משבר גיל הארבעים מוביל אנשים לגלות על עצמם כל מיני דברים חדשים: יש כאלה שמגלים שההערכה העצמית שלהם תגדל, אם הם ישתתפו במרתון; אחרים – שרמת הדופמין שלהם במוח תעלה פלאים, אם ירכשו אופנוע כבד; ויש גם כאלה שמגלים שהסבת מקצוע לפיסול חרוזים בשיטת “שו-אסמו”, תוביל אותם למחוזות האושר.

את אדם ריס, בן למשפחה יהודית שנמלטה בשנת 1936 מגרמניה לארה”ב, משבר גיל ארבעים הוביל לגילוי מעט שונה: שהיקום מתפשט בהאצה. מוזר שכמותו…

למען האמת אדם ריס לא גילה שהיקום מתפשט בהאצה בגיל 40. את זה הוא גילה עשר שנים לפני כן. בגיל ארבעים הוא קיבל בזכות הגילוי את פרס נובל לפיזיקה. לא רע.

כדי להבין יותר לעומק מה הכוונה בשלוש המילים “היקום מתפשט בהאצה”, בואו נחזור רגע 14 מיליארד שנה אחורה. התיאוריה המקובלת בקרב המדענים היא שהיקום נולד ברגע אחד, שבו ישות מסוימת – תקראו לה המפץ הגדול, הנקודה הסינגולרית, או אלוהים – החליטה ללא הסבר כלשהו להתחיל לנפח את “בלון הזמן-מרחב”. בשנת 1928 גילה המדען האמריקאי אדווין האבל כי הגלקסיות על פני “היקום-בלון” ובהם גם גלקסיית “שביל החלב” שלנו, מתרחקות זו מזה בתהליך הולך ומתפשט.

החידוש של אדם ריס היה שהיקום לא רק מתפשט, כפי שגילה האבל, אלא מתפשט בהאצה.

אגב, אותו האבל נלחם ללא הצלחה כל חייו לקבל פרס נובל על תגליותיו, ולמרות זאת האריסטוקרטים השבדים מוועדת הפרס דחו אותו בשל הטענה המוזרה כי אסטרונומיה אינה מדע.

מאבקו של האבל נשא לבסוף פרי אחרי מותו, ובמובן מסוים אפשר לומר שזכייתו של אדם ריס בפרס נובל על תגליתו, לא רק האירה באור חדש את העולם המסתורי של היקום, אלא גם תיקנה את העוול שנעשה להאבל.

אוטו שטרן נולד בשנת 1888 בסוראו שהשתייכה אז לגרמניה. כאשר עלו הנאצים לשלטון, היגר שטרן לארצות-הברית, שם המשיך במחקריו. בשנת 1943 זכה אוטו שטרן בפרס נובל לפיזיקה, על ניסוי בקרן מולקולרית, בו נבדק המומנט המגנטי של זרם יונים ונמצא שהוא מתפלג לשני כיוונים בלבד, וזאת בניגוד להשערת הפיזיקה הקלאסית, אשר צפתה התפלגות אחידה.

ניסוי “שטרן-גרלך” אישש את תחזיות מכניקת הקוונטים, אשר היתה אז בחיתוליה, והפגין את מגבלותיה של הפיזיקה הקלאסית.

אוטו שטרן נפטר בשנת 1969.

איזידור רבי נולד ב-1898 ברימאנוב שבפולין. בהיותו בן שנה עקרה משפחתו לארצות-הברית. הוריו היו אדוקים ביותר וציפו שיוסמך לרב, אולם הוא גילה עניין בטכנולוגיה ומדע.

הוא החל ללמוד כימיה, מאוחר יותר פיזיקה, וב-1926 קיבל תואר דוקטור באוניברסיטת קולומביה. עם הסמכתו יצא לאירופה לעבוד עם גדולי הפיזיקאים דאז, אשר פיתחו את תורת הקוונטים. אחר-כך חזר לאוניברסיטת קולומביה, וב-1940 נבחר לאקדמיה האמריקנית למדעים.

במהלך מלחמת העולם השנייה דחה רבי הזמנה להשתתף בפרוייקט פיתוח הפצצה האטומית, ולאחר המלחמה פעל למען פיקוח אזרחי על הכוח הגרעיני ושימושיו.

בשנת 1944 הוענק לאיזידור רבי פרס נובל לפיזיקה “בעבור שיטת התהודה שפיתח לרישום התכונות המגנטיות של גרעין האטום”. שיטה שסיפקה מידע רב-ערך עבור מחקרים כמו זיהוי של זיהומים מגנטיים בגבישים. שיטה זו משמשת גם ברפואה ובביולוגיה, לזיהוי חומרים ברקמות.

עם זכייתו של רבי בנובל נאמר עליו כי “ייסד קשרי רדיו עם העולם התת-אטומי”.

איזידור רבי נפטר בשנת 1988.

אלברט איינשטיין, מגדולי המדענים בכל הזמנים, נולד בשנת 1879 בעיר אולם שבגרמניה. הוא למד במינכן ואחר-כך בציריך שבשווייץ, שם קיבל, ב-1905, את התואר דוקטור.

משנת 1909 הוא לימד והשתתף במחקר מדעי במוסדות אקדמאיים שונים ברחבי אירופה. ב-1915 הוא מונה לראש המכון לפיסיקה בברלין.

ב-1921 הוא קיבל את פרס נובל לפיזיקה. עם עליית היטלר לשלטון עזב אינשטיין את אירופה לצמיתות והתיישב בארצות-הברית עם אשתו השנייה. שם שימש עד למותו בשנת 1955 (בגיל 76) כפרופסור במכון ללימודים מתקדמים של אוניברסיטת פרינסטון.

אלברט איינשטיין תרם תרומה מכרעת לקידום הפיסיקה המודרנית. בשנת 1905, בגיל 26, עוד בהיותו פקיד במשרד הפטנטים בברן, הוא פירסם כמה מאמרים חשובים. למשל – ניתוח מתמטי של “תנועת בראון”, תנועת החלקיקים שבנוזל ובגז, שאיפשר לחשב את גודלן של המולקולות.

ההסבר שלו על התוצא הפוטו-אלקטרי, המבוסס על המבנה החלקיקי של האור, מחקר אשר עתיד לזכת אותו בפרס נובל, היווה צעד חשוב בפיתוח תורת הקוונטים. אותה תורה, אשר באופן פרדוקסלי איינשטיין סרב לקבל עד סוף חייו. כפי שנהג לומר: “אלוהים אינו משחק בקוביות עם העולם”.

אולם בעיקר הוא קבע את הקשר שבין אנרגיה, מסת החומר ומהירות האור, על-פי המשוואה המפורסמת שלו, ובניגוד לחוק המקובל של שימור המסה. תורת היחסות הפרטית שלו מראה, שבמהירות הקרובה למהירות האור, מרחב – זמן – מסה – ואנרגיה, אינם אלא צורות שונות של אותה מציאות.

ב-1916 הוא מרחיב את את תורתו לתורת היחסות המוכללת, המוסיפה את השפעת כוח הכובד, דבר שאושש מדעית בתצפיות על ליקוי החמה ב – 1919.

מי היה איינשטיין האדם? אדם חביב וצנוע, אשר אהב טיולים בטבע. תחביבו העיקרי היה נגינה בכינור.

על אף דעותיו הפציפיסטיות, הוא הזהיר את הנשיא רוזוולט מפני הסכנה שבמונופול גרעיני גרמני. סכנה אשר הביאה את ממשלת ארצות-הברית להחלטה על פיתוח פצצת האטום. בתום המלחמה, ובעקבות תוצאות השלכת הפצצה על יפן הצטרף איינשטיין לקריאה להימנע מהמשך פיתוחו של הנשק הגרעיני.

איינשטיין היה יהודי גא, ומ-1920 התגייס למען הציונות, ובעיקר למען האוניברסיטה העברית בירושלים, כמו למשל בסרט זה. על אף הפצרותיו של דוד בן-גוריון, אייינשטיין סרב להבחר לנשיא מדינת-ישראל. אילו הסכים, היה זה מפתיע.

אלברט מיכלסון נולד בשנת 1852 בשטרלנו שבגרמניה. בגיל 3 עקר עם הוריו לארצות-הברית. הוא למד פיזיקה, והתמקד בתחום האופטיקה. מיכלסון היה פרופסור לפיזיקה באוניברסיטאות בקליבלנד, מסצ’וסטס ושיקגו. בשנותיו האחרונות עסק במדידות אסטרונומיות בקליפורניה. מיכלסון הלך לעולמו ב-1931.

בשנת 1907 זכה אלברט מיכלסון בפרס נובל לפיזיקה, בעבור מכשירי המדידה האופטיים המדוייקים שפיתח, והמחקרים הספקטרוסקופיים והמטרולוגיים שביצע בעזרתם.

הנודע והחשוב במחקרים אלה נקרא ניסוי מיכלסון-מורלי שנערך ב-1887. עד לניסוי זה סברו הפיזיקאים כי מהירות האור שונה ביחס לכיוון תנועתו של כדור-הארץ. מיכלסון ועמיתו אדוארד מורלי, בנו מכשיר מדידה מדוייק – אינטרפרומטר – שתוצאות מדידותיו הוכיחו כי מהירות התנועה של האור היא קבועה ואינה תלויה בתנועתו של כדור-הארץ.

תגלית זו יצרה בעיה קשה לפיזיקה הקלאסית, שמצאה פתרונה רק 18 שנים מאוחר יותר, עם פירסום תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין.

אמיליו סגרה נולד בטיבולי שבאיטליה בשנת 1905. הוא החל בלימודי הנדסה ברומא ועבר ללימודי פיזיקה, בהדרכתו של הפיזיקאי הנודע, חתן פרס נובל אנריקו פרמי. ב-1928 הוענק לו תואר דוקטור. הוא לימד באונברסיטת רומא, וב-1936 נתמנה לראש המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת פלרמו.

ב-1938, בעקבות תקנות אנטישמיות בשרות הציבורי שקבעה הממשלה הפשיסטית, היגר סגרה לארצות-הברית והצטרף לאוניברסיטת ברקלי. הוא קיבל אזרחות אמריקנית והשתתף במאמץ האמריקני לבניית פצצת האטום. אחרי פרישתו, ב-1972, חזר לאוניברסיטת רומא. אמיליו סגרה נפטר בשנת 1989.

בשנת 1959 זכה אמיליו סגרה בפרס נובל לפיזיקה, במשותף עם אוון צ’מברליין, “בעבור גילוי האנטי-פרוטון”.

הפרוטון הוא חלקיק טעון חיובית המצוי במספרים שונים בגרעין האטום. האנטי-פרוטון הוא חלקיק דומה, אך בעל מטען שלילי. ניגוד המטענים ביניהם הופך כל מפגש לאירוע דרמטי בו הם מבטלים זה את זה.

ארנו פנזיאס נולד במינכן שבגרמניה בשנת 1933. בשנת 1939 היגרה משפחתו לארצות-הברית. פנזיאס זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1978, במשותף עם רוברט ווילסון, “בעבור גילוי קרינת הרקע, הדיה של היווצרות היקום ב”מפץ הגדול”, לפני 18 מיליארד שנה.

גילוייו של ארנו פנזיאס היוו אישוש אמפירי לתאוריית “המפץ הגדול”, והפכו אותה לדגם המרכזי בתיאור תולדות היקום.

בנג’מין מוטלסון נולד בשיקגו בשנת 1926. בשנת 1975 זכה בפרס נובל לפיזיקה, ביחד עם אגה בוהר וג’יימס ריינווטר,  על פיתוח המודל הקולקטיבי של הגרעין, המסביר את תופעת הקוודרופול, שעיקרה התפלגות בלתי אחידה של המטען החשמלי בגרעין.

ברטון ריכטר נולד בניו יורק בשנת 1931. בשנת 1976 זכה בפרס נובל לפיזיקה, במשותף עם סמואל טינג, על ניסוי במאיץ חלקיקים בו התגלה חלקיק אלמנטרי כבד מסוג חדש.

גילוי ה”פסי” אישש את השערתו של שלדון גלשאו לגבי קיומו של הקווארק “C”, והוסיף נדבך אמפירי חשוב למודל החלקיקים הסטנדרטי.

בריאן ג’וזפסון נולד בוויילס ב-1940. את הכשרתו הפיזיקלית רכש בטריניטי קולג’, שם התמקד בחקר ‘מוליכות העל’.

בשנת 1973 זכה בריאן ג’וזפסון בפרס נובל לפיזיקה, “בעבור התחזיות התאורטיות של תכונות ה’על זרם’, ובפרט אותן תכונות הידועות כ’אפקט ג’וזפסון'”.

ג’וליאן שווינגר נולד בשנת 1918 בארה”ב, ובשנת 1965 זכה בפרס נובל לפיזיקה, במשותף עם ריצ’ארד פיינמן וצ’ין-איטירו טומונאגה, “בעבור עבודתם היסודית באלקטרודינמיקה קוונטית והשלכותיה על הפיזיקה של החלקיקים האלמנטריים”.

ג’וליאן שווינגר נפטר בשנת 1994.

ג’ורג’ שרפק נולד בשנת 1924 בעיירה היהודית סארני שבאוקראינה המערבית. בהיותו בן 8 היגרה משפחתו לצרפת. בעקבות כיבוש צרפת על ידי הגרמנים, הצטרף שרפק לקבוצת מחתרת שמאלנית, נעצר ב-1944 ונשלח למחנה דכאו, ממנו שוחרר ב-1945 והוא בן 21. הוא החל לעבוד ב”מרכז הלאומי למחקר מדעי” שם הגיש עבודת דוקטורט בתחום הפיזיקה הגרעינית נסיונית.

ב-1957 פירסם שרפק, לראשונה, את רעיונותיו והצעותיו לפעולת גלאי חלקיקים, אך עמיתיו המדענים לא היו בשלים עדיין לנצל את פועלו. ב-1959 הצטרף לצוות של ליאון לדרמן ב”מרכז האירופי למחקר” בג’נבה, על מנת למדוד את המומנט המגנטי של המואון. מאז לא עזב מרכז זה והקים סביבו צוות חוקרים שהיו חיל חלוץ בפיתוח מנגנוני גילוי חלקיקים.

בשנת 1992 זכה ג’ורג’ שרפק בפרס נובל לפיזיקה, “בעבור המצאתם ופיתוחם של גלאי חלקיקים, אשר הבולט שבהם הוא התא הרב-תיילי הפרופורציונלי”.

המצאתו של שרפק מאפשרת למדוד בכמות גדולה ובדיוק רב את החלקיקים והריאקציות ביניהם. התפתחות הגלאים צועדת יד ביד עם התקדמות המדע. סוגים שונים של גלאי חלקיקים, המבוססים על המצאתו של שרפק, שיחקו תפקיד חשוב בתגליות רבות בפיזיקה, והיו להם גם השלכות בתחומי הרפואה והביולוגיה במהלך שני העשורים האחרונים.

ג’ק שטיינברגר נולד ב-1921 בגרמניה. עם עליית הנאצים לשלטון הצליחו הוריו למלט אותו לארה”ב. הוא למד תחילה הנדסה וכימיה ורק עם סיום מלחמת העולם השנייה החליט להתמקד בלימודי הפיזיקה. ב-1948 הוענק לו תואר דוקטור באוניברסיטת שיקגו, וב-1950 הצטרף כחוקר לאוניברסיטת קולומביה.

ג’ק שטיינברגר זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1988, במשותף עם ליאון לדרמן ומלווין שוורץ “בעבור שיטת קרן הנטרינים והדגמת מבנה הדובלט של הלפטונים, דרך גילוי הנטרינו המיואוני”.

המודל המקובל בפיזיקת החלקיקים מחלק את החלקיקים האלמנטרים לשתי משפחות עיקריות: קורקים ולפטונים. עד סוף שנות ה-50 היה ידוע לפיזיקאים על שלושה לפטונים שונים: האלקטרון, המיואון והנטרינו. הנטרינים נוצרים מאלקטרונים ומיואונים ויכולים להפוך חזרה לאלקטרונים ומיואונים.

לקראת שנות ה-1960 העלו הפיזיקאים השערה בדבר קיומם של שני סוגי נטרינו שונים, האחד נוצר מאלקטרון והאחר נוצר ממיואון. אולם הם התקשו לערוך אבחנה תצפיתית בין שני הסוגים.

ב-1961 ביצעו לדרמן, שטיינברגר ושוורץ את הניסוי בנטרינים שזיכה אותם בפרס נובל. הם מצאו פתרון לבעיית האיבחון בהשתמשם בקרן של נטרינים, שנוצרה על-ידי התנגשויות של חלקיקים בתוך מאיץ חלקיקים. הנטרינים בקרן נוצרים ממואונים, ובניסוי הוכח שהם הופכים חזרה למיואונים בלבד. העובדה שאף נטרינו לא הפך לאלקטרון הוכיחה שזהו חלקיק שונה מהנטרינו הנוצר מאלקטרון.

לאבחנה בין נטרינו אלקטרוני לנטרינו מיואוני חשיבות תיאורטית רבה. כיום מקובל לראות באלקטרון ובנטרינו האלקטרוני דובלט, כלומר צמד אחד של שני לפטונים השייך לדור אחד של חלקיקים. ובמיואון ובנטרינו המיואוני דובלט שני, השייך לדור שני של חלקיקים.

ג’רום פרידמן נולד בשנת 1930 בשיקגו. מילדותו גילה נטייה לאמנויות, ובעיקר לציור, אך בעקבות קריאת ספרו של אלברט איינשטיין “הייחסות”, החל להתעניין בפיזיקה, למד באוניברסיטת שיקגו, וב-1956 קיבל תואר דוקטור. מ-1960 הוא שימש פרופסור במכון הטכנולוגי במסצ’וסטס, ומחקריו התמקדו בפיזיקת החלקיקים.

בשנת 1990 הוענק לג’רום פרידמן ושותפיו למחקר, הנרי קנדול וריצ’ארד טיילור, פרס נובל לפיזיקה “בעבור מחקרם החלוצי באשר לפיזור לא-אלסטי עמוק של אלקטרונים על פרוטונים ונטרונים קשורים, שחשיבותו היתה מכרעת בפיתוח המודל הקווארקי בפיזיקת החלקיקים”. בעקבות מחקרו של ארנסט רת’פורד, שהיה הראשון שגילה את קיומו של גרעין האטום עוד בתחילת המאה ה-20, נעשה מאמץ מדעי אדיר להכיר את אבני הבניין של החומר. כך התגלו הפרוטונים והנטרונים, ומאוחר יותר ההדרונים והלפטונים.

התאורטיקנים גל-מן וצוויג פיתחו מודל בו כל הדרון, כמו הפרוטון והניטרון, מורכב משלישיית חלקיקים הנקראים קווארקים. פרידמן ועמיתיו איששו מודל זה בתצפיותיהם על המבנה הפנימי של החלקיקים המרכיבים את גרעין האטום.

גבריאל ליפמן נולד בשנת 1845 בלוכסמבורג. בשנת 1875 הוענק לו תואר דוקטור לפיזיקה באוניברסיטת סורבון בפריז. ליפמן שימש פרופסור לפיזיקה מתמטית ועמד עד יום מותו בראש הקתדרה לפיזיקה ניסיונית. בשנת 1912 זכה ליפמן להיבחר לתפקיד נשיא האקדמיה הצרפתית למדעים.

בשנת 1908 הוענק לגבריאל ליפמן פרס נובל לפיזיקה, בעבור פיתוח טכניקת הצילום הצבעוני, המתבססת על תופעת התאבכות גלי האור.

ליפמן הציב מול החפץ המצולם לוח זכוכית מצופה בתחליב רגיש לאור, ובעזרת מראה יצר התנגשות בין גלי האור המגיעים מכיוונים מנוגדים. כך הונצחה על לוח הצילום תבנית התאבכות הנראית עשויה קווים מוארים וחשוכים לסירוגין, אשר המרווחים ביניהם מעידים על צבע גלי האור שיצרו אותם. כאשר מתבוננים בתמונה כזאת משוחזר תהליך ההתאבכות, אך הפעם בעינו של הצופה, הרואה את תמונתו הצבעונית של החפץ המצולם.

הצילום הצבעוני הוא שהיקנה לגבריאל ליפמן פרסום עולמי, אך הישגיו המדעיים האחרים חשובים לא פחות. הוא פיתח מכשירי מדידה שונים, עסק בסייסמוגרפיה ובאסטרונומיה ואף הציג תזה חשובה בחקר האלקטרון.

גבריאל ליפמן הלך לעולמו בשנת 1921.

גוסטב הרץ נולד ב-1887 בגרמניה. ב-1925 זכה בפרס נובל לפיזיקה, במשותף עם ג’יימס פרנק, “בעבור גילוי החוקים השולטים בהשפעת אלקטרון על אטום”.

הניסוי שערכו הרץ ופרנק אישש את מודל מבנה האטום של נילס בוהר, ובכך סייע להפיכתו למודל המרכזי של הפיזיקה המודרנית.

גוסטב הרץ נפטר ב-1975 .

דונלד גלזר נולד ב-1926 בקליבלנד שבארצות-הברית. בצעירותו התבלט בכשרונו המוזיקלי, אך בחר להתמקד במדעים המדויקים, וב-1950 קיבל תואר דוקטור לפיזיקה ומתמטיקה מהמכון לטכנולוגיה של קליפורניה. ב-1953 הצטרף גלזר לאוניברסיטת מישיגן, וב-1957 היה לפרופסור מן המניין. ב-1959 עבר לאוניברסיטת קליפורניה שבברקלי.

פרס נובל לפיזיקה הוענק לדונלד גלזר בשנת 1960, בעבור המצאת תא הבועות, המשמש לגילוי ולמדידת מסלוליהם של החלקיקים האלמנטריים.

המצאתו של גלזר פתרה בעיה קשה שניצבה בפני חוקרי החלקיקים, אשר היו זקוקים לגלאי מתאים לדור חדש של מאיצי חלקיקים עוצמתיים. תא הערפל, אשר שימש למטרה זו בעבר, לא התאים למהירויות הגבוהות ולאנרגיות העצומות שהפיקו מאיצים אלה.

גלזר סיפר שהרעיון לפיתוח תא הבועות עלה בדעתו כאשר התבונן בבקבוק בירה מקציף. הוא בנה תא בו נוזל נתון בלחץ, בטמפרטורה נמוכה אך במעט מטמפרטורת הרתיחה שלו. חלקיקים אנרגטים, העוברים בנוזל, גורמים לרתיחתו, ומשאירים אחריהם שובל של בועות, אותן ניתן לצלם ולמדוד.

המצאתו איפשרה לפיזיקאים להתקדם בחקר העולם התת-אטומי.

עוד כשהיה נער נמשך דיויד גרוס לעולמה המסתורי של הפיזיקה. בעיקר הקסימה אותו העובדה שמדעי הפיזיקה עוסקים באבולוציה של חידה. פתרון חידה אחת מוביל לחידה חדשה, וכן הלאה.

כשסיים את הדוקטורט באוניברסיטת הרווארד הונחה לפתחו של דיויד גרוס חידה בלשון הזו: “אני מתנהג באופן גחמני ומוזר, אף אחד עדיין לא ראה אותי ויש הטוענים שאני המקור הראשוני לקיום. ולא, אני לא אלוהים”. גם גרוס ידע שהכוונה היא לא ליושב במרומים אלא למישהו אחר – קטן, ממזרי ועם שם שלקוח מהרומן האניגמטי “פיניגנז וייק” שכתב הסופר הסקוטי המפורסם, ג’יימס ג’ויס.

החלקיק קוורק

החלקיק קוורק, שעד היום נראה בתנאי מעבדה רק בקבוצות ולא כיחיד, הוא אחד מהאבות הקדמונים של עולם החלקיקים. הוא משתייך למשפחת החלקיקים האלמנטריים – החלקיקים היסודיים ביותר של החומר הידועים היום בפיזיקה.

עד להופעתו של החלקיק קוורק התפיסה הרווחת הייתה שגרעין האטום מורכב רק מפרוטונים ונויטרונים. אבל אז הופיעה החידה – הרי פרוטונים הם חלקיקים בעלי מטען חיובי שדוחים זה את זה, מה שאומר שגרעין האטום היה אמור להתפרק מיד. ובכל זאת הרי הוא כאן, חי ובועט – זאת כל מי שחלף פעם ליד דימונה יודע.

הפיזיקאים שיערו שקיים כוח נוסף ואנונימי שפועל בתוך גרעין האטום, כוח שמצמיד את הפרוטונים והנויטרונים זה לזה בעוצמה מספיק חזקה כדי להתגבר על הדחייה החשמלית. זהו החלקיק הקוורטי שמשמש, אם נאמץ אנלוגיה מעולם הנדל”ן, כטיט שמדביק בין הלבנים. רק שבמקום לבנים, הוא מדביק אטומים.

וכאן נכנס לתמונה פרופסור דיויד גרוס.

פרופסור גרוס, בן למשפחה יהודית שהיגרה לארה”ב מהקיסרות האוסטרו-הונגרית, גילה את תכונות ה”דבק” הזה שמכונה בפיזיקה “הכוח החזק” והוביל לפריצת דרך שתרמה להגשמת החלום של ניסוח תאוריה כוללת שתוכל להסביר את כל התופעות בטבע. על גילוי זה קיבל את פרס נובל לפיסיקה לשנת 2004.

דניס גאבור נולד בשנת 1900 בהונגריה. בשנת 1971 זכה בפרס נובל לפיזיקה, “בעבור ההמצאה והפיתוח של שיטת ההולוגרפיה”, הפועלת באמצעות התאבכות קרני האור.

גילויו של גאבור הקדים את זמנו ורק עם המצאת הלייזר התאפשר יישומה של השיטה בתחומים רבים, כמו רפואה, תקשורת, מחשבים ועוד.

דניס גאבור נפטר ב-1979.

הנס בתה נולד בשנת 1906 בגרמניה. ב-1928 הוסמך לתואר דוקטור לפיזיקה באוניברסיטת מינכן, ובהמשך מונה לפרופסור-עוזר באוניברסיטת טוביננגן. עם עלות הנאצים לשלטון בגרמניה ב-1933, איבד את משרתו והיגר תחילה לאנגליה ואחר-כך לארה”ב, שם עבד כפרופסור לפיזיקה גרעינית באוניברסיטת קורנל.

בשנת 1967 זכה הנס בתה בפרס נובל לפיזיקה “בעבור תרומתו לתאוריית התגובה הגרעינית, ובמיוחד בעבור תגליותיו באשר לייצור האנרגיה בכוכבים”. בתה הציע פתרון לבעיה שהעסיקה אסטרונומים זמן רב: כיצד נוצרת אנרגיה בשמש ובכוכבים. הוא הציע תהליך בן ששה שלבים של מיזוג גרעיני אטומים שונים, המשחררים אנרגיה עצומה, המוקרנת אלינו באור ובחום המגיעים מהשמש.

במהלך מלחמת העולם השנייה ניהל בתה את הקבוצה העיונית של פרוייקט פיתוח פצצת האטום בלוס-אלאמוס. אך לאחר המלחמה היה מהתומכים המובהקים בפיקוח על הנשק הגרעיני, והתנגד נמרצות לתוכניותיה של ממשלת ארה”ב לפתח נשק הגנתי נגד טילים.

יוג’ין ויגנר נולד בבודפשט שבהונגריה בשנת  1902. ב-1925 הוסמך לתואר דוקטור להנדסה באוניברסיטת ברלין. ב-1930 היגר לארצות-הברית ועבד באוניברסיטת פרינסטון במחקר גרעיני תיאורטי. ב-1942 הצטרף לפרוייקט “מנהטן” לייצור פצצת אטום שיזם הנשיא רוזוולט.

אחרי מלחמת העולם השנייה נתמנה ויגנר לאחראי מחקר ופיתוח של הוועדה לענייני אנרגיה אטומית. עד למותו בשנת 1995 היה ויגנר מראשי השוללים את השימוש באנרגיה הגרעינית לצרכי מלחמה.

בשנת 1963 זכה יוג’ין ויגנר בפרס נובל לפיזיקה “בעבור תרומתו לתיאוריית גרעין האטום והחלקיקים האלמנטריים, ובמיוחד בעבור גילוי ויישום עקרונות הסימטרייה הבסיסיים”.

בהכניסו את השימוש בכללי הסימטריה היסודיים שבתורת הקבוצות אל הפיזיקה הגרעינית ופיזיקת החלקיקים תרם ויגנר תרומה משמעותית למדע. הוא הפך בכך את אחד הענפים המופשטים ביותר במתמטיקה לכלי רב חשיבות בפיזיקה של ימינו.

עבודתו של יוג’ין ויגנר איפשרה לנבא את סבירות התרחשותן של ריאקציות גרעיניות וקידמה בכך את המחקר הגרעיני.

לב לנדאו נולד בבקו שבאזרביג’ן בשנת 1908. בשנת 1962 זכה בפרס נובל לפיזיקה “בעבור מחקריו אודות העל מוליכות והעל נוזליות, ובמיוחד על עבודתו בנושא ההליום הנוזלי”.

לב לנדאו נפטר ב-1968, בהותירו את יצירתו הקלאסית, “קורס בפיזיקה תיאורטית”, בת עשרה כרכים.

ליאון לדרמן נולד בניו-יורק ב-1922. הוא למד תחילה כימיה, וב-1951 השלים את לימודי הדוקטורט בפיזיקה, באוניברסיטת קולומביה. לדרמן נהיה לחוקר מזהיר, האחראי לתגליות חשובות בתחומו וזכה בפרסים רבים.

ליאון לדרמן זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1988, במשותף עם ג’ק שטיינברגר ומלווין שוורץ “בעבור שיטת קרן הנטרינים והדגמת מבנה הדובלט של הלפטונים, דרך גילוי הנטרינו המיואוני”. המודל המקובל בפיזיקת החלקיקים מחלק את החלקיקים האלמנטרים לשתי משפחות עיקריות: קורקים ולפטונים. עד סוף שנות ה-1950 היה ידוע לפיזיקאים על שלושה לפטונים שונים: האלקטרון, המיואון והנטרינו. הנטרינים נוצרים מאלקטרונים ומיואונים ויכולים להפוך חזרה לאלקטרונים ומיואונים.

לקראת שנות ה-1960 העלו הפיזיקאים השערה בדבר קיומם של שני סוגי נטרינו שונים, האחד נוצר מאלקטרון והאחר נוצר ממיואון. אולם הם התקשו לערוך אבחנה תצפיתית בין שני הסוגים.

ב-1961 ביצעו לדרמן, שטיינברגר ושוורץ את הניסוי בנטרינים שזיכה אותם בפרס נובל. הם מצאו פתרון לבעיית האיבחון בהשתמשם בקרן של נטרינים, שנוצרה על-ידי התנגשויות של חלקיקים בתוך מאיץ חלקיקים. הנטרינים בקרן נוצרים ממיואונים, ובניסוי הוכח שהם הופכים חזרה למיואונים בלבד. העובדה שאף נטרינו לא הפך לאלקטרון הוכיחה שזהו חלקיק שונה מהנטרינו הנוצר מאלקטרון.

לאבחנה בין נטרינו אלקטרוני לנטרינו מיואוני חשיבות תיאורטית רבה. כיום מקובל לראות באלקטרון ובנטרינו האלקטרוני דובלט, כלומר צמד אחד של שני לפטונים השייך לדור אחד של חלקיקים. ובמיואון ובנטרינו המיואוני דובלט שני, השייך לדור שני של חלקיקים.

מוריי גל-מן נולד בניו-יורק בשנת 1929. את הדוקטורט שלו בפיזיקה קיבל בשנת 1951 במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס. בשנת 1955 עבר למכון הטכנולוגי בקליפורניה, שם עסק בחקר החלקיקים האלמנטריים.

בשנת 1969 זכה מוריי גל-מן בפרס נובל לפיזיקה “בעבור תרומתו ותגליותיו באשר למיון החלקיקים האלמנטריים והאינטראקציות ביניהם”.

בשנות החמישים, עם התפתחות מאיצי החלקיקים, החלו להתגלות עוד ועוד חלקיקים תת-אטומיים. ב-1961 הציע גל-מן דרך מיון אשר תארגן את החלקיקים הרבים במשפחות, וכך הכניס סדר בתמונת העולם התת-אטומי.

הישגו המהפכני השני היה השערתו בדבר קיום ה”קווארקים”, אבני היסוד המרכיבות את כל החלקיקים האלמנטריים המושפעים מהכח החזק, כמו הפרוטון והניטרון. בנוסף, שיער גל-מן את קיום ה”גלואונים”, חלקיקים המצמידים את הקווארקים זה לזה.

הישגים אלה הקנו למוריי גל-מן את מקומו כאחד הפיזיקאים הגדולים בזמננו.

מלווין שוורץ נולד בניו-יורק ב-1932. הוא למד פיזיקה באוניברסיטת קולומביה וקיבל תואר דוקטור ב-1958. הוא המשיך ללמד באוניברסיטה זו ועסק במחקר עתיר הישגים ותגליות.

מלווין שוורץ זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1988, במשותף עם ליאון לדרמן וג’ק שטיינברגר, “בעבור שיטת קרן הנטרינים והדגמת מבנה הדובלט של הלפטונים, דרך גילוי הנטרינו המיואוני”.

המודל הסטנדרטי בפיסיקת החלקיקים מחלק את החלקיקים האלמנטרים לשתי משפחות עיקריות: קווארקים ולפטונים. עד סוף שנות ה-1950 היה ידוע לפיזיקאים על שלושה לפטונים שונים: האלקטרון, המיואון והנטרינו. הנטרינים נוצרים מאלקטרונים ומיואונים ויכולים להפוך חזרה לאלקטרונים ומיואונים.

לקראת שנות ה-1960 העלו הפיזיקאים השערה בדבר קיומם של שני סוגי נטרינו שונים, האחד נוצר מאלקטרון והאחר נוצר ממיואון. אולם הם התקשו לערוך אבחנה תצפיתית בין שני הסוגים.

ב-1961 ביצעו לדרמן, שטיינברגר ושוורץ את הניסוי בנטרינים שזיכה אותם בפרס נובל. הם מצאו פתרון לבעיית האיבחון בהשתמשם בקרן של נטרינים, שנוצרה על-ידי התנגשויות של חלקיקים בתוך מאיץ חלקיקים. הנטרינים בקרן נוצרים ממיואונים, ובניסוי הוכח שהם הופכים חזרה למיואונים בלבד. העובדה שאף נטרינו לא הפך לאלקטרון הוכיחה שזהו חלקיק שונה מהנטרינו הנוצר מאלקטרון.

לאבחנה בין נטרינו אלקטרוני לנטרינו מיואוני חשיבות תיאורטית רבה. כיום מקובל לראות באלקטרון ובנטרינו האלקטרוני דובלט, כלומר צמד אחד של שני לפטונים השייך לדור אחד של חלקיקים. ובמואון ובנטרינו המיואוני דובלט שני, השייך לדור שני של חלקיקים.

מקס בורן נולד בגרמניה ב-1882. עם עליית הנאצים לשלטון היגר לבריטניה.

ב-1954 זכה מקס בורן בפרס נובל לפיזיקה “בעבור מחקרו היסודי במכניקת הקוונטים, ובעיקר בעבור הפירוש הסטטיסטי שנתן לפונקציית הגל”.

ב-1970 הלך מקס בורן לעולמו.

נילס בוהר נולד בשנת 1885 בקופנהגן שבדנמרק. כבר בראשית דרכו כסטודנט לפיזיקה, ב-1907, זכה בוהר הצעיר במדליית זהב מהאקדמיה המלכותית הדנית למדעים, בעבור פרוייקט שהכין לתואר הראשון.

לאחר קבלת הדוקטורט נסע בוהר להשתלמות ומחקר באוניברסיטת קיימברידג’ באנגליה, שם עבד עם ג’וזף תומפסון, מגלה האלקטרונים. אולם הוא התעניין במיוחד במחקריו של ארנסט רת’פורד על מבנה האטום ועבר למנצ’סטר לעבוד עמו.

בשנת 1913 פירסם נילס בוהר את מודל האטום שלו, תיאוריה מהפכנית שהיתה לאבן פינה בפיזיקה של המאה העשרים וזיכתה אותו כעבור 9 שנים בפרס נובל. ב-1916 התמנה לפרופסור באוניברסיטת קופנהגן וב-1920 הקים את המכון לפיזיקה תיאורטית, שבראשו עמד כל חייו.

נילס בוהר היה אדם חביב ורב-גוני. לצד פעילותו המדעית הקדיש את עצמו לספורט והיה אפילו חבר בנבחרת כדורגל. ב-1943, בזמן הכיבוש הגרמני בדנמרק, הוא הצליח להימלט לשבדיה, משם לבריטניה ומשם לארצות-הברית, שם הוכנס בסוד פרוייקט “מנהטן” לפיתוח וייצור פצצת האטום. לאחר מלחמת העולם השנייה הוא נאבק להגברת הפיקוח על הנשק הגרעיני, והמשיך במאבק זה עד יומו האחרון. ב-18 בנובמבר 1962 הלך נילס בוהר לעולמו, בקופנהגן, עיר הולדתו.

נילס בוהר זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1922, “בעבור תרומתו לחקר מבנה האטומים והקרינה הנפלטת מהם”.

מודל מבנה האטום של בוהר שילב את תורת הקוונטים, שהיתה אז בחיתוליה, עם הפיזיקה האטומית. ופתר כמה בעיות חשובות שלא ניתנו לפתרון במונחי הפיזיקה הקלאסית. הוא קבע, כי אלקטרונים מסתובבים סביב לגרעין האטום אך ורק במסלולים מעגליים קבועים ומותרים. כל אחד ממסלולים אלה הוא בעל אנרגיה מוגדרת המאפיינת אותו. האלקטרונים אינם פולטים אנרגיה בזמן סיבובם, אולם כאשר הם קופצים ממסלול בעל אנרגיה גבוהה למסלול בעל אנרגיה נמוכה, הם פולטים את הפרש האנרגיה בצורת קרינה.

בוהר הצליח להסביר את אורכי הגל של הקווים, הספקטרום, במונחים של שינוי רמות האנרגיה של האלקטרון. רעיון זה תאם את תורת הקוונטים, אשר גורסת כי קרינה נפלטת או נבלעת במנות אנרגיה בדידות בלתי רציפות הנקראות קוונטים.

סטיבן ווינברג נולד בשנת 1933 בניו-יורק. בשנת 1979 זכה בפרס נובל לפיזיקה, במשותף עם שלדון גלשאו ועבדו סאלם, “בעבור תרומתם התאורטית לאיחוד הכוח החלש והכוח האלקטרומגנטי הפועלים בין חלקיקים אלמנטריים”.

השלושה צימצמו את מספר הכוחות בעזרתם מתארת הפיזיקה את היקום מארבעה לשלושה, ובכך קירבו את הפיזיקה למשאת נפשה: מציאת תיאוריה המאחדת את כל הכוחות הפועלים בטבע.

וולפגנג פאולי נולד בשנת 1900 בווינה שבאוסטריה. ב-1921 קיבל תואר דוקטור בפיזיקה במינכן ועבד במחיצתם של הפיזיקאים הנודעים מקס בורן, ג’יימס פראנק ונילס בוהר, שקרבו אותו לתחומי החלקיקים התת-אטומיים ומכניקת הקוונטים. מאוחר יותר שימש פרופסור לפיזיקה בהמבורג ובשווייץ. בזמן מלחמת העולם השנייה עבד פאולי במכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, ולאחר מכן חזר לציריך, שם נפטר ב-1958.

בשנת 1945 הוענק לוולפגנג פאולי פרס נובל לפיזיקה “בעבור גילוי עקרון האיסור, המכונה גם עקרון פאולי”. עקרון האיסור אומר, שבאטום רב-אלקטרונים לא יכול להיות יותר מאלקטרון אחד בכל מצב קוונטי.

פאולי קבע שלאלקטרון יש תכונה פנימית, שנקראה לאחר מכן ספין. בכך התרחבו הגדלים המאפיינים את מצב האלקטרון לארבעה: אנרגיה, תנע-זויתי, ספין והסכום של הספין והתנע-הזויתי. עקרון האיסור של פאולי אומר שכל רביעיית מספרים כאלה יכולה לאפיין אך ורק אלקטרון אחד באטום.

תרומה חשובה נוספת של פאולי היתה בתחום הפיזיקה הגרעינית. ב-1930 הוא הניח את קיומו של חלקיק שכונה ניטרינו, שרק כעבור רבע מאה נוצרו התנאים שאיפשרו את זיהויו המדעי.

פיוטר קפיצה נולד בשנת 1894 ברוסיה. בשנת 1978 זכה בפרס נובל לפיזיקה, “בעבור המצאותיו ותגליותיו בתחום הפיזיקה של הטמפרטורות הנמוכות”.

פיוטר קפיצה נפטר בשנת 1984.

פליקס בלוך נולד בשווייץ ב-1905, ובשנת 1933 היגר לארצות הברית.

הוא זכה בפרס נובל לפיזיקה ב-1952, על שיטת המדידה המדויקת שפיתח, המאפשרת זיהוי חומרים ללא פגיעה בהם, ומיושמת במכשירים כגון הטומוגרף הממוחשב.

פליקס בלוך נפטר ב-1983.

ג’יימס פרנק נולד בגרמניה בשנת 1882, ב-1906 הוסמך לתואר דוקטור בפיזיקה. הוא כיהן כראש המכון לפיזיקה ניסיונית באוניברסיטת גטינגן. עם עליית הנאצים לשלטון לא סבל פרנק מהתנכלויות אישיות, אך בעקבות סירובו ההפגנתי לנקוט אמצעים נגד סטודנטים ועמיתים יהודים, נאלץ לעזוב את גרמניה. פרנק היגר לארצות-הברית ועסק במחקר באוניברסיטאות ג’ונס הופקינס ושיקגו.

בשנת 1925 זכה ג’יימס פרנק בפרס נובל לפיזיקה, במשותף עם גוסטב הרץ. הפרס ניתן להם על ניסוי “פרנק – הרץ”, בו האיצו אלקטרונים בשפופרת מלאה אדי כספית. תוצאות הניסוי היו מפתיעות: ככל שהגבירו השניים את המתח במערכת גבר זרם האלקטרונים, כצפוי, עד שהגיעו למתח של 9.4 וולט. בנקודה זו פחת הזרם במידה רבה.

תוצאות אלו התיישבו במדוייק עם חישוביו התיאורטיים של נילס בוהר. האלקטרונים המואצים העבירו אנרגיה במידות קבועות של 9.4 וולט אל אלקטרוני הכספית ואיפשרו להם לעלות לרמה אנרגטית גבוהה יותר. תופעה זו תאר נילס בוהר במודל האטום הקוונטי שלו כ”עירור”.

ג’יימס פרנק נפטר בשנת 1964.

רוברט הופשטטר נולד ב-1915 בניו-יורק. ב-1935 סיים את לימודי הפיזיקה והמתמטיקה בהצטיינות, וב-1938 קיבל תואר דוקטור באוניברסיטת פרינסטון. במלחמת העולם השנייה עבד בפיתוח אמצעי לחימה. ב-1950 נתמנה לפרופסור לפיזיקה באוניברסיטת סטנפורד ועבר לתחום הפיזיקה הגרעינית.

בשנת 1961 הוענק לרוברט הופשטטר פרס נובל לפיזיקה, “בעבור מחקריו החלוציים על פיזור אלקטרונים בגרעיני האטומים ובעבור תגליותיו על מבנה הנוקלאונים”.

מאיץ אלקטרונים רב עוצמה, שבנייתו הושלמה אז בסטנפורד, סייע להופשטטר במחקריו ואיפשר לו להגיע לתגליות חשובות בחקר הגרעין. הוא הצליח למדוד את הנפח, הצורה והצפיפות של גרעיני האטום וגילה, שצפיפות הגרעין היא אחידה פחות או יותר על פני כל נפחו. כשחקר את מרכיבי הגרעין גילה שהפרוטון והניטרון זהים כמעט בכל, מלבד היותו של הפרוטון בעל מטען חשמלי חיובי בעוד שהניטרון ניטרלי.

תגליותיו של רוברט הופשטטר גרמו לשינוי המודלים המקובלים של מבנה הגרעין, ונתנו תנופה לחקירת הכוחות הפועלים בתוכו.

בשנת 1990 הלך רוברט הופשטטר לעולמו.

ריצ’ארד פיינמן נולד בניו-יורק ב-1918. הוא למד פיזיקה במכון הטכנולוגי של מסצ’וסטס. ב-1942 קיבל תואר דוקטור באוניברסיטת פרינסטון, והצטרף לצוות המדענים שעסק בפיתוח הפצצה האטומית בלוס-אלאמוס. הוא לימד באוניברסיטת קורנל ובמכון הטכנולוגי של קליפורניה, וב-1954 צורף לאקדמיה האמריקנית למדעים.

בשנת 1965 זכה ריצ’ארד פיינמן בפרס נובל לפיזיקה, ביחד עם ג’וליאן שווינגר ושין-איטירו טומונאגה, בעבור פיתוח תיאוריה של אלקטרודינמיקה קוונטית. האלקטרודינמיקה היתה תורה מבוססת בפיזיקה הקלאסית, אולם בפיזיקה החדישה של תורת הקוונטים התגלו קשיים בפיתוחה, עד למפנה שהביא פיינמן.

הגישה החישובית של פיינמן, שבעזרתה הצליח לבנות תורה של אלקטרודינמיקה קוונטית, גורסת שכדי לחשב את הסיכוי של חלקיק לעבור ממצב התחלתי מסויים למצב סופי מסויים, יש לחשב בנפרד את הסיכוי לכל מסלול אפשרי, ולסכם את הסיכויים של כל המסלולים האפשריים. שיטה זו מכונה “אינטגרלי המסלול של פיינמן”. את המסלולים השונים תיאר פיינמן בעזרת “דיאגרמות פיינמן” המפורסמות, המבהירות את התהליכים המופשטים ומאפשרות, בעזרת כללי החישוב שקבע להסביר תופעות שלא עלו בקנה אחד עם החישובים הקודמים של תורת הקוואנטים.

בנוסף להיותו חוקר מזהיר, התפרסם פיינמן בכשרון התיפוף ובחוש ההומור המיוחד שלו. בהיותו בלוס-אלאמוס נהג לפרוץ לכספות הסודיות ולהשאיר לקציני הבטחון פתקים בנוסח “נחשו מי עשה זאת?”. גם ספריו כתובים בסגנון קליל ובהומור רב וזכו לפופולריות רבה.

ב-1988 הלך ריצ’ארד פיינמן לעולמו.

שלדון גלשאו נולד בניו-יורק בשנת 1932. את לימודי הפיזיקה עשה באוניברסיטאות קורנל והארוורד, שם קיבל את הדוקטורט בשנת 1959. מאוחר יותר התמנה גלשאו לראש הקתדרה לפיזיקה באוניברסיטה זו.

בשנת 1979 זכה שלדון גלשאו, במשותף עם עמיתיו סטיבן וינברג ועבד-סלאם, בפרס נובל לפיזיקה “בעבור תרומתם לתאוריה המאוחדת של הכח החלש והכח האלקטרו-מגנטי, הכוללת בתוכה את גילוי הזרם הניטרלי החלש”.

בין הישגיו הרבים של גלשאו בתחום החלקיקים האלמנטריים, בולטת התרומה אשר זיכתה אותו בפרס הנובל: איחודם של הכח החלש והכח האלקטרו-מגנטי. עד לגילוי זה, תיארה הפיזיקה את היקום בעזרת ארבעה כוחות : הכבידה, האלקטרו-מגנטיות, הכח החזק והכח החלש. גלשאו הראה, שהכח החלש והכח האלקטרו מגנטי הם אספקטים שונים של אותו כלל, ובכך, ניתן לומר, קרב את הפיזיקה לקראת משאת נפשה: יצירת תאוריה מאוחדת של הכוחות הפועלים בטבע.