Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Věda ve 20. století

1. období: od r. 1900 do konce 2. světové války
| seriál: Věda ve 20. století | další >
Publikováno: Vesmír 73, 545, 1994/10

Vědou jsem se začal aktivně zabývat roku 1928, když jsem přišel do Göttingenu jako doktorand k Maxu Bornovi. Mohu dosvědčit, že za šedesát let mého vědeckého života prodělala věda obrovský vývoj. V mnoha ohledech změnila charakter, ale základní postoje ke zkoumání přírody zůstaly stejné. Protože jsem fyzik, mluvím hlavně o vývoji ve fyzice a astronomii, s nimiž jsem obeznámen nejlépe. To, co se dělo v ostatních přírodních vědách, zmiňuji útržkovitěji. Ve vývoji vědy můžeme v našem století rozlišit tři etapy:

  • období od roku 1900 do konce 2. světové války,
  • období od r. 1946 do roku 1970,
  • období od r. 1970 do konce století.

Takováto rozdělení jsou vždy trochu nahodilá, neboť změny víceméně probíhají neustále. Není však pochyb, že existovaly tři okamžiky, kdy nastaly velké změny: na počátku století, v době 2. světové války a během posledních dvou či tří desetiletí.

Od roku 1900 do r. 1945
Rozhodujícími událostmi prvního období bylo vytvoření teorie relativity a kvantové mechaniky. Málokdy v dějinách vědy ovlivnily dva komplexy idejí přírodní vědy tak zásadně. Mezi oběma činy však existují podstatné rozdíly. Na teorii relativity se můžeme dívat jako na završení klasické fyziky 18. a 19. století. Speciální teorie relativity s sebou přinesla sjednocení mechaniky a elektromagnetizmu. Tyto dva obory nebyly navzájem konzistentní, pokud se zabývaly rychle se pohybujícími nabitými objekty.

Relativita pochopitelně vytvořila nové pojmy, jakými jsou např. relativita současnosti, slavná relace hmota – energie, myšlenka, že gravitace může být popsána jako zakřivení prostoru. Ale celkově vzato užívá teorie relativity pojmů klasické fyziky, jakými jsou poloha, rychlost, energie, hybnost atd. Musíme ji tudíž pokládat za konzervativní teorii, která tvoří v rámci klasické fyziky logicky koherentní systém.

Kvantová mechanika skutečně všechno převrátila. Je založena na poznání, že klasické pojmy se na svět atomů a molekul nehodí. Vznikl nový způsob, jak tento svět popsat. Heisenbergovými relacemi neurčitosti byly stanoveny hranice použitelnosti klasických pojmů. Tyto relace říkají: „Až sem můžete použít klasické pojmy a dále už ne.“ To je důvod, proč by bylo lepší nazývat je „relace omezující“. Bylo by rovněž výhodné nazývat teorii relativity „teorií absolutní“, neboť popisuje zákony přírody nezávisle na souřadném systému. Vyhnuli bychom se tím mnohým filozofickým nedorozuměním.

Vyvinout nerelativistickou kvantovou mechaniku trvalo čtvrt století. Jakmile se tak stalo, došlo k explozivnímu vývoji. Během několika let byla vysvětlena většina atomových a molekulových jevů, přinejmenším principiálně. Je na místě citovat upravený Churchillův výrok oslavující Královské letecké síly (RAF): „Nikdy nevykonalo tak málo lidí tolik práce v tak krátkém čase.“ O pár let později spojení relativity a kvantové mechaniky poskytlo nové, neočekávané výsledky. P. A. M. Dirac vymyslel svoji relativistickou vlnovou rovnici, která jako přirozený důsledek obsahovala spin elektronu a jemnou strukturu spektrálních linií. Použití kvantové mechaniky na elektromagnetické pole dalo vzniknout kvantové elektrodynamice s řadou překvapivých důsledků, některých pozitivních, jiných negativních.

Pozitivní důsledky zahrnují Diracovu předpověď antičástice k elektronu, tj. pozitronu, jejž poté objevili C. D. Anderson a S. H. Neddermeyer. Nejvíce překvapující byla předpověď tvorby párů částice – antičástice pomocí záření nebo jiné formy energie a anihilace těchto párů za emise světla či jiných nositelů energie. Jinou předpovědí byla existence elektrické polarizace vakua v silných polích. Všechny tyto nové procesy byly později experimentálně nalezeny.

Negativní důsledky jsou důsledky nekonečně mnoha stupňů volnosti pole záření. Nekonečna se objevují ve vazbě elektronu se svým vlastním polem a v polarizaci vakua, zahrneme-li příspěvek polí vysokých frekvencí. Tato nekonečna vrhají stín na kvantovou elektrodynamiku až do r. 1946, kdy bylo nalezeno východisko tzv. metodou renormalizací.

Paralelně s děním ve fyzice se rychle rozvíjely také chemie, biologie a geologie. Kvantově chemické vysvětlení chemické vazby dalo vzniknout kvantové chemii, jež dovolila hlubší porozumění struktuře i vlastnostem molekul a chemickým reakcím. Biochemie se stala rostoucím odvětvím chemie. Genetika vznikla jako odvětví biologie díky poznání, že chromozom je nositelem genů – prvků dědičnosti. Proteiny byly identifikovány jako podstatné složky živých systémů. Značně vzrostla znalost enzymů, hormonů a vitaminů. Embryologie začala zkoumat raný vývoj živých systémů, resp. způsob, jímž genetický program reguluje buněčné prostředí. Detailním zkoumáním Darwinovy ideje vývoje se zjistilo, že získané vlastnosti se nedědí. V geologii bylo svým způsobem převratné Wegenerovo pojetí deskové tektoniky a pohybu kontinentů. Koncem tohoto období W. Elssaser navrhl, že vířivé proudy (Foucaultovy) v tekutém železném jádře Země by mohly být zdrojem magnetizmu Země, což pak vedlo k vyřešení dosud nevysvětleného jevu.

Rok 1932 byl ve fyzice zázračným rokem. James Chadwick objevil neutron, Anderson a Neddermeyer nalezli pozitron, Fermi formuloval analogicky s kvantovou elektrodynamikou teorii radioaktivního rozpadu a H. Urey objevil těžkou vodu. Objevem neutronu vznikla jaderná fyzika; atomové jádro bylo chápáno jako systém silně interagujících neutronů a protonů. Tato interakce je důsledkem síly nového druhu – jaderné síly, jež existuje vedle sil elektromagnetických a gravitačních a “slabé síly“, kterou zavedl Fermi ve své teorii radioaktivity. Jaderná fyzika v 30. letech opakovala výkonnost atomové kvantové mechaniky, i když na mnohem vyšších úrovních energie – asi milionkrát vyšších než v atomech – a na jiných interakcích. Vedla k pochopení jaderné spektroskopie a jaderných reakcí. Byla objevena umělá radioaktivita a později štěpení jader i osudné důsledky jeho vojenského použití. Jedním z nejdůležitějších vhledů jaderné fyziky bylo vysvětlení zdroje energie Slunce a hvězd.

Charakter a sociologie vědy v tomto období
Soustředím se na situaci ve fyzice, s níž jsem obeznámen nejlépe. Překvapující je zejména malý počet experimentálních a teoretických fyziků, kteří se zabývali novým vývojem. Prvních kodaňských konferencí věnovaných posledním poznatkům kvantové mechaniky a relativity se neúčastnilo více než 50 nebo 60 lidí. Neexistovalo dělení podle specializací. Atomovou a molekulovou fyziku, jadernou fyziku, pevné látky, astronomii a kosmologii sledovali všichni účastníci, a všichni se také zapojili do diskuse. Obecně se každý z nich zajímal o všechny obory i jejich problémy. Kvantová mechanika byla považována za obor ezoterický; zřídkakdy se zmiňovalo praktické využití.

Novou fyzikou se zabývali na relativně málo místech a jejich seznam svědčí o převaze Evropy, zejména Německa. Američtí fyzikové, kteří chtěli ve Spojených státech hrát vůdčí roli, byli nuceni studovat několik let v Evropě. To vše se rychle změnilo počátkem 30. let, kdy se v USA fyzika z odvozené či „provinciální“ vědy náhle stala vědou ústřední a vůdčí. Provinciální jistě nebyla experimentální fyzika, uvážíme-li rozhodující experimenty C. J. Davidssona a L. H. Germera v r. 1927, zkoumající vlnovou povahou elektronů, a experiment A. H. Comptona z r. 1923, který se zabýval světlem na elektronech.

Změna postavení z provinciálnosti do centra byla způsobena vnitřním přeorientováním americké vědy a také tím, že ji prosazovaly vůdčí osobnosti, jako byli G. Breit, E. U. Condon, E. C. Kemble, R. A. Millikan, J. R. Oppenheimer, I. I. Rabi, J. Slater, H. J. Van Vleck a další. Většina těchto lidí získala část svého vzdělání v Evropě. Nové orientaci pomohla také imigrace prominentních německých a rakouských fyziků-utečenců před Hitlerem, i když prvotně ji nezpůsobila. Americké vědě pomohl rovněž konec německé převahy, způsobený antiintelektuálním postojem Hitlerova režimu.

Nejcharakterističtější pro vědu před 2. světovou válkou byl výzkum v malých skupinách a s nízkými náklady. Hradily jej především univerzity a nadace a jen zřídka byl financován z vládních zdrojů. Nadace měly na vědu velký vliv. K úchvatnému rozvoji biologie ve třicátých letech dalo podnět rozhodnutí Rockefellerovy nadace, vedené tehdy Warrenem Weaverem, podporovat tento obor více než ostatní. Lidi přivedl k vědě idealizmus. Nebylo mnoho míst ve výzkumu a na akademiích a práce nebyla dobře placena. Kdokoli, kdo se pustil do studia s úmyslem věnovat se vědeckému bádání, se musel vyrovnat s možností skončit jako učitel přírodovědných předmětů na střední škole, což byla koneckonců rovněž fascinující profese. Charakter vědy v tomto období může být chápán jako pokračování intelektuální a sociální tradice devatenáctého století.

/Přeložil Ivan Boháček/

...Bylo to na začátku 2. světové války, když byl objeven princip štěpení atomového jádra a kdy fyzikové přemýšleli o využití vědeckých poznatků pro výrobu jaderné zbraně jaderné hromadného ničení. To byl ale velký problém vědecké odpovědnosti. Odpor k využívání vědy pro zabíjení lidí ustupoval před obrovským nebezpečím toho, že by Hitler takovou bombu měl ještě před tím, než ji budou mít spojenci. A tak se mnozí z nás rozhodli, že snad bude lépe, když se ji pokusí vyrobit dříve než Hitler... V květnu 1945 se zjistilo, že Němci bombu nemají. A znovu vyvstává zajímavý problém odpovědnosti. Proč jsme já i ostatní pokračovali? [...]

Odpovědnost vědce spočívá ve vztahu mezi vědou a technikou. Čistá věda, a já se považuji za čistého vědce, se snaží spíše dostat dovnitř, do zásadního vnitřku, do podstaty, která leží za jevem. Je to nesmírně zajímavá kulturní činnost. Technika je aplikovaná věda. Využívá těchto vnitřků a objevů, využívá jich pro lidstvo, pro jeho dobro a bohužel i zlo. Musíme rozlišovat z mnoha otázek odpovědnosti, že škoda je způsobena z aplikování vědy a z techniky. Ale technika vlastně vědě platí v zemědělství, ve stavebnictví, v metalurgii. dokonce i antika měla pozoruhodnou techniku. Ale asi od r. 1800 pracují věda a technika společně. Nejtypičtějším příkladem je objevení Faradayovy indukce a spojení elektrických a magnetických jevů, což vedlo r. 1930 Siemense a o třicet let později ostatní ke zkonstruování elektromotoru a dynama...

Faraday vyprávěl historku, jak se ho jeden politik, když předváděl svůj experiment, který v té době neměl žádné praktické využití, zeptal, jakou to má cenu. A on mu řekl: „Jakou cenu má novorozenec? Musíme počkat.“ A skutečně – civilizace se díky tomu změnila [...]

Je zajímavé porovnat vůz, kterým jel císař Hadrián z Říma do Vídně, s kočárem, který na cestu z Vídně do Říma použil Mozart. Vypadají prakticky stejně, třebaže mezi nimi je téměř 1 700 let. A  porovnejme to s vozem, který dnes na cestu do Říma použijeme my. Je však otázkou, zda obrovský vliv techniky na naši civilizaci je vždy pro naše dobro...

Jednou z nejdůležitějších a nejblahodárnějších aplikací techniky je medicína. Medicína je technikou biologie. Medicína má skutečně obrovský vliv. Ve vyspělých zemích se průměrný věk zdvojnásobil, byly zlikvidovány epidemie, máme mnohem zdravější život a máme to, co bych nazval kontrolou úmrtnosti. A kontrola úmrtnosti má ovšem smysl pouze ve spojení s kontrolou porodnosti. To je velmi důležitý moment vědecké odpovědnosti..

V. F. Weisskopf

Pozitivní a negativní účinky

Neměli bychom zapomínat na pozitivní minulost. Nejsou to jenom stroje, které nám v životě pomáhají, medicína, která nás udržuje zdravé. Na konci minulého a na počátku tohoto století došlo k něčemu, co bych nazval první humanizací průmyslu. V té době byli dělníci vykořisťováni. A potom byla zavedena osmihodinová pracovní doba, lékařská péče pro dělníky, byla částečně zakázána dětská práce, i když ne dostatečně. Byly zavedeny sociální dávky, celoživotní pojištění. A to je humanizace. Bylo to rozvinuto zejména v Evropě a do jisté míry i ve Spojených státech a ve třetím světě.

Negativní účinky bych rád ilustroval na příkladě znečištění. Rozlišoval bych znečištění materiální a duchovní. Materiálně znečišťuje průmysl životní prostředí. Dokonce už v době Říma vykáceli Římané všechny stromy na dalmatinském pobřeží na stavbu svého loďstva a dnes je toto pobřeží suchou a vyprahlou krajinou. Ale tehdy to byla pouze malá část světa. A dnes se četné vlivy průmyslu neomezují pouze na národní úroveň – jsou globální... Vliv oxidu uhličitého na podnebí, vliv ozonové vrstvy, úbytek lesů – plánovaný i neplánovaný. Plánovaně byly káceny dešťové pralesy v Americe. Neplánovaný úbytek lesů byl způsoben kouřem, kyselým deštěm aj. To opět lidé nepředvídali.

Jsem přesvědčen, že všechny tyto hrozby životnímu prostředí – materiální hrozby – mohou být vyřešeny pomocí techniky: Člověk nemusí získávat energii spalováním fosilních paliv – minimálně ne tak mnoho. Budeme mít solární energii, nukleární energii za bezpečných podmínek... Můžeme mít čistší průmysl, můžeme přestat s ničením lesů a hlavně musíme zavést kontrolu porodnosti, neboť jedním z největších problémů materiálního značištění je obrovský růst populace a zvýšení životní úrovně obyvatelstva, jež s sebou přináší vyšší spotřebu energie. Kontrola porodnosti je nejdůležitější. Problém, se kterým se při kontrole porodnosti setkáváme, spočívá v tom, že proti ní existují silné náboženské předsudky. Zejména u islámu a u katolického náboženství. Papež v  Římě proti nám tvrdě vystupuje – používá argumentu „Bůh ustanovil rovnováhu mezi lidstvem a přírodou“. Kontrola úmrtnosti tuto rovnováhu porušila, proto je naší náboženskou povinností vůči Bohu znovu tuto rovnováhu obnovit...

V. F. Weisskopf: O odpovědnosti vědce v jaderném věku

Závěrem bych uvedl sedm bodů týkajících se odpovědnosti vědců. A chápu vědce v tom nejobecnějším slova smyslu – přírodní vědce, společenské vědce, inženýry, státníky. Řazení není nutně řazením podle důležitosti.

  • Předejít válce jakéhokoliv druhu. Nejen jaderné. Samozřejmě jaderná je nejdůležitější, ale jakákoliv válka je dnes strašná, neboť i konvenční zbraně byly značně vyvinuty.

  • Předejít katastrofě životního prostředí, protože ta nastane, jestliže nezměníme naši společenskou strukturu a naši vynalézavost.

  • Vytvořit cílevědomý a smysluplný život pro většinu obyvatelstva.

  • Zdokonalit vzdělávání. Vzdělání ve všech formách. Naše školy jsou špatné. A ve vzdělávání nezdůrazňujeme dostatečně důležitost problémů spojených se životním prostředím.

  • Pomoc třetímu světu, aby se vyvinul a ne aby utrácel peníze za zbraně. A pomoci mu, aby se vyvinul rozumně. S pochopením. Samozřejmě, že říkají, proč bychom si měli dávat pozor na znečištění, když vy jste ho nedávali.

  • Trvejte na svobodě názorů a na hodnotě pochybností. Trvejte na tom, že je dobré o něčem pochybovat. Je to proti fanatizmu a autoritářství.

  • Uvědomění si důležitosti toho, čemu já říkám komplementární přístupy.

Všech těch sedm bodů je stejně závažných. Ten poslední, týkající se komplementárnosti, vyžaduje jistý komentář. Vedle vědy a techniky existuje několik, ve skutečnosti mnoho, přístupů k lidským problémům. Etický, umělecký, náboženský. Ale ty nejsou kontradiktorické. Jsou pouze komplementární k vědě. Věda může udělat hodně, ale nikdy nemůže rozhodnout, co je dobré a co je špatné. Nebo co je krásné a co je ošklivé. Slyšel jsem symfonii Salieriho, který použil stejných motivů, stejných témat jako Mozart. Ale bylo to prázdné. Nic. Nemělo to ten božský obsah mozartovské skladby. Nikdy by nebyl žádný počítač schopen určit ten rozdíl. Je to stejný druh pořadí tónů atd. Takže zde jde o  vnější komplementárnost k vědě. Umělecký akt tvorby nemůže být vědecky analyzován. Takže celé naše vzdělání, náš přístup k  problémům života by neměl být ovládán pouze vědeckými a odbornými náhledy, ale měl by věnovat stejný význam všem těmto ostatním přístupům, abychom se naučili toleranci, dokonce nadšení pro různorodost lidského a ostatního.

Victor F. Weisskopf: O odpovědnosti vědce v jaderném věku

Diskuse

Žádné příspěvky