Mentionsy

Początek XX wieku to czas, gdy kolej umożliwiała zarabianie pieniędzy i prowadzenie wojen na skalę i ze skutecznością, jakiej nigdy wcześniej nie mieliśmy.

Na koniec XX wieku rolę najważniejszego motoru gospodarczego zaczęły przejmować już komputery.

Dla rozwoju obu tych dziedzin spore zasługi oddał pewien genialny Polak.

Polska ze względu na zabory nie mogła być czynnym uczestnikiem rewolucji kolejowej.

Nie znaczy to jednak, że polscy naukowcy czy inżynierowie nie mieli poważnego wkładu w rozwój kolei.

Większość osób interesujących się tym środkiem transportu na pewno kojarzy Ernesta Malinowskiego, jego niesamowitą kolej transandyjską.

Jednak postacią, która na kształt kolejnictwa wywarła i wciąż wywiera największy wpływ był chyba Jan Czochranski.

Za życia, pieniądze i sławę przyniosł mu stop zwany Metalem B, który rozwiązał jeden z ważnych problemów trafiących w ówczesne linie kolejowe.

Znacznie ważniejszy jest jednak jego drugi wynalazek, o którego znaczeniu nie zdążył się jednak przekonać.

Opracowana przez niego metoda otrzymywania monokryształów rewolucjonizuje bowiem kolej po dziś dzień i to na znacznie większą skalę niż kiedyś zrobił to wspomniany stop.

Przy czym jedną rzecz warto powiedzieć.

Rewolucja komputerowa, która na wynalazku Czochralskiego stoi, rewolucjonizuje nie tylko kolej, ale dosłownie cały nasz świat.

I właśnie dlatego chcemy Wam o nim opowiedzieć.

Przystosowane przez nas wszędzie komputery, smartfony czy dostarczające im danych i usług sztucznej inteligencji ogromne serwerownie bez taniej i wydajnej produkcji monokryształów metodą Czochralskiego nie byłyby w ogóle możliwe.

To monokryształy są bazą do produkcji półprzewodników będących sercem wszystkich elektronicznych urządzeń.

Jestem w Auli Czochralskiego na Politechnice Warszawskiej, na uczelni, której Czochralski był profesorem.

Jak to się stało, że kluczowy dla największej z dotychczasowych cywilizacyjnych rewolucji proces wymyślił naukowiec pochodzący z niewielkiej Kcyni, z miasteczka położonego w bardzo opresyjnym wobec chcących się kształcić Polaków zaborze pruskim?

Cóż, jest to historia kogoś, kto dla realizacji swoich pasji był w stanie poświęcić i zaryzykować naprawdę dużo.

Czochralski urodził się w 1885 roku i już jako dziecko zafascynował się chemią, eksperymentując substancjami, które pozyskiwał z lokalnej apteki.

Szczególnie lubił te, w wyniku których coś wybuchało, dymiło albo śmierdziało.

To musiało oczywiście doprowadzić do napięć i konfliktów z rodzicami, którzy...

Choć mieli nadzieję, że pasja Czochralskiego doprowadzi go na stanowisko nauczyciela przyrody, w obawie o dom musieli zabronić mu tam eksperymentowania.

Marzenie rodziców o synu nauczycielu skończyło się wysłaniem młodego Jana do Kcyńskiego Seminarium Nauczycielskiego.

To rodzaj ówczesnej szkoły średniej dającej bez konieczności ukończenia studiów prawo do nauczania dzieci w szkołach podstawowych.

Tyle tylko, że to było marzenie rodziców, a tymczasem Jan zdecydował się za wszelką cenę zrealizować swoje marzenie o karierze stricte naukowej.

Po ukończeniu seminarium mając 16 lat podarł świeżo otrzymane świadectwo i poszedł swoją drogą.

Najpierw realizował swoją pasję oraz uczył się analizy chemicznej i metod laboratoryjnych w polskiej aptece.

Gdy to przestało mu wystarczać, w 1904 roku wyruszył do Berlina.

Nieprzypadkowo znajduje się w Muzeum Farmacji imieniem Antoniny Leśniewskiej.

Prawdopodobnie w podobnie wyglądających aptekach młody Czochralski zaczynał swoją zawodową karierę.

I tutaj mała dygresja.

Apteka w tamtych czasach była czymś zupełnie innym niż jest dzisiaj.

Dziś apteka to w zasadzie wyspecjalizowany sklep obsługiwany często przez techników, którzy po prostu muszą wiedzieć co kupującemu podać.

Kiedyś apteka była mieszanką sklepu z profesjonalnym laboratorium.

Nie tylko sprzedawała leki, ale przede wszystkim je wytwarzała.

Farmaceuci byli więc w praktyce naukowcami, którzy metody laboratoryjne musieli mieć bardzo dobrze opanowane.

Warto to wiedzieć, ponieważ bez tego trudno jest zrozumieć nie tylko historię Czochralskiego, ale też na przykład Ignacego Łukasiewicza, konstruktora pierwszej lampy naftowej, czy Marii Skłodowskiej-Curie, która pierwsze naukowe szlify też zdobywała w aptece.

W Berlinie Czochralski pracował nie tylko w aptekach.

Udało mu się też zdobyć zaufanie osób odpowiadających za zatrudnienie w laboratoriach koncernu AEG.

Równocześnie rozpoczął też studia na Politechnice Berlińskiej.

Ukończył ją z tytułem inżyniera chemii.

mając 31 lat, dokonał przez przypadek, choć zaraz się nad tym przypadkiem chwilę zatrzymam, odkrycia, które spowodowało, że jego nazwisko do dzisiaj jest na ustach dosłownie całego technologicznego świata.

Nie było niestety świadków tamtego wiekopomnego wydarzenia, jesteśmy więc skazani na anegdotę, która mówi, że pewnego wieczora, gdy Czochralski sam pracował naukowo w jednym z laboratoriów, doszło do dość zabawnej sytuacji.

Naukowiec zajmujący się wtedy badaniem stopów różnych metali, robiąc notatki, w zamyśleniu zanurzył stalówkę pióra nie w kałamarzu, tylko w tygielku z roztopioną cyną.

Natychmiast pióro z tygielka wyciągnął, zauważając, że za stalówką pociągnął się cieniutki dulcik ze stalonego materiału.

Co ciekawe, ten proces by nie wystąpił, gdyby cyna w tygielku miała choć ciut inną temperaturę.

Ale na tym rola przypadku się kończy, a zaczyna pokaz błyskotliwości umysłu Czochralskiego.

Większość z nas w podobnej sytuacji w duchu albo i na głos zaklęłaby i wyrzuciła zniszczoną stalówkę do kosza.

Tymczasem Czochralski ten efekt

Chciał przeanalizować, on go po prostu zainteresował i skłonił do głębszej analizy.

Szybko okazało się, że w ten sposób znalazł klucz do tworzenia monokryształów, których struktura była bardzo mocno uporządkowana.

To wyciąganie powodowało, że szybko składzające się atomy układały się w uporządkowany sposób wzdłuż określonej osi, zamiast

tworzyć chaotyczną polikrystaliczną strukturę, jak w czasie zwykłego na poziomie atomowym chaotycznego stygnięcia metali.

Gdy Czochralski prowadził swoje badania, to co robił wydawało się po prostu ciekawym spostrzeżeniem, nie bardzo do czegokolwiek przydatnym.

Sam wynalazca do odkrycia podszedł jednak po swojemu, czyli na wskroś profesjonalnie.

Poświęcił na badania sporo czasu i dał solidne podstawy naukowe swoim spostrzeżeniom.

Nawet on nie mógł jednak przewidzieć, że to czym się zajmował zaledwie kilka dekad później będzie podstawą rewolucji, którą dziś nazywamy rewolucją cyfrową.

Bo monokryształy krzemu są sercem każdego układu elektronicznego.

Jak ważne były badania nad krystalizacją, pokazała dopiero przyszłość, której ich autor już nie doczekał.

Jednak inne z jego odkryć sprawiło, że Jan Czochralski stał się nie tylko jednym z największych innowatorów epoki, ale także bardzo bogatym człowiekiem.

W 1924 roku, mając 39 lat, opatentował stop metali znany jako metal B, który zrewolucjonizował kolejnictwo.

Żeby zrozumieć doniosłość tego odkrycia, warto poznać kontekst nie tylko naukowy, ale także historyczny i polityczny.

Mówimy o początku XX wieku, o czasie bezprecedensowego rozwoju kolei, która była jednym...

w zasadzie jedynym, powszechnym i masowym środkiem transportu.

Transport drogowy nie mógł się pod względem np.

szybkości czy objętości towarów, czy masy towarów do niej nijak równać, a transportu lotniczego jeszcze wtedy po prostu w ogóle nie było.

Tak dynamiczny rozwój tego środka transportu był możliwy dzięki rewolucji przemysłowej i rozpowszechnieniu się maszyny parowej.

Sprawny system transportu kolejowego umożliwił przyśpieszenie rozwoju gospodarczego, ale także prowadzenie nowoczesnej wojny.

Następnie umożliwił szybsze podnoszenie się z ruin po pierwszej wojnie światowej.

Kolej w każdym z tych scenariuszy była

absolutnym trendzie wznoszącym, ale miała swoje technologiczno-kosztowe ograniczenia.

Jednym z problemów było ścieranie się panewek w łożyskach kół.

Ten problem można było rozwiązać stosując tanie materiały i ograniczając masę przewożonych towarów, ale także prędkość składów, albo stosując panewki ze stopów drogiej i trudno dostępnej cyny.

Jan Czochralski przez kilkanaście lat pracował nad tzw.

metalem kolejowym wykorzystywanym do produkcji panewek w łożyskach ślizgowych w wagonach.

Miał on być na tyle miękki, by nie zarysował czopa osi wagonu, a jednocześnie na tyle twardy, by nie zużywał się zbyt szybko.

W końcu udało mu się pogodzić te sprzeczne właściwości.

Wynalazł stop ołowiowy z małą ilością domieszek innych metali, ale bez kosztownej i trudno dostępnej cyny.

Miał on bardzo dużą wytrzymałość oraz stosunkowo wysoką temperaturę topnienia, w związku z czym wagony mogły jeździć szybciej i być dłużej eksploatowane.

Do tego był tani.

Nic więc dziwnego, że szybko zaczęto go stosować w Niemczech, Wielkiej Brytanii, Francji czy Stanach Zjednoczonych.

Wprowadzenie metalu B do kolejnictwa stanowiło punkt zwrotny w rozwoju transportu szynowego.

Ten metal sprawił, że kolej stała się szybsza, bezpieczniejsza, bardziej ekonomiczna.

Był to więc wynalazek wyjątkowo cenny.

To są właśnie takie panewki, wykonane zresztą z tego banmetalu.

Panewki do łożysk ślizgowych, które do dzisiaj stosuje się w niektórych lokomotywach.

Ten bezcynowy lub prawie bezcynowy stop składał się głównie z ołowiu z domieszkami innych metali, np.

Cyna, jeśli była używana, to w bardzo niewielkich ilościach.

Patent Czochralskiego wykupiły liczne kraje, przynosząc mu międzynarodowe uznania, ale też fortunę.

Ponieważ cena była towarem deficytowym, nie tylko obłożona sankcjami, niemiecka gospodarka zdecydowała się sięgnąć po metal B. Stosowano go także w Polsce, w Związku Radzieckim, ale nawet w bogatych Wielkiej Brytanii, Francji czy Stanach Zjednoczonych.

Gdy mówię, że Czochralski był znany na świecie, to ani trochę nie przesadzam.

Kilka lat przed powrotem do Polski, do Stanów, zaprosił go nie kto inny, jak jeden z największych innowatorów tamtych czasów, Henry Ford.

Taki ówczesny Elon Musk, człowiek, który jako pierwszy zastosował w swoich fabrykach linię produkcyjną z taśmą montażową, co zrewolucjonizowało masową produkcję samochodów, a potem też innych gałęzi przemysłu.

To dzięki modelowi Ford T, który tu widzicie, był w stanie zmotoryzować całe Stany Zjednoczone.

Ludzie, którzy o samochodzie nie mogli wcześniej nawet marzyć, nagle byli w stanie go po prostu kupić.

Ford ściągnął, czy chciał ściągnąć do siebie Czochralskiego.

Panowie spotkali się, porozmawiali, ale ostatecznie do ich współpracy nie doszło.

Czochralski odmówił przeprowadzki za ocean.

Chciał wracać do Polski.

Gdy wrócił do Polski w 1929 roku, do międzywojennej Polski był bardzo bogatym i znanym człowiekiem.

Organizował w swoim dworku bale.

Zapraszał na nie całą elitę ówczesnej Polski, nie tylko tą polityczną, finansową, ale także artystyczną.

A jeśli chodzi o artystów, to ich wspierał i to na wiele różnych sposobów.

Na te bale zapraszał nie tylko tych znanych, ale także tych, którzy byli obiecującymi rzeźbiarzami, malarzami czy na przykład muzykami.

Wspierał ich także finansowo, organizował dla nich konkursy, zaopatrywał w materiały, a także wypłacał stypendia.

Inwestował, inwestował w przemysł, ten odradzający się przemysł II Rzeczpospolitej.

I co?

I to w sztukę także tą taką młodą.

Gdy zaczęła się wojna na swój koszt,

ewakuował dzieła sztuki z polskich muzeów, a wcześniej organizował czy wspierał np.

prace archeologiczne w Biskupinie, a także odbudowę Dworku Chopina w Żelazowej Woli.

Po wojnie o tych wszystkich jego zasługach przestano mówić.

Czochralski w czasie wojny nie odszedł z Politechniki i teoretycznie zaczął pracę dla ceniących jego umiejętności Niemców.

Jego celem nie było jednak pomagać okupantowi.

Wykorzystując swoje koneksje i za wiedzą Armii Krajowej ratował polskich naukowców, wyciągając ich nawet z Auschwitz.

Po wojnie nie mógł jednak współpracy z Armią Krajową AK ujawnić, no bo skończyłoby się to dla ujawnionych osób aresztowaniem przez UB.

Choć w końcu zeznania uratowanych oczyściły jego dobre imię, niektóre osoby zazdroszczące mu talentu i osiągnięć zablokowały jego powrót na uczelnię.

Pozbawiony majątku, tytułów, w tym profesorskiego, wycofał się z nauki i wrócił do Kcyni, gdzie prowadził małą fabrykę chemiczną.

W 1953 roku podczas brutalnego przeszukania dokonanego przez komunistyczne służby bezpieczeństwa zmarł na zawał serca.

Umarł w zapomnieniu w PRL.

Pod koniec życia pamiętało o nim właściwie tylko wspomniane UB.

Pierwsze przenośne radio tranzystorowe pojawiło się w Stanach Zjednoczonych w 1954 roku.

W Polsce pięć lat później.

Czochralski już jednak tego nie dożył.

Jednak jego dzieło żyje i napędza nasz świat do dzisiaj.

I to właśnie wie z coraz większą mocą.

Jestem w Łukasiewiczu, Instytucie Mikroelektroniki i Fotoniki.

Za mną widzicie maszynę laboratoryjną, piec rurowy, która na płytce krzemowej tworzy warstwę dwutlenku krzemu.

Zanim jednak taka krzemowa płytka do tego pieca wejdzie, płytkę, o taka właśnie płytka, otrzymuje się z walca, takiego jak ten.

A ten walec to właśnie monokryształ krzemu uzyskany metodą Czochralskiego.

Państwa, które kiedyś na ten wynalazek postawiły, takie jak Niemcy, Japonia czy Tajwan, są dziś najważniejszymi rozgrywającymi na rynku półprzewodników.

Bardzo mocno inwestują w tę dziedzinę, także goniące Zachód i związane z nim państwa azjatyckie, ale także np.

Chiny.

Podobno, gdy Czochralski jako nastolatek wyjeżdżał pociągiem z Chcyni, powiedział, że wróci w rodzinne strony dopiero wtedy, gdy będzie sławny i bogaty.

Czochralski rozwiązał problemy swoich czasów, ale nie koncentrował się tylko na nich.

Był wizjonerem.

Bez tej cechy zniszczoną stalówkę pewnie wyrzuciłby do kosza, a proces krystalizacji krzemu zaobserwowałby i opisał kto inny.

Nie mielibyśmy wtedy metody Czochralskiego i naszego człowieka w Panteonie największych innowatorów i odkrywców.

Jednak chyba nawet on nie przewidział, jak jego wynalazek wpłynie na kształt świata.

Rewolucja cyfrowa całkowicie zmieniła też kolej.

Komputery nadzorują ruch pociągów, podnoszenie zapór w miejscach przecięcia linii kolejowych z drogowymi.

Analogowa kolej nie byłaby w stanie obsłużyć tego, co dzisiaj podróżuje torami.

Pociągi wysokich prędkości bez komputerów ani nie mogłyby powstać, ani bezpiecznie jeździć.

Bez elektroniki krzemowej trudno wyobrazić sobie współczesną kolej i przewożenie setek tysięcy pasażerów każdego dnia.

Cyfryzacja dotyka bowiem każdego aspektu naszej działalności.

Kursujące dziś pociągi to właściwie komputery na torach.

Systemy pokładowe służą do sterowania i kontrolowania praktycznie wszystkich procesów związanych z prowadzeniem pociągu oraz z jego obsługą.

Bez metody Czochralskiego niemożliwa byłaby internetowa czy cyfrowa rewolucja.

I możemy o niej mówić na wielu różnych poziomach.

Sam pociąg jest przecież naszpikowany elektroniką, jego systemy bezpieczeństwa czy systemy sterowania ruchem również.

Ale ta cyfrowa rewolucja w kontekście podróżowania ma jeszcze jeden aspekt.

Przecież dzięki niej, dzięki cyfrowej obróbce danych, dzięki internetowi, dzięki aplikacjom mobilnym nie musimy już czekać w kolejce na przykład po bilet, a wtedy kiedy zmienią nam się plany, no bardzo łatwo możemy go oddać także na poziomie aplikacji.

To wszystko nie byłoby możliwe bez cyfrowej rewolucji, czyli u swoich podstaw bez prac Jana Czochralskiego.

Zresztą wiecie, sam

Bardzo często podróżuję pociągiem i czasami korzystam w pociągu z internetu.

Internet też by się nie pojawił albo pojawiłby się później, gdyby nie elektronika, gdyby nie mikroprocesory, gdyby nie pracę Czochralskiego.