ג'ורג' סטוקס: הגלים שכמעט הטביעו אותו
בתו תיעדה את סיפור המקור בעצמה. "הוא כמעט נסחף על ידי אחד מהגלים הגדולים האלה בזמן שרחץ כילד מול חופי סלייגו", כתבה איזבלה המפריס על אביה, "וזה משך לראשונה את תשומת לבו לגלים". ג'ורג' גבריאל סטוקס (George Gabriel Stokes) הקדיש את שבעת העשורים הבאים לבעיה, ועד סופם ניסח את המשוואות השולטות בתנועת זורמים, הסביר מדוע עננים נשארים באוויר, גילה מדוע חומרים מסוימים זוהרים תחת אור בלתי נראה, והעניק את שמו ליחידה, למשפט, לעדשה, לקו ספקטרלי ולשני מכתשים. הוא כיהן כפרופסור לוקאסיאן בקיימברידג' במשך חמישים וארבע שנים — יותר מכל אדם אחר בהיסטוריה של הקתדרה, כולל ניוטון.
בית כומר על שפת הים
סטוקס נולד ב-13 באוגוסט 1819 בסקרין, מחוז סלייגו, בן הזקונים של הכומר גבריאל סטוקס, כומר של כנסיית אירלנד בקהילה, ואליזבת הוטון. שלושה מאחיו פנו לכמורה; אחד מהם, ג'ון, הפך לארכידיאקון של ארמה. הוא היה קרוב במיוחד לאחותו אליזבת. חוף האוקיינוס האטלנטי שבו גדל עיצב את המדע שלו באופן ישיר לא פחות מכל מורה.
הוא למד בסקרין, לאחר מכן בדבלין, ובבריסטול, והחל את לימודיו במכללת פמברוק (Pembroke College), קיימברידג' ב-1837. בשנת 1841 הוא סיים כ"סניור וראנגלר" (Senior Wrangler) — הראשון במבחני המתמטיקה — וחתן פרס סמית' (Smith's Prizeman), ונבחר מיד כעמית במכללת פמברוק. הוא התפטר מהמשרה עם נישואיו ב-1857, כפי שדרשו תקנוני המכללה באותה עת, נבחר מחדש תחת תקנונים מתוקנים ב-1869, והחזיק בה עד שהפך לראש מכללת פמברוק ב-1902, שנה לפני מותו.
הפיזיקה של זורמים בתנועה
בין 1842 ל-1851 סטוקס למעשה ייסד את מכניקת הזורמים המודרנית. מאמריו על תנועת זורמים בלתי דחיסים, על חיכוך בזורמים ועל חיכוך פנימי הפכו תחום של כללים אמפיריים מפוזרים לדיסציפלינה מתמטית. הוא השתמש בה כדי להסביר מדוע עננים נשארים תלויים ומדוע גלים שוככים, וכדי לתקוף בעיות מעשיות — זרימת מים בנהרות וההתנגדות שנתקלות בה ספינות.
שתי תוצאות נושאות את שמו. משוואות נאוויה-סטוקס (Navier–Stokes equations), שבהן תרם תרומות יסודיות, נותרו התיאור הבסיסי של זרימת זורמים ואחת הבעיות הבלתי פתורות הקשות ביותר במתמטיקה. חוק סטוקס (Stokes' law) נותן את הגרר על כדור הנע באיטיות דרך תווך צמיג, ובכך את מהירותו הסופית — הבסיס התיאורטי של ויסקומטר כדור נופל המשמש עדיין בתעשייה למדידת צמיגות של נוזלים. יחידת ה-CGS של צמיגות קינמטית, הסטוקס, קרויה על שמו.
אור, וזוהר זכוכית אורניום
בערך משנת 1845 פנה סטוקס לתורת הגלים של האור. מאמרו משנת 1849 על עקיפה הוכיח שמישור הקיטוב חייב להיות ניצב לכיוון התקדמות האור — אילוץ מכריע על טבעו הפיזי של האור.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →עבודתו האופטית המפורסמת ביותר הגיעה בשנת 1852 עם המאמר "על שינוי אורך הגל של האור" ("On the change of refrangibility of light"). כשצפה במינרל פלואוריט ובזכוכית אורניום, סטוקס תיאר וכינה את התופעה פלואורסצנציה: המרה של קרינה אולטרה-סגולה בלתי נראית לאור נראה בעל אורך גל ארוך יותר. שינוי האנרגיה המעורב מכונה "הסטת סטוקס" (Stokes shift), והתופעה מהווה בסיס לכל דבר, מתאורה פלואורסצנטית ועד למולקולות מסומנות שהופכות את הביולוגיה המודרנית לנראית.
הוא המשיך בעבודתו במשך שלושים שנה. הוא חקר קשתות בענן בשנות ה-1850, צבעים של לוחות עבים ב-1851, החזרה מתכתית על ידי חומרים לא-מתכתיים ב-1853, עוצמת אור דרך לוחות ערומים ב-1860, ובשנת 1862 לבדה פרסם מאמרים על שבירה כפולה, ספקטרום האור החשמלי וספקטרום הבליעה של הדם. בשנת 1878 הוא קבע גבולות תיאורטיים למפתח המיקרוסקופ. בשנת 1849 הוא המציא את עדשת סטוקס (Stokes lens), התקן עדשות גלילי לגילוי אסטיגמציה.
הזדמנות אחת הוא החמיץ. לפני קיץ 1852 לימד סטוקס את לורד קלווין (Lord Kelvin) כיצד ניתוח פריזמטי של אור יכול לחשוף את הכימיה של השמש והכוכבים — כשהוא מקדים את גוסטב קירכהוף (Gustav Kirchhoff) בשבע או שמונה שנים. אך הוא לא תפס שפליטה באורך גל נתון דורשת בליעה באותו אורך גל, ומאוחר יותר הוא התנער מ"כל חלק בתגליתו המופלאה של קירכהוף". מדענים אנגלים ייחסו לו את העקרונות בכל מקרה.
מתמטיקה, וטורים מתבדרים
משפט סטוקס (Stokes' theorem), הזהות הקושרת את האינטגרל של שדה מעל משטח להתנהגות השדה על גבולו, נושא את שמו מכיוון שהוא זה שהפך אותו לפופולרי; הוא הפך לאחת התוצאות הנושאות בנטל של חדו"א וקטורי. בחקירת הטיפול של ג'ורג' איירי (George Airy) בקשתות בענן, הוא הביע אינטגרל מסורבל כטור מתבדר וקיצץ אותו בחוכמה כדי לקבל קירובים מדויקים — תובנה מוקדמת בטורים אסימפטוטיים, אחד מ"התעלולים" המבוקרים הפוריים ביותר במתמטיקה שימושית.
גשרים שהתמוטטו
בריטניה הוויקטוריאנית בנתה את מסילות הברזל שלה מהר יותר מכפי שהבינה את החומרים, וסטוקס נקרא למקום כאשר הם נכשלו. לאחר התמוטטות גשר די (Dee Bridge) ליד צ'סטר במאי 1847 הוא חקר את כשל הקורה מברזל יצוק ושירת בוועדה המלכותית שהוקמה בעקבות כך, תוך חישוב הכוחות שמפעיל קטר נע על גשר. לאחר אסון גשר טיי (Tay Bridge) ב-28 בדצמבר 1879, כאשר סערה הרסה את חלק ה-High Girders בזמן שרכבת אקספרס חצתה אותו ומעל שבעים וחמישה בני אדם נספו, הוא הופיע כעד מומחה בנושא עומסי רוח. ועדת החקירה מצאה שהגשר "תוכנן בצורה גרועה, נבנה בצורה גרועה ומתוחזק בצורה גרועה". סטוקס מונה לוועדה המלכותית הבאה בנושא לחץ רוח, שמדדה רוחות סערה ברחבי המדינה כדי לקבוע אילו כוחות מבנים באמת צריכים לשרוד.
אמונה ללא פשרות
סטוקס נותר פרוטסטנטי אוונגליסטי שמרן לאורך כל חייו. בשנת 1886 הוא הפך לנשיא מכון ויקטוריה (Victoria Institute), שנוסד כדי להגן על הנצרות האוונגליסטית נגד האבולוציה הדרוויניסטית; ב-1891 הוא נשא את הרצאות גיפורד (Gifford Lectures) על תיאולוגיה טבעית, והוא היה סגן נשיא החברה הבריטית והזרה לתנ"ך (British and Foreign Bible Society). עמדתו הייתה עדינה יותר ממה שההשתייכויות הללו מרמזות. "כולנו מודים", הוא כתב כנשיא המכון, "שספר הטבע וספר ההתגלות באים שניהם מאלוהים, וכי כתוצאה מכך לא יכולה להיות סתירה אמיתית בין השניים אם הם מפורשים נכון". הוא הדגיש כי הראיות המדעיות הן "סבירות בלבד" ונתונות לשינוי — תוך אזהרה דומה מפני ביטול ההתגלות. בניגוד לרוב האוונגליסטים הוויקטוריאנים הוא דחה את הענישה הנצחית, ודבק במקום זאת בקונדיציונליזם נוצרי.
השומר בשער
סטוקס היה פרופסור לוקאסיאן מ-1849 עד 1903, מזכיר החברה המלכותית (Royal Society) מ-1854 עד 1884, נשיאה מ-1885 עד 1890, וחבר פרלמנט שמרני מטעם אוניברסיטת קיימברידג' מ-1887 עד 1892 — האדם הראשון שהחזיק בפרופסורה, בנשיאות ובמושב בפרלמנט בו-זמנית. שלושים שנה כמזכיר העניקו לו, לפי הערכה אחת, "השפעה עצומה אם כי לא בולטת על קידום המתמטיקה ומדעי הפיזיקה". הוא פתר קשיים מתמטיים של אחרים וחילק בעיות מחקר; היסטוריונים מכנים אותו שומר הסף של המדע הוויקטוריאני.
הוא קיבל תואר ברונט ב-1889 וזכה במדליית רמפורד (Rumford Medal) ב-1852, בפרס הופקינס ב-1870 ובמדליית קופלי (Copley Medal) ב-1893. ב-1 ביוני 1899 יובל הזהב שלו כפרופסור לוקאסיאן משך משלחות מכל רחבי אירופה ואמריקה; קלווין העניק לו פסלי שיש מאת המו תורניקרופט (Hamo Thornycroft).
משפחה וסוף
ב-4 ביולי 1857 נשא סטוקס את מרי סוזנה רובינסון, בתו של האסטרונום האירי תומאס רומני רובינסון, בקתדרלת סנט פטריק בארמה. מתוך חמשת ילדיהם, שתי בנות מתו בינקותן; בנו ויליאם, רופא, התאבד בגיל שלושים בעודו סובל מאי-שפיות זמנית. סטוקס מת ב-1 בפברואר 1903, בגיל שמונים ושלוש, ונקבר בבית הקברות מיל רואד, קיימברידג', עם אנדרטה במנזר וסטמינסטר. הקו הגברי נקטע והברונטות נכחדה — אך הסטוקס, הסטת סטוקס, קו סטוקס, מכתשים על הירח ומאדים, והמשוואות שעדיין מביסות מתמטיקאים הוכחו כקשים יותר להכחדה.