Držitel Ceny rektora Masarykovy univerzity pro vynikající pedagogy za rok 2020, vítěz jubilejního Science slamu MUNI z roku 2019, spoluautor naučných seriálů pro Českou televizi a Český rozhlas, neúnavný popularizátor fyziky, ale také úspěšný vědec. Tomáš Tyc propadl kouzlu fyziky už na základní škole a stále ho baví hledat cesty, jak ji přiblížit studentům a studentkám, ale i širší veřejnosti. A mezitím sám bádá: věnuje se například teorii neviditelnosti.
Jak to všechno stíháte? A kde berete nápady a motivaci?
Nepřijde mi, že bych toho zas tak moc stíhal. Některým popularizačním přednáškám, které jsem dělal dříve, už se teď nevěnuji. Aktuálně se soustředím na přípravu nové přednášky z mechaniky, kterou postupně přebírám po profesorce Janě Musilové, která to učila dlouho a úplně úžasně. A tím pádem je laťka nastavená hodně vysoko.
Máte řadu zkušeností, pro ČT jste natáčel pořad pro děti „Já budu Einsteinem“. Jaké to bylo?
Spolupráce s ČT byla velká zkušenost. Když chcete něco vysvětlit a natočit na kameru, musíte to říct jednoduše a velmi srozumitelně, aby to pak divák pochopil. Často jsme i improvizovali, nebylo možné to mít celé doslova připravené, na to nebyl čas. Překvapilo mě, kolikrát dokola se musely jednotlivé pasáže opakovat, například kvůli ruchům z ulice nebo když někdo udělal chybu. Naučilo mě to nebát se kamery.
Pomáhá vám tahle zkušenost i ve výuce?
To určitě ano. Fyzika není jednoduchá, dá se vysvětlovat dobře, ale i špatně. Když se vysvětluje špatně, mají lidé pocit, že je to moc složité a komplikované, přestanou se snažit to pochopit, protože se jim to jeví jako nepochopitelné. Když ji ale vysvětlujete dobře, tak lidé začínají objevovat různé souvislosti, najednou jsou schopni pochopit a odvodit, proč věci kolem nás fungují tak, jak to známe. Svět kolem nás dokážeme vysvětlit a to lidi baví. Dává jim to smysl.
Jak lze tak složitou disciplínu, jakou je fyzika, vysvětlit dobře?
Je dobré používat názorné příklady, aby si to studenti dokázali představit. Já například chodím do výuky s takovou bedýnkou na ovoce plnou pomůcek, na nichž demonstruji různé jevy. Když potřebuji ukázat přímku, vezmu tyč, částice může být třeba kulička. To využívám ve výuce hodně, ale lze to využít i pro tu širokou veřejnost, aby lidé viděli, jak je to praktické, a sami o tom mohli vykládat dál.
Takové ukázky jste použil dokonce v pořadu Show Jana Krause. Jak jste se tam dostal?
Pozvali mě sami. A musím přiznat, že když mi poprvé zavolali a nabídli, abych byl hostem pořadu, vůbec jsem si neuvědomil, že je to dobrá příležitost pro propagaci oboru, pracoviště a fyziky. Byl jsem tehdy docela zaneprázdněný, omluvil se a požádal, ať se ozvou za půl roku. Oni se naštěstí fakt ozvali. Podruhé už jsme se domluvili. Kdybych býval věděl, jaký to má dopad, sledovanost, že to lidé opravdu znají, tak bych asi kývl hned napoprvé.
Někteří vědci se ale popularity bojí. Jsou obavy na místě?
Já bych se bez ní určitě obešel. Ale na druhou stranu je pravda, že určitá míra popularity v případě vědců zvyšuje šance, že jim lidé budou naslouchat. A je dobře, když společnost naslouchá vědě, když se zajímá o nové poznatky.
Ani v případě Show Jana Krause jste neměl obavy, jak to dopadne?
Jen jsem se trochu bál, aby mě pan Kraus nějak nezesměšnil. On dokáže být i nepříjemný, z některých hostů si dělá legraci a možná právě fyzik, vědec, k tomu tak trochu vybízí. Ale zdá se, že jsem to ustál, nenechal jsem se rozhodit ani tím, když se některý pokus nepovedl hned napoprvé, zůstal jsem v pohodě a to bylo důležité.
V roce 2019 jste vyhrál Science slam MUNI. Bylo to i díky zkušenostem z účasti v Show Jana Krause?
Je to všechno trochu podobné. Každým takovým vystoupením se člověk tak trochu otrká a pak nemá tak velkou trému. Na Science slamu bylo nutné dodržet časový limit pro vystoupení a nepřekročit ho. To bylo náročné. Musel jsem to několikrát zkoušet, ale ani s tím zkoušením se to nesmí přehnat, aby to bylo autentické.
Vy sám máte pět dětí, trénujete někdy svá vystoupení před nimi?
Určitě ano, ale snažím se to nepřehánět, aby to nemělo opačný efekt a já je od fyziky neodradil. Takže spíš, když vidím jejich zájem. Teď jsem pro ně na 3D tiskárně vytiskl takový malý setrvačník, který se chová zajímavě, a když ho roztočím, tak sami přiběhnou, protože je zajímá, jak to funguje. Sami pak přichází na to, že fyzika je všude kolem nás.
Co byste po všech těch zkušenostech poradil kolegům a kolegyním, kteří chtějí svým výzkumem zaujmout veřejnost?
Například to, aby se vyhnuli příliš odborné terminologii. Ta může být hodně na škodu. Když člověk používá mnoho odborných slov, aby vypadal chytře, nebo dokonce dává najevo svou nadřazenost, tak je to špatně. Snažím se příliš odborným výrazům spíše vyhýbat, i když to vždycky úplně nejde. Jde ale o to přiblížit svět vědy lidem, aby si uvědomili, že věda se zabývá věcmi, které nejsou jenom v laboratoři, ale jsou velmi praktické.
Ve výzkumu jste se věnoval například teorii neviditelnosti. Čeho jste dosáhli?
Princip neviditelného pláště byl obsažen již v původních návrzích profesorů Leonhardta a Pendryho z roku 2006. Základní myšlenka spočívá v tom, že předmět, který má být neviditelný, se obalí materiálem s jemnou mikroskopickou strukturou. Tento materiál pak vede přicházející světlo tak, že na předmět nedopadne, ale obejde jej, podobně jako třeba voda obteče nějakou překážku. Aby nebylo toto obtékání poznat, světlo se musí vrátit do směru, který mělo, než se k předmětu přiblížilo.
A v čem konkrétně spočívala vaše práce?
Ta původní teorie byla založena na speciálních rezonančních efektech, takže plášť mohl fungovat jenom pro jednu vlnovou délku světla. Lze si to představit tak, že by tato neviditelnost fungovala jenom za situace, kdybychom měli nasazeny nějaké speciální brýle, které by propouštěly jenom uzoučkou část spektra, ale ve chvíli, kdybychom ty brýle sundali, tak by objekt zase byl vidět. Proto jsme navrhli využití takzvané neeukleidovské geometrie – geometrie zakřiveného prostoru. Tam se světlo zakřivuje přirozeně. Návrh neviditelného pláště, který by mohl fungovat pro širší oblast spektra, jsme publikovali v roce 2009 v časopise Science. Šlo ale o teoretickou práci. Vyrobit materiál, který by měl potřebné fyzikální vlastnosti, by bylo asi velmi složité.
Ve výzkumu takzvaného neviditelného pláště už tedy nepokračujete?
V současnosti už příliš ne, ale práce na plášti mě tehdy přivedla k výzkumu takzvaných dokonalých čoček a později geodetických čoček a v tom pokračuji dál. V nedávné době se tato problematika začala rozvíjet a nyní je z ní velmi perspektivní obor. Loni jsem například navázal spolupráci s Evropskou kosmickou agenturou, která má zájem použít námi navržené geodetické čočky jako antény pro telekomunikační družice.
V čem tedy spočívá výhoda geodetických čoček?
Geodetická čočka dokáže velmi dobře nasměrovat signál v podobě vlnění. Můžeme si tak představit anténu, která přesto, že nemá žádnou pohyblivou část, dokáže mířit signálem na přijímač, který se pohybuje. S nástupem mobilních sítí páté generace jsou právě požadavky na směrovost antén velmi vysoké.
Jak taková geodetická čočka funguje?
Zobrazení prostřednictvím běžných čoček má vždy určité nedokonalosti, vady. Proto například v objektivu fotoaparátu musíme použít hned několik čoček najednou, abychom vady co nejvíce eliminovali. Pokud bychom chtěli mít zobrazení dokonalé, potřebovali bychom tzv. dokonalou čočku, jejíž konstrukce má ale řadu problémů. Další možností jsou právě geodetické čočky, kdy donutíme světelnou vlnu se pohybovat po nějaké zakřivené ploše – například po povrchu koule. Světlo na takové ploše můžeme uvěznit například pomocí tenké vrstvy skla, kdy díky úplnému odrazu nemůže vyletět ven. U rádiových vln je to jednodušší, stačí vytvořit mezeru mezi dvěma kovovými povrchy vhodného tvaru.
Lze tento princip, kdy světlo uvězníme, využít ještě někde jinde?
Ano, například u optických vláken v lékařství a biologii při podrobnějším studiu procesů, které se odehrávají v mozku. Problém je, že světlo se uvnitř vlákna komplikovaným způsobem odráží a tím dochází k určitému pomíchání informace, kterou nese. Proto je například u endoskopu, který se využívá v medicíně pro pozorování tělních dutin, nutné použít svazek mnoha desítek tisíc optických vláken, z nichž každé přenáší jen jeden pixel obrazu.
Vy máte řešení, které by mohlo počet nutných optických vláken snížit?
Existují vlákna, která přenášejí více informací najednou. Dříve se ovšem odborníci domnívali, že se způsob šíření světla v těchto typech optických vláken nedá dobře předpovídat, a jejich kapacitu tudíž nelze plně využít. Ve spolupráci s prof. Tomášem Čižmárem jsme ale ukázali, že i pro běžná komerční vlákna to provést lze s vysokou přesností, a to dokonce i tehdy, když je vlákno ohnuté nebo jinak deformované. A protože umíme spočítat, jak se světlo ve vlákně šíří, umíme pak za pomoci počítače vytvořit obraz bez zkreslení.
Prozradíte, kam se váš výzkum ubírá dál? Čemu se aktuálně věnujete?
Asi před rokem jsem narazil na pozoruhodný jev, který souvisí s teorií chaosu. Představte si nejprve kulečníkový stůl určitého tvaru – ne nutně obdélníkového – a v něm kuličku, která se beze ztrát energie neustále odráží od jeho stěn. Podle tvaru stolu může dráha kuličky třeba postupně vyplnit celou plochu stolu, nebo naopak vyplní jen její část a jiné části se úplně vyhne. Ten zajímavý problém se týká kuličky pohybující se nikoli v rovině, ale po určité zakřivené ploše, což právě souvisí s geodetickými čočkami. Je to nejen zajímavá, ale také velmi estetická fyzika, dráhy kuličky vytváří nádherné obrazce. S mým doktorandem se nyní snažíme chování kuličky v takovém systému co nejlépe popsat a pochopit.
To jsou stále nové a nové výzvy. Co vás motivuje?
Když vidím, že to, co se snažím vysvětlit, lidé pochopí. Jak se jim rozzáří oči. A tu krásu, kterou ve fyzice vidím já, najednou vidí i oni. Mám velkou radost z toho, když se mi podaří dál předat nadšení pro to, že svět kolem nás je zajímavý.
Rozhovor vznikl původně pro web, kde Přírodovědecká fakulta MU představuje úspěšné zaměstnance a zaměstnankyně.