בלעדי לאתר הידען: הפרק העוסק בפרופ’ דן שכטמן – חומר בלתי אפשרי, מתוך ספרו של אישטבן הרגיטאי Drive And Curiosity

פרק זה מתאר את מסעו של פרופ’ דן שכטמן מגילוי תופעת הגבישים הקוואזי מחזוריים, ועד לשכנוע העולם המדעי. אנו מודים למחבר על הסכמתו לתרגום פרק זה.

תרגום: ד”ר משה נחמני. כל הזכויות שמורות לבעל הזכויות המקורי, פרופ’ אישטבן הרגיטאי ואין להשתמש בטקסט זה ללא רשותו ורשות אתר הידען.

פרק 8
עקשנות
חומר “בלתי-אפשרי”

“…אנשים יכולים למצוא שאני די עקשן.”
דן שכטמן

דן שכטמן (יליד 1941) הגיע לתצפית אקראית, אשר הפכה לתגלית מנצחת – תודות לעקשנות ולהתמדה שלו. אלו היו תכונות חשובות. כאשר שכטמן היה סטודנט הוא עבר בחינה בקריסטלוגרפיה בעזרת הדגמת ההוכחה מדוע סימטריה סיבובית מסדר 5 אינה אפשרית בעולם הגבישים, סברה שהייתה דוגמה (מערכת עקרונות) עתיקת-יומין בתחום של מצב המוצק. תגליתו של שכטמן בדבר הגבישים הכמו-מחזוריים (quasicrystals) סייעה בחיסולה של דוגמה זו. Alas, הכימאי המשפיע ביותר בתקופתו הכריז כי תגליתו של שכטמן הינה לא-תגלית. כתב-העת שאליו הגיש שכטמן את המאמר הראשון על אודות התגלית שלו דחה אותו באומרו כי פיסיקאים לעולם לא יתעניינו בתגלית זו. כאשר הוא הצליח, בסופו של דבר, לפרסם את המאמר שלו, הדבר הוליד כדור-שלג של פרסומים שבאו אחריו. תגליתו של שכטמן התבררה כחשובה לתחומי הכימיה, הפיסיקה, מדעי החומרים ואפילו עבור מדעי האומנות והעיצוב.

זמן רב היה מקובל כי סימטריה סיבובית מסדר 5 אינה אפשרית כלל בעולם הגבישים, בו אטומים ומולקולות מרכיבים את המבנה בצורה שלא מאפשרת כל חפיפה או רווחים בסידור אריזתם. הדגמה פשוטה בדבר חוסר-היתכנותה של סימטריה מסדר 5 בעולם הגבישים מופיעה להלן – אנו יכולים להשתמש במשולשים, ריבועים ומשושים הזהים בגודלם על-מנת לכסות משטח ללא קבלת חפיפות או מרווחים, אך לא ניתן לעשות כן אם אנו משתמשים במחומשים משוכללים בעלי גודל זהה. באופן דומה, סימטריות מסדר 7 וגבוה ממנו נחשבו גם הם כבלתי-אפשריים.

במשך זמן רב, מדענים ואומנים מהוללים כגון יוהאנס קפלר ואלברכט דירר ניסו ליצור דפוסים שבהם מחומשים משוכללים מכסים משטח, ללא כל הצלחה. אולם, המתמטיקאי הבריטי רוג’ר פנרוז ניסה זאת אף הוא. הוא הגיע ממשפחה בעלת תחומי עניין בלתי-רגילים. אביו, ליונל פנרוז היה פרופסור לגנטיקת האדם באוניברסיטת אוקספורד והוא היה זה שעודד את בנו רוג’ר להגיע למדע. רוג’ר פנרוז הפך לא רק למתמטיקאי מוכר, אלא גם לסופר מפורסם. אחד מהתחביבים שלו, במיוחד כאשר הוא נכח במפגשים ששעממו אותו, היה לשרבט.

יום אחד, הסמליל שעל-גביי נייר מכתבים אישי תפס את עינו; הסמליל הורכב ממחומש מרכזי אשר היה מוקף בחמישה מחומשים אחרים, גדולים יותר. דפוס זה עודד את פנרוז לבנות דפוס שבו תבנית זו חוזרת ונשנית על עצמה באמצעות שרטוט מחומשים ההולכים וגדלים. הוא השתמש לא רק במחומשים שלמים, אלא גם בחלקים מהם, על-מנת לכסות במלואו את המשטח. שרבוט זה הוביל לקבלת דפוס מושך את העין, אשר כיסה את המשטח במחומשים משוכללים, אך בעלי גודל ההולך ומתגבר. דפוס זה היה הקרוב ביותר, בנקודת זמן זו, לחלומותיהם של קפלר ודירר. פנרוז פרסם את הממצאים שלו בכתב-עת חסר חשיבות בתחום המתמטיקה, אולם כאשר מרטין גרדנר כתב עליהם בכתב העת המדעי Scientific American, הם הפכו למוכרים.

מדען בריטי אחר, הקריסטלוגרף אלן מק’קי, היה מסוקרן בנוגע לתבנית של פנרוז. מבנים גבישיים ניתנים לבדיקה באמצעות ניצול תופעת ההשתברות, שבה קרני-רנטגן, אלומת נויטרונים או אלומת אלקטרונים המוכוונים לעבר חומר כלשהו משנים את הכיוונים שלהם תוך קבלת דפוסים אופייניים שמהם ניתן לקבוע מהו המבנה הפנימי. מק’קי החליט לדמות ניסוי השתברות על סמך תבנית פנרוז. הוא סבר כי אם יצליח להפיק תבנית השתברות המאופיינת בנקודות בהירות חדות, אזי הדבר יצביע כי אפילו מבנים תלת-ממדיים התואמים את התבנית הדו-ממדית של פנרוז שעל הנייר, יוכלו להתקיים. מק’קי היה ער במיוחד למבנים שלא היו כלולים בתחום המקובל של גבישים מושלמים למראית-עין. הוא הלך אחר צעדיו של מורהו – ג’י. דזמונד ברנאל – בניסיונותיו להרחבת תחום הקריסטלוגרפיה. מק’קי הצליח להפיק את ניסוי ההשתברות המדומה שלו והזהיר מדענים אחרים בהרצאותיו ובמאמריו כי ייתכן וקיימת סימטריה סיבובית מסדר 5, אולם כזו שניתן לפספס אותה לנוכח הדוגמה המבוססת בחוזקה במדע שלנו בנוגע להעדר-קיומם.

הסתקרנתי מפרסומיו של מק’קי ושמחתי לפגוש בו בשנת 1981 באוטווה במהלך כנס של קריסטלוגרפיה. התחלנו להתכתב והוא ביקר אותנו בבודפסט בספטמבר 1982. הוא נשא שלוש הרצאות שמתוכן שתיים דנו בהיבטים השונים של סימטריה סיבובית מסדר 5. בהזדמנות זו נתקלתי באזהרתו בנוגע לאפשרות של מבנים מוצקים בעלי סימטריה מסדר 5. ההשקפות שלו נשמעו אזוטריות, אולם הוא גרם להן להישמע משכנעות. אף אחד בקהל, כולל מק’קי עצמו, לא ידע כי כבר ארבעה חודשים קודם לכן נצפו באופן ניסיוני אותם המבנים שמק’קי רק חזה את קיומם.

מבלי שמק’קי ופנרוז ידעו על כך, דן שכטמן ערך ניסויים שהיו קשורים ישירות לניסיונותיהם שלהם. שכטמן היה בוגר הטכניון – המכון הישראלי לטכנולוגיה – ומדען חומרים שחקר מספר חומרים והכין חדשים בעלי תכונות מבוקשות, בכללם סגסוגות מתכת חדשות. את מחקרו הוא ביצע בטכניון, אולם מדי פעם הוא התארח למשכי זמן משתנים במעבדות מחקר אמריקאיות. הוא כלל לא התעניין בסוגיה של סימטריה סיבובית מסדר 5.

בשנת 1981 שכטמן לקח שנת שבתון מהטכניון והתארח במשרד התקנים הלאומי של ארה”ב (NIST), בסמוך לוושינגטון. הוא הוזמן לשם על-ידי אחד מהמדענים הבכירים של המכון, ג’ון קהאן, לאור פיתוחה של טכניקה חדשה לחקר אבקות מתכתיות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים.

מאחר ושכטמן היה מעוניין ליצור סגסוגות חדשות, הוא התחיל לחקור את סגסוגות החמרן-ברזל המתמצקות במהירות ובחן את השפעות ההרכב והתנאים של התמצקותם על המבנה ועל התכונות של סגסוגות חדשות אלו. התמצקות מהירה היא אחת מהגישות המאפשרות להשפיע על התכונות של סגסוגות. שכטמן למד רבות על התהליך של התמצקות מהירה והכין מספר מאמרים לפרסום, בשיתוף פעולה עם עמיתיו מהמכון. יחדיו הם הכינו חומרים שימושיים, אולם השיטה שאותה הם פיתחו לא הפכה לשיטה נפוצה. התגלית שאליה הוא הגיע בסופו של דבר הייתה בלתי צפויה והיוותה תוצר לוואי של מחקרים אלו.

בחלק מניסוייו, שכטמן רצה להשוות בין שתי סגסוגות בעלות הרכב דומה, אחת המורכבת מחמרן וברזל, והשנייה מחמרן ומנגן. כחלק מניסויים אלו, הוא הכין סדרה של סגסוגות חמרן-מנגן בעלות כמויות הולכות וגדלות של מנגן. לנוכח צרכים מעשיים, שכטמן נאלץ להגביל את תכולת המנגן לאחוזים אחדים; אחרת, הסגסוגת הופכת לפריכה ושבירה, ובעקבות כך, לחסרת תכלית. אולם, בניסוי מסוים סקרנותו של שכטמן התגברה על ההיגיון הבריא שלו, והוא המשיך להגדיל את כמות המנגן בסגסוגות. אלו סוגי הניסויים שאנו נקרא עליהם רק במידה והם הצליחו; ניסויים שאינם מצליחים, נעלמים מהספרים כלא היו.

בתאריך השמונה באפריל 1982 שכטמן חקר במיקרוסקופ האלקטרוני שלו דגימה של סגסוגת חמרן-מנגן המתמצקת מהר אשר הכילה 25% של מנגן, וראה משהו שהיה בלתי-צפוי לחלוטין. תבנית ההשתברות שהוא תיעד על-גביי לוחית הצילום הראתה סממנים האופייניים לאריזה שניתן להגדירה כנובעת רק ממבנה בעל סימטריה סיבובית מסדר 10.

באופן דקדקני הוא תיעד במחברת המעבדה שלו עבור לוחית מספר 1725, חמרן-25% מנגן את ההערה הבאה: “סימטריה מסדר 10???” הוא הבחין בעשר נקודות בהירות בתבנית ההשתברות שנחקרה; והן נמצאו במרווחים זהים אחת מהשנייה. הוא ספר אותן שוב ושוב, ואמר לעצמו, בעברית: “אין חיה כזו”. הוא היה בעל מספיק ניסיון בקריסטלוגרפיה כללית בכדי להבין באופן מידי כי הוא גילה משהו יוצא מן הכלל. הוא לא הכיר את ניסוי ההדמיה של מק’קי, וכל שכן את האזהרות שלו. למרות שהוא הכיר במידה מסוימת את התבנית של פנרוז, הוא עדיין לא קישר בין עבודתו שלו לבין תבנית זו, אלא רק הרבה אחרי תגליתו.

בזמן הניסוי המכריע שלו, שכטמן היה לבדו במעבדה, אולם הוא חש צורך עז לחלוק את ההתרגשות שלו עם מישהו אחר – זוהי תחושה שכיחה בקרב אנשים המשיגים תגלית ברגע הגילוי עצמו. שכטמן יצא למסדרון של המחלקה, אולם אף אחד לא היה שם, וכך הוא חזר למיקרוסקופ האלקטרונים שלו וערך סדרות ניסויים נוספות על-מנת לאמת את ממצאיו. הכל היה מוכן ומזומן להכרזה על התגלית תוך ימים מספר. אולם, עברו שנתיים ימים עד אשר שכטמן פרסם את תגליתו.

במשך תקופה ארוכה, שכטמן היה בודד באמונה כי הוא אכן גילה משהו חדש. מיד לאחר הניסוי שלו הוא החל לבדוק במכון התקנים בארה”ב עם עמיתיו אם מישהו מהם ידע משהו בנוגע לסימטריה סיבובית מסדר 10, אולם במקום לקבל תשובות ענייניות הוא הפך למטרה ללעג. המנומסים מבין עמיתיו ניסו להסביר לו כי הוא בטוח צפה בתופעה אחרת לחלוטין, ואחד מהם אפילו נתן לו ספר בסיסי בתחום קריסטלוגרפיית קרני-רנטגן על מנת לסייע לו להבין שמה שהוא חשב כי הוא ראה הוא פשוט ממצא בלתי-אפשרי. לשכטמן הוצעו מספר הסברים בנוגע לתבנית שהתקבלה, ביניהם התופעה של גבישים תאומים, שבה גדלים שני גבישים שמקורם בצלע משותפת והם בעלי סימטריות בלתי-רגילות. הסבר אחר היה כי ייתכן וקיים פגם בגביש שהוא המוליד את התבנית היוצרת את הסימטריה הבלתי-אפשרית הזו. האירוניה במצב זה הייתה כי כאשר שכטמן עצמו היה סטודנט, באחת מבחינותיו הוא היה צריך להוכיח כי סימטריה מסדר 5 אינה אפשרית כלל בגבישים.

דן שכטמן נולד בתל-אביב. משפחת אמו הגיעה לישראל בעליה השנייה, בשנת 1906, ומשפחת אביו הגיעה לישראל בעלייה החמישית, בשנת 1930. שתי המשפחות הגיעו מרוסיה. שכטמן למד בבי”ס יסודי ברמת-גן, וכאשר הוא היה בגיל 14 הוא עבר לפתח-תקווה. הבתים של משפחתו היו תמיד צפופים, וזו הסיבה שהוא שאף לבנות דירה מרווחת, בעלת חדר נפרד לכל אחד מארבעת ילדיו. בצעירותו, שכטמן היה פעיל בתנועה ציונית-סוציאליסטית, אולם הוא מעולם לא היה מעורב באידיאולוגיה קומוניסטית. הוא מעריך כי התנועה בה הוא היה פעיל העניקה לו ערכים חשובים ועיצבה את האופי שלו בזכות ערך הרעות. בתנועה נערכו פעילויות שונות, לרבות תרגילים פיסיים וסיורי שטח במשך שבוע שלם במדבר שאתגרו את כוח הסיבולת שלהם בתנאים קשים.

בגיל 18, שכטמן התגייס לצבא. בתום הטירונות, הוא נבחר לקורס מיוחד בפסיכולוגיה ובראיון, וניצל את הכשרתו זו במשך השנתיים וחצי הנותרות לשירותו הצבאי. בשנת 1962, הוא החל את לימודיו בטכניון בהנדסה מכאנית, תחום שהיה חלומו מאז ילדותו ומרגע שקרא את הספרים של ג’ול וורן. הוא היה תמיד סטודנט טוב, אולם מעולם לא מהמצטיינים. כאשר הוא סיים את לימודי הבוגר שלו בשנת 1966, הוא קיבל הזדמנות להמשיך ללימודי תואר שני. הוא התפרנס מהדרכת סטודנטים, ובו בזמן, החל את מחקרו. הוא השתתף בכל הקורסים בתחומים הנדרשים לקבלת התואר שלו במטלוגרפיה, בכללם קריסטלוגרפיית קרני-רנטגן ומיקרוסקופית אלקטרונים. כאשר הגיע לטכניון המיקרוסקופ האלקטרוני הראשון, שכטמן היה מבין הסטודנטים הראשונים שהפכו למומחים בעבודה עמו. בסיום לימודי התואר השני שלו, שכטמן המשיך ללימודי דוקטור. סגסוגות טיטאניום ותכונותיהן – נושא חשוב בתחום התעופה – הפכו לנושא מחקר הדוקטור שלו. כאשר הוא קיבל את תואר הדוקטור שלו, שכטמן רצה להישאר בטכניון, אולם נאמר לו כי הוא יצטרך קודם כל לצבור ניסיון במשך מספר שנים בחו”ל.

בשנת 1972 שכטמן שלח בקשות ללימודי בתר-דוקטור למאות אוניברסיטאות ומכוני מחקר ברחבי העולם וקיבל תשובה חיובית משניים מהם. ההצעה שאותה הוא קיבל הייתה במעבדות המחקר של חיל האוויר האמריקאי בסמוך לדייטון, אוהיו. הוא החל לחקור שם סגסוגות טיטאניום-חמרן במשך השנתיים וחצי הבאות. הוא ומשפחתו שקלו להישאר בארה”ב מאחר ולא הגיעו כל הצעות מישראל, אולם, בסופו של דבר, הטכניון החליט להעסיק אותו כחוקר. משפחתו של שכטמן חזרה לישראל בשנת 1975 והוא החל את עבודתו כמרצה ביחידה למטלורגיה שהייתה בתוך המחלקה להנדסה מכאנית, ואשר הפכה ברבות השנים למחלקה עצמאית של הנדסת חומרים.

שכטמן לא חשש כלל לחשוף סודות מעבודתו; ההיפך היה הנכון – הוא ניסה לשוחח עם כל אחד שאוזנו הייתה כרויה אליו בנוגע לניסוי המפתיע שלו. הוא הוסיף את תבנית ההשתברות “הבלתי-אפשרית” שלו לכרטיס ברכה של חג-המולד וזאת על-מנת להפיץ את המידע לגביה. המממן שלו במכון המחקר האמריקאי תלה את כרטיס הברכה הזה על קיר משרדו. שכטמן לא ידע מה עוד לעשות; לא היו ברשותו ניסויים נוספים אשר יהפכו את התגלית שלו למבוססת יותר, מאחר שבעיני רוחו התצפית שלו לא השתמעה לשתי פנים והייתה ברורה מאליה. הוא הניח את דגימת הסגסוגת שלו במיקרוסקופ האלקטרונים מעת לעת על מנת לצפות שוב בתבנית כאילו לבדוק שהיא אכן שם. והיא הייתה.

שכטמן חזר לטכניון והמשיך לנסות למצוא עמיתים שינהלו דיונים מקצועיים עמו. בסופו של דבר, הוא מצא אחד כזה – אילן בלך, אשר היה מומחה בהשתברות קרני-רנטגן. השניים החלו לפתח מודלים של מבנים שעשויים היו להפיק את תבנית ההשתברות ששכטמן צפה בה. הם בנו מודל שהיה מורכב מחלקים איקוסהדראליים; לגוף זה, האיקוסהדרון, יש סימטריה מסדר 5. ברגע שהם יצרו את המודל הזה, מחשבותיהם החלו להתכנס לעבר מאמר של מק’קי מלפני שני עשורים שפרסם מבנה איקוסהדראלי שלא היה חלק מהקריסטלוגרפיה הרגילה.

התמיכה של בלך עודדה את תקוותיו של שכטמן. היה לפחות מדען אחד שהיה שותף לאמונתו של שכטמן כי למרות שהממצאים של ניסוייו היו בלתי-צפויים, הם אומנם היו אמתיים. היות ואף אחד אחר לא האמין בממצאיו של שכטמן, הוא לא ניסה לנסח את תצפיותיו בצורת מאמר. שכטמן היה מצוי במצב מסוכן. ראש קבוצת המחקר שלו חשש שהוא יצטרך להגן על המוניטין של קבוצתו באמצעות התנגדות לממצאיו של שכטמן ובסופו של דבר החליט לסלק אותו מקבוצת המחקר שלו. בטכניון עצמו, שכטמן עדיין לא כיהן כפרופסור מן המניין והוא לא הרגיש כי יש אווירה מספיק תומכת בשביל לקחת צעד קדימה, שיהיה בר-סיכון.

מדען מבוסס יותר היה אולי נחפז לפרסם ממצאים כעין אלו שמא אחרים יקדימו אותו בכך. מהצד השני, מדען מבוסס יותר היה עשוי להיות גם זהיר מאוד בבואו לפרסם תגלית שאחרים מחשיבים כבלתי-אפשרית. שכטמן היה משוכנע כי יש בידו תצפית חדשנית, אולם הוא היה מוטרד מכך שאין בידו האפשרות לספק הסבר אמין עבורה, ותחושה זו ריסנה את כוונתו לפרסם אותה. לאחר תקופת מה, הוא ובלך הציעו מודל מבנה שעשוי להפיק באופן ממוחשב את תבנית ההשתברות שבה צפה שכטמן. כאשר שכטמן החליט בסופו של דבר להגיש את כתב היד שבו הוא ובלך הסבירו את הניסוי שלהם, המעשה היה באורח הססני. המידע היה שם, אולם קורא בלתי-מיומן יכול היה שלא להבחין בו, מאחר והוא היה קבור תחת הררי מידע בנוגע למערכת החמרן-מנגן. למרות שהמאמר היה דומה יותר לדו”ח במטלורגיה, הוא הוגש לפרסום בתחום הפיסיקה, בכתב העת המדעי Journal of Applied Physics. העורך הראשי של כתב-העת החזיר לשכטמן תשובה שלילית שבה הוא קבע כי כתב-היד אינו מתאים לסוג כתב-העת שלו – ובאופן בלתי ייאמן – כי הממצאים לא יעניינו פיסיקאים. מעניין לדעת מה חשב לעצמו אותו העורך לאחר מספר מועט של שנים כאשר הגיע גודש של מאמרים בנושא זה, גם על-ידי פיסיקאים, לאחר ששכטמן הצליח בסופו של דבר לפרסם את הניסוי שלו.

כתב-היד של שכטמן ובלך לא נוסח באופן פשוט, כך שגם להם, בנוסף לעורך, הייתה האחריות לכישלון פרסומו. אולם, אין זה נדיר כל-כך שכה קשה לפרסם תגלית מרעישה ומקורית. כמובן, שמאמרים גרועים צפויים להידחות. אולם, לעיתים קרובות זהו גורלו של כתב-יד המדווח על תוצאות חדשניות במיוחד. שמרנות זו קיימת בהתנהלותם של כתבי-העת היוקרתיים ביותר ובצורה הבולטת ביותר. מאחר וכתב-היד של שכטמן-בלך אכן היה מנוסח יותר כדו”ח בנוגע למחקרים במטלורגיה מאשר בפיסיקה, הם החליטו להגיש אותו שוב לכתב-עת בתחום המטלורגיה שבו הוא אכן הופיע בהמשך, אולם לפרסום זה לא הייתה כל השפעה על ההתפתחויות בעתיד.

שכטמן ידע כי הוא נדרש לא רק להסבר מתקבל על הדעת לתופעה שהוא חזה בה, אלא שהוא צריך גם לשפר משמעותית את הצגת הממצאים שלו. זו הסיבה בגינה הוא פנה לבקשת סיוע מג’ון קהאן, מדען אמריטוס שעבד באותה המחלקה בה שהה שכטמן במכון הלאומי האמריקאי לתקנים. קהאן הכיר את התגלית של שכטמן, אולם במשך שנתיים ארוכות גם הוא לא האמין בחדשנותה. עכשיו הוא שינה את דעתו, ושכטמן, שהיה אסיר תודה לו על כך, הזמין את קהאן להיות כותב-שותף של המאמר. בשלב זה, קהאן עצמו הוסיף כותב נוסף, דניס גראטיאס, קריסטלוגרף מתמטי צרפתי צעיר אשר סייע בעיצוב הצורה המתמטית של הממצאים. המודל של בלך לא נכלל במאמר זה, אולם שכטמן הוסיף את שמו מתוך נאמנות מקצועית. הם שלחו את כתב-היד החדש לכתב-העת היוקרתי Physical Review Letters, שם הוא אושר לפרסום ללא דיחוי, והופיע בתאריך הארבעה עשר בנובמבר 1984.

המאמר נשא כותרת בלתי-מזיקה למראה: “מצב מתכתי בעל סדר כיווני ארוך-טווח ללא סימטרית העתקה”. ההשפעה של המאמר הייתה עצומה, כאילו נפתח סכר כביר. מדענים, בעיקר תיאורטיקנים, חקרו סוגיות קרובות, ואלו שהיו בקיאים בספרות העדכנית יכלו בקלות לקשור את עבודתם לדפוס פנרוז, לתרשים ההשתברות של מק’קי ולתגליתו של שכטמן.

בתוך שבועות מפרסום מאמרו של שכטמן, הופיע מאמר נוסף – תיאורטי לחלוטין – באותו כתב-העת פרי עטם של דב לוין ופול שטינהארדט מאוניברסיטת פנסילבניה. כתב-העת של לוין-שטינהארדט הגיע בתאריך השני בנובמבר – כלומר, פחות משבועיים לפני פרסום מאמרו של שכטמן, ועובדה זו לא הייתה מקרית. הנסיבות מוכרות מתוך דבריו של לוין עצמו. הם הכירו את כתב-היד של שכטמן כבר בחודש אוקטובר בזכותו של פרופסור מהרווארד שאליו נשלח עותק של המאמר מקהאן. עד לאותו הזמן, לוין ושטינהארדט כבר הפיקו הדמית תבנית השתברות שדמתה לתבנית הניסוי של שכטמן. לוין ושטינהארדט הבינו כי עליהם למהר עם פרסום התיאוריה שלהם מאחר והם הבינו כי התגלית הניסויית של שכטמן תוביל להתעניינות רבה.

מאמרם של לוין ושטינהארדט נשא כותרת אלגנטית – “גבישים כמו-מחזוריים (Quasicrystals): משפחה חדשה של מבנים סדורים”, ובכך הוא העניק לראשונה את השם למבנים החדשים שהובילו לקבלת תבנית ההשתברות של שכטמן. יש הטוענים כי הענקת שם לתגלית עשויה להיות חשובה כמידת הגילוי עצמו. תגלית מדעית מופיעה במוקדם או במאוחר בכל מקרה, ואם לא בזכות מדען זה, אזי בזכות מדען אחר. בניגוד לכך, הענקת שם לתגלית מהווה פעולה השייכת בלבדית לאותו אדם הטבע את השם, והיא ייחודית לו. ועדיין, לא ניתן להכחיש כי התגלית עצמה ולא השם שלה היא המשפיעה על המדע ועל יישום פירותיה. יש לזכור זאת, מאחר ובמקרה של תגלית הגבישים הכמו-מחזוריים, התגלית, שלה הוענק לראשונה השם על-ידי לוין ושטינהארדט, הייתה יכולה להיות אבודה בינות לפרטים. במאמרם הראשון של לוין ושטינהארדט, שנכתב בברור לנוכח ההשפעה של שכטמן, תגליתו של שכטמן מהווה את מראה המקום העשירי מכלל 13 מראי המקום.

הגילוי של גבישים כמו-מחזוריים היה מאורע חשוב בתחומי הפיסיקה, הקריסטלוגרפיה, מדעי החומרים, הכימיה והמתמטיקה, ונתן השראה אפילו לאמנים היוצרים פסלים וציורים המתארים את המבנים החדשים הללו. דפוסי פנרוז הפכו לעיטורים אהודים. סיפור הגבישים הכמו-מחזוריים מדגים את יחסי-הגומלין המורכבים שבין תחומים שונים במדעים לבין פעילויות האדם. היו מדענים, כדוגמת אלן מק’קי, שהיו הרבה יותר מוכנים נפשית לתגליתו של שכטמן מאשר שכטמן עצמו, אולם, לזכותו של שכטמן ייאמר כי מרגע שהוא גילה את ממצאיו הוא החל לטפל בהם באורח מנוסה. הוא בהחלט הטביע את חותמו בדברי הימים של תחום החומרים. מלבד הכשרתו במדע החומרים, אשר כללה התמחות בהשתברות קרני-רנטגן ובמיקרוסקופיה אלקטרונית, העקשנות וההתמדה של שכטמן היו כנראה התכונות החשובות ביותר שהובילו אותו להשלמת תגליתו למרות הלעג והדחייה מכיוונם של “מומחים”.

למרות שחלקים גדולים מהקהילייה המדעית קיבלו את התגלית של גבישים כמו-מחזוריים כצורה חדשה של חומרים, מספר מדענים נכבדים במיוחד נמנעו מכך במשך שנים רבות. כפי שאמר מקס פלנק אשר פיתח את תיאוריית הקוונטים – אחת מהתגליות החשובות ביותר במדע של המאה העשרים – “אמת מדעית חדשה אינה כובשת את הלבבות באמצעות שכנוע המתנגדים לה “לראות את האור”, אלא מאחר והמתנגדים לה, בסופו של דבר, מתים, וגדל לו דור חדש המכיר אותה.” הדבר נכון גם עבור התגלית של הגבישים הכמו-מחזוריים.

שכטמן חווה תסכול רב במהלך המחצית השנייה של שנות השמונים. המתנגד העיקרי לקבלה הכלל-עולמית לקיומם של הגבישים הכמו-מחזוריים היה לינוס פאולינג, ללא ספק אחד מהכימאים הדגולים של המאה העשרים. עד למותו הוא החזיק בטענתו כי מה ששכטמן צפה בו לא היה אלא גבישים תאומים וכי גבישים כמו-מחזוריים פשוט אינם קיימים. פאולינג עצמו היה בוגר השיטה של קריסטלוגרפיית קרני-רנטגן, אולם הוא לא ממש האמין בקריסטלוגרפיה אלקטרונית, ואילו שכטמן ערך את ניסוייו בקריסטלוגרפיה אלקטרונית. עמדתו של פאולינג היא שהניאה את שכטמן יותר מכל עמדה אחרת, היות ופאולינג היה אוטוריטה גדול בתחומו, ואפילו רבים מאלו שהיו מקבלים את טענתו של שכטמן, נמנעו מכך מתוך רצון שלא לפגוע בפאולינג על-ידי בחירת הצד של מתנגדיו.

פאולינג נותר מעודכן בנוגע להתפתחויות חדשות במדע אפילו כאשר התעניינותו העיקרית סטתה לנושאים אחרים. כאשר הוא שמע על תגליתו של שכטמן, הוא ביקש משכטמן פרטים נוספים אשר נמסרו על-ידו. כאשר פאולינג הציע לשכטמן לערוך ניסויים נוספים, שכטמן נענה לו וניסח את התוצאות שלו במאמר אישי רק עבור פאולינג. לפאולינג לא הייתה בעיה עם ניסויו של שכטמן, אלא רק עם פרשנותו לתצפיותיו. בסופו של דבר, שכטמן ביקר אצל פאולינג והציג בפניו באופן אישי את הממצאים שלו. לפאולינג היו שאלות רבות, אך הוא לא השתכנע.
הם התראו שוב ושוב בכנסים, תמיד לבביים אחד כלפי השני, אך מעולם לא הגיעו להסכמה. הפגישה האישית האחרונה של שכטמן עם פאולינג נערכה בהרצאה חשובה שנשא פאולינג, שבה הוא הזכיר את הגבישים הכמו-מחזוריים ובאופן השלילי ביותר. שכטמן עצמו נכח שם בקהל, ולא היה מוכר למי מהסובבים אותו. בעיני רוחו של שכטמן, במאורע זה פאולינג דמה יותר לפוליטיקאי ולדרשן המתמוגג מהערצת ההמונים אליו, מאשר למדען.

פאולינג עשה כמיטב יכולתו על מנת לפקפק בתגלית הגבישים הכמו-מחזוריים ונקב בשמו של שכטמן מבלי שידע שהוא נוכח בקהל. כאשר שכטמן לא יכול היה לספוג זאת יותר, הוא פנה לשכניו בקהל והכריז כי פאולינג שוגה. התגובה שלהם כלפי אמירתו זו הייתה קרובה ממש למהלומות פיסיות אתו.

נקודת מפנה חשובה עבור קבלת קיומם של מבנים לא-מחזוריים הגיעה בשנת 1987 כאשר הוכנו גבישים כמו-מחזוריים מספיק גדולים לשמש בניסויים של השתברות קרני-רנטגן. שכטמן הציג את הממצאים החדשים הללו בכנס של ההתאחדות הבינלאומית לקריסטלוגרפיה בפרת’, אוסטרליה. הקהל שוכנע על-ידי התוצאות ומיד לאחר מכן, כונן ועדה שתגדיר מחדש את המושג “גביש” על-מנת לכלול בתוכו את החומרים החדשים של שכטמן שכונו מנקודה זו ואילך גבישים כמו-מחזוריים.
אנשים מכנים לעיתים את שכטמן “טיפוס” וטוענים כי הוא בעל יכולת לקטב את האנשים הסובבים אותו. הוא עשוי להיות גמיש בסוגיות רבות שאותן הוא מחשיב כבלתי-חשובות; במקרים אחרים הוא דעתן ביותר ונראה כי הוא אינו נכנע ללחץ חברתי. הוא מוקיר את העצמאות שלו, נוטה שלא לקחת דברים מאנשים אחרים וכעיקרון אינו מוכן להיות חייב משהו למישהו שאינו נמנה עם חבריו הקרובים.

מרגע שהתגלית של הגבישים הכמו-מחזוריים הופיעה בשנת 1984, חייו של שכטמן השתנו. הוא הפך לידוען, בחו”ל כמעט מידית, ולאחר מכן בהדרגה גם בישראל. בתחילה היו אלו אמצעי-התקשורת הלא-מדעיים אשר חשפו אותו, וכך עיתון “הארץ” פרסם מאמר בעמוד השער שלו על אודות שכטמן ותגליתו. בשלב הבא הוא החל לקבל הזמנות להרצאות בישראל, נבחר כחבר באקדמיה הלאומית למדעים, וזכה בפרסים המכובדים ביותר במדינה בנוסף להכרה בינלאומית בו. היו תקופות בהן הוא נשא כשלושים הרצאות מוזמנות מדי שנה, ברחבי העולם כולו. הוא הפך לפרופסור מן המניין בשנת 1987.

היישומים של הגבישים הכמו-מחזוריים החלו לצוץ הרבה יותר לאט מאשר צפו המדענים. עדיין יש תקווה לפיתוח יישומים בתחומים של ייצור כלי-מטבח מצופים בגבישים כמו-מחזוריים. חלק מהמדענים סבורים כי יתרונותיו גדולים משל החומר טפלון, במיוחד בשל קשיחותו הרבה יותר ויכולתו שלא להישרט או להתקלף, וזאת בניגוד לטפלון. שכטמן מעולם לא היה שותף לבקשות פטנטים הקשורים לתגליתו.

עד מהרה התחום של גבישים כמו-מחזוריים החל להתפתח יותר ממה ששכטמן יכול היה אי פעם לדמיין עבורו. ודאי מפעים אותו לראות את ההתפתחות של התחום: המפגשים, הספרים וקבוצות המחקר העוסקות בכך בכל רחבי העולם. תוך זמן קצר מפרסומה של התגלית, נושאי המחקר העיקריים של שכטמן הוסטו לתחומים אחרים, מאחר והוא לא הצליח להשיג מימון למחקר הגבישים הכמו-מחזוריים שלו. כנראה שהוא היה פחות עקשן בגיוס כספים מאשר בדבקותו ברעיון תגליתו. ייתכן גם שהסיבה הייתה נעוצה בכך שהוא התעניין בהרפתקאות ובתגליות חדשות. למרות זאת, לאחר תקופת מה שכטמן חזר לתחום הגבישים הכמו-מחזוריים שבה הוא נחשב כעת לדגול מכולם – לא בשל גילו אלא בזכות סמכותו המקצועית.

כיצד ומדוע חתן פרס הנובל לכימיה לשנת 2011 דן שכטמן התעקש למרות שנדחה?

פרופ’ הרגיטאי בראיון לאתר הידען במרס 2011: לתגלית הקוואזי גבישים של פרופ’ דן שכטמן יש השלכות על הכימיה, הפיזיקה, הנדסת החומרים ואפילו על האמנות

לדף הספר באתר ההוצאה