בשבוע שעבר הלך לעולמו הכימאי התיאורטי סטיוארט רייס, שתרם רבות לא רק למדע עצמו, אלא גם לדורות שלמים של מדענים שזכו להנחייתו
מדענים יש בשפע, וגם מדענים טובים לא חסרים. אבל מדענים שעשייתם נוגעת כמעט בכל נושא וסוגיה בתחום המחקר שלהם, שהצליחו להטביע חותם ניכר וגם להעמיד דורות חדשים של מדענים מצוינים – כאלה יש אך מעטים. אחד מהם היה הכימאי התיאורטי סטיוארט רייס (Rice), יהודי אמריקאי, שהלך לעולמו בשבוע שעבר והוא בן 92. רייס פרסם את המאמר האחרון שלו לפני שלושה חודשים בסך הכול, כמעט 75 שנה אחרי המאמר האקדמי הראשון שלו – שראה אור כשהיה רייס בן 18 בלבד.
פרסם את המאמר האחרון שלו לפני שלושה חודשים בסך הכול, כמעט 75 שנה אחרי המאמר האקדמי הראשון שלו. סטיוארט רייס | באדיבות קרן וולף
תחילת הדרך
סטיוארט אלן רייס נולד בינואר 1932, ברובע ברונקס בניו יורק, למשפחה יהודית. אביו היה מהנדס, מה שהשפיע, לדבריו, על העניין המוקדם שלו במדע. השפעה נוספת סיפקה מלחמת העולם השנייה, שהביאה עימה שלל התפתחויות מדעיות וטכנולוגיות – ורבות מהן היו מכשירים מכניים. "חפצים ביתיים רבים אז היו מכניים ולא אלקטרוניים, והם התאימו גם לפירוק וגם להרכבה מחדש," סיפר רייס לפני כמה שנים בריאיון. "כך שאם הייתה לך נטייה בכיוון הזה, היה קל לפתח עניין באופן שבו דברים עובדים".
בעידן שבו הייתה פחות מודעות לסכנות בטיחותיות, הייתה לסטיוארט הצעיר גישה כמעט בלתי מוגבלת לחומרים כימיים, מה שאִפשר לו לממש את העניין שלו בכימיה גם בניסויים של ממש: "נסעתי למרכז מנהטן ויכולתי לקנות כל דבר. יכולתי לקנות כל כימיקל באשר הוא. היום לגמרי בלתי אפשרי לעשות זאת, אבל אז היה לי היצע בלתי מבוטל של דברים אסורים".
כנער, למד רייס בבית הספר למדעים בברונקס. עיון בהיסטוריית הפרסומים שלו מראה שכבר אז הוא התעניין במדע: הוא פרסם מאמר תחת הכותרת "World Aviation Statistics" (סטטיסטיקות תעופה בעולם) בכתב עת מקצועי בשם Air Affairs כבר בשנת 1947, כשהיה בן 15 בלבד. בספר המחזור שלו מצוין שהוא היה פעיל בנבחרת הכימיה ובנבחרת חקר הסרטן של בית הספר – פעילות שאפשר לראות בה רמז להמשך. וההמשך אכן הגיע זמן קצר לאחר מכן, כאשר החל רייס את לימודיו לתואר ראשון בכימיה באוניברסיטה הציבורית ברוקלין קולג'.
החל את לימודיו לתואר ראשון בכימיה בברוקלין קולג'. ספריית האוניברסיטה | ויקימדיה, Beyond My Ken
מביוכימיה לריבוי תחומי עניין
עוד לפני שהשלים את לימודי התואר הראשון רייס כבר פרסם, כאמור, מאמר מדעי, שעסק בביוכימיה של צמיחת שורשים. בהמשך למד באוניברסיטת הרווארד לתואר שני, וכן לדוקטורט בהנחיית פול דוטי (Doty). עבודת הדוקטורט שלו עסקה במעבר של מולקולות DNA בין צורת הסליל הכפול האופיינית לבין צורה של סליל אקראי (helix-coil transition), בהרס ה-DNA, ובשימור צורת הסליל הכפול כאשר ה-DNA שורה בתמיסות. אחרי פוסט-דוקטורט בהנחיית ג'ון גמבל קירקווד (Kirkwood), כימאי ופיזיקאי נודע שהלך לעולמו בגיל צעיר, הצטרף רייס לסגל אוניברסיטת שיקגו ב-1957, ושלוש שנים לאחר מכן, כשהוא רק בן 28, כבר היה לפרופסור מן המניין במחלקה לכימיה.
אפשר שהתמקדותו של רייס ב-DNA, פולימר ייחודי בצורתו ובתפקודו, הובילה אותו להמשיך לחקור סוגים שונים של פולימרים – מולקולות ענק שמורכבות ממספר רב של יחידות מחוברות זו לזו. מאמריו הראשונים עסקו במבנה של פולימרים, בעיקר פולי-אלקטרוליטים – מולקולות שהן גם פולימרים וגם אלקטרוליטים, כלומר מאפשרות הולכה חשמלית בעזרת תנועה של יונים – חלקיקים בעלי מטען חשמלי. הוא היה שותף לחיבור הספר Polyelectrolyte Solutions – מקור מכונן בנושא, שנמצא בשימוש עד היום. נושא נוסף שעניין אותו באותה עת היה תנועה של נוזלים, שהתפתח לעניין רחב יותר במכניקה של זורמים, במעברי פאזה – שם כולל למגוון תופעות פיזיקליות, שבכולן החומר משנה את מצבו – ומאוחר יותר גם בחקר המים. הוא ותלמידיו השתמשו בסימולציות כדי לחקור צורות והיבטים שונים של קרח, בין השאר תוך חקר יחסי הגומלין שבין האור לקרח. מחקריהם לימדו אותנו רבות על תכונותיו של החומר היסודי הזה.
מאמריו הראשונים עסקו במבנה של פולימרים, בעיקר פולי-אלקטרוליטים. סודיום פוליאקרילט, דוגמה של פולי-אלקטרוליט | Molekuul / Science Photo Library
יהלכו שתיים יחד
בשנים הבאות, דרכו המחקרית של רייס – אולי כהמשך ישיר לעיסוק ביחסי הגומלין שבין אור לקרח – הובילה אותו לחקור את יחסי הגומלין שבין אור לחומרים באשר הם. בשנות השישים הוא עסק במעברים לא-קרינתיים בחומר: מקרים שבהם אלקטרונים במולקולות עוברים בין רמות אנרגיה בשל בליעה של אור, אך לא פולטים אור כחלק מהמעבר. במקרים כאלה, יתרת האנרגיה מנותבת לתנועה של המולקולה בצורת ויברציות (רטיטות). באותה עת לא היה הסבר מניח את הדעת לקשר שבין זמני החיים (משכי הזמן האופייניים) של חלק מהתהליכים האלה לבין אנרגיית התנועה של הוויברציות. כאן רייס ניגש לבעיה מכיוון יסודי ביותר, של גישור בין מכניקת הקוונטים, המושלת בתהליכים המיקרוסקופיים הללו, לבין המכניקה הקלאסית, שעקרונותיה לא איבדו תוקף לחלוטין: גם במערכות קוונטיות יש עדויות לתנועה בהתאם להם.
מיזוג הרעיונות הזה, תחת כותרת-העל "קירובים סמי-קלאסיים", מבוסס על שילוב בין שתי נקודות מבט: הנחת היסוד היא שחלק מהמערכת מתנהג בהתאם למכניקה הקלאסית, וחלקה האחר – לפי מכניקת הקוונטים. רייס היה מהראשונים להשתמש בקירובים הללו בכימיה. אחת הישויות המרכזיות בתחום היא חבילות גלים גאוסיות – פונקציות בעלות אופי הסתברותי, שהדינמיקה שלהן תואמת את חוקי ניוטון. הדינמיקה של חבילות גלים כאלה קשורה בעבותות לאינטגרלי המסלול של פיינמן, שממלאים תפקיד חשוב בכימיה תיאורטית.
בשנות השמונים הוביל רייס עבודות על מעברי אנרגיה בין מולקולות, שמשך הזמן האופייני להן הוא פיקו-שניות, כלומר אלפית מיליארדית השנייה. הייתה זו למעשה תחילת המחקר של תהליכים אולטרה-מהירים, שהמשיך בעבודותיו של חתן פרס נובל אחמד זווייל (Zewail). זווייל פרץ את הדרך לחקר תהליכים בסקאלה של פמטו-שניות, שהן אלפיות הפיקו-שניות. ההמשך, במובן מסוים, הוא בחקר הפיזיקה של אטו-שניות – אלפיות הפמטו – שזכה להכרה בשנת 2023, כששלושה חוקרים שתרמו לפיתוח שיטות ל"צילום" תהליכים באורך של אטו-שניות זכו על תרומתם בפרס נובל לפיזיקה.
הייתה זו תחילת המחקר של תהליכים אולטרה-מהירים, שזכה להכרה ב-2023, כששלושה חוקרים שתרמו לפיתוח שיטות ל"צילום" תהליכים באורך של אטו-שניות זכו בפרס נובל לפיזיקה. אילוסטרציה של אלקטרון חופשי מתנגש באלקטרון קשור | © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences
מדען עטור פרסים וגם מנחה מבוקש
תורת הכאוס, פני שטח, פיזור קרני רנטגן, חלבונים, אנטרופיה, דיפוזיה – כל נתיבי המחקר האלה, וכן תחומים רבים נוספים שקצרה היריעה מלפרטם, העסיקו את סטיוארט רייס לאורך הקריירה הארוכה שלו. ההוקרה לא איחרה לבוא: הוא נבחר לחבר באקדמיה הלאומית למדעים; ב-1985 זכה בפרס פיטר דביי (Debye) של האגודה האמריקאית לכימיה; ב-1999 קיבל מידי הנשיא דאז קלינטון את המדליה הלאומית למדעים, שהיא האות היוקרתי ביותר למדען בארצות הברית; ב-2011 קיבל בכנסת את פרס וולף לכימיה, לצד קשישטוף מטייאשבסקי (Matyjaszewski) וצ'ינג טאנג (Tang). בנימוקים לפרס תואר רייס כמנהיג וחוקר יצירתי, שעבודותיו שינו את טבעה של הכימיה הפיזיקלית המודרנית.
עד יום מותו היה רייס דמות נערצת באוניברסיטת שיקגו, והוא נחשב אבן יסוד במחלקה לכימיה, שבראשה עמד במשך שנים אחדות. לאחר מכן כיהן כדיקן החטיבה למדעים פיזיקליים. לצד כל הישגיו, רייס נודע גם כאדם צנוע, שהחל לאכול צהריים במועדון הסגל באוניברסיטת שיקגו ב-1957, ומאז עשה זאת מדי יום – מה שהצטבר ליותר מ-9,000 ארוחות בסך הכול, והפך אותו לאגדה מקומית. מספרים שהוא ישב בראש השולחן לא בשל הוותק, אלא פשוט כי היה אדם גבוה.
כמנחה הוא נחשב יוצא מן הכלל, ולאורך השנים טיפח דורות של תלמידים, שרבים מהם הפכו לחוקרים ידועים בזכות עצמם. בשנת 2018 הוא סגר מעגל כשהתראיין לעיתון התלמידים של התיכון למדעים בברונקס. דבריו באותו ריאיון משקפים עמדה לא שגרתית בנוגע לחינוך ולהשכלה אקדמית, לצד דאגה כנה לא רק לעתידם האקדמי של התלמידות והתלמידים, אלא גם להתפתחותם כבני אדם: "יש הרבה חרדה סביב השאלה לאיזה קולג' ללכת [...]. העיקר הוא להפיק את המיטב מהמקום שאליו תלכו, כי יש כל כך הרבה מקומות שבהם תוכלו לקבל חינוך יוצא מן הכלל, וזה תלוי רק בנכונות שלכם להגשים את עצמכם. אל לכם לחיות חיים מלאי אכזבה רק כי איזושהי רשימה שהכנתם פעם לא הושלמה".
שלושה חוקרים שהיו פוסט-דוקטורנטים בקבוצת המחקר של רייס ביססו את מעמדם כעמודי תווך בתחום הכימיה התיאורטית בישראל. רוני קוזלוב (מימין), דוד טנור (באמצע) ויהושע יורטנר | צילומים: יהונתן ברקהיים, אוהד הרכס
טביעת אצבע באקדמיה הישראלית
תלמידיו של רייס נמצאים גם באקדמיה הישראלית. שלושה חוקרים, שהיו פוסט-דוקטורנטים בקבוצת המחקר של רייס ומאז ביססו את מעמדם כעמודי תווך בתחום הכימיה התיאורטית בישראל, הם יהושע יורטנר, שעל אודותיו סיפרנו לכם ביום הולדתו ה-90; רוני קוזלוב מהאוניברסיטה העברית, שמחקריו מתמקדים בתרמודינמיקה קוונטית; ודוד טנור ממכון ויצמן למדע, שחוקר את החיבורים בין מכניקה קלאסית וקוונטית. העניין של רייס באקדמיה הישראלית לא התמצה בהכשרת הדור הבא של חוקרים: הוא גם כיהן כחבר במועצת המנהלים של אוניברסיטת תל אביב.
בראשית שנות השמונים פיתחו רייס, קוזלוב וטנור את שיטת השליטה הקוהרנטית (coherent control), שמאפשרת להכווין תנועה של מולקולות באמצעות אור – וכך לכוון תהליכים כימיים. הפיתוח התיאורטי של השלושה, שנועד להתאים ולעצב את צורת השדה החשמלי שמניע את המולקולות, זכה במרוצת השנים להכרה רחבה בקרב כימאים ופיזיקאים ניסויים. הוא נובע באופן ישיר ממשוואת שרדינגר התלויה בזמן, שהיא המשוואה היסודית של הדינמיקה הקוונטית.
בשנת 1952 נישא רייס למריאן, נישואין שהחזיקו מעמד למעלה מארבעה עשורים, עד פטירתה בשנת 1994. לזוג שתי בנות משותפות. בשנת 1997 נישא בשנית לרות, קתולית שהתגיירה, והם הביאו לעולם בן נוסף. בשנותיו האחרונות הוא היה פעיל מאוד בקהילה היהודית בשיקגו, ובמותו ישבו עליו שבעה.
היה שלום, סטיוארט רייס, האיש ששלט בכל שטחי הכימיה הפיזיקלית בת זמננו. עבודותיך, תלמידיך ואישיותך ימשיכו ללוות אותנו עוד שנים רבות.
לקריאה נוספת:
מהדורה מיוחדת של כתב העת "כימיה פיזיקלית" כהוקרה לרייס, 1995
