אטום

אינני זוכר את הפעם הראשונה שראיתי אטום, אבל אני כן זוכר את הפעם הראשונה שלמדנו עליהם בשיעורי מדעים, והם הקסימו אותי. המורכבות שלהם באיורים שהראו לנו, והאופן שבו הם יכלו להתחבר ולהיווצר לחומרים, גרמו לי לרצות לדעת יותר: קראתי המון עליהם, על מקומם בטבלה המחזורית, על החלקיקים שלהם, ואפילו על האופן שבו הם משמשים לייצור האנרגיה בבתים שלנו.

הרבה זמן אחר כך למדתי לתכנת, ורציתי לשקף את מה שלמדתי בשיעורים ובספרים. רציתי ליצור אטום, לראות אותו נע, לגרום לכל אחד מחלקיו להיראות אמיתי; לשלב ביניהם, ואולי, לבנות משהו גדול יותר בסימולטור. אבל קרה משהו בלתי צפוי: כבר לא הייתי נער סקרן, אלא מבוגר עם דרך חשיבה שונה. אז התחלתי לחקור מחדש, מאפס. והתוצאה הייתה מפתיעה: אחרי שנים של קריאת ספרים בנושא, מספר שעות בלבד של חשיבה ביקורתית הספיקו כדי לחשוף פרטים שלא ראיתי קודם לכן.

אף שהגרסאות שונות מאוד זו מזו, כמעט כולן חוזרות לימי קדם ונראות דומות למדי לזו:

"מספרים שהמחקרים הראשונים על האטומים חוזרים לימי קדם, כאשר החכמים ביותר תהו לכמה חלקים ניתן לחלק כל דבר. לאחר מחקר ארוך הם הגיעו למסקנה שדברים ניתנים לחלוקה רק עד גבול מסוים, ובסופו נותרים שברים כה קטנים ובלתי מורגשים עד שקראו להם אטומים."

כדי להבין את הרעיון, דמיינו שאתם משועממים בצורה בלתי רגילה, ואתם תופסים כל דבר שניתן לחלוקה —קיסם, עלה, פרי— ומחלקים אותו לשניים. ושוב. ושוב… עד שכבר אי אפשר יותר. והנה זה: יש לכם אטום! …או כך לפחות חשבו.

אילו יכולנו לעצור את הזמן ולהישאר עם הסיפור הזה, יכולתי לבנות את הסימולטור שלי בלי בעיה: פשוט הייתי גורם לתפוח להתחלק לשניים, לשלושה…, קובע גבול, וזהו. אבל זו הייתה רק ההתחלה של הסיפור.

מה שיבוא כעת הוא תוצר לוואי של מחקר מעמיק בעובדות היסטוריות ותגליות, שעיצבו בהדרגה את מה שאנחנו מכנים כיום אטומים.

בתחילת המאה ה-19, כימאי בריטי בשם ג'ון דלטון, בהיעדר הטבלה המחזורית וסמלים לייצוג היסודות הכימיים, יצר מערכת ייצוג גרפית משלו. בעיקרו של דבר, הוא ערך רשימה של היסודות הידועים —זהב, כסף, פחמן, חמצן...— וצייר עיגול ליד כל אחד, עם עיצוב שונה בפנים כדי להבדיל ביניהם.

דלטון תפס את האטומים כספרות זעירות, מוצקות ובלתי ניתנות לחלוקה, שאותן כינה בדרך כלל "חלקיקים סופיים", משהו כמו הגבול של החומר, שבו כבר אי אפשר לחלק יותר. עבודתו הצליחה לחבר, אחת ולתמיד, בין המושג המופשט של האטום לבין הניסוי הכימי, ומשום כך הוא מוכר היסטורית כאבי התאוריה האטומית.

כמעט מאה שנים לאחר מכן, מדען בריטי אחר בשם ג'וזף ג'ון תומסון, בניסיונו להסביר את טבעם של קרני הקתודה, טען שהן מורכבות מגופיפים זעירים הנושאים חשמל. כדי להסביר מהיכן הגיעו חלקיקים כאלה, הוא טען שהם שוכנים בתוך האטומים, משהו כמו הצימוקים בפודינג, ואף בנה תאוריה אטומית שהתבססה על אותו פודינג צימוקים.

ראוי לציין שתומסון מעולם לא הראה לעולם ולו אחד מאותם גופיפים: הוא הסיק את קיומם מתוך הניסויים שלו, הוא לא ראה אותם. ובכל זאת, הרעיון זכה בפרס נובל בשנת 1906 ונחרת כעובדה. מאותו רגע ואילך, האטום חדל להיות השערה צנועה והפך למשהו שאיש לא העז לערער עליו. אירועים אלה שינו לחלוטין את כללי המשחק עבור המדענים של אותה תקופה, והפכו את האטום ותאוריותיו לקרש קפיצה בטוח להצלחה.

שנים לאחר מכן, מדען ניו-זילנדי בשם ארנסט רתרפורד גם הוא קישר בין מחקרו על רדיואקטיביות לבין האטומים, וטען שהם אינם סטטיים כמו הפודינג של תומסון, אלא דומים מאוד למערכת שמש בזעיר אנפין. הוא גם הוסיף חלק חדש —גרעין זעיר שבו התרכזה כמעט כל המסה— ובנה על בסיסו תאוריה אטומית חדשה.

המודל האטומי-פלנטרי החדש היה משהו כמו גרעין קטן מאוד וטעון חיובי, שסביבו הקיפו חלקיקים טעוני שלילה (האלקטרונים), ויצרו מעין מערכת מסלולית. החלק השלישי, הנייטרון, עדיין לא הופיע: הוא לא יתגלה עד 1932. בזכות מחקריו על חומרים רדיואקטיביים, זכה רתרפורד בפרס נובל בשנת 1908.

כמעט במקביל להצלחתו של רתרפורד, דני צעיר בשם נילס בוהר, בניסיונו לתקן שגיאות במודל האטומי-פלנטרי, הוסיף לו רמות מסלוליות, רמות אנרגיה, קפיצות בין מסלולים, ואף פליטה וספיגה של אור, שאותן הניח כגלים אלקטרומגנטיים. בעבודתו, בוהר לקח מה שהיה מפה תאורטית להסבר תופעות מסוימות, והפך אותו למשהו שדרש מילוי לוחות כדי להבינו. כתוצאה מתרומתו למבנה האטומים, זכה נילס בוהר בפרס נובל בשנת 1922.

מה שבא אחרי בוהר היה רשימה כמעט אינסופית של מוחות מבריקים. כולם הוסיפו תאוריות פרועות יותר ויותר על האטומים —שמעולם לא נראו—, והגדילו את המנגנון המתמטי שלהם לממדים אסטרונומיים. למען האמת, אחרי שעות של קריאה בנושא, להסתכל על כל מודל אטומי היה כמו להסתכל על המזחלת של סנטה קלאוס: משהו שפורסם בקולניות בלתי רגילה ושאיש מעולם לא הצליח לראות.

מכיוון שהמודלים האטומיים הם מפה דמיונית, עולה שאלה כנה יותר: האם אי פעם נראה משהו שדומה לאטום? התשובה הקצרה אינה נוחה: זה תלוי במה שאנחנו מתכוונים בראייה.

כדי להסביר זאת טוב יותר, נדמיין שאנחנו מסתכלים על תפוח: האור מתנתז מפני השטח שלו, מגיע אלינו, ויוצר את דמותו בעינינו. אבל מתחת לכ-200 ננומטר, התעלול הזה מפסיק לעבוד: האור הרגיל כבר לא מחזיר דיוקן של מה שקיים; נראה שהוא עובר סביבו בלי לצייר אותו וממשיך בדרכו, כאילו הדבר שקוף למחצה. רק אור מיוחד מאוד —עצמתי במידה קיצונית, כמו זה המופק במאיצי החלקיקים הגדולים— הצליח להתקרב לקנה מידה הזה, ואף על פי כן מה שהוא מספק אינן תצלומים, אלא דפוסים: צלליות וצללים.

המדע, תוך שימוש בכל טכנולוגיה העומדת לרשותו, הגיע רחוק להפליא: הוא יכול לאתר צלליות מטושטשות, לספור אותן, לסדר אותן אחת אחת, למדוד את השדה החשמלי בקני מידה קטנים להפליא. אך כל אחד מהישגים אלה הוא מדידה המחופשת לתמונה, לא מבט ישיר. מה שאנחנו מכנים כיום "תצלום של אטומים" הוא עדיין מפה —טובה בהרבה מזו של תומסון או בוהר, אבל מפה בכל זאת—. ויש לומר זאת בשלווה, בלי דרמה: מדדנו את עקבותיו בדיוק יוצא דופן; לראות אותם, במובן הפשוט שבו אנו רואים תפוח, עדיין לא. וכך גם לגבי כמעט כל דבר קטן מאוד או רחוק מאוד.

השערה כמעט הזויה, אך מכרעת: מה היה קורה אילו, נוכח חוסר הסבירות שלו, היינו מחליטים להסיר את האטום במחי יד אחת, למחוק כל אחד מהמודלים שלו מהכיתות ומכל תחום ותחום של הידע?

הדבר הראשון שהיה קורה הוא כאוס מוחלט בכיתות ובחינוך. ספרי הלימוד היו צריכים להיכתב מחדש, תוך מחיקת יותר מ-200 שנות היסטוריה. מיליוני עמודים היו נותרים מלאים ב"חורים" מושגיים, מילים מחוקות או מונחים אסורים שהיו הופכים את הטקסטים לבלתי קריאים לחלוטין. משוואות שרדינגר, מבני לואיס ותרשימי קשרים מולקולריים היו חסרים הנחת יסוד בסיסית, והופכים לקשקושים חסרי משמעות. עבודות תזה שלמות המוקדשות לננוטכנולוגיה, פיזיקה גרעינית או ביוכימיה היו מתבטלות במכה אחת.

המדע, מצדו, לא היה נעצר: הוא היה מחפש דרכים אחרות —מתמטיות, פילוסופיות— כדי להסביר את מה שהאטום נהג להסביר. כי העולם היה עדיין עשוי מאותו הדבר. היינו רק מוחקים את המפה, לא את השטח.

עד כמה שזה עשוי להיראות לא סביר, מאחורי כל המאמץ הזה —ואלפי אנשים שמקדישים חיים שלמים לצייר את האטום טוב יותר— מסתתר הימור: בחינת מהו המרכיב הבסיסי של החומר ברמה עמוקה יותר מבטיחה יקום מלא באפשרויות.

טרנספורמציה של היסודות הכימיים עשויה להפוך לבת ביצוע. כורים גרעיניים כבר היום הופכים יסודות כמו אורניום לפלוטוניום וקזיום. הפגזת יסודות קלים יותר בחלקיקים יכולה גם היא להפוך אותם לכבדים יותר. עם זאת, כל אחת מהטרנספורמציות הללו יקרה ובלתי מעשית ביותר, ובנוסף מניבה כמויות זעירות. כל זה הוא דבר שעשוי להשתנות אם היינו מבינים טוב יותר את התהליך ויכולים לשלוט בו ברמה נמוכה יותר.

אם נאמר זאת כבדיחה, נוכל להפוך אבנים לזהב או ליהלומים, למלא את הבנקים, ואז להפוך אותם בחזרה לסלעים; ואפילו ללכת רחוק יותר וליצור יסודות כימיים חדשים עם תכונות חדשות: חומרים המתריסים נגד הכבידה, מוליכי-על בטמפרטורות גבוהות… סיפור שאין לו סוף.

הפרס השני כבר דלוק, ולא במעבדה אלא בביתכם: חלק ניכר מהחשמל בעולם מגיע ממאמץ אדיר שמאפשר לכולנו ליהנות ממנו. הבנה טובה יותר של החומר עשויה לפתוח דרכים לייצור אנרגיה שאיננו מכירים עדיין, טובות ויעילות בהרבה מאלה שקיימות היום. וזאת מבלי להתעלם מהאפשרות של שימוש בו למטרות לא שלוות, שהביאה תוצאות טרגיות לאורך ההיסטוריה.

אך לא הכול היה מביא טרגדיה. מאחורי מחקרים אלה מסתתרת התקווה לשפר טכנולוגיות כגון הדמיית תהודה מגנטית גרעינית, החיונית לאבחון מחלות; או למצוא דרכים חדשות לעיבוד מידע, שיכולות להוביל את המחשבים העתידיים לגבולות בלתי משוערים. וללא ספק השאפתנית והדמיונית מכולן, מבצבצת מטרה ישנה: להבין מהו הזמן, ואולי, לשלוט בו.

כל זה מסביר מדוע רבים כל כך לא מניחים את העיפרון וממשיכים לחקור. אם מפה מטושטשת ודמיונית כמו האטום כבר הביאה אותנו עד הלום, עד לאן היינו מגיעים אילו יכולנו להבין ולשלוט בחומר ברמתו הנמוכה ביותר?

בסופו של דבר, הסימולטור שלי נותר בגדר ניסיון גרידא. כפי שוודאי תיארתם לעצמכם, לדמות אטום במחשב היה כמו לנסות לתפוס פרפרים כשהעיניים מכוסות. ובכל זאת, כל זה הוביל אותי לא רק להתעניין באטומים ובמודלים הדמיוניים שלהם, אלא גם לקחת על עצמי יקום שלם של ידע שפעם הקסים אותנו וש, למעשה, מעטים מאיתנו באמת מכירים.