ج. روبرت أوبينهايمر
المسيرة المهنية المبكرة > الإنجازات العلمية

أجرى اوبينهايمر بحوثًا مهمة في علم الفلك النظري (خاصة فيما يتعلق بارتباطه بالنسبية العامة والنظرية النووية)، وفي الفيزياء النووية، وعلم الأطياف، ونظرية الحقل الكمٍّي بما في ذلك امتدادها في مجال الكهروديناميكية الكمّية. كما وجذبت الشَّكْلِيَّة الرياضيّة في ميكانيكا الكمّ النسبية انتباهه على الرغم من أنه شَكَّك في صِحَّتِهَا. وتنبَّأ عمله بالكثير من الاكتشافات اللاحقة، مثل النيوترون، والميزون، والنجم النيوترونيّ.
في البداية، كان اهتمامه الرئيسيّ منصبًّا على الطيف المستمر. وكانت أول ورقة بحثية ينشرها - عام 1926م - متعلقة بالنظرية الكمية الخاصة بأطياف النطاق الجزيئي (بالإنجليزية: molecular band spectra). وطوّر طريقة لإجراء الحسابات على احتمالات الانتقال بين حالاتها المختلفة. وقام بحساب احتمالية تحرُّر وانبعاث الإلكترون من ذرة الهيدروجين عند امتصاصها لفوتونات أشعة سينية تمتلك طاقة تساوي أو تفوق طاقة ارتباط إلكترون المدار الأول (الأقرب للنواة)، وبذلك يكون معامل الامتصاص عند الحَافَّة-ك. وكانت حساباته متوافقة مع نتائج رصد امتصاص الشمس للأشعة السينية، ولكنها مخالفة لامتصاص الهيليوم. بعدها أعوام، تبيّن أن الشمس تتكوَّن في معظمها من الهيدروجين (وليس الهيليوم) وأن حساباته كانت صحيحة.
قدّم أوبينهايمر مساهمات هامّة في نظرية زَخَّات الأشعة الكونية، والتي تُعْنَى بدراسة تفاعل الأشعة الكونية مع الغلاف الجوي مما يؤدي إلى تشكيل زخات من الجزيئات الثانوية (إلكترونات، بروتونات ... إلخ). كما عمل على مسألة الانبعاث الميداني للإلكتورنات. وأسهم هذا العمل في تطوير مبدأ النفق الكمومي. وفي 1931م، تشارك مع طالبه هارفي هال بكتابة ورقة بحثية بعنوان "النظرية النسبية والتأثير الكهرضوئي" (بالإنجليزية: Relativistic Theory of the Photoelectric Effect )، رفض فيها- مستندًا إلى دليل تجريبيّ - تأكيد ديراك بأن اثنين من مستويات طاقة ذرة الهيدروجين يمتلكات نفس الطاقة. وفيما بعد، أثبت طالب الدكتوراه عنده ويليس لامب بأن ذلك كان نتيجة لما أصبح يُعْرَف فيما بعد باسم انزياح لامب، والذي أخذ عنه لامب جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1955م.
وبالتشارك مع ميلبا فيلبس أول طالبة تبدأ دراسة الدكتوراه تحت إشراف أوبينهايمر، أجرى أوبينهايمر حسابات رياضية للتنبؤ بمقدار النشاط الإشعاعي الاصطناعي الناتج عن قصف أنوية المادة بالديوتيرونات (أنوية الديوتيريومات). فحينما قَصَف إيرنيست لورينس وإيدوين ماكميلان الأنوية بالديوتيرونات وَجَدَا أن النتائج تتوافق بشكل وثيق مع تنبّؤأت النظرية التي وضعها جورج غاموف، والتي كانت تستند إلى النفق الكمومي لشرح كيف أن جُزَيْئَيْن مشحونَيْن بشحنة موجبة يمكنهما التغلب على قوة تنافر الشحنات المتماثلة بينهما حتى وإن لم يمتلكا الطاقة اللازمة لذلك، بالتالي يمكنهما الالتقاء والاندماج معًا (تفاعل اندماج نووي). ولكن عند استخدام لورينس وماكميلان لمستويات أعلى من الطاقة وأنوية أثقل، لم تتوافق النتائج مع نظرية غاموف. وفي 1935م، طَوَّر أوبينهايمر وفيليبس نظرية - عُرِفَتْ فيما بعد باسم عملية أوبينهايمر-فيلييس - تشرح تلك النتائج، حيث أنها نظرية أعقد للاندماج النووي إذ أنها تأخذ بعين الاعتبار ما لم تعتبره عنه النظرية السابقة، مثل أن غاموف اعتبر أن الأنوية ذات بناء كرويّ أملس ولكنها في الواقع ذات بناء أصعب، كما أنه أخذ بعين الاعتبار فقط قوة التنافر بين الذرات المُنْدَمِجَة مختلفة الشحنة ولم يحتسب باقي التفاعلات والقوى المؤثر العاملة بين الذرات (كالقوة النووية) والتي تؤثر على عملية الاندماج. ولا تزال عملية أوبينهايمر-فيليبس قيد الاستعمال حتى اليوم.
وفي بدايات ثلاثينات القرن العشرين، كتب أوبينهايمر ورقة بحثية تنبَّأت بشكل جوهري بوجود البوزيترون. وجاءت بعد ورقة بحثية نشرها ديراك تطرح بأن الإلكترون يمكنه امتلاك شحنة سالبة أو موجبة. وقدمت ورقة ديراك معادلة - أصبحت فيما بعد تُعْرف باسم معادلة ديراك - تُوَحِّد ميكانيكا الكم، والنسبية والخاصة، ومفهوم اللَّفْ المغزلي - الجديد وقتها - لشرح ظاهرة تأثير زيمان. وبالاستناد للمعرفة التجريبية الموجودة وقتها، رفض أوبينهايمر فكرة أن تكون الإلكترونات ذات الشحنة الموجبة التي تنبَّأ بها ديراك عبارة عن بروتونات. وناقش أنها بموجب ما طرحه ديراك يجب أن تملك نفس وزن الإلكترونات بينما تثبت التجارب أن البروتونات أثقل بكثير من الإلكترونات. بعدها بعامَيْن، اكتشف كارل ديفيد أنديرسون البوزيترون، ما أدى إلى حصوله على جائزة نوبل للفيزياء عام 1936م.
وفي أواخر ثلاثينات القرن العشرين، أصبح أوبينهايمر مهتمًّا بالفيزياء الفلكية، غالبًا بسبب صداقته مع ريتشارد تولمان، وأفضى ذلك الاهتمام إلى سلسلة من الأوراق البحثية. كانت أولها بعنوان "عن استقرار أَنْوِيَة النجوم النيوترونية" (بالإنجليزية: On the Stability of Stellar Neutron Cores) المنشورة عام 1938م، والتي كتبها بالتشارك مع روبرت سيربر، وهي تدرس خصائص الأقزام البيضاء.  وجاءت بعدها ورقة بعنوان "عن أنوية النجوم النيوترونية العملاقة" (بالإنجليزية: On Massive Neutron Cores)، كتبها بالتشارك مع أحد طلابه وهو جورج فولكوف، وتوضّح الورقة أن هناك حَدًّا - يعرف باسم حدّ تولمان-أوبينهايمر-فولكوف- لكتلة النجوم إذا تَجَاوَزَتْه فلن تبقى مستقرة كنجوم نيوترونية وستخضع لانهيار تجاذبيّ. وفي 1939م، أنتج أوبينهايمر وطالب آخر من طلابه - هارتلاند سنايدر - ورقة بحثية بعنوان "عن الانكماش المستمر للجاذبية" (بالإنجليزية: On Continued Gravitational Contraction)، وتتنبَّأ بوجود ما أصبح يعرف لاحقًا بالثقوب السوداء. تبقى هذه الأوراق البحثية الأكثر استشهادًا بين أوراقه بعد الورقة الخاصة بتقريب بورن-أوبنهايمر، وكانت عواملًا أساسية في نهضة أبحاث الفيزياء الفلكية في الولايات المتحدة في خمسينات القرن العشرين، تلك النهضة التي كانت بشكل رئيس على يد جون أرتشيبالد ويلر.
اعتُبِرَتْ أوراق أوبينهايمر صعبة الفهم حتى من قِبَل العلماء القياسيين في المواضيع التجريدية التي كان خبيرًا بها. وكان مُولَعًا باستخدام طرق رياضية أنيقة وإن كانت غاية في التعقيد لوصف المباديء الفيزيائية، ذلك بالرغم من أنه يُنْتَقَد في بعض الأحيان لارتكابه أخطاءًا رياضية يُفْتَرَض أنها بسبب العَجَلَة. "كانت فيزياؤه جيدة"، يقول طالبه سنايدر، "ولكن رياضياته مُرِيعَة".
وبعد الحرب العالمية الثانية، نشر أوبينهايمر 5 أوراق علمية فقط، إحداها كانت في الفيزياء الحيوية، ولم ينشر شيئًا بعد سنة 1950م قطّ. وعمل موري جيلمان - حاصل على جائزة نوبل فيما بعد - معه كعالم زائر في معهد الدراسات المتقدمة سنة 1951م، وقدَّم الرأي التالي عنه:
«هو (أوبينهايمر) لا يمتلك القدرة على المواصلة عند جلوسه على الكرسي (للقيام بالبحث). وعلى حد معرفتي، فلم يكتب أبدًا ورقة بحثية طويلة ولا أجرى حسابًا طويلًا أو أي شيء من ذلك القبيل. لم يكن لديه الصبر لذلك؛ فَتَكَوَّن عمله من القليل من الأفكار والرؤى، ولكنها أفكار ورؤى عبقرية. إلا أنه ألهم غيره من الناس ليقوموا بأشياء، وكان تأثيره مذهلًا.»