פרופ' פרוקצ'ה פרסם יותר מ-300 מאמרי מחקר בכתבי עת מדעיים. להלן כמה מהם:
חזרה לרשימה
על הזוכה
מקבל פרס ישראל לשנת תשס"ט בתחום חקר הפיזיקה.
התכנים בעמוד
נימוקי השופטים
פרופ' יעקב בקנשטיין, יו"ר, פרופ' אשל בן-יעקב, פרופ' זאב ווגר
פרופ' איתמר פרוקצ'ה הוא מעמודי התווך בעולם של תחום הפיזיקה הלא-ליניארית. תרומותיו הרבות והמעמיקות הקיפו כמה וכמה ענפים של תחום מרכזי זה, כמו, למשל, הדינמיקה של מערכות מורכבות וכאוס, המערבוליות ותופעת ההצטברויות מוגבלות-הדיפוזיה.
פרופ' פרוקצ'ה היה מראשוני החוקרים של הכאוס והמעבר לכאוס במערכות מורכבות. הכאוס הוא התנועה הלא-מסודרת המופיעה במערכות פיזיקליות רבות, גם כאלה המצייתות לחוקי תנועה דטרמיניסטיים. מבין כלי האבחון בין תנועה כאוטית לבין תנועה אקראית באמת תופס מקום של כבוד האלגוריתם המתמטי הנקרא בשמם של פרוקצ'ה ושותפו למחקר, גרסברגר. אלגוריתם זה מצא שימושים רבים גם מחוץ לפיזיקה, כמו למשל באסטרונומיה (ניתוח זמני ההגעה של קרניים קוסמיות או מיון המסלולים של כוכבים בגאלקציה) ובפילולוגיה (הבחנה מתמטית בין שפה טבעית כגון אנגלית לבין שפה מלאכותית כאספרנטו). שיטותיהם של פרוקצ'ה וגרסברגר אפשרו גם את קביעת הממד הפרקטלי של "המושך המוזר" – הוא מצב התנועה שמערכת לא-ליניארית נוטה להתכנס אליו.
הבנה מקיפה של המערבוליות (טורבולנציה) היא בין המטרות הנכספות של הפיזיקה כבר יותר ממאה שנה. עיקרה של המערבוליות היא בשינויים הקיצוניים והבלתי ניתנים לצפייה מראש המתרחשים במהירות של זרימת נוזל או גז. חשיבות המערבוליות איננה מדעית בלבד, אלא גם מעשית וכלכלית: כוח העילוי הפועל על כנפי המטוס בעת מעוף מושפע מהמערבוליות שבסביבתו, וחלק נכבד מתצרוכת הדלק של אנייה בלב ים נגבה על ידי המערבוליות המעכבת את תנועתה. לתגליות התיאורטיות של פרופ' פרוקצ'ה חלק נכבד בהנחת הבסיס לתורה המקיפה המיוחלת של המערבוליות. הוא ועמיתיו מצאו הסבר לחוקי הסקיילינג האנומליים המתקבלים במערבוליות, וזאת בקיומן של כמויות הנשמרות באופן סטטיסטי בזרימה. כמו כן הם גילו חוקי היתוך (fusion rules) שהשימוש בהם רב בתחום המערבוליות. הרבו לעשות בנתנם תיאור תיאורטי מספק למערבוליות לא-איזוטרופית, וזאת מתוך התבוננות בסימטרייה של משוואות ההידרודינמיקה.
הרבה מבנים יפים בטבע - פתית השלג, שכבת הכפור על זכוכית החלון בבוקר חורפי, גביש המלח ה"צומח" לו לאטו על מקל הטבול בים המלח - כל אלה נוצרים על ידי התהליך של ההצטברות מוגבלת-הדיפוזיה (diffusion limited aggregation – DLA). מבנים כגון אלה הם בעלי גיאומטרייה פרקטלית – או ליתר דיוק מולטיפרקטלית, כפי שהדגיש פרוקצ'ה. ביחד עם עמיתיו הוא פיתח את השיטה המתמטית של מיפויים קונפורמיים איטרטיביים שאפשרה את קביעת הממד הפרקטלי של ה-DLA. שיטה זו ממירה את הסיבוכיות הגיאומטרית לסיבוכיות של המיפוי, ובזה מאפשרת הבנה מעמיקה של תהליך הגידול הפרקטלי.
קצרה היריעה מלתאר את המחקרים המעסיקים את פרוקצ'ה היום, כגון אלה על אופי המעברים מחומרים גבישיים לזכוכיות או על ההתהוות וההתקדמות של שברים בחומרים פריכים. במחקרים אלה, כמו בקודמיהם, הוא ממשיך להפעיל אינטואיציה פיזיקלית מחודדת, את דימיונו העשיר ואת כושרו המתמטי.
במחקריו ובפועלו המדעי הענף מיקם פרוקצ'ה את ישראל במרכז עולמי כמוקד עלייה לרגל בתחומים שהוזכרו, ובד בבד הוא העמיד דור של תלמידים ומשתלמים הממשיכים את חזונו המדעי.
פרופ' פרוקצ'ה הוא חבר האקדמיה של מדעי הטבע הגרמנית – ה"לאופולדינה" - עמית המכון לפיזיקה של הממלכה המאוחדת ועמית החברה האמריקנית לפיזיקה.
על כל אלה מצאה ועדת השופטים את פרופ' איתמר פרוקצ'ה ראוי לפרס ישראל בחקר הפיזיקה לשנת תשס"ט.
קורות חיים
פרופ' פרוקצ'ה מתגורר בכפר אהרון (בנס ציונה), והוא נשוי לרונית ואב לד"ר אריאל פרוקצ'ה ולאביתר פרוקצ'ה.
לימודים והשתלמויות
1973 תואר ראשון בכימיה (בהצטיינות), האוניברסיטה העברית
1976 תואר דוקטור בכימיה תיאורטית (בהצטיינות יתרה), האוניברסיטה העברית
1977–1979 השתלמות בתר-דוקטורט, המכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT)
תפקידים אקדמיים בישראל
1979– חבר בסגל המחלקה לפיזיקה כימית, מכון ויצמן למדע, רחובות (מ-1980 פרופסור)
1987–1988 ראש המחלקה לפיזיקה כימית, מכון ויצמן למדע, רחובות
1989–2001 דיקן הפקולטה לכימיה, מכון ויצמן למדע, רחובות
2004– מנהל מרכז מינרווה לפיזיקה לא ליניארית, מכון ויצמן למדע
תפקידים אקדמיים עיקריים בחו"ל (בעשרים השנים האחרונות)
1997–1998 פרופסור אורח, המכון ללימודי מדע מתקדמים, בור סור איווט, צרפת
1991 פרופסור אורח, מכון נילס בוהר, קופנהאגן, דנמרק
1992–2006 פרופסור נלווה, המכון הנורדי לפיזיקה תיאורטית, קופנהאגן, דנמרק
1995 עמית אורח, מכון ניוטון, אוניברסיטת קיימברידג', בריטניה
1995–2000 פרופסור למדע ולפיתוח, אונסק"ו, ארגון האו"ם לחינוך, מדע ותרבות
1996–2006 חבר הוועדה המדעית, המרכז הבין-לאומי לפיזיקה של חומר מעובה, ברזיליה, ברזיל
1997 פרופסור אורח, אוניברסיטת רוקפלר, ניו יורק, ארצות הברית
1999 עמית אורח, מכון ניוטון, אוניברסיטת קיימברידג', בריטניה
2000– חבר המרכז הבין-לאומי למדעים, מורלוס, מקסיקו
2004 פרופסור אורח, האוניברסיטה הסינית, הונג קונג, סין
2005 פרופסור אורח, אקול נורמל סופריור, ליון, צרפת
2006 פרופסור אורח, אקול נורמל סופריור, פריז, צרפת
2006– חבר מועצת הנאמנים, המכון לחקר חומר מורכב, קליפורניה, ארצות הברית
2006– נשיא הוועדה המדעית, המרכז הבין-לאומי לפיזיקה של חומר מעובה, ברזיליה, ברזיל
אותות הוקרה ופרסים עיקריים (בעשרים השנים האחרונות)
1989 פרס ברגמן, האקדמיה הישראלית למדעים
1992 עמית החברה היפנית לקידום המדע
1995 פרס החברה המלכותית הבריטית
1995 בעל הקתדרה ע"ש יאנג, האוניברסיטה הסינית של הונג קונג
1998 פרס פיורינו ד'אורו על הישגים יוצאי דופן במדע ובתרבות, פירנצה, איטליה
1999 עמית החברה היפנית לקידום המדע
2000 בעל הקתדרה ע"ש רמן, האקדמיה ההודית למדעים
2002 פרס מיוחד מטעם האקדמיה הפולנית למדעים על מפעל חיים בדינמיקה לא ליניארית
2002– חבר האקדמיה הלאומית הגרמנית למדעים
2002– עמית החברה האמריקנית לפיזיקה
2004– עמית המכון הבריטי לפיזיקה
2005 פרס ויצמן, עיריית תל אביב
2007 תואר אבירות במסדר כוכב האחדות האיטלקית בדרגה הבכירה ביותר
מפעל חיים
"התקדמות מדעית מושגת באמצעות גילוי שאלה חדשה שיש עליה תשובה מדויקת", אומר פרופ' איתמר פרוקצ'ה, מן הפיזיקאים המובילים בעולם במחקר תיאורטי של מערכות מורכבות. "התמודדות עם שאלה מדעית חדשה מתישה ומפחידה כמו זחילה במערה חשוכה, ולפעמים דרושות שנים למציאת השאלה הנכונה, שמדליקה את האור. אבל הגילוי הזה הוא שמאפשר לנו להבין טוב יותר את היקום ומאפשר למדע לקדם את האנושות".
איתמר פרוקצ'ה נולד בתל אביב ב-1949, למשפחה בעלת מסורת משפטית. לאחר סיום לימודיו בתיכון חדש התגייס לצה"ל ושירת במערך ההצפנה של חיל הקשר. בתום שירותו הוא נרשם ללימודי כימיה ופיזיקה באוניברסיטה העברית. "היה לי ברור שאני הולך להיות ביוכימאי ולחקור את סוד החיים", הוא מספר, "אבל כבר בשיעור הראשון גיליתי שהביוכימיה משעממת אותי ושעבודת המעבדה אינה מתאימה לי. למזלי גיליתי שיש גם כימיה תיאורטית, עם זיקה לפיזיקה ולמתמטיקה, ושם מצאתי את עצמי".
זמן קצר לאחר שסיים בהצטיינות את התואר הראשון גויס פרוקצ'ה לשירות מילואים במלחמת יום הכיפורים ונותר במדים עוד כשנה. עם שחרורו הוא התקבל למסלול ישיר לדוקטורט בכימיה תיאורטית באוניברסיטה העברית, ופיתח שיטה לכמת את העברת האנרגיה בהתנגשויות מולקולאריות. בתוך חמישה עשר חודשים הוא כבר הגיש את עבודת הדוקטור, שאושרה בהצטיינות יתרה.
ב-1976 יצא פרוקצ'ה להשתלם במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, ושם התחיל לעסוק בפיזיקה סטטיסטית. הוא בחן מערכות הנמצאות במצב עמיד שאינו שיווי משקל, כמו למשל מעבר של חום דרך נוזל. התיאוריה שפיתח מאפשרת לחזות תכונות כימיות ופיזיקליות של מערכות כאלה, והמאמרים שבהם פרסם אותה היו מאבני היסוד של התחום.
עם שובו ארצה ב-1979 הצטרף פרוקצ'ה למכון ויצמן, ובתוך שנה כבר קיבל דרגת פרופסור. מחקריו הקודמים הובילו אותו להרחיב את העיסוק בחקר מערכות של אי-שיווי משקל ואי-סדר, והוא היה מחלוצי המחקר של תורת הכאוס, העוסקת במערכות שהתנהגותן לכאורה אקראית. בין השאר הוא פיתח שיטה פורצת דרך המאפשרת להבחין מתי איתות מסוים הוא כאוטי ומתי הוא אכן אקראי. מחקריו בתחום הזה אפשרו לו ולעמיתיו לפתח בשנים האחרונות שיטה לאיתור המוקד של התקפי אפילפסיה (מחלת הנפילה) במוח שיישומה נבחן כיום בבית החולים של אוניברסיטת שיקאגו.
מערכות כאוטיות מאופיינות בסיבוך לאורך ציר הזמן. במחצית השנייה של שנות השמונים הרחיב פרוקצ'ה את עבותו לחקר מערכות המאופיינות גם בסיבוך מרחבי, כמו זרימה טורבולנטית (מערבולתית) "לבעיות כאלה יש השלכה כלכלית רחבה", הוא אומר. "כך למשל הוספת פולימרים לצינור הנפט מאלסקה מחליקה את הזרימה ומצמצמת במידה ניכרת את עלויות האנרגיה הדרושה להזרמת הנפט".
בד בבד עם חקר המערכות הטורבולנטיות התחיל פרופ' פרוקצ'ה לעסוק במערכות פרקטליות. אלה מערכות גיאומטריות סבוכות, הנמצאות בדרך כלל על הגבול שבין שני ממדים (מישור) לשלושה ממדים (מרחב). "התיאוריות שפיתחנו בתחום הזה יכולות להסביר תופעות כמו צורות הגידול של מושבות חיידקים, צורתם של עננים וזרימה של נוזל בתוך נוזל אחר", פרוקצ'ה מסביר. "האתגר הגדול היה לפתח מודל של גידול פרקטלי, המסביר וצופה כיצד מערכות כאלה גדלות ומתפתחות". על פיתוח המודל הזה שקד פרוקצ'ה כעשרים שנה, והמחקרים שפרסם בתחום צוטטו באלפי מאמרים בכתבי עת מדעיים.
תחום מחקרי אחר שפרוקצ'ה עסק בו הוא התפתחותם של סדקים בחומר. "על אף ההשלכות ההנדסיות של התחום הזה הוא מעלה קודם כול שאלות מדעיות בסיסיות", הוא אומר. "התיאוריה של התחום פותחה מן העקרונות הראשוניים, והיא מאפשרת להסביר עכשיו מגוון רחב של תופעות – אפילו את צורת ההיסדקות של אדמה מתייבשת". מחקרים אלה הובילו אותו לעסוק בשנים האחרונות בחקר תכונותיהם של חומרים שאינם מסודרים, בעלי תכונות של מוצק ונוזל כאחד. מחקריו של פרוקצ'ה בשנים האחרונות מניחים את היסודות התיאורטיים להבנת תכונותיהם המורכבות של חומרים אלה ולרתימתם ליישומים תעשייתיים.
עבודות המחקר פורצות הדרך של פרוקצ'ה הקנו לו שם עולמי, וזיכו אותו בפרסים בין-לאומיים רבים. נוסף על התפקידים הרבים שהוא ממלא בגופי מחקר בין-לאומיים הוא היה דיקן הפקולטה לכימיה במכון ויצמן שתים עשרה שנים והוביל שינויים אקדמיים ומבניים. כמו כן הוא משקיע מאמץ רב בהדרכת תלמידי מחקר. "משמונים הסטודנטים שהיו לי שלושים הם כיום פרופסורים ברחבי העולם ושלושים אחרים מובילים את התעשייה המתקדמת ומייצרים מיליונים. המדע לא רק עונה על שאלות יסוד, אלא גם בונה את הכלכלה הישראלית".
פרסומים נבחרים
-
- 1983 On the characterization of strange attractors, Physical Review Letters (With P. Grassberger)
- 1983 Measuring the strangeness of strange attractors, Physica D (with P. Grassberger)
- 1983 The infinite number of dimensions of probabilistic fractals and strange attractors, Physica D (with H.G.E. Hentschel)
- 1986 Fractal measures and their singularities: the characterization of strange sets, Physical Review A (with T.C. Halsey and others)
- 1987 Exploring chaotic motion through periodic orbits, Physical Review Letters (with D. Auerbach and others)
- 1996 Fusion rules in turbulent systems with flux equilibrium, Physical Review Letters (with V.S. L’vov)
- 1998 Anomalous scaling in passive scalar advection: Monte-Carlo Lagrangian trajectories, Physical Review Letters (with O. Gat and R. Zeitak)
- 2000 Convergent calculation of the asymptotic dimension of diffusion limited aggregates scaling and renormalization of small clusters, Physical Review E (with B. davidovich and A. levermann)
- 2004 Theory of drag reduction by polymers in wall bounded turbulence, Physical Review Letters (with V. S. L'vov and others)
- 2005 Anisotropy in turbulent flows and in turbulent transport, physics reports (with L. Biferale)
- 2008 Ergodicity and slowing down in glass-forming systems with soft potentials: No finite-temperature singularities, Physical Review E (with J-P Eckmann)
- 2009 Statistical mechanics and dynamics of a 3-dimensional glass-forming system, Physical Review Letters (with E. Lerner and J. Zylberg)