ארנולד זומרפלד

ארנולד יוהנס וילהלם זומרפלד
Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld

ארנולד זומרפלד, 1897
לידה	5 בדצמבר 1868 קניגסברג, פרוסיה
נהרג	26 באפריל 1951 (בגיל 82) מינכן, גרמניה המערבית
שם לידה	Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld
ענף מדעי	פיזיקה
מקום מגורים	גרמניה
מקום קבורה	בית הקברות הצפוני של מינכן
מקום לימודים	אוניברסיטת קניגסברג
מנחה לדוקטורט	פרדיננד לינדמן, פליקס קליין
מוסדות	אוניברסיטת מינכן (1906–1947) אוניברסיטת גטינגן (1895–1897) האוניברסיטה הטכנית של ריין-וסטפאליה באאכן (1900–1906) Clausthal University of Technology (1897–1900)
פרסים והוקרה	מדליית מקס פלאנק (1931) מדליית מאטאוצ'י (1924) חבר זר של החברה המלכותית (29 באפריל 1926) אות המסדר מקסימיליאן של בוואריה למדעים ואמנויות (1931) מדליית לורנץ (1939) מדליית ארסטד (1949)
בן או בת זוג	Johanna Sommerfeld
תרומות עיקריות
קבוע המבנה הדק, מודל האלקטרונים החופשיים (מודל דרודה-זומרפלד), קירוב זומפרלד

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, בנחייתו של פרדיננד פון לינדמן. ידוע כי בתקופת לימודיו השתתף בשיעורים של המתמטיקאים דויד הילברט, אדולף הורוויץ והפיזיקאי אמיל ויכרט (Wiechert), 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 ההביליטציה 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, בין השאר תודות להתערבותו של קליין. באאכן עבד על תורת ההידרודינמיקה, עליה גם כתבו את תזת הדוקטורט לודוויג הופף (Ludwig Hopf) וורנר הייזנברג.

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. זומרפלד הנחה מספר רב של דוקטורנטים לפיזיקה שברבות הימים הפכו למפורסמים, בהם ורנר הייזנברג, וולפגנג פאולי, פטר דביי והנס בתה אשר זכו בפרס נובל, וגם מספר רב של פוסט-דוקטורנטים שהפכו למפורסמים, בהם לינוס פאולינג, איזידור אייזק רבי ומקס פון לאואה שזכו בפרס נובל. אלברט איינשטיין אמר לזומרפלד "הדבר שאני מעריץ יותר מכל אצלך הוא שעיצבת מהאדמה מספר כה רב של כישרונות צעירים". מקס בורן גרס שבין יכולותיו של זומרפלד נמנה "גילוי ופיתוח כישרונות". זומרפלד נהג בסגנון שקרב אותו לעמיתיו לעבודה ולסטודנטים 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 והעיון העיקרי לפיזיקה אטומית ותורת הקוונטים באותה תקופה.

מחקריו

פיתוחיו המתמטיים בתורת היחסות הפרטית תרמו לקבלתה בידי הספקנים, בתקופה 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 יחד עם ויליאם וילסון (William Wilson), 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 מודל דרודה באמצעות התפלגות פרמי-דיראק. המודל מחשב מוליכות חשמלית ומוליכות חום של מתכות והניתוח 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.

בנוסף, לאור מחקרו של זומרפלד בתחום ההידרודינמיקה - קרוי על שמו מספר זומרפלד, גודל חסר ממד בתורת הסיכה ההידרודינמית.

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 בהישגיו 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 הפיזיקה הגרמנית 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 פיזיקלי בגרמניה במכתבים של דמויות בכירות בפיזיקה ובתעשייה בגרמניה אל בכירים בממשל הרייך.

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

לקריאה נוספת

• טוביאס הירטר, עידן האי־ודאות – איך גילו גדולי הפיזיקאים את עולם הקוונטים 1895–1945, ספרי עליית הגג וידיעות ספרים, 2023.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא ארנולד זומרפלד בוויקישיתוף

• ארנולד זומרפלד, באתר פרויקט הגנאלוגיה במתמטיקה
• ארנולד זומרפלד, באתר MacTutor (באנגלית)
• ארנולד זומרפלד, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• כתבי ארנולד זומרפלד בפרויקט גוטנברג (באנגלית)