ג'יימס פרנק: הפיזיקאי שהזהיר ראשון
ב־11 ביוני 1945, קבוצת מדענים שעבדו על פצצת האטום האמריקאית חתמה על מסמך שבו ביקשו מממשלתם שלא להשתמש בה ללא אזהרה. "אם ארצות הברית תהיה הראשונה להפעיל אמצעי השמדה בלתי סלקטיבי זה על האנושות," כתבו, "היא תקריב את תמיכת הציבור ברחבי העולם, ותזרז את מרוץ החימוש." הדו"ח נושא את שמו של האיש שעמד בראש הוועדה — חתן פרס נובל שכבר פרש מקתדרה מסיבות מצפון 12 שנים קודם לכן, ובילה את קריירתו בהוכחה שאטומים מקבלים אנרגיה רק בכמויות מדויקות.
המבורג, היידלברג, ברלין
פרנק נולד ב־26 באוגוסט 1882 בהמבורג. הוא למד בגימנסיה וילהלם, ולאחר מכן למד כימיה בהיידלברג לפני שעבר לפיזיקה בברלין, שם למד אצל אמיל ורבורג ופאול דרוד. הוא קיבל את הדוקטורט שלו בברלין ב־1906, עבד לזמן קצר כעוזר בפרנקפורט, וחזר לברלין כדי לעבוד עם היינריך רובנס. עד 1911 הוא הרצה בפיזיקה באוניברסיטת ברלין, והתקדם לדרגת פרופסור חבר, והחזיק בתפקיד עד 1918, עם הפסקה לשירות צבאי במלחמת העולם הראשונה.
אלקטרונים ואטומים
עבודתו המרכזית של פרנק עסקה במה שקורה כאשר אלקטרון פוגע באטום. יחד עם גוסטב הרץ הוא תכנן ניסויים שמדדו במדויק את ההחלפה — ומצאו שהאטום לא יקבל כמויות שרירותיות של אנרגיה. הוא קיבל כמויות ספציפיות ולא דבר ביניהן. זו הייתה ההדגמה הניסיונית הישירה הראשונה של רמות האנרגיה המקוונות שתורת הקוונטים הציעה, והיא הפכה את הנחיתה המופשטת לעובדת מעבדה ניתנת למדידה. פרס נובל לפיזיקה לשנת 1925 הוענק לשני הגברים יחד "על גילוי חוקי ההתנגשות של אלקטרון עם אטום."
לאחר המלחמה עמד פרנק בראש החטיבה לפיזיקה במכון קייזר וילהלם תחת פריץ הבר, והמשיך לחקור את קינטיקת האלקטרונים ואת התנהגות האטומים בגזים.
גטינגן
ב־1920 הוא הפך לפרופסור לפיזיקה ניסיונית בגטינגן, ובמשך שלוש עשרה שנה היה חלק מהשותפות שהפכה את העיר לבירת העולם של הפיזיקה התיאורטית, תוך שיתוף פעולה הדוק עם מקס בורן. בין הסטודנטים שעברו דרכו היה ג'יי. רוברט אופנהיימר. זו הייתה בגטינגן שפרנק פיתח את העיקרון הידוע כיום בשמו ובשם אדוארד קונדון, המסביר את הדיסוציאציה הפוטוכימית — איך מולקולות מתפרקות כשהן בולעות אור.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →התפטרות, 1933
כשהמשטר הנאצי עלה לשלטון, פרנק התנגד בפומבי לחוקי הגזע שלו וויתר על משרתו במקום לשרת תחתיהם. זו הייתה סירוב חריגה מוקדמת וחריפה, שנעשתה על ידי ותיק מעוטר שיכול היה לתבוע פטור. הוא עבר תחילה לאוניברסיטת ג'ונס הופקינס כפרופסור שפייר, בילה תקופה בקופנהגן, וב־1938 הצטרף לסגל הפיזיקה באוניברסיטת שיקגו.
שיקגו והפצצה
במהלך מלחמת העולם השנייה פיקד פרנק על החטיבה לכימיה של המעבדה המטלורגית, זרוע פרויקט מנהטן באוניברסיטת שיקגו. כשהנשק התקרב לסיום הפיתוח, הוא עמד בראש הוועדה שהפיקה את דו"ח פרנק מיוני 1945, שנחתם לצד לאו סילארד, גלן סיבורג, דונלד ג'. יוז, ג'. ג'. ניקסון, יוג'ין רבינוביץ' וג'. סי. סטרנס.
הדו"ח טען נגד התקפה אטומית לא מודיעה על יפן והציע הדגמה באזור בלתי מיושב במקום. ההיגיון שלו היה אסטרטגי כמו מוסרי. המדענים דרשו שהסוד לא יחזיק מעמד, וחזו שתוך עשור מדינות אחרות יחזיקו בפצצות המסוגלות להשמיד ערים, ודחפו להקמת "שליטה בינלאומית יעילה על חומרי נפץ גרעיניים" לפני שמרוץ החימוש יהפוך בלתי ניתן לעצירה. הם נדחו. וגם, לפי הלוח הזמנים, הם צדקו.
פוטוסינתזה
לאחר המלחמה עמד פרנק בראש קבוצת המחקר לפוטוסינתזה בשיקגו עד 1956, והפעיל את כלי הכימיה הפיזיקלית על השאלה איך צמחים ממירים אור לאנרגיה כימית — במובן מסוים אותו הדילמה כמו עיקרון פרנק-קונדון, שנשאלה על ידי חומר חי. כבוד הצטבר: מדליית מקס פלאנק ב־1951, אזרחות כבוד של גטינגן ב־1953, מדליית רמפורד ב־1955, ובחירה לחברה המלכותית ב־1964. הוא מת ב־21 במאי 1964 בעת ביקור בגטינגן, העיר שעזב שלושים ואחת שנים קודם לכן.
למה ג'יימס נקרא גאון
היכולת הנוגעת לדיון היא דמיון ניסיוני: היכולת לתכנן מכשיר שגורם לטבע לענות על שאלה שהוא נמנע ממנה. האטום של בוהר, עם מצבי האנרגיה הבדידים שלו, היה הצעה תיאורטית שרבים מהפיזיקאים ראו כבדיה נוחה. פרנק והרץ בנו מכשיר שבו הצעה זו הפכה לנראית כתבנית חוזרת בזרם חשמלי — ראיה שכל אחד יכול לקרוא מכשיר. המרת מופשטת מוגנת למדידה שאין עליה עוררין היא אחד הדברים הקשים ביותר שפיזיקאי יכול לעשות, והציטוט של ועדת הנובל, "חוקי ההתנגשות של אלקטרון עם אטום," מזכיר בדיוק את זה. עיקרון פרנק-קונדון מראה את הרגל המנטלי הזה מיושם על מולקולות ואור.
המקרה הנגדי ראוי להישמע. התיאוריה שהעניקה משמעות לתוצאותיו לא הייתה שלו; היא השתייכה לבוהר, והמכניקה הקוונטית שבאה אחריה לבורן, הייזנברג ואחרים במוסד שבו פרנק עבד. הוא היה מודד מצוין בתוך מהפכה שהתיאורטיקנים הובילו. הפרס נחלק, העיקרון הוא שותף בשם, ומחקרו המשמעותי שלאחר המלחמה בפוטוסינתזה לא הניב דבר בעל מעמד דומה. גם ראוי לשים לב שחלק ניכר מהמוניטין המודרני של פרנק מבוסס על מצפון ולא על פיזיקה — ההתפטרות של 1933 והדו"ח של 1945. זו הבחנה אמיתית, וכנראה נדירה יותר, אך היא ברורות מוסרית ולא ברוחנית, והשניים לא יכולים להתמזג בשקט.
מורשת
הניסוי של פרנק-הרץ הוא כעת תרגיל מעבדה סטנדרטי לתואר ראשון, שהוא המחמאה הגבוהה ביותר שהפיזיקה משלמת: תוצאה כל כך בטוחה שמבקשים מהסטודנטים לשחזר אותה. דו"ח פרנק קיבל את החיים המשניים המוזרים יותר. שכחו ב־1945, הוא הפך למסמך היסוד של תנועת המדענים לבקרת נשק, וקוראים אותו היום פחות כמחאה ויותר כנבואה — הרגע שבו אנשי הנשק אמרו לממשלתם בדיוק איך ייראו חמישים השנים הבאות, ולא נתנו להם אמון.