ריצ'רד ארנסט: יצרן הכלים של הכימיה המודרנית
היכן שהוא מעל האוקיינוס האטלנטי באוקטובר 1991, כימאי שווייצרי הוזמן קדימה לתא הטייס של מטוס נוסעים והועברה לידיו הודעת רדיו: הוא זכה בפרס נובל לכימיה. זו הייתה מסירה מתאימה באופן מוזר עבור ריצ'רד ארנסט (Richard Ernst), אדם שכל הקריירה שלו הייתה מורכבת מבניית הכלים שדרכם אנשים אחרים יראו. הוא מעולם לא דרש יותר לעצמו מאשר זאת. הוא תיאר את עצמו, בצורה שובת לב, כ"יצרן כלים" ולא כמדען – מה שהמעיט במידה מסוימת במה שהכלים שלו אפשרו.
ילדות בווינטרטור, והכימיקלים של הדוד
ארנסט נולד ב-14 באוגוסט 1933 בווינטרטור שבשווייץ, לרוברט ארנסט ולאירמה ארנסט-ברונר. הוא גדל בבית שסבו, סוחר, בנה ב-1898 – סוג של המשכיות שווייצרית יציבה שלרוב מייצרת קונפורמיסטים או אנשים שעושים בשקט משהו מוזר בעליית הגג. ארנסט עשה את האחרון שבהם. בגיל שלוש עשרה הוא גילה אוסף כימיה שהותיר אחריו דוד מנוח והחל לעבוד עליו בהתלהבות רבה יותר מאשר בזהירות, מה שהפיק פיצוצים שהדאיגו את הוריו.
התשוקה השנייה הגיעה מוקדם יותר ולא עזבה מעולם. הוא נגן צ'לו ולמשך תקופה שקל הלחנה כקריירה. שני התחומי עניין היו מנוגדים פחות ממה שהם נראים: שניהם תרגילים بפתרון אותות מורכבים חופפים למשהו שהאוזן או העין יכולות לקרוא, וארנסט יבלו את חייו המקצועיים בעשיית בדיוק את זה עם התדרים הנפלטים מגרעיני אטום.
ETH ציריך
הוא קיבל את הדיפלומה שלו בכימיה מ-ETH ציריך ב-1957, והוסמך כמהנדס כימאי מוסמך (Diplomierter Ingenieur Chemiker), ונשאר לדוקטורט בכימיה פיזיקלית, שהושלם ב-1962. עבודת הגמר הייתה על תהודה מגנטית גרעינית – התופעה שבאמצעותה גרעיני אטום המונחים בשדה מגנטי בולעים ופולטים מחדש גלי רדיו בתדרים המעידים על סביבתם הכימית. בעקרון, NMR יכול לחשוף את המבנה של כל מולקולה. בפועל, ב-1962, היא הייתה חסרת רגישות באופן מענה: דגימות היו חייבות להיות גדולות, מדידות איטיות, וכל דבר מדולל או מסובך – כלומר, כל דבר ביולוגי – היה מחוץ להישג יד.
ואריאן אסושיאייטס והתמרת פורייה
ב-1963 הצטרף ארנסט לחברת ואריאן אסושיאייטס (Varian Associates) בקליפורניה כמדען, ושם הפיק את החידוש ששינה את התחום. NMR קונבנציונלי סרק לאט תדרים אחד בכל פעם. הגישה של ארנסט הייתה להכות בדגימה עם דופק קצר שעורר את כל התדרים בבת אחת, ואז להשתמש בהתמרת פורייה כדי לפרום את בליל האותות החופפים המתקבל לספקטרום. הרווח ברגישות היה עצום. ניסויים שהיו בלתי אפשריים הפכו לשגרתיים; מולקולות שהיו בלתי נראות מכיוון שהיו נוכחות בכמויות עקבות בלבד הפכו לקריאות. בוואריאן הוא פיתח גם טכניקות ניתוק רעשים, אמצעי נוסף לניקוי ספקטرا צפופות.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →NMR של התמרת פורייה הוא הסיבה שהכימיה כיום יכולה לקבוע את המבנה של תרכובת לא ידועה תוך אחה"צ ולא עונה שלמה, והוא האב הקדמון הישיר של הדמיית תהודה מגנטית, הטכנולוגיה שהפכה את אותה פיזיקה לדרך להסתכל לתוך גוף אדם חי מבלי לחתוך אותו פתוח.
הממד השני
ארנסט חזר ל-ETH ציריך ב-1968 כמרצה, הפך לפרופסור חבר ב-1970, פרופסור חבר (associate) ב-1972 וב-1976 לפרופסור מן המניין לכימיה פיזיקלית. הוא ניהל את המעבדה לכימיה פיזיקלית ושם פיתח את ההתקדמות הגדולה השנייה של קריירה שלו: NMR דו-ממדי, יחד עם חבילה של טכניקות דופק חדשות.
אם NMR של התמרת פורייה הפך ספקטرا למהירות יותר, NMR דו-ממדי הפך אותן למובנות. על ידי פיזור המידע על פני שני צירי תדר, שיטותיו של ארנסט הפרידו ספקטرا שהיו צפוקות נואשות בממד אחד, ובעיקר, חשפו אילו גרעינים היו מחוברים לאילו – כלומר, אילו אטומים ישבו ליד אילו. זהו מידע מבני. זה מה שאפשר ל-NMR לעבור ממולקולות קטנות לחומצות אמינו וחומצות גרעין, וזו הסיבה שלביולוגיה מבנית יש כיום שני שיטות גדולות במקום אחת.
פרס נובל והכבוד שבא בעקבותיו
פרס נובל לכימיה לשנת 1991 הוענק לארנסט לבדו, "על תרומתו לפיתוח המתודולוגיה של ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR) ברזולוציה גבוהה" – ציטוט רגיל באופן יוצא דופן לגופים יוצאי דופן של עבודה בעלת השלכות.
השאר הגיע ברצף: פרס מרסל בואנואה (Marcel Benoist Prize) ב-1985, מדליית ג'ון גמבל קירקווד ב-1989, ובשנת הנובל עצמה הן פרס וולף בכימיה והן פרס לואיזה גרוס הורוויץ. הוא קיבל את מדליית טדאוס רייכשטיין ב-2000 ואת מסדר כוכב רומניה ב-2004, ונבחר לחבר זר של החברה המלכותית ב-1993. הוא החזיק בתוארי דוקטור לשם כבוד משישה מוסדות והשתייך לאקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב, לאקדמיה הלאומית הגרמנית למדעים ליאופולדינה, לאקדמיה הרוסית למדעים, לאקדמיה הקוריאנית למדע וטכנולוגיה, לאקדמיה למדעים של בנגלדש, ומ-2002, לאקדמיה האסטונית למדעים כעמית זר.
מגילות טיבטיות ופרישה
ארנסט פרש לגמלאות ב-1998, אך הרגל יצרן הכלים לא עשה זאת. הוא היה אספן רציני של אמנות מגילות טיבטיות, ובמקום להתפעל מהן באופן פסיבי הוא הפנה את מכשירים שלו אליהן, וניסה את הפיגמנטים כדי לקבוע מאיפה הגיעו הצבעים ובני כמה המגילות. מוזיקה ואמנות נשארו המשקל הנגדי למעבדה לאורך כל חייו.
הוא התחתן עם מגדלנה קילהולץ (Magdalena Kielholz), ונולדו להם שלושה ילדים: אנה מגדלנה, קתרינה אליזבת והאנס-מרטין וולטר.
וינטרטור, 2021
ריצ'רד ארנסט נפטר ב-4 ביוני 2021 בווינטרטור, העיירה בה נולד, בגיל שבעים ושבע. מכשירים שלו האריכו ימים אחריו בכל מחלקת כימיה ובכל סוויטת רדיולוגיה בבית חולים על פני כדור הארץ – מורשת גדולה למדי עבור אדם שהתעקש שהוא רק עשה את הכלים.