יום שלישי, 28 ביוני 2011

פעילות מדע בבית החולים

כשהקמתי עם ג'ודי את המיזם החינוכי שלנו מדע פשוט החלטנו שכאשר נתאושש קצת מההשקעה הראשונית בציוד, נתחיל להתנדב פעם בחודש-חודשיים ולהופיע בחינם בפני ילדים שנמצאים במצב לא טוב. אתמול בבוקר הגענו לבית החולים סורוקה על מנת להופיע בפני ילדים מאושפזים. רציתי לשתף אתכם בחוויה מיוחדת זו.

הופתענו לגלות שבסורוקה פועל מרכז חינוכי המונה 20 מורים ואנשי צוות רבים נוספים. כשהגענו למיון ילדים, פגשנו את המורה למדעים - שחר. שחר עזר לנו עם הציוד הרב שהבאנו והוביל אותנו למחלקת אשפוז ילדים. התחלנו את הפעילות עם קהל קטן של 4 ילדים, אבל לאט-לאט הגיעו עוד ילדים, כך שאחרי חצי שעה החדר כבר היה מלא. היה מעניין לראות את הילדים המתלבטים שעומדים בפתח החדר ומתביישים להיכנס. שחר עזר לנו להכניס את כולם, והפעילות הפכה לחגיגה גדולה.

בחרנו להציג בפני הילדים מופע מיוחד שלנו שעוסק בקרח יבש - פחמן דו-חמצני מוצק. זה מופע שאנו אוהבים להראות כשיש לנו קהל ילדים רב-גילאי, משום שהוא חווייתי במיוחד ומשום שהניסויים עצמם מסבירים די טוב את הנושא. ידענו שחלק מהילדים לא שולט טוב בעברית ורצינו להראות להם הרבה ניסויים עם קצת הסברים. בסופו של דבר, בזכות השאלות וההתלהבות, הארכנו ולא ויתרנו על ההסברים.

מעולם לא ביקרתי בבית החולים כצופה מן הצד, שלא בא לבקר חולה ושאיננו חולה בעצמו. מבט כזה נותן פרספקטיבה אחרת, ואתה רואה עד כמה הילדים עצובים ועד כמה ההורים מודאגים. רצינו להשכיח מהם קצת את הצרות, ובאותה הזדמנות גם להעשיר את הידע שלהם.

התחנה השנייה שלנו הייתה המרגשת ביותר - המחלקה האונקולוגית. כאן נמצאים ילדים שמאושפזים לזמן ארוך, והאווירה קשה יותר, למרות שהצוות עושה המון על מנת לשמח את הילדים. הופענו בחדר קטן שבו ישבו שלושה ילדים. ביקשו מאתנו לחכות לילדה נוספת. "היא תאהב את המופע שלכם, כי היא יודעת המון", אמר לנו שחר. היה שווה לחכות כי הילדה באמת ידעה המון ולדעתי היא גם אהבה את הדברים שהראנו.

באחד הניסויים אנחנו ממלאים בלון בקרח יבש וממתינים לראות אותו מתנפח בעצמו ולפעמים גם מתפוצץ. לבקשת הילדה מילאנו את הבלון בהרבה קרח יבש והוא אכן התנפח מאוד, אבל סירב להתפוצץ. היא ביקשה שאני אעזור לו להתפוצץ וכך עשיתי. הרעש של הפיצוץ היה חזק באופן מיוחד, בגלל שהבלון היה מתוח מאוד. בואו נאמר שהפיצוץ גרם לבהלה קלה במחלקה, אבל העיקר שהקהל יצא מרוצה...

התחנה האחרונה שלנו הייתה במחלקה הכירורגית. כאן פגשנו קבוצה של ילדים שובבים, שבהתחלה התביישו להיכנס לחדר. בעזרת ההורים שלהם שכנענו אותם להיכנס, ומאותו רגע הם התחילו לעשות לנו בלגן, במובן החיובי כמובן. אני אוהב ילדים שמתלהבים ממדע. קרה לי לא פעם שמרוב התלהבות הילדים שבפניהם הופעתי קצת איבדו שליטה, וזה בערך מה שקרה גם הפעם. תוך כדי כך, אחד הילדים השובבים המציא ניסוי שהרשים מאוד את הקהל וזה הגביר עוד יותר את ההתלהבות שלו ושל חבריו. המופע נמשך למעלה משעה, אבל יכולנו להמשיך עוד. נאלצנו לסיים רק כי הייתה לנו התחייבות נוספת להמשך היום.

אני וג'ודי יצאנו מבית החולים מרוצים מאוד, בידיעה שאנו הולכים להמשיך להתנדב שוב בסורוקה ובמקומות אחרים.


יום שבת, 11 ביוני 2011

חלומו של האלכימאי

האלכימאים חלמו להפוך עופרת לזהב. הייתה לכך סיבה כלכלית - כמות הזהב בעולם קטנה ומחירו גבוה. עד היום נחצבו ברחבי העולם פחות מ-170,000 טונות של זהב, וזו כמות קטנה מאוד יחסית למחצבים אחרים. צפיפות הזהב היא 19.3 גרם לסמ"ק, כלומר הנפח של כל כמות הזהב שהופקה מאז ומעולם עומד על מעט יותר מ-8,800 מ"ק. זהו נפח של קובייה שאורך המקצוע (צלע) שלה הוא 20.65 מטר, משהו כמו אולם ספורט טיפוסי בבית ספר. במילים אחרות: כל הזהב שנחצב מאז ומעולם יכול למלא רק אולם קטן אחד!

גוש זהב במשקל של כמעט 5 ק"ג שהתגלה בקליפורניה. מקור: ויקישיתוף

קשה להעריך כמה זהב טמון עדיין באדמה, אבל גם אם שיטות מציאת הזהב ישתפרו ויעילות הפקתו תגדל, סביר להניח שהעתודות ידלדלו בחלוף הזמן ובסופו של דבר הזהב ייגמר. בכל הנוגע לעתודות הזהב על פני כדור הארץ יש חוסר ודאות, אך מחיר הפקתו כבר עלה באופן ניכר בעשר השנים האחרונות מסיבה אחרת. מניעת זיהום סביבתי עולה כסף והלחץ על יצרני הזהב כבר גרם לעלייה ניכרת בעלות ההפקה. עלות ההפקה הממוצעת עלתה מ-281 דולר לאונקיית טרוי (31.1 גרם) בשנת 2001 ל-655 דולר לאונקיית טרוי בסוף 2009.

מחפש זהב. מקור: Alan Souter

אם תימצא דרך לייצר זהב באופן מלאכותי, תהיה לכך חשיבות כלכלית רבה, לא רק בגלל היותו חומר גלם מבוקש לתכשיטים, אלא גם משום שלזהב יש שימושים רבים במחקר ובתעשייה.

אז מה לגבי החלום הישן של האלכימאים להפוך מתכת זולה לזהב? היום ברור שלא ניתן לייצר זהב ממתכת אחרת בתהליכים כימיים, אבל אולי בכל זאת האלכימאים לא טעו לגמרי.

מרים היהודיה בת המאה השלישית לספירה נמנתה עם האלכימאים הראשונים. מיוחסת לה המצאת אמבט מרים המשמש במחקר, בתעשייה וגם באומנות הבישול. ציור מהמאה ה-17. מקור: Royal Society of Chemistry

אטום של יסוד בנוי מגרעין המכיל פרוטונים ונייטרונים ומאלקטרונים החגים סביב הגרעין. תהליכים כימיים מתרחשים ברמה האלקטרונית, כלומר מעורבת בהם החלפה של אלקטרונים, והקשרים הכימיים בין היסודות נובעים מאינטראקציה של האלקטרונים החיצוניים. תגובה כימית לא יכולה לשנות את זהות היסודות המגיבים, ולכן היא לא יכולה לשמש כאמצעי לייצור זהב מחומר שלא מכיל זהב כלל.

לעומת זאת, תהליכים גרעיניים המתרחשים בגרעיני האטומים יכולים לגרום לשינוי של היסוד עצמו, משום שזהות היסוד נקבעת על פי מספר הפרוטונים בגרעין. תהליכים אלו, שבהם מעורבת בדרך כלל אנרגיה גבוהה יותר, יכולים לגרום לשינוי במספר הפרוטונים והנייטרונים בגרעין ואפילו לשינוי בזהות מרכיבי הגרעין - פרוטונים יכולים להפוך לנייטרונים ונייטרונים יכולים להפוך לפרוטונים. תוך כדי כך עשויה להיפלט אנרגיה רבה בצורת קרינה גרעינית על סוגיה השונים.

אם כך, תהליכים גרעיניים יכולים להפוך יסודות ליסודות אחרים. אז כיצד ניתן לייצר בפועל זהב במעבדה?
שאלה זו קשורה לשאלה מעניינת אחרת:
כיצד נוצר הזהב שנמצא על פני כדור הארץ?

מקור האנרגיה של הכוכבים נובע מתהליכי היתוך גרעיני. בהיתוך גרעיני שני גרעינים קלים מתאחדים ויוצרים גרעין כבד יותר. בתהליך הזה משתחררת אנרגיה שמקורה בהפרש המסות בין הגרעינים המקוריים לגרעין הנוצר, והפרש המסות שקול לאנרגיה לפי הנוסחה של איינשטיין .

כל זה טוב ויפה, אבל זהב לא יכול להיווצר בתהליכי היתוך גרעיני רגילים שמתרחשים בליבות הכוכבים, משום ששחרור אנרגיה בהיתוך גרעיני מתקיים כל עוד התוצר איננו כבד יותר מברזל. עובדה זו נובעת מכך שהפרוטונים והנייטרונים בגרעין הברזל קשורים חזק זה לזה, מה שגורם לגרעין הברזל להיות קל באופן יחסי למספר הפרוטונים והנייטרונים המרכיבים אותו. על מנת ליצור יסודות כבדים יותר יש להשקיע כמות גדולה של אנרגיה, ותהליך כזה לא יכול להתרחש באופן ספונטני במהלך חייו של כוכב.

כשכוכב בגודל של השמש שלנו מכלה את מלאי הדלק הגרעיני שלו הוא משיל את המעטפת החיצונית ומסיים את חייו בתור ננס לבן קטן ודחוס. כוכבים מסיביים יותר עשויים לעבור פיצוץ סופרנובה בסוף חייהם ולהפוך לכוכבי נייטרונים או לחורים שחורים. בפיצוץ כזה משתחררת אנרגיה רבה מאוד בבת אחת ותהליכים גרעיניים שדורשים כמות גדולה של אנרגיה עשויים להתרחש.



התהליך המדויק של יצירת זהב ויסודות כבדים אחרים עדיין לא ברור די צורכו. נראה שהוא קשור ללכידת נייטרונים על ידי גרעינים כבדים. נייטרונים חופשיים בעלי אנרגיה גבוהה פוגעים בגרעינים כבדים ויוצרים איזוטופים של יסודות כבדים יותר. תוך זמן קצר האיזוטופים הללו עוברים דעיכה רדיואקטיבית עד שהם הופכים לאיזוטופים יציבים. בתהליך כזה המכונה r-process, או בתהליכים גרעיניים דומים, נוצרו כנראה כל היסודות הכבדים. מה שאומר שמערכת השמש שלנו היא בוודאות דור שני לפחות של כוכבים, ומקורו של החומר המרכיב אותה הגיע מכוכב מסיבי מאוד שעבר סופרנובה.

בשיטה דומה ניתן לייצר זהב על פני כדור הארץ. לשם כך דרוש מתקן המיועד לניסויים גרעיניים - כור גרעיני או מאיץ חלקיקים. ניסויים כאלו אכן נערכו וב-1941 נוצרו לראשונה באופן מלאכותי איזוטופים של זהב על ידי הפגזת כספית בנייטרונים, אלא שאלו היו איזוטופים רדיואקטיביים קצרי חיים שדעכו חזרה לכספית תוך מספר ימים. יצירת זהב יציב היא משימה קשה יותר. נטען שגלן סיבורג ועמיתיו הצליחו לייצר זהב יציב מביסמוט ב-1980 במאיץ חלקיקים אמריקאי, וייתכן שהרוסים הקדימו אותו בכמה שנים ועשו זאת כבר ב-1972.

מאיץ החלקיקים ב-Lawrence Berkeley National Laboratory שבו הצליח גלן סיבורג לייצר זהב מביסמוט ב-1980.  מקור: LBNL Image Library

בכל אופן, השיטה הזו לייצור זהב יקרה מאוד ורחוקה מלהיות משתלמת מבחינה כלכלית. עם זאת, ייתכן שיגיע היום בו מחיר חציבת הזהב יעלה באופן ניכר, ואילו עלות הפקתו בכורים גרעיניים ובמאיצי חלקיקים תרד, ואז נוכל להגשים את חלומם של האלכימאים לייצר זהב ממתכות זולות באופן שוטף.

לקריאה נוספת: על התהליכים המתרחשים בסוף חיי כוכב, מאת John F. Hawley

יום חמישי, 9 ביוני 2011

התחזית האסטרולוגית הגרועה בהיסטוריה

גלילאו גליליי מוכר כאחד מאבות המהפיכה המדעית. השיטה שבה הוא דגל, ואשר הפכה לסימן היכר של המדע המודרני, היא בחינת תאוריות באמצעות ניסוי ותצפית. לגלילאו גליליי הייתה השפעה על דורות של מדענים והוא נחשב בצדק לאחד מאנשי המדע המוכשרים מאז ומעולם. אבל לא כולם יודעים שמלבד היותו פיזיקאי, אסטרונום, מתמטיקאי ופילוסוף היה גלילאו גם אסטרולוג.

גלילאו גליליי

גלילאו נחשב בימיו למתמטיקוס - אדם שעוסק במתמטיקה, אסטרונומיה ואסטרולוגיה. באותה תקופה, יש לומר, אסטרולוגיה נחשבה למדע מן המניין והעיסוק בה לא הוגדר בתור תחום "לא מדעי", כמו בימינו. קשה לדעת עד כמה האמין גלילאו בהשפעה של מיקום הכוכבים בשמים על חייהם של אנשים, אבל עובדה היא שגלילאו נהג לערוך הורוסקופים ולחזות את עתיד חייהם של אנשים חשובים ושל בני משפחה. אולי הוא רצה לספק את רצונותיהם של אותם אנשים לגלות את הטמון בגורלם? אולי הוא ראה בכך יישום נוסף של ידיעותיו האסטרונומיות? ואולי הוא התייחס לכך כאל שעשוע, ותו לא?

בלי קשר לדעתו האישית של גליליי על אסטרולוגיה, ברור שכאשר פנתה אליו כריסטינה, הדוכסית הגדולה של טוסקנה, לברר את עתידו של בעלה פרדיננדו, לא יכול היה גלילאו לסרב. פרדיננדו הראשון לבית מדיצ'י, הדוכס הגדול של טוסקנה, עלה לשלטון ב-1587 לאחר מות אחיו. הוא נשא לאישה את כריסטינה שנתיים מאוחר יותר, ויחד הם תמכו באמנות ובמדע במשך כל שנות שלטונם. אגב, פרדיננדו היה זה שמינה בשנת 1589 את גלילאו למשרת פרופסור באוניברסיטה של פיזה, אף על פי שגלילאו מעולם לא השלים את לימודיו. מלבד זאת, היה פרדיננדו שליט מוצלח ונוח לבני עמו ולבני עמים אחרים. הוא עודד את הסוחרים היהודים להתיישב בליבורנו במטרה להפוך אותה לעיר מסחר מובילה, והוא הקים את בית הדפוס האוריינטלי שהיה מהראשונים שהדפיסו ספרים בערבית.

פרדיננדו הראשון לבית מדיצ'י

גלילאו שהה בפדובה כשהוא קיבל מכתב מכריסטינה ובו היא מספרת לו שפרדיננדו חולה. כריסטינה ביקשה מגלילאו להכריע לגבי תאריך הלידה של בעלה על מנת שיהיה ניתן לערוך עבורו הורוסקופ מדויק. במכתב שנשלח ב-16 בינואר 1609 עונה לה גלילאו בדבר תאריך הלידה הנכון לפי דעתו וחוזה לפרדיננדו שנים ארוכות ופעילות.

הורוסקופ בכתב ידו של גלילאו

פרדיננדו הראשון לבית מדיצ'י מת 22 ימים מאוחר יותר.

ידוע שכריסטינה לא שמרה טינה לגלילאו על התחזית הכושלת. גלילאו עצמו חזר ב-1610 לאוניברסיטה של פיזה בעקבות הזמנתו של קוזימו השני, הדוכס החדש, בנו של פרדיננדו המנוח, ומונה שם לשמש כפרופסור בכיר למתמטיקה. גלילאו וכריסטינה שמרו על קשר טוב, ובמכתב מפורסם שכתב לה גלילאו ב-1615 הוא מתאר את עיקרי התורה ההליוצנטרית, לפיה השמש נמצאת במרכז מערכת השמש. לתמיכה של גלילאו בתורה ההליוצנטרית נודעה חשיבות רבה בדורות הבאים, ומצד שני היא גם זו שגרמה לצרות שלו ולהסתבכות שלו עם הוותיקן.

כריסטינה מלוריין, הדוכסית הגדולה של טוסקנה

מאז ימיו של גלילאו השתנתה הגישה לאסטרולוגיה וקשה למצוא כיום אנשי מדע שמאמינים באסטרולוגיה או נוהגים לפיה. אסטרולוגיה היא תחום שקשה לבדוק אותו בניסוי או בתצפית, וקשה למצוא דרך לאשש אותה. עובדה זו הפכה את האסטרולוגיה לתחום מוקצה בעיני רבים. עם זאת, יש כאן גם עניין של אופנה, ולכל הפחות ברור שכל עוד אסטרולוגיה הייתה באופנה היה קשה לומר עליה שהיא לא מדעית.

לי אישית קשה לקבל את אמיתותה של תאוריה שלא יכולה להצביע על קשר סיבתי בין תופעה (מיקום הכוכבים בשמים) לתוצאה (גורל בני האדם). אי לכך אני לא מוצא טעם לבזבז זמן או כסף על אסטרולוגיה ועל הורוסקופים. אבל זו בהחלט העדפה אישית שלי.

לסיום, שיר שמבטא די טוב את מה שאני חושב על הנושא. "סוד המזלות" של אביהו מדינה ומשה בן מוש ובביצוע של זוהר ארגוב.