ההצלחה טמונה בכישלון – איך אנחנו יודעים שמהירות האור שווה בכל הכיוונים?

 

 

אלברט מיכלסון

כמה אנשים יכולים להרים את עיניהם אל הירח בלילה, ולומר לעצמם, ולחבריהם, שאחד מהמכתשים הידועים על-פניו של הלוויין הנאמן שלנו, האחראי לחלק לא מבוטל מהרומנטיקה האנושית – קרוי על שמם? אלברט אברהם מיכלסון הוא אחד מהמעטים האלה. הוא נולד ב-19 בדצמבר 1852 בעיר סטרלנו בפרוסיה (באיזור שבעבר היה חלק מגרמניה, ומצוי היום בגבולות פולין). כמו אזרחים עניים רבים באירופה של אותם זמנים, יהודים ולא יהודים, החליטו הוריו, סמואל ורוזלי, לנסות את מזלם בעולם החדש, ועלו על ספינת מהגרים שהפליגה מערבה, חצתה את האוקיינוס האטלנטי ועגנה בניו-יורק. רבות נכתב על התנאים הקשים ועל ההשפלות שהיו מנת חלקם של מי שביקשו להגר לארצות-הברית של אמריקה באותן שנים. אבל בסופו של דבר, לאחר תקופת המתנה מסוימת, הורשתה משפחת מיכלסון, לעבור אל העולם החדש. הם שהו זמן קצר מאוד בניו-יורק, ולאחר מכן נסחפו אחר אב המשפחה ב"בהלה לזהב", אל עיירת הכורים העגומה Murphy’s Camp בקליפורניה, איזור שסבל משריפות יער ענקיות, שחזרו על עצמן מעת לעת והחריבו יישובים שלמים; ולאחר מכן עקרו לעיר וירג'יניה בנוודה, שבה צולמו, לימים, סרטי "מערבונים" לא מעטים, וכן גם סצינות רבות מסדרת הטלוויזיה המצליחה "בוננזה".

היו אלה ימי "תור הזהב" של "המערב החדש" ו"המערב הפרוע", כשאמריקאים רבים נענו לציווי "לך מערבה איש צעיר". האינדיבידואליזם האמריקאי המפורסם, כמו גם סלידתם של האמריקאים – יש אומרים שעד לעצם ימינו אלה – מאחריות חברתית ומשיתוף, וסגידתם להתעשרות אישית, קיבלו חיזוק משמעותי באותה עת. המאבק של הכל בכל, הנכונות להגן בכוח על העושר הפרטי, הפכו מאז לחלק בסיסי ומהותי בהווייה האמריקאית. מכאן נגזרה "הזכות להחזיק בנשק חם", שכל המאמצים בעשורים האחרונים לצמצמה, לנוכח אירועי ירי והרג של אזרחים נגד אזרחים, מתנפצים על סלעי האידיאולוגיה האמריקאית השמרנית. זו הייתה המציאות שאליה נחתו בני משפחת מיכלסון.

מצד אחד, מקובל שהאמריקאים, במחצית השנייה של המאה ה-19, זכו לחופש נדיר, ולזכות לבטא ו"לממש" את זהותם ואישיותם האינדיבידואלית. כל אחד מהם יכול היה לחפש ולמצוא את דרכו שלו אל החיים הטובים יותר, שאותם קיווה לעצב לעצמו, בדרכו שלו. מצד שני, במבט מעט מרוחק ומפוכח יותר, ה"זכות" להתקדם (ולהתעשר) הייתה במובנים רבים גם "חובה" חברתית. אנשים חיו תחת התחושה החזקה שהסביבה כולה מצפה מהם לעשות "כל מה שאפשר" כדי לקדם את עצמם, ושאם לא יעשו כן, ויוותרו על הזכות הזאת, כי אז לא ייחשבו בעיני סביבתם "אזרחים אמריקאים חיוביים". כל זה היה אולי טבעי יותר, אם באמת היה בנמצא מגוון גדול של מסלולי קידום שונים. אלא שבאותן שנים מכוננות, במונחים אמריקאים, ה"קידום" הזה, בדרך כלל, הסתכם במונח פשוט למדי: כסף, או עושר. במילים אחרות, נראה שנוצר כאן פרדוקס שמעסיק את חוקרי התרבות האמריקאית עד לעצם ימינו אלה: ה"חופש למצוא את דרכך שלך", וקידוש האינדיבידואליזם, הובילו את רוב רובם של האמריקאים, לאותו קו מטרה מאוחד ומשותף, ולא אינדיבידואלי בעליל: השאיפה לעושר אישי. או, במקרה של משפחת מיכלסון בשנותיה הראשונות ב"אמריקה": הבהלה לזהב.

 

 

כוכבי סדרת הטלוויזיה "בוננזה". המערב הפרוע

הגירה בכלל (גם בלי בהלה לזהב) היא עניין לא פשוט. ה"סיפור" של המהגר אינו מסתיים ברגע שבו הוא מורשה להיכנס למחוז חפצו. למעשה, מהגרים, לא אחת, מוצאים את עצמם בתחתית הסולם החברתי-כלכלי, וכאן מתחיל מאבק ארוך, יום-יומי, לפעמים סיזיפי, ותמיד רווי בכאב, במטרה להיחלץ מהמשבצת המשפילה והקשה הזאת, ו"להתקדם בחיים". אחת הדרכים להיחלץ מהמעמד הנמוך, היא רכישת השכלה. דרך שנייה היא להוכיח נאמנות ותרומה למולדת החדשה; וכך, לאחר שהשלים את לימודיו בבית-הספר התיכון בסאן-פרנציסקו, בשנת 1869, בעת שרוב חבריו המקומיים פנו לקולג', הגיש אלברט מיכלסון הצעיר את מועמדותו לאקדמיה של הצי האמריקאי באנאפוליס. לאחר שנדחה שלוש פעמים, הוא לא התייאש, ביקש וקיבל מכתב המלצה מחבר הקונגרס המקומי, ונסע לוושינגטון הבירה, לבקש את התערבותו של הנשיא ה-18 של ארצות-הברית של אמריקה, יוליסס גרנט. נחישותו של הנער הצעיר דיברה אל המצביא שניצח, בראש צבא האיחוד (כוחות הצפון), במלחמת האזרחים באמריקה, והוא שלח אותו היישר לאקדמיה של הצי באנאפוליס – כמינוי אישי של נשיא ארצות-הברית של אמריקה.

אפשר שהתגייסותו של הנשיא גרנט לעזרתו של מיכלסון הצעיר נבעה מחרטה מסוימת שחש על הצו שהוציא חמש שנים בלבד לפני כן, בהיותו גנרל בצבא הצפון, לפינוי כל היהודים ממחוז טנסי. את הצו הזה הוציא הגנרל גרנט במטרה להפסיק את הסחר שניהלו ביניהם אזרחים משני צדי חזית הקרבות – ועל-בסיס הכללה גזענית בעליל, לא מוצהרת אך נובעת מעומק התודעה, שלפיה "כל היהודים הם סוחרים, ורוב הסוחרים הם יהודים". בסופו של דבר, הצו בוטל ולא בוצע בזכות התערבותו של הנשיא דאז, אברהם לינקולן, שהדבר הובא לידיעתו במכתב מחאה ששלחו אליו כמה מהיהודים שהצו חל עליהם.

על-אף הנחישות והמוטיבציה, מיכלסון הצעיר לא התבלט במיוחד בלימודי הימאות, אבל פרח והצטיין בשיעורי פיסיקה ומדעים אחרים. לאחר שסיים את לימודיו באקדמיה של הצי, הוא יצא – כקצין ימי – למספר הפלגות, אבל כעבור זמן לא רב הוצע לו תפקיד שכרוך בידע מדעי, על החוף, באקדמיה של הצי. הוא קיבל את ההצעה, אך כעבור שנים מעטות, ב-1880, התפטר, חזר ל"עולם הישן", ולמד באוניברסיטאות ברלין והיידלברג בגרמניה, ובקולג' דה-פרנס, ואקול-פוליטכניק בצרפת.

בגרמניה למד אצל הרמן לודוויג פון הלמהולץ (31 באוגוסט 1821 – 8 בספטמבר 1894), רופא ופיסיקאי שהתעניין בין היתר באור ובראייה. נראה שהשיחות המדעיות-פילוסופיות עם הלמהולץ הובילו את מיכלסון לסקרנות גדולה באשר לתכונותיו של האור, מהירותו, והדרך שבה הוא חוצה מרחקים. באותן שנים הוא ניסה את כוחו בבניית מתקני ניסוי שונים למדידת מהירות האור, אך שוב ושוב נתקל בבעיות וקשיים בהשגת היכולת לבצע מדידות ברמת הדיוק הנדרשת.

זה אולי המקום להזכיר, שבמאות הקודמות, האור היווה תעלומה חסרת פתרון. מנין הוא בא? לאן הוא הולך? איך בדיוק הוא עובר ממקום למקום? מה מניע אותו? הרצון להבין את התופעה ולמצוא תשובה לשאלות אלה, נבע ככל הנראה בעיקר מהחשש שיום אחד האור ייעלם – ויותיר אותנו בחשיכה. כך אחרת, בשנת 1704 הציע אייזיק ניוטון תפיסה חדשה בעניין זה, שלפיה החלל (לרבות האטמוספירה העוטפת את כדור-הארץ), מלא בחומר תווך שקוף, לא דחיס, חסר משקל, צמיגות והתנגדות, אשר "נושא על גביו" את האור. ניוטון כינה את החומר הזה בשם "אתר" – Luminferous Aether". התפיסה בדבר קיומו של האתר, הייתה מקובלת במשך שנים רבות מאוד, אף שאיש מעולם לא הצליח למצוא הוכחות באשר לתכונותיו ו/או לעצם קיומו של חומר התווך הזה.

מיכלסון חזר מאירופה לארה"ב, והצטרף כפרופסור למכון הטכנולוגי "קייס" בקליבלנד, אוהיו. שם פגש את אדוארד מורלי, Edward Williams Morley, שכיהן כפרופסור לפיסיקה במכללת וסטרן ריזרב באוהיו ולימים היה הנשיא של החברה האמריקאית לכימיה. מורלי, שהיה גם כומר נוצרי, התעניין בגזים ועסק רבות במדידת צפיפותם, המאסה האטומית שלהם, ועוד. השניים הניחו וקיוו כי מומחיות זו במדידת חומרי תווך (דוגמת הגזים הכלולים באוויר), תסייע להם למדוד את מהירות תנועתו של כדור-הארץ דרך האתר שממלא את החלל (תנועה שהייתה אמורה ליצור מעין "רוחות של אתר" סביב כוכב-הלכת). כלומר, הם לא פקפקו לרגע בעצם קיומו ותפקידו של האתר שנתפס באותה עת כעובדה מדעית מוצקה.

ב-1877 הוא נשא לאשה את מרגרט המינגווי, בת למשפחה אמידה מניו-יורק. לימים נולדו להם שני בנים ובת.

כידוע, ניסויים מדעיים – במיוחד כאלה שלצורך ביצועם יש לפתח ולבנות מתקנים ומכשירים חדשים – עשויים לעלות כסף רב. כיום אנו רגילים לכך שהתקציבים האלה מוענקים (מענקי מחקר) על-ידי ממשלות, או קרנות ייחודיות שעוסקות בכך. אבל בימים ההם, מערכת המימון הזאת הייתה בחיתוליה, ומיכלסון, שתכנן ניסוי חדש, ניצב בפני קושי לא מבוטל להשגת המימון שנדרש לביצועו בפועל.

אין בידנו מידע מפורט על הדרך שעשה מיכלסון במטרה להשיג את  המימון המוקש, אבל עובדה היא שבשנת 1878, הודות למענק של 2,000 דולר שקיבל מחמו, אבי אשתו, הוא ביצע, יחד עם מורלי, את ניסוי המדידה שנמשך חמישה ימים רצופים, ונודע, לימים כאחד מהניסויים החשובים ביותר בהיסטוריה של הפיסיקה, ואשר נושא את שמם ("ניסוי מיכלסון-מורלי").

 

האינטרפרומטר של מיכלסון ומורלי

כדי למצוא את מהירות התנועה של כדור-הארץ דרך האתר שממלא את החלל (לתפיסתם, באותה עת), הם ביקשו למדוד את מהירות האור אשר יוצא מאותה נקודה, מתפלג לשתי אלומות נפרדות, וחלק ממנו עובר דרך האתר, בכיוון התנועה של כדור-הארץ, בעוד החלק האחר נע בניצב לכיוון התנועה. מההפרש בין שתי המדידות האלה, הם קיוו ותכננו לחשב ולמצוא את מהירות כדור-הארץ דרך האתר. רעיון המדידה הזאת מבוסס על תופעת ההתאבכות של גלי האור: כמו אדוות מים שנפגשות זו עם זו, גם גלי אור שבאים מכיוונים שונים, ונפגשים, יכולים להתאבך זה עם זה. כאשר שני הגלים נפגשים באופן שבו שני שיאי הגל מתלכדים – נוצר שיא-גל גבוה יותר, כלומר, מתחוללת "התאבכות בונה"; וכאשר שני הגלים מפגשים בתצורה שבה שיא גל אחד מתלכד עם ה"עמק" של הגל האחר, התוצאה היא הפחתה (ולעתים כמעט היעלמות) של הגל המאוחד, תופעה המכונה "התאבכות הורסת". כשתנועת הגלים נמשכת, הם מתאבכים זה עם זה שוב ושוב, וכך, באיזור ההתאבכות מופיע מין "שריג" שמעיד על אופי ההתאבכות.

ניסויים ומדידות באמצעות התאבכות מתבצעים במתקן הקרוי "אינטרפרומטר". שבו מניחים לשני גלים להיפגש, ומודדים את תצורת השריג שמתקבל כתוצאה מההתאבכות ביניהם. מיכלסון המציא ובנה, לצורך הניסוי, אינטרפרומטר ייחודי, רגיש במיוחד, הנושא עת שמו ("אינטרפרומטר מיכלסון"). מתקן זה מבוסס על פיצול קרן האור באמצעות מראה מעבירה-למחצה, ועל מראות שאפשר לכוונן אותן  – ובאמצעותן את קרני האור הנמדדות – בדיוק רב מאוד.

מיכלסון ומורלי הפגישו שני קרני (גלי) אור, שיצאו מאותו מקור, ולאחר שהתפלגו לשתי אלומות נפרדות, אחת מהן כוונה בכיוון התנועה של כדור-הארץ ("דרך האתר"), ואילו השנייה נעה בניצב לכיוון התנועה. ההבדל בין מהירויותיהם של גלי האור בכיוונים השונים, היה אמור ללמד על מהירות התנועה של כדור-הארץ. אלא שלהפתעתם של מיכלסון ומורלי, תבנית ההתאבכות שהתקבלה, לא הראתה כל הבדל בין מהירותם של גלי האור שנעו בכיוונים השונים. הם חזרו על הניסוי שהיה חוויה מתסכלת למדי מבחינתם, שוב ושוב – וקיבלו שוב ושוב את אותה תוצאה: אין הבדל בין מהירות האור בכיוונים השונים.

תפיסה ידועה במדע אומרת ש"עובדה קטנה ומכוערת יכולה להרוס תיאוריה יפהפיה", וזה מה שקרה במקרה זה. אלא שלא תמיד קל כל כך לוותר על תיאוריה יפהפיה, שהחזיקה מעמד בתפיסת העולם של דורות של מדענים. לכן, אולי רק טבעי – ואנושי – שמיכלסון ומורלי קיבלו את התוצאות הללו ופירשו אותן ככישלון מוחלט, ולא הסתירו את אכזבתם ותיסכולם.

המבוכה הגדולה הטרידה מדענים רבים, במקומות שונים בעולם. הנדריק לורנץ (שזכה בפרס נובל בפיסיקה לשנת 1902), ניסה להסביר את תוצאות הניסוי, והציע לשם כך את משוואות לורנץ המתארות התכווצות גופים הנעים באתר בהתאם למהירותם. אבל  ההסבר אשר שריר, קיים ומקובל עד עצם ימינו אלה, הגיע רק בשנת 1905, כאשר אלברט איינשטיין (שזכה בפרס נובל בפיסיקה לשנת 1921), הציג את תורת היחסות הפרטית, שלפיה, מהירות האור היא גודל קבוע בשביל כל הצופים, ובכל הכיוונים – דבר שמייתר את הצורך בחומר התווך "אתר" שבו האור נע ומתקדם. למעשה, תוצאות הניסוי של מיכלסון ומורלי, הובילו בהמשך לתובנה כי הפיסיקה הקלאסית אינה מתארת באופן שלם ומדויק את היקום, תובנה שתרמה, ברבות הזמן, להתגבשות תורת הקוונטים.

על מחקר זה, שמבצעיו ראו בו כישלון מהדהד, ועל פיתוח ענף המחקר באינטרפורמטריה, הוענק לאלברט אברהם מיכלסון פרס נובל לשנת 1907. הוא היה האמריקאי הראשון שזכה בפרס היוקרתי מכולם, והיהודי הראשון שזכה בפרס נובל בפיסיקה.

מיכלסון תרם גם להגדרה מדויקת יותר של יחידת המרחק מטר (שנקבעה לפי משך הזמן שנדרש לאור לעבור מטר אחד). בשנת 1889 הוא עבר לאוניברסיטת קלארק, ובשנת 1893 לאוניברסיטת שיקאגו. ב-1899, לאחר שהתגרש מאשתו הראשונה, נשא לאשה את עדנה סטנטון, והוליד אתה שלוש בנות. בשנים 1901 – 1903 כיהן כנשיא האגודה האמריקאית לפיסיקה. לאחר שזכה בפרס נובל, בשנים 1910 – 1912 היה נשיא האגודה האמריקאית לקידום המדע – AAAS.

אלברט מיכלסון הלך לעולמו בפסדינה, קליפורניה, לאחר סדרה של שבצים מוחיים, בעת שתכנן ניסוי חדש שנועד למדידה מדויקת יותר של מהירות האור, ב-9 במאי 1931.

כתיבת תגובה

כתובת הדוא"ל לא תפורסם.