Úterý, Leden 28

Fyzik Kulhánek: V pozorováních nikdo jako první hybatel není

Prof. Petr Kulhánek. (Zdroj: Denik.cz)
Prof. Petr Kulhánek. (Zdroj: Denik.cz)

Fyzikální čtvrtky na ČVUT jsou proslulé. Nejvýznamnější veličiny české fyziky či astronomie si do auly chodí poslechnout senioři, středoškoláci nebo čtenáři populárně vědeckých časopisů. Když jsem na jednom z nich sledovala profesora Petra Kulhánka, jehož přijímají ve špičkových světových laboratořích, přemítala jsem, jak asi vypadá jeho pracovna. Nezklamala jsem se. Rozhovor jsme museli udělat jinde, protože do přeplněné místnosti dva krát tři metry bychom se s fotografem nevešli.

Až bude mít Petr Kulhánek a jemu podobné osobnosti pracovny velké aspoň jako čeští ministři a pro svůj výzkum peníze jako místní kmotři, začne se cosi měnit k lepšímu. Nebylo by marné, aby první kroky příštího místopředsedy pro vědu a výzkum či ministra školství vedly právě sem, do Kulhánkova kamrlíku. Skutečné národní bohatství se skrývá právě v takových.

Mezinárodní vědecká organizace CERN provozuje ve Švýcarsku obří urychlovač LHC, jakousi katedrálu nového věku. Vstupní částka na jeho postavení činila něco přes sedm miliard eur. 
K čemu je to dobré?
Ano, klasická otázka je, zda díky tomu bude chleba levnější. Odpověď zní, že bezprostředně určitě ne. Jde totiž o základní výzkum, 
o pochopení, jak funguje svět, elementární částice, jednotlivé síly. Je to nesmírně komplikovaná záležitost, ale pokud nebudeme rozumět přírodě a jejím zákonitostem, těžko můžeme například hledat další energetické zdroje. Uvedu jediný příklad, který současná generace jistě ocení. V CERNu měli obrovskou síť počítačů a museli přetahovat gigantické množství dat, sdílet dokumenty. Přemýšleli, jak to udělat, a díky tomu vznikl protokol www, tedy dnešní internet. To jsou věci, které vycházejí ze základního výzkumu jako jeho vedlejší produkty.

Letošní Nobelovu cenu za fyziku získal představitel základního výzkumu Brit Peter Higgs. Existenci tzv. božské částice – Higgsova bosonu – předpověděl už v roce 1964, ale její existence byla potvrzena teprve loni právě na ženevském urychlovači. Proč je to tak významný objev?
Ve fyzice existuje standardní model elementárních částic, v chemii bych to přirovnal k Mendělejevově periodické tabulce prvků. Když se v 60. letech minulého století začaly objevovat stovky částic, byl v tom obrovský chaos. Fyzikové, byli mezi nimi třeba Murray Gell-Mann a George Zweig, se je tedy snažili katalogizovat
a vytvořili základy standardního modelu elementárních částic. Postupně se ty částice hledaly, některé už byly známé, jiné ne.

Jak se taková částice hledá?
Na největších urychlovačích světa se srazí třeba dva protony, a pokud má srážka dostatečnou energii, začne vylétávat obrovské množství částic. V produktech těchto srážek se hledají nové částice. U některých to jde rychle, u jiných to trvá půl století – jako v případě Higgsova bosonu. Ne u všech musíme chodit do urychlovačů, máme tu i jiný zdroj vysokých energií, jímž je kosmické záření. To jsou urychlené částice, které k nám – a my nevíme, jakými mechanismy – přicházejí z vesmíru. Atakují naši atmosféru a v ní při srážkách vznikají spršky sekundárních částic, mezi nimi i některé nové.

Díky Higgsově bosonu je standardní model kompletní. Co to znamená pro naše poznání vesmíru, vzniku světa?
Teď jste uhodila hřebík na hlavičku, protože ta obrovská sláva kolem letošní Nobelovy ceny za fyziku byla právě kvůli tomu, že model je konečně kompletní, tato poslední neobjevená částice odolávala 48 let. Dokonce se hledalo důstojné datum pro oznámení tak významného objevu, zveřejnil se v Den nezávislosti, 4. července 2012. Nobelova cena nemohla být udělena objevitelům, protože těch je několik set. Získat ji mohou maximálně tři lidé.

Kteří to kromě Petera Higgse byli?
Volba padla nikoli na objevitele, ale na ty, kdo existenci částice předpověděli, Petera Higgse a belgického vědce Françoise Englerta. Spolu 
s nimi částici teoreticky objevil i další Belgičan Robert Brout, ale ten je již po smrti, takže cenu obdržet nemohl.

Kdo je podle vás významnější, teoretici, nebo ti, kteří jejich model ověřili v praxi?
Nepochybně důležitější byla skupina teoretiků, která předpověděla nejenom poslední částici modelu, ale též mechanismus, jak všechny částice získávají hmotnost. To je velmi důležité, protože my všichni intuitivně víme, co hmota znamená. Z čeho ale pochází? Z elementárních částic, z nichž se látka skládá. Na to, jakým mechanismem ke své hmotnosti přišly, odpověděl právě Peter Higgs v roce 1964. A pak se 48 let hledala částice, která tuto hmotnost způsobuje.

A široká veřejnost to pochopila díky přirovnání k vědeckému sympoziu. Když do místnosti vešel výběrčí daní, nikdo se 
s ním nebavil a on nerušeně prošel sálem k barovému pultu.
Ano, výběrčí daní s nikým neinteragoval, takovou částicí je například foton. Pak ale vešel samotný Peter Higgs, všichni fyzikové si s ním chtěli popovídat, potřást mu rukou. Tím, jak se pomalu prodíral sálem, získával hmotnost, přesně tak to je ve světě elementárních částic.

Půvabné na tom je, že se tím vysvětlila i užitečnost existence politiků, protože když tehdejší britský ministr vědy nemohl pochopit princip Higgsova objevu, vypsal soutěž o láhev šampaňského pro toho, kdo ho dokáže jednoduše vysvětlit. Výsledkem byl příměr s výběrčím daní.
Vždycky je strašný problém vysvětlit věci, které známe jen v rovnicích, zpopularizovat je a lidem zpřístupnit.

Víme, že vesmír vznikl před 13,8 miliardy let. V tuto chvíli dokážeme vytvořit podmínky, které panovaly ve vesmíru deset na minus třináctou sekundy po velkém třesku. Kam bychom se potřebovali dostat, abychom znali odpověď na základní otázku, tedy čím to celé začalo?
K úplnému počátku se asi nedostaneme nikdy. Vždy je nutné si uvědomit, co je naše touha, hypotézy a co realita. Možnost ověřování existuje právě na urychlovači LHC 
v extrémních srážkách, kdy se dostáváme do oblasti jedné biliontiny sekundy. V takovém krátkém čase ve vesmíru existovala jakási pralátka, jíž říkáme kvarkové gluonové plazma. Zní to odporně, ale je to zárodečná polévka, 
z níž v deseti mikrosekundách vznikaly první neutrony a protony, z nich později atomová jádra, poté atomy 
a nakonec i my lidé. Je nesmírně krásné, že tuto zárodečnou polévku umíme uměle vytvořit. Poprvé se to podařilo v roce 2000, takže už třináct let můžeme vyrobit formu hmoty, ze které vznikal vesmír.

Jste si jistý, že to bylo právě takhle?
U věcí, které dokážeme udělat v laboratoři a ověřit si je, ano. Jak to bylo na úplném počátku, s velkým třeskem, si nemůže být jistý nikdo. Jestli to někdo říká, tak lže. Ani tady ale nejsme úplně bezbranní. Kolem roku 2003 třeba Turok se Steinhardtem přišli s nádherným nápadem, že vesmírů by mohlo být obrovské množství, jsou složeny jako trochu hrbolaté listy v knize a jejich vzájemný dotyk mohl způsobit onen velký třesk. To je ověřitelné, protože při onom styku by musely vznikat gravitační vlny, které dokážeme díky vyspělé technologii zachytit. Znamenalo by to ale vytvořit interferometr s rameny o délce pěti milionů kilometrů. Proto ho nemůžeme vyrobit na Zemi, ale jen ve vesmíru.

Taková menší práce, která vás fyziky čeká?
Je to drahá záležitost. Dokonce už existoval projekt Lisa, ale Spojené státy od něj nakonec ustoupily kvůli nedostatku peněz. Měly to být tři sondy vzdálené pět milionů kilometrů, které by na sebe svítily lasery, a jak by se laserový paprsek odrážel od zrcátka na sondě, viděli bychom, zda se pohupuje na gravitačních vlnách, či nikoliv. Tak by se daly zachytit vlny přímo z velkého třesku a zjistit, co se tam dělo, 
a možná se dobrat odpovědi, jak vznikl svět.

A co argumenty mnoha milionů lidí, kteří jsou přesvědčeni, že tak dokonalý organismus, jakým je lidské tělo, nemohl vzniknout díky stýkání částic a jejich vývoji, ale že na počátku musel být nějaký prvotní hybatel, Bůh, nebo inteligentní designér, jak říká fyziolog František Vyskočil?
Já se striktně držím fyziky postavené na experimentech a na tom, co je ověřitelné. Každý si může myslet, co chce, ale je to jen představa, byť třeba hezká. V okamžiku, kdy se snažíme zjistit zákonitosti toho, jak svět vypadal na počátku, jak se z jednoduchých struktur rodily ty složité, musíme provádět experimenty v laboratoři nebo se ve vesmíru dívat dostatečně daleko. To je fyzika, která znamená pozorovat a z pozorování se učit. A v pozorováních nic takového jako první hybatel není. Stephen Hawking kdysi řekl, že myšlenka Boha je zajímavá, ale v tom počátku pro ni nenašel místo.

František Vyskočil se věnuje zkoumání buněčného světa 
a zamýšlí se nad teorií jakéhosi sovětského profesora, který nevěřil evoluční teorii. Podle něj nejjednodušší bakterie obsahuje asi dva tisíce bílkovin. Kdyby každá měla sto aminokyselin, které vznikaly postupně při množení, trvalo by její vytvoření mnohem déle, než existuje Země a vesmír, tedy 13,8 miliardy let.
Z experimentů v CERN nebo Brookhavenské národní laboratoři bezpečně víme, jak svět vypadal v jedné mikrosekundě i biliontině sekundy, jak se z kvarků a gluonů rodily protony a neutrony. Víme přesně, jak se vytvářela atomová jádra, o tom máme ve vesmíru důkazy. Když se objevily první atomy, šlo 
o fázový přerod, obrovskou změnu vlastností. Před vytvořením atomů existovala kladně nabitá jádra a záporně nabité elektrony, ale po jejich vzniku došlo k přechodu 
z plazmatu do neutrální látky. Přitom se děly setsakramentské věci: Světlo, které bylo původně v plazmatu vázáno na látku, tak jako nyní v nitru našeho Slunce, kde uletí sotva pár centimetrů, se najednou oddělilo, zaplavilo svět a žilo samostatně. Dnes toto počáteční světlo umíme chytat, říká se mu reliktní záření a je to nádhera, protože otiskuje vesmír, jak kdysi vypadal. V něm byly struktury velmi jednoduché, teprve později vznikaly první molekuly ve hvězdných atmosférách nebo rodících se hvězdách. Fakt je, že nyní nikdo neví, jak došlo ke skoku 
z těch relativně jednoduchých molekul k životu. To je obrovský problém.

Pochopila jsem správně, že bez dlouhé cesty bádání v základním výzkumu se v této oblasti nelze posunout dál?
Ano.

Platí tedy přímá souvislost mezi vynaloženými prostředky a výsledkem?
Tak jednoznačné to není. Některé Nobelovy ceny byly uděleny lidem, kteří pracovali v naprosto nuzných podmínkách a měli fascinující výsledky. Každá velká myšlenka ovšem musí přejít do fáze ověřování, kde se bez financí neobejdete. K základnímu výzkumu jich tolik potřeba není. Bez peněz bychom ale nezjistili, zda jsou ty teorie správné. Situaci nám trochu ulehčují počítače, protože díky numerickým simulacím můžeme ověřovat myšlenky před provedením drahého experimentu.

Jak se tak dívám kolem, tady na Fakultě elektrotechniky ČVUT to na nějaké závratné experimenty stejně nevypadá. Nedostatek peněz ze zdejších prostor přímo vyzařuje. Není už konečně na čase, aby politická reprezentace začala dávat do školství a výzkumu víc peněz?
Dávat někam prostředky není k ničemu, pokud nebudete mít jistotu, že cestou 
k cíli nebudou rozkradeny. To je jako se zvyšováním daní. Každý fyzik ví, že platí zákony zachování. Když máte cedník, můžete do něj lít vody, kolik chcete, stejně budete na suchu. Nejdříve je tedy nutné zalepit díry, jimiž peníze unikají, a teprve pak je cíleně někam posílat.

Kam by se pak měly ve školství posílat?
Určitě by se mělo změnit financování vysokých škol. Dokud se naše příjmy odvíjejí od počtu studentů, každá škola záměrně nabírá co nejvíc posluchačů. A to zákonitě přináší snižování kvality. Důležité je začít od základních škol, mít pedagogy, kteří děti nadchnou. Neměli by učit lidé, kteří to mají jako východisko z nouze, protože jiné zaměstnání nenašli. Jestli chceme mít kvalitní budoucnost, musí se začít 
u kantorů na základních školách.

Mnoho lidí přirovnává současný stav světa k situaci starého Říma těsně před pádem. Jak to vidíte vy?
Přikláním se k soumraku Říše římské. Centra civilizace se po zeměkouli stěhují, tak tomu bylo v historii vždycky. Dlouhou dobu byla 
v Americe a v Evropě. Nyní je západní civilizace svým způsobem nasycená, což je patrné na rozmachu byrokracie, který vždy věstí konec daného společenství. To neznamená přípravu grandiózního zániku, ale jen odliv těch nejchytřejších mozků 
a vznik skutečných hodnot dál na Východ. Je to zřejmé 
i z udílení Nobelových cen, kdy v posledních deseti letech prudce stouplo procentuální zastoupení vědců z Asie, konkrétně z Číny a Japonska. Dnešní generace studentů je také jiná, informace získává z internetu a není schopná se samostatně učit. Jestliže jsem měl před dvaceti lety mezi 200 posluchači stovku skutečně dobrých, kteří dokázali logicky přemýšlet, tak dnes jich mám dvacet. Ale i to je pozitivní, dvacet stačí. Ti schopní a nadaní si svoji cestu vždycky najdou. Jen z našeho oddělení na fakultě pět kluků pracuje v CERNu na špičkových pozicích. Není tedy pravda, že jde všechno do háje, jen procento těch výborných je menší.

Dvacet otevřených hlav v ročníku stačí na to, aby společnost nezdegenerovala?
Samo o sobě to nestačí. Musejí přijít politické změny, aby právě tyto otevřené hlavy měly možnost rozhodovat, jakým směrem se společnost bude ubírat. Konec každé civilizace a velké říše předznamenalo to, že ji vedli lidé odtržení od reality.

***

PROF. PETR KULHÁNEK

* Narodil se 9. ledna 1959 v Praze, absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy. V roce 2005 se stal profesorem aplikované fyziky na ČVUT.
* Je členem oborové rady GA akademie věd, Mezinárodní astronomické unie, České astronomické společnosti. Založil sdružení Aldebaran Group for Astrophysics.
* Je koordinátorem vývoje 3D programového balíku PIC, autorem jádra balíku, částicových a polních solverů. Zabývá se numerickými simulacemi, teorií plazmatu, zejména vlnami 
v plazmatu, turbulencemi a nestabilitami.
* Je autorem více než 100 prací ve vědeckých časopisech a vystoupení na mezinárodních konferencích, spoluautorem šesti knih, např. Astronomie a fyzika na přelomu tisíciletí I a II či Úvod do teorie plazmatu.

 

Zdroj: Deník.cz

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..