בשנת 1963 התחילו שני חוקרים צעירים במעבדות של חברת התקשורת "בל" להתאים אנטנת רדיו משוכללת לתצפיות אסטרונומית בגלי רדיו. מעבדות בל דגלו בשילוב בין מחקר יישומי למחקר בסיסי, והאנטנה, שנועדה במקור לתקשורת לוויינים, התפנתה לשימוש לאחר שהפרויקט של לוויין התקשורת הסתיים. ארנו פנזיאס (Penzias), שהיה אז בן 30 והצטרף לחברה שנתיים קודם לכן, קיבל את ההזדמנות להשתמש בה בניסיון לאתר מולקולות מימן בגלקסיות רחוקות. לשמחתו הצטרף אליו אסטרונום-רדיו נוסף, רוברט וילסון (Wilson), שזה עתה נקלט במעבדות בל. כדי לכייל את האנטנה לתצפיות הרגישות, כיוונו אותה החוקרים לאזור בשמיים שלא היו אמורים להיות בו גלי רדיו, אך המכשיר עדיין קלט רמות גבוהות של "רעש" - הפרעות שמקורן בגלי רדיו.
שני החוקרים פתחו במאמץ שיטתי לגלות את מקור הרעש. תחילה הם הניחו שמדובר במקור חיצוני, כמו לוויין או מטוס, או אפילו פעילות רדיו שמקורה בעיר ניו יורק. אבל לא משנה לאן כיוונו את האנטנה - הרעש עדיין היה שם. בשלב הבא הם עברו לנטרל גורמי רעש פנימיים, כמו חוסר יציבות של חלקים באנטנה עצמה, או רכיבים שעשויים לפלוט גלי רדיו. בשלב מסוים חשבו שהבעיה נעוצה בהפרשות של זוג יונים שבחרו לקנן באנטנה. הצמד סולק אחר כבוד למקום מרוחק, אך כעבור זמן קצר מצא את דרכו הביתה, ולא הותיר לחוקרים ברירה אלא להיפטר מהיונים לצמיתות.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
מצבו המדאיג של הטבע: מה קורה בסביבה
לאן נעלמו קופי האדם הגדולים ביותר?
מחלות ללא גבולות - חצבת ברכבת
וילסון ופנזיאס מירקו את טלסקופ הרדיו שלהם וניטרלו כל מקור אפשרי לרעש. "הם בדקו את המכשור האלקטרוני ברמת קפידה דומה לזו של הכנת חללית מאוישת לשיגור", תיאר העיתון ניו יורק טיימס בכתבה מ-1965. אך תעלומת הרעש לא נפתרה. לא משנה לאן כיוונו את האנטנה, תמיד היה שם רעש רקע באותה תדירות ובאותה עוצמה.
4 צפייה בגלריה
חיפשו את מקורות הרעש, מצאו את מקורות היקום. אנטנת ה"שופר" של מעבדות בל ב-1962, זמן קצר לפני המחקר שהניב את התגלית ההיסטורית
(צילום: נאס"א)
סודות היקום
כבר ב-1948 חזו כמה פיזיקאים בהובלת ג'ורג' גאמוב (Gamow) את אפשרות קיומה של קרינת רקע קוסמית - שריד לפעילות המוקדמת מאוד של היקום הצעיר, זמן קצר אחרי המפץ הגדול. על פי חישוביהם, תהליכי היווצרות החומר שהתרחשו כ-300 אלף שנה לאחר המפץ הגדול, כאשר היקום התקרר די הצורך, הובילו לקרינה באורך גל של אלפית המילימטר. ואולם, מכיוון שהיקום התפשט מאז, גם הגל הזה נמתח וצריך להיות בימינו בעל אורך גל של כמילימטר, בטווח גלי הרדיו.
באותם ימים, התפיסה שהיקום התחיל באירוע יחיד, המפץ הגדול, והתפשט מאז, הייתה רחוקה מאוד מהקונצנזוס המדעי. חוקרים רבים סברו כי היקום יציב, ואינו מתפשט. הוויכוח היה בעיצומו גם בשנות ה-60, כשכמה קוסמלוגים מאוניברסיטת פרינסטון, בהובלת רוברט דיקי (Dicke) וג'יימס פיבלס (Peebles) הגיעו בנפרד לאותה מסקנה כמו גאמוב ועמיתיו, בלי להכיר את עבודתם. המפץ הגדול, טענו, אמור היה להשאיר חותם בדמות גל רדיו שיהיה בעל עוצמה אחידה פחות או יותר בכל הכיוונים.
וילסון ופנזיאס היו יכולים לכאורה להתעלם מהרעש באנטנה, ולהתקדם במחקר שתכננו. אבל העניין המשיך להטריד אותם. פנזיאס שוחח על כך עם עמית מהמכון הטכנולוגי של מסצ'טסטס, וכחודשיים לאחר מכן טלפן אליו העמית וסיפר לו בהתרגשות על טיוטת המאמר של דיקי ופיבלס. "פתאום הסתדרו כל חלקי התשבץ במקומם מבחינתו של פנזיאס. הוא הבין סוף-סוף את מקור הרעש שהציק לרדיו-טלסקופ שלו, ועמד על המשמעות העצומה של הדבר", כתב סיימון סינג (Singh) בספרו "המפץ הגדול" (תרגום: דפנה לוי, הוצאת "ידיעות ספרים"). "סוף-סוף נפתרה תעלומת הרעש הבלתי פוסק. לא היה לכל שום קשר ליונים, לחוטים רופפים או לניו יורק, אבל היה לזה קשר, ועוד איך, לבריאת היקום".
פנזיאס מיהר לשוחח עם דיקי, וסיפר לו כי גילה את קרינת הרקע הקוסמית שהוא ועמיתיו חזו במאמרם. הממצאים של שני הצוותים פורסמו ב-1965 בשני מאמרים צמודים בכתב העת Astrophysical Journal. מאמר של פנזיאס ו-וילסון על הגילוי של קרינת הרקע הקוסמית, ומאמר של החוקרים מפרינסטון, המסביר את התיאוריה. הגילוי סלל את הדרך להכרה בנכונות של תיאוריית היקום המתפשט. הכינוי "המפץ הגדול" הוטבע מאוחר יותר, דווקא על ידי אחד ממתנגדי התיאוריה.
4 צפייה בגלריה
כל החלקים הסתדרו במקומם. פנזיאס (מימין) עם וילסון על רקע אנטנת הרדיו בניו ג'רזי
(מקור: חשבון ה-X (טוויטר) של מעבדות בל )
עבודה זמנית
ארנו פנזיאס נולד במינכן ב-26 באפריל 1933, חודשים אחדים לאחר עליית הנאצים לשלטון בגרמניה. על אף הסכנה שריחפה מעל משפחתו היהודית, שהייתה גדולה עוד יותר משום שאביו היה אזרח פולין, שנות חייו הראשונות עבדו בשלווה יחסית. לאביו היה עסק למסחר בעורות, ומצבה הכלכלי של המשפחה היה סביר. ואולם, לאחר "ליל הבדולח" בנובמבר 1938 הבינו ההורים את גודל הסכנה, והעלו את ארנו בן השש ואת אחיו הקטן על "רכבת הילדים" שחילצה ילדים יהודים לבריטניה. למרבה המזל גם ההורים הצליחו לצאת מגרמניה כעבור זמן קצר, וכמה חודשים לאחר מכן הפליגה המשפחה בהרכב מלא מאנגליה לניו יורק.
בארצות הברית היה מצבה הכלכלי של המשפחה טוב הרבה פחות, ושני ההורים נאלצו לעבוד כאנשי תחזוקה של בנייני מגורים בניו יורק, כדי לקיים בדוחק את המשפחה הקטנה. לימודים היו המפתח ליציאה מהעוני, ופנזיאס נרשם ללימודי הנדסת כימיה במכללה הציבורית של ניו יורק, שהציעה לימודים מסובסדים. כבר בשנת לימודיו הראשונה נשבה בקסמה של הפיזיקה, והחליט לשנות את כיוון לימודיו, למרות שהאפשרויות להתפרנס בתחום היו מצומצמות בהרבה.
(פנזיאס בריאיון לאתר פרס נובל ב-2004)
לאחר הלימודים התנדב לשירות צבאי של שנתיים ב"חיל האיתות", המקביל ליחידות הקשר והתקשוב של ימינו, ובזכות ציוניו ושירותו הצבאי כמפעיל מכ"ם, התקבל לתואר שני ולאחר מכן לדוקטורט באוניברסיטת קולומביה היוקרתית. את עבודת המחקר עשה בהדרכתו של צ'רלס טאונס (Townes), שפיתח את טכנולוגיית ה"מייזר" לפליטה נשלטת בגלי מיקרו, והיה שותף בפיתוח הלייזר, עבודה שזיכתה אותו לימים בפרס נובל בפיזיקה. בעבודתו בנה פנזיאנס מקלט רדיו רגיש במיוחד על בסיס המייזר של טאונס, שנועד לזהות גלי רדיו שמקורם בעננים של גז מימן בחלל שבין גלקסיות.
הוא הצליח לבנות את המכשיר, אבל העבודה התצפיתית לא סיפקה את התוצאות המקוות, והוא אף כינה אותה "מחרידה". למרות זאת, העבודה כן הניבה לו תואר דוקטור בפיזיקה, שהוענק לו ב-1961. מכיוון שלא היו הצעות עבודה רבות בתחום הרדיו-אסטרונומיה, הוא נענה להצעת חבר לקבל משרה במעבדות בל כעבודה זמנית. "תמיד תוכל לעזוב", אמר החבר. בסופו של דבר נשאר פנזיאס בעבודה הזמנית הזאת 37 שנים.
מדע ופוליטיקה
פנזיאס היה שותף תחילה בעבודה על לוויין תקשורת של החברה, ואף מצא שיטה לסייע בכיוון אנטנות הקרקע אל הלוויין בעזרת קליטה של גלי רדיו מגלקסיות שמיקומן ידוע. אבל התשוקה שלו הייתה מחקר בסיסי, והוא הצליח לממש אותה בעזרת האנטנה שהתפנתה. קצת מזל והרבה תושייה ועקשנות הניבו לו את אחת התגליות החשובות בחקר הקוסמולוגיה. ב-1978 קיבלו וילסון ופנזיאס פרס נובל בפיזיקה על הגילוי החשוב, במשותף עם פיוטר קפיסטה (Kapitsa) הרוסי.
תיאוריית "המפץ הגדול" קיבלה חיזוק של ממש בעקבות הגילוי של פנזיאס ו-וילסון, אך עדיין היו בה כמה בעיות. אחת מהן הייתה שקרינת הרקע נראתה לכאורה זהה בעוצמתה בכל כיוון, מה שלא עלה בקנה אחד עם חוסר הסימטריה בפיזור החומר של היקום - אותו חוסר סימטריה שאיפשר את היווצרותם של כוכבים וגלקסיות. בשנות ה-90 נפתרה גם הבעיה הזו, עם מדידות של הלוויין "קובי" (COBE, קיצור של Cosmic Background Explorer, חוקר קרינת הרקע הקוסמית), שהראו כי הקרינה אכן אינה אחידה, ומיצבו את התיאוריה כהסבר המקובל העיקרי להיווצרות היקום. הגילוי הזה זיכה שני פיזיקאים נוספים, ג'ון מאתר (Mather) וג'רג' סמוט (Smoot) בפרס נובל בפיזיקה ב-2006. בשנת 2019 הוענק הפרס גם לג'יימס פיבלס, על חיזוי קיומה של קרינת הרקע הקוסמית וההסבר התיאורטי לעבודה של פנזיאס ו-וילסון (דיקי כבר לא היה בין החיים).
למרות התרומה העצומה שלו לקוסמולוגיה, פנזיאנס לא שינה את כיוון המחקר שלו. בשנים שלאחר הגילוי הוא המשיך לעבוד עם וילסון על המחקר המקורי, של זיהוי מימן בחלל בעזרת גלי רדיו, ובהמשך השניים זיהו את חתימת גלי הרדיו של מולקולות נוספות רבות. פנזיאנס המשיך לעבוד במעבדות בל בניו ג'רזי עד פרישתו לגמלאות ב-1998, ובין השאר היה סגן הנשיא לענייני מחקר, תפקיד שמילא במשך 14 שנים, ואילץ אותו להפסיק לעסוק במחקר פעיל. "כשהייתי צריך לנהל בערך אלף חוקרים ותקציב של מאות מיליוני דולרים, האחריות הייתה כל כך גדולה שכבר לא היה כיף לעסוק באסטרונומיה", סיפר בראיון לאתר פרס נובל בשנת 2004. במהלך השנים הוענקו לו פרסים ואותות הוקרה רבים על תרומתו החשובה למדע.
ב-1954, במהלך לימודי התואר הראשון, נישא פנזיאס לאן ברס (Barras), נישואים שמהם נולדו שלושת ילדיו, ובהמשך 12 נכדים ואפילו שלושה נינים. השניים התגרשו ב-1995, ושנה לאחר מכן נישא פנזיאס לשרי לוויט (Levit), אשת עסקים מקליפורניה. לאחר פרישתו עברו השניים לסן פרנסיסקו, שם הלך פנזיאס לעולמו אתמול, 22 בינואר 2024, בגיל 90, מסיבוכים של מחלת אלצהיימר.
נוסף על עבודתו המדעית, פנזיאס עסק לא מעט בפעילות פוליטית. ב-1978, מיד לאחר שקיבל פרס נובל, טס למוסקבה להרצות על עבודתו בפני מדענים מסורבי יציאה מברית המועצות - רבים מהם יהודים שביקשו לעלות לישראל. בהמשך הצליח לסייע לכמה מהם לצאת מהמדינה. ב-1992 דאג שחלק מהמיכשור המקורי של טלסקופ הרדיו שבו עשה את התגלית ההיסטורית ייתרם דווקא למוזיאון במינכן, עיר הולדתו. "היה חשוב לאבי להזכיר לגרמנים מה הם הפסידו", סיפרה בתו, הרבה שפרה פנזיאס וייס, בראיון שצוטט בניו יורק טיימס. "הוא רצה שעבודתו תהיה מזכרת חיה לפליטים שנאלצו לעזוב את גרמניה ולמי שמתו שם".
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
