Prof. Hubač o své knize, působení na FÚ a prof. Wilsonovi, který bude kvantové chemii velmi chybět

  • Jan Novotný
  • 10.11.2020
Pane profesore, vyšla Vám v roce 2009 kniha s názvem „Brillouin-Wigner Methods for Many-Body Systems“ pod nakladatelstvím Springer, která mezi odborníky dosáhla jistého věhlasu (celá publikace má asi 700 stažení, její jednotlivé kapitoly pak asi 4000). Podle její popularity mezi vědci se jedná jistě o důležitý počin, mohl byste nám téma své knihy a případně své působení na FÚ přiblížit? Například pro studenty prvních ročníků, kteří se s Vámi ještě v hodinách nesetkali, nebo pro doktorské studenty, kteří přišli z jiných univerzit?

Jak dlouho spolupracujete s FÚ?

S Ústavem fyziky (dnes Fyzikálním ústavem) Slezské univerzity v Opavě spolupracuji od roku 1993. Když byla založena Slezská univerzita, tak jsem byl pozván, abych se k ní připojil. Bylo mi nabídnuto trvalé místo, ale já jsem Bratislavu neopustil, takže jsem v Opavě vždy působil jen částečně. Do doby, než začal koronavirus, jsem pravidelně dojížděl na přednášky.

A Vaše hlavní působiště bylo vždy v Bratislavě?

Ano, působil jsem na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Komenského v Bratislavě. Patřím mezi zakladatele chemické fyziky a kvantové chemie na Slovensku.

Jak jste se ke spolupráci se Slezskou univerzitou v Opavě dostal?

Sám ani nevím. Když se rozdělila republika, někteří kolegové šli pracovat k vám, například profesor Smítal, kterého jsem znal. Ten mě jednou oslovil, jestli nechci pracovat v Opavě. A já jsem si řekl, že to zkusím na částečný úvazek. Moje manželka je Češka a já jsem si říkal, že kdybych musel jít za manželkou, tak ať mám kam jít.

Jaké je Vaše odborné zaměření?

Jsem odborník na kvantovou teorii atomů a molekul. Původně jsem studoval na Fakultě technické a jaderné fyziky v Praze a už tam jsem se specializoval na kvantovou teorii atomů a molekul (kvantovou chemii). Potom jsem studoval na Faculty of Mathematics na University of Waterloo v Kanadě, odkud mám PhD. z matematiky. Věnuji se kvantové teorii atomů a molekul jen v teoretické rovině. Pracoval jsem na vývoji nových teoretických metod. Jmenovaná kniha pojednává o jedné takové metodě. Teoretické metody vyvinuté v kvantové chemii mi dovolují věnovat se chemii na počítači.

K tomu potřebujete hlavně matematiku, že?

To ano a hodně… Říkal jsem, že mým působištěm byl „bratislavský MatFyz“, ale ještě předtím jsem učil na Slovenské technické univerzitě matematiku. Potom, když byla založena Matematicko-fyzikální fakulta, tak jsem dostal nabídku, abych začal působit tam. To bylo v roce 1978.

Jak se změnila Vaše práce od roku 1978, kdy jste nastupoval, až do současnosti?

Já mám těch prací hodně, relativně. Ale povaha mé práce se nezměnila nijak. Když jsem učil na technice, učil jsem matematiku, ale u toho jsem dělal něco, co mě bavilo. Plnil jsem pedagogické povinnosti a při tom jsem publikoval svoje věci o kvantové teorii atomů a molekul. Prací jsem v té době publikoval poměrně hodně, protože jsem byl mladý a hodně mi to šlo, teď už je to horší.

Pak jsem přestoupil na Komenského univerzitu a začal jsem učit jiné předměty. Učil jsem ledacos, například kvantovou mechaniku, teorii grup kvantovou teorii atomů a molekul, i jiné předměty. Ale už to nebudu potřebovat, tak to můžu zapomenout. (smích)

Které předměty vyučujete pro Fyzikální ústav v Opavě?

Učím Fyziku pevných látek. Také jsem učil Mnohočásticovou fyziku a Kvantovou teorii atomů a molekul, tyto tři předměty.

Jakým způsobem se váže Vaše kniha k tomu, čemu se na FÚ věnujete?

Publikace se zabývá kvantovou teorií atomů, molekul a pevných látek. U těchto teorií je velkým problémem kvazidegenerace energetických hladin, jenž způsobuje divergenci (selhání) standardních poruchových metod, s nimiž se ve fyzice pracuje. Když se energetické hladiny překříží, normální poruchový počet nefunguje, protože pracuje se všemi hladinami najednou. A já jsem vyvinul metodu, která počítá ty hladiny jednu po druhé, tudíž tento problém u mé metody nenastává. Na světě jsou dvě metody, které to dokážou. Jednu vyvinul profesor Debashis Mukherjee v Indii a druhou metodu jsem vyvinul já s Prof.Wilsonem a se spolupracovníky. Naše a Mukherjeeho metoda jsou součástí standardních počítačových programů, které se ve světě používají pro nalezení kvazidegenerovaných hladin.

Z jakého důvodu je Vaše kniha mezi vědci tak populární?

Já bych neřekl, že je nějak populární. Té teorii mnoho lidí nerozumí, jde o 270 stran vzorců. Nicméně ti, kteří té teorii rozumí, vědí, o co se jedná. Publikace pojednává o velice současném problému, který nebyl dlouho vyřešený. Profesor Mukherjee zavedl svou metodu v přibližně stejném čase, jako já. To znamená přibližně před dvanácti lety. Já jsem tu knihu sepisoval asi dva roky s profesorem Wilsonem, s ním jsem dal dohromady celou teorii.

Profesor Stephen Wilson působil na Oxfordské Univerzitě. Ale bohužel na začátku září zemřel s onemocněním COVID19.

Čím se vlastně profesor Wilson zabýval? Věnoval se podobným tématům jako Vy?

On se věnoval podobným věcem, ale byl více zaměřen na chemii. Já jsem se specializoval na teorii, mě bavila ta matematika a fyzika a on věděl, kde se dá použít. A to mi teď velmi schází.

Odborníků na chemickou fyziku je více, ale s ním jsem si velmi dobře rozuměl. Stačilo napsat vzorce a on hned věděl, o co se jedná. Kdežto kdybych chtěl spolupracovat s jinými kolegy, musel bych jim to celé vysvětlovat. Profesor Wilson měl velmi dobré matematické vzdělání, byl doktorem věd v dané oblasti a tím pádem mi rozuměl okamžitě.

A jaký je rozdíl mezi chemickou fyzikou a fyzikální chemií? Je Vaše kniha více o chemické fyzice nebo fyzikální chemii? Případně jaký je mezi nimi rozdíl?

Moje kniha se týká chemické fyziky a kvantové chemie…tj. aplikace kvantové mechaniky na chemické problémy v molekulách a atomech. Fyzikální chemie je něco jiného. Fyzikální chemie obsahuje také termodynamiku, elektrochemii a tak podobně, kdežto kvantová chemie se týká kvantové mechaniky atomů a molekul. Chemická fyzika (kvantová chemie) je spíše fyzika a zasahuje do teoretické fyziky. Také v encyklopediích je chemická fyzika charakterizována jako součást teoretické fyziky.

Když jsem se začal zajímat o kvantovou chemii, moji učitelé byli všichni teoretičtí fyzici.

Říkáte, že je v kvantové teorii potřeba hodně matematiky. Jak je vlastně těžké něco v kvantové teorii spočítat?

Tak teď se to dá, protože počítače umožňují strašně mnoho, ale předtím to bylo dost komplikované. Teď, když máte vzorec, tak si ho naprogramujete a počítač Vám ho spočítá. Zároveň je výpočet velmi spolehlivý, počítače dnes umí vyřešit dané rovnice s vysokou přesností. Zároveň dnešní technika dovede spočítat věci, které dříve spočitatelné nebyly. Dovoluje to studovat jevy, které se doteď studovaly velice těžce.

A co si myslíte o kvantovém počítači? Jaký myslíte, že je u něj největší problém?

Tak to je hudba budoucnosti, podle mě je to zatím na začátku. Myslím, že ještě nějakou dobu potrvá, než bude vyvinut kvantový počítač v pravém slova smyslu. Někteří lidé dokonce pochybují, že se to stane, ale já věřím, že to přijde.