Prevrat vo vede. Mladý Slovák vynašiel metódu, ako ovplyvniť zemetrasenia či cunami

V rozhovore s Marekom Kozoňom sa dočítate:

• v čom spočíva jeho výskum šírenia vĺn,
• akým spôsobom dokáže ovplyvniť zemetrasenia či cunami,
• prečo sa rozhodol venovať práve fyzike,
• akým bol študentom a prečo mu učitelia dávali prepisovať zošity,
• ako vyzerá bežný deň "matfyzáka",
• aké sú jeho ambície v rámci vedeckej kariéry.

Vo vašej dizertačnej práci ste sa zaoberali metódou, ako ovplyvniť šírenie vĺn. Máte len 29 rokov, ako ste sa dopracovali k tomuto výskumu? Prečo ste sa rozhodli skúmať práve šírenie vĺn?

Myslím si, že tento výskum je absolútne fascinujúci. Zároveň je pomerne aplikovateľný, čo znamená, že jeho výsledky sú použiteľné pri vývoji nových technológií. To sú dva hlavné dôvody, pre ktoré som sa rozhodol pracovať na tomto projekte. Čo sa veku týka, 29 rokov je úplne bežný vek na dizertačnú prácu, takže si nemyslím, že by som v tomto bol nejakou výnimkou.

To, že šírenie vĺn je možné ovplyvniť pomocou špeciálnych materiálov, je známe už nejakú dobu. Už v 19. storočí Stokes a Rayleigh pozorovali zvláštne správanie svetla, keď sa odrazí od niektorých kryštálov. Odvtedy veda významne pokročila a dnes sa tieto efekty študujú za účelom vyvíjania nových technológií a vedci či inžinieri sú dokonca schopní vytvoriť dizajnované materiály na manipulovanie vĺn rôzneho typu.

Mechanizmy za týmito efektmi sú však extrémne komplikované a často ani s modernými superpočítačmi nie je jednoduché predpovedať, aký bude efekt danej materiálovej štruktúry na vlny. Ešte náročnejšie je potom nadizajnovať materiál tak, aby sa dosiahol požadovaný efekt, čo je úplne kľúčové, pokiaľ chceme vyvinúť technológie použiteľné v bežnom živote. Vedci tak boli odkázaní na metódu pokusu a omylu, čo stojí čas a tiež nemalé peniaze.

A práve tu hrá významnú rolu náš výskum, kde sme vypracovali teóriu popisujúcu správanie vĺn pri narušení kryštálovej štruktúry. S použitím nášho výskumu už ostatní vedci a inžinieri nemusia naďalej tápať pri dizajnovaní materiálov ovplyvňujúcich vlny, ale dokážu sa oveľa rýchlejšie zamerať na tú správnu materiálovú štruktúru.

Vedecký a nevedecký kryštál

Mnoho ľudí si nevie predstaviť, ako je možné ovplyvniť šírenie vĺn. Ako by ste to opísali laickej verejnosti?

Keď sa povie kryštál, väčšina ľudí si predstaví minerály alebo drahokamy. To nie je úplne nesprávne, ale z vedeckého hľadiska sa za kryštál považuje akýkoľvek materiál, v ktorom sa nejaká štruktúra pravidelne opakuje. Kryštalický materiál je tak v podstate tvorený veľkým množstvom kópií nejakej základnej jednotky.

V prípade kryštalických minerálov sú to napríklad atómy v týchto látkach, ktoré sa pravidelne opakujú. Okrem nich však existujú aj iné typy kryštálov, napríklad takzvané fotónové kryštály, v ktorých sa pravidelne opakujú materiály s rôznymi optickými vlastnosťami.

Vedec Marek Kozoň je doktorandským študentom na University of Twente. Jeho dizertačná práca významne prispela ku skúmaniu šírenia vĺn. Medzi jeho záľuby patrí posilňovanie, spoznávanie exotických kuchýň a videohry.

Úspech vo vedeckom časopise

Vašu bakalársku prácu, v ktorej ste skúmali vývoj ľadovcov na mesiaci Saturnu Enceladus, ocenili v roku 2015 ako najlepšiu v Slovensku, Česku a Poľsku. Na ktoré vysokoškolské práce či projekty ste ešte hrdý? Čo sa vám v rámci nich podarilo priniesť pre vedu?

Aby sme nepreháňali, to ocenenie bolo len v rámci odboru geofyzika. Ale určite je to niečo, na čo som hrdý. Určite som hrdý aj na svoju diplomovú prácu v rámci teórie strún, ktorú sa nám podarilo publikovať v odbornom časopise, čo pre diplomovku nie je úplne bežné.

Najviac som však určite hrdý na svoju dizertačnú prácu, ktorú momentálne dokončujem, a za ktorou sú štyri roky práce. Okrem výskumu, o ktorom som rozprával na začiatku, tam riešim ďalšie otázky ohľadom manipulácie svetla pomocou fotónových kryštálov. Tieto ďalšie výsledky taktiež plánujeme čoskoro publikovať aj vo vedeckých časopisoch.

Po dokončení magisterského stupňa ste sa rozhodli v štúdiu pokračovať v Holandsku. Máte tam silnú konkurenciu? Študuje alebo pracuje tam veľa Slovákov?

Čo sa týka konkurencie, myslím si, že mám celkom šťastie, pretože v mojom odbore nie je núdza o výskumné otázky a tak si vedecké tímy vzájomne priamo nekonkurujú. Počul som však aj opačné prípady od ľudí z iných odborov, kde je veľká konkurencia medzi vedeckými tímami

Slováci v zahraničí? Asi mám na nich smolu, pretože za šesť rokov, čo pôsobím mimo Slovenska či Česka, som ich stretol iba minimum a pritom som narazil na množstvo ľudí z iných, menších krajín. Momentálne nepoznám žiadneho Slováka žijúceho v tom istom meste ako ja. Určite to človeku niekedy chýba, rozprávať sa v rodnom jazyku, ale aspoň sa snažím udržiavať kontakty s rodinou a kamarátmi zo Slovenska cez videohovory.

Čo bolo vašou motiváciou v štúdiu pokračovať? Ste v tomto období na vážkach či študovať ďalej, alebo si už nájsť zamestnanie?

Po doktorandskom štúdiu už nie je žiadne ďalšie štúdium. Ja dokonca zastávam názor, že ani doktorandské "štúdium" už nie je štúdium, pretože my skutočne robíme seriózny vedecký výskum. Často sú to práve iba doktorandi, ktorí výskum priamo vykonávajú, pretože vyššie postavení akademici, ako napríklad profesori, sa musia venovať manažérskym činnostiam.

Čo sa týka mojej budúcnosti, určite som zvažoval všetky možnosti, ale nakoniec som sa rozhodol pokračovať v akademickej kariére. Akadémia je veľmi kompetitívne prostredie, a preto človek nikdy nevie, či sa mu nakoniec podarí stať sa profesorom, ale mne osobne to za pokus stojí.

Priamy ďalší krok v rámci akadémie po dosiahnutí doktorského titulu je postdoktorandská prax, čo je v podstate niečo medzi profesorom a doktorandom. Človek stále robí priamy výskum, ale takisto viac učí, má viac organizačných povinností a takisto spoluzodpovedá za vedenie doktorandských prác.

A čo je mojou motiváciou? Vedecký výskum ma baví a napĺňa. Navyše, akademické prostredie je unikátne tým, že ako vedec máte istú slobodu v tom, čomu sa budete venovať. Mal som taktiež tú česť viesť niekoľko bakalárskych prác a musím povedať, že je to samo o sebe isté zadosťučinenie. Je úžasné, keď môžem predať svoje vedomosti mladšej generácii. Toto sú v krátkosti tie hlavné dôvody, ktoré ma motivujú pokračovať v akademickej kariére.

Ako vyzerá bežný deň študenta "matfyzu"? Laik si predstavuje, že sedí celé dni pri knihách a učive, je to naozaj tak?

Je to veľmi individuálne. Počas bakalárskeho a magisterského štúdia človek určite trávi vela času pri knihách. Ja som napríklad naozaj zvykol študovať veľmi tvrdo, čo s odstupom času asi nebol ten najideálnejší prístup, ale fungoval. Na druhú stranu som videl aj opačný extrém – ľudí s hromadou voľnočasových aktivít, ktorým trval jeden semester celý rok, ale nakoniec tým štúdiom aj tak prešli. Treba si nájsť vlastnú rovnováhu medzi školou a relaxom, ale aj to sa človek učí len postupne.

Čo sa týka doktorandského štúdia, tak tam už človek výuku veľmi nenavštevuje, aspoň teda tu v Holandsku. Naša každodenná práca spočíva najmä vo vedeckom výskume a jeho prezentovaní na odborných konferenciách. Veľa ľudí takisto učí aspoň jeden či dva predmety do roka alebo vedie bakalárske a magisterské práce.

Aké mimoškolské aktivity radi robíte, čo je vašou najväčšou vášňou?

Cez pandémiu som objavil posilňovanie ako hobby a dosť ma to chytilo. Nikdy predtým som nemal ku športu vzťah, ale teraz som si ho zjavne vybudoval, za čo som určite rád. Okrem toho rád cestujem, jem, objavujem rôzne exotické kuchyne a taktiež si rád zahrám videohry.

Je s vašou prácou spojený aj psychický nátlak? Je pre vedca odreagovanie v akejkoľvek forme dôležitejšie ako pri iných zamestnaniach?

Čo sa týka doktorandského štúdia, veľmi to závisí od krajiny. V Holandsku je to skvelé, pretože človek má rozumný plat a ľudia tu berú veľmi vážne rovnováhu medzi prácou a osobným životom. V iných krajinách to až také dobré byť nemusí.

Poznám ľudí v iných krajinách, ktorí majú finančné problémy pre nízke doktorandské štipendiá a potom musia mať druhý príjem. Človek je následne pre to vyčerpaný, jeho progres vo výskume sa spomaľuje a stres narastá. Takéto prostredie určite nevplýva dobre na psychiku človeka.

Čo sa týka vedeckej práce ako takej, ten stres je niekde na úrovni typickej kancelárskej práce s nadčasmi. Na jednu stranu človek nemusí komunikovať so zákaznikmi či pacientmi, ani vykonávať žiadne vysoko nebezpečné činnosti. Na druhú stranu ale často pracujete viac ako štandardných 40 hodín do týždňa.

Najzásadnejšie podľa mňa je, aby človeka jeho práca bavila a myslím si, že toto je v prípade vedcov často splnené. Odreagovanie je určite dôležité a tu si už každý musí nájsť formu a režim, ktorý jemu vyhovuje.

O pár mesiacov máte obhajobu vašej dizertačnej práce a tým aj úspešný koniec doktorandského štúdia. Čo ďalej?

Haha, tak dúfajme, že ten záver bude úspešný. Určite by som chcel pokračovať vo vedeckom výskume a ideálne aj nejako nadviazať na môj doktorandský výskum. Zatiaľ však nemám špecifický plán a som viac-menej otvorený všetkým smerom.

Vedecký škrabopis

Vráťme sa viac do minulosti, akým ste boli žiakom na základnej a strednej škole?

To by ste sa asi skôr mali opýtať mojich spolužiakov alebo učiteľov. S učivom som nemal problémy, ale veľmi dlho som bol karhaný za nečitateľné písmo. Pamätám si, že som musel za trest prepisovať viacero zošitov. Zjavne to nepomohlo a moje písmo je stále rovnaké, no teraz pri vedeckej práci je to každému jedno.

Kedy sa vo vás prebudila vášeň pre vedu? Bolo to zlomové alebo postupné?

Vášeň pre vedu bola vo mne odkedy si pamätám. Odmalička som sa zaujímal o to, ako svet okolo nás funguje. Dlho som si však nebol vedomý toho, že človek môže mať skúmanie sveta ako prácu. Mám pocit, že niekedy na začiatku druhého stupňa som si uvedomil, že existuje povolanie ako fyzik. Odvtedy som v tom mal v podstate jasno.

Predstavme si teraz, že pošleme istú vlnu - či už je to zvuk, svetlo, alebo pokojne aj zemetrasenie, na nejaký kryštál. Pre konkrétnosť povedzme, že ide o röntgenové žiarenie a kryštály kuchynskej soli. Ukazuje sa, že pokiaľ vlnová dĺžka tohto žiarenia je rovnaká ako vzdialenosť medzi dvoma atómami sodíka v soli, vlna sa začne od týchto atómov divoko odrážať.

Tieto mnohonásobné odrazy sa potom môžu vzájomne vyrušiť alebo zosilniť a pre nás zvonku to bude vyzerať, že soľ sa správa ako dokonalé zrkadlo alebo, že je úplne priehľadná. Alebo niečo medzitým, v závislosti na detailoch danej situácie.

V tomto spočíva základný princíp manipulácie vĺn pomocou kryštálov. Samozrejme, vďaka tomu, že čím ďalej, tým viac rozumieme týmto procesom, vieme vytvoriť materiály, ktoré sa správajú presne podľa našich požiadaviek a napríklad skutočne fungujú ako dokonalé zrkadlo.

Plášte neviditeľnosti

Aké praktické využitie má váš objav pre svet? Je pravda, že vďaka vášmu výskumu budú ľudia schopní ovplyvniť zemetrasenia či cunami?

V tom je práve krása a sila nášho výskumu, že je aplikovateľný na vlny akéhokoľvek typu, teda áno, aj na zemetrasenia a cunami. Tu sa naráža ale aj na praktické problémy pri budovaní seizmických kryštálov. Napríklad, vlnová dĺžka zemetrasných vĺn sa pohybuje v rozmedzí kilometrov. Takže na to, aby sme ich dokázali odraziť od nejakej oblasti, ktorú chceme ochrániť, potrebujeme kryštál o veľkosti niekoľkých kilometrov.

Seizmické kryštály sú teda stále v procese vývoja. Ja osobne verím, že raz, snáď nie za takú dlhú dobu, sa k ním ako ľudstvo dopracujeme. Ak to tak bude, tak rozhodne nie iba vďaka nášmu výskumu, ale bol by som určite rád, ak by tomu náš výskum napomohol.

Zemetrasenia či cunami vznikajú v dôsledku pohybu litosferických platní a najväčšia koncentrácia zemetrasení sa deje práve na ich hrane. Pre ktoré krajiny sveta je výsledok vášho výskumu užitočný?

Aby som bol úprimný, nie som seizmológ, ale fyzik, takže čo sa týka výskytu zemetrasení, táto otázka zachádza za môj odbor.

Ako som sa však už zmienil, náš výskum je aplikovateľný na akékoľvek typy vĺn. Takže okrem už spomenutých zemetrasných štítov si viem predstaviť využitie nášho výskumu pri tvorbe zvukotesných materiálov, optických senzorov, solárnych článkov, elektrotechnických súčiastok alebo dokonca v kvantových počítačoch či "plášťoch neviditeľnosti" (z angl. electromagnetic cloaking).

Technológie založené na manipulovaní vĺn pomocou kryštálov sú do veľkej miery stále ešte na svojom začiatku, takže v budúcnosti sa určite máme na čo tešiť.

Po absolvovaní osemročného gymnázia ste si pre štúdium vybrali Česko, konkrétne Karlovu univerzitu. Zo Slovenska odchádza mnoho ľudí za štúdiom do zahraničia. Nenadchli vás tunajšie školy?

Štúdium v zahraničí ma vždy lákalo už len preto, že je to niečo nové a dobrodružné. Uvažoval som vtedy dokonca aj nad štúdiom v Nemecku, ale nakoniec som sa rozhodol pre Česko, ktoré predstavovalo prijateľný pomer medzi dobrodružstvom v novej krajine a pohodlím domova. Aspoň na začiatok.

Čo vás viedlo k výberu odboru matematiky a fyziky? Mali ste záujem aj o iné odbory?

Určite ma zaujímali a stále ma zaujímajú aj iné odbory, ako napríklad biológia či lingvistika, no matematika a fyzika ma fascinovali asi najviac. Idea, že vieme popísať svet okolo nás pomocou niečoho tak abstraktného, ako sú matematické formuly, a navyše ešte aj na základe tých formulí vyvinúť nové technológie, znie úplne magicky.

Čítajte viac

Fínski seizmológovia zaznamenali v ruských vodách päť explózií

Foto: Archív Mareka Kozoňa

Foto: Archív Mareka Kozoňa