Jan Campbell: Mocní, ale nevšemocní (3)

Jednu z hlavních změn v životě způsobilo exponenciální navýšení výpočetních kapacit mikro schémat. Začalo v 70 létech minulého století. Projevilo se v obrovském množství počítačů všech možných verzí a cen s neustále rostoucím výkonem zasahujícím do nejrůznějších oblastí osobního a společenského života. Navýšení výpočetních kapacit, elektronických a jiných počítačů různých typů jsou doprovázeny technologiemi (IT, ICT, UI apod.), které přichází do našich životů v doprovodu zákona Moora. Zákon vyslovil v roce 1965 chemik a spoluzakladatel firmy Intel Gordon Moore (1929): počet tranzistorů, které mohou být umístěny na integrovaný obvod, se při zachování stejné ceny zhruba každých 18 měsíců zdvojnásobí. Jak je vidět z formulace, Moorův zákon není zákonem ve smyslu fyzikálním nebo přírodním. Je předpokladem, teorií a mnoho let platným standardem. Dnes se již dá konstatovat, že cca od roku 2012 se vývoj výrazně zpomaluje. V roce 2015, tj. k 50. výročí svého zákona řekl Moore konsorciu IEEE: asi tuším, že někdy během další dekády platnost Moorova zákona skončí, ale to není překvapivé . Dnes praktikované záměně počtu tranzistorů za výkon a energetickou efektivitu následují jiné a hlavně změna myšlení. Týká se laserových technologií. O nich vědí lidé nesrovnatelně méně, než o komputerech, IT, ICT a UI.

Intenzita světelných impulsů, které mohou produkovat a vysílat lasery roste podle matematického modelu růstu, který se vyjadřuje exponenciální funkcí. Tak je tomu od momentu konstrukce prvního laseru v 60 létech. Laser je tvořen aktivním prostředím, rezonátorem a zdrojem energie. Princip laseru fyzikálně popsal už v roce 1917 Albert Einstein. První laser vznikl v roce 1960. Jeho předchůdcem byl maser. To je zařízení, které pracuje na stejném principu (stimulovaná emise), avšak generuje mikrovlnné záření. První maser sestavil Charles Hard Townes (1915 – 2015), James Power Gordon (1928 – 2013) a Herbert Zeiger (1925 – 2011) v roce 1953. První funkční laser představil na konferenci v Manhattanu v roce 1960 Theodore Harold Maiman (1927 – 2007), zaměstnanec Hughes Aircraft Corporation.

Dnes jsme svědky možnosti koncentrovat energii v neuvěřitelně krátkých časových intervalech: milionovou část (1/1 000 000) miliardové části vteřiny (1/1 000 000 000 sec). Tím jsme vstoupili do světa tzv. extrémního světla. Jedná se o formu světla, která nebyla doposud zjištěna v našem Slunečním systému (soustavě). Protože jsme na začátku nové cesty a revoluce, nepochybně jiné než to byla a je probíhající revoluce IT, ICT, UI, prakticky nevíme, jaký vliv budou mít na člověka revoluce, s ní spojené poznání a možnosti nových laserových technologií. Proto je mimo jiné na místě se ptát: Jaký je hlavní rozdíl mezi IT, ICT, UI apod. a novými laserovými technologiemi? Odpověď je poměrně jednoduchá: IT, ICT, UI a podobné technologie nemohou způsobit pohyb hmoty a člověka, dopravit ho na Měsíc, nebo do Alp, či pohnout městem. Laserová syntéza, to ale vše může.

Protože to může, člověk se pomalu a jistě přibližuje vládnoucí pozici nad přírodou. V tomto smyslu vidím neobhajitelné, nekontrolovatelné a nikde nedefinované riziko pro člověka. To nejenom proto, že například můžeme popsat motýla, ale nemůžeme ho vyrobit. Nebo retrospektivně popisovat covid-19 a jeho působení, ne však předpovědět jeho překvapení. Ale především proto, že princip laseru využívá zákonů kvantové mechaniky a termodynamiky.

Podle nich, jednou započatý proces nelze zastavit. Člověk se může pouze snažit proces zpomalit, aby se stal řiditelným a kontrolovatelným. Druhý aspekt procesu představuje zdokonalování mikro-litografie mikročipů a dalších částí. Třetí aspekt představuje to, co si zatím neumíme představit: co vše mohou udělat a vytvořit ultrakrátké impulsy, jestliže lasery hrají klíčovou roli v zachování zákona Moora? Nebudu popisovat svoji představu následků koncentrace světelné energie v prostoru a v čase! To je téma na knihu. Dnešní komerční lasery dovolují vyrobit světelné impulsy v rozměru několika femto-vteřin (symbol f je předpona soustavy SI a znamená mocninu 10−15, tj. jednu biliardtinu vteřiny). Předpona pochází z dánského či norského femten, což znamená patnáct. Pro představu: Jedna femto-vtěřina ve vztahu ke vteřině času odpovídá vztahu jedné vteřiny k 770 milionům let.

Prakticky k nepopsání ve srozumitelném jazyce se mi jeví trend vývoje. Délka impulsů opustila femto-vteřinu a vydala se na cestu k atto-vteřině. Tj. ještě 1000 krát kratšímu času. Za jednu atto-vteřinu světlo urazí vzdálenost, která se rovná diametru tří atomů vodíku. Nejlehčího a nejjednoduššího plynného chemického prvku, tvořícího převážnou část hmoty ve vesmíru. Do zamyšlení nad hmotou a vesmírem patří koncept tzv. Q-spínání. Ten je znám od roku 1962. Jedná se o metodu v laserové technice, pomocí které lze dosáhnout krátké laserové impulsy o velkém špičkovém výkonu a tzv. Modenkopplung (anglicky mode locking), to jest procesu synchronizace modů. Přesto ale zůstává otázka: Kolik energie je možné zkoncentrovat v takovém krátkém impulsu?

Nápověď nabídl Gérard Albert Mourou (1944), francouzský fyzik, specializující se na laserovou techniku. Roku 2018 obdržel Nobelovu cenu za fyziku, za metodu generování velmi intenzivních ultrakrátkých optických pulzů. Cenu sdílel s Američanem Arthurem Ashkinem a Kanaďankou Donnou Stricklandovou. S ní vyvinul technologii CPA (Chirped Pulse Amplification). Jejich společný objev umožnil vývoj laserových systémů s velmi vysokým výkonem a jejich zcela nové využití v průmyslu či v lékařství – femto-sekundové laserové pulsy se začaly používat například při operacích oka. Zmiňuji se o Gérard A. Mourou i proto, že je duchovním otcem evropského výzkumného projektu ELI (Extreme Light Infrastructure). Jedno z center je v ČR, v Dolních Břežanech. A také proto, že koncept CPA vznikl již ke konci 2. světové války v rámci vývoje radiolokačních systémů. Byl uveden do života v 50. létech 20. století, po jeho odtajení v 60. létech. Historie CPA je zajímavá, stojí za oddělené pojednání, protože dovoluje vstup do jiného světa fantazie a v ČR ještě žijí senioři znalí věci. Někdo z nich by se mohl pokusit oživit potenciál hrdosti na úspěchy české vědy i v této oblasti v době zásadních změn a falešné zvědavosti. Nehledě na úpadek veřejného zájmu o vědecké novinky doporučuji seznámit se s problematikou čerp (z anglického chirp), to jest vlastností krátkého světelného pulzu, která souvisí s frekvencí světla obsaženého v tomto pulzu. Nebo s článkem Volker Winklera (DICE GmbH & Co KG), Frequency-Modulated Continuous-Wave Radar, nebo Meinecke, Marc Michael, Rohling H.: Combination of LFMCW and FSK Modulation Principles for Automotive Radar Systems (German Radar Symposium GRS 2000), Mende, R.; Rohling H.: A High-Performance AICC radar and results with an experimental vehicle (Radar 97(Conf. Publ. No. 449), 14.-16.Oct 1997, pp.21-25).

Jedním z kouzel nových laserových technologií představuje to, co označuji jako akumulace energie. To je impuls vycházející ze zdržující síťky, který se silně koncentruje s časem ve srovnání se vstupním. S použitím syntetizovaného impulsu radar může změřit přesně časové zpoždění signálu během pohybu k cíli nebo od cíle, a současně určuje vzdálenost. Mnohem delší frekvenčně-modulovaný signál vyzařovaný čerps-radarem může mít mnohem více energie, než může být předáno během velice krátkého impulsu. Proto může například radar vidět dále a současně dosáhnout vysoké přesnosti. I proto má dnes snad každá kvalitně vybavená laboratoř lasery ve femto-vteřinovém dynamickém rozsahu s výkonem petawat (1015 – milion miliard watt). Kouzlo se stává ještě zajímavějším při zacílení takového impulsu na cíl. V tomto okamžiku vstupujeme do oblasti jaderné fyziky, fyziky elementárních prvků, transmutace atomů a dalších atomových reakcí, včetně rozehnání makroskopických plazmových bloků s rychlostí 1 000 km/sec a více.

Jako každá věc, i kouzlo má svoji ironii: nehledě na ohromnou intenzitu, impuls s tzv. vysokým koeficientem kontrastu prakticky nevydává teplo při styku s hmotou (látkou). Transformuje se do organizovaných procesů, protože se nestačí vyvíjet. Objevuje se mnohem později, v konci procesu. Na této cestě se blížíme k dalšímu fenoménu a novému druhu zdroje plasmy: thermionic vacuum arc, termionický vakuum oblouk (TVA). A tím samozřejmě i ke konkurenčnímu boji mezi velmocemi: USA, EU, RF, ČLR.

European Extreme Light Infrastructure (ELI) slibuje laser s výkonem v dynamickém rozsahu 10 petawatt. ČLR super-intenzivní a super-rychlé laserové zařízení SULF má dosáhnout výkonu 100 petawat v roce 2023. Ruské laserové zařízení XCELS má dosáhnout 200 petawatt s možností zvýšení výkonu do 1000 petawat (exawatt). V USA nechtějí zůstat pozadu a proto s motto prezidenta Trumpa America First pracují na laserovém systému ultrakrátkých impulsů, proti-impulzů a elektronového paprsku. Chtějí dosáhnout výkonu zettawatt (miliarda miliard miliard watt). Systém nazvaný ZEUS má být postaven v Michiganské univerzitě ve městě Ann Arbor. Uvedené projekty vybízejí člověka se ptát: 1) Co bude mít člověk z takových to nepředstavitelných výkonů a cifer v době, kdy nevíme nic o riziku, kdy nejsme schopni kontrolovat pandemii strachu z covid-19 bez omezení základních lidských práv, zabezpečit sociální spravedlnost a budoucnost našim dětem, vnukům, pravnukům? 2) Je vůbec možné si představit v hospodářském systému bez morálky, etiky a regulace, ve kterém žije vědecký svět s ješitnými a pokryteckými lidskými bytostmi bez pokory vůči přírodě a zákonům přírody, existenčně závislý na grantech a podpoře privátního kapitálu, že zvítězí zdravý rozum? 3) Co znamená pro mír, kvalitu života a mezinárodní spolupráci výzkum postavený na konkurenci velmocí, posilující vědeckou rozvědku, pokrytectví a fake-news?

Nepopírám, že nové technologie mohou slibovat zpracování jaderného odpadu, zkvalitnit diagnostiku materiálů a onemocnění, a možná přivést na práh jaderné syntézy. Nebo dokonce ke konstrukci reaktoru pracujících s borany. Kde je ale hranice lidských ambicí ve vztahu k nepopiratelně silnějším zákonům přírody? Přitom nesmíme zapomínat, že žijeme v době absolutního deficitu důvěry, komunikace a bezpečnosti informace a vědění. V době transformace hodnot, na prahu konfliktu mocných, ale nevšemocných a v době, kdy covid-19 a pandemie strachu z něho nabízejí propojení lokalizace a globalizace v jejich oboustranně obohacujících se verzích. To jest sjednocení vědění do jednotného a chápání planety jako kosmické lodi, kterou nemohou řídit, ani udržovat v provozu, materiálně a ideově zkorumpovaní. Jeví se mi nejvyšší čas k reflexi a ne honu za představou oběda zadarmo. Covid-19 a s ním spojená omezení jasně dokazují, že aktivita a pasivita, člověka a přírody by měly být na obou stranách. Příroda nebude čekat na okamžik, kdy ji člověk zcela ovládne. Souhlasu netřeba.

Vyšlo na Vasevec.cz. Publikováno se souhlasem vydavatele