prof. RNDr. Josef Paldus, DrSc., dr. h. c., FRSC

Laureát Ceny Neuron za přínos světové vědě za rok 2015

„Po ruské okupaci v roce 1968 jsem odjel do Kanady a stále váhal, jestli se vrátit. Pak nás krajany pozval nový československý velvyslanec na schůzku. Brzy jsme pochopili, kam společenský vývoj míří a většina z nás se rozhodla zůstat,“ vzpomíná na svojí vědeckou dráhu za oceánem profesor Josef Paldus z University of Waterloo v Kanadě. Nyní převezme Cenu Neuron za přínos světové vědě v oboru chemie.

Úspěch přišel až za oceánem

Co vás přivedlo k matematice a chemii?
Lidské osudy ovlivňuje náhoda a osobní ambice. Mě už na střední škole velice zajímala chemie a matematika. Po maturitě jsem se proto přihlásil na Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy v Praze na obor chemie. Shodou náhod se tam tehdy ještě studoval, takže jsem mohl chodit rovněž na přednášky z fyziky, kvantové mechaniky, relativity...Po promoci jsem měl ambice pracovat jako aspirant v některé z výzkumných institucí. Podařilo se mi obstát při přijímacím pohovoru u profesora Kouteckého z akademického Ústavu fyzikální chemie. Tam jsme společně s Rudolfem Zahradníkem psali první práce z oboru kvantové chemie, která popisuje chování elektronů v atomech a v molekulách.

Na kvantovou chemii bylo v 60. letech potřeba výkonné počítače, kde jste je vzali?
Především jsme se museli hodně učit neboť tento obor u nás neexistoval. Proto jsme si vybírali fyzikálně a chemicky smysluplná témata a soustředili se na jednoduché modely a metodiku. Jedna z našich prvních prací pojednávala o spektrech různých organických molekul. K tomu nám stačily mechnické kalkulačky, ale ani těch dobrých nebylo dost. Když Rudolf Zahradník vypátral, že na VŠCHT mají úplně novou kalkulačku ollivetku, tak jsme tam po večerech a o víkendech chodili počítat. Jeden diktoval čísla, druhý je zapisoval. Obor kvantová chemie se pořádně rozběhl až s příchodem minipočítačů a výpočetní techniky. Původně jsme měli elektronický počítač Ural 1 a Ural 2. Zabíral obrovskou místnost a věčně kolem něho běhali inženýři, aby zjistili, která elektronka právě vypověděla službu. Později Akademie společně s ČVUT koupily výkonnější počítač. Dnes i ten nejlevnější laptop je mnohařádově výkonnější než obří počítače ze 60. let minulého století.

V roce 1968, po okupaci Československa armádami sovětského bloku, jste odjel do ciziny. Jak se vám to podařilo?
V té době jsem měl pozvání na tři měsíce jako hostující badatel do Ottawy, ale 21. srpen zhatil všechny plány. Během okupace pak volal do ústavu jeden kolega z University of Waterloo v Kanadě a nabídl mě a dvěma kolegům roční hostující profesuru. Druhý den přišel telegram potvrzující pozvání. Zašli jsme s kolegou Čížkem na kanadskou ambasádu, ukázali telegram konzulovi a ten nám dal vízum. Ovšem letecky se odjet nedalo, ruzyňské letiště obsadili okupanti. Jet autem do Kanady by bylo podezřelé. Zbývala jedině cesta vlakem, ale všechna místa byla rezervovaná na několik měsíců dopředu. Opět zasáhla náhoda. Díky lidské pověrčivosti zůstalo na 13. září pár sedadel volných. Ještě před odjezdem do Vídně jsem poslal do Ottawy telegram, aby mi poslali peníze na letenku. Díky nizozemské společnosti KLM se pak vše hladce zařídilo.

Jak se vám v Kanadě vedlo?
Po příletu jsem strávil dle původního plánu pár měsíců v Ottawě v National Research Council, kde jsem pomáhal dokončit dříve započatou velmi náročnou analýzu rotačně-vibrační struktury molekuly ze šesti atomů. Šlo o první analýzu tak velké molekuly. Mohli jsme přesně určit její geometrii i v excitovaném stavu. (pozn. autora: Tento stav nastává, když elektron v elektronovém obalu atomu přechází na zlomek sekundy na vyšší energetickou hladinu, poté se vrátí do základního stavu a uvolní energii ve formě elektromagnetického záření.) V prosinci 1968 jsem nastoupil na University of Waterloo jako hostující profesor a postupně jsem publikoval další významné práce. Většinu společně s kolegou a krajanem Jiřím Čížkem. Pořád jsme ještě váhali, jestli se vrátit. Když do Kanady přišel z Československa nový ambasador a pozval nás na schůzku, pochopili jsme, kam společenský vývoj míří a rozhodli se zůstat. Oba jsme se později stali členy The Royal Society of Canada a International Academy of Quantum Molecular Science.

Jak jste se od kvantové chemie dostal k aplikované matematice?
V Anglii se teoretická chemie stejně jako teoretická fyzika pěstovala v rámci aplikované matematiky, v Kanadě to praktikovali stejně. Fyzikální chemie, chemická fyzika a kvantová chemie se překrývají. Toto prolínání dobře vystihuje termín molekulární kvantová mechanika.

Co považujete za svojí nejvýznamnější práci v této oblasti?
V podstatě existují dvě kvantově mechanické metody k výpočtu vlastností atomů a molekul, založené buď na variačním principu nebo poruchové teorii. První z nich, tzv. konfigurační interakce, je vhodná pro malé molekuly, ale stojí hodně peněz. Pak je metoda spřažených klastrů, kterou v chemii poprvé formuloval kolega Jiří Čížek. Můj hlavní příspěvek spočíval ve využití unitární grupy při výpočtech konfigurační interakce. To je matematicky velice zajímavá záležitost. Umožnilo to realizovat konfigurační interakce na velké škále, využívající řádově až miliardy konfigurací.

Použitím vaší metody, lze dopředu spočítat vlastnosti chemické látky a podle toho se rozhodnout, jestli jí syntetizovat?
To platí hlavně v případě léků (tzv. computational drug design). Ale znalost vlastností je důležitá v mnoha oborech, ba i pro konstrukce různých zařízení. Například pro chemické lasery, vodivé organické polymery, kapalné krystaly, solární panely, metalurgii a podobně. Jednou jsem se setkal na konferenci s chemikem, který se zabýval atomem berylia. Tento prvek se používá ve slitinách na špičky raket, aby se při průletu atmosférou neroztavily. Kvantově chemické metody pomohly určit optimální metalurgické podmínky, za jakých bude mít slitina berylia požadované vlastnosti.

Jaké další uplatnění má metoda?
Když jsem dostal Cenu Alexandra von Humboldta, jezdil jsem každé tři roky do Německa do Ústavu Max Plancka pro astrofyziku. Experty zajímaly molekuly v mezihvězdném prostoru. Do 70. let minulého století bylo známo asi půl tuctu takových molekul, dodnes jich je popsáno už přes 200. Molekuly zkoumali pomocí radioteleskopů, které tehdy měly malý frekvenční rozsah. Astrofyzikové proto potřebovali vědět, jaký frekvenční interval zkoumat, aby mohli pozorovat spektra hledaných molekul.

Kdy jste si na universitě v Kanadě založil vlastní výzkumnou skupinu?
To bylo možné hned od začátku. Pozici hostujícího profesora mi po půl roce změnili na řádného profesora a pak na plnou profesuru. Dělal jsem taky proděkana pro výzkum, ale administrativa není můj cup of tea, jak tady říkají...

Jaké je postavení vědy v Kanadě, pokud jde o státní podporu, udělování grantů a podobně?
Základní výzkum začíná být v Kanadě trochu popelkou a podporuje se spíše aplikovaný. Na vládní politice je v posledních letech nešťastné, že mnoho národních laboratoří zaniklo nebo se přeorientovalo na aplikovaný výzkum.

Jak podporují výzkum firmy?
Velké podniky tady patří Spojeným státům, takže výzkumná pracoviště provozují firmy doma v USA. To se týká například automobilového a leteckého průmyslu.

Mezi donátory jsou na internetových stránkách university uvedeni také absolventi. Takto vyjádřený vděk své alma mater je v Kanadě běžný?
Když absolvent vydělá miliony, obvykle podporuje universitu velkými částkami. Například jeden úspěšný inženýr nechal postavit budovu pro nanotechnologie a kvantovou výpočetní techniku. I nyní se zde staví mnoho objektů. Ulice v nové části kampusu se jmenují podle dárců nebo bývalých profesorů. Donátory University of Waterloo jsou z více než poloviny firmy. Silnou podporu má zejména matematika a inženýring. Zdejší univerzitě místní rádi říkají kanadská MIT. Musím říct, že se udělalo pár dobrých věcí, zavedli jsme například personální podporu v milionových částkách většinou na pětiletý výzkum. Na druhou stranu je pravda, že za našich dob byla podpora daleko širší. Spousta lidí, i když nedosahovala špičkové úrovně, dostávala finance k cestování po konferencích. Sbírali zkušenosti a jejich poznatky zvyšovaly kvalitu výuky. Dnes se dávají velké peníze na PR, nejsem si zcela jistý, jestli to přinese adekvátní vědecký výsledek.

Text: Josef Matyáš

Zdůvodnění ocenění

prof. Ing. Pavel Hobza, DrSc., dr. h. c., FRSC, člen Správní rady Nadačního fondu Neuron a garant oboru chemie
Cenu Neuron za přínos světové vědě v oboru chemie za rok 2015 získal emeritní profesor University of Waterloo Josef Paldus. K jeho hlavním objevům patří formulace matematické stability zásadní metody kvantové chemie, metody Hartreeho a Focka, jakož i formulace fundamentálních algebraických přístupů k řešení mnohalektronového problému s využitím unitární a symetrické grupy. Do stejné kategorie nepochybně patří i zavedení diagramatických metod a metod teorie pole do kvantové chemie. Vyvrcholením vědecké kariéry prof. Palduse jsou však bezesporu jeho aktivity spojené s metodou spřažených klastrů, kterou zavedl a k širokému užití dovedl spolu s prof. Jiřím Čížkem. Zásadní přínos prof. Palduse spočívá ve formulování matematického aparátu metody spřažených klastrů, bez něhož by tato metoda nedostala tak široké aplikace v posledních letech. Metoda spřažených klastrů může být klasifikována jako metoda 21. století, která otevřela dveře netušeným aplikacím výpočetních metod teoretické chemie. Zavedení této metody do výpočetní chemie patří jistě mezi nejvýznamnější vědecké objevy a počiny 2. poloviny 20. století.“

Napsali o něm: