2000/9.

Jegyzet

Fizika nélkül nem megy!

"... rá kell jönnünk, hogy a természet problémái egybeszőtt szövetet képeznek, és hogy a megoldásoknak is egybeszőtt szövetként kell megjelenniük" - fogalmazta meg évekkel ezelőtt egy neves fizikus.

Ez a megállapítás az idő múlásával egyre inkább beigazolódik, hiszen ki tudná egymástól pontosan elhatárolni a felületi fizikát és a felületi kémiát (hiszen még a felület fogalma sem egyértelmű - és pl. a sejthártya vizsgálatát hova számítsuk?) vagy a molekulák fizikáját a kvantumkémiától egészen a DNS szerkezetéig.

A szélsőséges redukcionizmuson, amely szerint minden természeti jelenség visszavezethető a fizikára, illetve a rendszer alkatrészeinek tulajdonságára, régen túl vagyunk. Tudjuk, hogy az összetett rendszer többet jelent, mint alkatrészei tulajdonságainak egyszerű összegét, és például a biológiának vannak a fizikai törvényeken túlmutató törvényei. Hogy egy épület téglából vagy betonból épült, az kétségtelenül jelent valamit az épületre vonatkozóan, de hogy valójában milyen is az épület, arról vajmi keveset mond.

Tény azonban - és ezt minden szakmai sovinizmus nélkül lehet állítani -, hogy a fizika a legalapvetőbb természettudomány, és ez nem valamiféle kiváltságot jelent, hanem egyszerűen azt, hogy a fizika törvényei az egész természetben, az élő és az élettelen anyaggal kapcsolatos jelenségekben is érvényesek, akkor is, ha ezekhez a törvényekhez a szóban forgó terület speciális törvényei még hozzájárulnak. (Ezért értelmetlen élettelen természettudományról beszélni, hiszen a fizika, a kémia törvényei az egész - mind az élettelen, mind az élő - természetben érvényesek.) Jelenti továbbá azt is, hogy a fizika műszereit és módszereit felhasználják más tudományokban és a gyakorlatban, sőt gyakran éppen ezek a módszerek és műszerek eredményezik az áttörést, a döntő haladást e területeken. Sokszor azután ezeket a műszereket, módszereket már annyira magukénak érzik a szóban forgó területeken, hogy el is felejtik, honnan erednek.

Természetesen nem mindenki. Francis Crick, a DNS szerkezetének Nobel-díjas felfedezője így ír: "Hamar meggyőződtem. Hogy a biológia számos alapvető problémáját csupán a fizika és a kémia precíz gondolkodásának és módszereinek segítségével lehet megoldani."

W. J. Walen, a Nemzetközi Biokémiai és Molekuláris Biológiai Unió volt főtitkára még tovább megy: "A biológia, hogy fejlődni tudjon, megtermékenyítésre várt. A biológusok katalogizáltak, összehasonlítottak, visszatekintettek és analizáltak. Nem ők fejlesztették ki a makromolekulák szerkezetének a megértését és nem voltak képesek arra, hogy szintetizálják a legfontosabb sejtösszetevőket. Ez volt az, ami kikényszerítette a kémia és fizika behatolását a biológia területére. (...) A jelentős haladás a biológiában ... a kémia és fizika felfedezései és a biológusok vágyai közötti házasság következménye."

Konkrét példákat a tudományok és a gyakorlat legkülönbözőbb területeiről lehet hozni. Gondoljunk csak a kémiai és ipari anyagvizsgálatban oly nagy szerepet játszó spektroszkópiai módszerekre vagy a számítógépek, az informatika fejlődésére, sőt egyáltalán a létét lehetővé tevő félvezetőkre vonatkozó fizikai eredményekre. Ezek mind alapvető fizikai eredmények. De említhetnénk a modern kémiai analitikai vagy szerkezetvizsgáló módszereket, amelyek szinte kivétel nélkül fizikai módszerek. A teljes általánosság helyett azonban a továbbiakban a biológiára és az orvosi gyakorlatra fogok koncentrálni, ahogy már az előzőekben is biológusokat idéztem. Ennek főleg két oka van. Az egyik, hogy a most kezdődő századot a biológia századának gondoljuk. A másik: a végén - a PET kapcsán - bizonyos hazai biológiai-orvosi példákhoz is szeretnék eljutni.

A fizika általában két különböző módon is hat, illetve járul hozzá más tudományágak fejlődéséhez. Az egyik elvei, pontosabban törvényei, azok alkalmazása révén. Itt nemcsak az anyag- és energiamegmaradásra vagy a Coulomb-törvényre kell gondolnunk, de a kvantummechanikára, sőt legújabban az önszerveződés elvére vagy a káoszelméletre is.

A kvantummechanika, a molekulaszerkezetre vonatkozó ismeretek és törvények nélkül aligha érthetőek és követhetők például az öröklődés törvényeinek alapjai. A már említett önszerveződésnek ugyancsak alapvető szerepe van a biológiai folyamatokban, a káoszelmélet pedig szinte kulcsszerepet tölt be a szaporodás-biológiától kezdve a szívritmuszavarok értelmezéséig számos biológiai-orvosi jelenség értelmezésében. Ne felejtsük az idegrendszer működésének elméleti fizikai modelljeit se vagy a statisztikus fizika jelentőségét számos biológiai jelenség vonatkozásában.

Talán még nagyobb a jelentősége a fizikai módszerek és műszerek alkalmazásának. Ha csak a mikroszkópot tekintjük, és gondolatkísérletként kivesszük azt a biológia fejlődésvonalából, nyilvánvalóvá válik, hogy nélküle elképzelhetetlen ennek a tudományágnak a fejlődése. Vegyük hozzá mindjárt az elektronmikroszkópot és annak különböző variációit vagy az atomerő-mikroszkópot!

A röntgenről szólva annak nemcsak az orvosi gyakorlatban immár egy évszázada betöltött kitüntetett szerepét kell hangsúlyoznunk, hanem legalább annyira például az ún. röntgen-szerkezetvizsgálatot, amelynek segítségével sikerült a DNS szerkezetét tisztázni. A röntgen mellett rögtön említhetjük az ultrahangot is. Ennél is fontosabb azonban a röntgensugárzás és a számítógépes technika segítségével megvalósított CT (komputer-tomográf) vagy a magfizikai technika és ugyancsak a számítástechnika eredményezte PET (pozitron emissziós tomográf), amely nélkül az agykutatás ma elképzelhetetlen, de a diagnosztika különböző területein is alkalmazzák. Ide sorolható a MT (a mágneses tomográfia is), amely az atommagok mágneses nyomatékának a felfedezésén alapul.

Ha már a számítógép, az informatika szerepe felmerült, ennek jelentősége szinte felmérhetetlen az orvos-biológia területén. Túl a betegek, gyógyszerek nyilvántartásán és az orvosi szakértő rendszerek használatán, a műtétek vagy az intenzív ellátás terén sem nélkülözhető. Azt pedig sokszor hajlamosak vagyunk elfelejteni, hogy az egész számítástechnika alapjában a fizika fejlődésének a terméke (félvezető jelenségek) és fejlődésének döntő lépései most és a jövőben is ide vezethetők vissza.

A nyomelemek jelentősége ma már az orvostudományban és a biológiában sem kétséges, és ezek analitikája kifejezetten fizikai jelenségeken alapul: tömegspektrometrián, aktivációs analízisen és ennek számos változatán stb., de ez nemcsak a nyomanalitikában van így, hanem csaknem általánosan a műszeres analitika területén is.

A sort hosszan lehetne folytatni a lézer szerepével és alkalmazásával, a pacemakerrel, a hallókészülékekkel, a dozimetriai módszerek orvos-biológiai jelentőségével stb. Nem is a teljesség igényével íródott ez a jegyzet, inkább csak felhívásként elgondolkodásra.

És még két fontos megjegyzés. Az egyik, amelyikre tulajdonképpen már utaltunk az előbbiekben. Más tudományágak kutatói egy idő után annyira magukénak érzik a fenti elveket és módszereket-műszereket, hogy a fizika szerepéről minden rosszakarat nélkül egyszerűen elfeledkeznek. Magyar példa is van, bizonyára jóval több is, mint amit itt most megemlítek. A magyar PET berendezés, amelyik máig egyedülállóan működik Közép- és Kelet-Európában, az ATOMKI javaslatára és instrumentális-tapasztalati bázisára épülve jött létre Debrecenben, sok esetben - és ezt nincs miért elhallgatni - az orvosi körök titkos vagy nyílt ellenkezése közepette. Valószínűleg lett volna Magyarországon PET az ATOMKI nélkül is, de esetleg 10-15 évvel később, és ez bizonyára nem mindegy (Prágában például most van napirenden egy PET telepítése). Hasonlókat lehet elmondani az izotópdiagnosztika bevezetésével kapcsolatban is. Az ötvenes évek végén, a hatvanas évek elején a betegek jód-izotópos diagnosztikai vizsgálatokra az ATOMKI-ba jártak, a módszerrel és az izotóptechnikával tanfolyamok keretében ismertettük meg az orvos-szakértőket, és mindezt megtanulni nemcsak a debreceniek jártak hozzánk.

Végül: ismeretes, hogy a jövőt megjósolni, előre látni nagyon nehéz, a tudományban különösen. Ki látta, láthatta előre a XIX. és XX. század fordulóján, hogy milyen irányban és milyen szédületes fejlődés fog bekövetkezni a tudományban és különösen a fizikában? Ki látta előre, hogy meg fogjuk ismerni az atomi világ szerkezetét, a táguló világegyetemet, az ősrobbanást és a csillagok energiaforrását, az öröklődés molekuláris törvényeit, a molekuláris genetikát, a klónozást stb.? Ki láthatta volna mindezt és még sok más felfedezést? Csak egyet véltek biztosan (?) tudni sokan a múlt század végén, hogy "a világ fizikai megismerése befejeződött", azaz a fizika tudományának vége van. Ma az látszik valószínűnek, hogy a kutatás iránya a komplex rendszerek felé mutat, és nem kétséges, hogy a fizikának ebben fontos szerep fog jutni.

Berényi Dénes


<-- Vissza az 2000/9. szám tartalomjegyzékére