הימים הם ימי המהפכה המדעית. זו המאה ה-17, וסדרה של גילויים יוצאי דופן מדליקה ניצוצות של הבנה מדעית מסודרת בקרב המשכילים ביבשת אירופה. במקביל, ההגמוניה הדתית והמלוכנית מתחילה אט-אט לפנות את מקומה למחשבה רציונלית, שבה האדם לוקח אחריות על גורלו והחלטותיו.
אחד ממבשרי המהפכה הזו היה איש האשכולות האנגלי רוברט הוק (Hooke). הוא זכור כיום בעיקר בתור הוגה חוק הוק, שמסביר את תנועתם של קפיצים, אך תרומתו למדע ולאנושות רחבה הרבה יותר. הכירו את הפיזיקאי, הממציא, האדריכל והסופר המצליח, שיש המכנים אותו "לאונרדו האנגלי", בהשראת דה-וינצ’י, אך תהילתו הייתה קצרה וחולפת.
7 צפייה בגלריה
כך הוא נראה? ציור של האמנית הבריטית מרי ביל מ-1680 שנקרא "דיוקנו של מתמטיקאי" ואולי מציג את רוברט הוק
(איור: Mary Beale/Wikipedia)
מים גנובים ימתקו
רוברט הוק נולד ב-18 ביולי 1635 בכפר פרשווטר (Freshwater) באי וייט שבתעלת למאנש. באותו כפר עתיד להיוולד כעבור כמאתיים שנה גם המשורר אלפרד טניסון (Tennyson). אביו של הוק היה כומר אנגליקני, ורוברט היה הצעיר בארבעת בניו.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
הפעילות הסודית של הכרומוזום השקט
הטעות שמעלה את לחץ הדם
מי שמגרגר גם מברבר
עוד בילדותו המוקדמת הפגין הוק הצעיר עניין במדע ובבניית מכשירים. הוא הרכיב במו ידיו שעון שמש ודגם עץ של שעון מכני, ואפילו בנה דגם נאמן למקור של ספינת מלחמה עם תותחים מיניאטוריים שירו פגזים זעירים. כשהיה הוק בן 13, אביו מת והותיר לילדיו ירושה צנועה. רוברט הצעיר נשלח ללונדון. שם התקבל להיות שוליה של צייר הדיוקנאות פיטר ליליי (Lely). בגיל 16 הוא נרשם ביוזמתו לבית הספר הציבורי בווסטמינסטר. למרות גילו המתקדם לעומת חבריו ללימודים, הוק התאקלם היטב במוסד החינוכי והתבלט בלימודיו.
הוק התחבב מאוד על מנהל בית הספר ד”ר ריצ’רד באסבי (Busby), איש חינוך שמשל ביד רמה במוסד במשך כמעט שישים שנה. הוק אף התגורר בביתו. בבית הספר למד הוק את המקצועות הקלאסיים, כמו לטינית ויוונית עתיקה, והתאמן בנגינה בעוגב. אחד הנושאים שהעסיקו אותו בימים ההם היה פיתוח כלי תעופה. זהו קו הדמיון הראשון מיני רבים בינו לבין האמן איש האשכולות לאונרדו דה-וינצ’י, שהגה ותכנן במשך השנים מכונות מעופפות רבות.
בית הספר בווסטמינסטר היה גם המקום שבו כישרונו המתמטי הטבעי של הוק נבט לראשונה והחל לשרת אותו. בין השאר נדרש לו שבוע אחד בלבד לקרוא לעומק ולהבין את כל ששת הכרכים הראשונים של הספר “יסודות”, מאת אוקלידס, שנחשב ליצירה המכוננת של הגיאומטריה הקלאסית.
7 צפייה בגלריה
דיוקנו המשוער של רוברט הוק באיור בן זמננו, המציג סמלים של חלק מעבודותיו החשובות: קפיץ, מאובן, שעון ומפת לונדון
(איור: Rita Greer/Wikipedia)
בגיל 18 התקבל הוק לקולג’ כרייסט צ’רץ’ היוקרתי של אוניברסיטת אוקספורד, שם קיבל מלגה מלאה ללימוד מדעים, בזכות היותו נגן עוגב ועברו כנער מקהלה. בשנים אלה הוא התבלט גם כצייר חובב וכאדם בעל ידי זהב במיומנויות טכניות ומכניות – תחום שבו החל להתעניין גם בהיבט התיאורטי. הכישורים הללו צדו את עינו של הרופא והכימאי תומס ויליס (Willis), שהציע לו עבודה כעוזר מחקר שלו. באמצעותו הכיר הוק גם את האסטרונום סת’ וורד (Ward), ובנה עבורו מנגנון לשיפור הדיוק של שעוני מטוטלת, ששימשו אז כלי עזר חשוב לצפייה בכוכבים.
לימודי התואר הראשון היו עבור הוק תקופה פורייה ומוצלחת להפליא, שהעצימה את אהבתו למדע. ב-1658, עם תום לימודיו, שיתף פעולה עם אחד מגדולי הפיזיקאים של הימים ההם, רוברט בויל (Boyle), שחקר תכונות של גזים. יחד הם בנו גרסה משופרת של משאבת הרִיק שפיתח זמן לא רב קודם לכן הגרמני אוטו פון גריקה (von Guericke).
מוסד הניסויים
בתור איש הניסויים של בויל התווה לעצמו הוק את דרכו כפיזיקאי ניסויי – אולי הראשון שהקדיש את מלוא זמנו למחקר אמפירי. כבן של כומר, הוא עטף את הדרך המדעית שפילס לעצמו בתיאולוגיה מנומקת שראתה ביקום כולו מכונה. השימוש במכשירים, קבע, משמש תיקון לחטא הקדמון – שבגללו חושיהם של בני האדם נפגעו כשאדם וחווה גורשו מגן עדן.
הניסויים של הוק במשאבת הרִיק סייעו לו ולבויל לגלות חוק טבע חדש. הם מצאו כי כשהכמות של גז כלשהו היא קבועה והטמפרטורה שלו לא משתנה, נפח הגז יפחת ככל שמפעילים עליו לחץ גדול יותר, ולהפך: ככל שהלחץ על הגז פוחת, נפחו יגדל. למרות חלקו הרב של הוק בגילוי הזה, את הקרדיט עליו קיבל עמיתו, והחוק נקרא חוק בויל.
אף שבויל היה ותיק ומנוסה יותר מהוק, ההיסטוריה מגלה שדווקא התלמיד לימד את מורהו כמה וכמה דברים. בין השאר הוק הפגיש את בויל עם “יסודות” של אוקלידס, ולימד אותו גם את “עקרונות הפילוסופיה” של רנה דקארט (Descartes). שיתוף הפעולה המוצלח בין השניים הוליד בהם את ההבנה שבניגוד לטענת אריסטו האש אינה יסוד טבע, אלא תגובה כימית.
ב-1662, כשהשלים את לימודי התואר השני באוניברסיטת אוקספורד, זכה הוק להכרה המשמעותית הראשונה מהממסד המדעי, כשהתמנה לתפקיד אוצֵר הניסויים של החברה המלכותית – אחת האגודות המדעיות החשובות והוותיקות בעולם, שנוסדה ב-1660. התפקיד האחראי הזה חייב את הוק לבצע ניסויים לעיני עמיתיו בישיבות השבועיות של החברה, וכך לבחון השערות מדעיות. אך גם זה עדיין לא הציב אותו כשווה בין שווים עם שלל הפרופסורים הנכבדים שגדשו את שורות החברה המלכותית. רק בגיל 30 מונה הוק לבסוף לפרופסור לגיאומטריה בקולג’ גרישם של אוניברסיטת אוקספורד. בתוקף תפקידו אף קיבל מהאוניברסיטה מגורים, ששימשו אותו עד סוף ימיו.
הקו הניסויי העיקש ומרחיב הדעת שהנחה את הוק לכל אורך ארבעים שנות הקריירה המחקרית שלו, הקיף כמעט את כל תחומי הדעת שהיו מוכרים אז במכניקה ובתרמודינמיקה. ניסוייו הולידו שורה של שיפורים ושיטות שנופלות כיום תחת קורת הגג הרחבה של ההנדסה. בין השאר הוק לקח חלק בהבנת טבעו של האוויר ושל הקשר שלו לתהליכי נשימה ובעירה; עסק בתנועתם של גופים נופלים; שכלל את פעמון הצלילה הוותיק – מכשיר שאִפשר להוריד אנשים לקרקעית הים בתוך כיפה מלאה באוויר; תרם לשיפור אמצעי הניווט בלב ים, המבוססים על ידע אסטרונומי; זיהה את הקשר בין לחץ אוויר למזג האוויר; הציע תיאוריה גלית של האור; זיהה ראשון מערכת של כוכב כפול; פיתח שעונים, מגנטים, כלי שיט ומנועים; הכניס שיפורים למיקרוסקופ ולטלסקופ; ועוד רשימה ארוכה של גילויים והמצאות. היקף העשייה שלו כמעט בלתי נתפס.
קפיצים של מחשבה
התיאוריה הגלית של האור לפי הוק נגדה לחלוטין את ההסבר שהציע אייזק ניוטון לתיאור האור. ניוטון טען שהאור הוא חלקיק, שהוא קרא לו קורפוסקל (Corpuscle). כיום אנחנו קוראים לחלקיק הזה פוטון. הוק, לעומת זאת, סבר שהאור הוא גל, בדומה לגלים שמתפשטים במים. כיום אנו יודעים שגם התיאור הזה נכון.
כפי שעשה בכל תחום בחייו המקצועיים, התיאוריה הגלית של הוק צמחה מתוך תצפיות וניסויים: הוא התבונן במיקרוסקופ בשכבות דקות של נציץ (מיקה) – מינרל שבנוי כמערך של קשקשים, וחקר את המפגש של אור עם בועות סבון ועם שכבות של שמן על מים. ממצאיו הביאו אותו למסקנה שבבסיס מהותו של האור נמצאת מכניקה גלית. הוא גילה, למשל, שגלי האור נעים מהר מאוד, ושהם מתנודדים בניצב לכיוון תנועתם.
הוא לא היה רחוק מהמציאות הידועה לנו כיום: אכן, מהירות האור בריק היא המהירות הגבוהה ביותר האפשרית בטבע. בנוסף, אנו יודעים שגלי האור הם גלים אלקטרומגנטיים רוחביים, כלומר השדה החשמלי והשדה המגנטי שלהם מתנודדים שניהם בניצב לכיוון התקדמות הגל. עם זאת, כיוון התנודות של השדה החשמלי יכול להשתנות.
הסקרנות המתמדת של הוק הובילה אותו לבחון עוד ועוד דברים תחת עדשת המיקרוסקופ. תצפיותיו על זבובים, למשל, גילו לו שעיניהם הן אשכול גדול של יחידות קטנות יותר. לתצפיות שעשה על רקמה חיה אנו חייבים את קיומו של המושג “תא”, שכן המבנה התוחם אברונים הזכיר לו חדר של נזיר – אסוציאציה טבעית בהתחשב בחינוך הדתי האדוק שקיבל מאביו.
7 צפייה בגלריה
ממצא פורץ דרך שהתבסס על תצפיות וניסויים: איור של פרעוש לפרטי פרטים, מתוך ספרו של רוברט הוק "מיקרוגרפיה"
(איור: Robert Hooke/National Library of Wales/Wikipedia)
7 צפייה בגלריה
ממצא פורץ דרך שהתבסס על תצפיות וניסויים: המיקרוסקופ של רוברט הוק
(איור: Robert Hooke/Wikipedia)
כדי להבין את תכונת האלסטיות של החומר, כלומר לחקור את היכולת של חומרים לעמוד במאמצים ולחזור לצורתם המקורית, בחן הוק את “טיפות הנסיך רופרט”: אגלי זכוכית מותכת שנטפו לתוך מים קרים. למבנה שנוצר בדרך הזאת יש זנב עדין ושברירי מאוד, אך בסיס חזק שעמיד אפילו למכות פטיש. טיפות הנסיך רופרט מדגימות מצב קיצוני של מאמצים פנימיים שפועלים בין מולקולות החומר, תופעה שאפשר להבין בעזרת עקרונות של אלסטיות, אף על פי שהחומר עצמו אינו אלסטי במובן הרגיל; תופעת השבירה הפתאומית מזכירה חוסר אלסטיות מוחלט, כלומר כשל פתאומי של החומר.
ב-1665 איגד הוק את ממצאיו, מלווים ברישומים מאלפים, לכרך עב כרס בשם “מיקרוגרפיה” (Micrographia), שהתפרסם בחסות החברה המלכותית. הספר הזה, שמפורסם כיום הרבה פחות מכתבים אחרי בני זמנו, כגון “פרינקיפיה מתמטיקה” (1687) של ניוטון, היה בשעתו רב מכר מדעי ראשון מסוגו, שזכה לשבחים רבים וקידם את שמה של החברה המלכותית.
העניין הרב של הוק בתעופה ובאלסטיות הוביל אותו לחשוב גם על קפיצים. בפרסום שלו משנת 1678 הוא הראה שהתארכות של קפיץ חייבת להיות קשורה למשקל שנתלה עליו. משמעות הדבר היא שלכל קפיץ יש קבוע משלו, שמכתיב כמה הוא יתארך בהשפעת כוח שפועל עליו. לחוק המכני הזה, שקרוי על שמו של הוק, יש כיום יישומים שהוק לא היה מעלה אפילו בחלומותיו הפרועים ביותר. חשיבותו הגיעה עד מכניקת הקוונטים, שבה מערכת המתנד ההרמוני משולה למערכת הקפיץ והמסה, ובעזרתה אפשר להבין תנועה גם במערכות של אטומים ושדות אלקטרומגנטיים.
כאמפיריציסט מושבע, וברוח פילוסופיית הטבע שליוותה את דרכו המדעית, הוק לא היסס לנסות דברים על בשרו. על אחד מהניסויים הללו הוא שילם מחיר כבד. בניסוי הוא נכנס לכלי גדול ואטום שהאוויר נשאב ממנו בהדרגה. הוק אומנם שרד, אך את הניסוי הוא סיים עם אוזניים כואבות ועם קשיי שמיעה שליוו אותו תקופה ארוכה לאחר מכן. לא לגמרי ברור מה היו מסקנות הניסוי.
בזכות עשייתו הרבה והמגוונת, המזכירה את פעילותם של אנשי האשכולות מתקופת הרנסנס, כגון לאונרדו דה-וינצ’י, זכה הוק בחלוף השנים לכינוי “לאונרדו האנגלי”. נראה כי הכינוי דבק בו בעקבות הרצאה שנשא ההיסטוריון הבריטי אלן צ’פמן (Chapman) בשנת 1996 על הוק ועשייתו המדעית, והספר שפרסם בעקבותיה. כיום התואר אף מופיע באתר הרשמי שהוקם להנצחת פועלו של הוק.
7 צפייה בגלריה
התקן של הפיזיקאי ההולנדי כריסטיאן הויגנס (הויחנס) לחקר התכונות של קפיצים. הוק כנראה פיתח מכשירים דומים והגיע לתובנות דומות כמה שנים לפני עמיתו
(איור: Johann Christoph Sturm/ Deutsche Fotothek/Wikipedia)
הכינוי מבטא את הרוח הרב-תחומית והיצירתית של הוק. כמו דה-וינצ’י, גם הוק חילק את זמנו ואת כישרונו בין המדע, האמנות, האדריכלות, ההנדסה, הרישום וחקר תופעות טבע. שניהם חיפשו להבין את העולם דרך תצפיות, מדידות וניסויים. שניהם גם פיתחו ובנו מכשירים, תכננו מנגנונים והתעניינו במבנה של חומרים ושל יצורים חיים. ניכר אפוא שהוא הרוויח את כינויו ביושר.
מלחמת הכוכבים
בשנות ה-70 של המאה ה-17 חלה נסיגה במעמדו המדעי של הוק. היה זה תור הזהב של ניוטון, שהיה צעיר מהוק בשנים אחדות וזכה לפרסום רב ומוצדק בזכות גילוייו על חוקי התנועה, הכבידה ועוד. כשניוטון פרסם את תגליותיו במכניקה גילה הוק לתדהמתו שאף על פי שניוטון הסתמך בבירור על ממצאים שלו שעסקו בכבידה, הוא לא טרח להעניק לו שום קרדיט על כך.
ב-1679 כתב הוק לניוטון שכוח הכבידה שהשמש מפעילה על כוכבי הלכת אמור להשתנות ביחס של ריבוע המרחק שלהם מהשמש. למרות הצטיינותו במתמטיקה, הוק הסתפק בתיאור מילולי של הכוח. שמונה שנים לאחר מכן פרסם ניוטון את ה”פרינקיפיה” – הפעם עם ביטוי מתמטי סדור ומנומק לתיאור כוח הכבידה. הוק חש מושפל ומרומה, וניתן את קשריו עם ניוטון. זו הייתה ראשית הדעיכה במעמדו. גם מנהגו לפתוח בהתכתשויות מילוליות עם אנשי מדע שלטענתו גנבו ממנו רעיונות היה כנראה בעוכריו. נטייתו להתפרס על מגוון רחב של תחומים, לצד השתהותו בפרסום שוטף של ממצאיו ורעיונותיו, הקשו עליו אף יותר להוכיח את חלוציותו, במכניקה וגם בנושאים אחרים.
אכזבה אחרת הוא חווה בתחום נוסף שבו שלח את ידו: האדריכלות. ב-1666 נחרבה העיר לונדון בשריפת ענק. עם שוך הלהבות בנה הוק תוכנית מתאר סדורה לשיקום העיר. הצעתו הוצגה בפני החברה המלכותית, זכתה לתגובות נלהבות – אך לבסוף נגנזה.
הכישלון לא מנע ממנו להיות שותף פעיל מאוד בשיקום פני הבירה. הידע הנרחב שלו בחומרים הביא אותו למעמד של שמאי בכיר, שאִפשר לו לפקח באופן הדוק על הבנייה בעיר, ואף לסייע בפתרון סכסוכי רכוש פרטיים בין תושבים. בהמשך לקח חלק בתכנון ובבנייה של קתדרלות רבות בעיר, כשהוא עובד שכם אל שכם עם חברו מתקופת הלימודים, המדען והאדריכל כריסטופר רן (Wren). בנוסף, הוא תכנן את מצפה הכוכבים בגריניץ’, שהיה במשך מאות שנים מרכז של עשייה אסטרונומית. כמו כן תכנן את בית החולים לחולי נפש בת’לם (Bethlam), שנודע לשמצה ברבות הימים עקב הטיפולים האכזריים שהעניקה הפסיכיאטרייה של הימים ההם לשוהים בו.
הרחק מהעין
משנת 1696 ואילך חלה הידרדרות הדרגתית במצבו הבריאותי, שמיוחסת כיום גם להיותו היפוכונדר. כבר בצעירותו הוא סבל ממיגרנה, טינטון באוזניים ונדודי שינה, ולקח כמויות גדולות של חומרים משלשלים ותרופות מפוקפקות נוספות, שכנראה פגעו בבריאותו.
למרות דימויו הנרגן, מסמכים שפורסמו ב-1935, במלאות 300 שנה להולדתו, מעלים דמות של אדם שנהנה מחיי חברה עשירים, נהג לפקוד בתי קפה וטברנות ולסעוד בהם עם חבריו, ביניהם רוברט בויל. הוא לא נישא מעולם, אך אחייניתו היתומה גרייס ובן דודו טום גרו בביתו כמו היו ילדיו. באופן הרבה יותר מטריד בעיניים של בני זמננו, הוא וגרייס ניהלו מערכת יחסים רומנטית ומינית – עד למותה בטרם עת ב-1687, בהיותה בת 29 בלבד. במכתביו של הוק מתוארות מערכות יחסים נוספות – ולא מן הנמנע שכללו ניצול וכפייה – שהוא ניהל עם משרתות ועובדות משק בית במעונו.
בתחילת המאה ה-18 הוא כבר סבל מעיוורון, בצקות ובעיות בריאותיות נוספות. הוא הלך לעולמו ב-3 במרץ 1703 ונטמן בכנסייה אנגליקנית בלונדון. בראשית המאה ה-19 הועברו עצמותיו למקום בלתי ידוע, אי שם בצפון לונדון. יחד עם קברו נשכחו גם מעשיו, ותרומתו העצומה לקידום המחקר הניסויי ולכל כך הרבה תחומים מדעיים.
יהונתן ברקהיים, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
