מסע בין אנשים וחלקיקים
פיסיקאים, כמו פוליטיקאים, שואפים לאיחוד כוחות. אבל כשהכוחות מאוחדים, האנשים נוטים להיות מורכבים יותר
פירגון הוא תופעת טבע חמקמקה. לפעמים נדמה שהוא מרחף בינינו כמעין עננה שמתעבה במקומות מסוימים ומתפוגגת במקומות אחרים. בדרך הטבע, אפשר היה לצפות שהפירגון יתפלג במרחב בהתפלגות נורמלית.
אם אלה אכן פני הדברים, אם לאו, הסיפור הזה מתחולל במקום שבו רמת הפירגון הכי קרובה לאפס, והיא מתקיימת בין שני בני-אדם, שקיבלו יחד את פרס נובל בפיסיקה, אבל אפילו על במת הפרס הפנו זה לזה כתף קרה, סירבו ללחוץ יד, ולא החליפו זה עם זה אפילו מלה אחת. מדובר במרטינוס ("טיני") ולטמן וחררדוס (ג'רארד) טהופט, מורה ותלמיד, עמיתים, שותפים למאבק ממושך, שהשותפות ביניהם הגיעה לקו הניצחון - על הגחון.
עוד כתבות באתר azgad.com
המלחמה על הנגיף - מדענים ומדינאים נסחפו במערבולת של יצרים, מאבקי כוח והרבה כסף
ארנו פנזיאס גילה עדות מראשית קיומו של היקום
מה אומר לנו קולו העמוק של המנהיג? – על שקרים, רעש וצלצולים בפוליטיקה של בעלי-חיים ובני אדם
אם אפשר היה לחלק את זוכי פרס נובל ל"ליגות" שונות על פי חשיבות תרומתם המדעית, היו ולטמן וטהופט ממוקמים בין המקומות הראשונים של הליגה העליונה. אחרי ככלות הכל, הם הצליחו להגשים שאיפה עליונה בעולמם של הפיסיקאים, שאיפה שכל צעד משמעותי בדרך אליה עשוי להוות נימוק מספיק להענקת פרס נובל. אבל הם - כנגד כל הסיכויים - השלימו את המשימה שאחרים התחילו בה, והצליחו לאחד שני כוחות טבע, או, ליתר דיוק, להראות ששני כוחות טבע אינם אלא השתקפויות, או דרכי ביטוי, או פנים שונות של כוח אחד, "עמוק" ובסיסי יותר. הם גם הראו כיצד אפשר לחשב מראש ולנבא במדויק את "התנהגותו" של הכוח המאוחד. הישג נוסף מסדר גודל כזה נראה כיום הרחק מעבר לאופק של הפיסיקה המודרנית, אבל בינתיים, נראה שההצלחה באיחוד הכוחות הפרידה בין שני הזוכים בפרס.
פיסיקאים הם אנשים פשוטים. העולם שבו אנו חיים נראה להם מורכב ומסובך מדי, ולכן הם צוללים שוב ושוב לעומק האטומים, בחיפוש אחר הסברים פשוטים ככל האפשר לעובדת קיומם של חומרים, אנשים וכוכבים. אבל התמונה שהצטיירה לנגד עיניהם לפני שוולטמן וטהופט נכנסו לעובי הקורה, לא הייתה פשוטה כלל ועיקר. על פי התמונה הזאת מורכב כל החומר שביקום משתי קבוצות עיקריות של חלקיקים: חלקיקי חומר דוגמת האלקטרון ומשפחתו, והקווארקים, הקרויים "פרמיונים" על שמו של הפיסיקאי האיטלקי אנריקו פרמי; וחלקיקים נושאי כוחות הקרויים על שמו של הפיסיקאי ההודי אקשיננדה בוזה, בוזוני-כיול. בוזונים אלה אחראים לכך שהפרמיונים אינם נפוצים לכל עבר במעין "מרק" חסר משמעות, ולכך שהם מתקבצים יחד ויוצרים, למשל, את האטום, היחידה שבלעדיה קשה לדבר על קיום חומרי במובן הרגיל של המלה.
הביטוי המקובל בתחום הזה אומר שחלקיקי החומר "משחלפים" ביניהם חלקיקים נושאי כוחות. ה"שיחלוף" הוא, למעשה, מעין משחק "מסירות" בכדור, כאשר חלקיקי החומר הם ה"שחקנים" המתמסרים ביניהם ב"כדור" שהוא חלקיק נושא כוח. ה"כדור" העובר מיד ליד בין ה"שחקנים", מפעיל עליהם את הכוח שהוא נושא. לדוגמה: פרוטון ואלקטרון "משחלפים" ביניהם פוטון, החלקיק הנושא את הכוח האלקטרומגנטי, וכך הם מצליחים ליצור, יחד, אטום.
עד כאן הכל טוב ויפה, אלא שהתמונה הזאת אינה שלמה. למעשה, לפני שוולטמן וטהופט השלימו את משימתם, מנו הפיסיקאים ארבעה כוחות שונים ונפרדים שפעלו בין חלקיקי החומר. הכוח האלקטרומגנטי (שנישא על ידי פוטונים ואחראי למערכת יחסי הגומלין שבין פרוטונים לאלקטרונים); הכוח החלש (שלמעשה מורכב משלושה כוחות שונים שכל אחד מהם נישא על ידי חלקיק נושא כוח אחר, והוא האחראי לפליטה הטבעית של קרינה רדיואקטיבית מאטומים שונים); כוח הצבע (שגם הוא, למעשה, מורכב מקבוצת כוחות, שבזכותם הקווארקים מתאגדים יחד ויוצרים פרוטונים וניטרונים); וכוח הכבידה (שמהווה תעלומה, ושככל הנראה נישא על ידי חלקיקים הקרויים גרביטונים).
מי שסבור שהתמונה הזאת מורכבת מדי, מסורבלת ולא ממש אסתטית, נמצא בחברה טובה. גם הפיסיקאים חשים כך. מבחינתם של הפיסיקאים, העולם האידיאלי מורכב מסוג אחד של חלקיקי חומר ש"משחלפים" ביניהם סוג אחד ויחיד של חלקיקים נושאי כוח. בעצם, אפשר לומר שהפיסיקאים אינם רק אנשים פשוטים, הם גם אופטימיים ואידיאליסטיים במידה מפתיעה, שכן עיקר מאמציהם מכוונים למטרה אחת ויחידה: להוכיח שהעולם המסובך שבו אנו חיים הוא, למעשה, בבסיסו, עולם אידיאלי. לשם כך הם שואפים להראות כי הכוחות הפיסיקליים השונים נובעים מכוח קדמון בסיסי אחד ויחיד. ולטמן וטהופט קידמו את התפיסה הזאת בצעד אחד שלם, חשוב ועקרוני: הם הצליחו למזג את הכוח האלקטרומגנטי ואת הכוחות החלשים, ולהראות שהם פנים אחרות של כוח מאוחד, בסיסי יותר, שזכה מיד בכינוי הכוח האלקטרו-חלש.
למעשה, ולטמן וטהופט לא הסתפקו באיחוד כוחות עקרוני. הם הראו כיצד אפשר לחשב ולנבא את פעילותו של הכוח המאוחד הזה, בדייקנות מרשימה ביותר. בכך הם סיפקו את ההוכחה המעשית הראשונה לכך ששאיפתם האוטופית של הפיסיקאים אכן ניתנת להשגה, אם כי נראה שהצעד הבא בדרך הארוכה הזאת (איחוד של הכוח האלקטרו-חלש עם כוח הצבע, או עם כוח הכבידה), רחוק למדי מהישג ידנו.
כמה מלים על ה"כלה" וה"חתן" שוולטמן וטהופט הצליחו להביא בברית הנישואים: הכוח החשמלי, האלקטרומגנטי, היה ידוע, בעצם, ליוונים הקדומים. אבל הקשר בין חשמל למגנטיות הובן לראשונה בראשית המאה ה-19 על ידי מייקל פאראדיי, בנו של נפח אנגלי. האגדה מספרת שכאשר פאראדיי הציג את ממצאיו לפני אצילי הממלכה האנגלית, שאל אותו מי מהצופים מה תועלת תצמח מהמצאתו. פאראדיי לא התבלבל וענה: "איני יודע מה תועלת תצמח מההמצאה הזאת, אבל דבר אחד ברור: אתה ושכמותך עוד תגבו עליה הרבה מסים".
הכוח החלש, או, למעשה, שלושת הכוחות החלשים, אחראים לדעיכתם הרדיואקטיבית הטבעית של איזוטופים מסוימים (איזוטופים הם גרסאות שונות של אטומי היסודות הכימיים). פעולתם של הכוחות האלה גורמת, למשל, לפליטת קרינת ביתא הרדיואקטיבית. התופעה הזאת התגלתה לראשונה על ידי אנרי בקרל, הצרפתי, שזכה בעקבות זאת בפרס נובל בפיסיקה בשנת 1903. מאז נחקרה התופעה בידי פיסיקאים רבים, אבל רק בשנת 1952 תיאר האמריקני מוריי גל-מן את הקרינה כתוצאה של פעולת קבוצת כוחות שהוא קרא להם "הכוחות החלשים". גל-מן, אחד מהפיסיקאים הגדולים של המאה ה-20, זכה בפרס נובל בפיסיקה בשנת 1969 על תרומתו להבנת מערכת יחסי הגומלין בין החלקיקים האלמנטריים, ועל גילוי תכונה שבזמנו קראו לה "מוזרות", שהובילה לגילוי הקווארק "מוזר".
הפיסיקאים, שאוהבים לחזות תופעות טבע באמצעות חישובים (בלי זה הם לא בטוחים שהם ממש מבינים את התופעות האלה), הצליחו לחשב את תכונותיו ואת דרכי פעולתו של הכוח האלקטרומגנטי עד עשר ספרות לאחר הנקודה - מידה מרשימה של דיוק שאי אפשר להגיע אליה בשום תחום מחקר אחר. אבל ניסיונות ליישם את שיטות החישוב האלה על הכוח החלש, התנפצו שוב ושוב על שרטונות המציאות.
הליכה לאחור בזמן
הכשלונות נבעו מהשוני שבין שני הכוחות האלה: הכוח האלקטרומגנטי נישא למרחקים ארוכי טווח באמצעות חלקיק (פוטון) קל מאוד. הכוחות החלשים נישאים לטווחים קצרים מאוד באמצעות חלקיקים מאסיביים מאוד: מאסתם עשויה להגיע לפי 80-90 ממאסת הפרוטון. מציאת ה"מכנה המשותף" בין החלקיקים השונים כל כך זה מזה, נראתה כמשימה בלתי אפשרית, עד שבשנת 1967 הציעו הפיסיקאים היהודים-אמריקנים שלדון גלשאו וסטיבן וינברג, יחד עם עמיתם, הפיסיקאי הפקיסטאני המוסלמי המנוח עבדוס סלאם, דרך מקורית להתגבר על הבעיה: הם "הלכו לאחור בזמן", אל התקופה שלפני היווצרות המאסה, וכך, למעשה, התעלמו מהבדלי המאסות הניכרים בין החלקיקים הנושאים את שני הכוחות השונים.
הם גם גייסו לעזרתם השערה שהעלו הפיסיקאים פרנסואה אנגלרט היהודי הבלגי, רוברט בראוט האמריקאי ופיטר היגס הסקוטי. שלושה אלה שיערו כי במערכת היחסים המורכבת שבין הכוח האלקטרומגנטי לכוחות החלשים, פועלים שני חלקיקים נוספים, שהם כינו אותם בשם "היגס". הטקטיקה הזאת הניבה מודל מתמטי תיאורטי שהראה כיצד אפשר - עקרונית - לראות את שלושת הכוחות החלשים ואת הכוח האלקטרומגנטי, כאילו הם שני ענפים הצומחים יחד מענף קדום ובסיסי יותר. אבל ניסיונות לחשב ולנבא באמצעות המודל הזה את התופעות המציאותיות, לרבות המאסיביות הרבה של החלקיקים הנושאים את הכוחות החלשים, הסתיימו בלא משמעות: המשוואות התמלאו בגורמים אין-סופיים שאיש לא ידע מה משמעותם.
גלשאו, וינברג, סלאם, ועמיתיהם לא מצאו טעם רב להמשיך במסלול מחקר זה שנראה היה שהוא מוביל לשום מקום. צריך לזכור שהיו אלה שנות הששים והשבעים, והפיסיקה ממש התפוצצה בידיהם של הפיסיקאים שרדפו אחר תגליות חדשות כפי שאצילים אנגליים רודפים אחרי שועלים במסעות ציד שסופם ידוע מראש. תגליות מסעירות ומהפכניות היו דבר יום ביומו, כמעט, וכל מי שעיניו בראשו, ושלא רצה להפסיד את המסיבה הגדולה, עבר לעסוק בתחומים שבהם אפשר היה להגיע להישגים ברי קיימא (שקרדיט נאה, פרסים ותקציבי מחקר בצדם).
לעומת זאת, הניסיונות לקשור את הכוחות החלשים לכוח האלקטרומגנטי נותרו מיותמים, ורק פיסיקאי אחד סירב לסגת מהעמדה הקדמית הזאת: מרטינוס ("טיני") ולטמן מאוניברסיטת אוטרכט, הולנד. טיני הוא, כפי שהעולם המדעי למד לדעת במשך השנים, אדם קשה עורף במיוחד. הוא נשאר בשטח וכפי שפיסיקאים לא מעטים תיארו זאת: "המשיך להטיח את ראשו בחומה הבלתי חדירה של הבעיה הזאת".
מדובר בסיטואציה שבמידה רבה מזכירה סיפורי גבורה של חיילים שנותרו בודדים, ובכל זאת המשיכו להיאבק על היעד, עד לבוא הניצחון. במקרה זה מדובר בבעיה שכל ניסיון לפתרה וכל רעיון באשר לדרך שעשויה, אולי, להביל לפתרונה, מחייבים בדיקה שכרוכה בכמות אדירה של חישובים, משימה שלכל הדעות היא הרבה מעבר ליכולתו של אדם בודד. אבל טיני לא נרתע, וכדי להפוך את משימת הבדיקה לברת ביצוע, הוא השקיע זמן ומאמץ ניכרים בבניית מערכת ממוחשבת ייחודית שנועדה לבצוע הבדיקות. כך, כל תיאוריה או רעיון שהגיעו אליו, הוזנו מיד למערכת, שכעבור זמן מסוים פלטה שוב ושוב את אותה תשובה: הפתרון המוצע אינו נכון.
אלה היו פני הדברים בשנת 1968 ביום שבו עבר את סף משרדו של טיני, באוניברסיטת אוטרכט, סטודנט צעיר, בן 22, בשם חררדוס טהופט. בתרמילו של טהופט הצעיר הייתה מקופלת היסטוריה משפחתית מדעית מרשימה למדי. הדוד של אמו, פריץ זרניקה, זכה בשנת 1953 בפרס נובל בפיסיקה על המצאת מיקרוסקופ ניגוד-פאזות, המנצל הבדלים בין גלי אור שונים, כדי להבחין בעצמים שאי אפשר להבחין בהם במיקרוסקופ אור רגיל. דודו, ניקולס ואן-קאמפן, כיהן באותה עת כפרופסור לפיסיקה באוניברסיטת אוטרכט, לצדו של טיני ולטמן. האגדות מספרות שטיני, בהיותו אדם קשה במיוחד, העביר את טהופט הצעיר במסלול מכשולים מפרך במיוחד, כדי שיוכיח לו שהוא ראוי לעשות דוקטורט בפיסיקה בזכות עצמו ושאינו נשען על זכויות משפחתיות. כך או אחרת, אין חולק על העובדה שטהופט שיכנע לבסוף את טיני, שקיבל אותו למועדון הפרטי שלו: מועדון המתעקשים למצוא דרך לאיחוד של הכוחות החלשים עם הכוח האלקטרומנטי.
מידת ההדרכה שזכה לה התלמיד הצעיר נותרה עד היום תעלומה, ומכל מקום, ברור שכיום היא שנויה במחלוקת בין המורה לתלמידו. טהופט הצעיר חזר למודל המתמטי העקרוני של גלשאו, וינברג וסלאם, ובכוח מחשבתו הנדיר, והיצירתי, שינה ו"כיוונן" את המודל עד שהצליח לחשב ולנבא את פעילותו של כוח פיסיקלי בסיסי המאחד בתוכו את שלושת הכוחות החלשים ואת הכוח האלקטרומגנטי. המודל המתמטי של גלשאו, וינברג וסלאם התווה את מסגרת הפתרון, אבל השינויים שהכניס טהופט במודל הזה העבירו את הנושא כולו ממעמד של "רעיון" למעמד של מציאות חד-משמעית.
אם ההתנגשות בין ולטמן לטהופט לא התחוללה קודם לכן, הרי אין ספק שהיא התחוללה בנקודה הזאת. ולטמן, פשוט, לא האמין במודל של גלשאו, וינברג וסלאם. "הליכה לאחור בזמן" נראתה לו כתכסיס זול, מעשי להטים לא מכובדים. וכאשר מי שמבצע את הלהטים האלה בכיכר העיר הוא לא אחר מאשר תלמידו, אפשר להניח שזה נראה לו קרוב למדי לבגידה. אבל חוסר אמונתו של טיני לא הפריעה לוועדת פרסי נובל להעניק – בעקבות עבודתו של טהופט - את פרס נובל בפיסיקה לשנת 1979 לגלשאו, וינברג וסלאם.
כך או אחרת, העימות בין המורה לתלמידו צבר תאוצה ועשה לו כנפיים, דבר שלדעת רבים סיכל את סיכוייו של טהופט לזכות בפרס נובל בראשית שנות השמונים. מה גרם לטיני ולטמן לפתח רגשות עזים כל כך נגד תלמידו? זה עניין שכנראה יישאר בגדר תעלומה. אפשר אולי לשער שלאחר שנים רבות כל כך שבהן "הטיח את ראשו בחומה הבצורה של הבעיה שאי אפשר לפתור אותה", הוא, פשוט, התרגל למצב, התרגל לקיומה של הבעיה והחל להאמין, כמו כל שאר הפיסיקאים שנטשו את העיסוק בתחום הזה, שהבעיה היא, באמת, חסרת פתרון.
הוא אהב לדמות את עצמו לנער ההולנדי שמתעקש להשאיר את אצבעו בחור שבחומה ובכך מתעמת עם איתני הטבע. אבל אולי הוא דמה יותר לדייג הזקן מ"הזקן והים" של המינגווי: הוא יצא לים הגדול, התעמת לבדו עם בעיה גדולה שנראתה בלתי מנוצחת, ובסופו של דבר ניצח, הגיע לחוף וזכה בהכרה על פועלו, בעוד שאת הבשר החומרי של הדג הגדול, אכל מישהו אחר. הענקת פרס נובל במשותף לטהופט ולוולטמן, הייתה אירוע חריג שכן היא כרכה יחד את מי שפתר בעיה, עם מי שאינו מאמין בפתרון הזה, אבל החזיק את הבעיה "בחיים", והתעקש להתעמת אתה, דבר שבלעדיו סביר להניח שהיינו מחכים עוד זמן רב מאוד לפתרונה.
אבל טהופט, בסופו של דבר, אינו שונה כל כך מוולטמן. "אני לא איש צוות", אמר ברגע נדיר של גילוי לב. "כבר כילד ידעתי שאהיה מדען. תמיד אהבתי ספרים, אהבתי לשאול שאלות, אהבתי לשבת ולחשוב - ושנאתי לשחק בכדורגל. אני זוכר היטב פעם אחת שהתפתיתי לעלות למגרש, וממש התבלבלו לי הכיוונים. לא ידעתי להבחין מי נגד מי, והתרוצצתי שם בלי לדעת, בדיוק, על מה עלי להגן ולאיזה כיוון עלי לתקוף. ומכיוון שמצבים של חוסר ידיעה אינם חביבים עלי, החלטתי – ועד היום עמדתי בהחלטה הזאת – להימנע מכדורגל, או מכל פעולה אחרת המחייבת תיאום קבוצתי. אני מעדיף לפעול בעצמי ולסמוך רק על עצמי".
מצב היחסים בין טהופט לוולטמן הביא לכך שאוניברסיטת אוטרכט הייתה צרה מלאכלס את שניהם יחד בעת ובעונה אחת. בתחילה, לאחר שהשלים את עבודת הדוקטורט שלו, יצא טהופט, כמו כל מדען בגילו ובמעמדו, ל"מסע נדודים מדעי". כך הוא עבר, בין היתר, במעבדה האירופית לחקר פיסיקת החלקיקים (CERN) שליד ג'נבה, ובאוניברסיטת הרווארד. באותן שנים ביצע כמה עבודות בעלות "פוטנציאל לנובל". ביניהן אפשר להזכיר את תרומותיו למאמץ העולמי שנועד למצוא דרך לשלב את כוחות הצבע ב"איחוד הכוחות הגדול". הוא גם הראה - בתיאוריה - כי ייתכן קיומו של חלקיקי נושא מטען מגנטי הקרוי "מונופול" (במציאות ידוע המטען המגנטי כמי שמופיע בשני קטבים מנוגדים, שמאזנים זה את זה). קיומם של חלקיקי "מונופול" מהווה פוטנציאל אדיר להפקת אנרגיה זולה. לדוגמה: ניצול כוחות הדחייה ביניהם עשוי לשמש לשיגור יעיל וזול של חלליות.
זמן לא רב לאחר שטהופט עטור התהילה שב לאוניברסיטת אוטרכט, ארז ולטמן את מטלטליו ועקר לאוניברסיטת המדינה של מישיגן באן-ארבור, ארה"ב, שם כיהן כפרופסור לפיסיקה עד שפרש לגמלאות. אבל הכעס והעלבון עדיין טרדו את מחשבתו ולא נתנו לו מנוח. כגמלאי, חזר לעיר מגוריו, אוטרכט, בהולנד. הוא מתגורר מרחק דקות הליכה אחדות מהאוניברסיטה, אבל בטיוליו היומיים הוא מקפיד שכף רגלו לא תחצה את שערו של המוסד שבו בילה את מרבית שנותיו. אולי אחד הדברים שאפשר ללמוד מהסיפור הזה הוא, שפתרונה של בעיה אחת מביא בעקבותיו, בדרך כלל, בעיות אחרות.
לפנייה לכתב/ת 
