Jeho jméno není známo jen úzkému okruhu vědeckých zasvěcenců. Přednáškovou činností, pořádáním astronomických táborů a dalšími aktivitami popularizuje Petr Viewegh (dříve Dvořák) přírodní vědy i mezi širokou veřejností. Daří se mu to jistě také proto, že i o složitých oborech, jako je astrofyzika, kvantová mechanika či nanofotonika, dokáže hovořit srozumitelně a pro laika přitažlivě. Zatímco v nanotechnologických laboratořích řeší s pomocí nejmodernějších přístrojů sofistikované vědecké problémy, v soukromí zůstává „obyčejným klukem z vesnice”, jehož cesta k fyzice nebyla rozhodně přímočará. Náš rozhovor se tedy netočil jen kolem práce v oboru nanofotoniky a projektů, kterým se věnuje v rámci působení na CEITEC VUT, ale nahlédli jsme i do Petrova nevšedního osobního příběhu a dotkli se univerzálních témat spojených s fyzikou a vědeckých výzkumem.
Petře, ty jsi mimo jiné známý jako popularizátor astronomie a přírodních věd, a to i mezi nejmladšími generacemi, pro které pořádáš například astronomické tábory. První otázka se tedy přímo nabízí: kdy u tebe propukl zápal pro vesmír a fyziku, bylo to už v dětském věku?
Děkuji za tuto otázku. Můj příběh je trochu delší a spletitý, takže jestli dovolíš, maličko se rozpovídám. Jako diagnostikovaný dysgrafik a dyslektik, který měl například s diktáty obrovské problémy, jsem rozhodně nebyl předurčen ke studijní dráze. Miloval jsem vaření a byl pevně rozhodnut vyučit se kuchařem. Zároveň mi ale šla fyzika a matematika, takže mě vyslali na fyzikální olympiádu, kde jsem uspěl a dostal za odměnu knížku My a hvězdy od Jiřího Rady. Byla tenoučká, takže mi nedělalo problém si ji přečíst (smích). Na té knížce mě fascinovalo, jak propojovala vesmír s matematikou, ukazovala, co se dá všechno spočítat. Přál jsem si proto další literaturu na toto téma a nalezl v astronomii svého velkého koníčka. Ale stále jsem se chtěl stát kuchařem.
A co bylo dál?
V deváté třídě mě moje maminka přemluvila, abych si vedle kuchařského učňáku podal přihlášku i na nějakou technickou školu. Tak jsem zkusil jihlavskou průmyslovku, kde se dělaly přijímačky jen z fyziky a matematiky. No, a vzali mě poměrně bez problému. V Jihlavě jsem začal navštěvovat astronomický kroužek a skrze fyzikální korespondenční soutěž se seznámil s mými vrstevníky z gymnázií, nejlepšími fyziky svých ročníků. Ti mě začali učit fyziku a matematiku a já jim zase mohl nabídnout trošku praktičtější přístup k životu i k vědě. V té fyzikální korespondenční soutěži se vedle klasických teoretických příkladů vždy objevila jedna experimentální úloha, a to byla moje parketa. Jak jsem studoval na průmyslovce strojařinu, která mě opravdu bavila, tak mi nedělalo problém vyřezat si a sestrojit určité zařízení či vymyslet nové řešení praktického úkolu. Zkrátka jsem měl úplně jiný přístup než teoreticky „nabušení” kamarádi z gymnázií.
Z tvého vyprávění tedy soudím, že jít pak studovat do Brna na VUT musela být zcela přirozená volba...
Tak přímočaré to nebylo. Ve čtvrťáku jsem byl rozhodnutý, že půjdu studovat na Matfyz. Pak ale přišel jeden den, který změnil můj osud. Ačkoliv už jsem byl přijatý do Prahy, jel jsem se spolužáky do Brna na den otevřených dveří Fakulty strojního inženýrství VUT. Plán byl takový, že se ráno projdeme po stáncích jednotlivých studijních oborů a pak vyrazíme někam na pivo. No, já tam jel hlavně kvůli tomu pivu (smích). Na jednom hodně opuštěném stánku, kde mě zaujala vystavená učebnice fyziky, mi řekli, že oni jsou „takovej neobvyklej obor, něco mezi fyzikou a strojařinou ”. To mě jako strojaře a milovníka fyziky hodně zaujalo, a tak jsem šel místo hospody do laboratoří, které mě naprosto uchvátily. Když jsem se vracel domů posledním večerním vlakem, byl jsem už pevně rozhodnutý, že půjdu místo Matfyzu na VUT. A tohoto rozhodnutí jsem nikdy nelitoval.
A jak ses pak dostal konkrétně k nanotechnologiím?
To je vlastně přirozené pokračování příběhu, který jsem už předestřel. Mě od dětství hrozně bavilo manuálně pracoval s věcmi. Dělat v dědově dílně, vyřezávat ze dřeva, stavět motokáru... Zároveň jsem však vždycky toužil i věci rozebírat, experimentovat s nimi, poznávat, co je uvnitř, pátrat po podstatě. K tomu tu byla také ta vášeň pro astronomii, která mě přitahovala i z filozofického hlediska. Kladl jsem si otázku, jak možné, že to všechno zrovna takhle funguje. Ale i zde mě hodně zajímala ta technická stránka poznávání vesmíru. Přirozeným vyústěním těchto tendencí bylo to, že jsem se více než o teoretickou začal zajímat o experimentální astrofyziku: když si dnes čtu o tom, jak funguje nejmodernější vesmírný dalekohled, tak je pro mě celkem jednoduché chápat ty technické věci. Spíš si pak musím občas dostudovat, proč se ten přístroj zrovna používá například pro výzkum atmosféry planety. No, a díky VUT jsem zjistil, že existuje obor, který se tehdy ještě jmenoval fyzikální inženýrství. Jak už název napovídá, propojují se tu oba dva světy: je tam jak ten inženýring, tak i fyzika, a těžištěm je experimentální práce v laboratořích.
Takže jestli tomu dobře rozumím, z oboru fyzikální inženýrství se stal obor nanotechnologií.
Ano, ještě během mého studia se přidalo ono slůvko „nanotechnologie”, čímž se ten obor stal více „sexy”. Profesor Šikola, velmi významná osobnost našeho ústavu, který tady byl tenkrát už ředitelem, sem přiváděl právě ty nové nanotechnologie. Profesor Liška, který tento ústav zakládal, byl zase optik, což je obor, který je mi už vzhledem k nadšení pro astronomii také velmi blízký. Já jsem pak tyto dva zájmy skloubil a věnuji se optickým vlastnostem nanostruktur. Takže celý život pracuji se světlem, skrze které stále získáváme většinu informací o vesmíru, ale i o mikrosvětě. Astronomie tedy zůstává mým velkým koníčkem, ale to, čemu se ve výsledku pracovně věnuji, je nanofotonika.
Nedílnou součástí laboratoří nanotechnologií jsou elektronové mikroskopy, které nám umožňují nahlédnout do elementárních struktur hmoty. Jaké to bylo, když jsi poprvé na vlastní oči spatřil atom?
Poprvé jsem samozřejmě viděl atom na obrázku, který nebyl můj. Ale ve čtvrťáku jsem se dostal do Vídně na Erasmus, kde jsem byl ve výborné skupině profesora Vargy zabývající se takzvanou rastrovací sondovou mikroskopií, což je technika, která jako jedna z prvních uměla zobrazovat atomy. Tam jsem na vlastní kůži poznal, jak tyto věci fungují. Člověk pět měsíců musel dělat každodenní rutinu, ráno přijít do laboratoře, dvě hodiny připravovat vzorek, chladit ten systém… A tak pořád dokola. Až po pěti měsících pracné lopoty jsme se konečně dostali na atomární rozlišení a já na vlastní oči uviděl ty „kouzelné kuličky”. To byl neuvěřitelný pocit.
A dá se nějak konkrétněji popsat? Slavný autor sci-fi a vizionář Arthur C. Clarke pronesl tu známou větu, že velmi pokročilé technologie de facto nelze odlišit od magie. Co tedy prožívá člověk, který je pomyslně zasvěcen do jednoho z nejhlubších mystérií přírody?
Asi nejvíc jsem v té chvíli pociťoval hlubokou úctu k těm, kteří ten přístroj vymysleli. Co všechno předcházelo tomu, než mohl člověk nahlédnout takto do nitra hmoty… U mě to znamenalo jen pětiměsíční úsilí, ale pro ně to byla ještě mnohem delší cesta lemovaná neskutečnou prací. Museli při ní doslova piplat každý technologický detail, řešit nekonečnou spoustu jednotlivostí, s naprostou přesností a precizností. Takže to byla vlastně celoživotní pouť, na jejímž konci stál jeden „viditelný” atom. A dnes už jsme na subatomárním rozlišení, což je zase úplně jiný level. Takže klobouk dolů před všemi, kteří tohle všechno vymysleli a uskutečnili.
Ptát se na budoucnost a perspektivu nanotechnologií je asi zbytečné, ve kterém odvětví či oboru je však podle tebe nanotechnologický vývoj pro lidstvo nejzásadnější či nejužitečnější?
To je celkem zapeklitá otázka, nanotechnologie dnes pronikají do tolika oblastí života, že bychom spíše mohli hledat obory, kde nejsou využitelné. Pokud se budeme bavit o obecných trendech, pak jeden z velkých úkolů, který lidstvo musí vyřešit, je uchovávání energie. Když si vezmeme elektromobilitu, či uchovávání a převážení energie z obnovitelných zdrojů, tak to vše klade obrovské nároky na kvalitu baterií. Právě v této oblasti nám nanotechnologie velmi pomáhají.
Další z oblastí je určitě umělá inteligence. To je sice na první pohled věc programátorská, ale musíme si uvědomit, že aby mohla IT fungovat, musí mít velmi výkonnou elektroniku. I když pojem elektronika už zní trošku nepatřičně, protože vychází ze slova „elektron” a dnešní technologie už začínají využívat úplně jiné fyzikální principy než ty založené na klasických tranzistorech. Hodně se mluví o kvantových počítačích, ale nikdo přitom ještě neví, jak takové počítače budou fungovat, protože přístupů je stále několik. Jednou z možností, kterou se zrovna my zabýváme, je i využití světla, tedy informace nesené fotonem, což by mělo tu výhodou, že systémy využívající světlo by nepotřebovaly chlazení na nízké teploty. S tím souvisí i komunikační zařízení. Dnes je 5G v podstatě zastaralá technologie, ve vědě se už používá 6G, přesouváme se tedy do terahertzových technologií.
A další důležité oblasti, kde se třeba v dobrém světle ukazují i naši vědci?
Určitě je třeba zmínit materiálový výzkum. Díky využití nanotechnologií se dnes objevuje obrovské množství materiálů s unikátními vlastnostmi. Česká republika dnes hraje prim v nanomagnetismu a díky převratnému objevu profesora Jungwirtha k nám možná konečně doputuje i Nobelova cena za fyziku. Oblast, o které se třeba tolik nemluví, je filtrace vody. Není samozřejmostí, že pijeme kvalitní kohoutkovou vodu nebo že ze splaškové vody jsme schopni uvařit dobré pivo, a také v této oblasti učinili naši vědci mnoho důležitých objevů.
A pak je tu samozřejmě obor molekulární biologie, který integruje ve svém přístupu hlediska fyzikální, chemická, biologická i genetická. Když si vezmeme tuto oblast od vakcín až po metody genetického upravování kódu, tak se vlastně jedná o produkty, které lze považovat za nanotechnologie. Využití nanorobotiky v oblasti molekulární biologie na CEITEC VUT detailně zkoumá profesor Pumera a jeho práce přináší velmi zajímavé výsledky. Na příkladu molekulární biologie lze dobře demonstrovat, jak tyto pokročilé technologie pomáhají lidstvu, v tomto případě při léčbě nejrůznějších nemocí. Ale říci, ve které oblasti najdou nanotechnologie nejzásadnější uplatnění, je trochu věštění z křišťálové koule, protože může přijít přelomový objev, který vše ze dna na den otočí. Jisté je, že se věda stává stále více multidisciplinární záležitostí a nanotechnologie i díky tomu nalézají uplatnění v celé řadě oblastí.
Už jsi nakousl působení na CEITEC VUT. Jaká je zde tvoje role a na jakém projektu momentálně pracuješ?
Jak už jsem zmínil, mým zaměřením je nanofotonika, čili zjednodušeně řečeno zkoumání interakce světla s hmotou v nanorozměrech. Na CEITEC je extrémně dobrá takzvaná nanofabrikace, což je výroba nanostruktur pomocí litografií apod. Jsem zde v týmu profesora Šikoly, který se zaměřuje na výrobu zajímavých nanostruktur. Taková práce je multidisciplinární a vyžaduje opravdu velký tým lidí. Musíte mít výpočtáře, kteří dovedou vypočítat, jak ty struktury rozložit, aby se chovaly tak, jak potřebujeme, pak je tu skupina kolegů, kteří struktury optimalizují a snaží se vyrobit ideální verzi, což rozhodně není jednoduché. A když už máme ten výrobek, musí tu být někdo, kdo zjistí, zda správně funguje. Mým zaměřením tady je právě ta charakterizace. Čili v týmu působím jako experimentátor, který opticky charakterizuje nanostruktury.
Používáme například spektroskopické metody, kdy se v podstatě díváme, jakou barvičku to světlo odrazí nebo vyvine. Hodně se zaměřujeme na holografickou mikroskopii, která zobrazuje fázi světla. Zároveň se často díváme na polarizační stavy fotonů, což je věc, která se hodně využívá v kvantových technologiích. Co se týče konkrétní činnosti, zabýváme se například technologickým využitím karbidu křemíku či oxidu vanadu, což jsou látky s velmi zajímavými optickými vlastnostmi. Projektů je celá řada, někdy říkáme, že jsme taková přeprojektovaná skupina. Daří se nám prostě získávat granty, což je samozřejmě ta lepší varianta, než je nemít, ale podmínkou úspěchu, jak už jsem zmínil, je velký a dobře strukturovaný tým.
Důležitý je samozřejmě praktický dopad vašeho výzkumu. Můžeš se pochlubit nějakým objevem, který už třeba pomáhá lidem a zjednodušuje jim život?
No, to jsou možná silná slova, chleba díky nám stále ještě levnější nebude (smích). Ale jsme určitě v úzkém kontaktu s firmami, které náš výzkum sledují. Jako příklad, který dobře ilustruje, že ta spolupráce může fungovat, mohu uvést výrobu optických metapovrchů. Ty v podstatě představují další krok na cestě k odstranění klasických optických komponent a jejich přeměny do tenkého povrchu. Když si představíš svůj mobilní telefon, tak před jeho fotografický čip potřebuješ vměstnat čočky, které jsou hrozně tlusté a kvůli tomu je tlustý i tvůj mobil. A to je nepraktické, chceme elektroniku zmenšovat. Toho lze právě dosáhnout díky těmto pečlivě navrženým nanostrukturám, které nahradí klasickou čočku. Tyto trendy pochopitelně sledují firmy, které se zabývají optikou, a jejich odběratelé jsou zase výrobci čipů apod. Takže třeba v této oblasti optických metapovrchů je spolupráce s průmyslem velmi úzká a vede k praktickým výsledkům.
Z tvého vyprávění musí mít laik pocit, že nanotechnologie dokážou hotové divy. Tak mě napadá, že pomineme-li Slunce, zemi nejbližší hvězdou je Proxima Centauri, což je červený trpaslík. Tak mi řekni, kdy člověkem vyrobený nanorobot rozloží a zase složí Proximu Centauri?
Samozřejmě teď narážíš na kultovní seriál Červený trpaslík, kde nanoroboti rozkládají a zase skládají živé organismy i celé hvězdy (smích). No nechci říct, že to nenastane, protože když sleduji třeba metodu genetického inženýrství CRISPR, tak ta přináší opravdu fascinující výsledky. I když si zase nemyslím, že jednou dojde k tomu, že bychom uměli nějak přenášet vědomí. Určitě bychom však v budoucnu mohli s pomocí nanorobotů vytvořit nějakou genetickou kopii, to zase není tak extrémně složité, zde jde spíš o etický rozměr. Ale abychom rozkládali hvězdy, to přecházíme do makrosvěta, zde to už bude hodně těžké (smích). Spíše je zajímavé sledovat, jestli se nám s pomocí těchto technologií podaří přiblížit k jiným hvězdám, jiným světům. Dnešní výzkum naznačuje, že v oblasti cestování vesmírem a mezihvězdných letů mohou hrát právě metapovrchy jednou velmi významnou roli.
Pro mě je právě fascinující to propojení mikrosvěta a makrosvěta. Ty ve svých popularizačních přednáškách hledáš hranice vesmíru, a zároveň dennodenně pronikáš do těch nejelementárnějších struktur hmoty. To jsou pro nás velikosti a vzdálenosti, které jsou zcela nepředstavitelné, nedokážeme je vůbec pojmout intuitivně, neboť neodpovídají našim běžným zkušenostem. Jak to dokážeš v jedné přednášce, dokonce v jedné myšlence či větě takto skloubit?
Vrátil bych se k mým začátkům v astronomickém kroužku. Tam jsem si asi poprvé uvědomil, že pokud chci pochopit, jak funguje vesmír, tedy makrokosmos, musím zároveň studovat, jak funguje ten nejmenší svět. I ty největší hvězdy jsou složeny z atomů, a pokud chceme vědět, jak vznikly a proč září, musíme pochopit ty procesy na elementární úrovni. No, a tak jsem se zjednodušeně řečeno dostal k mikrofyzice. Zajímavé je, že když pronikneš na tu elementární úroveň, pochopíš, že příroda vlastně funguje na jednoduchých zákonech. Složité komplexnosti, jako je třeba lidský mozek, se řídí několika základními fyzikálními principy. My jsme na první stránce tajemství poznání. Fyzika končí někde periodickou tabulkou prvků. Pak přijde chemik a vytvoří organickou molekulu. Za ním kráčí biolog, začne organickou molekulou a končí člověkem. Já vím, že nikdy nedokážu pochopit, jak funguje lidský mozek nebo jen jedna jeho buňka. Ale zase mám to štěstí, že jdu od základu, abych pochopil, jak fungují atomy. Nepřestane mě udivovat, že co funguje u nás v laboratoři, funguje i v celém vesmíru. Řídí se to stejnými zákony a vytváří to komplexní svět, který mě naplňuje krásou a úžasem.
Takže svět vnímáš komplexně, ale zároveň dokážeš odlišit mikrosvět a makrosvět. Na kvantové úrovni se ale přece dějí „šílenosti”, pro které nemáme žádnou gramatiku. Proti těmto „zázrakům” jsou pohádky bratří Grimmů jen suchopárná naturalistická próza. Ty jsi s tímto světem v každodenní interakci. Nebojíš se někdy, když přijdeš z práce, sedíš v obýváku a manželka v kuchyni vaří kafe, že projde i s šálkem oběma kuchyňskými dveřmi, poté interferuje sama se sebou a tu kávu ti donese ke křeslu v podobě vlny?
Ano, to je přesný popis kvantové superpozice, v mikrosvětě to tak prostě je (smích). To je ten problém naší lidské fantazie. My se snažíme pořád si představit u těch elementárních částic, že je to nějaká kulička nebo vlna, ale ono to není ani jedno z toho. Je to prostě objekt mikrosvěta, ale i to slovo „objekt” je dost zavádějící, protože v nás už cosi evokuje; jak jsi říkal, je to zkrátka něco, pro co nemáme gramatiku, pro co nemáme správný pojem. Ano, kvantový svět je plný podivností, ale už jsem se to naučil akceptovat, už se tím netrápím. Když se bavím o kvantové fyzice se svými studenty, často se ptají, jak je to a ono možné, jak to a ono může fungovat. Říkám jim: „Netrapte se tím! Běžte domů, koukejte na hvězdy, jak krásně svítí a užívejte života!”
Nemusíme přece všemu do detailu rozumět: všichni umíme používat mikrovlnku, ale jenom málokdo ví, jak funguje uvnitř. Lékař používající nejmodernější přístroje nemusí chápat Schrödingerovu rovnici a přitom zachraňuje životy. Ano, existuje lidská zvídavost, která na to stejně chce přijít, a ta pohání dopředu i vědu. Ale k tomu, abychom dělali běžné věci a stali se dobrými lidmi, nepotřebujeme do naprostého detailu chápat smysl života. A nakonec, jak se říká, jediné, co dává životu skutečný smysl, je láska.
V úvodu našeho povídání jsi barvitě popsal, kterak se adept kuchařského řemesla dostal až na vědecké výsluní. Od těch dob uteklo mnoho let. Teď se píše rok 2025 a třeba nás čte deváťák jménem Petr, který se zrovna rozhoduje, zda svoji budoucnost sváže s kuchařinou, nebo fyzikou. Co bys mu poradil? Proč by se měl vydat po tvé cestě a rozhodnout se pro fyziku?
Zažiješ wow efekt. Mám tím na mysli takový efekt, který se dostavuje ve chvíli, kdy člověk něco pochopí. V jiných pracovních oblastech, dokonce ani v soft vědeckých disciplínách, to tak často nebývá, ale ve fyzice nebo technice se ti právě stane, že při nějakém experimentu něco pochopíš a dostaví se takový wow efekt. Je to nesmírně příjemný, sebeuspokojující pocit, který tě zároveň žene dál, protože ho chceš zažít znovu.
Samozřejmě z pragmatického hlediska nabízí člověku naše práce i zajímavou finanční perspektivu. Ale hlavně je to zábavné zaměstnání. Šťastný chodím denně do práce a šťastný se z ní vracím. Lidé, kterými jsem obklopen, jsou nesmírně příjemní a hodní. Mají pokoru a respekt před světem a přírodními zákony. Nemyslí si, na rozdíl od některých politiků, že jsou výjimeční, všemu rozumí a nemohou se mýlit. Jak už jsem zmínil, „nevím” u nás rozhodně není zakázané slovo. Člověk až žasne, když se setká s těmi nejvýznamnějšími osobnostmi a naslouchá jejich životnímu příběhu, jak jsou to nesmírně skromní lidé. Tohle ve vás formuje a utužuje ty správné hodnoty. Že nejde o to vlastnit miliony na účtech, ale mít radost z práce, potkávat se s inspirativními lidmi a brát si od nich to nejlepší.
Autor: Tomáš Lotocki
Zdroj: CEITEC VUT