Transcript ב 8 באפריל 1982 הכניס פרופ' דן שכטמן למיקרוסקופ האלקטרוני דוגמת מתכת שיצר וגילה שהמבנה שלה לא תואם את הידע המדעי.

‫ב ‪ 8‬באפריל ‪ 1982‬הכניס פרופ' דן שכטמן למיקרוסקופ האלקטרוני דוגמת‬
‫מתכת שיצר וגילה שהמבנה שלה לא תואם את הידע המדעי על מבנה‬
‫החומר‪.‬‬
‫לקח לו שנים לשכנע את העולם המדעי בנכונות התגלית ובעקבות כך‬
‫נפתחו אופקים חדשים בחקר הגבישים‪.‬‬
‫פרופ' שכטמן זכה בפרס הנובל על התגלית ועל נחישותו‪.‬‬
‫פרופ' שכטמן יצר חומר שלאחר כמה שנים קיבל את השם "קוואזי‪-‬‬
‫גביש"‬
‫קוואזי )‪ (Quasi‬היא מילה לטינית שפירושה "כְּמֹו"‪.‬‬
‫שכטמן יצר חומר שאבני הבניין שלו סימטריים ומסודרים אבל לא‬
‫מחזוריים‪.‬‬
‫קוואזי גבישים הם גבישים בעלי "כמו" מחזוריות‪.‬‬
‫מה הם "סדר"‪" ,‬סימטריה" ו"מחזוריות"?‬
‫ומה הקשר בין המושגים האלה למבנה החומר?‬
‫ניקח שני ניירות משבצות שקופים ונניח אותם אחד על השני כאשר הקווים‬
‫חופפים‪.‬‬
‫נזיז את הנייר העליון משבצת אחת ימינה‪.‬‬
‫עכשיו‪ ,‬לא משנה איפה נסתכל עם ניירות המשבצות‪ ,‬כל הקווים יהיו חופפים‪.‬‬
‫זו היא מחזוריות‪.‬‬
‫גם סיבוב של הנייר העליון בתשעים מעלות יגרום לחפיפה מושלמת בין שני ניירות‬
‫המשבצות‪.‬‬
‫ניקח שני ניירות שקופים שעליהם משורטטים משולשים ונניח אותם אחד‬
‫על השני כאשר הקווים חופפים‪.‬‬
‫נזיז את הנייר העליון משבצת אחת ימינה‪.‬‬
‫כמו בנייר המשבצות‪ ,‬לא משנה איפה נסתכל‪ ,‬כל הקווים יהיו חופפים‪.‬‬
‫אם נסובב את הנייר ב ‪ 60‬או ‪ 120‬מעלות‪ ,‬עדיין תהיה חפיפה מושלמת‬
‫בין שני הניירות‪.‬‬
‫זו היא מחזוריות שמתבטאת בהזזה או בסיבוב‪.‬‬
‫סידור צורות על משטח בלי שיהיה ביניהם מרווחים נקרא ריצוף‪.‬‬
‫אפשר לרצף משטחים בכל מיני צורות‪ ,‬לא רק צורות גיאומטריות‬
‫"רגילות"‪.‬‬
‫כאן אנחנו רואים ציור של הצייר אֶ שֶ ר שעסק הרבה בנושא הריצוף‪.‬‬
‫ישנו משפט מתמטי שקובע שאם נרצף משטח עם עותקים זהים של‬
‫צורה כך שלא יהיו מרווחים ביניהם‪ ,‬הזוויות היחידות שבהן אפשר‬
‫לסובב את הריצוף כך שיחזור על עצמו במדויק הן ‪900 ,1200 ,1800‬‬
‫ו‪ ,600-‬שהן חלוקה של מעגל שלם ל ‪ 4,3,2‬ו ‪.6‬‬
‫במשך מאות שנים ניסו מתמטיקאים ליצור ריצוף עם מחומשים שבו‬
‫מתקיימת מחזוריות‪.‬‬
‫הם לא הצליחו‪.‬‬
‫יותר מאוחר הוכח שריצוף מחזורי עם סימטריה מחומשת הוא בלתי אפשרי‪.‬‬
‫מכיוון שכך‪ ,‬חוקרי גבישים קבעו שאין אפשרות שיהיו גבישים בעלי סימטריה‬
‫מחומשת‪.‬‬
‫זה הוא איור מספרו של יוהאנס קפלר משנת ‪.1616‬‬
‫בפינה השמאלית העליונה של האיור אפשר לראות‬
‫ניסיון ליצירת ריצוף עם מחומשים‪.‬‬
‫בשנת ‪ 1974‬יצר המתמטיקאי פנרוז ריצוף סימטרי בעל‬
‫סימטריה מחומשת‪.‬‬
‫לריצוף של פנרוז אין מחזוריות‪ .‬זאת אומרת‪ ,‬אפשר לסובב את‬
‫הריצוף רק מנקודת המרכז כך שהוא יהיה זהה לחלוטין כמו לפני‬
‫הסיבוב‪.‬‬
‫לא קיים שום שילוב של הזזות וסיבובים סביב נקודות אחרות‬
‫שייצור חפיפה מלאה בין המקור ובין השרטוט שהוזז‪.‬‬
‫אם ניצור ריצוף פנרוז על נייר אין סופי‪ ,‬בכל מקום שנסתכל נראה‬
‫ציור מאד דומה לציור שרואים כאן‪.‬‬
‫תכונה זו נקראת סדר לטווח ארוך‪.‬‬
‫נחזור לגבישים‪.‬‬
‫מדענים משתמשים בשיטות שונות שמציגות את המבנה הפנימי של‬
‫חומרים ‪ -‬פיזור אלקטרונים ‪,‬קרני ‪ X‬או קרני נויטרונים‪.‬‬
‫בדיקת מבנה הגבישים מפיקה גראף שמציג את הסימטריה הפנימית‬
‫שלהם‪.‬‬
‫התמונה שקיבל שכטמן במיקרוסקופ היתה של גביש בעל סימטריה‬
‫מחומשת‪.‬‬
‫על פי הגדרת הגביש באותו הזמן – לא יכול להתקיים גביש בעל סימטריה‬
‫מחומשת‪.‬‬
‫שכטמן התקשה לשכנע מדענים בנכונות הממצאים שלו בגלל שסתרו את‬
‫ההגדרה המקובלת של מבנה הגביש‪.‬‬
‫הוא ניסה לפרסם מאמר מדעי והמאמר נדחה‪.‬‬
‫שנתיים לאחר הגילוי כתב שכטמן יחד עם מדענים אחרים מאמר מדעי על‬
‫התגלית והמאמר פורסם‪.‬‬
‫עוד לפני שגילה שכטמן את הגביש בעל הסימטריה המחומשת‪ ,‬המדען‬
‫אלן מק'קיי חזה את השפעת שיטת הריצוף של פנרוז על חקר הגבישים‪.‬‬
‫בזמן שגילה שכטמן את הגביש‪ ,‬כתבו שני המדענים לוין ושטיינהרט‪ ,‬בלי‬
‫שידעו על תגליתו של שכטמן‪ ,‬מאמר תיאורטי המתאר את הגביש של‬
‫שכטמן‪.‬‬
‫כאשר נודע להם על המאמר של שכטמן הם הזדרזו לפרסם את המאמר‬
‫שלהם‪ .‬הם העניקו לגביש התיאורטי בעל סדר לטווח ארוך אך ללא‬
‫מחזוריות את השם "קוואזי‪-‬גביש"‪.‬‬
‫בעקבות הגילוי של שכטמן ופיתוח המודל התיאורטי שמסביר את אופן‬
‫הריצוף שלהם‪ ,‬השתנתה ההגדרה הפורמלית של הגביש‪.‬‬
‫עכשיו ‪ -‬מוגדר גביש כחומר בעל סדר טווח ארוך שהוא לא בהכרח‬
‫מחזורי‪.‬‬
‫ההכרה של עולם המדע בקוואזי‪-‬גבישים זעזע את תחום חקר הגבישים‬
‫ופתח אופקים חדשים למדענים העוסקים בתיאוריה של מבנה הגבישים‬
‫ולמדענים העוסקים בפיתוח חומרים חדשים‪.‬‬
‫במתן הפרס לפרופ' שכטמן‪ ,‬ועדת פרס הנובל מעבירה מסר חזק‬
‫למדענים ברחבי העולם שמעודד אותם לא לוותר ולהתעקש על דעתם‪,‬‬
‫למרות שהיא עשויה לא להיות מקובלת‪.‬‬
‫העיסוק בתגלית של שכטמן חושף את הציבור הרחב לנושאים מעניינים‬
‫כגון מבנה החומר‪ ,‬סימטריה וריצוף ומתגלים קשרים מעניינים בין מדע‪,‬‬
‫אמנות ואסתטיקה‪.‬‬
‫הגנים הבהאים‬
‫חיפה‬
‫ריצוף במקדש אלהמברה‬
‫ספרד‬
‫רוצים לדעת עוד?‬
‫באתר מוזיאון המדע תמצאו כתבות מהעיתונות‪ ,‬אתרים ומאמרים‬
‫מדעיים ומשחקים הקשורים לסימטריה וריצוף‪.‬‬
‫הקליקו כאן‬
‫חנוכה ‪ 2011‬במוזיאון המדע‬
‫הדגמת גבישים ‪ -‬לכבוד זכייתו של פרופסור דן שכטמן בפרס הנובל‬
‫לכימיה‪.‬‬
‫סדנא לגידול גבישים לילדים הצעירים ‪ -‬מגדלים גבישים‪ ,‬על‪-‬פי ניסוי‬
‫גידול הגבישים שביצע האסטרונאוט אילן רמון במעבורת החלל קולומביה‬
‫ולוקחים הביתה למזכרת‪.‬‬
‫הקליקו כאן לתכנית המלאה‬
‫כתיבה‪:‬‬
‫עיצוב‪:‬‬
‫חנן כהן‬
‫ואדיק באקמן‬
‫תודות‪ :‬פרופ' רון ליפשיץ – אוניברסיטת תל אביב‪ ,‬יאיר מהללאל‬