Týden utekl jako nic a druhý díl povídání s fyzikem Vítěslavem Škorpíkem z naší redakce pokračuje. Tentokrát se společně vydáme ještě hlouběji do tajemství vesmíru. Je vesmír simulace? Existuje vše sjednocující teorie? Jaké otázky dnes astronomové řeší a kam až sahají možnosti našeho poznání? I o tom bude řeč v pokračování našeho rozhovoru.
1. Světlo je pro astronomy vlastně takovým poslem, který k nám z většiny vzdálených objektů přichází. Co všechno dnes dokážeme z jeho analýzy zjistit o hvězdě nebo galaxii, aniž bychom se k ní mohli jakkoli přiblížit?
Kuriózní je, že ještě v polovině 19. století si někteří lidé mysleli, že se nikdy nedozvíme, z čeho jsou složeny jiné objekty ve vesmíru, jako je třeba Slunce, nebo vzdálené hvězdy. Přitom už v té době se rodila metoda, která přesně toto umožňuje. Jde o spektroskopii. Díky měření světla vzdálených objektů o něm můžeme zjistit značné množství užitečných informací, a to včetně chemického složení. Funguje to tak, že na různých vlnových délkách záření, které k nám přichází z měřeného objektu vidíme tzv. spektrální čáry.
Tyto čáry mohou být absorpční nebo emisní, podle toho, zda atomy či molekuly záření pohlcují (absorbují), či naopak vyzařují (emitují). Přitom každý chemický prvek, či každá sloučenina má vlastní sadu spektrálních čar. Funguje to podobně jako v kriminalistice otisky prstů. Podobně jako má každý člověk jedinečný otisk prstů, podle nichž jej může kriminalista identifikovat, také každá chemická látka má vlastní otisk ve spektru, podle něhož ji astronom dokáže jednoznačně rozpoznat. Některé chemické prvky, jako například helium, byly dokonce identifikovány dříve v kosmu než na Zemi.
Měření spekter je nesmírně užitečné a tuto techniku lze označit za jednu z nejvíce důležitých, které máme vůbec k dispozici. Pro mě osobně je to až trochu na úrovni zázraku. Aniž bychom se cizího kosmického tělesa vůbec dotkli, díky měření jeho světla můžeme určit z jakých látek se skládá. A to neplatí jen pro Slunce, nebo blízké hvězdy, ale i pro exoplanety, nebo miliardy světelných let vzdálené galaxie. Podmínkou je jen získat dostatek záření z měřeného objektu.
Ale nejde jen o chemické složení. Ze spektra můžeme určit třeba i radiální rychlost daného objektu, to znamená rychlost ve směru k nám, respektive od nás. Když pozorujeme světlo zkoumaného objektu, vidíme spektrální čáry, o nichž jsme už mluvili. A umístění těchto čar můžeme porovnat s laboratorním stavem. Pokud je oproti laboratoři nějaká spektrální čára posunutá tím, či oním směrem, znamená to, že se objekt od nás buď vzdaluje, nebo se k nám naopak přibližuje. Když je daná spektrální čára posunuta směrem k delším vlnovým délkám, mluvíme o rudém (nebo červeném) posuvu a objekt se od nás vzdaluje, jestliže je naopak čára posunuta ke kratším vlnovým délkám, jde o modrý posuv a objekt se k nám přibližuje.
Čím více jsou pak spektrální čáry posunuty na jednu či druhou stranu, tím rychleji se objekt vzdaluje, nebo přibližuje. Ze spektra tak můžeme zjistit nejen směr pohybu v radiálním směru, ale i rychlost tohoto pohybu. Toho se v astronomii běžně využívá, třeba při měření pohybů hvězd v Mléčné dráze, nebo třeba při metodě radiálních rychlostí, která dokáže dosti úspěšně hledat exoplanety, a díky níž známe první planetu u hvězdy podobné Slunci. Vědci v tomto případě měří to, jak s hvězdou ve směru k nám/od nás pohybuje její planeta. Z toho je zřejmé, že metoda je nejvíce citlivá na hmotné planety, které obíhají blízko své hvězdy.
Zvláštním případem těchto měření je kosmologický rudý posuv. Už ve 30. letech minulého století američtí astronomové kolem Edwina Hubblea měřili spektra vzdálených galaxií, a zjistili, že se od nás téměř všechny galaxii (s výjimkou několika nejbližších) vzdalují. Z toho vyvodili, že nejde o náhodu, nýbrž o přírodní zákon. Náš vesmír jako celek není statický, ale rozpíná se. Další měření v následujících letech jejich závěry potvrdila. Dnes jsme si hodně jistí tím, že vesmír skutečně expanduje. Právě tato měření jsou jedním z pilířů moderní kosmologie a jedním z nejsilnějších důkazů teorie Velkého třesku.
2. A není možné, že se ve „čtení“ zásadně mýlíme a může být všechno jinak?
Spekulovat samozřejmě můžeme o různých možnostech. A pochopitelně vědec téměř vždy musí připustit určitou možnost omylu. Nicméně v tomto případě, jako i v mnoha jiných případech ve fyzice, astronomii, i dalších vědách, je tato možnost, že se naprosto zásadně pleteme a úplně špatně rozumíme všemu, co jsme si o těchto věcech mysleli, nesmírně nepravděpodobná. Až bych řekl, že se ta šance limitně blíží nule.
Pro tato naše tvrzení a pro to, že tyto záležitosti skutečně fungují, a měří to, co si myslíme, že měří, máme obrovské množství důkazů z mnoha různých směrů. Možnost, že by se všechny tyto možnosti, jak si dané výsledky nezávisle ověřit pletly lze pokládat za téměř vyloučenou. Muselo by být špatně tolik věcí, že by to vyžadovalo buď nějaké celosvětové spiknutí, do nějž by musely být zapojeny desítky milionů lidí, nebo celosvětové ovlivňování lidských mozků, popřípadě tolik omylů a špatných interpretací v historii i současnosti fyziky, že takovému omylu v historii vědy nebylo rovno.
Ano, můžeme třeba špatně interpretovat jedno naměřené spektrum, například kvůli tomu, že ve skutečnosti nepozorujeme světlo exoplanety, ale její hvězdy. Nebo máme z dané planety tak málo světla, že výsledky mohou být nejednoznačné. To se stát může. Ale variantu, že je vše, co o spektroskopii víme úplně špatně mohu s klidným svědomím označit za extrémně nepravděpodobnou.
3. Každý teleskop má své fyzikální limity. Co nás při pozorování vesmíru omezuje nejvíc – velikost zrcadla, citlivost detektorů, rušení okolním zářením, nebo něco úplně jiného? A existuje vůbec teoretická hranice, za kterou už naše pozorovací schopnosti nelze posunout? A jak to případně lze řešit?
Záleží na konkrétním teleskopu, nelze to určit zcela jednoznačně pro všechny typy teleskopů, neboť u gama observatoře může být limitující něco jiného než pro infračervený teleskop. Obecně lze však říci, že všechny zmíněné faktory hrají roli.
Kupříkladu je problém, že do kosmického prostoru, alespoň zatím, nelze vyslat moc velké dalekohledy. Šestimetrový JWST je naprostou výjimkou a jeho vypuštění bylo možné jen díky tomu, že byl při startu složený. Jinak jsme rádi, když se nám podaří na oběžnou dráhu dostat dvoumetrový teleskop, většina kosmických fyzikálních observatoří má ještě menší zrcadla. Ano, samozřejmě se můžeme spolehnout na velké pozemské teleskopy. Ty však mají některé nevýhody oproti pozorování z oběžné dráhy. Na druhou stranu, i pozorování z kosmu má oproti pozemské astronomii mnohé nevýhody, prozatím tak potřebujeme obě cesty.
I citlivost detektorů může být limitující. Kosmické observatoře se vyvíjejí desetiletí, nebo nejméně roky a obvykle tedy neobsahují nejmodernější techniku. Navíc v podstatě neexistuje možnost je v čase vylepšit (velkou výjimkou byl Hubble díky existenci programu Space Shuttle), což jde u pozemské observatoře celkem snadno. Další věc je, že detektory pochopitelně musí splnit i přísné limity na velikost a hmotnost.
Musíme si však dávat pozor i na přírodní děje. I ty mohou kosmické observatoře ohrozit. Ať už jde o geomagnetické bouře, které dokáží dosti spolehlivě poškodit naše družice, zásahy částicemi kosmického záření, výbuchy magnetarů, zásahy mikrometeority, i mnohé další děje. Co je však ze zmíněných faktorů nejzávažnější lze těžko posoudit, spíše bych snáze vybral to, co nejzávažnější určitě není. Záleží navíc i na tom, kde je daná observatoř umístěna. Pokud se nachází v zemské magnetosféře, hrozí jí určitý typ rizik z kosmu, zejména ovlivnění částicemi kosmického záření a solárními bouřemi a výrony hmoty, výrazně méně než v případě umístění ve vzdálenějším vesmíru.
Dobrým příkladem je librační centrum L2 soustavy Slunce-Země, kde je umístěn třeba právě už v tomto rozhovoru tolikrát zmiňovaný Webbův teleskop. Při jeho konstrukci se už přímo myslelo na místo, kde bude pracovat, a počítalo se s tím, že může schytat nemalé množství zásahů mikrometeoritů. A skutečně, jeden docela citelný zásah už jeho primární zrcadlo skutečně schytalo. Naproti tomu u observatoří na nízké oběžné dráze kolem Země zase výrazně více hrozí třeba rizika spojená s úlomky kosmického odpadu, které mohou naše přístroje zasáhnout a poškodit.
Limity zmíněné v otázce určitě existují. Jde například o principiální překážky, jako je kvantové tunelování, či Heisenbergův princip neurčitosti, což jsou kvantové děje a principy ovlivňující na základní úrovni naše čipy, respektive detektory. Druhou skupinou problémů jsou pak technické limity. Například i s posunem techniky je jen těžko představitelné, že bychom dokázali z povrchu Země do kosmického prostoru dostat rozložený teleskop se zrcadlem o průměru 100 metrů v jednom kuse. A to už vůbec nemluvím o 500 metrů velkých radioteleskopech.
4. V historii astronomie se opakovaně ukázalo, že fyzika předpovídala jevy, které jsme dokázali pozorovat až o mnoho desetiletí později. Stejně jako podle propočtů jsme dokázali najít planety. Je taková situace možná i dnes, už jsi zmínil možnou existenci planety devět a krom toho existuje dnes nějaký fyzikální princip nebo předpovězený jev, u kterého už víme, že by mohl existovat, ale nedokážeme ho zatím najít?
Určitě ano, dokonce bych řekl, že takových jevů existuje v současné fyzice mnoho. Zmíním jen ty nejdůležitější a nejzajímavější.
Asi všichni znají Stephena Hawkinga, geniálního fyzika upoutaného na kolečkové křeslo. Hawking se nejvíce proslavil výzkumem černých děr. Jde o objekty tak husté a kompaktní, že jejich gravitace nedovolí ničemu, ani světlu, uniknout z jejich zajetí. Co černá díra pohltí, to již nenavrátí. Pokud se dostanete pod hranici, kterou nazýváme horizont událostí, pro únik z černé díry byste museli překročit rychlost světla, což je nemožné.
Přesto ale černé díry mohou, díky záření, které Hawking předpověděl, ztrácet hmotu a energii. Přesně popsat princip fungování Hawkingova záření by bylo nad rámec tohoto rozhovoru, nyní berme jeho existenci jako fakt. Většina fyziků se totiž shodne, že jde o reálný jev. Ale dosud nebylo toto záření nikdy pozorováno. Černé díry totiž v laboratoři k dispozici zatím nejsou. Právě kvůli absenci důkazu zřejmě Hawking za tento mimořádný objev nezískal Nobelovu cenu.
Většina fyziků se také shodne, že je reálný druhý jev, o kterém se chci zmínit, totiž tzv. inflace. Kosmická inflace získala svůj název podle ekonomického děje, je tady nasnadě, že jde o velmi prudké rozepnutí vesmíru všemi směry o mnoho desítek řádů. Inflační fáze, kterou vesmír prošel na samotném počátku své existence, může vysvětlit celou řadu problémů standardní kosmologie. Jde o model tak užitečný, že existuje mezi fyziky konsenzus, že je správný. Jenže bohužel, až dosud nemáme pro inflaci žádný experimentální důkaz. To je opět důvod absence Nobelovy ceny pro její objevitele A. Gutha, A. Lindeho, P. Steinhardta, A. Vilenkina a další.
Poslední zmíněný jev je podstatně spekulativnější. Jak víme, v jádru atomů jsou dva druhy částic, totiž neutrální a hmotnější neutrony a o něco lehčí a kladně nabité protony. Zatímco volné neutrony se vcelku rychle rozpadají, protony jsou obvykle považovány za stabilní částice. Existuje ale jistá třída fyzikálních teorií, které toto zpochybňují. Podle nich se i protony rozpadají, jen to obvykle nevidíme, protože poločas přeměny je v tomto případě velmi dlouhý – kolem 10^35 let. Pokud by byl rozpad protonu reálný, byla by to silná indicie pro novou fyziku za standardním modelem částicové fyziky. Dnes již existují experimenty, které obsahují obrovské množství atomů (obvykle vody) a které po rozpadu protonu pátrají, zatím však marně.
V otázce byly ale zmíněny i fyzikální principy. Zde bych si dovolil uvést alespoň jeden příklad, související opět s černými dírami. Jak víme, podle standardního výkladu mají černé díry hluboko ve svém nitru schovanou singularitu, oblast, kde hustota, zakřivení prostoročasu a další veličiny dosahují nekonečných hodnot. Fyzikové v 60. letech definovali hypotézu kosmické cenzury, podle níž nemohou existovat tzv. nahé singularity. Každá singularita musí být podle tohoto principu obklopena horizontem událostí a je tedy bezpečně schovaná před vnějším světem. Zda však tento princip platí dosud s jistotou nevíme.
5. Teď jedna taková lehčí a možná hloupá otázka, která mě ale osobně zajímá. Existuje možnost, že celý vesmír chápeme jinak, než jaká je skutečná realita?
Zde by bylo nutné si vyjasnit, co rozumíme pod pojmy realita a skutečnost a také co to je chápat vesmír. Lze na to nahlížet z několika úhlů. Pokud je to myšleno tak, že vše, co víme o současné fyzice je úplně špatně, musíme to zahodit a jít na to úplně jinak, pak je odpověď velmi pravděpodobně záporná. Je jen malá šance, že bychom se v tolika věcech tak zásadně mýlili. Tuto možnost tedy dále rozebírat již nebudu.
Pokud bychom to však brali tak, že realita je nějaká a my se ji snažíme nějak popsat a uchopit, pak samozřejmě na tom něco být může. Přesněji řečeno, k plnému pochopení vesmíru se stále přibližujeme, ale nikdy jej nedosáhneme. Vše, co máme jsou více či přesné modely, které však nepopisují realitu na 100 % přesně, správně a kompletně. Z tohoto úhlu pohledu lze tedy říci, že určitě chápeme vesmír jinak, než je skutečná realita. V některých věcech se realitě blížíme více, v jiných méně, ale plně uchopit ji asi nikdy nedokážeme.
Ale myslím, že nemá smysl se tím příliš znepokojovat, nebo z toho mít deprese, neboť vědecká metoda je stále (alespoň podle mého soudu) nejlepším způsobem, jak poznávat a popisovat svět kolem sebe. I když tedy vesmír pravděpodobně nikdy nedokážeme plně pochopit, má stále velký smysl se o to snažit.
A když říkám o možnosti kompletního poznání vesmíru A, musím dodat i B. To, co jsem právě řekl by totiž mohlo někoho navádět k tomu, že vesmíru nerozumíme a snaze vytvářet vlastní alternativní fyzikální hypotézy. Ostatně, lidí, kteří vyvrátili Einsteina, nebo mají velmi svérázné pochopení kvantových jevů, či fyzikálních konstant, je plný internet. Je však nutné dodat, že naše fyzikální modely jsou velmi dobré a až překvapivě dobře jimi dokážeme popisovat různé i velmi složité fyzikální děje a procesy, takže úplně mimo opravdu nejsme.
Víceméně stranou nechám různé názory typu, že nám Bůh záměrně kazí práci a brání v poznání vesmíru. Zmíním snad jen mou oblíbenou hypotézu tohoto typu, že totiž fosílie dinosaurů a jiných dávných tvorů nejsou reálné, ale jde o falsifikáty, které všude možně po světě rozmístil satan, aby nás trýznil, škádlil a pokoušel. Stranou pak nechám i konspirační bláboly, které se nám snaží vštípit, že je vše jinak a zažíváme celosvětové spiknutí iluminátů, reptiliánů, nebo židozednářů. Jde ve všech zmíněných případech o tvrzení nevyvratitelná a tudíž bezcenná.
6. A teď zase trochu více seriózněji. Současnou společností nejvíce rezonují posuny v oblasti umělé inteligence. Jak jí lze využít pro poznání vesmíru a může nám o něm prozradit něco, co doposud ještě nevíme, nebo nás alespoň k něčemu podobnému přinést?
Ve fyzikálním výzkumu umělá inteligence pochopitelně místo má. Může být velmi užitečným pomocníkem. Kupříkladu astrofyzikové, kteří mají ze svých observatoří obrovské množství dat trénují umělou inteligenci na pomoc s jejich zpracováním. Jde třeba o klasifikaci galaxií. K dispozici máme desetitisíce snímků s mnoha miliony galaxií. Na ty je třeba se podívat a roztřídit je na spirální, eliptické, čočkovité, nepravidelné a jejich podskupiny. Fyzikové proto naučili na základním balíku dat umělou inteligenci různé typy galaxií rozpoznávat a nyní už může AI pracovat na tomto problému samostatně.
U této otázky bych se nerad zdržel dlouho, neboť nejsem expert na AI. Přesto bych rád vyzval k jisté zdrženlivosti a opatrnosti. V poslední době se objevily senzační zprávy pojednávající o tom, kolik matematických problémů, mnohdy velmi složitých, AI vyřešila. Vzpomeňme si ale na případy důkazů Velké Fermatovy věty, nebo Poincarého věty. Tehdy také nebyla tvrzení matematiků Wilese a Perelmana okamžitě přijata, ale ostatní matematikové nejprve jejich výsledky pečlivě prověřili. Na to jako by se u AI úplně zapomnělo. Mnoho lidí tyto výsledky nekriticky akceptuje, přitom i v tomto případě musí být ještě jejich správnost ověřena nezávislými týmy. A to už ani nemluvím o podezření z neoprávněného využití cizích dat.
7. Věříš, že je vesmír simulace?
Pokud jde o simulaci, pak jde o simulaci velmi dobrou. Ale dle mého soudu nemá smysl nad tím příliš uvažovat, neboť odhalení takové simulace by bylo velmi obtížné, možná dokonce nemožné, proto si myslím, že není příliš účelné o tom dlouze přemýšlet. Existují i tací, kteří argumentují, a nutno říci, že vcelku přiléhavě, že vzhledem k praktické neověřitelnosti takové hypotézy ani nejde o vědeckou hypotézu. Ani já tedy nejsem jejím velkým přítelem.
Nicméně, nezáleží až tak na tom, čemu já věřím, či nevěřím, ale zda máme pro nějakou verzi simulační hypotézy data, která by připouštěla, že vesmír být simulací může. Objevily se různé návrhy, jak simulaci rozpoznat. Mohlo by se to udělat třeba tehdy, když by simulace po čase začala vykazovat chyby a tvůrci simulace by se tuto jejich simulaci snažili opravit. Prakticky by to mohlo vypadat například tak, že by došlo ke změně hodnoty nějaké základní fyzikální konstanty. Pro opravení simulace by pravděpodobně stačila jen malá změna, ale i ta by mohla být patrná.
Dokázali bychom ale takovou změnu rozpoznat? A i pokud ano, nutně to není jasný důkaz simulace, představitelné jsou i jiné důvody, proč by se mohly hodnoty fyzikálních konstant měnit. Je navíc představitelné, že když už by někdo byl tak vyspělý, aby dokázal simulovat celý obrovský vesmír, mohl by provézt změnu i tak, abychom si jí nevšimli, například kdyby současně změnil i něco v lidském mozku, popřípadě kdyby vhodným způsobem ovlivnil naše měřící přístroje. Navíc tyto spekulace spoléhají na to, že daná simulace bude nedokonalá, což vůbec nemusí platit.
8. Vždycky mě fascinovalo, že máme tu výsadu zkoumat vesmír a určitým způsobem ho i chápat, ale není přeci jen až příliš složitý na to, aby se dal vysvětlit jako jeden celek?
Na jednu stranu je pravda, že je vesmír poměrně složitý, na druhou stranu ale, oproti třeba lidskému mozku, lze konstatovat, že je možná docela jednoduchý. Naše fyzikální modely fungují pro popis dějů v přírodě velmi dobře. Známý fyzik Eugene Wigner také napsal slavnou esej, jejíž název by se dal volně přeložit jako „Nepochopitelná účinnost matematiky v přírodních vědách“. A je pravda, že matematika nám při popisu vesmíru pomáhá skutečně velmi zásadně.
Je také třeba poznamenat, že máme různé fyzikální teorie a modely, jež vysvětlují a popisují různé jevy a různé části vesmíru. Není to tedy tak, že bychom jedním postupem dokázali obsáhnout celý vesmír. Tedy ano, vesmír je složitý, ale právě proto jej dělíme na části a různé jevy popisujeme odlišnými způsoby. Například pro hydrodynamiku aplikujeme jiný popis než pro fotosyntézu. Ano, je jistě pravda, že některé teorie jsou aplikovatelné šířeji než jiné, například kvantová mechanika, či obecná relativita popisují širokou škálu dějů. Ani ony však nepostihují všechny procesy.
9. Vím že matematici a fyzici mají specifické vztahy. Proto mě vcelku překvapilo, jak o matematice jako fyzik smýšlíš. Mě naopak přijde, že se obě vědy krásně doplňují. Jak to máš s matematiky ty?
Nemyslím si, že by se z jedné krátké zmínky v předchozí odpovědi dalo usoudit, jak smýšlím o matematice, která je mimořádně širokým a obsáhlým oborem s mnoha podobory. Spíše bych ale řekl, že má zmínka o matematice byla pozitivní, jelikož jsem ukazoval, že slavný fyzik Wigner ji při popisu přírodních jevů považoval až za zázračně účinnou a užitečnou. A s tímto se ztotožňuji, ano, matematika je pro fyziku opravdu velmi důležitá, a pro pochopení a popis složitých fyzikálních dějů matematiku nezbytně potřebujeme.
Velmi pozitivní vztah mám i k matematice jako samostatnému oboru. Fascinují mě mnohé matematické problémy a záhady, a rád o nich přemýšlím. Byť dobře vím, že u většiny těch složitějších nemám vůbec kapacitu na to, abych je plně pochopil a popřípadě přispěl k jejich řešení, nebo abych plně docenil jejich důkaz. Typickým příkladem je Velká Fermatova věta, kde chápu základní princip, ale Wilesovu důkazu opravdu ani trochu nerozumím.
Je dobré také dodat, že mnohé ze zajímavých matematických problémů souvisejí právě i s fyzikou. Clayův matematický institut například vydal v roce 2000 seznam sedmi problémů matematiky, které jsou velmi důležité a měly by být vyřešeny v tomto tisíciletí. Z nich je zatím vyřešen jen jeden, Poincarého domněnka, později po důkazu Poincarého věta. Hned dva z těchto problémů však úzce souvisí s fyzikou. Jednak jsou to Navierovy-Stokesovy rovnice proudění kapalin, jednak kalibrační Yangova-Millsova teorie. Řešení těchto dvou problémů by přímo a měřitelně pomohlo fyzice.
Pravda je, že různé skupiny vědců mají mezi sebou občas určitou míru rivality a soupeření, většinou jde však o přátelské a dobře myšlené špičkování. Kupříkladu slavný matematik David Hilbert, který se nesmazatelným způsobem zapsal i do dějin fyziky, neměl rád inženýry. Fyzik Ernest Rutherford zase nebyl rád, když jej lidé považovali za chemika, ani když potom získal Nobelovu cenu právě v tomto oboru.
Pochopitelně i na Matematicko-fyzikální fakultě koluje spoustu vtipů. Vypraví se tam vtipy o VŠE, nebo o ČVUT. Na druhou stranu, na jiných školách se zase vypráví vtipy o Matfyzu. Na MFF UK se vypráví i vtipy založené na oboru studia. Matematikové si vypráví vtipy o fyzicích, fyzikové o matematicích. No a informatikové nikoho nezajímají, ti proto nejsou ani v názvu fakulty, jak poznamenal jeden nejmenovaný pedagog. Ale v podstatě vždy jde o přátelské popichování, není v tom nic osobního.
Takže bych to uzavřel tím, že můj vztah k matematice je velmi pozitivní. K matematikům chovám hluboký obdiv a několika z nich si vážím i jako skvělých popularizátorů. Mnohé části matematiky mi přijdou jako mimořádně užitečné i zajímavé. Navíc je matematika velmi dobře aplikovatelná i ve fyzice. Dokonce by se dalo říci, že fyzika matematiku nezbytně potřebuje.
10. A dovol mi ještě poslední podobnou otázku, věříš na jedinou teorii, která by to dokázala sjednotit? Tedy abych byl přesný, propojující teorii relativity s kvantovou mechanikou, tzv. teorie všeho?
Máme-li být přesní, pak je na začátek třeba říci, že propojení teorie relativity a kvantové mechaniky se už podařilo. Kvantovou mechaniku a speciální teorii relativity totiž dokázal úspěšně sjednotit už koncem 20. let minulého století britský fyzik Paul A. M. Dirac, muž, který bývá považován za nejvlivnější osobnost světové fyziky 20. století hned po Einsteinovi. Aby tvrzení uvedené v otázce platilo, je nutné dodat, že myslíme obecnou relativitu.
Jinak je teorie všeho je už poměrně starý koncept. Jedná se o svatý grál fyziky. Mnozí sní o jediné krátké rovnici, která bude obsahovat jen pár symbolů a kterou si zapíšeme na tričko. Tato rovnice by přitom měla popisovat celý vesmír. No, ale teď zpátky nohama na zem. Tak předně, název teorie všeho je přehnaný a upřímně řečeno dost nabubřelý. Existuje spousta jevů, které taková teorie vůbec popisovat nebude, ať už jde třeba o zákonitosti ekonomie, sociologie, či práva. Ale navíc, ona ani nebude postihovat celou fyziku. Půjde jen o teorii menší části fyziky, pravděpodobně o teorii sjednocující základní fyzikální interakce.
Další problém je, že nyní vůbec nevíme, zda tyto základní interakce bude možné vzájemně sjednotit. Gravitace je dosti odlišná od tří ostatních sil, stejně jako se obecná relativita popisující gravitaci značně liší od standardního modelu, jenž popisuje elektromagnetismus a silnou a slabou jadernou sílu. Zda to půjde dát nějak dohromady zatím nikdo neví. Máme sice spoustu hypotéz, které se přesně o to snaží, ale jejich úspěšnost, respektive odlišitelnost od dnes používaných teorií, je prakticky nulová.
I kdybychom takovou teorii ale měli, je otázka, jak dobře bychom ji dokázali využít. Může se totiž ukázat, že půjde o teorii natolik složitou, že jí nikdo nebude schopen pořádně rozumět a nikdo ji nebude schopen aplikovat, či podle ní cokoli počítat. Nakonec se tak může ukázat, že místo teorie všeho máme ve skutečnosti spíše teorii ničeho.
Ale i pokud by taková teorie měla existovat, měla by nám být užitečná a měla by spojovat obecnou relativitu s kvantovou mechanikou, obávám se, že jsme od jejího prokázání zatím dosti daleko. Ano, jak jsem uvedl, máme některé poměrně nadějné kandidáty. Bohužel ale naděje na jejich experimentální ověření je za současných okolností mizivá. To bude snad možné teprve s výrazným vylepšením naší současné technologie, a to ještě kdo ví jestli. V tuto chvíli tedy není situace pro teorii všeho příliš příznivá.
11. Kdybys ses mohl podílet na jediném vědeckém projektu spojeném s kosmonautikou, co by to bylo a proč?
Vědeckých misí a projektů, které mě zajímají je spousta, některé jsem zde již zmiňoval v jiných odpovědích. Ať už jsou to observatoře ke
studiu reliktního záření, gravitačních vln, velkých kosmických teleskopů a další. Pokud bych si mohl vybrat jakýkoli projekt, pak bych asi řekl rychlá mezihvězdná sonda s bohatým vědeckým programem, nebo velký radioteleskop na odvrácené straně Měsíce. V obou případech jde o velkolepé projekty daleko za hranicí současných možností, takže by bylo velmi zajímavé se na těchto megaprojektech podílet.
Mám-li ale říci projekt, který by se reálně mohl uskutečnit ještě za mého života, pak bych si vybral velkou a pokročilou astrometrickou observatoř. Není žádným tajemstvím, že jsem velkým obhájcem a propagátorem evropské sondy Gaia, která je neprávem trochu ve stínu jiných misí. Nedělala totiž krásné snímky vesmíru, které se pak všude ukazují. Její vědecký přínos je ale nesporný a obrovský.
V tuto chvíli existují návrhy na vybudování jejího většího nástupce, který by měl snímat oblohu v blízké infračervené oblasti. Tato mise by pochopitelně byla technicky vyspělejší s pokročilejšími detektory a lepší optikou. Uvažuje se o ní jako o páté velké misi evropské ESA. Předběžně se tento návrh označuje jako Gaia-NIR, kde Gaia odkazuje na původní sondu a NIR symbolizuje blízkou infračervenou oblast. Osobně velmi doufám, že tento návrh bude vybrán k realizaci a bylo by mi ctí se na této misi alespoň drobně podílet.
Jak dokazuje sonda Gaia, možnosti jsou obrovské. Gaia objevila nové černé díry, spoustu dosud neznámých planet, podrobně změřila pozice a pohyby téměř dvou miliard hvězd, studovala pohyby naší Mléčné dráhy i sousedních galaxií, prozkoumala historii naší Galaxie, zmapovala proměnné hvězdy a mnoho dalšího. Z jejích výsledků budou astronomové čerpat ještě dlouhé roky po skončení její činnosti. Proto není těžké si představit kolik nového by mohla přinést stejně zaměřená, ale technicky dokonalejší sonda.
12. Představme si, že se za dvacet let se ohlédneš za svou profesní dráhou. Jaký výsledek by ti dal pocit, že tvoje práce měla skutečný smysl?
Nejsem moc příznivcem přehnaně vysokých cílů, ani nereálně vysokých nároků na sebe, i ostatní. Úplně mi bude stačit, když budu mít pocit, že mi moje práce dává a dávala, aspoň ve většině času, smysl a dělal jsem ji a dělám ji s nadšením. A potěšilo by mě, kdyby někdo výsledky mé práce využil ve své vlastní vědecké, či popularizační činnosti, nebo kdyby někomu moje výstupy přinesly poučení, nebo radost.
Tím náš rozhovor končí. Snažil jsem se ptát zejména ne to, co mě samotného zajímalo. Chtěl bych poděkovat Víťovi za čas, otevřenost a především za to, že nám přiblížil nejen fascinující svět současné astronomie, ale také přidal své vlastní pohledy. Přeji mu, aby mu nadšení pro vědu vydrželo i nadále a aby jeho práce přinášela poznání, inspiraci i radost dalším lidem. A kdo ví, třeba se k některým z otázek, které dnes zůstávají nezodpovězené, jednou společně zase vrátíme.
Zdroje obrázků:
https://assets.science.nasa.gov
https://assets.science.nasa.gov
https://science.nasa.gov
https://thumb.wikimedia.org
https://thumb.wikimedia.org
https://thumb.wikimedia.org
https://thumb.wikimedia.org
https://upload.wikimedia.org
https://upload.wikimedia.org
