Moc ráda bych spadla do velké černé díry

„Když se chcete kamarádit s černými dírami, potřebujete Garyho,“ řekl o vašem akademickém poradci Garym Horowitzovi profesor Jan Zaanen z Leidenské univerzity. Jak jste si svého poradce vybrala?

To je moc pěkný citát a přiznám se, že jsem ho neznala. Doktorské studium v Santa Barbaře jsem si vybrala, abych mohla pracovat právě s Garym Horowitzem. V té době se většina lidí v mém oboru věnovala teorii strun nebo obecné relativitě. Bylo jen velmi málo lidí jako Gary, kteří byli experty v obojím.

Jak úžasnou osobností je, jsem ale zjistila teprve, když jsem se s ním setkala. Je neuvěřitelně vstřícný. Vždy si našel čas na moje otázky, mohla jsem se ptát na cokoli, co mne zajímalo nebo mátlo. Nikdy jsem neměla pocit, že se ptám příliš hloupě, a nikdy mi také nevnucoval, na čem bych měla pracovat. Vždy mi dal možnost se rozhodnout, zda je daný problém to, čemu se chci věnovat. Stejný model uplatňuji na své studenty: snažím se, aby byli co nejvíc samostatní a sami přišli na to, co chtějí, místo toho, abych jim řekla: „chci, abyste provedli tento výpočet“. Mně jako studentce by se to také nelíbilo.

Máte jako profesorka dost času na vlastní výzkum, nebo se musíte věnovat především povinnostem a studentům?

Pomůže, když nemáte příliš mnoho studentů, a pokud máte někoho obzvlášť aktivního, nepřibíráte si dalšího, dokud ten první není dostatečně samostatný. Někteří kolegové se snaží propojovat své studenty s dalšími studenty nebo postdoktorandy, ale to není můj styl. Chci se každému studentovi věnovat zvlášť, protože nelze použít jeden uniformní přístup. Představte si, že způsob uvažování studenta je odlišný od vašeho. Vy třeba o fyzice přemýšlíte v obrazech a student algebraicky. Jak pak fyziku někomu s rozdílným stylem myšlení vysvětlíte?

Při učení se fyzice či diskusích o ní byl gender zcela irelevantní. V určitém smyslu jsme všichni na jedné lodi a snažíme se pochopit něco, čemu ještě nerozumíme. Je tedy směšné rýpat se v takových nepodstatných rozdílech.

Veronika Hubeny

Genderová nerovnost ve fyzice patří ve vědě k nejvyšším. Studie, kterou provedli výzkumní pracovníci na univerzitě v Melbourne, tvrdí, že při současných počtech bude trvat více než dvě století, než se počty vedoucích výzkumníků a výzkumnic vyrovnají.

To je znepokojivé, ale sama jsem se nikdy necítila jakkoli diskriminována. Na vysoké škole jsem byla v zásadě vždy jediná ve třídě a nikdy jsem to nevnímala jako překážku. Pokládala jsem nejvíce otázek a při učení se fyzice či diskusích o ní byl gender zcela irelevantní. V určitém smyslu jsme všichni na jedné lodi a snažíme se pochopit něco, čemu ještě nerozumíme. Je tedy směšné rýpat se v takových nepodstatných rozdílech.

Účastnila jste se Světového festivalu vědy 2017 v panelové diskusi moderované přispěvatelem časopisu New Yorker Jimem Holtem. Šest mužů a jedna žena. Marilee Talkingtonovou rozzlobilo, že se vám nedostalo rovného prostoru, a vykřikla: „Nechte ji, prosím vás, mluvit!“ Později incident zveřejnila na Facebooku a příspěvek se bleskově rozšířil. A pak jste se k tomu vyjádřila vy....

Měla jsem pocit, že původní příspěvek by mohl silně odrazovat dívky, které se chtějí věnovat fyzice. Mohly by si myslet, že je plná hlupáků, kteří povýšeně poučují, a že tedy nestojí za to se do ní pouštět. Chtěla jsem to uvést na pravou míru dříve, než to zbytečně odradí studentky od něčeho, od čeho by se odrazovat neměly: chcete-li opravdu dělat fyziku, je to podstatnější než všechno ostatní. Všichni se zasazujeme o lepší pracovní prostředí a doufáme, že se postupně špatné chování podaří eliminovat. To, že tam ale ještě nejsme, není důvod pro to, abychom teď nedělali fyziku.

Během zmíněné panelové diskuse se mě chování moderátora opravdu nijak nedotklo ani mě nediskriminovalo. Nenapadlo mě tedy, že by mohl někdo nabýt dojmu, že je to pro mě nepříjemné. Než jsme všichni přišli na pódium, vysvětlovala jsem moderátorovi, na čem pracuji, a on to poté na pódiu, na to, že není fyzik, docela rozumně zopakoval. Obávala jsem se však, že jeho výklad byl pro publikum příliš nesrozumitelný, takže většinu mé pozornosti zabrala snaha vymyslet, jak nejlépe zasáhnout, tak aby to bylo pro publikum co nejužitečnější, což bylo trochu jak mířit na pohyblivý cíl, protože chvíli trvalo, než mě nechal promluvit. A protože to bylo celé poněkud složité, soustředila jsem se výhradně na to, jak nejlépe převyprávět fyziku, takže jsem se kvůli jeho chování nestihla urazit.

Náladu v publiku, která reakci vyvolala, ale naprosto chápu, protože se to děje všude. Je pochopitelné, že si toho lidé všimnou, zvlášť když předpokládají, že se to děje znovu a znovu. Ale z mé pozice přímého účastníka mi to tak vůbec nepřipadalo. Spíš jsem to vnímala jako nepříjemnost kdesi na pozadí, jako když dáváte přednost světlým barvám, ale vaše kancelář je natřená na černo. Rozhodilo by vás to?

Guy Consolmagno ve své přednášce O astronomii, bohu a hledání elegance uvedl, že Einstein věděl, že jeho teorie je elegantní, tak krásná, že taková teorie nemůže být špatně. Jak elegantní je popis černých děr?

Ohromně elegantní. Černé díry představují v mnoha směrech extrém: jsou například maximálně kompaktní, mají největší entropii, jsou nejrychlejší v ekvilibraci a kódování informací; a tak dále – je obtížené tyto vlastnosti popsat stručně a laickým jazykem. Černé díry jsou jako atom vodíku celé fyziky. Chandrasekhar je nazval nejjednoduššími makroskopickými objekty ve vesmíru a skutečnost, že jsou popsány velmi elegantně matematicky, je toho projevem.

Konečný stav černé díry je nezávislý na detailech toho, co ji vytvořilo. Popis závisí pouze na celkové hmotnosti, momentu hybnosti a náboji. V astrofyzice ani nemáme nabité černé díry, protože by se vybíjely velmi rychle, takže pro popis potřebujeme opravdu jen dvě čísla. Naproti tomu váš šálek kávy pouze dvěma čísly popsat nelze. O kávě musíte říct víc, říct, jak byla vyrobena, jaký je tvar pěny – takže je to složitý systém.

Černé díry mě ale fascinují především pro svou mnohostrannou povahu, pro to, že mají všechna možná spojení s různými věcmi. Jednoduchost je výsledkem toho, čím jsou. Líbí se mi ne kvůli jednoduchosti, ale právě kvůli mnohostranné povaze.

Snažím se porozumět tomu, jak věci fungují, a jsou-li jednoduché, jenom dobře, protože mám větší šanci je pochopit. Ovšem i v té nejjednodušší věci, pokud se do ní ponoříte dostatečně hluboko, najdete neuvěřitelnou bohatost a propojení s dalšími věcmi, které nejsou na první pohled zřejmé. Většina věcí je fascinujících, ale myslím, že černé díry patří v tomto ohledu mezi premianty.

Astronomové odhalili první snímek supermasivní černé díry v centru galaxie Mléčná dráha. Pomáhají nám simulace a obrázky černých děr si je správně představit?

Způsob, jakým si můžete černé díry představit, se mění v závislosti na tom, na jaký aspekt se zaměříte. Pokud chcete vidět, jak černá díra vypadá z dálky, můžete si ji představit jako čočku, která zkresluje své okolí, černý disk, který odklání světlo putující časoprostorem kolem ní. „Černá díra“ není jen to, že máte plochý časoprostor a z něj pak něco vyříznutého. Je to součást časoprostoru. Celý prostoročas je zakřivený a v určitém okamžiku se dostanete k „horizontu událostí“, ze kterého nelze uniknout – ten definuje černou díru. Někdy by se takový popis dal lépe představit pomocí schémat, konkrétně Penroseových diagramů, která zobrazují kauzální strukturu, konkrétně to, co se děje se světlem. Vizuální pojetí umělců je z hlediska porozumění méně užitečné.

Chceme-li ovšem popsat splynutí černých děr, pak pěkným způsobem znázornění toho, co jste na dálku viděli, je frekvence gravitační vlny, která splynutím vzniká. A tuto frekvenci pak můžete dokonce převést na zvuk a slyšet, jak splynutí „šveholí“. To je velmi roztomilé.

Často však můžete chtít studovat černou díru, abyste pochopili, co se skutečně děje velmi blízko jejího horizontu, a pak je nejvhodnější reprezentace trochu jiná: chcete popsat tvar horizontu. Nebo si představte, že jste uvnitř černé díry. Pak vás zajímá spíše to, co se děje s objekty, které do ní padají.

Chtěla byste se podívat dovnitř?

Moc ráda bych do ní spadla, alespoň do velké černé díry, neboť čím je černá díra větší, tím déle trvá dosažení singularity zakřivení. Vím, že je to situace, která nastane jednou za život.

Jacob Bekenstein ukázal, že černé díry stanovují teoretické maximum pro ukládání informací, které platí pro jakýkoli kvantový počítač.

Množství informací, které lze uložit, souvisí s entropií neboli maximálním množstvím neuspořádanosti. Zajímavé je, že na rozdíl od známých systémů v termodynamice u černých děr tato veličina neroste s objemem uvnitř černé díry, ale pouze s plochou horizontu událostí. To pochází z myšlenkových experimentů týkajících se druhého termodynamického zákona v přítomnosti černých děr. Nicméně jakýkoli jiný fyzikální systém, který by se vešel do stejné oblasti, by měl menší entropii, takže v tomto smyslu byste v něm mohli uložit méně informací.

Není to ale tak, že by ukládání informací v černé díře bylo nějak zvlášť užitečné. Černé díry jsou také nejrychlejšími šifrovací zařízení – stanovují horní hranici toho, jak rychle lze informaci zašifrovat, a tedy fakticky znehodnotit. Jeden z názorných způsobů, jak si to představit, díky Susskindovi a Uglumovi, je představit si základní strunu padající do černé díry. Při pohledu zvenčí to vypadá, jako by se struna ve velmi krátkém čase, srovnatelném s dobou průchodu světla, rozprostřela po celém horizontu. Informaci tedy nelze obnovit v žádné lokální oblasti. Je to, jako když si dáte kapku mléka do kávy: poté, co ji zamícháte, již není vidět, kam kapka poprvé spadla. Když se na to podíváme z jiného úhlu, pokud něco spadne do černé díry, horizont se lokálně deformuje, ale vše se velmi rychle vrátí zpět. 

 

Publikuj, nebo zhyň: nekompromisní pravidlo současné vědy. Aby ale výzkum vzkvétal, potřebuje čas. Má vědec podlehnout tlaku a publikovat své teorie v rychlém sledu?

Řekla bych, že ne, pokud si to můžete dovolit. Spěch není pro vědu dobrý a může způsobit, že promeškáme obrovské příležitosti. Nedávno jsem dokončila článek s Mattem Headrickem, jehož původní myšlenka vznikla před osmi lety, když jsme o ní začali diskutovat na workshopu. Neustále jsme se rozptylovali jinými projekty a snažili jsme se dokončit práce s mladšími spolupracovníky a podobně, ale kdykoli jsme byli na stejné konferenci, tak jsme ten nápad nějak oživili. Ale po celou tu dobu mezitím naše nápady klíčily a myslím, že když se náš článek konečně objevil, byl mnohem hezčí, než kdybychom ho napsali dříve, protože jsme na problematiku získali ucelenější pohled.

Často chvíli trvá, než lze nějakou teorii dostatečně pochopit, a hlavně, než si lidé uvědomí, že existuje určitá souvislost s jinými popisy. Nyní se například domníváme, že existuje hluboká souvislost mezi kvantovou informací a gravitací, a to je velmi vzrušující. V podstatě v celé historii fyziky neexistuje doba, ve které bych byla radši než dnes, a to ani na počátku kvantové mechaniky. Díky všem těmto novým poznatkům je šance, že se konečně podaří vysvětlit mnoho dlouholetých hádanek. Rozvoj nových znalostí nás navíc může zavést velmi překvapivými směry. Je to kouzelný pocit, uvědomit si souvislost s něčím jiným, co bylo dříve považováno za něco úplně jiného, takový způsob mentálního přebalení toho, co se děje, takže je najednou všechno jasné a věci dávají smysl. Snažíte se vyřešit nějaký paradox nebo se snažíte zobecnit nějakou teorii a přitom pochopíte něco, na co jste se nikdy neptali, nebo jste si možná ani neuvědomili, že se jedná o hádanku, ale najednou do sebe věci zapadnou. Očekávám, že k takové vědecké revoluci dojde.

Vlastně se mi ani nelíbí vymezování se vůči teoretikům strun, relativistům nebo fyzikům kondenzované hmoty, protože všechny tyto věci jsou vzájemně propojené. V dnešní době se možná učíme o kondenzované hmotě tím, že pracujeme na černých dírách.

Když se však snažíme pro to, na čem pracujeme, najít kategorii nebo se zařadit do určitého podoboru, máme jakési tunelové vidění a hrozí nám, že budeme tématu rozumět jen v omezeném smyslu. Pro mě je na fyzice možná nejvíce fascinující právě její propojenost. Ta se obvykle neprojevuje a vysvětlí se, až když pochopíme základní struktury. V případě duality může mít tatáž fyzika více zcela odlišných popisů a věci, které jsou v jednom popisu obtížné, mohou být v druhém snadné. Nalezení základních struktur však často vyžaduje širokou perspektivu a čas.

V grantových žádostech se ale klasicky požaduje aplikovatelnost výzkumu…

Obecný postřeh zní, že pokrok ve vědě je obvykle doprovázen praktickým využitím, ale v době vědeckého vývoje ještě nevíme, jaké bude. Statisticky víme, že praktické použití nakonec přijde, a jsme si vnitřně jisti jeho užitečností, ale to bohužel pro návrhy grantů nestačí. Přesto v počátcích kvantové mechaniky nikdo netušil, že ji budeme používat pro mobilní telefony, natož pak v počátcích obecné teorie relativity nemohl mít nikdo ani tušení, že bude potřeba v GPS. V kvantové teorii informace panuje spousta nadšení a optimismu, ale časový rámec pro každodenní použití také není jasný. Myslím, že si prostě musíme přiznat nejistotu a užít si dobrodružství.

This is not news but just came through it again & just cannot bear it. #physics is the worst area for women to work in: It will take almost 300years t achieve gender equality
How are we not taking this to priority?#WomenInScience @cindyeh @LukeHolman_Evohttps://t.co/gjbxH3hmVd

— Airán Ródenas Seguí (@AiranRodenas) February 10, 2019