Aktuální číslo:

2020/7

Téma měsíce:

Klimatické změny

Revoluce, která nenastala

 |  13. 7. 2020
 |  Vesmír 99, 468, 2020/7

Popularizace vědy zažívá v posledních letech a desetiletích nebývalý boom. Přestože část veřejnosti už zase pochybuje o tom, že je Země kulatá, zaznamenali jsme na jiných frontách zcela zásadní úspěchy. Že by se mohlo podařit udělat z teoretických fyziků oblíbené postavy sitcomů, jsem si v dobách svých studií opravdu nedokázal představit. Konečně už nemusím nikomu vysvětlovat, že teoretičtí fyzikové jsou mimoni, které zajímají úplně jiné věci než ostatní smrtelníky. Být takovým mimoněm mimo jiné znamená snažit se donekonečna pro ty vzrušující nepraktické problémy teoretické fyziky nadchnout své okolí. Někteří jdou dokonce tak daleko, že oslovují veřejnost skrze knihy, riskujíce osud Sokratův. Protože, přiznejme si to, kazí tím mládež, když ji odvádějí od směřování k užitečným věcem. Sem tam se takhle nějaká mladá, čerstvá mysl chytne a vydá se po stopách předchozích mimoňů do nitra hmoty, nebo do nekonečných dálek vesmíru.

Účelem populárně-vědecké literatury je tedy především naplnit vědcovo neodolatelné nutkání podělit se o svoje nadšení se světem. Kdyby nebyla vědcova sebesdělující činnost doprovázena tolika libými pocity, vědecká obec by patrně velmi brzy vymřela. Popularizující knihy tedy sice sdělují něco o obsahu a výsledcích vědecké činnosti, ale snaží se především vykreslit a sdělit krásu dosaženého poznání. Pocity a zážitky spojené s putováním po cestě k poznání se snaží zprostředkovat někomu, kdo tou cestou (ještě) nešel. Když pak čteme populárně-vědecké knihy, doufáme a věříme, že to všechno není jen z prstu vycucaná estetická konstrukce, zbožné přání autorovo, ale upřímný překlad stavu kolektivního bádání. Je-li však skutečnou motivací autora sdělit své okouzlení poznáním, co je zárukou, že se opravdu nejedná jen o blouznění? Po pravdě, bezpodmínečně se nemá věřit ničemu. Hřebíčky do rakve mé vlastní bezpodmínečné důvěry v to, „co je psáno“, se zatloukaly v průběhu zhruba deseti let, během nichž probíhala kvantová revoluce v biologii, kterou líčí kniha Jima Al-Khaliliho a Johnjoa MaFaddena Život na hraně.

„Život na hraně se zabývá fotosyntézou jen v kapitole 4, nicméně její popis tam dokonale zapadá do kvantové bubliny, jak ji znám zevnitř, a nedává mi příliš šancí důvěřovat autorům v dalších kapitolách.“

Na konci roku 2006 jsem opouštěl své místo mimoně (čti teoretického fyzika) na Kalifornské univerzitě v Berkeley, kde jsem se tři roky v rámci skupiny experimentátorů podílel na zkoumání fotosyntetických systémů (většinou) bakterií těmi nejvychytanějšími metodami laserové spektroskopie, které byly tehdy k dispozici. Spolu s kolegou Andreiem Pisliakovem a za mentorování šéfa laboratoře Grahama Fleminga jsme v roce 2004 předpověděli, že laserové metody, které se právě v naší laboratoři vyvíjejí, umožňují pozorovat jednu (z perspektivy mimoně) velmi zajímavou teoretickou libůstku, takzvané kvantové koherence. Již jako součást širšího kolektivu jsme pak, jak se zdálo, naši předpověď experimentálně potvrdili a v časopisu Nature vyšel v roce 2007 článek shrnující naše výsledky1). Dnes má téměř 2000 citací, ale musím se přiznat, že z toho nemám moc velkou radost.

Pozorované kvantové koherence měly jednu vzrušující vlastnost – jejich doba života byla minimálně 3× delší, než jsme teoreticky předpověděli. Shodou nešťastných okolností (které jsou na mnohem delší vyprávění) se v našem článku nachází spekulativní tvrzení, že ony kvantové koherence stojí za pozoruhodnou účinností, s jakou fotosyntetické systémy rostlin a bakterií přeměňují světlo na chemickou energii. Dokonce je tam fotosyntetický aparát bakterie přirovnán ke kvantovému počítači.

Očekával jsem trochu, že se někdo z vědecké komunity kolem kvantových počítačů ozve, tedy napíše článek – něco jako: tudy ne, přátelé. Místo toho jsem si v roce 2009 náhodou na jedné konferenci vyslechl přednášku s teoretickou interpretací našeho článku o koherencích, ve které se mísila drasticky zjednodušená verze běžného teoretického aparátu s různými tvrzeními ad hoc o unikátních kvantových vlastnostech fotosyntetických antén. Nemohl jsem uvěřit svým uším. Téměř všechno, co se tam prohlašovalo za nové a průlomové, bylo vykresleno na pozadí jakéhosi stavu teorie fotosyntetických antén, který jednoduše nikdy neexistoval. Jedině tvrzením, že se až dosud pro studium fotosyntézy nepoužívalo kvantové mechaniky, mohlo být dosaženo zdání, že nastává její nový, kvantový věk. A protože autoři té zvláštní přednášky mířili toho roku do Lisabonu na první konferenci o kvantových jevech v biologii, neváhal jsem a vyrazil také, s jediným cílem: uvést věci na pravou míru. Uspěl jsem a neuspěl. Nikdo se mi nesmál, ale „párty“ se mi zkazit nepodařilo. Nekonečný proud prací, které jedna za druhou dokazovaly důležitost kvantových koherencí pro účinnost přeměny energie ve fotosyntéze, neustal. Přitom se, alespoň po teoretické stránce, velmi často jednalo jen o „znovuvynalezení kola“, opatřené novým, patřičně dobře zvoleným chytlavým termínem.

Při dnešním počtu časopisů, při interdisciplinaritě těch nejprestižnějších znich a při miniaturní velikosti vědecké komunity, která se příslušnou partií fotosyntézy zabývá, je pravděpodobnost, že nové články dostane k recenzi někdo, kdo se vyzná v tom, co je a co není již „vynalezeno“, velmi malá. Výsledkem byla záplava publikací, které vycházejí z představy fotosyntetické antény jako kvantového počítače a které se rozplývají nad představou, jak jsou všechny jeho qbity (chlorofyly) kvantově provázané. Přitom lze na příkladech ukázat, že je v tomto případě kvantové provázání čistě formální jev, asi jako kdybychom od zítřka začali počítat letopočet znovu od nuly a úředník trval na tom, že jste se podle občanky narodili v budoucnosti.

V roce 2012 dvě nezávislé publikace2)3) navrhly, že původ dlouhožijících koherencí není vůbec ve stavech elektronů chlorofylu, ale ve vibračních stavech jeho jader. Rázem se zdálo, že je po všem, vzniklo alternativní vysvětlení opírající se o stejnou kvantovou mechaniku jako všechno před rokem 2007, ale nevyžadující žádné nové hypotézy ad hoc na podporu dlouhé doby života koherencí. Přinejmenším fotosyntetická část kvantové biologie prošla od té doby dalšími významnými proměnami, ale veškerá přirovnání ke kvantovým počítačům byla už v roce 2012 spíše jen méně pravděpodobnou z konkurenčních teorií. Tato informace se však bohužel již k širší (ani té širší odborné) veřejnosti nedostane. Prosadit totiž tyto „negativní“ výsledky do prestižních interdisciplinárních časopisů je dnes téměř nadlidský výkon. V roce 2020 je sice již možné si o kvantové biologii z tohoto úhlu pohledu přečíst několik solidních přehledných prací4)5), těžko však asi vznikne populárně-vědecká kniha dosahující úspěchu Života na hraně.

Život na hraně se zabývá fotosyntézou jen v kapitole 4, nicméně její popis tam dokonale zapadá do kvantové bubliny, jak ji znám zevnitř, a nedává mi příliš šancí důvěřovat autorům v dalších kapitolách. Nikterak se nepokoušeli zjistit si cokoliv více o podstatě problému – veledůležitý koncept fotosyntetické antény jim splývá s molekulou chlorofylu, což je stav, ve kterém se naše znalosti o fotosyntéze nacházely tak někdy na konci sedmdesátých let minulého století. Tam, kde současnému poznání (už zase) stačí k vysvětlení korelace mezi chováním kolektivu chlorofylů prachobyčejné elektrostatické interakce, panují v představách autorů Života na hraně kvantové jevy v čele s kvantovým provázáním. Jejich cílem totiž moc nebylo, aby se čtenář dozvěděl, jak fungují procesy zkoumané v kvantové biologii, ale spíše aby uvěřil, že nepochopitelné kvantové jevy (tak nepochopitelné, že kolem nich stačí jen mávat rukama a zaklínat se Schrödingerovou rovnicí) se skrývají za vším skutečně či domněle nevysvětleným v přírodovědě.

A tak se čtenář populárně-vědeckých knih musí mít na pozoru. Věda je neustále ve stavu přerodu a ráda by už zase nějakou tu revoluci (ta poslední zplodila tolik skvělých hrdinů). Lineární, vždy dopředu směřující vědecký pokrok je skutečně jen mýtus. Nejen v dobách, které si zakládají na měření všeho a všude, a tedy i vědeckých výkonů, se občas jen točíme v kruzích. A vyhlašujeme revoluci, která ve skutečnosti nenastala.

Poznámky

1) Engel G. S. et al.: Nature, 2007, DOI: 10.1038/nature05678

2) Christensson N. et al.: J. Phys. Chem. B, 2012, DOI: 10.1021/jp304649c

3) Tiwari V. et al.: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2013, DOI: 10.1073/pnas.1211157110

4) Cao J. et al.: Science Advances, 2020, DOI: 10.1126/sciadv.aaz4888

5) Mančal T.: Chem. Phys., 2020, DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.110663 

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Věda a společnost, Biologie
RUBRIKA: Nad knihou

O autorovi

Tomáš Mančal

 

Doporučujeme

O mariánském sloupu, který se nevrátil na Staroměstské náměstí

O mariánském sloupu, který se nevrátil na Staroměstské náměstí

Eliška Fulínová  |  18. 7. 2020
Instalace neúplné kopie mariánského sloupu na pražské Staroměstské náměstí přišla ironií osudu ve zjitřené době, kdy se na různých místech po...
Na staré zkušenosti nezapomínejme

Na staré zkušenosti nezapomínejme

Eva Bobůrková  |  13. 7. 2020
Vladimír Vonka je uznávaný virolog v Česku i ve světě. Ač brzy oslaví devadesáté narozeniny, stále se věnuje vědě, konkrétně vývoji...
Komu se nelení…

Komu se nelení…

Petr Pokorný  |  13. 7. 2020
Jsou-li nějaké změny příliš pomalé, lidé je v subjektivním čase svých životů skoro nevnímají. Stačí se ale podívat na staré krajinomalby či...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné