Česká věda a vzdělání žijí... Zatím.

(Psáno pro časopis Babylon)

Více »

Má česká věda zmizet?

Minulý měsíc se na prezidenta republiky obrátili dopisem dva významní vědci z Akademie věd České republiky a upozornili jej na hrozící existenční problémy Akademie věd, plynoucí z plánovaného drastického snižování jejího rozpočtu. To by, jak se obávají, vedlo k výraznému omezení jejího provozu, ne-li postupnému zániku. Podle prohlášení prezidenta, které bylo zveřejněno včera, je však správné, aby rozpočet státu na vědecké bádání klesl. V době krize podle něj nemá věda nijak privilegované postavení v porovnání například se zdravotnictvím či policií a bude tedy muset šetřit. Obavám pracovníků Akademie věd prý sice rozumí, jako ekonom s nimi však nesouhlasí. Akademie věd se zkrátka má uskrovnit, tak jako ostatní.

Člověk neznalý situace prezidentovu prohlášení jistě také snadno porozuměl - takto jednoduché zdůvodnění zní velmi logicky. Vzhledem k tomu, že pan prezident měl dost času na to, aby si zjistil fakta, jsou však jeho výroky nejspíše dokladem toho, že mu dopis vědců, kteří se na něj obrátili, za tu námahu nestál.

Současný proces takzvané reformy vědy a výzkumu totiž zahájila Rada vlády pro výzkum a vývoj již v době vlády premiéra Topolánka (kuriózní je, že ten sám mi dříve veřejně sdělil, že stát pod vedením ODS má v úmyslu vědu a výzkum podporovat...). K poklesu rozpočtu Akademie věd by tedy v rámci tohoto procesu bylo došlo i bez krize, jen by pravděpodobně nebyl tak výrazný a rychlý. Ale tak dlouhé paměti dokonce ani není třeba: i současná prozatímní vláda premiéra Fischera na jaře velmi brzy po svém jmenování prohlásila, že v zájmu zachování konkurenceschopnosti České republiky bude i v době krize věda a výzkum její prioritou a že výdaje státu v této kapitole se snižovat nebudou. V souladu s tím pak zůstal příslušný objem peněz v navrhovaném rozpočtu na příští rok zachován.

Kde je tedy háček? Akademie věd se zabývá - spolu s některými vysokými školami - zejména výzkumem základním. To není nic neobvyklého: státní instituce základního výzkumu financují všechny vyspělé státy, neboť je dobře známo, že především z něj lze očekávat nové překvapivé objevy. Ty pak může dále využívat výzkum aplikovaný, který je spojený se soukromým kapitálem a je schopen dovést některé poznatky do stavu praktické využitelnosti.

Jenomže podle plánů Rady vlády pro výzkum a vývoj - které schválila i současná vláda - tomu má být přesně naopak: základní výzkum má být utlumen, zatímco stát bude na jeho úkor více podporovat firmy které se přihlásí s žádostí o dotaci svého aplikovaného výzkumu. To sice může také přinést užitek, nikdo však v praxi nebude zkoumat, zda by dotyčná firma neměla dostatek vlastních prostředků a tedy zda dotaci opravdu potřebuje. K doložení tohoto tvrzení se stačí přesvědčit, že kromě menších firem dostávají běžně od státu peníze na tzv. aplikovaný výzkum významné a kapitálově silné společnosti.

Jádro věci je tedy zde: v případě Akademie věd se nejedná o žádné šetření. Současnou politikou je výrazně více než dříve dotovat firmy, a nikoliv umožňovat svobodné bádání, jehož výsledky by přitom, což je nutno zdůraznit, byly prokazatelné. Při uplatňování takového záměru by pak bylo stěží možné očekávat pokroky v mnoha oblastech, které považujeme za samozřejmé: třeba nová antivirotika, léky proti AIDS nebo klíšťatům, nové nanotechnologie nebo poznatky o české historii. V horizontu několika roků bychom si snad ničeho nevšimli, nicméně bychom se postupně stávali zemí bez špičkových znalostí, vhodnou ještě více než dnes zejména pro montovny, které se však mohou odstěhovat tehdy, kdy to je pro ně výhodné. Zdá se vám tato strategie správná z hlediska ekonoma?

Chce-li však pan prezident srovnávat Akademii věd se zdravotnictvím, jsem pro. Jistě vám neušlo, že - krize nekrize - dochází v současnosti k poměrně výraznému zvýšení platů zdravotních sester. Je to určitě v pořádku: o jejich důležitosti nikdo nepochybuje. Naproti tomu zvyšování míry financování vědy nyní nikdo nepožaduje, vždyť už i jen zachování rozpočtu Akademie na příští rok by byl obrovský úspěch. Vědci se teď spíše opět snaží veřejnosti vysvětlovat a obhájit dlouhodobý význam základního výzkumu pro společnost a zabránit postupné likvidaci Akademie věd. Navzdory všem nepříznivým snahám a prohlášením přece jen věřím, že se to podaří a že nakonec český základní výzkum a vzdělanost k zániku odsouzeny nebudou.

Jak ven z krize? Jak ze které...

V dnešní situaci, která je obecně označována jako světová ekonomická krize, se bezpochyby zvlášť jasně ukazuje, jak výrazně a rychle se svět okolo nás změnil. Zatím se zdá, že hlavním lékem jednotlivých světových ekonomik budou různá finanční opatření, jejichž cílem je zvrátit náhlé zpomalení průmyslové výroby a tak dosáhnout když ne oživení, pak prozatím alespoň zastavení pokračujícího propadu. Spojené státy americké, kde pád přibližně před rokem započal, uvolňují za tímto účelem astronomické částky, další státy nezůstávají pozadu a zvyšují tak svoje - leckdy vysoké - zadlužení. Prozatím lze soudit, že svět se shoduje na tom, že má problém a se vší rozhodností se pustil do jeho odstraňování.

Myslím, že kdyby aktuálním problémem naší civilizace situace byla jen složitá ekonomická situace a nízká spotřeba peněz, mohli bychom se spíše radovat. Stačilo by se spolehnout na víceméně osvědčené poučky o ekonomických cyklech - po růstu přichází stagnace, pak recese, krize, a nakonec znovu oživení, takže vlastně stačí jen počkat dostatečně dlouho a vše bude opět v pořádku. Ekonomové jsou si přitom vědomi, že důležitým negativním faktorem stojícím v pozadí celého pádu byla nedostatečná regulace bankovního a hypotéčního sektoru, která nebyla schopna zabránit spekulacím, jež pak celý systém překvapivě rychle strhly do propasti. Tím však úvahy zůstávají stále v ekonomické rovině; je však zjevné, že problém není jen jeden, ekonomický, ale že jich je celá řada. K hlavním patří podle mého názoru měnící se světové klima, celkové narušení ekosystémů - světových oceánů, tropických deštných pralesů a dalších -, postupné vyčerpávání nerostných surovin i tradičních energetických zdrojů a v neposlední řadě i to, že významné zdroje fosilních paliv jsou pod kontrolou států, které lze sotva považovat za demokratické.

Stojí za pozornost, že Spojené státy, které v posledních letech omezovaly investice do vědeckého výzkumu z veřejných rozpočtů, se nyní rozhodly vědu podporovat více. To je pochopitelně rozhodnutí spojené s nástupem nového amerického prezidenta, nicméně shoda o účelnosti těchto investic zřejmě panuje i napříč oběma zákonodárnými komorami. Od nového prezidenta bylo takové rozhodnutí možno očekávat již dávno; v situaci, kdy americký státní rozpočet silně krvácí (mj. v důsledku vleklé války), však jeho schválení dalšími zástupci voličů nemuselo být zcela automatické. Mimochodem, nový americký ministr energetiky Stephen Chu je, pokud vím, prvním nositelem Nobelovy ceny za fyziku, který zastává tak vlivný vládní post. Myslím, že v tomto ohledu by si ze Spojených států nyní měly vzít příklad i další země. Nemusí jít přitom přímo o zvyšování výdajů za vědu, a ani nositelů Nobelovy ceny se do politiky nyní nebudou hrnout houfy. Neméně důležité mi připadá už jen to, do jaké míry politici jsou připraveni naslouchat názorům kvalifikovaných vědců, kteří mají pravděpodobně ze všech nejlepší představu ne-li o tom, jak jednotlivé problémy řešit, pak přinejmenším o jejich rozsahu a širších souvislostech. Kromě toho, vědci jsou na rozdíl od mnoha politiků zvyklí nejen racionálně přemýšlet, ale i ptát se na názory jiných a diskutovat o nich; to je dnes naprosto základní předpoklad špičkové vědecké práce.

Když byla před více než dvaceti roky vědci objevena existence ozónové díry v atmosféře Země, vyvolalo to nejdříve obavy ze škodlivého vlivu sílícího ultrafialového slunečního záření. Poměrně rychle však byly nalezeny náhrady za freony, které používáme dodnes, a i když se ozónová díra ještě zcela nezavřela, problém je považován za víceméně vyřešený. Překonat problémy před kterými lidstvo stojí v současnosti, i když mnozí o nich nevědí, nepřemýšlejí nebo na je jednoduše ignorují, bude nepochybně daleko složitější. Pokud si tedy z "ozónové krize" můžeme vzít kromě trochy optimismu i nějaké poučení, pak je to podle mého názoru konstatování, že na hledání účinných řešení potřebujeme politiky kteří si budou vědomi závažnosti dnešní situace, nejenom z ekonomického hlediska, a budou připraveni spolupracovat s odborníky z daných oblastí. Řečeno jazykem ekonomů, bude-li ze strany občanů po takových politicích poptávka, nebude snad ještě pozdě si takové politiky najít, zvolit a zabránit nejhoršímu. Viděno realisticky, v české kotlině bych však takto globálně uvažující osobnosti v našich politických stranách nehledal; určité naděje se spíše rýsují na opačné straně oceánu.

Česká vlajka ve vesmíru

Polovina letošního roku se stala dalším důležitým mezníkem na poměrně dlouhé cestě České republiky k členství v Evropské kosmické agentuře ESA. Řada sdělovacích prostředků zaznamenala nejdříve to, že samotná ESA s tímto budoucím členstvím vyslovila souhlas a že přistoupení Česka k 1. lednu příštího roku by měla schválit česká vláda a parlament. Minulé úterý, kdy na sebe ovšem největší pozornost upoutala smlouva s USA o americkém radaru, pak předseda vlády smlouvu o přistoupení k ESA skutečně podepsal a poslední slovo tak budou mít jinak dosti nejednotní poslanci. Je proto vhodné povšimnout si dalších souvislostí včetně toho, jaký význam celý proces může mít pro českou vědu, špičkový průmysl a celou ekonomiku.

Všechny zmíněné události jsou logickým pokračováním předchozích aktivit organizace která české úsilí v tomto směru koordinuje, České kosmické kanceláře, a bez jejíhož dřívějšího působení by jistě ESA v současnosti neměla o českou účast takový zájem. Česká kosmonautika totiž zahájila své vrcholné období před třiceti lety kdy na oběžnou dráhu vzlétl jediný československý kosmonaut Vladimír Remek. V rámci sovětského bloku se později Československo podílelo na programu Interkosmos, mimo jiné na konstrukci družic Magion, součástí orbitálních stanic Saljut a MIR a dalšího kosmického vybavení. Tyto aktivity však pohasly po rozebrání železné opony současně s útlumem sovětského vesmírného programu.

První náznaky obratu nastaly teprve roku 1996 kdy byla uzavřena rámcová smlouva o spolupráci mezi Českou republikou a ESA. Tato spolupráce se pak začala pomalu ale jistě prohlubovat, když v pozdějších letech Česko začalo do evropského výzkumného programu přispívat i finančně; tento stav trvá již od roku 2004 kdy naše republika má status spolupracujícího státu a české instituce se mohou podílet na většině programů ESA. V tomto přechodném období se tedy libovolné české subjekty mohou ucházet o zakázky ESA, a protože je zřejmé, že v konkurenci "starých" členských zemí by zatím těžko obstály, je celý objem českého finančního podílu jednoho miliónu euro vyhrazen pro české uchazeče, samozřejmě za podmínky, že jim jejich technická vyspělost účast v těchto špičkových projektech umožňuje. Zpočátku také příslušná částka zůstávala nevyužitá, je však jistě pozitivní, že s postupem času vzrůstají schopnosti českých uchazečů, takže v současnosti se již využívá celá.

Cena za plné členství v ESA od ledna příštího roku však bude ještě nejméně asi pětkrát vyšší. Mohlo by proto překvapit že se vstupem do této prestižní mezinárodní organizace souhlasí česká vláda, která v současnosti hledá spíše úspory nežli nové výdaje, a její výdaje na vědu a výzkum navzdory optimistickým prohlášením nijak závratně nerostou. Myslím, že poměrně významnou roli v rozhodnutí vlády sehrála perspektiva, že by právě v Praze v blízké budoucnosti mohlo vzniknout sídlo řídícího střediska družicového navigačního systému Galileo; jak známo, Evropský parlament nedávno definitivně potvrdil záměr vybudovat tento systém jenž má být zdokonalenou verzí amerického GPS. Umístění sídla Galileo v Praze by pro Česko bylo pochopitelně nejen záležitostí prestiže, ale i velkým ekonomickým přínosem který by členské příspěvky daleko převýšil; bez našeho členství v ESA však o něm samozřejmě nelze uvažovat.

Ať již řídící středisko Galileo bude vybudováno kdekoliv, blížící se počátek českého členství v ESA lze určitě hodnotit jedině pozitivně. Česká republika zde sice bude spíše malým hráčem, přesto ale bude mít možnost ukázat své schopnosti. Pro domácí podniky, univerzity a výzkumné ústavy tím vznikne další šance podílet se na vývoji aplikací špičkové světové úrovně. Současně nezbývá než doufat, že účinná podpora výzkumu a rozvíjení špičkových technologií v Česku bude pokračovat i v dalších oborech.

Cena vzdělání

Podle nedávných zpráv všechno nasvědčuje tomu, že financování vysokého školství a vědy v Česku v nejbližších letech projde poměrně zásadní reformou. O její definitivní podobě sice zatím není rozhodnuto, nicméně zdá se být čím dál tím pravděpodobnější, že jednou z jejich podstatných součástí bude zavedení školného na univerzitách. Do svého návrhu připravovaných změn je začlenil premiérův poradní tým a tuto myšlenku poté podpořil i sněm rektorů. Jejich souhlasu se nelze divit - další zdroj peněz, nezávislý na státním rozpočtu, vysoké školy pochopitelně uvítají. Celý záměr se zřejmě opírá o jednoduchou logiku: je všeobecně známo, že lidé s vysokoškolským vzděláním mají v průměru výrazně vyšší příjmy nežli ti, kteří diplom nemají. (To je nejspíš také současně jedna z vícerých příčin, proč se na univerzity hlásí stále rostoucí počet uchazečů.)

Aritmetický průměr je však nástroj dosti ošidný. Sečíst sloupec čísel a součet vydělit počtem řádek je jednoduché, ale výsledky bývají někdy dva. Jeden je ten očekávaný, číselný, druhým výsledkem pak někdy bývá, že si lidé, kteří si příslušnou statistiku přečtou, ztotožní všechny zúčastněné osoby s tou průměrnou. To bývá ovšem často velmi hrubé zjednodušení. Je sice možné zahrnout do jediné skupiny všechny vlastníky diplomů - například právníky, vrcholné manažery nadnárodních firem, kvalifikované učitele nebo špičkové lingvisty vytvářející pracně po léta etymologický slovník. Každému je však zřejmé, že už jejich platy se budou od sebe výrazně lišit, nemluvě o různých případných výhodách a dalších odměnách jež se do zdaňovaných příjmů ani nezapočítávají.

Myslím, že zavedení školného může být pro vysoké školství určitým přínosem. Z doby studií si asi leckdo pamatuje na některé kolegy kteří více než o nabývání znalostí stáli o zachování svých studentských výhod. Získání diplomu pro ně pak více než dokončení studia znamenalo ukončení příjemné fáze života, do čehož se příliš nehrnuli. Pokud by si tito "věční studenti" za každý další rok na vysoké škole měli zaplatit, jistě by si to rozmysleli dvakrát; tyto případy jsou však nejspíš poměrně okrajové. Jiným pozitivním důsledkem by mohlo být to, že by studenti více sledovali kvalitu výuky, za kterou si zaplatili. Mají-li už však být na vysokých školách poplatky za studium zavedeny, je podle mého názoru velmi důležité brát ohled na to, že v některých oborech ani úspěšný absolvent s vynikajícími schopnostmi nemusí být schopen bez problémů splácet půjčku na své vzdělání z příjmů ze zaměstnání pro které má nejlepší kvalifikaci.

Nepoměr mezi platy a vzděláním už přitom existuje už v současnosti. Pro toho kdo by o tom pochyboval nabízím jednoduchou hádanku: kdo je oceněn vyšším nástupním platem - začínající řidič autobusu pražské hromadné dopravy, nebo čerstvý absolvent studia fyziky s doktorským titulem v Akademii věd? Správná odpověď: lépe je na tom řidič autobusu. Podle inzerátů lákajících nové zájemce jeho mzda bude činit dvacet pět tisíc korun, o čemž si mladý absolvent po osmi letech studia může nechat jen zdát. Takových srovnání by bylo jistě možné najít více.

Mám proto obavy, aby připravovaná reforma nebyla předzvěstí nové situace, kdy si středoškoláci budou ještě více než dosud vybírat mezi vysokoškolskými obory na základě toho, jaký plat budou moci se svým diplomem později očekávat. Pro řadu institucí jako jsou základní a střední školy nebo akademie věd, potažmo pak ale i pro celou společnost by to byla, myslím, dosti špatná zpráva.

Světla všech barev

Dnešní cyklista nemusí být zrovna pamětníkem na to, aby si pamatoval na dobu, kdy součástí jízdního kola, a to dokonce povinnou, bývalo osvětlení napájené dynamem. Ovšem jak každý ví, časy se mění a to mnohdy velmi rychle; kdo dnes jezdí na kole za šera či v noci bývá povětšinou vybaven diodovými svítilnami. Kromě toho že tak odpadá ,,brždění'' dynamem je velkou výhodou i možnost blikání díky kterému je kolo na silnici mnohem těžší přehlédnout. Účinnost bíle svítících diod je pak již tak vysoká, že baterie běžně vystačí na desítky hodin provozu.

Právě velká účinnost přeměny elektrické energie na světlo je jednou z nejdůležitějších vlastností svítivých diod, díky níž se s největší pravděpodobností s tímto zdrojem světla budeme setkávat čím dál tím více. Již nyní jsou červenými diodami běžně osazována zadní světla automobilů, ve světě se ve zkušebním provozu zavádějí nebo i běžně fungují v semaforech, navigačních světlech označujících přistávací plochy letišť; diody bílé i jiných barev se používají pro barevné displeje, osvětlení zastávek autobusů a jinde. Silným argumentem pro jejich další rozšíření je bezpochyby, v době kdy snižování emisí je tématem i na úrovni mezinárodní politiky, také výrazná úspora energie oproti klasickým žárovkám, které se pomalu ale jistě stávají minulostí. Jednou z dalších pravděpodobných aplikací budou podle mého odhadu čelní reflektory automobilů; je jen otázkou času, kdy se bílé svítivé diody prosadí i ve svítidlech namísto žárovek. V tomto ohledu zbývá dosud vyřešit jednak technické detaily například z hlediska jejich nízkonapěťového napájení ve vysokonapěťové rozvodné síti, dále jakým způsobem ošetřit situace kdy v soustavě více diod dojde k poruše jedné z nich, dosáhnout přirozenějších barev spektra, ale zejména ještě zvýšit jejich svítivost aniž by byla zkrácena životnost. Neočekával bych proto, že bílé diody do nástropního osvětlení proniknou dříve než za několik let, přestože průmyslové podniky nezahálí a investují do dalšího vývoje.

Je skoro k neuvěření, že historie svítivých diod má za sebou už první století. Jev emise světla z polovodičů totiž poprvé pozoroval roku 1907 britský experimentátor H. J. Round. O dvacet let později sestavil první uspořádání připomínající svítící diodu v SSSR jistý O. V. Losev. Technický pokrok vedoucí k počátku vývoje součástek s praktickým použitím zahájil ale až v šedesátých letech v americké společnosti General Electric Nick Holonyak. Červené a zelené diody se pak staly obvyklou součástí elektronických přístrojů na jejichž čelních panelech se s nimi běžně setkáváme dodnes.

K ovládnutí celého viditelného spektra ovšem ještě po dlouhou dobu chyběla třetí základní barva, modrá. Protože barva vyzařovaného světla je určená vlastnostmi tenkých polovodičových vrstev tvořících aktivní oblast diody, šlo o to najít vhodný materiál jenž musí vyhovovat několika kritériím současně a také vyvinout technologii jeho přípravy. Obrazně řečeno, tento běh na dlouhou trať nakonec vyhrálo Japonsko které po řadu let nelitovalo investic do dlouhodobého výzkumu jenž stále nepřinášel kýžený výsledek. Až teprve v devadesátých letech byl vývoj završen a do stadia výroby vstoupily modré diody a lasery založené na nitridu galia. Díky tomu mohly být vyvinuty barevné diodové obrazovky, bílé diodové svítilny, v nedávné minulosti také nejnovější generace videopřehrávačů označovaných názvem Blu-ray a další výrobky které nás budou čím dál tím více obklopovat.

Až si budete někdy jeden z nich pořizovat nebo až příště za šera pojedete na kole s blikajícím světlem, možná, že si na tuto stoletou historii vzpomenete.

Zapálení vědou

Když skupinka fyziků v padesátých letech minulého století objevila princip laseru, určitě netušili jaké důsledky jejich objev jednou bude mít. Mezi výsledky za které byly uděleny Nobelovy ceny bychom našli jen málo srovnatelných co do dopadu na náš každodenní život. Mimochodem, stojí za připomenutí, že princip laseru byl objeven v rámci základního výzkumu - v té době by si sotva někdo uměl představit současnou širokou škálu jeho použití. S lasery se dnes setkáváme běžně v počítačích a tiskárnách, přehrávačích CD i DVD, používají se ve strojírenství, stavebnictví a lékařství, telekomunikacích a na mnoha dalších místech. Díky pokračujícímu výzkumu pak další způsoby využití laserů stále přibývají.

Nejnověji lasery dávají lidstvu zajímavou šanci přispět významnou měrou k vyřešení problému zdrojů energie. Jedná se o ovládnutí termojaderné fúze tj. spuštění reakce kdy z jader lehkých prvků vznikají těžší tak, jak to probíhá například ve Slunci. Takováto reakce je energeticky velmi výhodná, paliva pro ni - zejména vodíku - máme na Zemi dostatek a její produkty prakticky nejsou radioaktivní. Hlavní potíž spočívá v tom, že ke spuštění reakce je zapotřebí kontrolovaně dosáhnout extrémně vysoké teploty hmoty, řádu stovek miliónů stupňů, což zatím je velkou překážkou. Jedním z možných způsobů spuštění termojaderné fúze je zařízení typu tokamaku, o němž napsal nedávno svůj příspěvek pan Wichterle. Do projektu ITER, na němž se podílí většina nejvyspělejších států, plynou značné prostředky, jejichž výsledek může být pro lidstvo naprosto zásadní: zajištění téměř nevyčerpatelného zdroje energie a dosažení nezávislosti na fosilních palivech.

Druhou, asi méně známou možnost dosažení extrémních podmínek nezbytných pro začátek fúze nabízejí právě lasery. Samotná myšlenka není příliš složitá: je k tomu potřeba zkoncentrovat velké množství energie v krátkém čase do malého prostoru kde je umístěno malé množství hmoty, tzv. terčík kulového tvaru, srovnatelný se špendlíkovou hlavičkou. Ohřátím jeho povrchu dojde k náhlému vypařování hmoty, pod povrchem se však v důsledku zákona akce a reakce začne šířit směrem do středu kuličky tlaková vlna. Podle výpočtů by v tom případě mohlo dojít ke spuštění termojaderné reakce a uvolnění velkého množství energie; pokud by se toho podařilo dosáhnout, pak by jednoho dne mohly na tomto principu pracovat elektrárny nového typu. Je ovšem zřejmé, že laser určený k zažehnutí musí být opravdu velmi výkonný.

Zatím hlavním místem kde se na vytvoření vhodných podmínek intenzivně pracuje, je zřejmě americká laboratoř se zajímavým jménem "National Ignition Facility", což by šlo velmi volně přeložit asi jako "Velký národní zapalovač". Stojí poblíž kalifornského Livermore na ploše srovnatelné se dvěma fotbalovými hřišti; v současnosti se zde pracuje na instalaci laseru - přesněji řečeno, celkem 192 laserů, z nichž každý má být nejvýkonnější na světě. Konkrétně energie v každém laserovém pulsu má být rovna asi 4 megajoulům. Všech 192 pulsů pak bude muset dorazit v přesně stejný okamžik na povrch terčíku tvořeného směsí deuteria a tritia. Co se stane dál, na to si budeme muset počkat do roku 2010 kdy by měly proběhnout první experimenty tohoto typu; v současnosti je z 192 laserů zhotovena jen asi polovina. Teprve pak se ukáže, zda velmi nákladná investice Spojených států do tohoto zařízení byla smysluplná.

Situace však není tak černobílá jak by se mohlo zdát z předchozího textu - kromě výzkumu termojaderné fúze se v "národním zapalovači" provádí také - a především - výzkum vojenský spojený s jadernými zbraněmi, zatímco základnímu výzkumu se má věnovat jen asi necelá pětina kapacity laboratoře. To samozřejmě vyvolává kritiku celého projektu a jiné otázky včetně etických o zdůvodnění celého projektu - do jaké míry se jedná o zapálení vědou? Tyto úvahy by však byly námětem zamyšlení asi úplně jiného druhu...

Novoroční zamyšlení

Určitě nejsem sám kdo si v těchto dnech klade otázku, jaký asi bude nadcházející rok a jaké změny přinese. Soudě podle jeho prvních minut a zejména podle velmi obvyklé koncentrace "zábavné pyrotechniky" brázdící noční oblohu bych odhadoval, že se od předchozích let příliš odlišovat nebude. Ačkoliv byl rok 2008 prohlášen za reformní, řada odborníků z oboru ekonomie (k nimž se rozhodně nepočítám) považuje nově zavedené změny přinejlepším za první krok správným směrem. Rád bych doufal spolu s dalšími, že další kroky budou následovat, abychom za pár desetiletí nemuseli přemýšlet o tom, odkud budeme splácet vysoké státní dluhy.

Ani pokud se týká vědeckého výzkumu nezdá se mi zatím, že by se blýskalo na výrazně lepší časy. Ačkoliv deklarovaná státní podpora vědě a vzdělání je po dlouhá léta stabilně vysoká již od dob vlády jíž předsedal současný prezident našeho státu, při bližším a dlouhodobém pohledu zjišťujeme, že finanční prostředky určené pro výzkum, univerzity a školy víceméně stagnují nebo přinejlepším velmi zvolna rostou. Pěkných slov o "společnosti vzdělání" jsme si mohli užít na volebních letácích; ve skutečnosti se však věnuje větší pozornost například budování nových dálnic (za nechvalně známé náklady) nežli zastaralým školám a nízkým platům učitelů, jejichž nedávný protest měl bohužel dost malé praktické dopady. Přibližně stejná je situace vědců; ti sice zatím nestávkují (což by asi mělo ještě menší smysl než v případě učitelů), nicméně ani oni nemají příliš na růžích ustláno. Jedním z příznačných rysů dnešní situace je, že získat finanční podporu pro kvalitní výzkumný projekt je i nadále obtížné. Nezanedbatelná část nejlepších odborníků tak musí trávit poměrně podstatnou část své pracovní doby nikoliv bádáním ale sepisováním grantových žádostí z nichž některé budou nejspíše odmítnuty, jiné pak mohou být paradoxně vyhodnoceny jako vynikající i ve světovém měřítku, bohužel se však na jejich financování v rozpočtu nenajdou prostředky. O paradoxy vůbec není nouze: podle průzkumů se v Česku povolání vědců těší u veřejnosti velké prestiži, navzdory tomu ale podle výzkumu Eurobarometru mají Češi o konkrétní vědecké výsledky v porovnání s jinými zeměmi jen nízký zájem. Mnoho na tom zjevně nemění ani různé akce s cílem přiblížit vědu veřejnosti, četné populárně naučné články, televizní pořady, dokonce ani nová rozhlasová stanice pro popularizaci vědy. Možná že tady někde vězí jádro problému: víme přibližně jakým směrem bychom se chtěli ubírat, nějak se nám však nedaří sebrat odvahu k rozhodnutí zbavit se zažitých zvyklostí a doopravdy se na cestu vydat.

U příležitosti nového roku bych si proto přál, aby se nám to nadšení pro vědu a vzdělání z huby do ruky (respektive do rozpočtu) vraziti ráčilo. Myslím si ale, že na optimismus je zatím brzo.

Z kalkulaček na střechy

I když zásoby ropy, zemního plynu a uhlí zatím nedocházejí, probíhá v rozvinutých zemích čím dál tím intenzivnější hledání alternativních zdrojů energie. Přestože tradičních paliv je pořád ještě dostatek, nezdá se, že by toto úsilí bylo předčasné; už proto, že tyto zdroje jsou vesměs obnovitelné, neprodukují skleníkové plyny a nepodléhají výkyvům spojeným s mezinárodní politikou. Přestože hrozba klimatických změn se dostává do středu zájmu až v poslední době, výzkum nových zdrojů energie je již dlouho v plném proudu, a nedávný nárůst cen ropy tomuto výzkumu samozřejmě ještě nahrává. Doba mezi počátkem výzkumu a dosažením použitelných výsledků se i zde měří na roky; protože však výzkum v mnoha světových laboratořích byl zahájen již před řadou let, myslím že se můžeme těšit na brzké uvedení technologických novinek na trh.

Jednou z nadějných cest je využití slunečního záření jehož je na Zemi dostatek nebo spíše i nadbytek. Mohlo by tak sloužit nejenom jako zdroj tepla ale i elektrické energie. Na této myšlence samozřejmě není nic převratného; první zařízení schopné přeměnit světlo na napětí, tzv. fotovoltaický článek, byl sestrojen již před více než půlstoletím. Sluneční články dnes zná asi už každý, ale v našich zeměpisných šířkách tyto články širší použití, snad kromě kalkulaček a některých speciálních zařízení, zatím nemají. To by se ale v dohledné době mohlo změnit, a fotovoltaických článků na střechách domů bychom mohli vídat více než dosud.

Faktory omezující rozšíření solárních článků jsou v současnosti dva: jednak účinnost přeměny energie, jednak jejich cena (samostatnou kapitolou je pak skladování energie v akumulátorech). Jak už to bývá, hledají se proto nové technologie, levnější a/nebo účinnější. Zaujalo mě, s kolika rozdílnými novými přístupy se v tomto oboru lze setkat.

Zajímavou myšlenkou je například využití vlastností fotovodivých polymerů. Za jejich objev byla roku 2000 udělena Nobelova cena; výhodou polymerů by mohla být jejich ohebnost a nízká cena. Bohužel účinnost fotovoltaických článků z polymerů zůstává dosud na hranici jen několika procent, takže od jejich komerčního nasazení nás zřejmě stále dělí dlouhá doba.

Nadějnější by mohla být technologie jejímž cílem je využít co největší část dopadajícího slunečního světla. Stávající křemíkové články mají účinnost jen asi okolo 16 procent; velká část světla která na ně dopadá zůstává nevyužita proto, že křemík je nepohlcuje. Navíc toto světlo celé zařízení ohřívá, což má za následek nežádoucí snížení účinnosti. Nabízí se proto možnost používat na jednom panelu kromě křemíku i jiné polovodiče (většinou se uvažuje o třech různých materiálech) z nichž každý by pohlcoval jinou spektrální oblast. Původní představy směřovaly k uspořádání kdy by tyto vrstvy byly umístěny nad sebou; zdá se však, že vyrobit takovou strukturu by bylo technologicky velmi náročné. Nověji se proto uvažuje o tom, že by na panelu byly rozmístěny malé základní buňky z různých polovodičů a speciální průhledná deska nad panelem (s prvky tzv. difrakční optiky) by světlo směrovala podle barev na příslušný polovodivý prvek.

Byl zveřejněn i obdobný nápad, kdy by poměrně drahé křemíkové články byly rozmístěny v odstupech a zvláště vyvinutá deska upevněná nad nimi by sbírala sluneční světlo z plochy několikanásobně větší než plocha článků; díky difrakční optice lze dosáhnout toho, aby na články dopadala jen ta část spektra kterou křemík může absorbovat, a tím opět zvýšit účinnost.

Vysoká cena krystalického křemíku souvisí především s tím, že výroba velkých krystalů připomínajících rozměry špalky dřeva je dosti náročná; krystaly se pak musí rozřezat na tenké plátky, avšak řezáním se ztratí mnoho materiálu. Ze získaných tenkých plátků se pak nakonec využívá jen velmi tenká povrchová vrstva, neboť světlo v křemíku do hloubky neproniká. Proto se již dlouho provádí výzkum křemíkových tenkých vrstev, jejichž výhodou je, že prakticky všechen objem naneseného křemíku se využívá pro generování napětí. Ve srovnání s tradičními křemíkovými články je ale účinnost s využitím tenkých vrstev asi třikrát nižší.

Možná největší šanci způsobit revoluci v konstrukci solárních článků má uspořádání jež vyvinuli japonští výzkumníci a v současnosti je uvádějí na trh. Jedná se opět o krystalický křemík; zatímco obvyklé články tento polovodič používají ve tvaru destiček, podařilo se Japoncům ovládnout technologii která umožňuje produkovat křemíkové kuličky; ty jsou pak rozmístěny v jakémsi plástu přičemž v každé buňce je jedna kulička o průměru asi jednoho milimetru, a vnitřní strany šestibokých buněk jsou pokoveny, takže na kuličky dopadá světlo téměř ze všech směrů. Na jeden watt elektrické energie je tak nyní potřeba asi čtyřikrát menší hmotnost křemíku než v klasických článcích, a dalšího zvýšení účinnosti v poměru k objemu křemíku chce firma dosáhnout použitím ještě menších kuliček. Tyto články se již v Japonsku začínají vyrábět. Aby nápadů nebylo dost, jiná konkurenční japonská firma vyvinula obdobou technologii, zmíněné kuličky jsou však zabudovány do průhledných desek, takže vznikají okna která utlumí sluneční záření a navíc ještě poskytnou elektrickou energii.

Ačkoliv tedy můj optimismus může být přehnaný, domnívám se, že doba širokého nasazení fotovoltaických elektráren a relativně levné produkce elektřiny ze Slunce je již blízko, ať už jejich princip bude jakýkoliv.

Letadla dnes a zítra

S rostoucím zájmem o dopady lidské činnosti na životní prostředí, zvláště pak o vliv emisí skleníkových plynů produkovaných člověkem, pomalu ale jistě roste i snaha tyto emise pokud možno omezit, nebo alespoň zmírnit tempo jejich růstu. Jedním ze zdrojů znečištění je letecká doprava. Její podíl na objemu emisí sice zatím není příliš vysoký - jen okolo tří procent - ale zato letecký provoz roste závratným tempem. Z toho se jistě mohou těšit liberální ekonomové, ale mnohem méně už zastánci názoru, že lidstvo by se mělo snažit zasahovat do ekosystému naší planety co pokud možno nejméně. Ti k dosažení svých cílů volí různé prostředky; letos v létě například někteří radikální ochránci ovzduší ve snaze o zviditelnění svých názorů dokonce blokovali oblast okolo londýnského letiště Heathrow kde se má stavět nová přistávací dráha. Osobně ovšem pochybuji, že takový způsob protestu na stoupajícím trendu letecké přepravy cokoliv může změnit. Zásadní pokles zájmu ze strany cestujících také zatím zřejmě není pravděpodobný; naproti tomu určitý tlak na snižování spotřeby paliva vytvářejí rostoucí ceny ropy. Zanedlouho pak má být zaveden prodej emisních povolenek leteckým společnostem, což tento tlak dále posílí.

K poklesu spotřeby letadel na cestujícího a sto kilometrů (mimochodem, ta se v současnosti pohybuje okolo sedmi litrů leteckého benzínu) však budou zcela jistě nutné technické inovace v konstrukci letadel. K těm samozřejmě hlavní výrobci letadel odjakživa přistupují, a např. účinnost leteckých motorů se již v posledních desetiletích zvýšila o desítky procent.

Mezi nejmodernější letouny pro dálkové lety tak dnes patří americký Boeing 787 Dreamliner a evropský Airbus A380, které budou na oblohu přibývat v nejbližších letech. Pro jejich konstrukci byly použity nejnovější materiály i technologie; například trup Boeingu 787 sestává celý z uhlíkových kompozitů. Airbus A380, jehož první exemplář byl tento týden předán do komerčního provozu, má dvě paluby pro cestující po celé délce trupu. To umožňuje přepravovat více pasažérů s relativně nižšími náklady, a hmotnost celého letounu byla také snížena na minimum. Možná nevíte, že k tomu svou troškou přispěly i české mozky - na konstrukci žeber která zajišťují tuhost křídel se významnou měrou podíleli čeští matematici jimž se podařilo vyvinout takový tvar který vyžaduje výrazně méně materiálu při zachování požadované pevnosti. Snižování spotřeby paliva však již pomalu ale jistě naráží na hranice dané fyzikálními zákony, takže prostor pro další optimalizace se rychle zmenšuje. Šanci na výrazný pokrok nabízí zřejmě už jen řešení spojená se zásadními změnami konstrukčních principů letadel.

Jednou z možností by tak bylo používat jiný typ reaktorů než v současnosti nejrozšířenější turboventilátorové motory s pláštěm po obvodu. Tento plášť totiž při letu mimo jiné klade značný aerodynamický odpor. Účinnější jsou z tohoto hlediska motory s volným rotorem které v době ropné krize v 80. letech zkoušel americký McDonnell Douglas a používá je například ukrajinský Antonov 70. Při testovacích letech byla naměřena úspora kerosinu okolo 30%, po poklesu světových cen ropy byl však další vývoj pozastaven. Nevýhodou této konstrukce je ovšem zatím vyšší hlučnost která se, jak známo, nezamlouvá hlavně obyvatelům okolí letišť, a omezení hlučnosti by si vyžádalo další investice do vývoje.

To je však nejspíš ještě jedna z méně náročných možných konstrukčních změn. Ty další by vedly k daleko viditelnějším odlišnostem od současného tvaru letadel, jenž je do jisté míry výsledkem konzervativního přístupu konstruktérů. Bylo by například možné ještě asi o čtvrtinu dále snížit hmotnost křídel tak, že by byla úplně odstraněna žebra z vnitřku křídel. Toho, aby křídla byla i poté pevná, by pak bylo možné dosáhnout pomocí dalších opěr které by spojovaly střed křídel s ocasem letounu. Podle studií by tato konstrukce mohla snížit spotřebu paliva až o 25 procent. O něco menší úsporu, odhadem však nezanedbatelných 10 procent, by přineslo jiné vylepšení, v tomto případě aerodynamických vlastností. To je založené na myšlence, že by části povrchu letounu, v jejichž blízkosti dochází k turbulentnímu proudění vzduchu, byly opatřeny hustou sítí otvorů které by nasávaly vzduch dovnitř. Toto řešení by podstatně omezilo turbulence, snížilo hluk vydávaný letadly a také ušetřilo palivo.

Tak jako v případě ostatních vynálezů, bylo by i v těchto případech nezbytné projít fází zkoušek; zatímco v době levné ropy takovým investicím letečtí výrobci nebyli nakloněni, je určitá naděje že dnes, kdy ceny ropy jsou na rekordní úrovni, se dostane některým pozapomenutým nápadům opět pozornosti.