"מנהיג הגרילה" של הידע

קרל שוורצשילד נולד ב-9 באוקטובר 1873 בפרנקפורט שבגרמניה. הוא היה הבכור משישה אחים ובנו של איש העסקים המצליח מוזס מרטין שוורצשילד ואשתו הנרייטה. המשפחה היתה חברה מכובדת בקהילה היהודית של פרנקפורט כבר מהמאה ה-16, וקרל למד בבית ספר יסודי יהודי.

בניגוד לשאר משפחתו, שהיו בעלי נטיות אמנותיות, קרל החל להתעניין במדע מגיל צעיר, אחרי שאביו הפגיש אותו עם את חברו המתמטיקאי תיאובלד אפשטיין, שעסק באסטרונומיה כתחביב עם בנו, פאול. קרל הצעיר נדבק בלהט שלהם לנושא והחל לקרוא כל מה שיכול היה על הפיזיקה של תנועת הכוכבים. הוא אפילו בנה טלסקופ בעצמו. עוד בטרם מלאו לו 16 פרסם שני מאמרים על כוכבים כפולים בכתב העת החשוב Astronomische Nachrichten (חדשות האסטרונומיה), שעדיין פעיל כיום. לאורך כל חייו הוא הפגין יכולות גבוהות הן בפיזיקה תיאורטית, הן באסטרונומיה ניסויית.

כשהתבגר, למד שוורצשילד באוניברסיטת שטרסבורג בצרפת, שם התמקד בהיבטים מעשיים של אסטרונומיה. לאחר מכן סיים תוך שלוש שנים דוקטורט בהצטיינות באוניברסיטת מינכן.

לאחר הדוקטורט החל לעבוד כעוזר מחקר במצפה הכוכבים קופנר (Kuffner) ליד וינה. שם הוא גילה את הפוטנציאל של טכנולוגיית הצילום, שהייתה אז חדשה יחסית, לתצפיות אסטרונומיות – שעדיין נעשו באופן ידני לחלוטין, והאסטרונומים רשמו את מה שעיניהם רואות. לתיעוד הצילומי יש יתרונות רבים על פני העין האנושית, למשל העובדה שהוא משאיר תיעוד קבוע ובלתי תלוי בצלם, ושאפשר לצלם כוכבים שאינם נראים לעין אדם בעזרת זמני חשיפה ארוכים של לוח הצילום לאור הכוכבים.

טכנולוגיית הצילום המדעי, או פוטומטריה, והרקע התאורטי שלה, לא היו מפותחים כלל באותן שנים, ושוורצשילד תרם לשניהם רבות. בזכות פיתוחיו הפוטומטריים בעת עבודתו במצפה, הוא הצליח לבצע מדידות חסרות תקדים על כוכבים קֶפֶאידיים, שהם כוכבי ענק פועמים, שגודלם הנראה לנו  ועוצמת האור שלהם משתנים באופן מחזורי. שוורצשילד מצא הבדלים במחזוריות עוצמת האור הנפלטת באורכי גל שונים (ספקטרום האור), ושיער שהם נובעים ממחזוריות בטמפרטורה שלהם. הסיבה לכך היא שעוצמת האור הנפלטת באורכי גל שונים מכל גוף לא מיקרוסקופי תלויה בטמפרטורה שלו, תופעה שנקראת קרינת גוף שחור. בזכות העבודה הזאת הוא קיבל משרת הוראה באוניברסיטת מינכן בשנת 1899.

ביצע מדידות חסרות תקדים. שוורצשילד (שלישי משמאל) עם פיזיקאים אחרים מרחבי אירופה | American Institute of Physics, SPL

רעיונות פורצי דרך

בהרצאה שנתן בשנת 1900 לפני איגוד האסטרונומיה הגרמני העלה שוורצשילד רעיון חדש ומקורי, שלפיו המרחב עקום. הוא שקל שתי אפשרויות לסוג העקמומיות שהיקום יכול להתאפיין בה וחישב חסמים תחתונים לגודל היקום לפי כל אחד מהם. כיום אנחנו יודעים כי ההנחות שעליהן ביסס את חישוביו היו שגויות, אך היחסות הכללית של אלברט איינשטיין, שפורסמה 15 שנים מאוחר יותר, הראתה שהחלל אכן עקום.

בשנת 1901 קיבל שוורצשילד משרה חדשה באוניברסיטת גטינגן היוקרתית יותר, שם עבדו מתמטיקאים דגולים כמו דוד הילברט והרמן מינקובסקי. בשנים הבאות עבודתו נשאה פירות רבים. בשנת 1903 פרסם מאמרים שבהם ניסח את האלקטרודינמיקה (תורת השדה החשמלי והמגנטי) מנקודת המבט של עקרון הפעולה המינימלי. ניסוח כזה אינו מקובל כיום, אך כן נעשה בו שימוש בפיתוח האלקטרודינמיקה הקוונטית, שזיכתה את מפתחיה בפרס נובל בפיזיקה ב-1965. כך שבמובנים מסוימים שוורצשילד הקדים את זמנו.

בנוסף החל שוורצשילד להתעניין במבנה השמש והוביל בשנת 1905 משלחת שיצאה לאלג'יריה כדי לצלם ליקוי חמה מלא. מדידות הספקטרום של קרני השמש המבצבצות מסביב לירח אפשרו לו להפיק תובנות על ההרכב הכימי של השמש.

ב-1909 השתנו חייו של שוורצשילד פעמיים: הוא התמנה למנהל מצפה הכוכבים בפוטסדם, ליד ברלין, תפקיד שנחשב למשרה הגבוהה ביותר לאסטרונומים בגרמניה, והתחתן עם אלזה רוזנבך. בנם השלישי, מרטין, יהיה בעתיד פיזיקאי בעצמו. למשרה הבכירה נלוו חובות בירוקרטיות משמעותיות שאולי פגעו בתפוקה המדעית של שוורצשילד באותן שנים. עם זאת, זה לא הפריע לו להיבחר כעבור ארבע שנים לחבר באקדמיה הגרמנית למדעים

בנאום הקבלה שלו הדגיש שוורצשילד את החשיבות שהוא  מייחס לקשר בין המדע התיאורטי והמדע המעשי: "מתמטיקה, פיזיקה, כימיה ואסטרונומיה צועדים כולם בחזית אחת. מי שמשתרך מאחור נגרר קדימה. מי שמאיץ לפני כולם, עוזר להם להתקדם... [בגטינגן] מקובלת הסיסמה שלפיה מתמטיקה, פיזיקה ואסטרונומיה מרכיבים גוף ידע אחד, שכמו התרבות היוונית אפשר להבין אותו רק כמכלול שלם".

הרוח הרעה של המלחמה

בשנת 1914 פרצה מלחמת העולם הראשונה, ושוורצשילד בן ה-40, שהיה פטריוט גרמני, התנדב לשירות צבאי. תחילה הוצב בבלגיה, שם היה אחראי על תחנת מזג אוויר, ובהמשך סופח ליחידת ארטילריה וחישב מסלולי רקטות, קודם בצרפת ואחר כך ברוסיה.

במהלך המלחמה הוא פרסם שני מאמרים שנחשבים לתרומתו המפורסמת ביותר למדע. בראשון הציג את הפתרון המדויק הראשון למשוואת איינשטיין בתורת היחסות הכללית, המתארת את הקשר בין נוכחות מסה נקודתית לעקמומיות המרחב בסביבתה. איינשטיין הודה כי הופתע מאוד לגלות שהמשוואה המסובכת שלו מאפשרת פתרון כה פשוט.

במאמרו השני חישב שוורצשילד את שדה הכבידה סביב כדור נוזלי, בהתאם לצפיפותו. הוא הראה שקיים אזור ממרכז הכדור עד מרחק מסוים ממנו – שכיום נקרא רדיוס שוורצשילד – שאם נדחס לתוכו את כל מסת הכדור אזי כוח הכבידה יהיה כה גדול (כלומר המרחב כה עקום) עד שאפילו קרן אור לא תוכל לברוח ממנו. המודל מתאר בעצם חורים שחורים ומסביר מדוע אי אפשר לראות אותם באופן ישיר.

למרבה הטרגדיה, בעת שהיה בחזית פיתח מחלה אוטואימונית חשוכת מרפא בשם פמפיגוס. הוא חזר לביתו והלך לעולמו חודשיים לאחר מכן, ב-11 במאי 1916.

הפיזיקאי והפילוסוף ארתור אדינגטון ספד לו: "הטווח הרחב של תרומתו לידע ראוי להשוואה עם זה של פואנקרה; אך נטייתו של שוורצשילד היתה מעשית יותר, והוא התענג מתכנון מכשירים ושיטות כמו שנהנה מניצחונות אנליטיים... אושרו היה טמון ביכולת להתפרס ללא מצרים על פני מרבדי הידע, וכמו מנהיג גרילה, מתקפותיו היכו במקומות המפתיעים ביותר".