Student World

Žádá se od nás, abychom předpověděli stav vědeckého výzkumu za padesát let ode dneška. Padesát let je dlouhá doba vzhledem k tempu, jakým fyzika a kosmologie za posledních několik století pokročily. Snad to však není příliš dlouho na to, aby bylo možné učinit předpovědi, které by tou dobou nebyly jen k smíchu. Když se ohlédnete zpět a uvědomíte si, jak se věda v minulosti vyvíjela, zjistíte, že závažné otázky, které si lidé kladli, byly zodpovězeny často až o padesát let později. Přesto však byl vědecký pokrok dostatečně pomalý na to, aby vědci mluvili přibližně stejným jazykem jako jejich kolegové ze stejných oborů o půlstoletí dříve.

Poznámka Pavel Houser:
Jedná se o verzi textu před závěrečnou redakční a jazykovou korekturou, proto prosím čtenáře o shovívavost.

Přenesme se tedy o padesát let do minulosti a podívejme se na velké otázky tehdejší doby. Můj vlastní seznam by zahrnoval mimo jiné tyto:

1) Jaká je podstata silné vazby, která spojuje atomová jádra?
2) Jaká je podstata slabé vazby, zodpovědné za radioaktivní rozpad?
3) Je model ustáleného stavu vesmíru správný, nebo kdysi došlo k velkému třesku, jak nadnesl Gamow a další okrajové postavy?
4) Mají protony a neutrony nějakou vnitřní strukturu?
5) Proč mají proton a neutron nepatrně rozdílné hmotnosti, zatímco elektron je mnohem lehčí než obě tyto částice? A jak to, že neutrino nemá hmotnost žádnou? Co je to mion a kdo si jej objednal?
6) Jaký je vztah mezi obecnou relativitou a kvantovou teorií?
7) Jak bychom měli správně chápat kvantovou teorii?

Myslím, že dnes již můžeme s jistotou prohlásit, že známe odpovědi na první čtyři otázky. Na zbývajících třech ještě pracujeme. Avšak i ony první čtyři jsou dnes stále aktuální. Vlastně se dá říci, že metody, které vedly k zodpovězení těchto otázek, tvoří dnes základ studia budoucích teoretických fyziků.
Když se však přeneseme v čase ještě o dalších padesát let nazpátek, zjistíme, že otázky tehdy kladené nám již dnes velké starosti nedělají. Nejsem v historii zběhlý natolik, abych dokázal vyjmenovat problémy, s nimiž se potýkali vědci na přelomu minulého století, ale je pravděpodobné, že se zajímali spíš o vlastnosti éteru než vlastnosti atomů. Neměli tehdy v ruce žádný reálný důkaz existence atomů, ten se objevil až o pár let později. V roce 1900 dokonce spousta fyziků v žádné atomy ani nevěřila. Jiní, například Ernst Mach, byli přesvědčeni, že tato problematika nepatří do fyziky, jelikož atomy nebudeme moci nikdy pozorovat. Pokud jde o astronomii, tak v roce 1900 nebyla ještě prokázána existence jiných galaxií než Mléčné dráhy a nikdo tehdy neměl ani tušení, proč vlastně hvězdy svítí. Takže zatímco fyzikové na počátku padesátých let minulého století by pravděpodobně chápali otázky, které si vědci kladou dnes, na začátku dvacátého století by nikdo nerozuměl ani odborným termínům, které v roce 1950 fyzikové používali.
Někdy se věda změní během padesáti let tak málo, že se lze pokusit o smysluplnou předpověď toho, co budeme za stejnou dobu v budoucnosti znát a umět. Existují však období tak rychlého pokroku, že nic předvídat nelze. Vypadá to, že existuje jakýsi horizont, někde mezi padesáti a sto lety do budoucnosti, za nímž je již zcela bezpředmětné pokoušet se o jakékoliv předpovědi vědeckého pokroku.
Zkusme se na chvíli zamyslet, proč tomu tak je. Zčásti je to pravděpodobně dáno tím, že padesát let zhruba odpovídá délce vědecké dráhy, od počátku studií po odchod do důchodu. Takové časové rozpětí pak představuje období, kdy jsou ve hře konzervativní tendence, které jsou vetkány do struktury akademické kariéry, a které zpomalují vědecký pokrok. Věda je tvrdým oříškem a my vědci chceme rozumět svým oborům co nejlépe, takže pokud nás někdo nedonutí ke změně, dáváme přednost postupům a myšlenkám, s nimiž jsme již dobře obeznámeni. Dalším faktorem je skutečnost, že kariéry mladých výzkumníků mají často ve své moci jejich nadřízení téměř důchodového věku, kteří mnohdy již nepůsobí aktivně, a neznají proto nové metody. Čerstvý absolvent toužící udělat kariéru se zdráhá pracovat na něčem, čemu mocní mužové a ženy jeho oboru nerozumí, třebaže k tomu má předpoklady. Proto tedy, mám-li předpovědět, jak bude vypadat má disciplína za padesát let, představím si, o čem budou ti nejbystřejší z mých studentů diskutovat na svých seniorských setkáních. Řekl bych, že pokud je některé údaje, které si nebudou moci nijak vysvětlit, nedonutí provést podobnou revoluci, jaká proběhla na počátku dvacátého století, budou mluvit jazykem, kterému se naučili od nás. Pokud mi dá budoucí vývoj za pravdu, pak pro ně může mít současné studium přece jen nějaký užitek, třebaže romantici mezi námi by jistě přivítali spíše revoluci než potvrzení našich stávajících teorií.
Rovněž si můžeme jen domýšlet (překlad odpovídá), co bylo na sociologii vědy první poloviny dvacátého století tak zvláštního, že se z ní zrodil tak závratný pokrok. Napadají mne dvě věrohodné odpovědi: za prvé outsideři jako Albert Einstein a Paul Ehrenfest měli možnost publikovat, i když nezastávali žádnou univerzitní funkci, a za druhé generace předcházející otcům kvantové teorie byla téměř vyhlazena během 1. světové války, čímž uvolnila místo Heisenbergovi, Diracovi a jejich přátelům.
Co tedy budeme vědět o fundamentální fyzice a kosmologii za padesát let, uvážíme-li vše, co zde bylo doposud řečeno? Nebudu jen hádat a navrhnu raději metodu, s jejíž pomocí bychom mohli dojít k závěrům, které by v roce 2050 nemusely vypadat směšně. Nabídnu zde přehled těch nejzásadnějších otázek, které dosud nejsou zodpovězeny. Pak se zeptám, jaký vývoj můžeme očekávat v experimentální a observační vědě, který by nám umožnil ověřit příslušné odpovědi. Nebudu se zabývat vývojem v teoretických oborech, protože ke všem mým otázkám již byly předloženy možné odpovědi a já mám za to, že v rozmezí padesáti let budeme moci my teoretikové na základě budoucích experimentů své hypotézy poopravit, či přijít s některými novými.

Zde je tedy můj seznam nejzávažnějších otevřených otázek v oblasti fundamentální fyziky a kosmologie:

1) Platí kvantová teorie, jak je v současnosti formulována, nebo ji bude třeba modifikovat, buď tak, že přijdeme s nějakou rozumnou fyzikální interpretací, nebo že ji sjednotíme s relativitou a kosmologií?

2) Co je kvantová teorie gravitace? Jaká je struktura prostoru a času v Planckových délkách (10-33 cm, neboli o dvacet řádů menších než je velikost atomového jádra)?

3) Jak vysvětlit přesné hodnoty parametrů, které určují vlastnosti elementárních částic, včetně jejich hmotností a sil, jež mezi nimi působí?

4) Jak vysvětlit ohromné relativní poměry různých škál, které pozorujeme? Proč je gravitační síla mezi dvěma protony 10 na 40 násobně slabší než jejich vzájemné elektrické odpuzování? Proč je vesmír tak veliký? Proč je nejméně 1060 krát větší než fundamentální Planckova délka? Proč je kosmologická konstanta menší než kterýkoliv jiný fyzikální parametr o přibližně stejný násobek?

5) Proč došlo k velkému třesku? Co určilo vlastnosti vesmíru, který se z něj zrodil? Byl velký třesk skutečně počátkem vesmíru? Pokud ne, co bylo předtím?

6) Z čeho se skládá temná hmota a temná energie, která tvoří 80 až 95 procent hustoty vesmíru?

7) Jak došlo ke zformování galaxií? Co nám mohou vzory v rozmístění galaxií prozradit o raném vývoji vesmíru?

První čtyři otázky rozvádějí a prohlubují nevyřešené problémy z doby před padesáti lety. Zbývající tři jsou nové. Zeptejme se tedy, zda budou experimenty a pozorování v příštích padesáti letech stačit k tomu, abychom byli schopni ověřit odpovědi, které teoretikové předloží. Samozřejmě, že během padesáti let může být vynalezeno téměř cokoliv. Má-li být má metoda věrohodná, musíme k vědeckému pokroku zaujmout konzervativní postoj. Vezmu tudíž v úvahu pouze technologie, které již existují nebo se právě vyvíjejí. V případě těch druhých vezmu v úvahu pouze ty, jež většina odborníků považuje za uskutečnitelné v horizontu několika příštích let. Avšak u každé jednotlivé technologie, ať už existující nebo ve vývoji, budu předpokládat, že bude v průběhu následujících padesáti let rozvinuta až na hranici svých možností, s přihlédnutím pouze k těm omezením, která jsou dána přírodními nebo ekonomickými zákony. Běžné mikroskopy mají přirozený limit daný vlnovou délkou světla; přirozený limit teleskopů zase spočívá v rychlosti světla ve vesmíru konečného stáří. U jiných technologií bude rozhodovat spíše jejich finanční náročnost. Můžeme celkem s jistotou předpokládat, že nebude možné uskutečnit žádný experiment, jehož cena by v dané době překročila obranný rozpočet Spojených států. Jedním dechem zároveň dodávám, že nejsem odborníkem na experimentální fyziku ani pozorovací kosmologii a neprovedl jsem žádnou podrobnou studii daných omezení. Mé odhady budou tedy nutně velmi přibližné. Na základě extrapolace současné technologie až k jejím přirozeným a finančním limitům tak předpovídám, že někdy v polovině tohoto století se můžeme nadít následujícího.

O autorovi: Lee Smolin, teoretický fyzik, je zakládajícím členem a výzkumným pracovníkem ústavu Perimeter Institute ve Waterloo v Ontariu. Je autorem knih The Life of the Cosmos (Život vesmíru) a Three Roads to Quantum Gravity (Tři cesty ke kvantové gravitaci).

Dokončení eseje zítra

Úryvek knihy
John Brockman
Příštích padesát let
Věda v první polovině 21. století
Kniha právě vychází v nakladatelství Dokořán, http://www.dokoran.cz

Překlad Aleš Drobek, váz. s přebalem, 272 stran, 298 Kč, ISBN 80-7363-001-X, řada Aliter
Anotace vydavatele
Tento významný projekt přináší v 25 původních esejích pohled na příštích padesát let pokroku lidského vědění a dopadů tohoto pokroku na osud lidstva. Nejde o módní prognostické fantazírování, které by jen prodloužilo křivku současných trendů, ani o hádání z křišťálové koule: přední vědci a myslitelé z těch nejexponovanějších oborů zde podávají kvalifikovaný vhled do vnitřní struktury a dynamiky rozvoje svých specializací i jejich mezioborových vazeb vývoje, z něhož vyjdou revoluční změny blízké budoucnosti. Autor projektu a pořadatel knihy je zakladatelem Edge Foundation, diskusního fóra pro mezioborovou spolupráci špičkových vědců.

autor