ארנולד זומרפלד

ארנולד יוהנס וילהלם זומרפלד
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld

ארנולד זומרפלד, 1897
לידה	5 בדצמבר 1868
פטירה	26 באפריל 1951 (בגיל 82)
ענף מדעי	פיזיקה
מקום מגורים	גרמניה
פרסים והוקרה	מדליית מטאוצ'י (1924), מדליית מקס פלאנק (1931), מדליית לורנץ (1939), מדליית אורסטד (1949)
תרומות עיקריות
קבוע המבנה הדק, מודל האלקטרונים החופשיים (מודל דרודה-זומרפלד)

ארנולד יוהנס וילהלם זוֹמֶרְפלד (Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld;‏ 5 בדצמבר 1868, קניגסברג, ממלכת פרוסיה – 26 באפריל 1951, מינכן, גרמניה המערבית) היה פיזיקאי תאורטי, חלוץ בתחום מכניקת הקוונטים ופיזיקה אטומית. לזכותו נזקף קבוע המבנה הדק, שאותו הגה בשנת 1916, כמו גם עבודה ראשונית על מספרים קוונטיים ועל קרני רנטגן, ספקטרום פליטה אטומי, ותרומות בתחומי האלקטרומגנטיות ותורת היחסות הפרטית. עבד מרבית שנותיו במכון לפיזיקה תאורטית באוניברסיטת מינכן.

במהלך שנות עבודתו במינכן, זומרפלד "גידל" מספר יוצא דופן של סטודנטים שהפכו לאחר מכן למפורסמים בזכות עצמם, כולל ארבעה דוקטורנטים ושלושה פוסט-דוקטורנטים אשר זכו בפרס נובל. הוא עצמו הוצע לפרס נובל 84 פעמים, יותר מכל אדם אחר, אך לא זכה בו מעולם.

שנותיו הראשונות

זומרפלד למד מתמטיקה ומדעי הטבע באוניברסיטת אלברטינה, שבעיר הולדתו קניגסברג. הוא קיבל תואר דוקטור (PhD) בשנת 1891, בגיל 23, תחת הנחייתו של פרדיננד פון לינדמן. ידוע כי בתקופת לימודיו השתתף בשיעורים של המתמטיקאים דויד הילברט, אדולף הרוויץ והפיזיקאי אמיל ויכרט, וכי נשארה לו צלקת מתחרות סיוף. לאחר קבלת הדוקטורט הוא נשאר בקניגסברג לשם השגת תעודת הוראה, אותה קיבל בשנת 1892. לאחר מכן שירת בצבא למשך שנה אחת בחטיבת המילואים של קניגסברג.

תחילת הקריירה

גטינגן

באוקטובר 1893 החל זומרפלד לעבוד כעוזר הוראה של תאודור ליביש במכון המינרלוגי באוניברסיטת גטינגן. בספטמבר 1894 הפך לעוזרו של המתמטיקאי פליקס קליין. בשנת 1895 כתב את תזת האביליטציה וקיבל מעמד של פריבט-דוצנט באוניברסיטת גטינגן.

לאחר ההביליטציה החל להרצות באוניברסיטה בתחומי המתמטיקה ופיזיקה מתמטית. הרצאותיו בנושא משוואות דיפרנציאליות חלקיות הוכללו בכרך השישי של ספר הלימוד שלו על פיזיקה תאורטית. בעקבות הרצאותיו של קליין על גופים מסתובבים, כתבו יחד ספר בארבעה כרכים שנקרא Die Theorie des Kreisels (תורת הסביבונים), במשך 13 השנים שבין 1897–1910. בנוסף ערך את הכרך החמישי באנציקלופדיה של המתמטיקה (Encyklopädie der mathematischen Wissenschaften) בין השנים 1898–1926.

בגטינגן הכיר זומרפלד את יוהאנה, בתו של אוצֵר האוניברסיטה וילהלם וין. בשנת 1897 התמנה זומרפלד כפרופסור בקתדרה למתמטיקה באוניברסיטת קלאוסתל-צלרפלד (Clausthal-Zellerfeld). במשרה זו הרוויח משכורת שהספיקה לחתונתו עם יוהאנה.

אאכן

בשנת 1900 קיבל זומרפלד משרת פרופסור למתמטיקה באוניברסיטת אאכן, תודות גם להתערבותו של קליין. באאכן עבד על תורת ההידרודינמיקה, עליה גם כתבו את תזת הדוקטורט לודוויג הופף (Ludwig Hopf) והייזנברג.

מינכן

ארנולד זומרפלד, שטוטגרט 1935

בשנת 1906 התמנה זומרפלד לפרופסור מן המניין וראש המכון לפיזיקה תאורטית באוניברסיטת מינכן בידי וילהלם רנטגן, ראש המכון לפיזיקה. את מינויו הגדיר זומרפלד כהזמנה ל"מרחב פעולה מיוחס". זומרפלד נשא את המשרה עד האחד באפריל 1935, אז יצא לגמלאות אך נשאר בתפקידו כמחליף זמני עד לבחירת יורשו באחד לדצמבר 1939. לזומרפלד היה מספר רב של דוקטורנטים לפיזיקה שברבות הימים הפכו למפורסמים, בהם ורנר הייזנברג, וולפגנג פאולי, פטר דביי והאנס בתה אשר זכו בפרס נובל, וגם מספר רב של פוסט-דוקטורנטים שהפכו למפורסמים, בהם לינוס פאולינג, איזידור אייזק רבי ומקס פון לאואה שזכו לפרס נובל. אלברט איינשטיין אמר לזומרפד "הדבר שאני מעריץ יותר מכל אצלך הוא שעיצבת מהאדמה מספר כה רב של כשרונות צעירים". מקס בורן גרס שבין יכולותיו של זומרפלד נמנה "גילוי ופיתוח כשרונות". זומרפלד נהג בסגנון שלא הרחיק אותו מעמיתיו לעבודה ומהסטודנטים שלו. הוא שיתף עמם פעולה במחקר ורעיונותיהם השפיעו על השקפותיו לעיתים קרובות. זומרפלד נפגש עם עמיתים וסטודנטים בבתי קפה, אירח אותם בביתו ובבקתת הסקי שלו, לעשייה בפיזיקה וספורט.

במהלך שנותיו במינכן הרבה להרצות, בפיזיקה כללית ובנושאים מתקדמים. בין השנים 1942–1951 ערך את הרצאותיו בשישה כרכים שנקראו "הרצאות בפיזיקה תאורטית". בשנת 1919 פרסם את המהדורה הראשונה של הספר "מבנה האטום וקווים ספקטרליים" (Atombau und Spektrallinien) שהיה ספר הלימוד והעזר העיקרי לפיזיקה אטומית ותורת הקוונטים באותה תקופה.

מחקריו

פיתוחיו המתמטיים בתורת היחסות הפרטית תרמו לקבלתה בידי הספקנים באותה תקופה, שבה התורה לא הייתה מבוססת כקונצנזוס מדעי.

בשנת 1914 עבד יחד עם לאון ברילואן על התפשטות גלים אלקטרומגנטיים בתווך עם פיזור.

זומרפלד עסק רבות בתורת הקוונטים והיה אחד ממייסדיה. עיקר תרומותיו ניכר בחישוב רמות האנרגיה של האלקטרונים באטום, המתבטא בספקטרום הבליעה והפליטה של האטום. דוגמאות בולטות הן:

• 1915 - תיקון זומרפלד-וילסון למודל האטום של בוהר, אשר תיקן את צורת האורביטלים של האלקטרונים באטום לצורה אליפטית במקום כדורית, ונתן ספקטרום מדויק בהרבה.
• 1916 - הגדרת קבוע המבנה העדין, שהוא מאבני הבניין של האלקטרומגנטיות וגם של אלקטרודינמיקה קוונטית, והוא אחד הקבועים שנמדדו בדיוק הרב ביותר. הדיוק בו נמדד הקבוע וחוזר על עצמו בניסויים שונים הוא אחת ההוכחות המרכזיות לתקפותה של תורת הקוונטים ובפרט האלקטרודינמיקה הקוונטית.
• 1919 - ניסוח חוק ההזזה של זומרפלד-קוסל יחד עם ולטר קוסל (Walther Kossel).‏
• 1927 - ניתח באמצעות התפלגות פרמי-דיראק את מודל דרודה, אשר מחשב מוליכות חשמלית ומוליכות חום של מתכות. הניתוח החדש פתר מספר בעיות שהיו במודל המקורי בחישוב הולכת החום. המודל החדש נקרא מודל דרודה-זומרפלד או מודל האלקטרונים החופשיים.
• בתחום האלקטרומגנטיות היו לזומרפלד מספר תרומות, אחת הבולטות היא זהות זומרפלד, המאפשרת "לפרק" גל כדורי מתפשט למרכיביו הספקטרליים - פונקציות בסל כפול גלים מישוריים בכל אורכי הגל.

תפקידים ופרסים

בשנת 1918 החליף את איינשטיין כראש האגודה הגרמנית לפיזיקה. פעילותו העיקרית בתפקיד זה הייתה הקמת כתב עת חדש לפיזיקה. בעקבות הצלחת כתב העת פוצל ממנו כתב העת לפיזיקה Zeitschrift für Physik אשר עסק בפרסום עבודה מקורית. העיתון פרסם מאמרים של פיזיקאים בעלי שם ללא ביקורת עמיתים, דבר שזירז את תהליך הפרסום עד לשבועיים מקבלת המאמר. מייחסים לעיתון ולאופן הפעילות חשיבות גדולה בהתפתחות הפיזיקה התאורטית ותורת הקוונטים בגרמניה באותה תקופה. העיתון היה הכלי המועדף על תאורטיקנים של תורת הקוונטים בעלי השקפות חלוציות לפרסום עבודותיהם.

בשנים 1928–1929 זומרפלד נסע ברחבי העולם עם עצירות מרכזיות בהודו, סין, יפן וארצות הברית.

כהכרה בהשגיו זומרפלד נבחר כחבר החברה המלכותית, האקדמיה הלאומית למדעים (ארצות הברית), האקדמיה הרוסית למדעים, וגם כחבר באקדמיות של הודו, ברלין, מינכן, גטינגן ווינה. הוא זכה לתואר של כבוד מאוניברסיטאות רוסטוק, אאכן כלכותה ואתונה.

זומרפלד זכה במדליית מקס פלאנק (1931) ומדליית לורנץ (1939) על תרומתו לפיזיקה התאורטית, ובמדליית אורסטד (1949) על תרומתו ללימוד הפיזיקה.

לאחר פרישתו ב-1935 נשאר זומרפלד בתפקידו כראש המכון לפיזיקה תאורטית עד למציאת יורשו. התהליך היה ארוך עקב הפער בין בחירת הפקולטה, למשרד החינוך ותומכי תנועת "פיזיקה גרמנית" הגזענית והאנטישמית, אשר התנגדה למה שכונה "פיזיקה יהודית" וכללה את התורות הפיזיקליות המתקדמות באותה תקופה, תורת הקוונטים ותורת היחסות. לבסוף נבחר וילהלם מילר (Wilhelm Müller) שלא היה פיזיקאי כלל. מינוי זה הוגדר כחבלה בחינוך פיזיקה בגרמניה במכתבים של דמויות בכירות בפיזיקה ובתעשייה בגרמניה אל בכירים בממשל הרייך.

זומרפלד נפטר כתוצאה מפציעתו בתאונת דרכים בשנת 1951, כאשר טייל עם נכדיו.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ארנולד זומרפלד בוויקישיתוף

הערות שוליים

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

23191779ארנולד זומרפלד