanoma nustatyti nanometrų eilės iškilumus ir įdubimus. Be to, elektroniniu mikroskopu, kuriame bandinys apšviečiamas ne šviesa, o elektronų srautu, pagal medžiagos poveikį tam srautui galime nustatyti netgi nanodarinių vidinę struktūrą.

Antras išskirtinis bruožas – nanodariniai turi mažų matmenų lemiamų savybių, kurių dideli objektai neturi. Daugeliui nanodarinių bendra tai, kad elektronų nebegalime įsivaizduoti ir apibūdinti kaip labai labai mažų dalelių, kurių padėtį įmanoma nustatyti. Nebelieka prasmės kalbėti apie tikslią elektrono vietą erdvėje. Elektronas aprašomas bangine funkcija, o išorinių jėgų poveikis elektronui apibūdinamas ne remiantis Niutono dėsniais, o sprendžiant Šrėdingerio (Schrödinger) lygtį (yra tokia lygtis, ją paprasta užrašyti, bet sunku išspręsti). Kai banginės funkcijos aprėptis realioje erdvėje viršija nanodalelės tūrį, elektronas gali turėti ne bet kokią, o tik tam tikrą energiją, kaip atome. Taigi, mažindami nanodalelės matmenis tarsi sukuriame dirbtinį atomą, kurio savybės priklauso nuo nanodalelės matmenų. Antra vertus, šiuolaikinėje elektronikoje naudojami lustai sudaryti iš lauko tranzistorių, mažesnių nei 100 nm, tačiau tokių lustų gamyba nevadinama nanotechnologijomis, nes šių tranzistorių veikimas neparemtas mažų matmenų lemiamais efektais.

Trečias nanodarinių ypatumas yra jų gamybos būdas. Paprastai nanodariniais nėra vadinami tokie objektai, kurie gaunami įprastais, nanotechnologijoms nepriskiriamais būdais. Pavyzdžiui, beveik visuose šiuolaikiniuose žibintuvėliuose šviesa emituojama iš 2-3 nanometrų storio šviestuko aktyviosios dalies, tačiau niekas nesako, kad šviestukai yra nanotechnologijų produktas. Tokius plonus medžiagos sluoksnius leidžia auginti pramoninėje gamyboje jau įdiegtos metalo organinių junginių cheminio nusodinimo iš garų fazės ar molekulinio pluoštelio technologijos. Nanotechnologais nevadiname ir viduramžių meistrų, gaminusių spalvotus stiklus bažnyčių vitražams, nors daugelyje tų stiklų yra susiformavusios puslaidininkinės nanodalelės, suteikiančios jiems spalvą.

Nanodarinius galime gaminti „iš viršaus“ (~top down~), kai dalelė laipsniškai mažinama šalinant nuo jos medžiagą, arba „iš apačios“ (~bottom-up~), kai dalelė formuojama iš mažesnių dalelių (molekulių, atomų). Gaminant „iš viršaus“, lieka daug atliekų – nepanaudotos medžiagos. Technologijos „iš apačios“ taupesnės, bent jau taupiau naudojamos medžiagos. 1990 m. (prieš 25 metus!) firmos IBM specialistai paskelbė elektroniniu mikroskopu darytą nuotrauką, kurioje matyti IBM firmos logotipas iš pavienių ksenono atomų, sustumdytų ant nikelio kristalo paviršiaus skenuojančiojo tunelinio mikroskopo zondu (žr. 142 pav.). Žinoma, toks būdas yra toli gražu per brangus, kad būtų taikomas masinei gamybai. Bet formuoti nanodarinius galima ir visai nebrangiai. Pavyzdžiui, puslaidininkiniai nanokristalai gali augti vykstant cheminėms reakcijoms tirpale ar formuotis difunduojant ir kristalizuojantis tą puslaidininkį sudarantiems atomams jų atžvilgiu persotintoje stiklo matricoje.

Nanodariniams formuoti „iš apačios“ tikimasi plačiai panaudoti savitvarkį augimą. Sudarius tinkamas sąlygas, iš struktūrinių elementų savaime formuojasi taisyklingi dariniai. Savitvarkis augimas turi keletą specifinių savybių. Pirma, jo procesai yra grįžtami. Didelė tikimybė, kad netaisyklingai susiformavusios dalys iširs ir vėl susiformuos taisyklingai. Antras pranašumas – tai technologija be atliekų. Jei savitvarkis auginimas vyksta tinkamomis sąlygomis, visi struktūriniai nanodarinio elementai randa savo vietą ir susinaudoja. Dažniausiai bereikia struktūros šablonų, padedančių inicijuoti pradinį reikiamų elementų savaiminį augimą. Be to, vienu metu gali formuotis daug nanodarinių.

Taigi, technologijos žada daug galimybių, tačiau, kaip „Fauste“ rašė V.Gėtė, „Teorija, brolau, – sausa šaka, užtat gyvenimo vaisingas medis žydi.“1 Ar nanotechnologijos naudojamos praktiškai? Taip, naudojamos. Pavyzdžiui, puslaidininkiniai nanokristalai naudojami kaip organinių molekulių žymekliai medicinoje. Šviesos sužadintas puslaidininkinis nanokristalas šviečia. Prisegus tokį nanokristalą prie tiriamos rūšies molekulių, pagal švytėjimą galima aptikti, kur gyvame organizme jos nukeliavo. Selektyviam ženklinimui dažniausiai naudojami antikūnai, prikabinami puslaidininkinio nanokristalo paviršiuje (žr. 123 pav.). Antikūnai – tai didelės Y pavidalo baltyminės molekulės, kurias organizmo imuninė sistema naudoja patogeninėms bakterijoms ir virusams aptikti. Antikūno atšakos gale yra specifinės konfigūracijos struktūrinė atomų grupė, atitinkanti tam tikro antigeno erdvinę konfigūraciją. Todėl antikūnas gali selektyviai jungtis prie to, ir tik prie to antigeno. Antigenas (angl. ~antigen iš antibody generation~) – tai baltymo arba polisacharido molekulė, stimuliuojanti imunines reakcijas organizme. Daug pageidaujamų ženklinti biologinių objektų turi specifinius antikūnus. Taigi, prie norimo antigeno prisikabinus jo konfigūraciją atitinkančiam antikūnui su nanokristalu, visas kompleksas keliauja drauge, kaip jaunųjų automobilis su pririštais balionais. Anksčiau ženklinti būdavo naudojamos fluorescuojančios molekulės, tačiau puslaidininkiniai nanokristalai daug ilgaamžiškesni, inertiškesni, jie ryškiau švyti.

Dabar su nanotechnologijomis dažniausiai susiduriame net buityje. Kremuose nuo saulės ir šiaip geruose veido kremuose esantys cinko oksido nanokristalai sugeria ultravioletinę spinduliuotę. Grybelius ir blogą nešvarių kojinių kvapą naikina sidabro nanodalelės. Labai gaila, kad 2005 m. pradėta gaminti šokoladinė kramtomoji guma ~O’Lala Foods Choco’la~ su nanokristalais kažkodėl neišpopuliarėjo. O nanotechnologijos čia taip tiko… Ar susimąstėte, kodėl nėra šokoladinės kramtomosios gumos? Dėl labai fundamentalios priežasties: skonį suteikiantis kakavos sviestas mažina kramtomosios gumos polimerų elastingumą ir guma tampa trapi. Nanokristalai keičia paviršiaus morfologiją, todėl nanošokoladinė guma išlieka elastinga. Ir ji nebrangi: 12 pagalvėlių pakelis kainavo 1,25 dolerio. Nesuprantu, dėl kokio antinanotechnologinio sabotažo šokoladinės kramtomosios gumos neįmanoma nusipirkti ne tik Vilniuje, bet ir Amerikoje, kur komercinė jos gamyba buvo pradėta prieš dešimtmetį.

Nepaisant laikinų nesklandumų su nanošokoladine kramtomąja guma, daugelyje technologijos sričių atrandama metodų patikimai manipuliuoti nanometrinių matmenų objektais. Biotechnologai iškerpa DNR molekulių gabaliukus ir keičia juos kitais, puslaidininkių technologijos leidžia gaminti vienelektronius tranzistorius. Gaminami netgi nanodariniai, atliekantys mechanines funkcijas. Nanotechnologija tapo horizontalia technologija: tai ne naujos technologijos krypties pavadinimas, o terminas, apibūdinantis grupę technologijų, naudojamų daugelyje sričių.

Telekomunikacijos

Lotyniško žodžio ~communicare~ pagrindinė reikšmė yra ~dalytis~. Graikiškai ~tēle~ reiškia ~tolimas~. Taigi, žodis ~telekomunikacijos~ galėtų reikšti dalijimąsi duona kasdiene su tolimais giminaičiais ir pan. Tačiau 1904 m. prancūzų inžinierius ir rašytojas Eduaras Estonjė (Édouard Estaunié, 1862-1942) šiuo žodžiu pavadino bendravimą, techninėmis priemonėmis atliekamą per atstumą, tik turbūt nė nenumanė, kuo galiausiai visa tai baigsis. Informacijos teorijos tėvu vadinamas Klodas Šenonas (Claude Shannon, 1916–2001) rašė, kad „pagrindinė komunikacijos problema yra vienoje vietoje sudarytos žinutės tikslus ar apytikslis atkūrimas kitoje vietoje“. Kadangi mobiliųjų telefonų tuo metu dar nebuvo, tai Šenonas žinutę suprato plačiau – kaip duomenų seką, paveikslą, garsų grupę ir pan. Informacija žmonijos istorijoje pirmiausia buvo perduodama žodžiu. Šamanas ją perduodavo savo įpėdiniui, sena ragana – jaunesnei raganai. Paskui filosofai savo išmintį pamokymais ar dialogais perduodavo mokiniams. Šie keliaudavo iš vieno mokytojo pas kitą, kartu gabendamiesi ir įgytų žinių bagažą. Aplink žymiausius mąstytojus burdavosi mokinių grupės, formavosi mokyklos. Maždaug 385 m. pr. Kr. Platono įkurtą filosofijos mokyklą Akademiją, dievo Apolono vardu pavadintą Aristotelio filosofijos mokyklą likėjų (~Apollo Lyceus~) ir mažiau žinomas senovės Graikijos mokyklas galėtume laikyti netgi šiuolaikinių universitetų pirmtakėmis.

Norėdami savo mokymą kuo plačiau viešinti, filosofai, be žinių galios ir sugebėjimų jas skleisti, turėjo tris kelius: 1) ekstravagantišku elgesiu įsirėžti į amžininkų ir vėlesnių kartų atmintį (pavyzdžiui, apsigyventi statinėje kaip Diogenas), 2) sudominti valdovus, įgyti jų prielankumą (kaip didieji astronomai T.Brahė ir J.Kepleris) arba 3) parašyti knygą (kaip M.Kopernikas ar Č.Darvinas). Istorija parodė, kad patikimiausias yra trečiasis būdas. Žinoma, ypač pageidautina knygą išleisti globojant vienvaldžiam valdovui ar demokratinei valdžiai ir savo ekstravagantišku elgesiu ją paviešinti.

Pirmosiose „knygose“ (skirtingose pasaulio vietose jos pasirodė labai skirtingu metu) buvo rašomi, matyt, svarbiausi dalykai: sakraliniai ženklai, užkeikimai, prašymai aukštesnėms jėgoms. Tokiomis knygomis galėtume laikyti Šangų dinastijos laikų (1600–1045 pr. Kr.) įrašus ant vėžlio kiauto ir jaučio mentės. Šumerų dantiraščiu išrašytose molinėse plokštelėse dominuoja sąskaitos, skolų aprašymai. Tačiau jose randama ir astronominių stebėjimų užrašų, kitų mokslo žinių.

Dabartinėje Europos Sąjungos valstybėje Lietuvoje tarybiniais laikais iki XX a. septintojo dešimtmečio kolūkiečiai į ataskaitinį-rinkiminį kolūkio susirinkimą būdavo kviečiami krivūlėmis. Krivūlę – popierėlį su tekstu, informuojančiu, kada reikia rinktis į kolūkio kultūros namų salę, – kaimynas kaimynui perduodavo pagal nusistovėjusį eiliškumą. Panašiai kaip prieš pusę tūkstantmečio Pietų Amerikoje klestėjusioje inkų imperijoje. Inkai, neturėdami rašto, skaitinę informaciją (kada rinktis į ataskaitinį-rinkiminį susirinkimą) perduodavo spalvotų siūlų mazgeliais. Spalvos, spėjama, irgi turėjo prasmę.

Venecijos pirklys Markas Polas (Marco Polo) 1299 m. buvo paleistas iš kalėjimo, kur kameros draugui jau buvo spėjęs padiktuoti savo įspūdžius iš 24 metus trukusių kelionių po Kiniją ir kitus tolimus Azijos kraštus, 1492 m. Kolumbas atrado Ameriką, Magelano (Ferdinand Magellan) ekspedicija, 1521 m. kovose su filipiniečiais praradusi ekspedicijos vadą, 1522 m. apiplaukė pasaulį. Žmonės pradėjo keliauti vis daugiau ir toliau, o grįžę pasakodavo daugybę keistų, neįtikėtinų pasakojimų apie tolimus kraštus. Tai galėtume laikyti telekomunikacijų eros pradžia, nes informacija pradėjo keliauti iš labai tolimų kraštų – telekraštų. Iš XXI a. perspektyvos akivaizdu, kad svarbiausias telekomunikacijų parametras buvo ir tebėra informacijos perdavimo sparta. Iš pradžių informaciją apie tolimus kraštus perduodavo keliautojai. Tačiau kelionės geriausiu atveju tęsdavosi ilgai, o blogiausiu – amžinai. Pavyzdžiui, žymaus berberų kilmės keliautojo Ibn Batutos (Abu Abd Allah Muhammad, 1304–1368 ar 1369) pirmoji kelionė iš Maroko į Meką ir atgal užtruko 24 metus. Kitos jo kelionės irgi buvo netrumpos, mat reikėjo kokių 40 kupranugarių, kad būtų galima pasiimti visas žmonas ir biblioteką.

Kelionės su biblioteka ir žmonomis gal ir malonios, bet lėtos. Žinias dideliais atstumais greičiau ~pernešdavo~ profesionalūs pasiuntiniai. Bene žymiausias iš visų pasiuntinių buvo graikų pasiuntinys Feidipidas (Pheidippides), kuris, pasak legendos, 490 m. pr. Kr. nubėgo 42 km 195 m iš Maratono mūšio lauko iki Atėnų, pranešė apie pergalę prieš persus ir čia pat krito negyvas. Jo vardą dabar mažai kas pamena, bet ir dabar atsiranda keistuolių, kurie bėga tuos 42 kilometrus ir 195 metrus, atbėga pusiau gyvi ir jokios naudingos informacijos neatneša. Tačiau maratonas bėgamas nuo pat pirmųjų šiuolaikinių olimpinių žaidynių (1896 m.) ir laimėtojams atneša olimpinius medalius.

Žinioms nešioti ilgainiui susiformavo pašto tarnybos. Jos atsirado dar prieš Kristų – Persija, Indija, Kinija gali ginčytis, kur pirmiau. Pirmieji laiškai parašyti dantiraščiu ant molinių lentelių. Kadangi žmonės visada turėdavo paslapčių, tai tokius molinius laiškus įdėdavo į uždarą molinę dėžutę – dabartinio voko analogą. Ilgainiui laiškai imti gabenti sparčiau, prie pagrindinių kelių susiformavo pašto stočių tinklai. Mes turime tokį išlikusį Sankt Peterburgo-Varšuvos trakto Zarasų-Kauno ruožą, tiestą 1830-1836 m., su kas valanda kelio išmūrytomis pašto stotimis, kurių dar nemažai tebestovi. Pašto karietai atvykus į stotį, nuvargę arkliai būdavo pakeičiami pailsėjusiais, ir siuntos galėdavo keliauti toliau. Tačiau į užjūrius paštas keliaudavo itin lėtai. 1815 m. sausio 8 d. prie Naujojo Orleano įvyko didelis Britanijos ir Amerikos kariuomenių mūšis, nors pagal Belgijoje 1814 m. gruodžio 24 d. pasirašytą Gento sutartį karas jau buvo pasibaigęs. Žmonės Naujojo Orleano mūšyje žuvo dėl to, kad žinia apie taikos sutartį dar nebuvo perplaukusi Atlanto.

Daug greičiau nei paštu informaciją buvo galima perduoti semaforų linijomis, sudarytomis iš tiesioginio matomumo atstumu įrengtų stočių, kuriose panaudojant specialias mechanines sistemas informacija būdavo perduodama tam pritaikyta ženklų sistema. Semoforais naudotasi ir Romos imperijoje, bet jie veikdavo tik giedromis dienomis, kai būdavo geras matomumas. Elektrinis telegrafas veikė bet kokiu oru, bet tik nuo XIX a. devintojo dešimtmečio. Įvairias versijas tuomet siūlė net keleto šalių inžinieriai, tačiau telegrafo atradimas dažniausiai priskiriamas Samueliui Morzei. Iš visų žymių išradėjų Morzė turbūt buvo labiausiai nekvalifikuotas. Jis buvo dailininkas, vienas Niujorko nacionalinės dailės akademijos kūrėjų ir jos prezidentas. 1832 m. aplankiusiam daug Europos muziejų ir grįžtančiam Amerikon prezidentui kilo miglota mintis, kaip sukonstruoti telegrafą. Tai minčiai atsirasti padėjo ilga kelionė garlaiviu, elektromagnetizmą išmanantis bendrakeleivis ir nuo jaunų dienų kirbantis noras ką nors išrasti. Morzė susidūrė su daugybe mokslinių ir techninių problemų, bet rado patarėjų, padėjėjų ir 1844 m. sugebėjo 40 mylių ilgio telegrafo linija iš Baltimorės, kur vyko Liberalų partijos kongresas, į Kapitolijų Vašingtone perduoti žinią, ką partija išrinko kandidatu į JAV prezidentus. Morzė netgi Morzės abėcėlės neišrado. Tai gerą techninį išsilavinimą turėjusio jo padėjėjo Alfredo Veilo (A.Vail) nuopelnas. Morzė turėjo kitą Dievo dovaną, beje, gan nedažną – jis turėjo stipriai išreikštą savybę, kurią amerikiečiai vadina ~draivu~.

O Aleksandras Belas (Alexander Graham Bell, 1847–1922) turėjo kurčią žmoną. Tai jį skatino domėtis klausos aparatais. Galiausiai jis išrado telefoną ir pirmasis užpatentavo jį 1876 m. Paaiškėjo, kad laidu įmanoma ne tik perduoti trumpų ir ilgų srovės impulsų seka užkoduotą informaciją, bet ir kalbėtis per didelį atstumą beveik taip, kaip būnant greta. Po šešerių metų, 1882 m., pirmoji telefono linija Kretinga–Plungė–Rietavas buvo nutiesta ir Lietuvoje. Tobulėjant elektronikai tapo įmanoma vienu laidu vienu metu perduoti ne vieną telefono pokalbį. Po Antrojo pasaulinio karo vienu telefono kabeliu jau buvo įmanoma perduoti apie 2000 telefono pašnekesių iš karto, per septintąjį dešimtmetį šis skaičius išaugo šimteriopai.

Esminis šuolis tankinant informacijos perdavimo kanalus įvyko pradėjus naudoti šviesolaidžius. Tai plona gija iš stiklo, kvarco ar skaidraus plastiko. Perdavimo sparta labai padidėja, jei informacija perduodama ne elektros srove, o šviesolaidžiu sklindančiu šviesos pluošteliu. Jei gija pakankamai plona (šviesolaidžiuose tokios ir naudojamos), tai per jos galą į giją patekusi šviesa daug kartų atsispindi nuo gijos paviršiaus kampu, didesniu už visiško vidaus atspindžio kampą, ir sklinda šviesolaidžiu neištrūkdama į jo išorę. Visiško vidaus atspindžio mechanizmas pailiustruotas 125 pav. Įsivaizduokime: iš birios šalikelės ant asfaltuoto kelio užvažiuoja automobilis. Kairiajam priekiniam ratui užvažiavus ant asfalto, automobilis pasisuks (125a pav.). Jei automobilis juda į asfalto ribą smailesniu kampu, tai pasisuks tiek, kad vėl sugrįš į šalikelę (125b pav.). Įsivaizduokime, kad paveiksle šalikelę atitinka šviesolaidžio stiklinė gija, o asfaltą – oras aplink giją. Oru šviesa sklinda greičiau nei stiklu, todėl šviesa šviesolaidyje, kaip pavaizduota 126 pav., ir patiria daugybę vidaus atspindžių.

Šviesolaidžiu galima vienu metu perduoti daug daugiau informacijos nei laidu. Dabar viena optinio kabelio gija galima iš karto perduoti keletą milijonų telefono pokalbių. Magistralinėse ir daugelyje vietinių ryšių linijų jau nutiesti optiniai kabeliai. Ilgą laiką buvo aktuali paskutiniosios mylios problema: kaip didelio pralaidumo komunikacijų liniją nutiesti iki galutinio vartotojo. Jeigu jis gyvena kaimo vietovėje, tai vien jam ir jo šeimai pasiekti prireikia ilgos ryšių linijos. Mieste atstumai iki galutinio vartotojo nedideli, bet ryšių linijas dažnai tenka tiesti per gatves, tankiai užstatytas teritorijas, jos kertasi su kitų, neinformacinių komunikacijų (vandentiekio, kanalizacijos) linijomis. Paskutiniosios mylios problema po truputį sprendžiama, ir šviesolaidžiai pasiekia vis daugiau gyventojų ir biurų.

Labai paprastai paskutiniosios mylios problemą sprendžia bevielis ryšys: jis tiesiog ją panaikina. Jei visoje Lietuvos teritorijoje yra reikiamu atstumu pristatyta reikiamo galingumo mobiliojo ryšio stočių, tai ir pasikalbėti, ir internete panaršyti galima bet kur. Beveik taip dabar ir yra. Laimingai susiklosčius aplinkybėms, Lietuvoje turime net tris konkurencingus mobiliojo ryšio paslaugų teikėjus, tai jie iš kailio neriasi ir diegdami geresnę techniką, ir mažesnėmis kainomis viliodami vienas iš kito klientus. O ką jiems, vargšams, daryt? Pasaulio ekonomikos forumo duomenimis, 2013 m. vienam lietuviui teko po pusantros sutarties su mobiliojo ryšio tiekėjais. Pagal šį rodiklį Lietuva yra 13-oje vietoje pasaulyje. Bet tuo džiaugiantis nereikia užmiršti, kad aukštos šio rodiklio vertės skirtingose šalyse atsirado dėl skirtingų priežasčių. Kad ir kaip ten būtų, mes, lietuviai, pelnytai galime džiaugtis gerai išplėtotu mobiliuoju ryšiu ir didelės spartos interneto prieiga.

O kas gi yra tas internetas? Tai vielinėmis linijomis, optiniais kabeliais ar bevieliais ryšių kanalais visiems prieinamas tarpusavyje susietų kompiuterinių tinklų tinklas. Tačiau tas tinklas būtų bevertis, jei nebūtų sukurtas pasaulinis žiniatinklis ~www~ (~World Wide Web~). O tai tarpusavyje susijusių hipertekstinių dokumentų, prie kurių yra interneto prieiga, sistema. Tai, ką eiliniai vartotojai vadina internetu, apima abu šiuos aspektus, aparatūrinį ir programinį.

Internetas jau nuėjo ilgą kelią. XX a. nuo penktojo iki aštuntojo dešimtmečio buvo tobulinamas JAV radarinių sistemų tinklas SAGE (~Semi Automatic Ground Environment~), 1978 m. buvo išplėtota tinklinė infrastruktūra IPSS (~International Packet Switched Service~), 1986 m. CERN darbuotojas Timas Bernersas Ly (Tim Berners-Lee) sukūrė žiniatinklio ~www prototipą~, 1991 m. ~www~ pateiktas viešam naudojimui, 1994 m. Džeimsas Klarkas (James Clark) sukūrė pirmąją visame pasaulyje veikiančią interneto naršyklę „Netscape“. Pastaruoju metu internetas įsisiautėjo: įsiskverbė į bankus, prekybos tinklus, pakeitė informacijos paieškos įpročius, įdiegė naujas mokymosi formas, atpigino vaizdo pokalbius. Ir tai dar ne viskas.

Gintautas Tamulaitis

Apie autorių ir knygą

„Mokslas su prieskoniais“ – paprastai apie tai, kas nepaprasta

Gintautas Tamulaitis apie save. Gimiau viename iš septynių Lietuvoje esančių Klausučių kaimų, užaugau Suvalkijoje, aukso medaliu baigiau Kriūkų vidurinę mokyklą, Vilniaus universitete gavau fiziko diplomą su pagyrimu, apgyniau dvi disertacijas, su žmona Birute užauginau du sūnus – Giedrių ir Audrių, gavau dvi valstybines Lietuvos mokslo premijas, paskelbiau per du šimtus mokslinių straipsnių, kurie cituojami bent dukart per savaitę, aplankiau daugiau nei 50 šalių.

„Mokslas su prieskoniais“ – knyga apie gamtos reiškinius netgi tiems, kurie neturi specifinio gamtamokslinio išsilavinimo arba visiems, kam galioja fiziko D.A.Vylerio (J.A.Wheeler) suformuluotas kriterijus: „Jei šiandien nepa­stebėjai nieko neįprasto, tai diena nuėjo perniek.“ Esu labai dėkingas savo tėčiui – ypatingam Kriūkų vidurinės mokyklos fizikos mokytojui. Jis mane mokė ir, tikiuosi, šiek tiek išmokė visur įžvelgti esmę, turinčią plačią prasmę.

Ar gali Mėnulis gaminti elektrą Žemėje?

Kodėl ežerai užšąla ne nuo dugno?

Kas pakeis gintarinius kompiuterius?

Kuo mes panašūs į vandeninį kirstuką?

Kodėl juoda juodoji skylė?

Mokslas su prieskoniais. – Vilnius: Tyto alba, 2015. – 392 p. iliustr.

Viršelio dailininkas Jokūbas Jacovskis

ISBN 978-609-466-078-8