Urodził się w roku, w którym skonstruowano bombę atomową. Studia ukończył, gdy człowiek wylądował na Księżycu. Uprawiana przez niego dziedzina fizyki nie zanotowała jeszcze osiągnięcia podobnej miary, ale rok, w którym to nastąpi, zapewne zostanie odnotowany jako kolejna przełomowa data w dziejach ludzkości. Skok cywilizacyjny, jaki ów przełom za sobą pociągnie, może zmienić otaczającą nas rzeczywistość nawet bardziej niż bomba atomowa czy lądowanie na Księżycu.

Telefon w porze kolacji

Był grudniowy wieczór, gdy odezwał się telefon. Profesor Józef Spałek, fizyk z Uniwersytetu Jagiellońskiego, jadł właśnie nieco spóźnioną kolację. W słuchawce usłyszał głos profesora Macieja Żylicza. Znany biolog molekularny dzwonił, by pogratulować nagrody. Lekko zdziwiony prof. Spałek zauważył, że od wręczenia mu Nagrody Prezesa Rady Ministrów minęły już dwa tygodnie. Rozmówca pospieszył z wyjaśnieniem: gratulacje dotyczą innego wyróżnienia – nagrody przyznanej przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. W ten sposób z ust prezesa Fundacji, którym jest Maciej Żylicz, Józef Spałek dowiedział się, że otrzymał najbardziej prestiżowe wyróżnienie naukowe w naszym kraju, zwane polskim Noblem.

Nagroda została przyznana za badania układów silnie skorelowanych elektronów, a w szczególności za sformułowanie tzw. modelu t-J. Dla osób, które kontakt z fizyką zakończyły na programie szkoły średniej – czyli dla ogromnej większości obywateli naszego kraju – sformułowanie to brzmi bardziej zagadkowo niż centurie Nostradamusa, więc chwilowo zostawmy na boku bliższe wyjaśnienia, skupiając się na osobie laureata.

Lektury nastolatka

Józef Spałek urodził się 24 listopada 1945 roku w Szklanej Hucie na Górnym Śląsku. Szklana Huta to leśniczówka położona między Tarnowskimi Górami a Lublińcem, do której można dotrzeć, jadąc z Katowic przez Bytom. Ojciec, Teodor Spałek, był leśniczym. Syn wspomina go jako postać nieprzeciętną. Umiał zrobić wszystko, co potrzebne jest do życia na wsi – znał się na ciesiołce, pieczeniu chleba i wytwarzaniu wędlin, potrafił w razie potrzeby podzelować buty i naprawić kosiarkę. Był także obdarzony talentem muzycznym. Grał na skrzypcach i na harmonijce ustnej, występował na weselach. Po ojcu Józef Spałek przejął zamiłowanie do muzyki. Uczył się grać na flecie, a śpiewał prawie „zawodowo” – w chórze w szkole podstawowej i średniej, i w chórze akademickim na uniwersytecie. No, ale jak się mieszka w pobliżu Koszęcina, gdzie swoją siedzibę ma sławny zespół „Śląsk”…

Ojciec zmarł wcześnie, gdy chłopiec miał 10 lat, ale zdążył czworgu swoich dzieci zaszczepić głód wiedzy. Stale powtarzał, że muszą się uczyć. Posadził nawet drzewa orzecha włoskiego i polecił dzieciom jeść orzechy, bo to sprzyja rozwojowi inteligencji. Rodzina miała też malutki staw, aby móc odżywiać się hodowanymi w nim rybami. Wszak one, jak wiadomo, też korzystnie wpływają na mózg.

Podstawówka, do której chodził mały Józef, znajdowała się w Boronowie oddalonym od Szklanej Huty o 6 kilometrów. Z ostatniej klasy szkoły podstawowej zapamiętał epizod, gdy na lekcji fizyki nauczyciel mówił o trzech stanach skupienia, jakimi są para wodna, woda i lód. Wstał wtedy i oznajmił, że to nieprawda. Zapytany przez nauczyciela, dlaczego tak uważa, powiedział, że jest jeszcze śnieg. Nauczyciel przyjrzał mu się uważniej i odrzekł: – To już ty to wytłumaczysz, gdy zostaniesz fizykiem.

Dość szybko porzucił czytane przez rówieśników powieści przygodowe, by mając 14–15 lat zagłębić się w książki popularnonaukowe z zakresu nauk ścisłych. Szczególnie chętnie sięgał po pozycje ukazujące się w „Bibliotece Problemów”. Historia fizyki Maxa von Laue czy Geometria nieeuklidesowa Stefana Kulczyckiego – to były jego ważne lektury w tym czasie. Potem pojawiła się seria wydawnicza „Omega”, której tomiki pochłaniał jeden po drugim, bo pisane były w sposób bardziej przystępny.

Będąc 16-latkiem, a więc w trakcie nauki w szkole średniej w Chorzowie, zaskoczył nauczyciela fizyki Józefa Żyłę swoim zainteresowaniem tensorami. – Ty to czytasz? – zdziwił się Żyła. – To ja zrobię z ciebie fizyka – dodał. W szkole do Józka przylgnął przydomek „Leonardo”. Rodzina oczekiwała, że chłopiec wybierze medycynę. Oczekiwano, że w osobie Józefa rodzina będzie miała swojego medyka. A on tymczasem wahał się między fizyką a matematyką.

Wygrał konkurs i… nie dostał pracy

Ostatecznie coś pchnęło go ku fizyce. Wybrał studia na Uniwersytecie Jagiellońskim, bo zależało mu, by trafić do najlepszego ośrodka naukowego. Początkowo frapowały go koncepcje Einsteina. Prof. Jerzy Rayski zaproponował nawet Spałkowi, by u niego przygotował pracę magisterską z teorii względności. Ale mniej więcej od trzeciego roku studiów zaczęły go wciągać problemy fizyki kwantowej. Pracę magisterską postanowił napisać w zespole młodego, ale już znanego docenta. Był nim Andrzej Białas – dziś bardzo ceniony fizyk, prezes Polskiej Akademii Umiejętności. W swej pracy Spałek zajął się modelem kwarków, co było bardzo świeżą wówczas tematyką.

Po ukończeniu w 1969 roku studiów Akademia Górniczo-Hutnicza od razu zaproponowała mu etat. Skorzystał z tej oferty. Pracując na AGH, zajął się fizyką ciała stałego i tej dziedzinie poświęcony był jego doktorat przygotowany pod kierunkiem prof. Janusza Morkowskiego z Instytutu Fizyki Molekularnej PAN w Poznaniu. Choć praca, obroniona w 1975 r., została uhonorowana nagrodą ministra III stopnia, autor nie chciał kontynuować pracy w tej tematyce. Ciągnęło go do innych zagadnień.

Na UJ uzyskał niebawem, w 1981 roku, habilitację. Jego rozprawa została wyróżniona nagrodą ministra II stopnia. Nadal jednak nie mógł związać się z uniwersytetem jako jego stały pracownik. Ofertę otrzymał natomiast z Uniwersytetu Warszawskiego; został zaproszony do wzięcia udziału w konkursie na stanowisko docenta w Instytucie Fizyki Teoretycznej. Wygrał konkurs, ale pracy nie dostał. W sprawę wmieszała się polityka, a mówiąc dokładniej – ministerstwo, które wstrzymało powołanie Józefa Spałka na stanowisko docenta. Od dyrektora departamentu studiów uniwersyteckich otrzymał uszczypliwy w tonie list, że docenturę może otrzymać na WSP w Opolu albo w Słupsku.

Wkrótce, w 1985 roku, nadarzyła się okazja wyjazdu do Stanów Zjednoczonych. Z uniwersytetu Purdue w West Lafayette w stanie Indiana przyszła propozycja objęcia stanowiska profesora wizytującego (visiting professor). Józef Spałek był już osobą znaną w międzynarodowych kręgach naukowych. Miał za sobą m.in. dwa lata spędzone w Imperial College w Londynie, rok na Uniwersytecie Paryskim i znaczące prace opublikowane w liczących się periodykach.

Cena kanadyjskiego paszportu

Z okresem pracy w Purdue University wiąże się jedno szczególne wspomnienie. Najbardziej znanym wychowankiem tej uczelni jest Neil Armstrong, pierwszy człowiek na Księżycu. Po historycznej wyprawie Armstrong konsekwentnie unikał mediów, odmawiał udziału w wydarzeniach publicznych. Dosłownie odciął się od świata. Nie odrzucił jednak zaproszenia ze strony macierzystej uczelni. Jego wizyta stała się niezwykłym wydarzeniem. Spotkanie ze słynnym astronautą odbyło się w dużej sali widowiskowej, szczelnie wypełnionej do ostatniego miejsca.

Prof. Spałek wspomina, że Armstrong wypowiadał słowa powoli, cicho – tak cicho, że mimo nagłośnienia nie wszystko można było zrozumieć. Widać było, że jest człowiekiem niezwykle opanowanym. Na niektóre pytania nie udzielił odpowiedzi. Tak było, gdy zapytano, czy podczas wyprawy na Księżyc odczuwał strach. Oznajmił tylko, że gdyby umiał w prosty sposób odpowiedzieć na to pytanie, prawdopodobnie nie zostałby dowódcą tego lotu. Szczególnie uderzyła prof. Spałka ogromna skromność, jaka emanowała od tego człowieka, mającego wszak już trwałe miejsce w historii ludzkości.

Na uniwersytecie Purdue Józef Spałek spędził, z krótkimi przerwami, pięć lat. Wypromował tam dwóch doktorów (w sumie ma ich dziś 22), rozwinął swoje badania, pojawiła się też możliwość, że otrzyma stałe stanowisko profesora. Poradzono mu, że starania w tej kwestii ułatwiłoby uzyskanie kanadyjskiego paszportu. Zaczynał myśleć o pozostaniu w USA na stałe.

Jako specjaliście wysokiej klasy kanadyjski paszport wystawiono mu po zaledwie trzech tygodniach. Po odbiór dokumentu pojechał do konsulatu w Detroit razem z żoną. Od urzędniczki usłyszał, że tak szybkie załatwienie sprawy było możliwe nie tylko ze względu na jego pozycję w nauce, ale także z powodu uznania go za… uchodźcę politycznego. Oznaczało to konieczność zrzeczenia się paszportu polskiego. – Żona pobladła – wspomina Józef Spałek. Urzędniczka dodała, że mają trzy tygodnie na podjęcie decyzji. Wrócili do samochodu, wsiedli, żona zapytała: „Czy o to nam chodziło?”. Zatrzasnęli drzwi i odjechali. Nie wrócili już więcej do sprawy kanadyjskiego paszportu.

List od ministra

To wydarzyło się wczesną wiosną 1988 roku. A w listopadzie następnego roku do USA przyjechał Lech Wałęsa, by wygłosić pamiętne przemówienie w Kongresie Stanów Zjednoczonych. Józef Spałek jechał wówczas do pracy. Zatrzymał samochód, by wysłuchać przemówienia transmitowanego przez radio. Gdy padły pamiętne słowa: „My naród…”, rozpłakał się.

Nieco później otrzymał list od prof. Henryka Samsonowicza, ministra w rządzie Tadeusza Mazowieckiego (rektora Uniwersytetu Warszawskiego w okresie pierwszej „Solidarności”). Szef resortu edukacji narodowej napisał, że Uniwersytet Warszawski chciałby naprawić krzywdę wyrządzoną kilka lat wcześniej krakowskiemu uczonemu. Proponował stanowisko profesora na UW. Spałek odpowiedział, że ze względu na swoje zobowiązania na uniwersytecie Purdue będzie mógł przyjechać do Polski najwcześniej na rok akademicki 1990/1991. „Z przyjemnością na Pana zaczekamy” – brzmiała odpowiedź, którą przysłał Uniwersytet Warszawski.

Ze względu na obrony dwóch doktorantów w West Lafayette Spałek wrócił dopiero 11 listopada. Przez sześć lat pracował na Uniwersytecie Warszawskim i w tym czasie, w 1993 roku, otrzymał tytuł profesora. Pracę naukową i zajęcia na Uniwersytecie Jagiellońskim zaczął prowadzić w 1994 roku. A po utworzeniu na UJ Zakładu Teorii Materii Skondensowanej został jego pierwszym kierownikiem. Pozostaje nim do dziś (obecnie jest to Zakład Teorii Materii Skondensowanej i Nanofizyki).

Żagle, góry, muzyka i…

Nie samą nauką człowiek – nawet profesor – żyje.

Dawniej Józef Spałek dużo żeglował. Właśnie na obozie żeglarskim poznał swoją przyszłą żonę. Sztukę pływania pod żaglami opanował tak dobrze, że przez jakiś czas szkolił innych. Z minionych lat pozostało mu zamiłowanie do wędrówek górskich. Kocha Gorce. Chodzenie po nich zaczyna od trasy przez Stare Wierchy na Turbacz. Lubi Tatry. Wymienia: Halę Gąsienicową, Czarny Staw, Kościelec, dolinę Jaworzynki… Z dawnych lat pozostało mu zamiłowanie do muzykowania. Tak jak niegdyś jego ojciec, lubi pograć na organkach.

A poza tym pisuje… wiersze. Dwa cykle drukował miesięcznik Uniwersytetu Jagiellońskiego „Alma Mater”, jeden z wierszy opublikował „Dziennik Polski”. Lecz nawet wkraczając do świata muz, Józef Spałek pozostaje w kręgu nauki. Mówi o środowisku akademickim, odwołuje się do fizyki. Niekiedy za pośrednictwem tych małych form komentuje otaczającą go rzeczywistość, jak to ma miejsce na przykład w wierszu Na kampusie II (opatrzonym dopiskiem: Kampus West Lafayette, USA), który zaczyna się tak:

Chodzą zamyśleni, egocentryczni
Na pograniczu autyzmu czasami
Uśmiechają się rzadko do studentów
Ledwie zauważają skaczące wiewiórki
dokoła

Zapatrzeni w siebie
Próbują kochać Naukę
Rzadziej Wiedzę
Częściej Stanowska, Pieniądze
skądkolwiek

(…)

Od wątków akademickich odrywa się dopiero wtedy, gdy zaczyna pisać gwarą śląską:

Slönsku möj kochany
Ty prosto i twordo muzyko
Kaj Cię dzisiej möm trefić
Kiej tyn nasz świat tak pryndko zatyko.

(…)

Rozbudzone nadzieje

W komentarzach dotyczących przyznania nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej prof. Józefowi Spałkowi pisano, że jest on światowej klasy specjalistą w dziedzinie kwantowej fizyki materii skondensowanej. Zwracano uwagę, że rzucił całkowicie nowe spojrzenie na kształtujące się właściwości silnie skorelowanych elektronów. Podkreślano, że wkład uczonego w zrozumienie współzależności między magnetyzmem, tzw. przejściem Motta i nadprzewodnikami niekonwencjonalnymi, jest przełomowy.

Mówiąc nieco prostszym językiem, prof. Spałek zajmuje się teoretycznymi aspektami nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego. Chodzi o zjawisko przewodzenia prądu elektrycznego bez jakichkolwiek strat w temperaturach wyższych od tych, które zbliżone są do zera absolutnego (zera kelwinów, 0 K – czyli minus 273,15°C).

Józef Spałek

Refleksja

Na 50-lecie odkrycia struktury DNA

Uciekłem od życia w liczby.
Na osłodę otrzymałem pełno Pytań:
Czy jestem atomem czy słowem?
Czy pokonam strach przed nicością Wiedzą?
Czy mogę zamodelować siebie?
zamiast:
czy mogę zrozumieć siebie?

Miast stać się Homonculusem,
który rozumie każde Pytanie,
patrzę na pozwijane łańcuchy białek
i splątane zwoje umysłu
z pokorą dojrzałości
cierpliwego Badacza
rzeczy mikroskopijnych.
Czy stąd przyjdzie
nasza Nieśmiertelność?

W permanentnym zamyśleniu,
Od czasu do czasu konstatuję,
że coś już jednak rozumiemy.
To wiele.

15/03/03

Zjawisko nadprzewodnictwa zostało odkryte ponad sto lat temu, ale długo obserwowano je tylko w skrajnie niskich temperaturach, jakie istnieją w skroplonym helu. Przełomem okazało się odkrycie, którego w 1986 roku w szwajcarskim laboratorium ETH dokonali Szwajcar Karl Alex Müller i Niemiec Johannes Georg Bednorz. W materiale ceramicznym uzyskali oni zjawisko nadprzewodnictwa w temperaturze 35 K, co już w roku następnym zostało uhonorowane Nagrodą Nobla z fizyki.

Osiągnięcie to ożywiło nadzieje na opracowanie materiałów zdolnych przewodzić prąd bez strat w temperaturze pokojowej. Prowadzone w następnych latach poszukiwania nowych materiałów nadprzewodzących doprowadziły do uzyskania nadprzewodnictwa w wyższych temperaturach. Ostatnio efekt pojawił się nawet przy temperaturze minus 70 stopni Celsjusza, ale pod bardzo wysokim ciśnieniem, co wyklucza praktyczne zastosowania. Ciągle daleko do uzyskania nadprzewodnictwa w warunkach, jakie towarzyszą nam w życiu codziennym.

W 1988 roku jeden z dwójki noblistów, Johannes Georg Bednorz, przyjechał do Krakowa na zaproszenie prof. Karola Kropa z AGH. Odbyła się konferencja prasowa, a Józef Spałek pomagał dziennikarzom w dyskusji z noblistą. Przed wyjazdem niemiecki badacz poprosił o przesłanie mu gazet z relacjami z tego spotkania. – Przecież nie znasz polskiego – zdziwił się Spałek. – Ja nie, ale mój ojciec jeszcze pamięta – odpowiedział Bednorz. Okazało się, że ojciec niemieckiego uczonego był niegdyś nauczycielem w tej samej szkole w Boronowie, do której uczęszczał Spałek. Obaj naukowcy okazali się krajanami.

Nadprzewodnictwo i futurologia

Sukces Müllera i Bednorza odbił się głośnym echem w światowych mediach. Potem jednak temat nadprzewodnictwa rzadko wracał na łamy prasy. Jednak prace nadal toczą się w ośrodkach badawczych różnych krajów. Duży wkład w teoretyczny opis zjawiska nadprzewodnictwa ma prof. Spałek, który już w 1977 roku opracował tzw. model t-J. Opisał w nim matematycznie zjawisko, które może być odpowiedzialne także za nadprzewodnictwo.

Kluczowe jest tu łączenie się elektronów w pary. Ze szkoły wiemy, że ładunki jednoimienne odpychają się. I tak jest też z dwoma elektronami, które znajdują się w odległości jednego angstrema, czyli odległości porównywalnej z rozmiarami atomu. Kiedy jednak elektrony są bardziej oddalone od siebie, chociażby o 3 angstremy, w grę zaczynają wchodzić innego rodzaju oddziaływania i wtedy powstają pary skorelowanych ze sobą elektronów (tzw. pary Coopera), które mogą poruszać się swobodnie w materiałach nadprzewodzących.

Dotyczące tych zagadnień publikacje prof. Spałka (ich liczba przekracza właśnie trzysta), początkowo niedostrzegane i niedocenione, dziś bardzo zyskały na znaczeniu. Uczony nadal prowadzi swoje badania. Zaproponował ostatnio nowe podejście do zagadnienia. Jest przekonany, że opanowanie techniki przesyłania prądu elektrycznego bez strat odmieni nasz świat.

Nadprzewodnictwo prowadzi nas nieuchronnie ku futurologii.

Nie chodzi tylko o wyeliminowanie strat powstających na liniach energetycznych, chociaż i to jest poważnym problemem. W krajach europejskich straty przy przesyłaniu prądu sięgają 30–35 proc. produkowanej energii. W Rosji energia przesyłana z elektrowni syberyjskich jest tracona w 40 procentach, a nawet w jeszcze większym stopniu. Idzie jednak o coś więcej. Ogromne oszczędności można będzie uzyskać przy eksploatacji tomografów, które obecnie wymagają chłodzenia ciekłym helem, co generuje wielkie koszty. Możliwe też stanie się stosunkowo łatwe wykonywanie magnetycznych map mózgu, z czym obecnie są duże problemy. Olbrzymie zmiany nastąpią w transporcie publicznym, znacznie bowiem spadną koszty eksploatacji pociągów poruszających się na poduszce magnetycznej, a przede wszystkim zwiększy się ich prędkość.

Największa rewolucja szykuje się jednak w elektronice kwantowej. Wykonane z materiałów nadprzewodzących elementy mikroprocesorów nie będą się nagrzewały i w mniejszym stopniu wzajemnie zaburzały, co pozwoli na jeszcze większą niż dotychczas miniaturyzację układów. Można będzie zbudować komputery kwantowe, a to oznacza zdolność do wykonywania obliczeń o nieosiągalnym dotąd stopniu złożoności oraz skonstruowanie prawdziwej sztucznej inteligencji. Prof. Spałek prognozuje, że różnica będzie taka, jak między liczydłem a dzisiejszymi komputerami.

To będzie już nowy, nieco inny świat. Jego małą cząstkę Józef Spałek zapisał w swych formułach matematycznych.


Lesław Peters

Zdjęcie: Jan Zych

 

Tekst z majowego numeru „Krakowa”.
Miesięcznik do nabycia w prenumeracie, dobrych księgarniach
i najszybciej na www.ebookpoint.pl