יאיר זרמי

יאיר זרמי
Yair Zarmi

לידה	13 במרץ 1942 (בן 82) כפר הדר, ארץ ישראל המנדטורית
עיסוק	פיזיקאי
מקום לימודים	האוניברסיטה העברית בירושלים מכון ויצמן למדע
מנחה לדוקטורט	חיים הררי
מוסדות	מכון ויצמן למדע המכונים לחקר המדבר ע"ש יעקב בלאושטיין באוניברסיטת בן-גוריון בנגב
פרסים והוקרה	פרס החברה הבינלאומית לאנרגיה סולארית (1983)
תרומות עיקריות
חקר דינמיקה לא-ליניארית במערכות פיזיקליות יסודיות, חקר אצות חד-תאיות בגישה פיזיקלית, פיזיקה אטמוספרית ופיזיקה של הסביבה

יאיר זרמי (נולד ב-13 במרץ 1942) הוא פיזיקאי ישראלי ופרופסור אמריטוס במחלקה לפיזיקה סביבתית של המכונים לחקר המדבר באוניברסיטת בן-גוריון בנגב, מומחה לדינמיקה לא-ליניארית. ממקימי היישוב מדרשת בן-גוריון.

ראשית דרכו

יאיר זרמי נולד בכפר הדר, בן למשה זרמי (זילברשטרום) ולרבקה לבית איזנברג, וגדל בכפר סבא. אביו, שהיה בכיר בחברת סולל בונה בשרון ונמנה עם בוני בית החולים מאיר ובית ברל, נפטר בצעירותו.

את לימודיו התיכוניים עשה בתיכון כצנלסון. לאחריהם הצטרף למסלול העתודה האקדמית, ולמד לתואר ראשון בפיזיקה ובמתמטיקה באוניברסיטה העברית בירושלים. את לימודיו אלה השלים בהצטיינות ב-1962, ומיד החל בלימודי התואר השני בפיזיקה, בהנחיית פרופ' ניסן זלדס. מחקרו עסק באינטראקציות בין קונפיגורציות במודל החלקיק היחיד בגרעינים.

ב-1964 התגייס לצה"ל ושירת כקצין במרכז המחשבים הצה"לי (ממר"ם). השתחרר ב-1967 והמשיך לשרת שנים רבות במילואים כקצין תותחנים, עד הגעתו לדרגת רב-סרן.

במכון ויצמן למדע וכחוקר צעיר

עם סיום שירותו, שב זרמי לספסל הלימודים והחל את לימודיו לתואר שלישי בפיזיקה. עבודת הדוקטורט שלו, שבוצעה בהנחיית פרופ' חיים הררי והוגשה ב-1970, נשאה את הכותרת "מודלים דינמיים לאינטראקציות חזקות של האדרונים". זרמי היה תלמידו הראשון של הררי.

בשנים 1970–1972 שהה במכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech) כעמית בתר-דוקטורט. באותה תקופה פעלו שם שניים מגדולי הפיזיקאים במאה ה-20, חתני פרס נובל ריצ'רד פיינמן ומארי גל-מאן. גישת המחקר האינטואיטיבית-מפשטת של פיינמן ויחסו לחוקרים צעירים היו לקווים מנחים עבור זרמי בפעילותו המדעית.

לאחר מכן שהה כשנה במרכז למחקר גרעיני בז'נבה. בשובו לישראל, הצטרף כמדען סגל אל המחלקה לפיזיקה גרעינית במכון ויצמן, אך ב-1979 עזב את המכון ועבר למכון לחקר המדבר באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. המעבר היה כרוך בהסבה ממחקר בפיזיקה של חלקיקים אלמנטריים למחקר באנרגיית השמש והפיזיקה של הסביבה.

במכונים לחקר המדבר ותפקידים ציבוריים

כשנה לאחר מעברו לנגב, מונה לפרופסור חבר ובשנים 1982–1984 עמד בראש חטיבת האנרגיה של המכון לחקר המדבר וב-1986–1988 כיהן כראש המחלקה לפיזיקה של אנרגיה וסביבה, תחום שהוקם ביוזמתו במכונים לחקר המדבר – ולאורך השנים מרכז פיזיקאים, מתמטיקאים שימושיים ומהנדסים המנצלים את הידע המקצועי שלהם בחקר בעיות סביבה, שבחלקן הגדול הן בעיות דינמיות לא-ליניאריות. ב-1987 מונה זרמי לפרופסור מן המניין, כמינוי משותף עם המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בן-גוריון.

כיהן כחבר או כיושב ראש של ועדות מקצועיות רבות של הקרן הלאומית למדע, האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים, המועצה להשכלה גבוהה, משרד המדע ואוניברסיטת בן-גוריון בנגב, בה גם שימש במספר ניכר של תפקידי מנהל אקדמי. לאורך השנים שהה כחוקר אורח באוניברסיטת סטוני ברוק, ביוניברסיטי קולג' לונדון ובאוניברסיטת אוקספורד, ושימש כיועץ למספר תאגידים וגופים. עוד היה מעורב בהכנת התוכנית לבית הספר ללימודי מדבר והיה מנהלו השני. זוהי הזרוע החינוכית של המכונים לחקר המדבר, בה לומדים (נכון ל-2024) כ-240 תלמידי מחקר, והנחה לאורך השנים תלמידי תיכון מבית הספר התיכון לחינוך סביבתי ביישובו בפרויקטים שונים בפיזיקה, כמו אנרגיית השמש וכאוס.

ב-2010 יצא לגמלאות אך ממשיך לעסוק במחקר פעיל.

מחקר

לאורך השנים היה זרמי שותף לכתיבתם של למעלה מ-100 מאמרים שראו אור בכתבי עת שפיטים, וכן כתב 7 פרקים בספרים בתחומי מחקרו. כמו כן, כתב יחד עם עמיתו פיטר קאהן ספר העוסק בדינמיקה לא-ליניארית. מזה שנים רבות הוא מלמד באוניברסיטת בן-גוריון קורס ייחודי העוסק בתחום זה.

תורת ההפרעות ומערכות אוסצילטוריות

מחקרו של זרמי עוסק במערכות לא ליניאריות, בעיקר בפיתוח כלים ושימוש בשיטות מתורת ההפרעות, כמו גם קישורים למערכות קוונטיות. כמו כן, חוקר מערכות אוסצילטוריות שאנרגיית התנודה שלהם גדולה מאוד, ודינמיקה של סוליטונים.

פוטוסינתזה באצות חד-תאיות מנקודת מבט פיזיקלית

במקביל, עוסק זרמי בניסיון להבין בגישה פיזיקלית פשוטה היבטים מסוימים של תהליך הפוטוסינתזה ויצירת הביומסה באצות חד תאיות הנחשבות כמקור עתידי למזון לאנושות, לביו-דלק, מזון ואספקת חמצן לאסטרונאוטים בטיסות חלל, ועוד. אולם, יעילות הניצול של פוטונים באלומת האור לשם הפקת ביומסה באופן טבעי נמוכה, ויורדת עם עוצמת האור. למשל, באור שמש מלא, רק אחוזים בודדים משטף הפוטונים מנוצלים.

תהליך הפוטוסינתזה ושרשת התהליכים המובילים בעקבותיו לייצור ביומסה מורכבים ביותר. בכל אלה מעורב מספר גדול של ביומולקולות העוברות שורה ארוכה של ריאקציות כימיות. למרות המורכבות של המערכת, נראה שהגורם המרכזי ליעילות הנמוכה של ניצול הפוטונים הוא שהאבולוציה יצרה מנגנון פוטוסינתטי שהתאים, כנראה, לתנאים מלפני מיליארדי שנים: המהירות הגבוהה ביותר שהוא יכול לנצל פוטונים היא פוטון אחד כל 10 מילי-שניות, לערך.

הסיבה היא שהאנרגיה שלפוטון שנבלע מועברת מהשלב הראשון של התהליך לשלב השני על ידי יונים שמושכים אלקטרונים שעוררו על ידי האנרגיה – כל אלקטרון, על ידי פוטון אחד. להבדיל מתהליך הבליעה של הפוטון ומריאקציות של עירור האלקטרונים (כל אלה לוקחים משכי זמן קצרים מאוד), תהליך מעבר היונים מהשלב הראשון לשלב השני כרוך בדיפוזיה של היונים דרך ממברנות תוך-תאיות. הביולוגים מעריכים את השלב הזה בסדר גודל של 10 מילי-שניות.

התלות בעוצמת האור של שני גדלים שנמדדים באופן שוטף על ידי ביולוגים: קצב הניצול של פוטונים הנבלעים בשלב הראשון של התהליך הפוטוסינתטי וקצב ניצול הפוטונים בייצור הביומסה, ניתנת להסבר מתוך שיקולים פיזיקליים פשוטים שאינם כרוכים בפתרון של מערכת גדולה מאוד של משוואות דיפרנציאליות.

תוך שימוש בשיקולים פשוטים של ספירת פוטונים, לקיחה בחשבון של הסטוכסטיות של הגעת פוטונים באלומה ומשך הזמן המעכב של 10 מילי-שניות, מנסה זרמי להסביר כמה מהתוצאות הנמדדות, ואולי, למצוא דרכים לשפר את יעילות התפוקה של ביומסה במתקנים גדולים.

פיזיקה אטמוספירית ופיזיקה של הסביבה

זרמי פיתח שיטה חדשה לתאוריה של גלי רוסבי. שיתף פעולה עם חוקרים בנושאים שונים כמו ההידרודינמיקה של שיטפונות מים על קרקע שטוחה, התפלת מים בחממות, ועוד.

הקמת מדרשת בן-גוריון

זרמי ורעייתו שולמית נמנו עם מובילי המאבק להקמת היישוב מדרשת בן-גוריון. בעת הגיעם למכון לחקר המדבר, שהסתפח למוסד הממשלתי "מדרשת שדה בוקר", מי ששינו את כתובתם במשרד הפנים לכתובת המדרשה – איבדו את הזכות לבחור בבחירות לרשויות המקומיות. חלק מחוקרי המכון שאפו לקשור את חייהם למקום ולבנות בו את ביתם, מה שהיה בלתי אפשרי כי לא היו במוסד הממשלתי תוכניות לבנייה פרטית. 

הזוג זרמי ומספר משפחות נוספות הקימו את "העמותה להקמת יישוב באזור מדרשת שדה בוקר", שנאבקה קרוב לעשור בכל המוסדות הממשלתיים הרלוונטיים, עד אשר השיגה היתר לבנייה פרטית. פריצת המחסום הזה הביאה לגידול מהיר של המקום, עד שהוכרז כיישוב בתחילת שנות ה-2000. אז זכו גם התושבים לבחור בבחירות לרשויות המקומיות. נכון ל-2024 זהו היישוב הגדול ביותר במועצה אזורית רמת הנגב, והוא מונה מעל 2,000 תושבים. לפריצת המחסום הזאת הייתה השפעה מהותית על תוספות בנייה פרטית ברחבי המועצה האזורית כולה.

פרסים והוקרה

• מצטיין הוראה באוניברסיטה העברית בירושלים (1962)
• פרס מפעל הפיס (1968)
• מלגה ע"ש יוליוס בר לשהות של מדען מכון ויצמן בשווייץ (1972)
• פרס שיבא מטעם יד דוד בן-גוריון (1982)
• פרס לף-דאפי מטעם החברה הבינלאומית לאנרגיה סולארית (1983)
• מחזקי הקתדרה ע"ש פיליס וקורט קילסטוק בפיזיקה סביבתית של אזורים צחיחים (1989)
• חבר האגודה הבינלאומית לאנרגיה סולארית (עד 1990)
• חבר החברה האמריקאית לפיזיקה
• חבר החברה הישראלית לפיזיקה

חיים אישיים

זרמי נשוי מאז 1979 לשולמית, בתו של צנחן היישוב רחבעם עמיר. מתגוררים במדרשת בן-גוריון.

ספרו

• Nonlinear Dynamics: Exploration Through Normal Forms, P. B. Kahn & Y. Zarmi. Wiley, New York, 1998.

מאמרים נבחרים

פיזיקה של אנרגיות גבוהות

• Duality and the Pomeranchuk Singularity - H. Harari and Y. Zarmi, Phys. Rev. 187, 2230-2244 (1969).
• Application of the Quark Parton Model in One Particle Leptonic-Induced Reactions, M. Gronau, F. Ravndal and Y. Zarmi, Nucl. Phys. B51, 611-627 (1973).
• Constraints on Reggeon Amplitudes from Analyticity and Planar Unitarity – J.R. Freeman, G, Veneziano and Y. Zarmi, Nucl. Phys. B120, 477-516 (1977).

אנרגיה סולארית

• Analytic Models for Passively Heated House, J.M. Gordon and Y. Zarmi, Solar Energy, 27, 331-347 (1981).
• An Analytic Model for the Ling-Term Performance of Solar Thermal Systems with Well-Mixed Storage – J.M. Gordon and Y. Zarmi, Solar Energy 35, 55-61 (1985).

פיזיקה של הסביבה

• Overland Flow From a Steady Rainfall on an Infiltrating Microcatchment – Y. Zarmi, J. Ben-Asher and T. Greengard, Trans. Am. Geophys. Union, 62, No. 45 (1981).
• Wind Energy as a Solar Driven Heat Engine: A Thermodynamic Approach – J.M. Gordon and Y. Zarmi, Am. J. Phys., 57, 995-998 (1989).
• Control Pollution Buffer Zones – A new Approach to Waste Management – P.B. Kahn and Y. Zarmi, Nat. Resources Modeling 4, 381-387 (1990).
• Diversity of vegetation patterns and desertification – J. Von Hardenberg, E. Meron, M. Shchak and Y. Zarmi, Phys. Rev. Lett, 87, 198101 (1-4) (2001).
• On the meridional structure of extra-tropical Rossby waves, Y. Ashkenazy, N. Paldor and Y. Zarmi, Tellus A63, 817-827 (2011).

דינמיקה לא-ליניארית

• Minimal Normal Forms in Harmonic Oscillations with Small Nonlinearities – P.B. Kahn and Y. Zarmi, Physica D, 5, 54-65 (1993).
• Quantized representation of some nonlinear integrable evolution equations on the soliton sector – Y. Zarmi, Phys. Rev. E83, 056606 (1-6) (2011).
• Spatially Extended Relativistic Particles out of the Traveling Front Solutions of Sine-Gordon Equation in (1+2) dimensions – Y. Zarmi, PLOS ONE 11,0148993 (2016).
• A Classical limit cycle system that mimics the quantum-mechanical harmonic oscillator – Y. Zarmi, Physica D 359, 2-28 (2017).
• Nonlinear violence in Nonlinear Oscillations at High Energy – Y. Zarmi, Appl. Math. 14, 1-20 (2023).

חקר אצות

• Combined effects of Light Intensity, Light path and Culture Density on Output Rate os Siprulina Platensis(Cyanobacteria) – H. Qiang, Y. Zarmi and A. Richmond, Eur. J. Phycol., 33, 165-171 (1998).
• Synchronization of fluid dynamics related and physiological time scales and algal biomass production in the flat-plate bioreactors, Ak.K. Gebremariam and Y. Zarmi, J. Appl. Phys., 111 034904 1-11 (2012).
• Physics of ultra-high bio-productivity in algal photo-bioreactors, E. Greenwald, J.M. Gordon and Y. Zarmi, Appl. Phys. Lett. 100 18160 1-13 (2012).
• Enhanced Algal Photosynthetic Efficiency by Pulsed Light, Y. Zarmi et al., iScience 23, 101115 (2020).
• High-Intensity Pulsed Light Cultivation of Unicellular Algae: Photosynthesis Continuous in the Dark, Y. Zarmi, Heliyon, 10, e27224 (2024).

קישורים חיצוניים

• חיי המדבר, באתר "מסע הקסם המדעי", 1 במאי 2009 (באנגלית)