על קוואזי גבישים ויחס הזהב

פרס נובל שניתן לפרופ’ דני שכטמן מהטכניון מתאר את הפסיפס של הטבע

האקדמיה השבדית המלכותית למדעים החליטה להעניק את פרס הנובל לכימיה לשנת 2011 לחוקר הישראלי דן שכטמן (וויקיפדיה) (Daniel Shechtman) מהטכניון עבור התגלית של גבישים כמו-מחזוריים או קוואזי-גבישים (quasicrystals).

פסיפס מרהיב של אטומים

בקוואזי-גבישים (המונח בוויקיפדיה), אנו מוצאים את הפסיפסים המרתקים המצויים בעולם האומנות הערבי משוכפלים פעם אחר פעם ברמה של האטומים: תבניות סדורות שלעולם לא חוזרות על עצמן. אולם, התצורה שנמצאה בקוואזי-גבישים נחשבה כבלתי-אפשרית, ודן שכטמן נאלץ להיאבק בקרב עז כנגד המדע הקיים. פרס הנובל לכימיה לשנת 2011 שינה מהיסוד את הרעיון הכימי של חומר מוצק.

בבוקרו של השמונה באפריל 1982, במיקרוסקופ האלקטרוני של דן שכטמן הופיעה תמונה המנוגדת לחלוטין לחוקי הטבע. בכל חומר מוצק, החוקרים סברו כי האטומים ארוזים בתוככי גבישים בתבניות סימטריות החוזרות על עצמן באופן מחזורי שוב ושוב. עבור המדענים, מאפיין החזרה היה גורם נדרש על מנת לקבל גביש.

התמונה שקיבל שכטמן, לעומת זאת, הראתה כי האטומים בגביש שלו נארזו בתבנית שלא חזרה על עצמה. תבנית כעין זו נחשבה כבלתי-אפשרית כמו הבנייה של כדורגל באמצעות פוליגונים בעלי שש פינות בלבד, כאשר כדור מחייב את השימוש הן במחומשים והן במשושים לשם כך. התגלית של שכטמן הייתה שנויה במחלוקת ביותר. במהלך הגדרת ממצאיו, הוא אפילו התבקש לעזוב את קבוצת המחקר שלו. אולם, המאבק העיקש שלו אילץ, בסופו של דבר, את המדענים לשקול מחדש את תפיסתם בנוגע לטיבו הבסיסי של החומר.

פסיפסים בלתי-מחזוריים, כמו אלו הנראים בפסיפסים אסלאמיים מימי-הביניים של ארמון אלהמברה בספרד ובארמונות נוספים באירן, סייעו למדענים להבין כי קוואזי-גבישים דומים לכך ברמה האטומית. בפסיפסים אלו, כמו קוואזי-גבישים, התבניות סדירות – הן מתאימות לחוקי המתמטיקה – אולם הן לעולם לא חוזרות על עצמן.

כאשר מדענים מתארים את הקוואזי-גבישים של שכטמן, הם משתמשים במושג שמקורו במתמטיקה ובאומנות: יחס הזהב (המונח בוויקפדיה). מספר זה כבר הצליח לעניין את המתמטיקאים של יוון העתיקה, מאחר והוא מופיע באופן נרחב בגיאומטריה. בקוואזי-גבישים, לדוגמה, היחס שבין המרחקים השונים שבין האטומים מתייחסים לממוצע הזהב.

בעקבות תגליתו של שכטמן, מדענים אחרים הצליחו לייצר סוגים שונים של קוואזי-גבישים במעבדה וכן גילו כי קוואזי-גבישים טבעיים מופיעים בדגימות מינראליות מנהר רוסי. חברה שבדית גם מצאה קוואזי-גבישים בצורה מסויימת של פלדה, כאשר גבישים אלו מחשלים את החומר בדומה לשריון. כיום, מדענים עורכים ניסויים תוך שימוש בקוואזי-גבישים במוצרים שונים כגון מחבתות ומנועי דיזל.

פרופ’ דני שכטמן מהטכניון זכה בפרס נובל לכימיה לשנת 2011

לתגלית הקוואזי גבישים של פרופ’ דני שכטמן יש השלכות על הכימיה, הפיזיקה, הנדסת החומרים ואפילו על האמנות