Nemám rád název teorie Velkého třesku, přiznává exkluzivně laureát Nobelovy ceny James Peebles

„To záření bylo poprvé detekováno jako nečekaný hluk pokusnou anténou Bellových laboratoří jen 40 mil od Princetonu. Pět let tuhle anomálii tutlali… Arno Penzias a Bob Wilson si ovšem zaslouží uznání za vytrvalost, s níž se snažili tuhle záhadu rozlousknout. To se podařilo, když kontaktovali tým Boba Dickeho a jeho skupinu,“ vzpomíná pro Český rozhlas Plus James Peebles.

Když se o zachyceném záření dozvěděli, zrovna vyvíjeli detektor, který měl reliktní záření najít. Peebles pracoval na související teorii ve zmíněné Dickeho skupině – a dál už je to historie.

Arno Penzias a Robert Wilson získali Nobelovu cenu v roce 1978, a to právě za objev záření, které ve vesmíru zůstalo po Velkém třesku. Ke stejnojmenné kosmologické teorii o vývoji vesmíru významně přispěl právě Peebles, který získal Nobelovu cenu za fyziku loni za teoretické objevy na poli fyzikální kosmologie.

Exkluzivní rozhovor s Jamesem Peeblesem natočil pro Český rozhlas Plus Štěpán Sedláček:

Teorie Velkého třesku je dnes známá. Její název nese i populární americký seriál, v jehož úvodní písni se diváci dozvědí, že se vesmír začal rozpínat před téměř 14 miliardami lety ze stavu horké husté hmoty. Původ teorie je spjatý s vědci, jako byli Georges Lemaître, George Gamow a další. K jejímu rozvoji jste přispěl i vy. Přitom nemáte rád její název. Proč?

Podle této teorie ve vesmíru neexistovalo žádné zvláštní místo. Vesmír byl téměř homogenní a pozorovatel by z jakéhokoliv bodu viděl stejnou věc. Možná že existuje okraj vesmíru, který známe, ale nemůžeme ho vidět. To se nepodobá představě nějakého třesku.

Teorie se také nesoustředí na nějaký konkrétní časový úsek, jako by tomu bylo u výbuchu. Popisuje vývoj vesmíru z horkého a hustého skupenství. Standardní teorie počítá se zvláštní chvílí, kdy hustota hmoty dosáhla nereálné velikosti.

Čtěte také

Objevili první exoplanetu a vysvětlili evoluci vesmíru. Nobelovu cenu za fyziku dostala trojice vědců

Víte, že tohle tvrzení neobstálo. Muselo tam být něco už předtím.

Nejlepším kandidátem je inflace. Tahle teorie je sice slibná, ale zatím nám schází hodně empirických testů. Je to krásný nápad, ale nevíme, jestli je úplně správný. A existují další alternativy.

Název Velký třesk je každopádně zcela nevhodný. Říká se, že s tím označením přišel jako první Fred Hoyle, který to myslel spíše pohrdavě. Ale chytlo se to. V mládí jsem se pokoušel ten název změnit a nebyl jsem sám. Ale nikdo z nás neuspěl, tak jsem to vzdal. Trochu mě to mrzí. Na webu dnes najdete kromě kvalitních informací také řadu nepravdivých. Mnozí se proto domnívají, že nemám rád standardní kosmologii a ne název této teorie. Ale nevím, jak to napravit.

K jakému jinému názvu byste se přikláněl?

Už to neřeším. Jak jste správně uvedl, název Velký třesk už má tak zavedenou pozici, že jsem to vzdal. Dokážu s tím žít. Máme řadu horších problémů.

Máme pouze teorie

Víme o počátku vesmíru něco naprosto jistě?

S tím musíme být v přírodních vědách opatrní. Máme pouze dobré teorie, úspěšné teorie a velmi úspěšné teorie. Ale nemáme žádný důkaz absolutní pravdy. Je tu velmi dobrá teorie, která popisuje, co se dělo při rozpínání horkého vesmíru z malého prostoru. A máme nějaké představy o tom, co se dělo předtím.

Ale to jsou jen nápady. Je možné, že teorie v budoucnu budeme muset upravit.

Ale nemyslím si, že by snad někdo mohl vyvrátit, že vesmír prošel oním horkým raným obdobím. Tím si můžeme být jistí.

Jako balón nebo rozinky

Kosmologové využívají určité metafory k tomu, aby si mohli představit své teorie a přiblížit je lidem. Které přirovnání podle vás nejlépe vystihuje model rozpínajícího se vesmíru?

Nemám žádnou zvlášť oblíbenou. V přednáškách občas využívám metaforu nafukujícího se balónu, která je docela, dobrá ale má jistá omezení. Je nepřirozená, protože musíte předstírat, že žijeme v dvourozměrném světě na povrchu balónu. Částice na balónu si při nafukování vzdalují. To dobře ilustruje rostoucí vzdálenosti mezi galaxiemi, ale vy, já ani naše galaxie se nerozpínáme.

Další taková metafora jsou rozinky v chlebovém těstě, které při pečení mění svou pozici. Ale myslím, že ten balón je lepší přirovnání.

Fyzici se také zamýšlejí nad tím, jak by jednou mohlo tohle nafukování balónu skončit. Přikláníte se k některé z teorií o konci vesmíru?

Ptáte se mě, jak to všechno skončí. Já se touto otázkou moc nezabývám, protože rád zkoumám důkazy, které po sobě zanechal vývoj vesmíru. O tom, co se teprve stane, nemůžeme mít žádné důkazy, pouze teorie. Ty jsou sice dost dobré, ale jejich platnost nejde zaručit.

Budoucnost proto raději nechám jiným. Ale není třeba se bát – vesmír se sice rozpíná, ale ne zas tak rychle. Máme spoustu času.

Fascinace věděním

Ovlivňuje to, že jste fyzik a kosmolog, nějak vaše porozumění věcem v každodenním světě, kde jinak lidé většinou vystačí s newtonovskou fyzikou?

Miluju fyziku ve všech jejích podobách. Tak jako přírodní vědy obecně. Když vidím na útesu geologické vrstvy, tak je obdivuju. Ale nemyslím, že by ten obdiv byl menší, kdybych se věnoval třeba částicové fyzice. Dá se říci, že je velmi obtížné fyzickou kosmologii zpeněžit. Je tady jako čisté vědění, které fascinuje mnoho lidí. Ovšem nikdo na tom nevydělá.

Do fyziky jste se zamiloval před mnoha lety. Za tu dobu jste se jistě změnil, stejně jako disciplína. Proč máte fyziku stále rád?

Dá se říct, že čistě ze zvyku. Věnuju se jí už více než půl století. Na Princeton jsem se dostal v roce 1958 rozhodnutý dělat fyziku. Nelituju toho. Když jste zavolal, zrovna jsem psal esej o tom, co jsem se během života naučil o fyzice a vesmíru. To je něco, co si stále užívám. Mám to štěstí, že to můžu dělat i uprostřed pandemie.

Malé skupiny a logaritmické pravítko

Z kosmologie se v průběhu vaší kariéry stal docela velký obor. Co se v něm nejvíc změnilo? Je to využití počítačů, nových teleskopů a satelitů, které poskytují a zpracovávají čím dál větší množství dat?

Ano, a ještě jste nezmínil detektory. Je to kombinace výkonných datových úložišť a detektorů se schopností analyzovat data, která vedla v našem oboru k revoluci.

Když jsem s fyzikou začínal, používali jsme logaritmická pravítka. Dnes ani někteří mladí lidé nevědí, co to je. Tahle pomůcka mi pomáhala s dělením a násobením po značnou část kariéry.

Čtěte také

Střet s infekcí z vesmíru by naší imunitě dělal potíže, varují vědci

V oboru dnes také působí větší týmy vědců. Já jsem byl jen zřídka součástí skupiny čítající víc než dva nebo tři lidi. To mně vyhovovalo.

Nepamatuju si, kolik doktorandů se dnes podílí na projektu Planckova satelitu, ale je to velké číslo. Zdá se, že si to užívají. Každý z těch fyziků má na starost malou část důležitého projektu, což vyžaduje specializaci. To jsem já nikdy nedělal.

Pokračuju ve fyzikálních výzkumech na nižší úrovni. Kosmologie stále skýtá mnoho malých projektů, které jsou zajímavé, ale nezískaly si pozornost těchto skupin. Oni se k nim dostanou, ale bude to chvíli trvat, protože mají hodně práce. Takže náš obor se dramaticky změnil co do technologií a způsobu spolupráce mezi vědci.

Ale základní metoda založená na vytváření teorií a jejich ověřování v experimentech zůstává. Je to tak?

Ano, ale přibyla k tomu třetí větev v podobě numerických simulací. Ty umožňují spojovat pozorování a teorie. Dnes tvoří značnou část vědy, kterou také umožnily nové technologie a velká výpočetní síla, jež máme k dispozici.

Řekl byste, že vaši kolegové z mladších generací jsou na druhou stranu v něčem znevýhodněni?

Působí v úplně jiném oboru a používají jiné vědecké postupy. Nevím, který způsob bych doporučil. Já osobně dávám přednost malé vědě, ale mladí badatelé vypadají spokojení s vědou velkých a středních rozměrů. Té je dnes zapotřebí k dalšímu pokroku.

Každá galaxie je jiná

Na kterou z výzkumných otázek v kosmologii byste nejraději získal odpověď?

Nesnažím se zodpovědět žádné velké otázky. Doufám, že vyvstanou ze zmíněných větších projektů.

Fascinuje mě teorie o utváření galaxií. Existují teď velmi zajímavé intenzivní studie a výpočty vývoje galaxií. Výsledky na mě velmi zapůsobily, ale také mě fascinují tím, co v nich chybí.

Hodně velkých galaxií je pozoruhodně plochých. Tvarem připomínají disk. Simulace to nezvládají napodobit. Napsal jsem článek, ve kterém jsem poukázal na některé problémy s tvary galaxií, které simulace vytvářejí. To není kritika – snad jen trochu, protože by měli věnovat větší pozornost blízkým galaxiím, které můžeme velmi podrobně pozorovat.

Ale to je drobnost. Budou pokračovat v práci a nakonec zjistí, jestli to je opravdu anomálie, nebo ne.

Já si práci na takovém problému užívám, protože se mu zatím nevěnují žádné velké týmy. To je také hezký rys astronomie. Částicoví fyzici mají omezené množství práce. Je tu pouze jeden proton, který se nekonečně opakuje. Ale každá galaxie je jiná a každý planetární systém taky.

V astronomii proto asi nikdy nebude nouze o malé projekty. Bude do značné míry záviset na práci velkých týmů. Ty získají data a menším skupinám umožní, aby se věnovaly méně obvyklým otázkám.

Dnes máte k dispozici mnohem víc dat než v 60. a 70. letech. Je těžší rozlišit, co je v údajích o miliardách hvězd podstatné pro výzkum, a co ne?

Ano, ale i bez nejmodernějších technologií jsme byli schopni sledovat miliony galaxií. Každá z nich je zaznamenaná spíše schematicky. Myslím, že se podceňuje zevrubnější prohlídka jednotlivých galaxií. To se samozřejmě týká jen těch, které jsou blízko. Jenže i těch je dost. Zbývá nám provést hodně pozorování, abychom našli odpověď na otázku, jak galaxie získaly svůj tvar.

Temná hmota

Vesmíru rozumíme mnohem víc než lidé před 100 lety. Ale vědci dnes předpokládají, že většinu kosmu tvoří tajemná temná hmota a temná energie, o kterých skoro nic nevíme. Je to pro vás frustrující, nebo povzbuzující?

Samo sebou, že obojí. Je to úžasný problém a jistá frustrace k tomu patří, jelikož nevíme, jak ho vyřešit. Ale ještě víc je to vzrušující, protože to je velká výzva. Nikdy nemáme záruku, že se nám to podaří objasnit. Ale v průběhu historie vědy jsme prokázali, že jsme v tom dobří.

Některé vedlejší dopady jako znečištění atmosféry a půdy nejsou zrovna skvělé, ale jinak jsme ve vědě zaznamenali úspěch na mnoha frontách.

Čtěte také

Je na Venuši život? Vědci v její atmosféře objevili fosfan, pomůže to při dalším zkoumání vesmíru

Když uvažujete o takto záhadných věcech, jako je temná hmota, pokoušíte se ji nějak vizualizovat? Jak o takových problémech přemýšlí kosmolog?

Můžu mluvit jen za sebe. Nemám žádný obraz temné hmoty. Kvantová mechanika nás učí, že existuje energie nulového bodu. Experimenty ukázaly, že je skutečná. Kvantová mechanika ji předpovídá v hmotě i záření. Ta energie tam je, ale ve směšném množství. Není to úžasný problém k řešení?

Vím, že to je otázka za Nobelovu cenu, a vy už jednu máte. Co podle vás pravděpodobně přinese klíčový důkaz o temné hmotě?

Experimenty se zachycením v laboratoři a pozorování při objevu astronomických událostí. Už to trvá docela dlouho. Ale hledání pokračuje a zpráva o detekci temné hmoty může zaznít z rádia každým dnem.

Takže očekáváte, že třeba zítra mohou vědci pracující ve velkém hadronovém urychlovači CERN ve Švýcarsku ohlásit objev tajemné částice?

Ano, to by bylo skvělé. Ale nemáme jistotu, kdy a jestli se to stane. Nemáme žádnou záruku, že se nám podaří vyřešit všechny fyzikální problémy. Je možné, že temná hmota se zcela vyhýbá interakci s naším pásmem hmoty a záření. I to se může stát.

Ale myslím, že je skvělé, že máme takové velké projekty, které se snaží temnou hmotu detekovat. Věnují se tomu velmi zanícení lidé.

Už jsem zmínil, že nerad pracuju ve větších skupinách. Také dávám přednost bezprostřednějšímu uspokojení z výzkumu, než je to spojené s hledáním temné hmoty. Ale jsou lidé, kterým to vyhovuje, a já je rád povzbuzuju.

A označení „temná hmota“ a „temná energie“ se vám líbí?

Ano. Temná energie je v pořádku. Asi víte, že v minulosti nesla jiná jména. Jedním z nich je kosmologická konstanta. Změna názvu nic neznamená. Je to jen o PR. Tenhle název každopádně není tak zavádějící jako Velký třesk.

Ani Einstein nemohl mít vždy pravdu

S kosmologickou konstantou přišel Albert Einstein. V jeho teorii fungoval jako určitá protiváha gravitaci. Ale využití tohoto konstruktu později litoval a označil ho za svůj velký omyl. Po mnoha letech je dnes zpět jako temná energie a namísto stacionárního vesmíru pomáhá vysvětlit zrychlující se rozpínání kosmu. Jak to hodnotíte?

Je to ironie. I přes Einsteinovu genialitu a úžasnou intuici nemohl mít vždy pravdu. A také neměl. Nikdo mu to nedává za vinu. Kosmologická konstanta je opravdu velmi zvláštní věc. Je překvapivé, že jsme se s ní museli naučit žít.

Nemáme zatím žádné vysvětlení kromě argumentů založených na antropickém principu. Je to neobjasněná záhada. Každým dnem se může objevit vysvětlení ve vědeckém časopise, ale i tady platí, že nemáme žádnou záruku.

Kosmologické teorie můžou někdy na laiky působit jako sci-fi. Mám na mysli třeba zmínky o mnohovesmíru nebo hyperprostoru. Stephen Hawking přišel s představou, že žijeme jen v jednom z mnoha představitelných alternativních světů a Velký třesk je jen jedna superpozice z mnoha alternativ. Jak se na tyto teorie díváte? Jsou založené více na imaginaci, nebo výpočtech?

Vývoj teorie mnohovesmíru lze sledovat do minulosti s tím, jak se fyzici v dobré víře snažili pomocí hypotézy mnoha světů vyložit pravděpodobnosti kvantové mechaniky. Přirozeně na to navázaly snahy sestavit úplnou teorii v částicové fyzice, jako je teorie strun a podobně. Po teoretické stránce jsou dobře motivované. Ale jde o extrapolace, které nemůžeme otestovat.

Přiznávám, že o mnohovesmír jsem ztratil zájem, protože je jisté, že nikdy nebude schopni pozorovat jiný vesmír. Je to čistě teoretický konstrukt. Nejsou to bláznivé teorie, ale nelze je ověřit. A já dávám přednost tomu, co se dá ověřit.

Čtěte také

Vesmír stále mlčí. Největší pátrání po mimozemských civilizacích zůstává neúspěšné

Vážím si kolegů, kteří na těchto teoriích pracují. Občas se ovšem divím, jestli je neodrazuje skutečnost, že jde čistě o teorii.

Také to má zajímavé odnože. Teorie superstrun sice nepřišla s reálnou teorií částicové fyziky, ale metody, které využívá během analýzy, jsou skutečné experimenty. Související techniky se můžou dál rozvíjet a být užitečné, i když ten hlavní cíl nikdy nebude něčím, co bychom mohli otestovat.

Experimentální fyzika se nedá dělat přes Zoom

Zhruba před rokem vám oznámili, že dostanete Nobelovu cenu za fyziku za rok 2019. Jak vám toto ocenění změnilo život?

Vy jste dokladem této změny, před kterou mě varovali. Před tím jsem si užíval nerušeného života – to je ta hlavní změna. Teď ke mně proudí mnoho žádostí o to či ono. Musím je často odmítat, ale umím říct ne.

Čtěte také

Laureáti letošní Nobelovy ceny za fyziku ukazují vesmír v nové perspektivě i jeho dalekou minulost

Na žádost o rozhovor nekývnu často. Mám najednou určitou autoritu i v případě věcí, o kterých nic nevím. Samozřejmě jsem se také stal jistou autoritou v přírodních vědách a uvědomuju si zodpovědnost, která se s tím pojí.

Kvůli pandemii koronaviru odpadlo mnoho veřejných setkání, ale trávím teď hodně času na online schůzkách. Nobelova cena má svá pozitiva i negativa.

Jak aktuální pandemie ovlivňuje váš fyzikální výzkum?

Dopady na lidi, kteří provádějí experimenty, jsou opravdu vážné. Kampus na Princetonské univerzitě vypadá bez lidí přízračně. Je to deprimující pohled.

Ještě víc skličující je nepřítomnost studentů, kteří pokračují ve virtuální výuce. To není zrovna dobrý způsob, jak učit. Já už jsem v důchodu, ale učitelé, s nimiž jsem v kontaktu, říkají, že to zvládají. Ale experimentální fyziku zkrátka nemůžete dělat na Zoomu.

Čas od času chodím na univerzitu, kde mám spoustu knih a materiálů. Musím nosit roušku, mýt si ruce, dodržovat odstup a další pravidla, ale pustí mě do budovy. Mě osobně to příliš nepostihlo, ale naši univerzitu a celou zemi rozhodně ano. Jak víte, máme teď prezidenta, který je nepředstavitelně neschopný.

Letos vám vyšla kniha o historii moderní kosmologie Cosmology's Century: An Inside History of Our Modern Understanding of the Universe, na které jste pracoval několik let. Vím, že v rozhovoru pro Nobelovu nadaci jste řekl, že po jejím vydání se chcete vrátit k zahradničení a pěstovat květiny. Došlo na to, nebo stále trávíte víc času snahou porozumět vesmíru?

Musím přiznat, že tohle léto jsem se zahradě příliš nevěnoval. Psal jsem článek a teď esej. Tak třeba to vyjde příští rok. Opravdu rád sleduju růst rostlin.