0:00
0:00
Zkumavka4. 12. 201414 minut

Ze Stockholmu mi nezavolali

S americkým fyzikem Robertem Wilsonem o Nobelově ceně a záhadném šumu oblohy

Když se řekne Arno Penzias a Robert Wilson, každý, kdo se zajímá o vesmír, ví, o kom je řeč. Dvojice amerických radioastronomů z proslulých Bellových laboratoří zachytila v 60. letech mikrovlnný šum přicházející z kosmu coby pozůstatek velkého třesku. Za tento objev, který pomohl změnit pohled na nejširší svět kolem nás a rozpoutal debaty mimo jiné i v církvi a mezi filosofy, dostali oba vědci později Nobelovu cenu. Robert Wilson přijel nedávno do České republiky na pozvání firmy Honeywell v rámci projektu HISE, aby tu přednášel studentům technických oborů. 

K vědě vás přivedl váš otec. Čím vás inspiroval?
Byl chemický inženýr, první vysokoškolák v rodině. Měl firmu, která se zabývala karotáží, geofyzikálními výzkumy pomocí vrtů. Mluvíme o Texasu, kde jsou vrty ropného průzkumu úplně všude. Otec se zajímal také o elektroniku a spravoval doma všemožné přístroje. Dovoloval mi, abych si sám zkoušel různé věci - nechal mě třeba, abych se hrabal v radiopřijímačích, kde tehdy bylo vysoké napětí, takže z toho mohl být smrtelný úraz. Byl jsem ale docela opatrné dítě, maximálně jsem se spálil pájkou. Otec mi taky nosil spoustu matematických hříček a příkladů, které mě bavilo luštit. 

↓ INZERCE

O radioastronomii jste se začal zajímat v 50. letech. V roce 1957 byla vypuštěna první družice, Sputnik, a z vesmíru díky ní přišly první rádiové signály umělého původu. Mělo to na váš obor nějaký vliv?
Jen nepřímý. Pro Spojené státy byl sovětský Sputnik výzva, zvýšila se podpora vědy - a v roce 1961 vyhlásil prezident Kennedy plán letu na Měsíc. Bellovy laboratoře přemýšlely o komunikačních satelitech už před Sputnikem a po jeho startu se tomu začaly opravdu věnovat. S tím souvisel i můj příchod; NASA pracovala na projektu Echo, což byl pasivní komunikační satelit. Představte si ho jako obrovský nafukovací pouťový balón vypuštěný do vesmíru, který měl díky pokovovanému povrchu sloužit jako jakýsi reflektor – odrážet zpět na zemský povrch mikrovlny, tedy rádiové vlny o ultra krátkých frekvencích, které k němu byly vyslány. Bellovy laboratoře pro tento projekt postavily přijímací anténu ve tvaru rohu a najali Arna Penziase a pak mne, abychom na satelitní komunikaci pracovali.

Vaše proslulá šestimetrová anténa ve tvaru rohu byla po ukončení projektu Echo přebudována na radioteleskop. Právě s ním jste v roce 1964 zaznamenali zvláštní mikrovlnný šum přicházející z celé oblohy. Nejprve jste se domnívali, že jde o nějaký umělý produkt antény, případně signály z nedalekého New Yorku. Kdy a jak jste si uvědomili, že jste ve skutečnosti zachytili něco důležitého?

Na jaře následujícího roku, když jsme kontaktovali fyziky z Princetonu. Profesor Robert Dicke tam zabýval kosmologií velkého třesku. Byl přesvědčen, že vesmír byl na počátku natěsnán v malém objemu, velmi žhavý a plný záření. Jak expandoval, záření chladlo, jeho vlnová délka se zvětšovala. Postupně vychladl - řekněme - na 200 stupňů; když přiblížíte obličej k troubě rozpálené na tuto teplotu, můžete cítit, jak z ní sálá teplo, což je rovněž záření určité vlnové délky. Vesmír se v tomto stadiu ale nezastavil, expandoval a záření dál vychládalo. V současnosti už má teplotu jen 2,7 stupně nad absolutní nulou (absolutní nula je minus 273,15 stupně Celsia, pozn. red.). Čili Dicke si uvědomoval, že v kosmu nejspíš jako pozůstatek velkého třesku nezbylo žádné viditelné světlo, žádné infračervené záření, které vnímáme jako teplo, ale právě jen tento mikrovlnný šum, kterému se říká reliktní záření kosmického pozadí. 

Robert Wilson Autor: Matěj Stránský

Jak vás napadlo, že by vám pomohl vysvětlit záhadný signál právě Dicke?
Chtěli jsme tenkrát zkoumat takzvané halo naší galaxie. Mléčná dráha je velmi tenká, ale má velký průměr. V noci vidíte pruh hvězd přes oblohu - to je právě ta tenká, plochá galaxie, která trochu připomíná palačinku. Ale hvězdy nejsou jen v ní, jsou také v kulovitém útvaru vystupujícím mimo její rovinu. Právě tohle halo jsme chtěli prozkoumat, zachytit a změřit rádiové vlny, které z něj přicházejí - z plynů, které obsahuje, z elektronů v atomech.

V té době jsme už věděli, že podobné velmi slabé signály jsou rušeny šumem, jehož původ nelze snadno vysvětlit a který vědci obvykle při měřeních ignorovali. Zachytili jsme ho už před výzkumem během kontrolního experimentu, na frekvenci, kde neměl být – kde jsme čekali, že naměříme nulu. Arno Penzias o tom náhodou vyprávěl jednomu fyzikovi, Bernardu Burkemu z MIT, a ten mu poradil, aby zavolal Dickemu. Náhodou slyšel o přednášce mladých Dickeho kolegů na Univerzitě Johna Hopkinse, ve které mluvili o svém výzkumu – o tom, že s Dickem hledají mikrovlnný šum, který by měl v kosmu zbýt po velkém třesku. Klidně to odpřednášeli; mysleli si totiž, že jsou tak napřed, že je nikdo nepředběhne. 

O tom, co prozradila vaše anténa, neměli ani tušení.
Dave Wilkinson, jeden z absolventů doktorského studia v Dickeho týmu, vypráví, že zrovna společně obědvali sendviče v šéfově kanceláři, když zazvonil telefon. Dicke ho zvedl a slyšel mého kolegu Arna, jak na druhém konci linky šermuje termíny jako „atmosférické vlny“, „teplota antény“ a „šum přicházející z oblohy“ – prostě to všechno, na čem Dicke sám pracoval. Položil sluchátko a řekl: Chlapci, předběhli nás. 

Věděli jste tenkrát, že existenci reliktního záření předpověděl už v roce 1948 fyzik George Gamow a jeho kolegové?
Já jsem to určitě nevěděl a Dicke tvrdil, že to také nevěděl. Publikoval sice v témže fyzikálním časopise, ve kterém Gamow svou předpověď zveřejnil, ale asi ne ve stejném čísle. Dicke zapomněl i něco ze své vlastní práce, takže ho nemůžu obviňovat, že o tom věděl a nepřiznal to. 

Jedním z vašich oblíbených profesorů na Kalifornském technologickém institutu byl kosmolog Fred Hoyle, zapřísáhlý odpůrce velkého třesku a zastánce teorie stacionárního stavu, podle níž je tu vesmír od věčnosti – připomíná řeku, která stále teče, ale zůstává do značné míry neměnná. Váš objev přitom přispěl rozhodujícím způsobem k definitivnímu přijetí myšlenky, že vesmír má naopak počátek v čase. Z této debaty, která zasáhla i filozofii a církev, odešel Hoyle poražen. Bylo vám to líto?
Trochu, ale nijak dramaticky. Teorie stacionárního stavu mě původně přitahovala snad i proto, že jsem se o ní dozvěděl právě od Hoylea. Líbila se mi myšlenka, že tady vesmír byl vždy, že nikdy nezačal ani neskončí. Měl jsem Hoylea na jeden kosmologický kurz, ale nikdy v něm své myšlenky nijak zvlášť nepropagoval. Po našem objevu ovšem vytáhl do boje a snažil se dokázat, že reliktní záření může existovat i v ustáleném vesmíru, v nějž věřil. Představoval si, že by v kosmu mohlo existovat něco na způsob jakýchsi kovových vlákének, která by ohřívala záření hvězd, což by vytvořilo mikrovlnný šum. Takový model ale nikdy nemohl přesně odpovídat tomu, co začátkem 90. let naměřila v kosmu družice COBE. Fred Hoyle nicméně bránil stacionární vesmír až do smrti a své představy si odnesl do hrobu. 

Wilson penzias200 Autor: Respekt

Váš objev vysvětluje minulost vesmíru. Říká také něco o jeho budoucnosti?
Reliktní záření ukazuje, jak vesmír vypadal v době, kdy byl stár pouhých 380 000 let (dnes je mu necelých 14 miliard roků, pozn. aut). Lze z něj vyčíst, jak byla tehdy v kosmu uspořádána hmota, kde vznikaly zárodky galaxií. A pak tu máme současná pozorování astronomů, například Sloan Digital Sky Survey (Sloanova digitální přehlídka oblohy); ta nám zase umožnila prozkoumat rozložení galaxií ve vesmíru až po současnost. Čili dva různé přístupy k distribuci hmoty v kosmu – a výsledky obou do sebe skvěle zapadají. To je dobrý důvod, abychom věřili teorii jednoduchého velkého třesku, z níž lze řadu věcí odvodit. Ale tato teorie nám nijak nepomohla třeba k tomu, abychom zjistili, že se rozpínání vesmíru časem zrychluje. Tento záhadný úkaz byl objeven nezávisle, úplně jiným způsobem.

Na jaře obletěla svět zpráva o objevu, který se rovněž týká vámi nalezeného reliktního záření. Podařilo se v něm údajně najít otisk gravitačních vln, které se šířily vesmírem v prvních triliontinách triliontin vteřiny po velkém třesku. Měl to být jakýsi vzkaz z dob bezprostředně po vzniku světa, který by umožnil studovat nejranější okamžiky kosmu (Respekt 16/2014). Později byl ale objev zpochybněn. Sledujete tento pozoruhodný příběh?
Ano. Autor objevu John Kovac má kancelář naproti mě (oba vědci působí na Harvardově univerzitě). Lidé, kteří interpretují nejnovější měření reliktního záření z kosmické sondy Planck, teď ale říkají, že Kovacův tým podcenil při výpočtech vliv prachu v naší galaxii, což by mohlo vysvětlit některé nebo všechny pozorované efekty. Jasno by v tom mělo být zřejmě během několika měsíců.

Pokud se všechny efekty podaří vysvětlit vlivem prachu, je Kovacův objev mrtvý?
Stačilo by, kdyby se podařilo vysvětlit dvě třetiny. Někteří kosmologové by byli velmi rádi, kdyby to tak bylo; přáli by si, aby Kovacův signál byl nenulový, ale ne tak velký, jak Kovac tvrdí. Hodilo by se jim to do mnoha dalších teorií. Pak se ale můžeme ptát, kdo je vlastně autorem objevu. Jestliže většinu signálu způsobil prach, není to Kovacův objev.

Kdy vám došlo, že můžete dostat Nobelovu cenu? To vám v roce 1978 jen tak z čista jasna zavolali ze Švédska?
Úplně nečekané to nebylo. Několik věcí se stalo s předstihem měsíců. Nikoliv let, za což jsem velmi vděčný, nechtěl bych o tom přemýšlet po dlouhou dobu. Nejprve v časopise Omni vyšel článek, v němž se autor snažil předpovědět, kdo dostane příští Nobelovy ceny. A napsal tam jména Penzias a Wilson. My jsme se to rozhodli ignorovat. Později se ukázalo, že jsme byli jediní dva, které trefil.

Robert Wilson Autor: Matěj Stránský

Pak se ozval jeden můj dobrý přítel a někdejší kolega z Bellových laboratoří, který vyráběl diody a prodával je švédským astronomům. Řekl mi, že si jej na večírku v Princetonu vzal stranou prominentní švédský radioastronom a vyptával se jej na Arnovu a moji práci – jestli jsme postupovali společně, jestli výzkum nebyl dílem jen jednoho z nás a podobně. A konečně v předvečer vyhlášení cen mi řekl něco dost divného jeden tajemný Švýcar, který pro mě pracoval. Požádal jsem ho o čtvrtletní zprávu, kterou měl vypracovat, a on řekl, že ji nemá. Zeptal jsem se ho tedy, zda mi ji dodá zítra; odpověděl, že ano, ale že mě to už nebude zajímat.

Odkud to věděl?
Nikdy mi to neprozradil a dnes je po smrti. Vždy, když jsem to z něj chtěl vypáčit, změnil téma hovoru. Zřejmě byl rovněž v kontaktu se švédskými radioastronomy. Každopádně mi druhého dne ráno volal kamarád a ptal se, jestli je pravda, co slyšel na stanici WNBC – že prý jsem dostal Nobelovu cenu. O ničem jsem nevěděl, ze Stockholmu nikdo nevolal. Poslali telegram do Bellových laboratoří, ale tam se ztratil.

O několik měsíců později jste si s Arnem Penziasem jeli do Stockholmu Nobelovu cenu převzít. Spolu s vámi ji za jiný výzkum dostal také sovětský fyzik Pjotr Kapica. Setkal jste se s ním?
Mluvil jsem s ním na předávání cen. Strávil několik let v Anglii, takže hovořil anglicky. Měl laboratoř v Cambridge, zabýval se kryogenikou, fyzikou nízkých teplot, za což právě dostal Nobelovu cenu. A pak se jednou vrátil do Sovětského svazu (v roce 1934) a už mu nedovolili odjet. Tak mu lidé z Cambridge poslali celou laboratoř do Ruska. Po válce na něm Sověti chtěli, aby pracoval na vývoji atomových zbraní, což odmítl. Měl to pak kvůli tomu velmi těžké. (Vyhodili jej z místa ředitele prestižního výzkumného ústavu a musel se uchýlit do domácího vězení na daču, kde studoval kulové blesky a plazmu; zpět do funkce se mohl vrátit až po Stalinově smrti, později podporoval akademika Sacharova). Obdivuji ho a respektuji ho za to, že se nezřekl svých zásad.

Vy jste někdy pracoval na válečném výzkumu?
Ne. Předpokládám, že cokoli, co má co do činění s komunikací pomocí rádiových vln, by se mohlo použít pro vojenské účely. Neřekl bych ale, že bych někdy pracoval pro armádu.

Jak pověst měly v době, kdy jste dostal Nobelovu cenu, sovětské vědy o vesmíru?
Kosmologové byli velmi dobří, třeba Jakov Zeldovič. V experimentální radioastronomii ovšem Sověti zaostávali. Neměli technologii, která byla k dispozici na Západě, a tak jen pracně reprodukovali některé starší věci.

Zabýváte se také aplikovanou vědou, využitím rádiových vln v praxi. Napadlo vás v 60. letech, že každý bude mít jednou v kapse svůj vlastní mobil?
Asi ne. Koncem 60. let jsem pracoval v budově, kde probíhal výzkum mobilní komunikace, ale tehdy byl „mobil“ ta velká věc, kterou jste měli v autě. Telefon do auta. Neuměl jsem si představit, že by to mohla být tahle malá věcička. Ale všechny objevy, které k tomu vedly, jsem registroval a měl z nich radost.

A co posílání velkých objemů dat přes satelity?
O tom se tehdy již mluvilo. Jeden z mých nadřízených už velmi záhy prohlásil, že komunikace na dlouhé vzdálenosti bude jednou tak levná, že se ani nevyplatí počítat objemy přenesených dat. Měl pravdu. V mé zemi si dnes telefonní společnosti neúčtují zvlášť každý dálkový hovor, pokud je to v rámci Spojených států. Coby jejich zákazník za platím za tyto hovory jen malý měsíční paušál.

Cesta k tomu ovšem nebyla přímočará. Když jsem do Bellových laboratoří nastoupil, měli tam milimetrový vlnovod, zařízení o průměru dvou palců pro posílání rádiových vln o milimetrové délce, které umožňovalo širokopásmový přenos - posílání dat na velké vzdálenosti. Mimochodem, díky tomuto přístroji jsme objevili molekulu oxidu uhelnatého v oblacích mezihvězdného prachu a plynu, kde se rodí nové hvězdy a nové planetární systémy. Jeden kolega z něj totiž vyrobil nejlepší přijímač milimetrových vln na světě. Ale pro komunikaci tady na Zemi se vlnovod moc nehodil. Jakmile se objevila optická vlákna pro přenos dat, vývoj podobných zařízení skončil. Byla moc drahá.

Vlnovod, kterém mluvíte, nebo váš nobelovský objev jsou krásné příklady, jak se v Bellových laboratořích dařilo skloubit aplikovaný a základní výzkum. Právě o tomhle jste přijel do Česka přednášet studentům?
Ano, také. Chtěl bych jim ukázat, že tohle všechno může být zábava, že vybrat si kariéru ve vědě a inženýrství je dobrá volba.

Bellovy laboratoře vlastněné soukromou firmou změnily svět: byl tu objeven třeba tranzistor nebo digitální fotoaparát. Daří se podobně kombinovat základní a aplikovaný výzkum v Americe i dnes?
Bohužel ne, a ztratili jsme proto důležitý zdroj poznání. Dnes nemají firmy důvod, aby se základnímu výzkumu věnovaly. V Bellových laboratořích jsme studovali různé věci dávno před tím, než se pro ně vynořilo praktické využití. Fungovalo to takhle: něco objevíte, zveřejníte to, možná se toho někdo chytne a vyvine produkt. Pokud pak budou mít Bellovy laboratoře o tu věc zájem, mohou si koupit patent a dále nápad rozvíjet. To už dnes nejde, firmám se to nevyplatí.

Měly by dostat od vlády podporu?
Základní výzkum by měl probíhat především na výzkumných univerzitách. Jsem tedy smutný hlavně z toho, že poklesla finanční podpora univerzit. Když jsem dělal svoji diplomovou práci, moji observatoř tehdy podporoval Úřad pro námořní výzkum (spadá pod americké ministerstvo obrany). Poskytoval víceleté granty, což skupině, ve které jsem působil, umožnilo postavit observatoř a udělat v ní spoustu skvělých pozorování. Připadá mi, že v současností tráví mnoho profesorů spoustu času smolením žádostí o granty a vlastní práci musejí dělat studenti.

Robert Wilson (78) je americký radioastronom. Do roku 1994 pracoval v Bellových laboratořích, od té doby působí v Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Kromě převratného objevu reliktního záření proslul také objevy molekul v mezihvězdném prostoru, například oxidu uhelnatého nebo sulfidu uhelnatého.


Pokud jste v článku našli chybu, napište nám prosím na [email protected].