Nanobillard har fremtiden for sig

Forskere verden over er i gang med at forfine deres metoder til at skubbe enkelte atomer rundt ved hjælp af nanoteknologi

Af Robin Engelhardt

Den dag, forskere får fuldstændig kontrol over de enkelte atomer, lærer at bevæge dem, sætte dem fast, og arrangere dem i en vilkårlig orden, den dag vil ganske sikkert være starten til endnu en industriel revolution. Men der er dog stadig et stykke vej. En grund til dette er, at udviklingen af den nye nanoteknologi kræver værktøjer, som er næsten lige så små som atomerne selv, og hvordan bygge nanoredskaber uden at have den nødvendige nanoteknologi? Eneste løsning på dette evindelige hønen-og-ægget- problem er at starte med nogle nødtørftige og rudimentære metoder og efterhånden arbejde sig ind på de mere forfinede af slagsen.

Godt på vej
Mange forskergrupper rundt omkring i verden, blandt andre også den danske CAMP-gruppe ved DTU, er godt på vej til at løfte nanoteknologien ud af dens stenalder. I en artikel fra det aktuelle nummer af fagbladet Nature beretter John Pethica og hans kolleger fra Oxford University i England om en metode til at bevæge individuelle brom-atomer rundt oven på en overflade af kobber. Og det kan lade sig gøre ved stuetemperatur, hvilket er en stor bedrift. Det anvendte redskab er en særdeles fintfølende nålespids på et såkaldt »Scanning Tunneling Microscope« (STM), som man især bruger til analyse af metaloverflader. Det viser sig, at man med nogen møje kan bruge nålespidsen til at binde de enkelte atomer, bevæge dem, og placere dem vilkårlige steder på overfladen.

Tunnel-effekten
STM-teknikken har været kendt siden 1981 (med en kvittering i form af en Nobelpris til fysikerne Binnig og Rohrer i 1986). De følgende år blev teknikken brugt til at måle elektrontætheden på overfladen af diverse metaller  til stor glæde for blandt andre dem, som forskede i nye metaloverflader og i effektiviseringen af katalysatorer. Grunden til, at man nu kan se de enkelte atomer på overfladen ved hjælp af STM-teknikken, er, at nålespidsen har en elektronsky omkring sig selv, og når denne sky overlapper en elektronsky fra et overfladeatom, så kan det ske  selvom atomerne ikke rører hinanden  at enkelte elektroner overføres til nålespidsen og omvendt. Ved at tilføre nålen en lille elektrisk spænding, kan udvekslingen af elektroner bevirke, at der løber en ganske lille strøm mellem spids og overflade. Og det kan man så bruge til at producere et computerbillede af overfladen. Nu er det ifølge den klassiske fysik umuligt for strøm at løbe igennem vakuum. Men i kvantemekanikken findes den såkaldte tunneleffekt, der tillader elektroner at manifestere sig forskellige steder inden for en elektronsky, og derfor kan det godt lade sig gøre alligevel.

Billard-teknik
I 1996 fandt man ydermere ud af, at nålespidsen også kan bruges som en slags strømførende billardkø til at skubbe de enkelte atomer ud af overfladen med og sætte dem fast igen et andet sted. Ulempen var dog, at man blev nødt til at køle atomerne ned til minus 270 grader Celsius, ikke lige en temperatur man normalt arbejder under. Manipulationen af individuelle atomer og molekyler er selvfølgelig kun det første skridt i et langt mere ambitiøst projekt: At samle helt nye molekyler, eller selv nanomaskiner, ud fra enkelte atomer. Men bortset fra at plotte firmanavne i nanoformat er forskerne ikke nået nævneværdigt videre. Et enkelt forskerhold fra Harward og Berkeley i USA under ledelse af Philip Kim og Charles Lieber fik dog i slutningen af sidste år udviklet en slags nanopincet, som kan manipulere individuelle kulstofmolekyler (bestående af polystyrene), der kun er fire milliontedele af en meter lange.

Serie af dobbeltstød
Men de engelske forskere kan med STM-teknikken nu gå helt ned til atomstørrelse. Ved stuetemperatur er den termiske aktivitet dog for høj til, at nålespidsen kan ramme atomerne nøjagtigt. Nålespidsen mister sin præcise position, og atomerne smutter væk. I stedet fandt Pethica og kolleger ud af, at hvis man vibrerede nålen hurtigt fra den ene side til den anden, kunne man skubbe atomet lidt fra den ene side til den anden. På den måde kan forskerne altid beholde det ønskede atom foran spidsen og kontrollere det ved en serie af stød. Atomet mases så at sige igennem de andre atomer for at skrabe sig vej igennem kobberoverfladen. I sammenligning med det makroskopiske spil billard er den slags miserable dobbeltstød og skrab på overfladen selvfølgelig en primitiv bedrift. Men en begyndelse er det.

Ekspert-flokken

Hvordan skal mennesker omgås en verden fyldt med viden og eksperter? Journalist og forfatter Gitte Meyer efterlyser en mere udfarende tænkning, der tør stille dumme spørgsmål til sagkundskaben


Gitte Meyer: De andres viden; frygt og underdanighed i vidensamfundet. 232 s., 248 kr. Høst & Søn.


Af Robin Engelhardt

Det kan være skræmmende, når man som nyudklækket voksen står foran porten til den virkelige verden , dette frygtindgydende sted, hvor mennesker tænker dybe tanker og taler om et virvar af vægtige problemer, om samfundslivet, om politik og kultur. Man står foran et bjerg af informationer, som ingen ende vil tage, og som det vil være umuligt at tilegne sig mere af, end blot en mikroskopisk flig. Det er ikke ualmindeligt, at man bliver bange. Bange og frygtsom over for de andres viden, deres ekspertise og faglige pondus, især når det gælder indviklede sager som for eksempel teknik, udenrigspolitik eller naturvidenskabelig forskning. Sådan føltes det givetvis også for Gitte Meyer, da hun i 1974 startede som journalist på Land og Folk. Uden videregående uddannelse og med et sparsomt hjemmebibliotek skulle hun pludselig skrive om statistik, intrikate biokemiske hemmeligheder og træls forskningspolitik. Hvis frygt og underdanighed ikke hurtigt var blevet afløst af en vedholdende videbegærlighed og et godt kritisk blik, ville Gitte Meyer ikke være den, hun er i dag: En efterspurgt videnskabsjournalist og rådgiver for flere forskningsinstitutioner, råd og ministerier.

Fremmed viden
Det er denne svære proces til at overvinde angsten over for den overmægtige kundskab derude, og vejen til at opnå en personlig suverænitet, også i forhold til det, man ikke ved, som Gitte Meyer nu har skrevet en bog om. De andres viden: Frygt og underdanighed i vidensamfundet, hedder den, og udkommer i dag. I den anledning har Information talt med Gitte Meyer, og spurgt hende, om nu også alle reagerer på samme måde: »Mennesker reagerer overfor ukendt viden på primært to måder: Enten i form af frygt og underdanighed, eller i form af ublandet begejstring. Begge bunder de i en forskrækkelse over for fremmed viden. Men de er ofte blot et resultat af en følelsesmæssige forståelse, der ikke rækker særlig dybt. De to reaktionsmønstre er to sider af samme sag, nemlig en ukritisk og følelsesladet reaktion over for noget fremmed, som man lægger sine bekymringer eller håb over i.« Gitte Meyer er dog sikker på, at alle mennesker som udgangspunkt kan være kritiske og skeptiske i forhold til de sagkyndige eksperter ude i samfundet, så længe man ikke er bange for at stille dumme spørgsmål: »De gode gamle HV-spørgsmål er fortsat de bedste, fordi de forpligter forskere og andre til at formulere sig i et forståeligt sprog, hvilket så giver en forudsætning for, at alle kan tage stilling.«

Lukker om sig selv
Et graverende problem ser Meyer i videnskabernes øgede brug og misbrug af et fagligt sprog, der grænser til obskurantisme: »Det videnskabelige sprog har tendens til at lukke sig mere og mere omkring sig selv. Det lukker folk mere ude, end det lukker dem ind. Og det er nogen man ikke kun finder i naturvidenskaberne. Også i sanfundsvidenskaben finder man hyppigt et sprog, som er skræddersyet til at skræmme de nysgerrige væk. Det er rædderligt!,« pointerer Meyer og smiler. Men hun bliver hurtigt alvorligt igen. »Det er på høje tid, at den hvide kittels hypnotiske magt afmonteres, så man forstår, at fuld sikkerhed ikke findes. Forskerne er selv i høj grad skyld i den dalende tillid til naturvidenskaberne, fordi de forsøger at opretholde guderollen. Uddannelsessystemet eksploderer i status og certifikater, men det er hult indeni. Meget af den forskning, der foregår i dag, handler jo om at lave nye territorier, som man så pisser af ved at lave de her mange specialiserede felter. Den prestige, man får ud af det, er lig med højden af hegnet omkring ens territorium. Det er nogle grimme mekanismer, der anvendes her.«

Tænke over verden
Lige så eksemplarisk, som Gitte Meyer gennem de seneste 25 år har arbejdet sig vej igennem det utilgængelige vidensbjerg, lige så eksemplariske er bogens midterste kapitler om noget af det svært tilgængelige stof, der her tales om, og som er så vigtige at lære og forstå, og samtidigt så svære at formidle. De handler primært om de nye genetiske kundskaber, om brug og misbrug af statistik, og de mangfoldige reproduktionsprocesser for os mennesker. »De var tænkt som fortællinger, der illustrerer nogle af de forestillinger og forventninger, vi har. Det er det felt, jeg har arbejdet mest indenfor. Jeg synes også, at tingene her presser sig mest på, og at de i høj grad påvirker vores opfattelse af os selv, og dermed virker tilbage på, hvilket samfund vi vil bygge fremover.« Men viden om fremtiden kræver, at man stiller spørgsmål, og det er ikke umiddelbart let at se, hvordan man i praksis skulle kunne opmuntre folk til at stille de basale og kritiske spørgsmål.

Gitte Meyer mener en god start kunne være en genindførelse af filosofikum på universiteterne. »Alt stort starter vel småt, og hvis man intet gør, taber man helt sikkert,« siger Meyer. »Genindførelsen af et filosofikum på universiteterne kunne være en begyndelse, og det vil måske efterhånden skabe et nyt krav om, at ting skal kunne forstås, fordi ting er til at forstå.« »Det handler om, at man ikke kun skal føle og mærke verden. Man skal tænke over verden, for det er den eneste vej til at overvinde sin forskrækkelse og blinde tiltro til fagligheden.«

Sprogets svære start

Evolutionær spilteori forklarer, hvordan sprog med syntaks er opstået som et forsøg på at minimere fejl i kommunikationen

Sprog
Af Robin Engelhardt

Hvis man skulle beskrive menneskets evolutionære stade ved hjælp af nogle af de vigtigste biologiske spring, siden livet begyndte at boble frem fra underjordiske kilder for snart fire milliarder år siden, så ville det sidste og måske mest enestående spring i evolutionens historie være sprogets og skriftens opståen. I en stort opsat artikel i det forrige nummer af fagbladet Nature kan man læse om en relativ ny matematisk model for sprogets opståen og udvikling. Den går ud fra, at sprog, ligesom sex, slåskampe og samarbejde, er et spil, der kræves to til at spille.

For at forstå, hvilke strategier, der er de bedste i det lange løb, bruger forskere indefor den teoretiske biologi den såkaldte evolutionære spilteori, som efterhånden som computernes regnekraft er blevet forbedret år for år har fundet frem til mange spændende resultater. Artiklen er forfattet af Martin A. Nowak og Joshua B. Plotkin, begge fra Princeton i New Jersey, USA, og Vincent A. A. Jansen fra University of London.

Allerede for knapt et år siden offentliggjorde Nowak de vigtigste grundelementer i modellen. I denne artikel, som blev trykt i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), forsøgte han sammen med David Krakauer at beskrive, hvordan lyde kunne blive til ord, og derefter ord til sætninger med faste grammatiske regler.

Dannelsen af ord
Som første forudsætning antog han, at de verbale signaler, som dyr (og mennesket) bruger til at kommunikere og advare hinanden med, hver især refererer til enkelte hændelser, eller til hele situationer. Om budskabet var »løven«, »mad« eller »løb!«  alle repræsenteredes de i begyndelsen af talens udvikling ved enkle lyde. Men efterhånden som antallet af kommunikerbare objekter og hændelser steg, udtømtes muligheden for at lave nok lyde, og risikoen for fejltolkninger steg også (fordi en sondring mellem »åh« og »uh« jo kunne betyde forskellen på liv og død).

For at overvinde denne »fejlkatastrofe« i overførslen af informationer, udvikledes der i stedet et lille sæt af let genkendelige lyde, som kunne samles konsekutivt  det vil sige i ord. Denne tidsforskudte opremsning af vokaler og konsonanter havde en langt mindre risiko for at blive misforstået, og indeholdt samtidig en recept til at danne uendelig mange ord. Den klareste og tydeligste kommunikationsform havde ganske enkelt de bedste muligheder for at overleve.

Hukommelseskneb
Det var ifølge Nowaks matematiske ligninger og hans computermodeller det første skridt i sprogdannelsen, og det benyttede sig af den kombinatoriske effekt, der »gør uendelig brug af et endeligt antal elementer,« som Nowak udtrykker det (et alfabet på 28 bogstaver kan f.eks. danne 756 ord med kun to bogstaver. Antallet af mulige ord på fem bogstaver overstiger de 17 millioner). Det næste trin i udviklingen af sproget er dannelsen af sætninger.

Her forestiller forskerne sig, at den blotte akkumulation af flere ord på et eller andet tidspunkt bliver en hukommelsesmæssig byrde for dyr og fortidsmennesker, der har en begrænset hjernekapacitet. Hvis man kun har enkelte ord til at beskrive komplekse hændelser så som »Pas på! Løven kommer fra venstre!« eller »maden ligger gemt under en busk 300 meter mod nordøst,« bliver det hurtigt umuligt at holde rede på de mange ord. Indlæringsprocessen vil blive meget mere krævende, og risikoen for, at samtalepartneren ikke kender de samme ord som en selv, vokser også.

Ud af blindgyden
Ifølge Nowaks matematiske ligninger og de komplicerede computermodeller i den nye artikel i Nature, er vejen ud af denne evolutionære blindgyde igen kombinatorikken  det vil sige dannelsen af sætninger ved hjælp af syntaktiske regler. For at udvikle en forfinet kommunikation er det en fordel at kombinere simple ord-elementer i en konsekutiv orden af sætninger.

Som eksempel kan man nævne beskrivelsen af hændelser ved hjælp af et objekt og en handling. Hvis »løven sover« er det noget andet, end hvis »løven kommer«. Uden opdelingen i navne- og udsagnsord ville man skulle finde på nye ord for hver af situationerne. Men med syntaktiske sætninger vil antallet af nødvendige ord i vores ordforråd mindskes, samtidig med at antallet af ny-komponerede sætninger gøres uendeligt. Indlæringen af de grammatiske regler og syntakser er den nødvendige omkostning , og ved hjælp af nogle populationsdynamiske modeller kan Nowak vise, at den naturlige udvælgelse kun foretrækker syntaks, hvis antallet af signaler overstiger en bestemt grænse.

Hvis der ikke findes nok signaler, vil sproget fortsat være uden syntaks. Resultatet muliggør derfor en forklaring på, hvorfor kun mennesker har udviklet en syntaktisk kommunikation, og derfor et komplekst sprog. Om det vitterlig kun er mennesker, som har udviklet et grammatisk sprog, er dog ikke helt sikkert. Delfiner har for eksempel et meget kompliceret sprogmønster, og det har ikke været mulig for sprogforskere at afkode det til fulde.

Minimering af fejl
Nu kan det hele blot lyde som en god historie, uden nogen form for bevis eller eksperimentel mulighed for at blive be- eller afkræftet  et standard-argument mod det nye forskningsfelt, man kalder evolutionær psykologi. Men forskellen mellem de typiske sociobiologiske just so-forklaringer og Nowaks dynamiske model er, at den kun indeholder meget få grundantagelser, hvor resten så overlades til matematikken  dvs. til de enkelte præstationer i en simuleret evolutionær opstilling. Den relative anvendelighed af en kommunikationsform bestemmes af, om informationerne overføres korrekt mellem parterne, og det er slet ikke givet at det lykkes.

Faktisk er udviklingen af grammatik og syntaks kun fordelagtig i situationer, hvor det bliver nødvendigt at betegne virkelig mange hændelser, og kvalificere dem på en meget eksakt måde. Udviklingen af et komplekst sprog kan således kun ske hos arter, der har en ganske differentieret samfundsform, en kompleks social struktur, hvor individerne samarbejder, og hvor man er afhængig af mange genstande i omverdenen. Det er minimeringen af fejl, der i sidste ende driver sprog-udviklingen frem, og man kan faktisk sammenligne overgangen fra simple lyde til ordnede lyde, der følger efter hinanden, med overgangen fra analoge repræsentationer til digitale signaler.

Afledte evner
Det er interessant at overveje, hvorvidt udviklingen af et kompleks system til informationsoverførsel mellem sociale individer også fører til andre mentale og kognitive egenskaber, som der måske slet ikke var brug for oprindeligt. Evnen til at spille skak er sandsynligvis et sådant biprodukt af den mere generelle abstraktionsevne, som sproget har givet os Også vores øgede evne til at kategorisere verden i et fortsat mere finmasket og dybsindigt net af afhængigheder, vores enestående evne til at få helt nye tanker og ideer, og vores evne til også at betegne meget sjældne og utopiske hændelser ved hjælp af sprogets fleksibilitet  alle kan de være tilfældige biprodukter, en slags »spin-off«, af den sproglige forfinelse.

Så alle de enestående menneskelige egenskaber, som man kunne kalde inspiration, nøjagtige iagttagelser af naturen og dyb tænkning, der er det tydeligste kendemærke for menneskerheden, er måske fortsat den bedste vej til at udvikle endnu uanede evner.

Den enfoldige forsker

Ny bog om Darwin viser manden som en simpel og samvittighedsfuld nørd, der helst ville være alene med sig selv og naturen

Ny bog
Af Robin Engelhardt



Thomas Hylland Eriksen: Charles Darwin, 175 sider, 198 kroner, Tiderne Skifter


Charles Darwin var i grunden en beskeden og nøjsom mand. Han havde hverken lyst til at blive præst eller læge, og hans sky væsen gjorde ham heller ikke særlig velegnet til at blive finansmand. Darwins forældre kom fra det højere victorianske samfundslag og forsøgte at give den unge Charles en ordentlig uddannelse, så han kunne blive til noget. Men alt syntes spildt på denne unge mand, som ikke lavede andet end at samle biller og tælle blomster og harer dagen lang.

Det er med denne indgang til en biografi om biologiens absolut kendteste forsker, at den norske socialantropolog og samfundsdebattør Thomas Hylland Eriksen fortæller sin historie. Og det er en velfortalt historie. Oplagt og vidende genfortæller han historien om Charles Darwins personlige udvikling og læring, om den berømte rejse med skibet H.M.S. Beagle til den sydamerikanske kyst, og om samtidens teorier omkring menneskets oprindelse og udvikling.

Misvisende myter
Hylland Eriksen forsøger især at distancere sin lille bog om Darwins liv fra flertallet af de populærvidenskabelige sidestykker, ved at gendrive mange af de »misvisende myter om Darwin, som delvist har (deres) oprindelse i skønmalende biografier fra hine barske tider.« For eksempel er myten om, at Darwin udviklede sin teori om arternes udvikling ved naturlig udvælgelse under besøget på Galapagosøerne, ifølge Eriksen ikke rigtig. Det var først langt senere Darwin begyndte at tænke i teoretiske baner.

Under rejsen med Beagle havde Darwin det tvært imod som princip ikke at drage forhastede slutninger på baggrund af mangelfuldt bevismateriale. En anden myte er den om biologen Alfred Russel Wallace, som fik udviklet præcis den samme teori om den naturlige udvælgelse uafhængig af Darwin, hvorpå Darwin efter sigende hurtigt nedskrev sine resultater, hvilket han ellers aldrig ville have gjort.

Her påpeger Eriksen meget nøje nogle af forskellene mellem Wallaces og Darwins synspunkter, såsom at Wallace »tænkte i hele systemer, helheder og miljøer,« hvorimod Darwin »tog udgangspunkt i individer og deres gensidige relationer,« hvilket førte til en del divergerende synspunkter. Darwin ville have skrevet sin bog alligevel, også fordi det for biologerne var på høje tid at få bundet hele den enorme mængde af akkumuleret viden op i en samlet forklaringsmodel. Mange af datidens biologer, som tilhørte inderkredsen omkring Darwin, kendte godt til de forestillinger, han havde gjort sig omkring arternes oprindelse og den naturlige udvælgelse, og på mange måder var det kun et spørgsmål om tid, før andre forskere ville opdage udviklingslæren.

Men det som optager Thomas Hylland Eriksen mest af alt i hans velskrevne bog, er at huske på, at den darwinistiske videnskab er »potentielt livsfarlig«, fordi dens åbenlyse rigtighed truer med at blive tolket så altomfattende og brugt på så mange livsområder, at den bliver til en ny form for fundamentalisme.

Ret i  og ret til
For os mennesker er det derfor vigtigt hele tiden at stille spørgsmålstegn ved, hvad evolutionsteorien »har ret i  og hvad de(n) har ret til.« De to ting behøver nemlig på ingen måde at stå i et jævnbyrdigt forhold til hinanden. Én ting er en simpel teori, der har ret i mangt og meget. En anden er en sim-plistisk brug af teorien til at forklare hele menneskets kompleksitet. Darwin selv var mindre fundamentalist end mange af hans tilhængere, der i en god sags tjeneste f.eks. gik ind for racehygiejne, kraniemålinger, eugenik, IQ, osv. Det er derfor i dag blevet en udfordring ikke at lade ens åndelige, æstetiske, filosofiske og videnskabelige meninger blive lige så enfoldige, som Darwin var i sin vellykkede søgen efter arternes oprindelse.
There was an error in this gadget