משיכה כפולה. מתי תלמידים חולקים פרסי נובל עם מוריהם, ומדוע זייף השעון המדויק ביותר ביקום

.

למי מגיעה התהילה, על תגלית מדעית שבוצעה בידי תלמיד,
במסגרת מחקר המונחה בידי מדען בכיר? לתלמיד? למנחה? לשניהם
יחד? השאלה הזאת מנסרת בעשורים האחרונים לאורכו ולרוחבו של
העולם המדעי. מטבע הדברים, השאלה הזאת נעשית יותר ויותר טעונה,
ככל שהתגלית גדולה וחשובה יותר. במקרים אחדים הגיעו הדברים
להכרעה בבית-המשפט. במקרים אחרים, הושגה הסכמה כזו או אחרת
בין הטוענים לתהילה. והיו גם מקרים שבהם נכפה ההסדר על אחד
מהצדדים. אבל אמות מידה ברורות בעניין הזה, טרם נקבעו.
.
מקרה מבחן טוב בעניין הזה עשוי לשמש פרס נובל בפיסיקה שהוענק לד”ר
ג’וזף טיילור ולד”ר ראסל האלס, על הגילוי הראשון של מערכת כוכבים
ייחודית הקרויה פולסר כפול. כאשר ביצעו את התגלית, היה ד”ר האלס
תלמיד לתואר דוקטור, וד”ר טיילור הנחה אותו במחקרו. הענקת הפרס
לשניהם, במשותף, בולטת במיוחד על רקע פרס נובל שהוענק בעבר למי
שגילה את הפולסר הבודד הראשון. במקרה הזה, לא שיחק מזלו של התלמיד,
שהיה, בעצם, תלמידה.
.
אותות מהחלל החיצון
.
זה קרה בלילה אחד, בשנת 1967. ג’וסלין בל, אז תלמידת מחקר
לתואר דוקטור באוניברסיטת קימברידג', אנגליה, הפעילה את
הרדיו-טלסקופ של האוניברסיטה. היא בחנה גופים שונים הפולטים קרינת
רדיו, ואז גילתה, להפתעתה, שאחד מהם פולט דחפים מחזוריים של קרינה,
מדי 1.3 שניות. לרגע היה נדמה שיצורים תבוניים מכוכב אחר משדרים מסר
ראשון אל כדור-הארץ, אך בהמשך התברר שמדובר בתופעה אסטרו-פיסיקלית
שכונתה פולסר.
.
פולסר הוא כוכב מיוחד. למעשה, הוא שארית משמש אדירה (גדולה
בהרבה מהשמש שלנו), שהתפוצצה ו"איבדה את עצמה לדעת" בתהליך של
סופרנובה. תהליך זה מתחולל בשמשות "זקנות", או "מפותחות", שמיצו את
כל תהליכי המיזוג הגרעיניים האפשריים, וליבתן כבר עשויה ברזל. בשלב
זה מפרק חום הליבה את אטומי הברזל לניטרונים ולפרוטונים, והכוכב
מתחיל להתכווץ במהירות ולקרוס אל תוך עצמו בהשפעת כבידתו העצמית
(אנרגיית הכבידה המשתחררת, היא המזינה את תהליך פירוקם של אטומי
הברזל שבליבה, לפרוטונים ולניטרונים). ההתכווצות המהירה של הכוכב
גורמת להתחממות שכבותיו החיצוניות, דבר שמאיץ את תהליכי המיזוג
הגרעיניים המתחוללים בהן, עד שלמעשה בעירת המיזוג הגרעיני הופכת
להתפוצצות רבת עוצמה. כתוצאה מההתפוצצות, משליכה השמש מעליה את
שכבותיה החיצוניות (המכילות את רוב החומר המרכיב אותה).
.
מי קורס אל תוך עצמו, ולמה?
.
החומר המושלך מתפזר בחלל לכל עבר, ואור ההתפוצצות מאיר חלקים
נרחבים בגלקסיה. באותו זמן, ליבת השמש והשכבות הסמוכות אליה, נותרות
במקומן, וממשיכות לקרוס ולהתכווץ לתוך עצמן. כאשר התהליך הזה
מתחולל בשמש שמאסתה מסדר גודל של פי עשר או יותר ממאסת השמש
שלנו, התהליך הזה מסתיים ביצירת חור שחור. כאשר מדובר בשמשות גדולות
מהשמש שלנו, אך שגודלן אינו מגיע לפי עשר ממנה, נעצר תהליך הקריסה
העצמית בשלב שבו נותרים בליבה רק ניטרונים דחוסים. שמש קורסת כזאת
מכונה "כוכב ניטרונים". מאסתו של כוכב ניטרונים היא כ-1.4 ממאסת
השמש שלנו, ואילו רדיוסו אינו עולה על עשרה קילומטרים. מכאן,
שדחיסותו של כוכב הניטרונים היא רבה כל-כך, עד שכפית אחת מן החומר
המרכיב אותו, שקולה למסתם של כל הרי ירושלים. עוצמת שדה הכבידה שלו
היא כה רבה, עד שמשקלו של אדם שיעמוד על פניו, יהיה גדול פי מאה
מיליארד ממשקלו על הארץ
(מובן שאדם אינו יכול לעמוד בכבידה כזאת,
והוא יימעך בה לחלוטין).
.
כוכבי הניטרונים מסתובבים על צירם במהירות רבה. משך הזמו הנדרש
לכוכב כזה להשלמת סיבוב אחד סביב צירו, נע בין אלפית השנייה לשניות
אחדות, ויש גם כאלה שהשלמת סיבוב נמשכת אצלם אפילו דקות אחדות. כוכב
ניטרונים שעל פניו מצוי אתר הפולט קרינת רדיו, מתפקד כמעין אנטנת
שידור או פנס מיגדלור הסובב בחלל. מי שקולט ממרחק את שידוריו של
כוכב הניטרונים, קולט, למעשה, מעין "איתות מחזורי" המופיע ונעלם
בקצב מהיר ובדיוק רב (כמו האיתות שקלטה ג’וסלין בל ב-1967) כוכבי
הניטרונים האלה, המשדרים דחפים מחזוריים של קרינה, מכונים
"פולסרים". התגלית הזאת, והבנתה, זיכו את פרופ' אנתוני היואיש
מאוניברסיטת קימברידג', אנגליה (שהנחה את ג’וסלין בל במחקרה), בפרס
נובל בפיסיקה בשנת 1974. ד"ר בל (שהייתה בת 24 בעת שביצעה את התצפית
שהובילה לתגלית), לא זכתה לחלוק איתו את התהילה.
.
מערכת יחסים עם בן-זוג מאסיבי
.
באותה שנה שבה צפתה ג'וסלין בל במורה שלה מקבל את פרס נובל, הפעיל תלמיד
המחקר ראסל האלס, שהיה באותה עת בעצמו בן 24, אנטנה של רדיו-טלסקופ,
תוך שהוא משתמש במקלט ובמגבר שבנה במיוחד למטרה זו באוניברסיטה
של מסצ’וסטס, באמהרסט. המתקן נבנה, למעשה, מחלקי מכונות משומשות
ומכבלים ורכיבים זולים שנקנו בחנות הכלבו הסמוכה לאוניברסיטה.
באמצעות המיתקן הזה, גילה האלס פולסר מביך למדי: קצב ה"איתות"
שלו לא היה קבוע, והשינויים בקצב האיתות התחוללו במחזור קבוע
של האטה והאצה. היה זה ממצא לא מובן, מכיוון שפולסרים נחשבו
עד לאותו זמן לשעונים המדויקים ביותר ביקום.
.

האלס, ומנחהו, ד”ר טיילור, ביצעו ניתוחים מתמטיים של השינויים
האלה ובעקבותיהם הגיעו למסקנה שהפולסר אינו בודד וכי הוא מצוי
במערכת זוגית עם גוף מאסיבי נוסף שהוא, קרוב לוודאי, פולסר ש"קרן
האיתות" שלו אינה מכוונת ואינה מגיעה אל כדור-הארץ (ולכן
הרדיו-אסטרונומים אינם יכולים להבחין בו). ההימצאות במערכת עם בן
זוג מאסיווי נוסף, גורמת לכך שהפולסר מבצע שתי תנועות סיבוב בעת
ובעונה אחת. הראשונה: תנועת הסיבוב סביב צירו, או סביב מרכז הכובד
שלו. השנייה: הקפה מסביב למרכז הכובד המשותף של המערכת הדו-פולסרית
כולה. התנועה השנייה מתבטאת בכך שלעתים הפולסר מתרחק מכדור-הארץ
(ואז המרווחים בין ה"איתותים" שלו גדלים, כלומר, ה"איתות" נעשה אטי
יותר), ולעתים הוא מתקרב לכדור-הארץ, ואז המרווחים שבין ה"איתותים"
שלו מצטמצמים, כלומר, ה"איתות" נעשה מהיר יותר – בדיוק כפי שגילה
האלס.
.
הוכחה נסיבתית של תורת היחסות
.

תורת היחסות הכללית מנבאת שמערכת שבה מצויים גופים מאסיביים
מסוג זה תפלוט גלי כבידה, ועקב כך תאבד אנרגיה ותאט את מהירותה
(מדובר בהאטה אטית מאוד). גלי כבידה הם אחת מהתופעות הפיסיקליות
שנובאו בתורת היחסות הכללית, אך עד כה, על אף מאמציהם הרבים של
הפיסיקאים – טרם התגלו. לפיכך, מדידת האטה כלשהי במערכת הפולסר
הכפול, יכולה להיחשב הוכחה נסיבתית חשובה לעצם קיומם של גלי הכבידה,
דבר שמשמעותו אישור נוסף של ניבויי תורת היחסות הכללית. טיילור
והאלס המשיכו, לפיכך, לחקור ולמדוד את מערכת הפולסר הכפול, ושתי
מערכות דומות נוספות שהתגלו לאחר גילוי המערכת הראשונה. ואכן,
מדידותיהם המדויקות הראו כי המערכות האלה מאטות את מהלכן, בדיוק
בשיעור שנחזה בתורת היחסות הכללית. הממצא הזה, הוא, למעשה, גולת
הכותרת של המחקר, ונראה שפרס נובל הוענק להם בעיקר בזכותו. למעשה,
במערכת של פולסר כפול אפשר למדוד ולחקור תהליכים רבים נוספים
המתוארים בתורת היחסות, ומחקרים שנועדו לבחון את התהליכים האלה
התבצעו ועודם מתבצעים במקומות שונים בעולם.
.
קשה לעקוב אחר שיקולי ועדת פרס נובל, שהחליטה לשתף את האלס בפרס שהוענק
למורהו, ולהימנע מלשתף את ג'וסלין בל בפרס שהוענק למנחה שלה. אולי נעשתה
כאן שקילה מדוקדקת של תרומת התלמיד והתלמידה. אולי הגיל הצעיר היה בעוכריה.
מצד שני, בל והאלס היו בני אותו גיל – 24 – כשביצעו את התגלית שהובילה
לקבלת פרס נובל. קשה להניח שהבדלי המינים מילאו כאן תפקיד כשלהו. מצד
שלישי, צריך לזכור שבוועדה שהעניקה את הפרס למורה של בל (1974), ישבו
אנשים אחרים מאלה שהחליטו להעניק – כ-20 שנה לאחר מכן, את הפרס
להאלס ולמורה שלו. מצד רביעי, אי אפשר שלא לזכור את השינויים שעברו
על מה שמכונה "מעמד האשה", שלא לדבר על מעמדה של האשה במדע,
בשנים האלה (1974 – 1993).
.
"אני מעריך מאוד את העובדה שחברי ועדת פרס נובל החליטו לשתף
אותי בפרס", אמר ד"ר האלס. "האמת היא, שהחלק העיקרי של המחקר
והחשיבה שהובילו לתגלית, התבצע על-ידי ד”ר טיילור. אני הייתי בר-מזל
בכך שנמצאתי לידו בעת ההיא". ג’וסלין בל, המכהנת כיום כפרופסור
לפיסיקה באוניברסיטה הפתוחה באנגליה, ביקשה להימנע מתגובה לכל
השוואה אפשרית בינה לבין ד”ר האסל, בהקשר הזה.
.
כוכבים בשמים, אנרגיה על הארץ
.
שנים אחדות לאחר תגלית הפולסר הכפול, עברו טיילור והאלס
מאוניברסיטת מסצ’וסטס לאוניברסיטת פרינסטון. טיילור המשיך במחקריו
בתחום האסטרופיסיקה, ואילו האלס עבר למחקרים בתחום כורי המיזוג.
בכורים אלה מנסים החוקרים להפיק אנרגיה בדרך שבה מפיקים הכוכבים
(שמשות) את האנרגיה שלהם. "טיילור ממשיך לחקור כוכבים בשמים", אומר
האלס, "אני מנסה לחקות כוכב קטן על האדמה".
טיילור: "אני שמח
שהוועדה החליטה לעשות את הדבר הנכון ולחלק את הפרס ביני לבין
האלס. הוא היה תלמיד מבריק, ואני אוהב תלמידים מבריקים. אני
רק מקווה שהפרס וכל הרעש סביבו לא ישפיעו יותר מדי על חיי. אני
אוהב לעשות את מה שאני עושה, ואני רוצה להמשיך ולהיפגש עם
הסטודנטים שלי, מדי יום".
.
מתקן הגרוטאות שבאמצעותו ביצעו השניים את תגליתם, הוביל
לייסודה של חברת היי-טק שנועדה לנצל טכנולוגיות הנובעות
מרדיו-טלסקופיה, למטרות ארציות, כגון מכ"ם למניעת התנגשויות
בין מכוניות, ומערכות חישה מרחוק, לזיהוי רעלנים וחומרים מסוכנים
אחרים המצויים בסביבה.

.

כתיבת תגובה

כתובת הדוא"ל לא תפורסם.