האם יכול הסוד למדע פורץ דרך להיות פשוט כפי שהוא מהנה?
רגע לפני שהוא היה מבוגר מספיק כדי להצביע אבל אחרי שהוא התחיל את הדוקטורט שלו במדעי המחשב, הגיע אריק דמיין לעיר ניו-יורק כדי להשתתף בכנס ה-OrigamiUSA השנתי. לאחרונה הוא גילה עניין בתחביב כיוון שהוא חשב שהמתמטיקה שמאחוריו עשויה להיות נושא מעניין לעבודת הדוקטורט. כשהוא הלך בין מעברי הביתנים של הכנס, ראה דמיין את אמנות הנייר הרגילה – חרקים עדינים, ארנבונים נפוחים – אבל הוא גילה עוד על תצורות מורכבות יותר, כמו דגם רכבת שלושה קרונות שעוצב מדף נייר יחיד. הרכבת, כמו עבודות אוריגמי מורכבות אחרות, צמחה מתבנית קיפול בסיסית שנקראת קפל קופסה (box pleat).
קפל הקופסה, אשר פותח באמצע שנות ה-60, הוא מערכת של קפלים אנכיים ואופקיים המשולבים עם כמה אלכסונים הממוקמים במדויק. פיזיקאי שווייצרי בשם עמנואל מוסר הפך את התבנית לפופולרית כשהוא השתמש בה כדי ליצור את מה שמוכר היום בתור הרכבת של מוסר, אחד ההישגים הגדולים של האוריגמי. בכנס, התחיל דמיין לתהות אם אפשר להשתמש בקפל הקופסה כדי ליצור עיצובים גדולים ומורכבים יותר. האם ניתן לקפל אותו כדי ליצור את מטוס הסילון של מוסר, רקטת החלל של מוסר, או אפילו את הצוללת הגרעינית של מוסר בגודל מלא?
ב-2001, כשהוא בן 20, הצטרף דמיין לסגל המורים של MIT כפרופסור למדעי המחשב. הוא היה הפרופסור הצעיר ביותר שאי פעם גויס על ידי האוניברסיטה. ב-2003 הוא זכה במענק עמיתי מקארתור (MacArthur genius). עד אז, הוא הניח בצד את קפל הקופסה לטובת עבודה אחרת בקיפול. אבל כמה שנים מאוחר יותר הרכבת של מוסר נכנסה בצפירה חזרה למוחו. הוא בדיוק התחיל שיתוף פעולה עם עמיתת מקארתור אחרת, הרובוטיקאית ומדענית המחשב דניאלה רוס, כדי לעצב "חומר שניתן לתכנות". הם רצו ליצור יריעה העשויה מפאנלים מתחברים שתוכל להפוך לכל חפץ, החל ממיטת ספה ועד למחשב, בלחיצת כפתור. על מנת לעשות את זה, הם היו זקוקים לתבנית קיפול פשוטה שהיא מגוונת מספיק כדי להתמודד עם תצורות שונות רבות. דמיין התחיל עם קפל הקופסה.
תוך כדי עבודה עם זוג סטודנטים ועם אביו, מארטי, מדריך טכני ואמן בית של MIT, דמיין הוכיח מתמטית שלקפל הקופסה אין גבולות. דף נייר בודד, אם הוא היה גדול מספיק, יכול להתקפל ליותר מדגם רכבת. הוא יכול להפוך כמעט לכל דבר ביקום. תוך התבססות על העבודה הזאת, השתמשו דמיין, רוס ושותף בהרווארד בתבנית על מערך של פאנלים עשויים סיב זכוכית ושרף פולימר ובנו רובוט שיכל להתקפל מצורת סירה לצורת מטוס. אם ניתן יהיה להגדיל את קנה המידה של הטכנולוגיה הזאת, עיצוב דומה עם פאנלים קטנים יותר יוכל בבוא היום להפוך לקורא ספרים אלקטרוני או לטלפון חכם או לכל עיצוב אחר שיורד מהאינטרנט.
עבור מדענים רבים, העבודה עם חומרים הניתנים לתכנות יכולה להוות מרכז התמקדות למשך קריירה ארוכה ומרתקת, אבל בשביל דמיין היא תופסת רק חלק קטן מתיק המחקר שלו. מתמטיקת הקיפול שלו סיפקה ידע כיצד צריכות יצרניות לתכנן את כריות אוויר שלהן. הוא שרטט כיצד משכפל בסגנון מסע בין כוכבים עשוי לעבוד באמצעות מקטעי DNA ו-RNA, שיתף פעולה עם ארכאולוגים כדי לפענח שפת האינקה המוצפנת ויצר פסלי נייר עם אביו שהם כעת חלק מהאוסף הקבוע של המוזאון לאמנות מודרנית בניו-יורק. את הפרויקט האחרון שלו ניתן לתאר כניפוח זכוכית מחשובי. על ידי מידול כיצד זכוכית מתנהגת בתנאים שונים, הוא יוכל לסייע למנפחי זכוכית לעדן את הטכניקות שלהם ולפתח עיצובים חדשים.
דמיין, בן 31, פרסם כמעט 300 מאמרים וזכה במגוון ציוני כבוד, כולל פרס עשרת המבריקים של פופיולר סיינס ב-2003. זה יכול להיות פשוט לייחס את ההצלחה שלו לעצם היותו גאון, אבל אז היינו מתעלמים מהפן החשוב ביותר בעבודה שלו. במקום להתעסק ביישומים או אפילו בהגדרה של תחום התמחות מחקר, דמיין בוחר פרויקטים המבוססים באופן מוחלט על הסקרנות שלו, בלי להתחשב לכיוון אליו הם יובילו. היכן שאחרים מחפשים תשובות, דמיין מחפש שאלות. "אני אוסף בעיות", הוא אומר. "הבעיות הן המפתח לכל".
המשרד של דמיין נמצא בקומה השישית של בניין 32 של MIT, מעונה של מעבדת מדעי המחשב והאינטליגנציה המלאכותית שעוצב על ידי פרנק גהרי. ביום בו הגיעתי, דמיין ישב ליד שולחן העבודה שלו בטי-שירט וג'ינס שחור. לא הספקנו לדבר 15 דקות כשגרסה נמוכה שלו נכנסה לחדר והצטרפה לשיחה. אביו של אריק, מארטי, לובש את אותם מדים: טי-שירט וג'ינס שחור. כמו בנו, גם לו יש קוקו, זוג משקפי ראייה עם מסגרת עגולה, וזקנקן דליל.
שותפים למשחק אריק ואביו, מארטי, משתפים פעולה במדע ובאמנות לסירוגין. במעבדת הזכוכית של MIT, הם עובדים כדי להבין טוב יותר את הדינמיקה של הזכוכית כדי ליצור עיצובים מתקפלים מורכבים חדשים |
בין אם במכוון או לא, המראה התואם שלהם משקף חיים שלמים של שיתוף פעולה קרוב. אחרי שמארטי ואישתו נפרדו, הוא לקח את אריק, אז רק בן שבע, לטיול בן ארבע שנים מביתם בהאליפקס, נובה סקוש'ה, לרוחבה של צפון אמריקה, ולימד אותו בחינוך ביתי. כשאריק התחיל ללמוד במכללה (ההנהלה הייתה צריכה לכופף את החוקים כדי לקבל ילד בן 12), אביו נכח בשיעורים לצידו. אז מארטי הלך בעקבות בנו לאוניברסיטת וואטרלו באונטריו, שם סיים אריק את הדוקטורט שלו, ומשם ל-MIT.
האב ובנו עובדים יחד באופן יום-יומי. כשהם לא בקמפוס, הם נוסעים כצוות לפגישות מדעיות ומעבירים הרצאות והדגמות משותפות. (באחת, מארטי התחזה למשתתף מפריע שצעק קריאות ביניים, ואז הסיר באמצע ההרצאה את הפיאה שלו וחשף את התעלול). הם הופיעו זה לצד זה בהופעות מאולתרות, והם גם עדיין גרים ביחד. מכל העבודות שאריק עושה, הפרויקטים שהוא עושה עם אביו נוטים להיות המדבקים ביותר, בכך שהם מזינים זה את תחומי העניין של זה. אריק ומארטי אומרים פעמים רבות שהם עובדים על "אלגוריתמים לשעות הפנאי", שהם, אומר אריק, "מעין תחום כולל לכל דבר שאנחנו עושים בשביל ההנאה".
בשנים האחרונות כתבו אריק ומארטי מאמרים על הקובייה ההונגרית, חידות המשלבות בהן קוביות ורעיונות משוגעים לתליית תמונות על קירות. אפילו העבודה הרצינית יותר של אריק, כמו מידול הדינמיקה של קיפול חלבונים או פיתוח אלגוריתמים להגברת יעילות מחשבים, הולכת בעקבות אותו דחף: "זה חייב להיות מגניב", הוא אומר. "בסופו של דבר, אני מסתכל על כל דבר שאני עושה כפנאי, במובן שאני אני עושה אותו בגלל שאני ניהנה ממנו".
המדפים במשרד שלו מלאים בצעצועים, צ'אצ'קעס וקיפולי נייר שהוא עשה עם מארטי. "אני מרגיש כמו אנין טעם של משחקים", הוא אומר ישוב ליד טלוויזיה 52 אינץ' המחוברת ל-Wii של נינטנדו. "אני מנסה לשחק כמעט כל משחק לפחות למשך זמן קצר, רק כדי לקבל תחושה של הז'אנרים השונים". לאחרונה, חלק מהפרויקטים שהוא ומארטי לוקחים על עצמם נראים פחות כמו משחקים ויותר כמו מחקרים של האבסורד. לדוגמה, הם משאירים עיגול של פירורי לחם בפארק כדי לראות כיצד הציפורים מגיבות. דוגמה נוספת, הם חוקרים את הגאומטריה של צורות פסטה. הם גם מתכננים לנעול יונה בכלוב מלחם כדי שהיא תוכל לנקר את דרכה אל החופשי. הפרויקטים אולי נראים חסרי תכלית עכשיו, אבל מצד שני קשה לומר לאן משחק עשוי להוביל.
לצירוף המקרים של המוח המבריק והמבודח יש היסטוריה ארוכה במדע. בין הדוגמאות המפורסמות ביותר היא זו של הפיזיקאי וילד הפלא מהמאה ה-19 ג'יימס קלרק מאקסוול. בגיל 14, כתב מאקסוול את המאמר המדעי הראשון שלו, על שיטה שהוא פיתח למעקב אחר קימורים באמצעות סיכות וחוט. בשנות העשרים המוקדמות שלו, כעמית במכללת טריניטי, הוא התחיל להתעניין בסביבונים. הוא חיבר נייר צבעוני לחלק העליון של הצעצועים וסובב אותם כמו תרשימי עוגה מסתחררים. הוא היה מתעד כיצד נראו הצבעים מתמזגים בתנועה. מאקסוול גילה שאדום, ירוק וכחול יכלו להתערבב כדי ליצור כל צבע, תגלית שבסופו של דבר הובילה אותו להמציא את צילום הצבע.
הדרך היחידה בה אתה יכול לבצע מדע פורץ דרך היא לשחק כל הזמן עם תופעות", אומר רוברט רוט-ברנשטיין, פיסיולוג וזוכה מענק עמיתי מקארתור משלו. רוט-ברנשטיין ורעייתו, מישל, היסטוריונית ופרופסורית שלא מן המניין באוניברסיטת מישיגן סטייט, חקרו יצירתיות וכיצד גאונות מדעית באה לידי ביטוי. (הם כתבו ספר על תהליך היצירתיות שנקרא Sparks of Genius). "אם אין לך בדיחות דעת", אומר רוט-ברנשטיין, "לעולם לא יהיה לך את מרחב החוויות הדרושות להיתקל במשהו במקרה".
המקרה של מאקסוול הוא רק דוגמה אחת לאופן בו משחק הוליד תגלית מדעית. זיהוי הפניצילין של אלכסנדר פלמינג עשוי היה להיות בהשראת התשוקה שלו לצבוע צלחות במיקרובים בעלי צבעים עזים. (צבעה של הפטרייה Penicillium הוא במקרה כחול-ירוק חזק). ריצ'ארד פיינמן, תיאורטיקן הקוונטים התחיל את עבודתו על נקיפת המסלולים הלווייניים של אלקטרונים אחרי שהוא התבונן בצלחת שנזרקה בקפטריה של קונרנל מתנודדת במעופה באוויר. "זה מה שמשחק עושה בשבילך", אומר רוט-ברנשטיין. "אתה לומד את כל חוקי המשחק, ואז אתה יודע מתי משהו בלתי צפוי או מעניין מתרחש".
באוניברסיטת טמפל, בחנה הפסיכולוגית קאת'י הירש-פאסק את הקשר בין משחק ויצירתיות אצל ילדים. בניסוי אחד, היא נתנה לקבוצות של ילדים בני ארבע עד שש מנקה מקטרות, אטב נייר ומעט נייר כסף. היא אמרה לקבוצה אחת לשחק בצורה חופשית; ולקבוצה האחרת לחשוב על השימושים שעשויים להיות לפריטים; ולקבוצה השלישית היא אמרה להשתמש בחפצים כדי לבנות כלים מסוימים, כמו גשר וסולם. אז אתגרה את הילדים לחשוב על דרכים להעביר דוב את הנהר. הירש-פאסק גילתה שהקבוצה השנייה – אלה שהיו עסוקים במה שהיא מכנה משחק מונחה – העלתה את הפתרונות היצירתיים ביותר. אותו רעיון חל על מדענים, היא אומרת: הם עושים את העבודה הטובה ביותר שלהם כשהם חופשיים לשחק עם מערך בעיות מוכר.
אליסון גופניק, פסיכולוגית באוניברסיטת קליפורניה בברקלי, רואה קשר מובהק בין פעוטות ומדענים. היא ערכה מחקרים שהראו שילדים מבצעים ניסויים משל עצמם על ידי משחק בעולם הנמצא סביבם. "אחד הדברים שאנחנו תמיד אומרים הוא שזה לא שילדים הם מדענים קטנים – אלא שמדענים הם ילדים מגודלים", היא אמרה למראיין אחד. "מדענים הם האנשים המעטים, שזוכים כבוגרים לזמן המוגן הזה כשהם יכולים פשוט לחקור, לשחק, ולהבין איך העולם פועל".
בלילות חמישי, נפגשת הכיתה של אריק כדי לעבוד על כמה בעיות בלתי פתורות בעולם הקיפול הגאומטרי. כשהסטודנטים נכנסים לחדר, הוא כותב מערך של שאלות על הלוח. אחד הסטודנטים משלב קופסה של כרטיסי ביקור שהוא השאיר על שולחן. האם הסטודנטים יכולים לחשב דרך להפוך אותם לאוקטהדרון מקושר? אחר משלב חתיכת נייר מרובעת. מה הטטראדר הגדול ביותר שהם יכולים ליצור ממנו בקיפול?
מקרה מסקרן במשרדו ב-MIT, דמיין מחזיק עשרות פאזלים, חידות ומשחקי וידאו. הוא פרסם כמה מחקרים מדעיים אודותיהם |
לא לוקח הרבה זמן לסטודנטים לקפוץ ממושביהם ולהתחיל לקשקש על הלוח. עד מהרה הם מתפצלים לכמה קבוצות, משרטטים רעיונות או מקלידים מחשבות על מחשב נייד. לכל קבוצה יש גישה משלה. חלק משתמשים בסרגלים ונייר דבק; אחרים מציירים דברים ביד. אריק עומד לידם עם עט הסטילוס שלו, רושם הערות במחשב טבלט, מחלק עצות וזורק בדיחות. המפגשים חסרי המעצורים האלה מובילים פעמים רבות למאמרים שמתפרסמים, ולבעיית הטטראדר עשויים אפילו להיות יישומים שימושיים: היא תוכל ללמד יצרניות כיצד להשתמש ביריעת ברזל בצורה יעילה יותר.
כמו תמיד, אביו של אריק, מארטי, נמצא גם הוא בחדר, מצייר את הרעיונות שלו על פיסת נייר.
בשלב מסוים, הוא מראה לסטודנטים מה הוא עושה, והם מתקהלים סביבו כדי להסתכל. הוא חשב על דרך מוזרה לקפל מערך של משולשים – ארבעת הפנים של הטטראדר – מקבוצה של צורות קטנות יותר. זו תכנית שהאחרים לא חשבו עליה, אבל אריק מניד בראשו כשהוא מסתכל על הסקיצה. הוא ומארטי נראים לפעמים יותר כמו אחים מאשר אב ובנו.
"טוב, זו גישה נוספת לשחק איתה", אומר מארטי, "היא מאוד קונספטואלית, אבל אני חושב שיש לה אפשרויות". מאוחר יותר הוא ינסה לבנות מודל פועל בסטודיו שלו, ואריק ילך להעיף מבט. כשמארטי לא בסביבה, הוא עשוי אפילו לעשות כמה שינויים משל עצמו – זה הכול חלק מהתהליך שלהם.
"אנחנו מכירים אחד את השני כל כך טוב שזה יוצר שילוב מאוד אפקטיבי", אומר אריק. "הוא תמיד מנסה להזריק מחדש קצת בדיחות דעת בעבודה הרצינית שלי. זה מאפשר לנו לעשות דברים שאף אחד מאתנו בנפרד לא היה יכול לעשות". זה גם מאפשר להם לעשות דברים שאקדמאים אחרים לא היו מנסים אף פעם.
בין הרעיונות הרבים שלהם, יתכן שהקביעה, שמשחק הוא אחד מיסודות המדע – הוא העמוק ביותר. הוא יוכל גם ליצור את הבסיס לתרומה הגדולה ביותר של אריק לתחום שלו. בעוד הסטודנטים יוצאים מהכיתה, אחרי שבילו שעתיים בקשקוש סקיצות וקיפול נייר, בפתרון בעיות מתמטיות ובאופן כללי בהנאה, הוא מוחק את הלוח. כשאני שואל אותו אחר כך מדוע הוא בוחר ללמד באופן בו הוא מלמד, הוא עונה בפשטות, "אני חושב שזו דרך מגניבה לעבוד, ויותר אנשים צריכים לעבוד בצורה הזאת. למרבה הצער, לא כולם עושים את זה, אז אני מנסה להעביר את זה הלאה".
עוד על חידושים בגליון אפריל של popular science ישראל – למבצע היכרות מיוחד לגולשי HWzone.co.il