Už nejsme jen zajímaví, už jsme špičkoví, říká oceněný český fyzik

Rozhovor vznikl během krásného dne na konci září. Václav Petříček byl v práci ve Fyzikálním ústavu v Cukrovarnické ulici v Praze 6. První otázka pro nestora české krystalografie se tak nabízela sama.

Přijel jste do práce dnes na kole?

Ne, to ne, dnes jsem přijel autobusem. Já jezdím obě cesty jenom občas, během těch opravdu nejdelších dní, abych se nemusel vracet za tmy. Na jaře a na podzim kombinuji autobus s kolem tak, že jednu cestu jedu na kole a druhou autobusem. Další den pak obráceně. Je to krásná cesta. Bydlím na Mělníce, takže jedu po cyklostezce kolem Vltavy, což vydá na zhruba 56 kilometrů. Nejezdím nijak rychle, dělám to proto, abych si vyčistil hlavu. Na to je pohyb skvělý. Dřív jsem běhal, ale na to už mám špatné klouby, a proto jsem přesedlal na kolo. Je to asi škoda, že jsem to neudělal dříve.

A v kolik, jestli se můžu zeptat?

Jezdím každý den v pět. Vstávám ve čtyři, protože tím prvním autobusem je cesta rychlejší. Když jedete o hodinu později, už se to protáhne.

Pandemie vás nepřesvědčila zůstávat na home office?

Tu výhodu jsme samozřejmě měli. Ale já se nejlépe soustředím tady v práci. Doma mě moc věcí ruší. A navíc mám pocit, že je tu v ústavu skvělé prostředí, že jsme všichni v podstatě na jedné vlně. Já se sem těším. Nemůžu si vzpomenout na den, kdy by se mi nechtělo do práce. Jistě, někdy mám z něčeho obavy a starosti, ale nemůžu si vzpomenout na to, že bych tu v posledních letech prožil nějaký vysloveně nepříjemný den. I proto jsem si zatím nezkrátil úvazek a jsem tu pořád zaměstnaný na 100 procent.

Pojďme k tomu oboru, kterému se na 100 procent už více než půl století věnujete – krystalografii. Většina z nás o něm asi slyšela za život jen párkrát. Tak k čemu váš obor je a jak funguje?

Začnu trochu oklikou. V našem oboru zkoumáme strukturu s ohledem na vlastnosti krystalů. To není nic exotického, krystalickou strukturu může mít celá řada látek i zcela běžných, nebo naopak velmi zajímavě nezvyklých, proto je to tak zajímavé. S využitím krystalografie se dá zkoumat ohromné množství materiálů – od potenciálních léků po supravodiče.

Dobře a proč je zkoumat zrovna v té krystalické podobě?

O krystalech je důležité vědět, že jsou složené mnoha stejných stavebních dílů periodicky uspořádaných v prostoru. To je dnes už sice zastaralá definice, ale to teď nechejme stranou. Obvykle tedy platí, že v krystalu můžu najít spoustu stejných „cihliček“, ze kterých je složený. V každé jsou stejné atomy a ona se periodicky opakuje jedna za druhou.

Když na takový krystal posvítíte třeba rentgenovým zářením, on udělá odlesky, ale jen v určitých směrech, ve velmi specifických směrech. Když změřím jejich intenzitu, získám informaci, která je východiskem k určení poloh jednotlivých atomů. A to je zcela zásadní informace.

Takže ve vaší laboratoři můžete vzít neznámou látku, pokud je krystalická, a zjistit například z čeho se skládá?

Ano, to také umíme určit. Někdo k nám může přijít s novou látkou, kterou připravil, a my z toho dokážeme zjistit, z čeho je složena.

Důležité je ale to, že můžeme zjistit mnohem více než jen chemické složení, že známe i postavení atomů v krystalu. Záleží na obojím. Typickým příkladem je uhlík: tuha i diamant mají stejné chemické složení, ale jinou strukturu, a tedy úplně jiné fyzikální vlastnosti. Krystalografie dokáže určit obojí. Krystalografové dostanou vzorek, změří ho a pošlou výsledek zpátky.

A dělají to už dlouho. Metoda se používá už více než 100 let, ale samozřejmě se ohromně změnila. Je to v mnoha ohledech jiný obor než za mého mládí. Když jsem před 50 lety nastupoval do Fyzikálního ústavu, tak jsme jednu konkrétní strukturu dělali týdny, v některých případech i celé měsíce. A dnes ji máme za pár minut. A jeden výpočet, který je dnes otázkou pár minut, trval na tehdy dobrém počítači celou noc. Takových výpočtů se pro jednu strukturu dnes dělá třeba 20. Ale ona ta „pomalost“ měla i své výhody.

Jaké?

V době, kdy jsme čekali na výsledek, jsme mohli přemýšlet, mohli jsme studovat. Proto moje generace – a především vědci z východního bloku – měli tak dobré teoretické znalosti. A to má svou cenu. Pro mě třeba i osobní. Poprvé jsem se dostal ven za hranice díky tomu, že jsem napsal teoretickou práci o krystalografii. Kvůli ní mě osobně pozvali do Spojených států, kde jsem se dostal k profesoru Philipu Coppensovi, dnes bohužel zesnulému.

Tato stáž údajně hodně rozhodla o vašem profesním životě, je to tak?

Rozhodně. V mnoha ohledech. Já jsem tam získal přesvědčení, že moje práce má smysl. Víte, na začátku 90. let tady bylo spousta možností věnovat se výnosnějším povoláním, než je fyzika. Já v té době programoval, možností byla spousta. Ale neodešel jsem, protože jsem i díky pobytu ve Státech získal přesvědčení, že děláme dobrou a užitečnou práci, kterou nikdo jiný neudělá a neumí.

Já říkám, že existují dělníci vědy a vizionáři. A Philip Coppens byl vizionář, který dokázal dobře poznat, co je perspektivní směr v našem oboru. Byl pro mě nesmírně inspirativní osobnost a dobře jsme si vyhověli. Ostatně, během mého pobytu mi třikrát přidal, to se prý předtím nikdy nestalo.

Díky němu jsem se začal věnovat pravidelně porušeným krystalům. To znamená, že nemají tu jednoduchou, stále se dokola opakující strukturu, ale přesto nejsou bez řádu – jejich narušení jsou pravidelná, ne náhodná. V Americe jsem v každém případě začal pracovat na programu JANA. Ten název není náhoda, pojmenoval jsem to po své tehdy maličké dcerce, která za socialismu (stejně jako žena) se mnou nemohla vycestovat. Tehdy jsem všechno pojmenovával po členech rodiny.

Proč JANA vznikla?

Právě kvůli počítání těch pravidelně porušených krystalů. Při počítání jejich struktury musíte použít postupy, které jsou pro počítače poměrně náročné, ale pokud by ji zvládly, ušetřilo by nám to práci. Problém byl, jak to udělat? Jak udělat problém srozumitelný pro počítače a výsledek zase pro lidi?

Ovšem upřímně řečeno, když jsem JANu začínal psát, říkal jsem si, že se věnujeme kuriozitám. Nebyl jsem tehdy sám – i kolegové se mě ptali, kdo to bude používat. Ale v tomto případě se právě ukázalo, že Coppens byl vizionář. On měl fantastické nápady, co dělat dál a měl postavení a peníze, aby to dělat mohl.

Postupně – hlavně když se objevily lepší přístroje – se přišlo na to, že podobně pravidelně narušené struktury se objevují leckde, že jich je mnohem více, než jsme si tehdy mysleli. Nová technika nám otevřela nové obzory do té míry, že se třeba postupně změnila definice krystalu (to dnes není předmět s pravidelnou trojrozměrnou strukturou, ale objekt, který poskytuje difrakční obraz s ostrými stopami, pozn. red.).

Abych se vrátil k Vaší práci: JANA není jediný program svého druhu, že?

Ne, to ne, existují i další, třeba japonský REMOS. Jen postupem času JANA ty ostatní tak trochu převálcovala. Asi proto, že jsme ho pořád vylepšovali, pořád jsme na něm pracovali. Jednou se mi jeden japonský vědec na konferenci svěřil, že takhle získal výjimku a mohl na pracovišti používat JANu, zatímco ostatní kolegové museli používat japonský program. Já jsem totiž přidal do programu nové funkce, které potřeboval a které v japonském programu nebyly.

Jak jsem už říkal, bylo to i díky tomu, že metody byly pomalé. My jsme navíc byli z malé země, která měla ještě méně peněz, takže horší a pomalejší vybavení, a nebyli jsme tak zavaleni vzorky jako jinde. Takže jsem měl čas věnovat se vývoji nových metod.

Kdy se JANA stala jedničkou v oboru?

Já myslím, že to bylo kolem roku 2000, kdy jsme udělali první grafickou verzi. Za pár let se větší část struktur v naší oblasti počítala na našem programu.

Díval jsem se, že váš program je zcela zadarmo. Proč?

Já jsem si od začátku uvědomoval, že program nemůže být placený. Krystalografie je daleko od aplikací, že v ní není mnoho peněz. Aplikace se sice nedají dělat bez nás, ale přímo s nimi nepracujeme a na financích je to znát. Ostatně nejsme jediní, krystalografické programy jsou obecně zadarmo.

Navíc jsem věděl, že když program nabídnu zadarmo a budu aktivně nabízet pomoc uživatelům, tak se dostanu k těm nejzajímavějším vzorkům. A na jejich základě pak budeme moci program dál vyvíjet. Kdybych ho prodával, diskuse by nebyla tak jednoduchá. Takže jsem se chtěl dostat k těm nejzajímavějším datům.

Ono to v našem oboru vlastně platí obecně. Nejde o peníze, ale o spolupráci. Je to docela příjemné prostředí. Samozřejmě soutěživé – soutěživost k vědě patří – ale ne přehnaně. Já si vzpomínám, jak úžasná byla podpora ze západních zemí pro naši práci v 60., 70. a 80. letech.

Zeptám se na jeden aspekt výpočtů, které JANA umí, a to je práce s více rozměry. Provádíte výpočty třeba ve čtyřech rozměrech, krystaly jsou samozřejmě „jen“ 3D.

Přesně tak. Je to podle mého docela hezká ilustrace, co to obvykle znamená, když matematici mluví o více rozměrech – je to jen pomůcka. Já můžu každé reflexi, která vzniká při ozáření krystalu rentgenovým či neutronovým zářením, přiřadit jednoznačně tři celá čísla, takzvané indexy reflexe, která charakterizují její směr. Proměřením intenzity reflexí pak získám základní data pro určení struktury.

U některých vzorků však tři nestačí a musíme použít čtyř či více celých čísel a máme vlastně vícerozměrný popis. Ale ten krystal stále existuje v našem 4D prostoru, jen výpočet se mění. Uměle ho „nafouknu“ do prostoru, který je virtuální. Tento „superprostor“ je pro nás šikovná pomůcka, která má své nevýhody, na něco se nehodí, ale spoustu věcí zjednodušuje.

V jakém jazyce programujete?

Vědci – a zvláště ti v naší oblasti – vám řeknou, že se nejlépe programuje ve Fortranu. A je to pravda. Žádný jiný jazyk neprodukuje tak čistý kód. To ani C++ není tak dobrý. Já jsem používal i jiné jazyky, psal jsem programy na řízení experimentů v Pascalu, psal jsem v Assembleru, ale když chci svůj kód vidět nejlépe, píšu ve Fortranu. Já jsem vždycky chtěl mít na obrazovce co nejvíce kódu a co nejméně všeho ostatního. Náš program má zhruba 250 tisíc řádek, ale prakticky žádné komentáře.

Což může být samozřejmě problém při předávání práce někomu dalšímu. Naštěstí už mám pokračovatele, který to může převzít. A to je Lukáš Palatinus, který byl mimochodem před pár lety také nositelem ceny Neuron, ovšem pro mladé a začínající vědce (v roce 2017, pozn. red.).

Mít vědecké pokračovatele je asi velmi uspokojivé, že?

Rozhodně. Jsem vůbec velmi hrdý na to, jaký tým a jakou laboratoř se nám tu povedlo vybudovat. Dříve se u nás říkalo, že jsme dobří, že umíme zajímavé věci, třeba v oblasti vývoje nových metod včetně JANy. Ale v posledních letech už se o naší laboratoří říká, že jsme špičkoví, že zvládáme nejen metody, ale dokážeme se také vypořádat s měřením hodně složitých struktur. To mi dělá ohromnou radost.