רוברט אופנהיימר
ביוגרפיה > פעילות מדעית

אופנהיימר ערך מחקרים חשובים באסטרונומיה תאורטית (בעיקר בהקשר לתורת היחסות הכללית ולתורת הגרעין), בפיזיקה גרעינית, בספקטרוסקופיה ובתורת השדות הקוונטיים, כולל הרחבתה לאלקטרודינמיקה קוונטית. הוא עסק גם במתמטיקה הפורמלית של מכניקת הקוונטים היחסותית למרות שפקפק בתקפותה. עבודתו שימשה בסיס לתגליות מאוחרות יותר, ביניהן הניטרון, המֶזון והניטרינו.
בתחילה התמקד אופנהיימר בתאוריה של הספקטרום הרציף. המאמר הראשון שלו, שפורסם ב-1926, עסק בתורת הקוונטים של ספקטרום הנוצר משרשרות מולקולריות. הוא פיתח שיטה לביצוע חישובים של ההסתברויות לביצוע מעברים בספקטרום זה. הוא חישב את האפקט הפוטואלקטרי עבור קרני רנטגן הפוגעות באטומי מימן, והשיג את מקדם הבליעה בגבול K. החישובים שלו תאמו תצפיות של בליעת קרני רנטגן שמקורן בשמש, אך לא התאימו לבליעתן בהליום. כעבור שנים התברר כי השמש מורכבת ברובה ממימן וכי החישובים שלו אכן נכונים.
אופנהיימר גם תרם לתאוריה של ממטרי קרניים קוסמיות, והחל במחקר שהוביל בסופו של דבר לתיאור של מנהור קוונטי. בשנת 1931 כתב יחד עם תלמידו הארווי הול (Hall) מאמר על "התאוריה היחסותית של האפקט הפוטואלקטרי". במאמר ערער על קביעתו של פול דיראק, ששתיים מרמות האנרגיה של אטום המימן הן בעלות אותה אנרגיה. לאחר מכן קבע אחד מהדוקטורנטים שלו, ויליס לם, שזו תולדה של מה שנודע כ"הסחת לם", שעליה הוענק ללם פרס נובל לפיזיקה ב-1955.
ביחד עם הדוקטורנטית הראשונה שלו, מלבה פיליפס, עבד אופנהיימר על חישובים של רדיואקטיביות מלאכותית תחת הפצצה על ידי דיאוטריום. כאשר ארנסט לורנס ואדווין מקמילן הפציצו גרעינים בדיאוטריום, הם מצאו שהתוצאות תואמות באופן מלא את התחזיות של ג'ורג' גאמוב. אולם כאשר בניסויים היו מעורבים אנרגיות גבוהות יותר וגרעינים כבדים יותר, התוצאות לא תאמו את התאוריה. ב-1935 פיתחו אופנהיימר ופיליפס תאוריה, הידועה כתהליך אופנהיימר-פיליפס, שהצליחה להסביר את תוצאות הניסויים. תאוריה זו עדיין בשימוש במאה ה-21.
כבר ב-1930 כתב אופנהיימר מאמר שחזה בעצם את קיומו של הפוזיטרון. היה זה לאחר שמאמר מאת פול דיראק הציע כי לאלקטרונים יכולים להיות גם מטען חיובי וגם אנרגיה שלילית. המאמר של דיראק הציג משוואה, הידועה בשם משוואת דיראק, שאיחדה את מכניקת הקוונטים, את תורת היחסות הפרטית, ואת המושג החדש של ספין חלקיקים, כדי להסביר את אפקט זימן. בהסתמכו על מכלול הראיות הניסיוניות, דחה אופנהיימר את הרעיון שהאלקטרונים החזויים בעלי מטען חיובי הם פרוטונים. הוא טען שהם יצטרכו להיות בעלי מסה זהה לאלקטרון, בעוד שניסויים הראו שהפרוטונים כבדים בהרבה מאלקטרונים. כעבור שנתיים גילה קארל דייוויד אנדרסון את הפוזיטרון, גילוי שזיכה אותו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 1936.
בסוף שנות ה-30 החל אופנהיימר להתעניין באסטרופיזיקה, ככל הנראה בזכות ידידותו עם ריצ'רד טולמן (אנ'), וכתב סדרת מאמרים בנושא. הראשון שבהם נכתב בשנת 1938 יחד עם רוברט סרבר. המאמר נקרא "על היציבות של ליבות כוכבי נייטרונים",
ובו חקר אופנהיימר את תכונותיהם של ננסים לבנים. לאחר מכן, במאמר שכתב יחד עם אחד מתלמידיו, ג'ורג' וולקוף (אנ'), "על ליבות מסיביות של כוכבי נייטרונים", הם הוכיחו שקיים גבול ("גבול טולמן-אופנהיימר-וולקוף") למסת הכוכבים, שמעבר לו הם לא יישארו יציבים ככוכבי נייטרונים ויעברו קריסה כבידתית. בשנת 1939 פרסמו אופנהיימר ותלמיד נוסף שלו, הרטלנד סניידר (אנ'), מאמר "על התכווצות כבידה מתמשכת", שחזה את קיומם של מה שמכונה היום חורים שחורים. לאחר מאמר הקירוב של בורן-אופנהיימר. מאמרים אלה נותרו המאמרים המצוטטים ביותר שלו, והיו גורמי מפתח בקידום המחקר האסטרופיזיקלי בארצות הברית בשנות ה-50, בעיקר על ידי ג'ון א. ווילר.
המאמרים של אופנהיימר נחשבו קשים להבנה. הוא אהב להשתמש בטכניקות מתמטיות אלגנטיות אך מורכבות מאוד כדי להדגים עקרונות פיזיקליים. לעיתים ספג ביקורת על טעויות מתמטיות שלו, שנבעו ככל הנראה מחיפזון. "הפיזיקה שלו הייתה טובה", אמר תלמידו סניידר, "אבל החשבון שלו נורא".
לאחר מלחמת העולם השנייה פרסם אופנהיימר רק חמישה מאמרים מדעיים, אחד מהם היה בביופיזיקה. לאחר 1950 לא פרסם יותר דבר. מארי גל-מאן, חתן פרס נובל לפיזיקה ב-1969, שעבד עם אופנהיימר ב-1951 כמדען אורח במכון למחקר מתקדם, אמר: ”לא היה לו 'כושר ישיבה' [Sitzfleisch]. למיטב ידיעתי, הוא מעולם לא כתב מאמר ארוך או עשה חישוב ארוך, או דברים מסוג זה. לא הייתה לו סבלנות לכך; עבודתו הייתה מורכבת ממהלכים קטנים אבל מבריקים למדי. אך הוא עורר השראה באנשים אחרים לעשות דברים נפלאים, והשפעתו הייתה פנטסטית.”