פאול פטר אוואלד

פאול פטר אוואלד (בגרמנית: Paul Peter Ewald; 23 בינואר 1888 – 22 באוגוסט 1985) היה קריסטלוגרף ופיזיקאי ממוצא גרמני וחלוץ בפיתוח עקיפה של קרני רנטגן.

השכלה
פאול פטר אוואלד נולד למשפחה אמידה בברלין גרמניה. אביו, שהיה מרצה באוניברסיטה, נפטר לפני שאוואולד נולד והוא גדל במחיצת אימו בלבד. אוואלד למד לימודים קלאסיים בגימנסיות בברלין ובפוטסדאם, שם למד לדבר יוונית, צרפתית ואנגלית, בנוסף לשפת האם, גרמנית.

את השכלתו האוניברסיטאית החל אוואלד בלימודי הפיזיקה, הכימיה והמתמטיקה בקולג' גונוויל וקאיוס (Gonville and Caius College) באוניברסיטת קיימברידג', במהלך חורף 1905. במהלך 1906 ו-1907 הוא המשיך את השכלתו הרשמית באוניברסיטת גטינגן, כשהוא מייחד את עיקר עניינו למתמטיקה. בתקופה זו נחשבה גטינגן למרכז מתמטיקה ברמה עולמית בראשות שלושת ה"מנדרינים" של גטינגן: פליקס קליין, דויד הילברט והרמן מינקובסקי. כשלמד בגטינגן שכר אותו הילברט כ"אאוסארבייטר" (Ausarbeiter – עובד חוץ), משרת לבלר בתשלום. הוא רשם סיכומים בזמן ההרצאות של הילברט, אסיסטנט של הילברט (באותה תקופה ארנסט הלינגר) אישר את הסיכומים ואז הכין אוואלד עותק נקי עבור ה"לסאצימר" (Lesezimmer) – חדר לימודי המתמטיקה. ב-1907 הוא המשיך את לימודי המתמטיקה באוניברסיטת מינכן (הידועה בראשי התיבות LMU של שמה המלא Ludwig-Maximilians-Universität) במכון לפיזיקה תאורטית תחת המנהל ארנולד זומרפלד. ב-1912 הוענק לו דוקטורט. התזה שלו פיתחה את חוקי התפשטות קרני רנטגן בגביש יחד. לאחר קבלת הדוקטורט שימש אוואלד כאסיסטנט לזומרפלד.

במהלך חופשת חג המולד של 1911 וינואר 1912 היה אוואלד בשלבי סיום כתיבת התזה לדוקטורט בהדרכת זומרפלד. היה זה בינואר, במהלך טיול משותף ב"גן האנגלי" (Englische Garten) שבמינכן, שאוואלד סיפר למקס פון לאואה על נושא התזה שלו. אורכי הגלים שהטרידו את אוואלד היו בספקטרום של האור הנראה ולכן ארוכים בהרבה מהמרווח שבין המהודים (רזונטור – מכשיר להגברת עוצמת הגל על ידי תהודה) במודל הגביש של אוואלד. לאואה נראה שקוע בהרהורים ותהה מה תהיה התוצאה אם ייעשה שימוש בקרניים אלקטרומגנטיות בעלות אורכי גל קצרים הרבה יותר כפי שהייתה אז ההשערה המקובלת לגבי טיבן של קרני רנטגן. הוא שיער שקרנים כאלו יגרמו במצב זה לתופעה של עקיפה או התאבכות וגבישים יכולים להיות תווך שיגרום לתופעה כזו. בהדרכתו ביצעו ולטר פרידריך (Walter Friedrich) שהיה אסיסטנט של זומרפלד ופאול קְניפּינג (Paul Knipping) מה-LMU ניסוי מוצלח בעקיפה בעזרת קרני רנטגן. אוואלד שמע על כך רק ביוני של אותה שנה, לאחר שזומרפלד דיווח על הניסוי לחברה הפיזיקלית (Physikalische Gesellschaft) של גטינגן. פון לאואה קיבל את פרס נובל לפיזיקה ב-1914 בגין תגלית זו.

בעקבות ההתפתחויות המטאוריות בפיזיקה תאורטית בתחילת המאה ה-20 והתבססותה על המתמטיקה החליט דויד הילברט ליזום מהלך של העמדת המדעים על בסיס פורמלי, ולהתחיל מפיזיקה. ב-1912 ביקש הילברט מעמיתו וידידו ארנולד זומרפלד לשלוח אליו אסיסטנט מיוחד לפיזיקה. זומרפלד שלח את אוואלד, שכונה "המורה של הילברט לפיזיקה", והוא מילא תפקיד זה עד 1913, כאשר זומרפלד שלח סטודנט אחר שלו, אלפרד לנדה (Alfred Landé). הבעיה הראשונה שהילברט הטיל על אוואלד לפתור הייתה לסקור את המחלוקת בספרות המדעית על הקבועים של האלסטיות בגבישים ולדווח להילברט בחזרה. שנים אחר-כך פתר מקס בורן מאוניברסיטת גטינגן את הבעיה.

במהלך שהותו של אוואלד בגטינגן הוא ביקר לעיתים תכופות ב"אֶל בּוֹקָארֶבּוֹ" (El BoKaReBo). זה היה כינויו של פנסיון שניהלה הנזירה אני (Annie) בדלמנשטרסה (Dahlmannstarsse) מס' 17. הכינוי נגזר מהאותיות הראשונות של שמות המשפחה של המתאכסנים: "אֶל" על שמה של אלה פיליפזון (Ella Philipson – סטודנטית לרפואה), "בּוֹ" עבור מקס בורן (פריבט-דוצנט) והאנס בולצה (Hans Bolza – סטודנט לפיזיקה), "קא" עבור תיאודור פון קרמן (Theodore von Kármán) (פריבט-דוצנט) ו"רה" עבור אלברכט רנר (Albrecht Renner – סטודנט לרפואה). ריכרד קוראנט (Richard Courant) כינה חבורה זו ה"קבוצה הפנימית". בפנסיון זה פגש אוואלד את אלה פיליפזון שלימים הפכה לרעייתו.

באביב 1913 פרסם נילס בוהר מהמכון לפיזיקה תאורטית באוניברסיטת קופנהגן את התאוריה שזכתה מאז לכינוי מודל האטום של בוהר. שנה אחר כך נכח אוואלד בכינוס של האגודה הבריטית לקידום המדע בבירמינגהאם שם שמע דיווחים ודיונים על סקירה של ג'יימס ג'ינס (James Jeans) על תאוריית הקרינה ומודל בוהר. דיווחו של אוואלד על הכנס עורר שטח מחקר חדש ראשי עבור זומרפלד ותלמידיו – לימוד והסבר הספקטרום האטומי ספקטרוסקופיה מולקולרית ויצירת מודל תאורטי של מבנה האטומי והמולקולרי.

במהלך מלחמת העולם הראשונה, שרת אוואלד בצבא הגרמני כטכנאי רפואי (מפעיל מצלמת רנטגן) בחזית דבינסק השקטה יחסית. כשיכול היה הוא המשיך לחשוב על הפיזיקה של התזה שלו לדוקטורט, והוא פיתח את התאוריה הדינמית של עקיפה של קרני רנטגן, שבה היה עתיד לעשות שימוש בהביליטציה (Habilitation) שלו. בסיום המלחמה חזר אוואלד ל-LMU כאסיסטנט לזומרפלד. הוא השלים את ההביליטציה ב-1917 וקיבל משרת פריבט-דוצנט שם, כשהוא נשאר אסיסטנט לזומרפלד.

ב-1921 בהיותו עדיין ב-LMU פרסם אוואלד מאמר על שיטה לניתוח שדות דיפול בגבישים באמצעות פונקציית תטא, נגזרת מעבודתו הקודמת על התאוריה הדינמית של אופטיקה וקרני רנטגן בגבישים, שהופיעה בשלושה מאמרים בביטאונים מקצועיים. על פי אוואלד התמריץ לשיטה הגיעה בעת חופשת סקי בעיירה מיטנוולד בפסחא 1911. היה זה מנהגו של זומרפלד לקחת עמו את התלמידים והסטודנטים שלו לחופשות סקי בחורף וטיפוס הרים בקיץ, בהם הדיונים על פיזיקה היו קשים לא פחות מהמאמץ הגופני שנתבע מהם. אוואלד התקשה אז בביצוע החישובים ואת הפתרון סיפק האסיסטנט של זומרפלד והדוקטורנט לשעבר, פטר דביי, תוך דיון שארך 15 דקות בלבד. המאמר של אוואלד צוטט באופן נרחב בספרות המקצועית כמו גם בספרות המדעית, כמו למשל ב"תאוריה דינמית של סריגי הגביש" שכתבו מקס בורן וקון הואנג.

קריירה
כאשר הודיע ארווין שרדינגר כי הוא עוזב את משרתו כפרופסור שלא מן המניין באוניברסיטה הטכנית של שטוטגרט (Stuttgart Technische Hochschule) ועובר לאוניברסיטת ברסלאו נקרא אוואלד למלא את מקומו וקיבל את המשרה ב-1921. ב-1922 הוצעה לאוואלד משרה באוניברסיטת מינסטר. אוואלד ניצל את מכתב ההזמנה על מנת לשפר את תנאי משרתו בשטוטגרט ודרש לקבל משרת פרופסור מן המניין. עם זאת, למרות שפומבית קודם אוואלד למשרת פרופסור מן המניין, בפועל הושארה משרתו כפרופסור שלא מן המניין. מ-1922 עבד ארווין פוס, אף הוא דוקטורנט של זומרפלד, על עבודת הדוקטורט שלו באוניברסיטת הטכנית של שטוטגרט בהנחיית אוואלד, פוס סיים את עבודת ההביליטציה ב-1924.

ב-1923 יצא לאור ספרו של אוואלד "גבישים וקרני רנטגן" (Kristalle und Röntgenstrahlen). הספר עורר עניין ועל פי דרישת פאול גרות (Paul Heinrich von Groth) מייסד הביטאון "ז'ורנל הקריסטלוגרפיה" (Zeitschrift für Kristallographie) הוצע לאוואלד לכהן כעורך משותף של הביטאון. הקשר של אוואלד עם הביטאון נמשך עד שנת 1939 ונותק בשל המלחמה. ב-1929 הוא קיבל הצעה למשרה באוניברסיטה הטכנית של הנובר. שוב ניצל אוואלד את ההצעה על מנת לשפר את מעמדו בשטוטגרט, דרש וקיבל אסיסטנט שני, מעמד קבע כפרופסור מן המניין ומבנה נפרד למחקריו. המבנה נחנך ב-1930 כמכון לפיזיקה תאורטית, כשאוואלד מנהלו. כמודל שימש המכון לפיזיקה תאורטית של זומרפלד ב-LMU, בכך שהמכון תוכנן לערוך עבודה תאורטית במקביל למקום וציוד לניסיונות. ב-1931 מונה אוואלד למנהל מחלקת מדעי הפיזיקה.

במקביל השתמש ריכרד קוראנט ברשימות מההרצאות של דויד הילברט שהכין אוואלד שהיו זמינות בחדר הלימוד (Lesezimmer) באוניברסיטת גטינגן, ערך אותם והרחיב אותם לכלל שני כרכים. הראשון "שיטות של פיזיקה מתמטית, כרך ראשון" (Methoden der mathematischen Physik I) הודפס ב-1924. כשאוואלד קרא את הספר הוא חש נאלץ לכתוב עליו סקירה מקיפה כשהוא מתאר אותו כמספק כלים מתמטיים, המאופיינים על ידי ערך עצמי ופונקציות עצמיות, עבור הפיזיקה התאורטית שפותחה בתקופה זו. ספרם של קוראנט והילברט הכיל את המתמטיקה ההכרחית להתפתחות ניסוח מכניקת המטריצות של מכניקת הקוונטים של ורנר הייזנברג ומקס בורן כמו גם לניסוח מכניקת הגלים של ארווין שרדינגר, שניהם פורסמו ב-1925.

עיקר עבודתו של אוואלד הייתה בתחום קריסטלוגרפיה באמצעות קרני רנטגן, ואוואלד היה האפונים של בניית אוואלד וכדור אוואלד, שניהם מושגים שימושיים בתחום זה.

במטרה למנוע מבוכה בשל התרבות המידע הקריסטלוגרפי הציע אוואלד בשנת ב-1929 לבצע בחינה ואיסוף של כל המידע הטוב ביותר לכדי פרסום יחיד. התוצאות פורסמו ב-1935 כ"טבלאות בינלאומיות לקביעת מבני הגבישים" (Internationale Tabellen zur Bestimmung von Kristallstrukturen) בעריכת קרל הרמן (Carl Hermann), פרסום שלו תרמו 18 קריסטלוגרפים. תרומה נוספת של אוואלד, "דיווח מבנה (Strukturbericht ) כרך ראשון (1928-1913)" (יחד עם קרל הרמן) הודפסה ב-1931.

אוואלד נבחר לרקטור בשטוטגרט ב-1931. עם זאת, באביב 1933, שנה לפני תום כהונתו המתוכננת נאלץ אוואלד להתפטר ממשרתו עקב התנגדותו לדרישה לפטר את המרצים היהודים. אוואלד המשיך בפעילויותיו האחרות באוניברסיטה. עם זאת, בשל בעיות הולכות ומתגברות עם מרצים החברים בליגת מורי האוניברסיטה הנאצים (Dozentenbund) דרש רקטור האוניברסיטה, וילהלם שטורץ (Wilhelm Stortz), מאוואלד, שהיה על פי חוקי נירנברג "רבע יהודי", לעזוב את האוניברסיטה. הוא היגר לאנגליה ב-1937 וקיבל משרת חוקר באוניברסיטת קיימברידג', עד שבשנת 1939 הוצעה לו משרת מרצה באוניברסיטת קווינס בבלפסט אותה קיבל. אחר כך התמנה באוניברסיטה לפרופסור לפיזיקה מתמטית.

ב-1937 בעודו מרצה באוניברסיטת דיוק שבצפון קרוליינה נתקל הנס בתה, שסיים את עבודת הדוקטורט שלו ב-1928 בהנחיית זומרפלד, ברוז אוואלד, שהיגרה לארצות הברית ולמדה באוניברסיטה. הם נישאו בספטמבר 1939 ובתה הפך לחתנו של אוואלד.

לקראת סיום מלחמת העולם השנייה ארגן זומרפלד את סיכומי ההרצאות שלו והחל לכתוב את עבודתו בת ששת הכרכים "הרצאות על פיזיקה תאורטית". העבודה תורגמה לאנגלית בשנת 1964 ואוואלד שהיה באותה תקופה במכון הפוליטכני של ברוקלין כתב את "ההקדמה לקורס של זומרפלד" שהופיעה במבוא לספר.

במרץ 1944 הוזמן אוואלד להרצות בכנס "קבוצת האנליזה של קרני רנטגן" המוכרת בראשי התיבות של שמה באנגלית XRAG (ראשי התיבות של X-Ray Analysis Group) שנערך באוניברסיטת אוקספורד. אוואלד ניצל את הבמה כדי להציע הקמת איגוד בינלאומי לקריסטלוגרפיה כאמצעי להוצאה לאור של ביטאון בינלאומי לקריסטלוגרפיה. אוואלד, שבעברו היה עורך ב"ז'ורנל הקריסטלוגרפיה" (Zeitschrift für Kristallographie) שהיה עד פרוץ מלחמת העולם השנייה הביטאון המוביל בתחום, חשש שאחת מתוצאות השלום עלולה להיות ייסודם של כמה ביטאונים לאומים לקריסטלוגרפיה שיתחרו ביניהם. יושב ראש XRAG, הפיזיקאי זוכה פרס נובל לפיזיקה ויליאם לורנס בראג, קיבל את הרעיון בהתלהבות וארגן ביולי 1946 כינוס בינלאומי שבו השתתפו כ-300 קריסטלוגרפים מ-13 מדינות בלונדון שבו השתתף גם אוואלד. בכינוס נבחר אוואלד כיושב ראש הוועדה הזמנית הבינלאומית לקריסטלוגרפיה, הוא שירת במינוי זה עד הקמתו הרשמית של האיגוד הבינלאומי לקריסטלוגרפיה (המוכר בראשי התיבות של שמו באנגלית כ-IUCr) ב-1948. הוועדה גם מינתה אותו לעורך הביטאון שיודפס על ידי האיגוד. הגיליון הראשון של "אקטה קריסטלוגרפיקה" (Acta Crystallographica) יצא לאור ב-1948, באותה שנה בה שימש אוואלד יושב ראש של האספה הכללית והקונגרס הבינלאומי של ה-IUCr, שהתקיימה באוניברסיטת הרוורד.

ב-1952 נבחר אוואלד נשיא האיגוד הקריסטלוגרפי של אמריקה. הוא שרת בוועדה המבצעת של ה-IUCr מיסודו ועד 1966 והיה סגן נשיא הארגון ב-1957 ונשיא ב-1960, משרה בה החזיק עד 1963. הוא שימש עורך של ביטאון הארגון "אקטה קריסטלוגרפיקה" מיסוד הביטאון ב-1948 ועד 1959.

עשור לאחר שאוואלד עבר לבלפסט הוא היגר לארצות הברית ב-1949 ועבד במכון הפוליטכני של ברוקלין במשרת כפרופסור וראש מחלקת הפיזיקה. הוא פרש מתפקיד ראש המחלקה ב-1957 ומהוראה ב-1959.

פאול פטר אוואלד מת ב-22 באוגוסט 1985 באית'קה שבניו יורק.

כיבודים
 עמית בחברה המלכותית (FRS)  – 1958
מדליית מקס פלאנק מטעם חברת הפיזיקה הגרמנית (Deutsche Physikalische Gesellschaft)  – 1978
 ב-1986, שנה אחר מותו, הכריז איגוד הקריסטלוגרפיה הבינלאומי על חלוקת פרס שנתי עבור תרומות יוצאות דופן למדע הקריסטלוגרפיה הקרוי על שמו פרס אוואלד.

קישורים חיצוניים

 הספד לאוואלד באקטה קריסטלוגרפיקה
 הנצחת אוואלד באקטה קריסטלוגרפיקה
 היסטוריה של המכון לפיזיקה שימושית ותאורטית באוניברסיטה הטכנית של שטוטגרט

הערות שוליים 

פיזיקאים גרמנים
פיזיקאים אמריקאים
קריסטלוגרפים גרמנים
זוכי מדליית מקס פלאנק

גרמנים שנולדו ב-1888
גרמנים שנפטרו ב-1985