Neviditelný čert

Fyzik Eric Betzig prolomil hranici viditelnosti v miniaturním světě. Za sestavení mikroskopu s extrémně vysokým rozlišením obdržel se svými dvěma kolegy Nobelovu cenu – za chemii.

V televizním pořadu Hyde Park Civilizace vyslovil několik názorů, u vědce ne úplně běžných. Především to, že sám sebe považuje spíš za vynálezce, že ve vědecké práci je naprostou nutností znalost potřeb koncového uživatele, protože nové teorie a nové technologie bez praktického použití nejsou k ničemu. Podle Betziga musí akademik dobře vědět, co požaduje průmysl i obchod. Vědecké konference by měly plnit v první řadě právě tento účel. Dále konstatuje jako samozřejmé, že většina času věnovaného vědecké práci je časem selhání. On sám ztratil 8 let života usilovné, houževnaté práce vymýšlením přístroje, který se ukázal být nerealizovatelný.

O to pozoruhodnější pak je, že při práci na převratném mikroskopu PALM prý ani on, ani jeho kolega neznali cíl, byli prostě zvědaví, „co to udělá“. Myšlenka, z níž vycházeli, se jim zdála natolik jednoduchá, že nechápali, jak to, že nikoho nenapadla dřív. A další „samozřejmost“ z pohledu vědce: na realizaci jednoduché myšlenky pracovali 6 měsíců, dvacet hodin denně.

Stella

Eric Betzig neodpovídá představě rozevlátého pološíleného myslitele. Je to vědec – pragmatik, realista. Ač tvrdí, že jako fyzik vůbec nezná biologii ani chemii, dopad výsledků jeho práce na tyto obory je obrovský. Přes deklarovaný příklon k praxi ale Betzigův projev nezapře evropskou tradici přístupu k vědě ve smyslu používání pojmů z oblasti estetiky (elegantní teorie, fantastický sen) i náboženství (fungování stroje je zázrak, objev je jako náboženské zjevení).

Interview s Ericem Betzigem se zabývalo nejobecnějšími věcmi, jakými jsou metoda i předmět vědy, ale zároveň v něm zaznělo to, co se zdá být obzvlášť důležité v době rostoucí popularity kreacionismu a úvah o postfaktické době: Betzigův vynález totiž přinesl obrovský objem informací, na nichž věda a technika mohou stavět dál. Neboť, jak Betzig říká, každý výzkum se vyčerpá, každý úkol skončí. Tím, že jeho mikroskop pomohl odhalit procesy uvnitř samotné podstaty života, otevřel okna pro nová témata jiných vědců. Jako by se přiblížilo splnění někdejšího snu encyklopedistů: poznat zákonitosti celého světa. A to Betzig vytvořil (podle jeho mínění) ještě významnější přístroj, než je ten, za nějž s kolegou obdrželi Nobelovu cenu. Avšak o něm zatím nechce prozradit nic bližšího.

Je potěšitelné, když vědec promluví tak, že mu porozumí i člověk nezasvěcený. Podařilo se to Ericu Betzigovi v televizi, podařilo se to i Stevenu Weinbergovi v knize Jak vyložit svět (Objevování moderní vědy). Za poklonu stojí už jen to, že Weinberg jako další nositel Nobelovy ceny (za fyziku) neváhá obětovat mnoho času, aby seznámil nepoučeného čtenáře i s historií vědy. Zároveň, jako jeden z těch, kdo se mohou zařadit k slavným kolegům minulých etap, využívá možnosti zpětného pohledu k zobecnění, odkud kam asi vývoj poznání spěje.

Příběh

Podtitul knihy, Objevování moderní vědy, napovídá výše zmíněnou souvislost se sklonem opravdového vědce k dobrodružství. Weinberg chápe historii vědy jako fascinující příběh. Tento příběh je ale zvláštní tím, že nikdy nemůže dospět ke konci. Jak bylo patrné také z Betzigova vystoupení, uzavřít se dá pouze jednotlivá kapitola. Pokud se vědec neocitl ve slepé uličce, přinejmenším naznačil další vývoj, ukázal, kudy kam. A seriál pokračuje. Pokud je pravda, že máme touhu po poznání zapsanou v DNA, pak nemusíme mít obavy z budoucnosti (nepřivodí-li experimenty s DNA zcela opačný efekt, čím by se kruh krásně uzavřel. Zdá se mi, že v DNA máme také pořádně vrytý sklon k lenošení. Moc pěkné je povídání o Cargo kultu ve Wikipedii.

Weinberg se podobně jako Betzig několikrát zmiňuje o tom, že věda má naplňovat lidské potřeby. Ale není jednou ze základních potřeb právě potřeba vědět? Tradiční, nejobecnější rozdělení vědy se dnes drží dělení na vědy formální a reálné. Smysl formálních věd běžný člověk sotva může pochopit (filozofie, logika, matematika). Poměřování každodenní praxí prostě někdy není možné. A zdánlivě vzdáleně s tímto faktem souvisí i „spící výsledky výzkumu“ – poznatky, které čekají, až „na ně dojde“. Něco už dozrálo k aplikaci, ale grantu se nedostává, něco musí čekat, až přijde čas nové technologie, nových materiálů… Nedostižní Řekové helénistické doby usilovali o obecnou teorii všeho. Ve 20. století chtěl Einstein vytvořit teorii sjednocení sil v přírodě. Nemohlo se mu to podařit, protože se o těchto silách vědělo málo. Zato byl úspěšný, když se zabýval tím, jak pozorování čehokoli závisí na pohybu pozorovatele. Včetně elektronů. Ale netrápil se otázkou, co elektrony jsou. Jejich povahu objasnila až kvantová mechanika.

Za vědecké dobrodružství se dá označit i to, když pozorování, případně ani výpočty, nejsou úplně v souladu se skutečnými výsledky. To se stalo roku 1925 Schrödingerovi, když se rozhodl publikovat závěry o metodě pro výpočet energetických stavů nejjednodušších atomů (atomů vodíku), i když se jeho výpočty mírně lišily od přesně změřených energií. Ale jeho objev hrubé struktury energetických stavů byl významný od prvopočátku, proto považoval za nutné jej zveřejnit. Přesná zdůvodnění přišla až za několik let. O malý nesoulad v pozorování se podle Weinberga nemáme starat. Ještě nedávno nemyslitelné! Věda je zkrátka dramatem – epizody, dějství, se odehrávají v čase. Jen s tím rozdílem, že peripetie znamená novou expozici – začátek. Nebo přece jen závěr (rozuzlení) dramatu, jemuž se říká katastrofa? Vrcholný rozvoj vědy 19. století vedl přímo k atomové bombě…

Na dlouhé trati

Každý ví, že na počátku stáli zvídaví Babylóňané, Číňané, Egypťané, Indové, a především Řekové… Ale skutečně moderní, mezinárodní vědu vytvořil až Západ na základě středověké vědy arabské a evropské. Z počátečního pozorování, popisu, výkladu, později experimentu a ověřování vznikla věda, která kumuluje a vysvětluje. V průběhu staletí se tedy proměňovala metoda i výklad, od poetického, estetického výkladu reality přes teorie, které musely být v souladu s Písmem, až po čistý racionalismus. Jenom helénským matematikům se podařilo, že nebyli překonáni až do nástupu nadvlády rozumu, do vědecké revoluce 16. a 17. století. Věda se tedy rodila (a zápasila) s duchovními oblastmi, jako je poezie, matematika, filozofie, technika, víra. Dlouho se badatel považoval za atrakci!

O vztahu vědy k matematice tolik: mylnou se ukázala představa Platóna a Sokrata, že pravda se dá najít pomocí samotného intelektu. Že vědění přichází skrze přemýšlení. Stačí pozorovat nebe, prohlížet geometrické obrazce a přemýšlet o nich.  Matematika sama o sobě ale nevypoví nic o světě. Matematika je jazykem a způsobem, jímž vyjadřujeme principy fyzikální vědy. Matematika není přírodní vědou. Pozorováním světa nemůžeme nic matematického ověřit ani vyvrátit. Fyzikové prý potřebují matematiky jen tolik, aby se vyhnuli vážným chybám při ověřování svých hypotéz a teorií. Přísní matematici si prý občas nad fyziky zoufají. Nicméně, přes tvrzení o zbytnosti čistého přemýšlení je zapotřebí říci, že dnes vznikl prostor pro čistou vědu bez zřetele na praktické aplikace. I ve starém Řecku ale existovalo intelektuální snobství…

Viděno dnešníma očima je možná zvláštní, že se za užitečnou, praktickou vědu považovala nejprve astronomie. Je to nakonec pochopitelné: nebe je každý den, každou noc nejlépe pozorovatelné. Dávno sloužilo jako kompas, hodiny, kalendář. Astronomie se stala exaktní vědou s vynálezem přístroje, který umožňoval přesná měření zdánlivých pohybů Slunce. Byl to přístroj s názvem gnómon. Praktický technický předmět, který umožnil vědecké objevy. Ideální!

O vztahu víry k vědě Weinberg soudí, že jakýkoli „inteligentní plán“ znamená rezignovat na vědu vůbec. Skepse je velmi užitečná a pohanská věda je vědou bez teologů. Ani filozofie není spolehlivý průvodce vědou a v přírodě není nic, co by odpovídalo ideám božství, lásky, násilí, spravedlivosti, morálky... Věda je neosobní, a jakkoli můžeme dumat nad nějakou teorií třeba z pohledu estetických zákonitostí, nakonec se neobejdeme bez nestranných experimentálních testů. To je základní rozdíl mezi vědou starověku, středověku a současnosti.

Snad by se ale přece jen dalo hovořit o kráse svého druhu: už Koperník věděl, že krásná a jednoduchá teorie bývá pravdivější než teorie složitá, krkolomná. Je také známo, že zvláště fyzikové milují symetrii: když je někde něco černého, bude někde něco bílého… Typickým příkladem krásné teorie je teorie strun. Popisuje různé třídy elementárních částic jako rozdílné modely vibrací tenkých strun. Matematicky se zdá být stěží konzistentní, i když předpokládá matematickou soudržnost. Strunová teorie připomíná pevnou uměleckou formu, jakou je např. sonet, avšak dosud nevedla k žádné možnosti experimentálního ověření. A bez ověření se podobné úvahy blíží více poezii. Mnoho už bylo napsáno (i na tomto blogu) také o vztahu matematiky a hudby…

Zatímco např. od prvopočátků trvá úzký vztah astronomie a fyziky jako samostatných oborů, složitějším vývojem prošla biologie. V podstatě se o ní jako o samostatném oboru nedá hovořit až do Darwinových a Wallaceových úvah. Myšlenka evoluce nebyla ničím novým, ale předpokládalo se, že vše živé má prostě přirozenou tendenci se zdokonalovat. Nebyl důvod spojovat biologii s fyzikou. Darwin a Wallace přišli s tezí, že evoluce působí skrze projevy dědičných změn a výhodné změny zlepšují šance na přežití. Až po dlouhé době byl přirozený výběr uznán za evoluční princip a ještě později, ve 20. století, došlo k neodarwinistické syntéze díky poznání zákonů genetiky a výskytu mutací. S poznatkem, že se genetická informace přenáší molekulami dvoušroubovice DNA, došlo ke spojení biologie s chemií a k sjednocení pohledu na přírodu: založenou na fyzice!

Podle Weinberga neexistují žádné samostatně stojící biologické zákony (ani geologické), protože všechno živé je kromě jiného výsledkem nesčetných historických náhod (dopad planetky…). Žádný obecný biologický zákon nemůže vyhovovat principům fyziky a historickým událostem – náhodám – zároveň. Podobnému názoru se říká redukcionismus a tento názor popuzuje nejednoho vědce, fyziky nevyjímaje.

Weinberg se zastavil také u medicíny. Chápe ji jako aplikovanou vědu, která ovšem asi nejdéle odolávala praktickému ověřování. Po staletí si medicína vystačila s jedinou teorií (o čtyřech tělesných šťávách), aniž by tuto teorii praxí ověřila. Tuto teorii na univerzitách doplňovala astrologie. Nejběžnější praxe, jakou bylo puštění žilou, mnohem víc ubližovala, než pomáhala. Klinické testy léků se neprováděly až do 20. století. Jak autor říká, bylo lepší se lékaři vyhnout. Jak je to možné? Jednak pokrok v biologii nebyl nijak rychlý a nakonec, smrt pacienta mohla mít mnoho příčin. A velkou roli zde hrála i nedotknutelná autorita lékařů, o nichž se zkrátka nepochybovalo.

Pohled moderního vědce

Pobavilo mě, s jakou chutí Weinberg vypočítává chyby slavných vědců minulosti a konstatuje, že se význam mnoha z nich přeceňuje. Uvádí např. Francise Bacona a René Descartese. U Descartese je zajímavé, že sám se domnívá nalézt správnou metodu, jak vést rozum. Jeho význam pro matematiku a fyziku je ale nesporný. Chyb se dopouštěl Galileo i „divný pavouk“ Newton, nepříjemný až podlý člověk. Tento podivín ale provedl syntézu fyziky, astronomie, matematiky. Jím vrcholí vědecká revoluce. Newton sjednotil „nebeskou a pozemskou fyziku“.

Příběh vědy pak pokračoval sjednocením teorie elektřiny a magnetismu až k objasnění světla. Kvantová teorie elektromagnetického pole zahrnula slabé i silné jaderné síly. Kvantová mechanika převedla chemii do oblasti fyziky. Moderní chemie a biologie pak umožnily jednotný pohled na přírodu založenou na fyzice. Tento pohled není uzavřený. Jde o věc tak složitou, že se prozatím neobejdeme bez redukcionismu. Podle Weinberga určitě jednou pochopíme, jak se tvoří vědomí. Ale vědomé pocity sotva popíšeme pomocí fyziky. I on tuší, že možná ne všechno se dá zařadit do sjednoceného rámce jediné vědy. Možná totiž jako lidé nejsme dost chytří na to, abychom ty skutečně fundamentální zákony fyziky dokázali pochopit.

Zdroj: Weinberg, Steven: Jak vyložit svět (Objevování moderní vědy), Slovart, 2016

P. S.: Jenom technické poznámky (bez literatury) na konci knihy představují skoro stovku stránek.

02.12.2016, 00:00:00   Publikoval Luciferkomentářů: 7