Jak byste tuto změnu, kdy vašimi slovy „kilo přestane být tím, co bylo“ představil obyčejným smrtelníkům?
Má kořeny v roce 1983, kdy se učinila podobná změna ohledně metru, kterou zná každý jako jednotku délky. Novodobá historie znamená jednu velkou potíž s kilogramem. Je to nesmírně citlivá záležitost, protože kilogram, jenž byl jako etalon uložený v Sèvres u Paříže, byl nejproblematičtější jednotkou.

Pročpak?
Kilogram musel procházet pravidelnými čisticími procedurami, přičemž bylo přesně určeno, jakými prostředky se to musí dělat. Jenže sebemenší ošetření jakkoli decentním hadříčkem znamená setření několika atomů, a v tu chvíli se nám kilogram mění před očima. Za necelé století tak „zhubl“ o 50 mikrogramů. To je neskutečný problém, protože při současné citlivosti měření to lze snadno poznat.

Vždyť jde o nepatrné hodnoty…
Zdánlivě. Takovéto snížení například znamená, že se hmotnost Země změnila o 10¹⁶ tun, což jsou obrovská čísla. A my nemůžeme připustit, aby Země měnila svoji hmotnost podle toho, jak otřeme hadříčkem náš etalon.

Etalon kilogramu.Takže k jaké definici kilogramu se svět přiklonil?
Nejpřirozenější bylo zafixovat gravitační konstantu, ta se ale ukázala jako nevhodná, protože je ze všech konstant nejméně známá. Proto se musela zvolit konstanta, která je měřitelná velmi přesně. Uvažovalo se o Avogadrově čísle nebo Planckově konstantě.

S ní to ale také bylo dramatické, protože požadavek z roku 2014 zněl, aby ji alespoň jeden instrument na světě změřil s minimální odchylkou od hodnoty, která se považuje za správnou. A o necelé tři roky později, den před uzávěrkou pro podání důkazů o úspěšnosti experimentu, zveřejnil Jon Pratt se svým týmem výsledek, jenž se do stanoveného kritéria vešel.

Její znalost se zpřesňovala řadu let. Šlo jen o to, jaké číslo zvolit, aby dopad na běžný život byl co nejmenší. Kvůli pečlivému výběru onoho čísla bylo stanoveno dvouleté přechodné období, kdy se prováděla precizní měření v Národním ústavu standardů a technologie v USA. Měřilo se do poslední chvíle před sdělením finálního čísla.

Dočetla jsem se, že přitom nejde o nějakou virtuální hodnotu, ale o fyzicky existující přístroj, který onu konstantu měří.
Je to hodně zajímavý přístroj, říká se mu Watt Balance. Ve skutečnosti je to kladkostroj, kde je na každé straně po jednom závaží, která se nepohybují, pokud jsou v rovnováze. Tady je ale záměrně jedno těžší než druhé a dorovnává to supravodivý magnet, který způsobuje křehkou rovnováhu. A právě v supravodivosti vystupuje Planckova konstanta, takže toto zařízení funguje pro její měření.

Od ní se ode dneška bude odvozovat definice kilogramu?
Každá konstanta má nějakou jednotku, třeba u rychlosti je to metr za sekundu, takže když máme sekundu, můžeme dopočítat metr. V Planckově konstantě existuje kombinace obsahující kilogram, takže z principu ho z ní lze dopočítat. Když ji ale 20. května 2019 zafixujeme, nebude už možné strojem měřit Planckovu konstantu, protože je předem daná. Naopak jeho pomocí bude možné zjišťovat detailně, kolik „váží“ kilogram, který jsme si takto zvolili.

PROF. PETR KULHÁNEK
* Narodil se 9. ledna 1959 v Praze, absolvoval Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy. V roce 2005 se stal profesorem aplikované fyziky na ČVUT.
* Je členem oborové rady GA akademie věd, Mezinárodní astronomické unie, České astronomické společnosti. Založil sdružení Aldebaran Group for Astrophysics.
* Je koordinátorem vývoje 3D programového balíku PIC, autorem jádra balíku, částicových a polních solverů. Zabývá se numerickými simulacemi, teorií plazmatu, zejména vlnami v plazmatu, turbulencemi a nestabilitami.
* Je autorem více než 100 prací ve vědeckých časopisech a vystoupení na mezinárodních konferencích, spoluautorem šesti knih, např. Astronomie a fyzika na přelomu tisíciletí I a II či Úvod do teorie plazmatu.

Platí Prattova slova, že to bude „pro všechny a navždy“?
Je i není to pravda. Platí, že pro všechny a navždy je to definice. Napořád máme Planckovu konstantu danou konkrétním číslem a jednou provždy z ní můžeme odvodit, kolik je ten správný kilogram, ale každý si to může dělat po svém. Už není třeba dělat kopie etalonu ze Sèvres. Někdo může zopakovat americký Watt Balance, jiný zkusit další experiment, v němž vystupuje Planckova konstanta.

Je to z hlediska fyziky zásadní průlom?
Určitě ano, problémy s kilogramem se totiž zanesly i do dalších jednotek. Stará definice ampéru jako jednotky proudu říká, že když vezmeme dva nekonečné vodiče zanedbatelného průřezu ve vzdálenosti jeden metr a působí na ně síla 2.10-7 newtonu, protéká jimi proud jednoho ampéru. To jsme se všichni učili na střední škole, ačkoli jde o definici podezřelou od samého počátku. Nikdy nemůžete mít nekonečné vodiče, a kdyby měly zanedbatelný průřez, nepoteče jimi žádný proud. Jakmile hovoříme o síle, je v newtonu obsažený kilogram. Redefinicí kilogramu se tak mění definice Ampéru a stejně tak můžeme mluvit o molovém množství, kde se také projevuje hmotnost. Nadpoloviční většina jednotek je ovlivněna kilogramem, a proto bylo nutné udělat zásadní řez, zrušit kilogram a nahradit ho fixací Planckovy konstanty a dále zafixovat další přírodní konstanty a definovat pomocí nich ampér či kelvin.

Můžeme to brát jako příklad toho, že se jinak rozhádaný svět dokázal na něčem dohodnout a dospět k všeobecně přijatému závěru?
Nepochybně. Ještě před šesti lety byly dohady a spory obrovské, nebylo jasné, která konstanta se zafixuje, takže konečná shoda je velké vítězství.

Černé díry a kvantový internet

Další takové vítězství je fotografie černé díry, což je objekt, kterých je v Mléčné dráze kolem sta milionů. Tahle zvěčněná ovšem váží jako 6,5 miliardy Sluncí.
Desítky milionů černých děr, které se vyskytují v naší galaxii, mají hmotnost srovnatelnou s hvězdami. Pak jsou obří díry, které jsou v centrech galaxií, říká se jim galaktické černé díry nebo veledíry. Ta, jejíž snímky obletěly svět, se nachází v centru galaxie Messier 87 v souhvězdí Panny, tedy mimo naši galaxii. My ovšem máme také svoji veledíru, která má hmotnost čtyř milionů Sluncí. Její snímek ale ještě nebyl zveřejněn.

Jak se povedlo tak vzdálený objekt vyfotografovat?
To je na celé věci nejdůležitější. Nešlo až tak o obrázek černé díry, respektive jejího bezprostředního okolí, ten už známe z minulosti. Tady jsme se ale dostali nejblíž, jde o rozlišení 42 miliontin obloukové vteřiny. Radioteleskopy celého světa se spojily do jednoho obrovského přístroje, celoplanetárního teleskopu, říká se tomu dalekohled pro pozorování horizontu událostí. Kdybych vedl mediální kampaň kolem této události, nekladl bych důraz na snímek okolí černé díry, ale na dosažení toho fantastického rozlišení, které nemá v historii obdoby.

I když platí, že o hmotě v černé díře nelze získat žádné informace, protože kvůli gravitaci ji žádný objekt nemůže opustit?
Z černé díry skutečně nemůže nic utéct, ale její okolí je nesmírně bouřlivé, jde o akreční disk, plazmatický útvar s nabitými částicemi, který generuje magnetická pole a neuvěřitelně intenzivně svítí. V černé díře se nic neděje, ale její okolí je mimořádně aktivní a častokrát je to nejživější zdroj elektromagnetického záření v širokém okolí, takže je určitě zajímavé je pozorovat. Technika spojení radioteleskopů zároveň umožní sledovat mezihvězdnou chemii, organické molekuly v mlhovinách a řadu dalších věcí. Tohle je jen počátek.

Čeho?
Jsme svědky fascinujících projektů, staví se Square Kilometre Array, což je soustava radioteleskopů, která vznikne v Jihoafrické republice a Austrálii o sběrné  ploše ekvivalentní jednomu čtverečnímu kilometru. Možnosti takového přístroje jsou grandiózní, možná zachytíme první gravitační vlny ze samého počátku vesmíru. Připravuje se obří stavba interferometru LISA ve vesmíru, který má zahájit činnost v roce 2034, jde o tři sondy, jež budou měřit gravitační vlny extrémně dlouhých vlnových délek. To jsou programy, které jsme si před čtvrt stoletím vůbec nedokázali představit.

Zaujala mě také zpráva, že se vědcům z Přírodovědecké fakulty Palackého univerzity v Olomouci podařilo experimentálně ověřit kontrolovanou teleportaci Q bitů, což by mohl být základní kámen ke kvantovému internetu. To je budoucnost?
Souvisí to s úžasnou záležitostí současnosti, a to zahájením prodeje prvních kvantových počítačů, které jsou založeny na naprosto jiných principech než ty klasické. Umožní například simulaci molekuly DNA. Teď se hledají různé aplikace včetně internetového propojení. Na olomoucké univerzitě je oddělení kvantové optiky, které je jedno z nejlepších na světě. Kde jinde, než u odborníků, jako je Miloslav Dušek nebo Zdeněk Hradil, by se měla rodit budoucnost?