פרס הנובל בפיזיקה

כסטודנט באוניברסיטת תל-אביב אני אמנם מאוכזב שפרופסור יקיר אהרונוב לא קיבל את פרס הנובל לפיזיקה היום, אבל קשה להתווכח עם החלטת הועדה. שני הפיתוחים הטכנולוגיים עליהם הוענק הפרס הם כה מרכזיים – גם במחקר וגם בחיי היום-יום – שאף פיזיקאי לא יתנגד להחלטה.

הפרס ניתן השנה לשלושה פיזיקאים: צ’ארלס ק. קאו על תרומתו לפיתוחה של תקשורת בעזרת סיבים אופטיים; והצמד וילארד ס. בויל וג’ורג’ אי. סמית’ על המצאת ה-CCD.

אני מניח שרובנו, אם לא כולנו, מכירים כבר סיבים אופטיים ויודעים על תרומתם לתקשורת בנפחים גבוהים. אני רוצה להתמקד בהמצאה השנייה. ה-CCD, או Charge Coupled Device הוא אותו שבב שנמצא היום בכל מצלמה דיגיטלית.

מדובר בחתיכה דקה של חומר ועליה רשת של חוטים דקים. החוטים הללו מחלקים את השבב ליחידות זעירות, או פיקסלים. חלקיק אור (פוטון) שפוגע בשטחו של פיקסל משחרר אלקטרון מתוך החומר. ככל שיותר חלקיקי אור פוגעיםבפיקסל, כך משתחררים יותר אלקטרונים. למעשה, הפיקסלים מתפקדים כדליים שאוספים אור וממירים אותו לאלקטרונים.

בתום חשיפה, כשצמצם המצלמה נסגר, הפיקסלים “מרוקנים” את תוכנם לתוך מחשבון שסופר כמה אלקטרונים נאגרו בכל פיקסל, ומכאן – כמה אור הגיע לאותו פיקסל. מספר האלקטרונים קובע איזה גוון של אפור המחשבון ייתן לאותו פיקסל: יותר אור = גוון בהיר יותר; פחות אור = גוון כהה יותר.

איפה היינו היום ללא מצלמות דיגיטליות? אם עוד היינו צריכים להסתמך על פילם כנראה שלא היינו מרשים לעצמנו לצלם כל פרצוף מצחיק שהחתול שלנו עושה, והיה קצת יותר קשה להעלות את התמונות האלה לאינטרנט.

המצאת ה-CCD חוללה מהפכה לא רק בחיים הפרטיים, אלא גם באסטרונומיה. עד להמצאת ה-CCD אסטרונומים השתמשו בפילם, כמו כולם. כמות המידע שאפשר להפיק מפילם היא כאין וכאפס לעומת כמות המידע שגלומה בפיקסלים של ה-CCD.

היום אנחנו יכולים לספור בדיוק כמה אור מגיע מעצם מסוים בחלל. מרגע זה ואילך אסטרונומיה הפכה למדע כמותי. יותר מכך – אנחנו יכולים לוודא שכאשר שני מדענים צופים על אותו כוכב עם שני טלסקופים שונים, הם יספרו בדיוק את אותה כמות האור. בעזרת ה-CCD אסטרונומיה הפכה למדע מדויק.

בסרטון הבא של התכנית המצוינת Hubble Cast תוכלו לשמוע על המעבר מציורים וצילומי פילם לתמונות דיגיטליות: