Vzpomínka na prof. Jiřího Čížka

Jiří Čížek se narodil 24. 8. 1938 v Praze do lékařské rodiny. Přestože se o medicínu celý život zajímal, byla to matematika a její použití, jež ho od mládí přitahovala nejvíce a určila jeho životní cestu. Během gymnaziálních studií se seznámil s Jaroslavem Kouteckým, s nímž začal spolupracovat na teoretickém popisu polarografických proudů. Jejich první společná publikace došla do redakce ještě před Jirkovými 17. narozeninami. Do roku 1959 spolu na téma polarografie publikovali v Collections další čtyři práce. Není proto příliš divu, že – podle jeho vlastních slov – bylo studium teoretické fyziky na MFF UK v letech 1956–1961 spíše dálkové. V téže době již byl Jiří zaměstnán na Ústavu fyzikální chemie ČSAV.

Se začátkem 60. let se pozornost Kouteckého a jeho žáků přesunula od polarografie ke kvantové chemii. Během doktorátu začal Jiří pracovat na problému, jehož vyřešení založilo jeho celosvětový význam a proslulost – problému výpočtu korelační energie. Pohyb elektronu v atomech a molekulách je ve velmi dobrém přiblížení popsán nerelativistickou kvantovou mechanikou, kde vzájemná interakce elektronů a interakce elektronů s atomovými jádry je čistě elektrostatická. Potřebné rovnice tedy od vzniku kvantové mechaniky před zhruba 100 lety známe. To, s čím se doteď lidský duch potýká, je najít způsob, jak tyto rovnice s dostatečnou přesností vyřešit. Řešení těchto rovnic umožňuje např. modelování chemických reakcí na počítači, což je podstatně levnější než jejich experimentální realizace ve zkumavce.

První krok k řešení problému kvantové elektrostatiky učinili již ve 30. letech Douglas R. Hartree a Vladimir A. Fok, kdy problém pohybu mnoha elektronů převedli na pohyb jednoho elektronu, který se pohybuje v efektivním poli ostatních elektronů a atomových jader. Tato tzv. Hartreeho-Fokova aproximace dokáže vystihnout kvalitativní rysy problému. Pro skutečně předpovědní schopnost teorie, a tím i její praktickou užitečnost, je ale nutné zahrnout i rozdíl mezi Hartreeho-Fokovým a přesným řešením, kterému se říká problém určení dynamické korelace elektronů. S tímto problémem se zabývala na přelomu 50. a 60. řada fyziků. Nejdále došli Němci Fritz Coester a Hermann Kümmel, kteří první zavedli metodu tzv. spřažených trsů (coupled clusters), která měla automaticky správnou závislost růstu přibližného řešení s množstvím elektronů. Matematické obtíže spojené s touto metodou však byly příliš veliké, a tak i jejich úsilí zůstalo v půli cesty.

V této situaci vchází na scénu tehdy pouze 26letý Jiří Čížek a uspěje tam, kde ostatní ztroskotali. K vyjádření tzv. klastrových operátorů z Coesterovy a Kümmelovy metody použije tzv. kreační a anihilační operátory kvantové teorie pole. V pohledu kvantové teorie pole nejsou elektrony navždy existující částice, ale kvanta elektronového pole, která mohou vznikat a zanikat. Tento pohled je nutný pro popis jevů jako beta-radioaktivita, kdy se neutron v jádře rozpadá na elektron, proton a antineutrino, přičemž všechny tři produkty vzniknou až v okamžiku rozpadu, předtím v jádře nejsou. Elektrony pohybující se v atomech a molekulách ale jsou ve velice dobrém přiblížení nezničitelné, a tak se použití polního pohledu na jejich popis na první pohled jeví podobně jako „jít s kanónem na vrabce“. Jiří si ale uvědomil, že polní popis je přesně to, co potřebuje, aby dokázal Coesterovu a Kümmelovu metodu dovést až do konce. Polní popis totiž v sobě podstatně přirozeněji než standardní částicový přístup zahrnuje klíčovou vlastnost elektronů, jejich nerozlišitelnost. Jiří odvodí potřebné rovnice, které publikuje nejprve ve své kandidátské práci v roce 1966 a o rok později v anglickém překladu v časopise Journal of Chemical Physics. Tato práce patří do zlatého fondu těch nemnoha odborných prací, které natrvalo změnily tvář kvantové chemie.

Za vytvoření metody coupled clusters se Jiřímu dostane celé řady domácích i mezinárodních ocenění, z nichž ty nejvýznamnější asi jsou cena a členství v Mezinárodní akademii molekulárních věd, členství v Královské kanadské společnosti a ocenění Humboldtovy nadace. Za svou práci je také několikrát nominován na Nobelovu cenu za chemii. Nejblíže k jejímu získání byl zřejmě v roce 1998, kdy byla cena nakonec udělena britskému teoretickému chemikovi Johnu Popleovi a americkému teoretickému fyzikovi rakouského původu Walteru Kohnovi. V té době ještě výpočetní možnosti počítačů nedovolovaly plné využití Jirkovy metody.

V roce 1968 mu do života zasáhne ruská invaze. Jiří přijme pracovní nabídku z University of Waterloo v Kanadě, sbalí nejnutnější věci a odletí s rodinou z Československa. Z plánovaného několikaměsíčního pobytu se nakonec stane 22 let strávených v exilu. Zhruba v polovině 70. let změní Jiří ještě jednou problematiku a začne se věnovat své velké vášni – studiu sčítání divergentních řad. Tyto řady vznikají např. při popisu atomů ve vnějších elektrických a magnetických polích, při popisu molekulárních vibrací atd. Toto pozvolné opuštění „rozjetého vagónu“ kvantové chemie a přesedlání na výzkum poměrně esoterické a většině chemiků a fyziků vzdálené problematiky je zajisté pozoruhodné, nikoli však nepochopitelné. Z Jirkova hlediska byla v polovině 70. let ta intelektuálně nejzajímavější část spojená s coupled clusters a kvantovou chemií dávno vyřešena a vyhlídka na rozsáhlé programování spojené s praktickými stránkami coupled clusters ho nikterak nelákala. Počátkem 90. let pak opustí tuto oblast výzkumu úplně.

Po sametové revoluci začal společně se svou ženou Lídou pendlovat mezi Kanadou a Čechy. Přijal místo profesora na Katedře chemické fyziky a optiky MFF UK na částečný úvazek a také mu byl obnoven částečný úvazek na Heyrovského ústavu fyzikální chemie. Na University of Waterloo působil dále jako distinguished professor emeritus. Posledních deset let života strávil v péči své dcery v Torontu.

Pro ty, co měli to štěstí Jirku poznat, byl Jiří především zcela mimořádnou lidskou bytostí. Nejen svým mimořádným intelektem a udivující hloubkou a šíří svých znalostí, které vedle matematiky a přírodních věd zahrnovaly i poezii a krásnou literaturu obecně, zeměpis a historii, ale též jako příklad velice čestného a skromného muže, s ohromným smyslem pro humor, železnou vůlí, s kterou překonával vědecké a životní potíže a přitom nesmírně laskavého, vždy ochotného pomoci druhým, bez velké okázalosti, avšak o to účinněji.

Autor děkuje svým kolegům Vladimíru Špirkovi a Vojtěchu Kapsovi za cenné připomínky.

Jaroslav Zamastil, foto University of Waterloo