תומאס יאנג – מניסויי האופטיקה הפיזיקלית ופענוח כתב החרטומים עד לנחיתת חללית המחקר “רוזטה” על כוכב השביט P67

המדען הבריטי תומאס יאנג ביצע את ניסויי האופטיקה הפיזיקלית המכריעים אשר הוכיחו את האופי הגלי של הקרינה האלקטרומגנטית (התאבכות משני סדקים ועקיפה מסדק רחב). ניסויי יאנג מהווים עד היום את ההסבר לאופן הפעולה של אנטנות המיפתח ומערכי אנטנות. תומאס יאנג היה מדען רב גוני ורחב אופקים במיוחד ועסק בפיסיקה של מוצקים, באופטיקה, ברפואה, במוסיקה וגם בבלשנות. תרומתו החשובה לפענוח “אבן הרוזטה”, ממצא ארכיאולגי מפורסם המוצג במוזיאון הבריטי בלונדון, הביאה לפענוח כתב החרטומים המצרי העתיק. חללית המחקר “רוזטה” אשר נחתה לאחרונה על השביט P67 העבירה תמונות מרהיבות של אתר הנחיתה באמצעות אנטנת מיפתח גדולה. תומאס יאנג הוא הקשר בין “אבן הרוזטה” לבין חקר החלל.

קורות חייו של תומאס יאנג
תומאס יאנג Thomas Young נולד בתאריך 13 ביוני 1773 בעיר מילברטון, סומרסט, אנגליה ונפטר בתאריך 10 במאי 1829 בלונדון. תומאס יאנג היה פיסיקאי, רופא ובלשן אשר ביסס את תורת האופטיקה הפיזיקלית (התפשטות הקרינה האלקטרומגנטית כתופעות גלים של התאבכות ועקיפה). הוא עסק בהרחבה גם בפיסיקה של מוצקים וניסח את “מודול יאנג”, עסק בתורת הצבעים וניסח עם הולמהולץ את עקרון משולש צבעי היסוד שמהם ניתן להרכיב כל צבע אחר. יאנג חקר את אופן פעולת העין האנושית ואת תופעת האסטיגמטיזם, אך זכה לעיקר תהילתו כבלשן גאוני שתרם תרומה מכרעת לפענוח כתב ההירוגליפים המצרי הקדום בעזרת “אבן הרוזטה” (תמונה בעמוד הבא) – ממצא ארכיאולוגי יחיד במינו המוצג מאז שנת 1802 במוזיאון הבריטי בלונדון. תומאס יאנג נחשב למדען יוצא דופן בהיקף עיסוקיו וברוחב היריעה של המצאותיו וכונה “האדם האחרון שידע הכל”.
בגיל שש עשרה כבר שלט בשפות רבות וביניהן: אנגלית, צרפתית, איטלקית, יוונית, לטינית, עברית, ערבית, טורקית, פרסית ואמהרית. בגיל 19 החל ללמוד רפואה בלונדון אך תוך זמן מה עבר לגטינג ושם קיבל תואר דוקטור לפיזיקה. בשנת 1797 התקבל לעמנואל קולג’ באוניברסיטת קיימברידג’ ובשנת 1797 החל לעבוד כפיזיקאי עצמאי בלונדון. בשנת 1801 התמנה למרצה לפיזיקה במכון המלכותי בלונדון ופירסם את הרצאותיו בשנת 1807 תחת השם Course of Lectures on Natural Philosophy and Mechanical Arts. הניסויים המכריעים שערך בשנת 1801 בהתפשטות אור משני סדקים צרים ומסדק אחד רחב ביססו את תורת האור כתופעה גלית-קוהרנטית. בשנת 1802 התמנה למזכיר לעניני חוץ של החברה המלכותית הבריטית. משנת 1811 ואילך עבד כרופא בבית החולים סנט ג’ורג’ בלונדון ועסק בחקירת אופן הפעולה של עין האדם ויכולתה להבחין בצבעים באמצעות שלושה סוגי עצבים. בשנת 1814 החל לעסוק בפענוח “אבן הרוזטה” ותרם תרומה מכרעת להבנת כתב החרטומים ככתב הברות (ולא ככתב סמלים לעצמים מוחשיים) פרט למילים המוקפות בעיגול (“קרטושים”) המבטאות שמות מלכים ואנשי מעלה. יאנג גם טבע את המונח הקולקטיבי של שפות הודו-אירופאיות.
התורה הגלית של האור
כאמור, תומאס יאנג מדד את התפשטות האור משני סדקים צרים ומסדק אחד רחב וניסח את תבנית ההתפשטות כתופעה גלית של התאבכות ועקיפה. הקרינה המתקבלת בשדה הרחוק (“במרחק פראונהופר”) היא סכום מקומי של כל תרומות המפתח, כלומר הגזרה שממול לסדקים מוארת באופן קוהרנטי כהתאבכויות בונות והורסות לסירוגין. תורה זאת מוכיחה כי האור (וכן גלי רדיו) אינם מתפשטים בקו ישר אלא בתצורות מורכבות Patterns. גישה זו מהווה עד היום את ההסבר המקובל לאופן פעולת העדשות והאנטנות, על אף שמבחינות אחרות ניתן לראות בקרינה אלקטרומגנטית גם תופעה של חלקיקים (פוטונים) ושתי הגישות משלימות זו את זו. לניסויי יאנג היו השלכות מאוחרות גם בפיסיקה קוונטית של התאבכות בין שני מקורות ובחקירת תנועת חלקיקים במסלולי התפשטות מרובים.
נתאר חלון עגול אשר אלומת גלים מישוריים פוגעת בו משמאל ומקרינה לעבר מסך רחוק הנמצא במרחק R מן החלון, כמתואר באיור 2.
תבנית ההתאבכות על פני המסך תכלול אזורים מוארים וחשוכים לסירוגין, כאשר מרכז התבנית היא האלומה הראשית וההתאבכויות הצדדיות הן אונות צד. אם נתייחס לסדק הרחב כאל אנטנה עם מיפתח דו ממדי כלשהו (מלבני או עגול או אחר) הרי עקום הקרינה של האנטנה יתקבל על ידי תבנית ההתאבכות בשדה הרחוק, או בשפה מתימטית על ידי טרנספורם פורייה של הארת המיפתח. איור 5 מדגים את עקום הקרינה של מפתח ריבועי המוסבר לפרטיו בכל ספר יסוד באנטנות.

פענוח אבן הרוזטה
אבן הרוזטה היא אבן שחם (גרנודיוריט) שחורה אשר נתגלתה במצרים על ידי חיילים צרפתיים בפיקודו של קפטן פייר בושאר Pierre Bouchard בעיר רוזטה (כיום ראשיד) ביולי 1799. האבן הוכרה מיד כממצא ארכיאולוגי נדיר והועברה למשמורת בקהיר אך מצרים נכבשה במהרה על ידי הצבא הבריטי והאבן הועברה למוזיאון הבריטי בלונדון (ולא ללובר בפאריס), שם היא מוצגת עד היום. האבן עוררה התעניינות עצומה בעולם המדעי, בין היתר בשל העובדה שהיא מחולקת לשלושה חלקים שעליהם חקוקים שלושה סוגי כתב שונים: הכתב הדמוטי, ששימש לצרכי יום יום במצרים, כתב חרטומים קדום, ששימש לצרכים דתיים ולא היה מובן לציבור הרחב (מעין כתב סתרים), וכתב יווני. היתה זו אפוא הזדמנות פז חד פעמית לפענח את כתב החרטומים (הירוגליפים) באמצעות הקבלות של טקסט זהה בשפות שונות.
הפענוח השיטתי העיקרי מיוחס לז’אן פרנסואה שמפוליון Jean Francois Champollion
() מורה ומלומד צרפתי שהקדיש את חייו לפענוח כתב החרטומים ופרסם מאמרים רבים בנושא. משימת הפענוח העסיקה מומחים רבים אך התקדמה באיטיות רבה, בעיקר בגלל הגישה המוטעית שהסימנים הם מסוג סמגרמים, דהיינו סמלים שמסמנים חפצים או רעיונות ולא סמלים פונטיים המבטאים הברות. הכתב הפונטי נחשב מתקדם מדי ביחס לתרבות המצרית הקדומה (אבן הרוזטה מיוחסת לשנת 196 לפני הספירה). הטקסט עצמו הוא צו מלכותי של המלך תלמי החמישי המפאר את מעשיו. תרגום קלאסי של בוון משנת 1927 מציג את השורות הראשונות כדלקמן:
“הכוהנים הגדולים והנביאים ואלה אשר נכנסים למקדש הפנימי לצורך הלבשת האלים ונושאי הנוצה והסופרים הקדושים, וכל הכוהנים האחרים, שבאו יחד אל המלך מהמקדשים ברחבי הארץ לממפיס עבור חגיגת קבלת הריבונות של תלמי, בעל חיי הנצח, אהוב פתח האל אפיפנס אאוכריסטוס, אותה ירש מאביו, בהתכנסם במקדש בממפיס ביום זה הצהירו: הואיל והמלך תלמי, בעל חיי הנצח, אהוב פתח, האל אפיפנס אאוכריסטוס, בנם של המלך תלמי והמלכה ארסינואי האלים פילופטורס, היטיב מאוד הן עם המקדשים והן עם היושבים בהם, כמו גם עם כל נתיניו, בהיותו אל הנולד לאל ואלה (כמו הורוס בנם של איזיס ואוזיריס שנקם באביו אוזיריס), ובנטייתו הנדיבה כלפי האלים, העניק למקדשים הכנסות כסף ותירס, ונקט הוצאות רבות על מנת להביא שגשוג למצרים ולבנות את מקדשיה, והיה נדיב בכל אמצעיו ומההכנסות והמסים שהוא קיבל ממצרים נתן פטור לחלק ולאחרים הקל את נטלם, במטרה שהאנשים וכל השאר יוכלו לשגשג בתקופת שלטונו”.
יותר מאשר תוכן האבן, החשיבות ההיסטורית שלה היתה אפוא בפוטנציאל שהיא פתחה לפענוח כתב החרטומים הקדום. אכן לאחר גילויה, נפוצו העתקים ליתוגרפיים ויציקות גבס של האבן ברחבי אירופה בקרב חוקרים רבים. אגודת חוקרי העתיקות של לונדון יצרה בשנת 1802 ארבעה העתקי גבס של אבן הרוזטה ושלחה אותם לאוניברסיטאות אוקספורד, קיימברידג’, אדינבורג ודבלין. בעת גילוי האבן, עבד הדיפלומט והמלומד השבדי, יוהאן דויד אקרבאלד, על כתב לא מוכר אשר דוגמאות שלו נמצאו זמן קצר לפני כן במצרים. כתב זה נודע בשם “הכתב הדמוטי”. לכתב היה דמיון מסוים לכתב הקופטי, ואקרבאלד היה משוכנע שגם הכתב הדמוטי קשור לשפה זו. ב-1801 העביר ז’אן-אנטואן שפטל, שר הפנים של צרפת, את אחד הליתוגרפים של אבן הרוזטה לידיו של האוריינטליסט הצרפתי סילבסטר דה סאסי. דה סאסי, שהיה בקיא בעבודתו של אקרבאלד, הבין שהטקסט האמצעי שעל האבן חקוק בכתב הדמוטי שאותו חקר אקרבאלד. הוא העביר מידע זה לאקרבאלד והשניים פתחו במאמצים משותפים לפענח את הטקסט הדמוטי, תוך שהם יוצאים מנקודת הנחה שהכתב הוא אלפביתי. השניים ניסו להשוות בין הטקסט הדמוטי לטקסט היווני, על מנת למצוא את המקומות בטקסט הדמוטי שבהם מוזכרים שמות יווניים. מאמציהם נשאו פרי כאשר ב-1802 גילה סאסי לשפטל שהוא הצליח לזהות חמישה שמות (“אלכסנדרוס”, “אלכסנדריה”, “תלמיוס”, “ארסינואי” ותוארו של תלמי “אפיפנס”), בעוד אקרבאלד פרסם זמן קצר לאחר מכן אלפבית של 29 אותיות דמוטיות (שלפחות מחציתן היו נכונות כפי שהתברר מאוחר יותר). אף על פי כן, השניים לא הצליחו לפענח את שאר סימני השפה. כיום ידוע שהשפה הדמוטית כוללת לא רק סימנים פונטיים, כפי שחשבו סאסי ואקרבאלד, אלא גם אידאוגרמות וסימנים מסוגים אחרים.
דה סאסי נטש לבסוף את עבודתו על האבן, אך לפני כן תרם תרומה נוספת להבנתה. בשנת 1811, בהשראת דיון עם סטודנט סיני על מערכת הכתב הסינית, החליט דה סאסי לבחון סברה של גאורג סואגה מ-1797, לפיה השמות הזרים נכתבו בכתב החרטומים בצורה פונטית. כמו כן, זכר את הסברה שהציע ז’אן-ז’ק ברתלמי כבר ב-1761, לפיה הטקסט המוקף בתיבות קרטוש (“תרמילים”) מייצג שמות פרטיים. כך, כאשר כתב אליו בשנת 1814 תומאס יאנג שכיהן כמזכיר החברה המלכותית של לונדון, בעניין האבן, הציע לו דה סאסי בתשובה כי בנסותו לקרוא את כתב החרטומים, כדאי שיחפש אחר תיבות קרטוש ((cartouches, שאמורות להכיל שמות יווניים, וינסה לזהות ביניהן תווים פונטיים.
יאנג נרתם למשימת הפענוח והשיג שתי תוצאות חשובות שסללו את הדרך לפענוח הסופי. הוא גילה בטקסט את התווים הפונטיים “p t o l m e s”, שבאמצעותם נכתבה המילה היוונית “Ptolemaios” (תלמיוס). הוא גילה גם כי התווים הללו דמו למקביליהם הדמוטיים ובעקבות זאת המשיך וגילה עוד 80 נקודות דמיון בין כתב החרטומים לטקסט הדמוטי. הייתה זו תגלית חשובה, מאחר שקודם לכן נחשבו שתי מערכות הכתב שונות לחלוטין האחת מהשנייה. גילויים אלו הובילו אותו למסקנה הנכונה שמערכת הכתב הדמוטית היא פונטית רק בחלקה, וכוללת גם תווים אידאוגרפיים שמקורם בכתב החרטומים.יאנג הבליט חידושים אלה בערך הארוך שכתב על מצרים באנציקלופדיה בריטניקה בשנת 1819.
בשנת 1814 התכתב יאנג לראשונה על אודות האבן עם ז’אן-פרנסואה שמפוליון, מומחה חרטומים צרפתי מגרנובל שחקר במשך זמן רב את מצרים העתיקה. בשנת 1822 נתקל שמפוליון בהעתק של הטקסטים הקצרים, ביוונית ובכתב חרטומים, המופיעים על אובליסק פילה (Philae), שבהם סימן ויליאם ג’ון בנקס את השמות “תלמיוס” ו”קלאופטרה” בשתי השפות. בעזרת המסמך זיהה שמפוליון את התווים הפונטיים “kleopatra” והצליח להכין טבלה מסכמת של התווים הפונטיים בכתב החרטומים מאבן הרוזטה ומאבן הפילה. הטבלה הופיעה בכתב ידו במכתב ששלח בשנת 1822 אל בון-ז’וזף דסייה (Bon-Joseph Dacier), מזכיר האקדמיה לכתובות ולספרות יפה של פריז, שבאקדמיה הצרפתית.
מאז גילויה הייתה האבן למוקד של יריבויות לאומיות מתמשכות. ראשית היה זה בהעברתה מידיים צרפתיות לבריטיות במהלך המלחמות הנפוליאוניות, ולאחר מכן הדבר התבטא במחלוקת ארוכת שנים בדבר תרומתם היחסית של תומאס יאנג האנגלי וז’אן-פרנסואה שמפוליון הצרפתי (שהיו בקשרי עבודה משנת 1814) לפענוחה. מאז שנת 2003 התבטאה היריבות גם בדרישה המצרית להשבת האבן למצרים.
המונח “אבן רוזטה” משמש בהשאלה למפתח חשוב לשם פענוח מידע מוצפן, במיוחד כאשר חלק קטן מוכר וידוע מתגלה כמפתח להבנת השלם. לפי מילון אוקספורד, השימוש הראשון של המונח הופיע במהדורת 1902 של אנציקלופדית בריטניקה בערך על אנליזה כימית של גלוקוז. השימוש הכמעט מילולי של המונח הופיע בספר המדע הבדיוני “The Shape of Things to Come” של הרברט ג’ורג’ ולס. בספר זה, הפרוטגוניסט מוצא איגרת שכתובה בקצרנות, אשר מהווה מפתח להבנת חומרים נוספים הכתובים הן בכתב יד והן בדפוס. אחד השימושים הידועים והחשובים ביותר של הביטוי בספרות מדעית היה של חתן פרס נובל לפיזיקה תאודור הנש. במאמרו בנושא ספקטרוסקופיה בסיינטיפיק אמריקן (1979) כתב הנש: “הספקטרום של אטומי מימן הוא אבן הרוזטה של הפיזיקה המודרנית: לאחר שתבנית הקווים פוענחה, ניתן היה להבין גם דברים רבים אחרים”.
מאז נמצא הביטוי בשימוש רחב במדע בהקשרים שונים. לדוגמה, פענוח מלא של הגנים העיקריים תואר כ”אבן רוזטה של האימונולוגיה”. התפרצות קרני גמא שנמצאה בסופרנובה זכתה לשם “אבן רוזטה להבנת מקור התפרצויות גמא”. טכניקת אקו-קרדיוגרפיית דופלר נקראה בשם אבן רוזטה על ידי חוקרים שניסו להבין תהליך מורכב שבו החדר השמאלי של לב האדם מתמלא בזמן אי ספיקת-לב דיאסטולית. רוזטה הוא גם כלי תרגום מקוון שמיוצר ומתוחזק על ידי חברת “קנוניקל” שנועד לסייע בהפצת תוכנות בשפה מקומית. באופן דומה, “Rosetta@home” הוא פרויקט המשתמש בחישוב מבוזר קהילתי במטרה לפתור את בעיית חיזוי מבנה החלבון. “פרויקט רוזטה”‏ נועד לקבץ יחד מומחים ודוברי שפות שונות כדי ליצור מסד נתונים וארכיון של 1,500 שפות שיחזיק מעמד משנת 2000 ועד שנת 12000. באופן אקטואלי במיוחד, חללית המחקר “רוזטה” הגיעה בנובמבר 2014 אל כוכב השביט צ’וריומוב-גרסימנקו ונעזרה בגשושית הקטנה “פילה”, במטרה להכריע בשאלת מבנה השביט ולגלות את מקורותיה של מערכת השמש.

חללית המחקר רוזטה
חללית המחקר “רוזטה” שוגרה לחלל בתאריך 2 במרץ 2004 והגיעה לכוכב השביט P67 על שמם של Churyumov and Gerasimenko. הנחיתה של הגשושית הזעירה Pilae על כוכב השביט בנובמבר 2014 והעברת תמונות הנחיתה באמצעות ערוץ רדיו בטווח כ-500 מיליון קילומטר היא אחד מההישגים הבולטים בחקר החלל מאז ומעולם. החללית נבנתה על ידי ESA, סוכנות החלל האירופאית, מתוך כוונה לנווט אותה אל כוכב השביט P67 ולחקור את מבנה החומר על פניו. המשימה תוכננה למשך כ-11 שנים (עד דצמבר 2015) ובוצעה עד כה ברמת דיוק יוצאת דופן. החללית עצמה היא בגודל 2.82.12.0 מטרים ומשקלה כ-1200 קילוגרם אך בחלל היא פתחה תאי שמש בגודל כ-32 מטר המספקים לה כ-850 וואט חשמל מן השמש. הנחיתה על השביט בוצעה באמצעות הגשושית פילה שמשקלה כ-100 קילוגרם.
מבין המכשירים הרבים שנושאת הרוזטה חשוב לציין את ערוץ הרדיו לכדור הארץ אשר קצב המידע שבו הוא 28kbps המופעל באמצעות אנטנת צלחת מסוג קסגריין בקוטר 2.4 מטר הפועלת בתחום תדרי X כאשר המשדר השפופרתי מסוגל להפיק 24 וואט הספק ממוצע. הקורא חד-העין יוכל להעריך כי משך הזמן הדרוש להעברת תמונה ספרתית מעולה בקיבולת 200Mbit
(או Mbyte) עשוי להגיע עד שעתיים וזמן תנועת גלי הרדיו עד כדור הארץ הוא כ-45 דקות. ערוץ הרדיו בין החללית אל הגשושית שלה פועל בתחום תדרי S וקצב המידע בו הוא 8kbps. גלאים נוספים על הרוזטה כוללים נתחי ספקטרום בתחום האולטרה-סגול, האופטי והרדיו, ספקטרומטרי מסות שונים, גלאי אבק, פלזמה ויונים וציוד נוסף.
חללית הרוזטה נועדה לחקור את כוכב השביט כיצד הוא נוצר ומה הוא מכיל. בדרך אל כוכב השביט החללית חלפה בסמוך לגופים שמימיים נוספים כמו חגורת האסטרואידים הראשית. בהשאלה לאבן הרוזטה, החללית נועדה להיות מפתח לפתרון סודות מערכת השמש כולה. תומאס יאנג הוא הקשר מניסוח תורת הקרינה של גלים אלקטרומגנטיים ופתרון כתב החרטומים על אבן הרוזטה, עד שליחותה של חללית המחקר לפאתי מערכת השמש והעברת התמונות המרהיבות אל כדור הארץ באמצעות אנטנת מיפתח עגולה.

מילות מפתח
Thomas Young biography, Interference between two slits, Diffraction from a wide slit, Physical optics, Radiation pattern of aperture antenna, Rosetta stone, Rosetta spacecraft, Rosetta Mission.