יום שלישי, 22 בדצמבר 2009

שאלות ותשובות על אודות המאיץ

אני מצרף את כל השאלות שנשאלתי בעת האירוח בפורום מדע וחברה של גליליאו ואת התשובות שלי עליהן.

רון: אפשר לקבל תיאור בשפה (לא מקצועית) של הניסויים המתוכננים, והמטרות שלהם, כשתגיעה ההפעלה לרמת האנרגיה המלאה שהמאיץ יכול לספק? ובאופן ספציפי: עד כמה יסודיים החלקיקים אותם אפשר יהיה לייצר?  

תשובה: שלום רון, סביב נקודות ההתנגשות נבנו ארבעה גלאים ענקיים. שניים מהם ייחודיים למטרה מסוימת (אליס ו-LHCb) ושניים כלליים יותר (אטלס ו-CMS), כלומר ניתן לגלות בעזרתם כמעט כל מה שקיים עד מסה מסוימת.
בקרוב עומד להתפרסם בגליליאו חלקו השני של המאמר על המאיץ ובו תשובה מלאה לשאלתך. אביא כאן את ראשי הפרקים.
בנוסף לבדיקה חוזרת של ניסויים קודמים מקווים לגלות חמישה דברים:
  1. בוזון היגס שהוא חלקיק יסודי. זהו חלקיק מיוחד שיש לו אינטראקציה עם כל שאר החלקיקים ומכאן מגיעה חשיבותו. מעצם קיומו ניתן להבין את מהות המסה, המהווה מושג יסוד בפיזיקה.
  2. גילוי ראיות לתורת הסופר-סימטריה. הראיות הללו יהיו בדמות אוסף של חלקיקים חדשים, רובם לא יציבים.
  3. שחזור של מצב החומר שהתקיים רגעים ספורים אחרי המפץ הגדול, ובפרט גילוי מצב צבירה חדש הקרוי פלזמת קווארקים-גלואונים.
  4. יצירת אנטי-חומר במטרה לנסות להבין למה כמות החומר ביקום גדולה לאין שיעור מכמות האנטי-חומר.
  5. גילוי חלקיקים ועצמים "אקזוטיים", כמו למשל חורים שחורים זעירים.

רולי: היי אריה, נושא שלא ציפיתי שיעלה בהקשר של מאיץ החלקיקים הוא מסע בזמן - אבל דווקא זה הנושא שתפס כותרות בחודשים האחרונים יותר מקטסטרופות של חורים שחורים..
האם יש לך עמדה בנושא ההצעה שעלתה להסבר התקלות כ"תיקון עצמי" מן העתיד? - נושא ההשפעה של העתיד על העבר לעיתים עולה מכיוונים יותר מד"ביים אבל הפעם יש כמה פיסיקאים שקשורים בדיון..

תשובה: נעים להתארח אצלך :-) שאלה מעניינת. קראתי בעיון את המאמר והתייחסתי אליו באריכות בבלוג שלי. אביא כאן את סיכום הדברים מנקודת ראותי: אותם שני פיזיקאים שפרסמו את המאמר טוענים שיש אוסף לא סביר של תקלות המונעות גילוי חלקיקים חדשים, אך אני לא רואה אוסף כזה. מדובר בתקלות רגילות שמלוות כל פרויקט גדול. כמו כן, הם טוענים שהטבע מנסה למנוע את גילויו של בוזון היגס - איני רואה משהו מיוחד בחלקיק הזה. עד היום התגלו חלקיקים רבים ובוודאי רבים נוספים יתגלו בעתיד.
בנוסף לכך, השיטה שהם מציעים על מנת להחליט אם להמשיך את הניסוי - הגרלת מספרים אקראיים - אינה מובנת לי. למה שאותה יישות מסתורית (הטבע?) תבחר להתערב דווקא בהגרלת המספרים על מנת למנוע את המשך הניסוי? האם יש להם תקשורת כלשהי איתה? נקודה נוספת היא שהם לא מדברים בהכרח על השפעה מהעתיד אלא על קיומה של יישות-על שפועלת בהווה.
לסיכומו של דבר לא התרשמתי מהנימוקים שלהם, ולמרות שהנושא בכללותו מעניין, אני סבור שהוא אינו קשור לפיזיקה בשלב זה. אולי לפילוסופיה?

רולי: אני יותר המתארח מהמארח, אתה בפורום הרבה יותר זמן ממני..
אולי זו באמת שאלה פילוסופית, ושם נתקלים בכל מיני פרדוקסים מעניינים.

תשובה: לדעתי הפילוסופיה של מדעי הטבע לא עומדת בקצב הגילויים.
אולי העברה של נושאים פיזיקליים שעל גבול הפילוסופיה לטיפול המחלקות לפילוסופיה תסייע בהדבקת הפער ובו בזמן תניח לפיזיקאים להתעסק במה שהם טובים בו.
דוגמה שאני יכול לחשוב עליה עליה היא העיקרון האנתרופי שגוזל המון ויכוחים ודיונים בקהילה הפיזיקלית. לדעתי פילוסופים יוכלו לנתח את הסוגייה הזו טוב יותר.

אפרים: אבל חשבתי שחלקיק היגס כן חשוב, ואם חלקיק היגס הוא היושב בבסיס כל ההתנהגות של חלקיקים והכוחות ביניהם - אולי חשיפה שלו היא באמת מסוכנת?

תשובה: בוזון היגס בהחלט חשוב ואפילו יכול לשמש כהסבר בסיסי למהות מושג המסה, אך איני רואה במה הוא שונה מחלקיקים אחרים ולמה חשיפה שלו בניסוי עלולה להיות מסוכנת?
כרגע עדיין קשה לומר מה נעשה איתו כשנצליח לייצר אותו, והאם תהיה לו חשיבות תעשייתית או מסחרית. במבט היסטורי, נכון להיום, גילוי האלקטרון היה חשוב יותר.
נקודה נוספת היא שאם בוזון היגס קיים, הרי שהוא נוצר ונעלם באופן ספונטני בכל מקום ביקום, אפילו בריק. בוזוני היגס כאלו (שנקראים וירטואליים) הם אלו שאחראים למסה של כל החלקיקים. בניסוי המאיץ ינסו לייצר אותו באופן מבוקר, כך שניתן יהיה לגלות אותו באופן חד-משמעי.

יגאל: לאריה, קראתי את המאמר - תודה.
מה קורה עכשיו במאיץ?
האם יכול להיות שכבר נוצרו חורים שחורים או חלקיקים חדשים?

תשובה: שלום יגאל, כרגע המאיץ מושבת עקב פגרת חג המולד המסורתית...
התוכנית המקורית היא להשבית אותו במהלך כל חורף, כשצריכת החשמל באזור גבוהה וקשה לספק לו את החשמל הדרוש. הזמן הזה ינוצל בדרך כלל לתיקונים ושדרוגים.
בחורף הנוכחי, עקב התקלה של השנה שעברה, ההפסקה תהיה קצרה יחסית. הם מתכוונים להפעיל את המאיץ מחדש כבר בפברואר, אחרי שיכינו אותו לעבודה באנרגיה גבוהה יותר.
לדעתי לא נוצרו חלקיקים חדשים משום שטרם הגיעו לאנרגיה גבוהה. אומנם נקבע שיא עולמי, אך עדיין האנרגיה שהגיעו אליה לא גבוהה בצורה ניכרת מהאנרגיה של ההתנגשויות במאיץ הטווטרון האמריקני. את ההתנגשויות הללו (בטווטרון ) ניתחו במשך שנים ולא מצאו משהו חדש.
התוכנית היא להעלות במשך 2010 הן את האנרגיה של ההתנגשויות והן את הלומינוסיטי (luminosity) שזה בעצם גודל שקובע את כמות ההתנגשויות. פרטים טכניים על תוכנית העבודה ניתן למצוא בקישור הבא:
http://lhc-commissioning.web.cern.ch/lhc-commissioning/luminosity/09-10-lumi-estimate.htm

יגאל: מה החשיבות של הלומינוסיטי?

תשובה: כשיש יותר התנגשויות הסטטיסטיקה גדולה יותר, כך שיש סיכוי גדול יותר שיתרחשו אירועים נדירים, כמו יצירת חלקיקים חדשים.
בנוסף לכך: לעתים אירוע שנראה כמו יצירת חלקיק חדש אינו מספיק לקביעה שאכן נוצר חלקיק חדש, משום שייתכן שהאירוע הזה נובע מרעש רקע. במקרה הנוכחי תהליכים מוכרים יכולים להיחשב כרעש רקע. כשהסטטיסטיקה עולה (כמות אירועים גדולה) שגיאת המדידה היחסית יורדת, והביטחון בתוצאות עולה.

יגאל: האמת שפעם ראשונה שאני שומע את המושג הזה. איך מגדירים אותו?

תשובה: הלומינוסיטי היא גודל שמתאר את אלומות החלקיקים. היא תלויה בצפיפות החלקיקים בכל אלומה של פרוטונים, בכמות החלקיקים ובמהירות שלהם.
חלק קטן מאוד מהפרוטונים בכל אלומה עוברים אינטראקציה בעת מפגש של קבוצות פרוטונים זו עם זו. קצב התגובות בין הפרוטונים הוא מכפלה של הלומינוסיטי בחתך הפעולה.
הלומינוסיטי נקבעת על ידי ביצועי המאיץ, ואילו חתך הפעולה, שמתאר את ההסתברות לתגובה, נובע מהפיזיקה עצמה. אחת המדידות החשובות במאיץ תהיה מציאת חתך הפעולה של תהליכים מסוימים וחתך הפעולה הכללי של אינטראקציה כלשהי בין זוג פרוטונים שנעים אחד לעבר השני במהירות גבוהה.

סילבר: מה יקרה אם לא ימצאו כלום.....

תשובה: במחקר אומרים שגם תוצאה שלילית היא חשובה, אבל אני חושב שזה יהיה מאוד מאוד מאכזב...

אלי: איך אמורים החורים השחורים המיקרוסקופיים להתנהג? סדר הגודל שלהם הרי הרבה יותר קטן מזה של החלקיקים האלמנטריים?

תשובה: אין הסכמה לגבי הצורה הגאומטרית של החלקיקים היסודיים, דוגמת האלקטרון. ההתייחסות אליהם היא כאל עצמים נקודתיים. מבחינה זו החורים השחורים הזעירים גדולים יותר משום שיש להם רדיוס מוגדר. הרדיוס הזה קטן פי עשרת אלפים בערך מגודל של פרוטון (שהוא לא חלקיק יסוד).
משערים שהחורים השחורים הללו יתקיימו לזמן קצר מאוד, פחות ממיליארדית של מיליארדית שנייה והם יתפרקו לאוסף של חלקיקים אחרים. החלקיקים הללו ייקלטו בגלאים ובעזרתם ניתן יהיה לשחזר את המסה של העצם ממנו הם נוצרו. בדרך זו יהיה ניתן לגלות בקלות יחסית חורים שחורים לא יציבים.
אם החורים השחורים הללו היו יציבים, אז הם היו גדלים באטיות רבה. להערכתי חורים שחורים זעירים יציבים יכולים לבלוע כוכב תוך כמה מאות שנים. עצם העובדה שזה לא קרה בכדור הארץ (למרות שהוא מופצץ באופן קבוע על ידי קרינה קוסמית אנרגטית מאוד) או בכוכבים אחרים שאנו צופים עליהם היא אחת הראיות לכך שהחורים השחורים אינם יציבים.

רולי: האם ההתנגשויות באנרגיה המקסימלית של המאיץ יחשפו תהליכים המתרחשים בסדר גודל של זמן-פלנק ואורך-פלנק?

תשובה: כנראה שלא - זמן פלאנק ואורך פלאנק קצרים מדי.
מאידך, מסת פלאנק היא גודל שאולי יגיעו אליו. אומנם מסת הפלאנק כפי שהוגדרה על ידי מקס פלאנק עצמו גדולה מדי, אך אם מודל ADD (שצופה את אפשרות יצירתם של חורים שחורים זעירים במאיצי חלקיקים) נכון, אז מסת פלאנק הרבה יותר נמוכה, ובמקרה כזה ייתכן שניתן יהיה להגיע אליה.
אחד המחקרים המעניינים שעשיתי בדוקטורט היה פיתוח שיטה שתאפשר את מציאת מסת פלאנק בעזרת תוצרי התפרקות של חורים שחורים זעירים. אני מקווה שישתמשו בשיטה הזו, אבל קודם צריך לגלות חורים שחורים זעירים... 

סילבר: מה הגילוי הכי מפתיע שיכול להיות?

תשובה: הגילוי הכי מפתיע הוא משהו שלא חשבנו עליו :-) וזה בהחלט יכול לקרות.
מבין הדברים שחשבו עליהם בוזון היגס נחשב כהימור בטוח, כלומר הגילוי שלו לא יהיה מפתיע.
לעומת זאת גילוי החלקיקים הרבים שחוזה תורת הסופר-סימטריה יכול לפתוח אפיקי מחקר חדשים.
חורים שחורים זעירים הם בעיני רבים "הגביע הקדוש" של הניסוי. גילוי שלהם יאפשר צעד ראשון באיחוד של תורת הקוונטים עם תורת היחסות ובהבנה של מבנה המרחב בקנה מידה קטן. יכולים להיות להם גם שימושים בפועל - למשל בתור יצרני אנרגיה. מצד שני, יצירת חורים זעירים עלולה לסמל את סוף פיזיקת החלקיקים.

סילבר: למה זה יהיה סוף הפיזיקה של החלקיק?

תשובה: אם נגיע במאיץ לגודל הקרוי מסת פלאנק, אז לפי ההבנה שלנו כיום - עלייה באנרגיה במאיצים עתידיים תגרום ליצירה של חורים שחורים גדולים יותר ולא של חלקיקים אחרים.
כלומר, אנו נעבור מפיזיקת חלקיקים לפיזיקת חורים שחורים.

שרית: האם תקלה כמו זו שהתרחשה ב-2008 עלולה להתרחש שוב?

תשובה: אני לא חושב שתקלה כזו תחזור על עצמה משום שנעשו פעולות מנע רבות, הן באמצעות מערכות התראה והן באמצעות מערכת לשחרור לחצים. כזכור הנזק העיקרי נגרם מהליום נוזלי שהפך לגז בלחץ גבוה. הגז פגע במספר גדול של מגנטים. בנוסף לכך, נבדקו כל החיבורים החשמליים (התקלה נגרמה מניצוץ חשמלי במקום שהיה בו חיבור לא תקין), וכמובן - הוחלפו המגנטים הפגומים.
בנוסף לכך, המאיץ כבר עובד באופן כמעט מלא, כלומר כל החלקים שלו נוסו, ומחלות הילדות שמלוות כמעט כל מתקן גדול כבר כמעט מאחורינו.
אבל, כמובן, שתקלות, ואפילו תקלות גדולות וקטלניות, עלולות להתרחש. אף אחד לא חסין מפני כך. השאלה היא אם עשינו את כל מה שביכולתנו על מנת למנוע אותן. אין לי תשובה חד-משמעית על כך משום שאני לא מעורה בפעולות הבקרה שנעשות במאיץ באופן שוטף.
אני רק יכול לומר שניתן היה למנוע את התקלה הגדולה של 2008, משום שתרחיש כזה היה ידוע. להערכתי נעשו שם טעויות בתכנון ובבקרת האיכות.

שרית: אני מתנצלת מראש אם זה פוגע. האם אתה לא חושב שיש דרכים טובות יותר להשקיע את הכסף?

תשובה: שאלה מצוינת. לדעתי זה לא בזבוז כסף, ולו משום שכסף עודף אף פעם לא יילך למקום שצריכים אותו.
ולמה אני סבור שההשקעה במאיץ חשובה? יש כמה סיבות:
  1. הפרויקט סיפק ומספק הרבה מקומות עבודה, בעיקר לאנשים בעלי כישורים והשכלה.
  2. יש כאן שיתוף פעולה בינלאומי למטרות שלום - תופעה יוצאת דופן בימינו.
  3. פרויקט בעל חשיבות חינוכית, שמדגים לבני הנוער איך מדע עובד בפועל ובזמן אמת.
  4. פיתוח חלקי המאיץ הביא לקידום הטכנולוגיה והתעשייה במספר תחומים, כמו למשל על-מוליכים. להערכתי, זה תחום שיהיה רלוונטי לכולנו בעתיד. גם בתחום המחשוב הייתה התפתחות, למשל רשת הגריד (grid) שמאפשרת שיתוף ביכולת עיבוד ובזיכרון בין מחשבים בעולם כולו.
  5. הגילויים עשויים להביא ליישומים עתידיים, כפי שקרה בגילויים רבים אחרים שנבעו ממחקר בסיסי (למשל גילוי האלקטרון).
  6. נקודה אחרונה וחשובה נוגעת לדרך שבה מתקדמת האנושות. הייתי אומר זאת כך: "הסקרנות מניעה את האנושות". לא במקרה מדינות חזקות במדע טהור תמיד היו חזקות גם בתעשייה (למשל אנגליה של אמצע המאה ה-19). מדע טהור מתקדם יוצר אקלים חיובי לפיתוחים בתחומים אחרים, ובהקשר זה חשוב לדעתי שישראל תמשיך להשתייך למועדון היוקרתי של המדינות החברות בניסוי, גם אם זה כרוך בהשקעה כספית.

יום שבת, 19 בדצמבר 2009

אני מתארח בפורום מדע של גליליאו

שלום לכל הקוראים של הבלוג,
בגיליון דצמבר 2009 של מגזין גליליאו התפרסם מאמר שלי, "המאיץ הגדול וסודות היקום", אודות מאיץ החלקיקים LHC.
ביום שלישי הקרוב (22 בדצמבר), בשעות 22-19, אתארח בפורום מדע וחברה של גליליאו.
כולם מוזמנים לבקר בפורום ולשאול אותי שם שאלות הנוגעות למאיץ ה-LHC ולפיזיקה של חלקיקים בכלל.
נתראה שם,
אריה

יום רביעי, 16 בדצמבר 2009

מומנט - על מקור המילה והשימוש בה בפיזיקה

בעקבות הרשימה הקודמת אודות הסביבון, וההערה של אריאל לרשימה ההיא, התחלתי לחשוב למה בעצם כל הנושא של תנועה סיבובית כל כך מבלבל, למרות שאנו פוגשים בו הרבה בחיי היום יום. אני חושב שאחת הבעיות היא בחירת שמות לא מוצלחים. המילה מומנט (או מומנט כוח) שמהווה מושג מרכזי בתנועה סיבובית הגיעה לעברית משפות אירופאיות (moment of force באנגלית). הצרה היא שמושג מרכזי אחר בתנועה סיבובית נקרא בשם דומה: מומנט התמד (moment of inertia). מומנט הוא המקבילה של כוח בתנועה סיבובית, ואילו מומנט התמד הוא המקבילה של מסה, כלומר מדובר במושגים שונים, והשמות הדומים מבלבלים.
 
מקור המילה מומנט ב-momentum הלטיני שמורכב מהמילה movere (לנוע) והסיומת mentum שמציינת שם עצם שמקורו בפועל. האות v נשמטה במהלך הזמן. מומנטום הלטיני מתייחס בעצם לתנועה, אבל לא רק לתנועה במרחב אלא גם לתנועת זמן. כך נקראה בלטינית יחידת זמן מוגדרת המהווה את החלק הארבעים של שעה, וגם יחידת זמן קצרה ולא מוגדרת - רגע בעברית (moment באנגלית). למומנטום היו כבר בלטינית משמעויות נוספות, כמו: חלק קטן, השפעה, חשיבות. אחת המשמעויות התייחסה למשקל קטן שמניחים על מאזניים (momentum staterae בלטינית). בימי הביניים החלו המשמעויות השונות של מומנטום להתגלגל לשפות האירופאיות, כנראה דרך צרפתית עתיקה, ותוך כדי כך המילה התקצרה והפכה למומנט. חלק מהמשמעויות מופיעות באנגלית כבר בתנ"ך של ג'ון ויקליף (John Wycliffe) מהמאה ה-14. אגב, שם מופיע מומנט גם במשמעות משקל של מאזניים: "and as moment of a balaunce ben holden" כתרגום לביטוי "וכשחק מאזניים נחשבו" (ישעיהו מ', 15) וזאת בעקבות תרגום הוולגטה (התרגום הקדום של התנ"ך ללטינית). התרגום הזה שגוי משום ששחק המקראי הוא אבק כתוצאה משחיקה, ולא משקל.

אני משער שהמקור למומנט הפיזיקלי המופיע כמושג מרכזי בתנועה סיבובית נובע ממומנט במשמעות משקל קטן על מאזניים. הרי מאזניים הם דוגמה טיפוסית לשימוש במושג המומנט. מצד שני זו לא הייתה המשמעות הראשית של מומנט, כך שייתכן שההתפתחות הייתה שונה. חיפשתי ועד עתה לא מצאתי סימוכין להשערה שלי. כך או אחרת, המילה מומנטום ואחר כך גם מומנט אומצו בפיזיקה במספר משמעויות החל מהמאה ה-17, ומהפיזיקה הגיעה המילה מומנט גם למתמטיקה.

האנגלים השכילו לקרוא למומנט כוח בשם נוסף - torque - שנמצא כיום בשימוש נפוץ יותר, וזה מקל מאוד בעת הפגישה הראשונית עם הנושא של תנועה סיבובית. חבל שבעברית, ובשפות נוספות, משתמשים במילה מומנט גם לציון מומנט כוח וגם כחלק מהצירוף מומנט התמד. דווקא התרגום של המושג הפיזיקלי מומנטום לעברית - תנע - מוצלח מאוד.

חזרה לפיזיקה: מומנט או מומנט כוח הוא מכפלת הכוח במרחק מנקודת הציר. בתנועה סיבובית המומנט הוא הגודל החשוב, משום שהפעלת כוח על נקודת הציר לא תיצור תנועה סיבובית, וככל שמתרחקים מנקודת הציר כך ניתן להשקיע כוח קטן יותר בזמן נתון על מנת לקבל אותה מהירות סיבוב. זה בעצם עיקרון הפעולה של מנוף וגם של המאזניים והנדנדה. הרי ככל שיושבים קרוב יותר לציר, המשקל מורגש פחות, והנדנדה יורדת פחות. הילדים שלי הבינו את זה מזמן והם מושיבים אותי קרוב למרכז, בעוד שהם מתיישבים בצד השני, ממש בקצה הרחוק. כך הם מצליחים "לנצח" אותי ולהוריד את הנדנדה.

למה סביבון לא נופל?

גיל, חבר ותיק, שלח לי שאלה במייל:
לכבוד החנוכה, אולי תוכל להסביר בפשטות מדוע כשמסובבים סביבון הוא לא נופל? – הסבר שגם ילדים קטנים יבינו (וגם אני).
אפשר גם להעמיק לכיוון הגירוסקופ, יו-יו, כוח קוריוליס...
ובכן, השאלה הזו בכלל לא פשוטה - תנועה סיבובית היא אחד הנושאים המסובכים ביותר לתלמידי פיזיקה בתיכון. הסבר מצוין שמיועד לילדים מופיע בגיליון דצמבר 2009 של גליליאו צעיר במדור של בת-שבע וגון, אך התשובה המלאה די מורכבת. נדמה לי שעושים ניתוח מלא של תנועת סביבון בקורס מכניקה לתלמידי פיזיקה לתואר ראשון. אנסה בפוסט הזה לעשות משהו באמצע.

כשמסובבים סביבון אנו מעניקים לו תנע זוויתי. בדומה לתנע קווי, ניתן להתייחס לתנע זוויתי ככמות תנועה, אלא שכאן זו תנועה סיבובית, כלומר תנועה סביב ציר. במערכת סגורה, מבודדת בכל הנוגע לכניסה ויציאה של אנרגיה, התנע הזוויתי נשמר, ולכן בהיעדר הפסדי אנרגיה כתוצאה מחיכוך - הסביבון יסתובב לנצח. גודלו של התנע הזוויתי שווה למהירות הזוויתית (מהירות הסיבוב) מוכפלת במומנט ההתמד. מומנט ההתמד מאפיין את העצם והוא תלוי במסה שלו ובצורתו. למשל, ככל שהמסה של הסביבון מפוזרת יותר, כלומר הסביבון רחב יותר, כך מומנט ההתמד שלו גדול יותר, גם אם מסתו לא משתנה. האנרגיה הקינטית הסיבובית של הסביבון פרופורציונית למומנט ההתמד, ואם ניקח בחשבון שסביבון אמיתי מאבד אנרגיה עקב חיכוך, נגיע למסקנה שסביבון רחב צפוי להסתובב זמן רב יותר מסביבון צר.

לפני שאני ממשיך, סרטון נחמד של סביבון על סביבון שמצאתי ביוטיוב:



מה קורה מרגע שמשחררים את הסביבון מהיד?
בהתחלה, הוא מסתובב בתנועה מורכבת, שתלויה בצורה שבה שחררנו אותו, ואם המהירות הסיבובית גדולה דיה, הסביבון מתייצב תוך זמן קצר במצב כמעט אנכי. עם הזמן, המהירות הזו יורדת עקב הפסדי אנרגיה כתוצאה מחיכוך החלקה. ככל שהחוד של הסביבון דק יותר כך קטנים ההפסדים הללו, ולכן יש יתרון לסביבונים בעלי קצה חד. כשהמהירות יורדת, המצב היציב משתנה והסביבון מתחיל ליפול בגלל כוח הכובד. ניתן להתייחס לכוח הכובד כאילו הוא פועל על נקודה אחת - מרכז המסה של הסביבון. למעשה, בתנועה סיבובית אין חשיבות לכוחות, אלא למומנטים, וכאן נוצר מומנט כוח על נקודת הציר, כלומר על נקודת המגע עם המשטח. המומנט הזה יפיל סביבון שעומד במצב אנכי, בלי להסתובב, אבל ההשפעה שלו על סביבון מסתובב שונה - הוא גורם לשינוי של ציר הסיבוב. לתופעה הזו קוראים נקיפה או פרצסיה.

נקיפה היא מושג מסובך, ולדעתי קל יותר לחשוב עליו באנלוגיה לתנועה סיבובית רגילה. ניקח למשל לוויין שמקיף את כדור הארץ. אם הלוויין היה עומד במקומו, הוא היה נופל מטה עקב פעולת כוח הכובד של כדור הארץ. בעצם, המהירות ההתחלתית מאפשרת לו להישאר במסלול - כוח הכובד מושך את הלוויין לעבר כדור הארץ וכך משנה את כיוון תנועתו. השינוי הזה מתבטא כתנועה מעגלית במסלול. בצורה דומה, מומנט כוח הפועל על סביבון משנה את כיוון ציר הסיבוב וגורם לסביבון לבצע תנועת נקיפה שמורכבת מסיבוב סביב עצמו והקפה של הניצב היוצא מנקודת המגע שלו עם המשטח.

הדגמה יפה של נקיפה בעזרת גלגל אופניים, שמשמש כאן כגירוסקופ, ניתן לראות בסרטון הבא. כוח הכובד, שפועל על מרכז הגלגל, מפעיל מומנט על נקודת החיבור של הגלגל לחבל. המומנט גורם לשינוי מתמיד של ציר הסיבוב, כלומר עקב הסיבוב העצמי של הגלגל הוא לא נופל, אלא מבצע נקיפה:




על גירוסקופ, יו-יו וגם על כוח קוריוליס אני מבטיח להרחיב בפוסטים אחרים.

לקריאה נוספת:
The Motion of a Spinning Top באתר 4Physics
Precession of Spinning Top באתר HyperPhysics

יום שלישי, 1 בדצמבר 2009

המשימה: לעניין את התלמיד

"איך היה בבית ספר?”. “מעניין!". לא שומעים שיחה כזו בין הורה לילד, מהסיבה הפשוטה שהלימודים בבית הספר, בדרך כלל, לא מעניינים. ובסופו של דבר את מי זה מעניין אם השיעורים מעניינים או לא? הרי יכולת התלמידים, וכתוצאה מכך גם יכולת המורים, נמדדות לפי תוצאות המבחנים. ואולם, על מנת להצליח במבחנים צריך ללמוד את החומר ואת זה קשה לעשות כשהשיעורים כל כך משעממים. צריך להודות שבימינו קשה עוד יותר לעניין את התלמידים מבעבר. שלושת "האויבים" הגדולים שהשתלטו על חיינו במהלך 15 השנים האחרונות - הטלפון הנייד, הטלוויזיה הרב-ערוצית והאינטרנט - הביאו לאורח חיים מהיר, דינמי ומלא בגירויים מידיים. לא קל להתחרות מולם, אבל זה אפשרי, ולשם כך יש להכשיר את המורים ולהעניק להם את הכלים הנחוצים לקרב על ליבו של התלמיד.

אני רואה שלושה כלים מרכזיים שיכולים לשרת את המורים בדרך לשם. ראשית, עליהם להכיר את השפה של התלמידים ולהשתמש בעולם המושגים שלהם, אחרת אף אחד לא יקשיב להם. זה לא מסובך, רק דורש עדכון תקופתי לגבי "מה הולך היום”. הנקודה השנייה היא מערך שיעור מסודר שמוביל את התלמידים באופן לוגי מנקודה אחת לבאה אחריה, ומהמוחשי אל המופשט. תלמיד שמאבד את הקו שטווה המורה יתקשה לחזור ולהשתתף בשיעור. הנקודה השלישית היא גורם ההפתעה. אופן ההתקדמות במהלך השיעור, ובעצם גם לאורך השנה, צריך להיות מסודר והגיוני, אבל הפתעות שצצות מדי פעם ממקדות את תשומת הלב ושומרות על ערנות מתמדת. התנסות בחפירה ארכאולוגית או ביקור במעבדת לייזרים הן דוגמאות להפתעות כאלו. חשיפת בני הנוער לחזית המחקר אינה אמורה להיכנס במקום מקצועות הבסיס, אלא בנוסף להם. זו הזדמנות להראות לתלמידים את הקשר של הלימודים לעולם האמיתי ולספק להם חוויה שיכולה להיחרט בזיכרונם ולעזור להם בכל מקצוע שבו יבחרו בעתיד. אגב, ההפתעות לא חייבות להגיע מחזית המחקר. גם סדרת הדגמות מלהיבות בשיעור פיזיקה או משפט דמה לאישיות היסטורית יכולות להפוך נושא משמים לחוויה מרעננת.

המורים שוכחים לעתים את התפקיד האמיתי שלהם. שמעתי לפני מספר חודשים איש חינוך בכיר אומר שתפקידו המרכזי של המורה בעולם המודרני לשמש כמתווך בין התלמיד לבין המידע שמצוי באינטרנט בשפע. אני מתנגד לכך מכל וכל. המורים נמנים עם האנשים המשפיעים ביותר בחייו של התלמיד, ומי מאתנו לא זוכר מורה מסוים או אפילו שיעור בודד, שהשפיעו עליו עד כדי גיבוש דעה או אפילו בחירת מקצוע בשלב מאוחר יותר בחיים. בעיניי, מורה אינו משגיח על קבוצת ילדים, אינו מתרגל לקראת בחינות ובוודאי שאינו מתווך - מורה הוא מחנך שעוזר לקבוצת אנשים להכיר טוב יותר את העולם ולגבש את הדרך העצמאית שלהם, ואת כל זה קשה לעשות כשהתלמידים בקושי מקשיבים לך.

על מנת להגיע למצב שבו השיעורים מרתקים את התלמידים, מערכת החינוך צריכה להשקיע קודם כל במורים עצמם, גם בשכר הוגן שיכלול את שעות ההכנה לשיעור כמרכיב חשוב וגם בהכשרה ראויה. אני רואה שלושה נדבכים בהכשרה המתמשכת של המורה. ראשית, המורים צריכים להגיע למצב של שליטה מעולה בחומר, ואת זה ניתן להשיג בעזרת אנשי אקדמיה שיסייעו להם. ההשקעה תחזור בסופו של דבר לילדים של אותם חוקרים, דרך המורים, ולכן יש סיכוי טוב שיהיו מתנדבים למשימה. שנית, יש לעזור למורים לשפר את יכולת ההופעה מול התלמידים. יכולת הופעה היא אמצעי שליטה מרכזי בידי המורה, משום שהיא מאפשרת להעלות את יכולת הקליטה של התלמידים, ולא פחות חשוב – להעלות את ההערכה הכללית כלפי המורה. גם פה אפשר להיעזר באנשי מקצוע. כל כך הרבה יועצי תקשורת מסתובבים בכנסת - אולי ניתן לגייס אותם למשהו חשוב באמת. הנקודה השלישית, והמסובכת יותר, היא בניית מערכי שיעור מעניינים. אחד הדברים שהייתי רוצה לעשות בעתיד הוא העברת השתלמויות למורים שיעסקו בבניית מערכי שיעור אטרקטיביים. יחד עם זאת, אני מודע לכך שהגורם החשוב כאן הוא הדמיון האישי של המורה, וכל מורה צריך לגבש את מערך השיעור הסופי בהתאם ליעדים שלו וליכולות שלו. מורה שמחזיק בידיו ארסנל של כלי הוראה ומשלב אותם במהלך שנת הלימודים יכול להשיג עניין מתמשך של התלמידים ובמקרים רבים אף למנוע מראש בעיות משמעת.

יחד עם אשתי ג'ודי עסקתי בשנים האחרונות בפיתוח תוכניות העשרה במדעים לתלמידי תיכון שמבקרים במכון ויצמן, ובתהליך ארוך של למידה הצלחנו להבין מה מלהיב אותם ומה מעניין אותם. הפיכת בית הספר עצמו לסביבה מעניינת ומאתגרת היא משימה קשה יותר, ואני מודע לכך שלא די ברעיונות, אלא יש לנסות אותם בשטח בפריסה רחבה, להשתפר כל הזמן וללמוד מטעויות. ולמרות הכול, המשימה הזו אפשרית.

לקריאה נוספת: "למה מורים נשחקים?" מאת אורן פרבר בבלוג מדע ושאר רוח

יום שני, 30 בנובמבר 2009

קליימטגייט

לפני מספר ימים נגנבה תכתובת מיילים של חוקרי אקלים בריטים. פרשה זו זכתה לכינוי קליימטגייט (Climategate, אקלים-גייט). התכתובת מכילה ברובה ענייני עבודה רגילים הנוגעים למאמרים, פגישות, ניתוח נתונים וכדומה. עם זאת, כמה מהמיילים מצביעים על תהליכים בעייתים בעבודתם של חוקרי האקלים, שבסופו של דבר מצאה ביטוי גם בדוחות ה-IPCC הנוגעים להתחממות העולמית.

הנקודות הבעייתיות שעולות ממקצת המיילים לא הפתיעו אותי. ראשית, רואים שם רכילות, תופעה שלמרבה הצער די מאפיינת את העולם האקדמי. אני לא חושב שזו תופעה מזיקה, אבל היא מעצבנת, מוציאה שם רע למדענים ובוודאי מיותרת. לרכילות נלווה במיילים הללו זלזול ביריבים אקדמאיים. במידה מסוימת הזלזול הוא פן נוסף של הרכילות. אנשי מדע צריכים לקחת בחשבון שמבחוץ זה נראה רע, במיוחד משום שהמדע נתפס בציבור כנקי מתופעות כאלו. הנקודה השלישית שרואים במיילים היא נסיון להציג את המידע בצורה משכנעת. זה משהו שנעשה בכל תחום, והחוכמה היא לקרוא את הגרף לעומק ולהבין את המידע גם אם הוא הוצג למטרה מסוימת. כל עוד הנתונים המוצגים אינם מזויפים אני לא רואה בעיה עקרונית. עם זאת, רצוי שתהיה גישה חופשית לנתונים הגולמיים ולדרך בניית הגרפים, על מנת שניתן יהיה לבדוק לעומק כיצד מתבצעת הצגת הנתונים.

ובכל זאת, אחת הנקודות שעולות מהמיילים אכזבה אותי במיוחד. מתברר שחלק ממחברי ה-IPCC לא היו אובייקטיביים ולא היו ביקורתיים מספיק כלפי העבודה שלהם עצמם וכלפי מאמרים שתומכים בעבודה שלהם. בעיניי, אחד מעקרונות העבודה המדעית הוא הביקורתיות, והיכולת להודות בטעות. אני נזכר שפרופ' משה קוה, נשיא אוניברסיטת בר-אילן, ציין באופן מיוחד את התכונה הזו כשהוא הזכיר בראיון שערכתי איתו מדענים גדולים שהשפיעו עליו (פליקס בלוך ונוויל מוט), ואני מסכים בהחלט - היכולת לבקר את עצמך מאפיינת בדרך כלל מדענים בעלי שיעור קומה. חבל שחוקרי האקלים הללו לא התברכו בתכונה זו.

נקודה אחרת הקשורה לפרשה, שממעטים להתייחס אליה בשלב זה, היא האופן הבלתי חוקי שבו הושגה התכתובת. זו שאלה רחבה יותר של הזכות לשמור על מידע פרטי, גם אם יש בו אלמנטים שיכולים לעניין את הציבור. אני חושב שהעולם צועד למצב שבו יהיה קשה לשמור על מידע כזה, וזו נקודה שיש לקחת בחשבון כשכותבים מייל או אפילו שומרים רעיונות במחשב האישי.

לסיום, ועל מנת לשים את קליימטגייט בפרופורציה, מנקודת הראות שלי אני לא רואה לפרשה השפעה על מחקר ההתחממות הגלובלית בכללותו. הנתונים הנוגעים להתחממות כדור הארץ במהלך 100 השנים האחרונות ולעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני באותה תקופה מבוססים על מדידות רבות ויש ודאות גבוהה לגבי נכונותם. כפי שכתבתי השבוע, המסקנה שההתחממות נובעת מפעילות אנושית נובעת מכך שאין ראיות לגורם משמעותי אחר מלבד התגברות אפקט החממה, ועד שלא יימצא מודל חלופי מניח את הדעת אני סבור שהמסקנה בדבר השפעת האדם על האקלים תישאר איתנו.

יום ראשון, 29 בנובמבר 2009

התחממות עולמית

לעתים איש חינוך נמצא במצב בעייתי בפני תלמידים, למשל כשיש מספר גישות של חוקרים או כשמדובר בנושא שהפך לסוגייה ציבורית. אני נתקל בבעיה כזו כשאני מעביר פעילות לתלמידי תיכון העוסקת בהתחממות העולמית (התחממות גלובלית) ובאנרגיה חלופית, שאותה פיתחתי יחד עם אשתי ג'ודי. הדרך שבה אני מתמודד עם הבעיה היא הצגת הגישות השונות, הדגשת הגישות המקובלות יותר, והפרדה בין אספקטים מדעיים לאספקטים פוליטיים. אם מתעורר דיון או ויכוח לגבי הגישות השונות אני מציג גם את דעתי האישית, מעין גילוי נאות כלפי התלמידים.

אין ויכוח בדבר ההתחממות העולמית עצמה: הטמפ' הממוצעת על פני כדור הארץ עלתה במהלך 100 השנים האחרונות ב-0.74 מעלות צלזיוס. הוויכוח הוא בכל הנוגע לסיבות לאותה התחממות. בוויכוח הזה קיימת כיום גישה מקובלת שאותה מציג הפאנל הבינלאומי העוסק בשינויי האקלים (IPCC). ה-IPCC הגיע למסקנה שמאז אמצע המאה ה-20 הגורם העיקרי להתחממות הוא עליית ריכוז גזי החממה באטמוספרה הנובעת מפעילות אנושית. מסקנה זו מקובלת על מרבית החוקרים והיא אומצה על ידי גופים מדעיים ברחבי העולם.

למעשה, אין ויכוח גם בדבר העלייה המשמעותית בריכוז גזי החממה באטמוספרה, דוגמת פחמן דו-חמצני ומתאן, מאז אמצע המאה העשרים, ואפילו המנגנון של השפעת עליית הריכוז על ההתחממות מובן - זהו אפקט החממה. אגב, אפקט החממה אינו קשור לאופן פעולת חממה חקלאית, שבה הקרקע מתחממת, וכתוצאה מכך האוויר מתחמם ועולה מעלה. לאוויר החם אין דרך לצאת מהחממה ולכן הטמפרטורה בתוכה נשארת גבוהה. אפקט החממה פועל בדרך אחרת: השמש מחממת את כדור הארץ, והוא, כמו כל עצם אחר, פולט קרינה בהתאם לטמפרטורה שלו. גזי החממה והעננים באטמוספרה בולעים את מרבית הקרינה התת-אדומה שפולט כדור הארץ, ופולטים בתורם קרינה תת-אדומה לכל הכיוונים. כלומר יש כאן שכבת גזים שמבצעת מעין החזרה חלקית של קרינה תת-אדומה כלפי כדור הארץ, ובשל כך כדור הארץ מתחמם.

בנוסף לכך, די ברור שהעלייה בריכוז גזי חממה מסוימים קשורה לפעילות האדם. עד כמה שאני יודע, אין תהליכים טבעיים שיכולים להסביר עלייה כה גדולה. בכל הנוגע לעליית ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה הסיבה העיקרית היא שרפת דלקים. הוויכוח בכל הנוגע להתחממות העולמית קשור למציאת האשם העיקרי. ברור שגזי החממה משפיעים, אך השאלה היא עד כמה? והאם הם האשמים המרכזיים? מבין החשודים הנוספים, השניים שיש להם פוטנציאל גבוה במיוחד לגרום לשינוי טמפרטורה הם הרי געש וכמובן - השמש עצמה. פעילות מוגברת של הרי געש משחררת חלקיקים לאטמוספרה שמקטינים את עוצמת קרינת השמש שמגיעה לקרקע, כלומר היא גורמת להתקררות. לפי הנתונים הנוכחיים, מאז אמצע המאה העשרים הייתה פעילות מוגברת של הרי געש, כלומר אם הם היו הגורם היחיד - הייתה אמורה להתרחש דווקא התקררות. ומה לגבי עוצמת קרינת השמש? כאן הנתונים מצביעים על עלייה בעוצמה במאה השנים האחרונות, אך לא בכמות כזו שתוכל להסביר את ההתחממות כולה. לסיכום, ה-IPCC טוען שמבין שלושת הגורמים האפשריים: עליית ריכוז גזי החממה, עלייה בעוצמת קרינת השמש ופעילות מופחתת של הרי געש, הגורם הראשון הוא היחיד שיכול להסביר את עליית הטמפרטורה שנמדדה.

לא כל החוקרים מסכימים עם המסקנות, ויש כאלו שמנסים להראות שפעילות השמש התגברה באופן ניכר בתקופה האחרונה או שקיים מנגנון אחר שאחראי להתחממות. קראתי הרבה בנושא, הן את דוחות ה-IPCC והן מאמרים של מתנגדים, ודעתי האישית היא שהנתונים הנוכחיים מצביעים על כך שהאדם אחראי למרבית ההתחממות. לא השתכנעתי שיש גורם אחר שיש לו השפעה מספיק חזקה עד כדי כך שהוא יכול להסביר את ההתחממות שנצפתה. יחד עם זאת, אני מסכים שיש חשיבות רבה להמשך איסוף הנתונים ולהבנה טובה יותר של התהליכים המורכבים המשפיעים על האקלים.

יום שישי, 27 בנובמבר 2009

התנגשויות ראשונות ב-LHC

חדשות טובות מהמאיץ בשווייץ. ההפעלה המחודשת עוברת עד כה בשלום. השבוע נרשמו התנגשויות ראשונות בין הפרוטונים, אמנם באנרגיה נמוכה, אך בכל זאת זו בדיקה מעולה לתקינות המאיץ והגלאים הגדולים סביב נקודות ההתנגשות. אני מצרף סרטון שמתאר את האירועים ההיסטוריים.



בנושא דומה, מאמר שלי אודות ה-LHC צפוי להתפרסם בגיליון דצמבר של גליליאו. ניסיתי לתאר בו את הניסוי באופן כללי וגם לגעת בנקודות שלדעתי לא זכו לסיקור מספיק באמצעי התקשורת, כמו למשל התהליכים וההחלטות שהובילו לבניית המאיץ.

יום שישי, 20 בנובמבר 2009

פרס הנובל של איינשטיין

פרס הנובל לפיזיקה שניתן לאלברט איינשטיין היה אחד הפרסים הצפויים ביותר, ועם זאת הדיונים מאחורי הקלעים, כמו גם הסיפור האישי שמאחוריו, הם מהמפתיעים ומהמיוחדים בתולדות הפרס.

ב-1905, "שנת הפלאים", הגיע אלברט איינשטיין לכמה מההישגים הגדולים שלו, בהם ההסבר לאפקט הפוטואלקטרי, שהיווה את הבסיס לתורת הקוונטים, וניסוח תורת היחסות הפרטית. כל זה קרה בשעה שלא הייתה לו משרה שהתאימה לכשרון הגדול שלו - הוא עבד במשרד הפטנטים של ברן ועסק בעבודה משעממת למדי. שנתיים קודם לכן, בינואר 1903, נשא אלברט איינשטיין את מילבה מאריץ' לאישה. הילדה הראשונה שלהם, ליזרל, שאותה אלברט כנראה לא ראה מעולם, נולדה ב-1902, עוד לפני החתונה. גורלה לא ידוע עד היום - ייתכן שהיא מתה בתור תינוקת וייתכן שהיא נמסרה לאימוץ על ידי מילבה. בהמשך, נולדו לבני הזוג עוד שני בנים, הנס אלברט ואדוארד. הבן הצעיר לקה בסכיזופרניה, דבר שהקשה על אלברט איינשטיין להתחבר אליו בבגרותו. ניתן לומר בעדינות שאיינשטיין לא היה מעולם מועמד לתואר "אב השנה".

אלברט איינשטיין יחד עם אשתו מילבה מאריץ' ובנם הנס אלברט. השנה היא כנראה 1904, שנת לידתו של הנס אלברט.

לאחר 1905 החל איינשטיין לעבוד על תורת היחסות הכללית. תורה זו, הנחשבת לאחת החשובות מאז ומעולם, פותחה בהדרגה במשך כעשור. באותן שנים החל סכסוך בין אלברט למילבה, שהביא בסופו של דבר לרצון עז של אלברט להתגרש. אשתו סירבה, ועל מנת לשכנע אותה להסכים הציע איינשטיין למילבה במכתב מ-31 בינואר 1918 שכספי פרס נובל, אם וכאשר הוא יזכה בו, יעברו לרשותה הבלעדית, וזאת למען רווחת שני הבנים שלהם. מילבה הסכימה והשניים התגרשו שנה מאוחר יותר. אלברט נישא בשנית חודשים ספורים לאחר מכן לאלזה, ששני הוריה היו קרובי משפחתו, ובמקביל ניהל פרשיות אהבים רבות, ואילו מילבה לא התחתנה שנית. אלברט ומילבה שמרו על קשר באמצעות מכתבים.

צילום מכתבו של אלברט איינשטיין למילבה מאריץ' מ-31 בינואר 1918 שבו הוא מציע לה לקבל את כספי פרס נובל, אם וכאשר יזכה בו. המכתב סומן בצבעי מים, כנראה על ידי הצנזורה הצבאית.

כאן יש להעיר שכבר אז היה ברור שאיינשטיין יזכה בפרס נובל, אולם הוא עצמו לא ייחס לפרס חשיבות יתר. בשלב זה בקריירה שלו הוא היה כבר מדען מפורסם, בעל הכנסות רבות, והפרס הכספי, הנלווה לתהילה של זכייה בפרס נובל, היה פחות חשוב בעיניו מהחופש האישי שיינתן לו בעקבות הסכם הגירושים. מה עוד שערכו הכספי של הפרס ירד אחרי מלחמת העולם הראשונה. מלבד זאת הוא חיפש כנראה דרך לפצות את בניו על כך שאינו נוכח בחייהם.

בעשורים הראשונים לחלוקת הפרס שלטה בקרב חברי הוועדה הבוחרת גישה שהעדיפה עבודה ניסיונית על פני עבודה תאורטית, ובפרט הפיזיקאים השבדים, חברי הוועדה, היו ספקנים בכל הנוגע לתורת הקוונטים ותורת היחסות, שתי התאוריות המרכזיות של המאה ה-20, שצמחו והתבססו באותה תקופה. מקס פלאנק הגרמני, שנחשב לאבי המהפכה הקוונטית, על אף שהוא עצמו התנגד לפירוש המהפכני של עבודתו, זכה בפרס נובל לפיזיקה ב-1918, והיה יוצא דופן בהיבט זה. על מנת להדגיש את הסלידה של הוועדה מעבודה תאורטית בכלל ומתורת הקוונטים בפרט יש לציין שפלאנק זכה בפרס על עבודה שנערכה כמעט עשרים שנה קודם לכן, וייתכן שהיה מעורב כאן גם שיקול פוליטי בדמות ניסיון לעזור בשיקום המדע הגרמני אחרי התבוסה במלחמת העולם הראשונה.

אלברט איינשטיין היה דמות מוכרת לחברי הוועדה ומועמדותו הוגשה לה פעמים אחדות. בפעם הראשונה עלתה מועמדותו ב-1910 בשל פיתוח תורת היחסות הפרטית. בשנת 1919, זכתה תורת היחסות הכללית, המורכבת יותר, לאישוש ראשון בעת התרחשותו של ליקוי חמה. בעקבות פרסום התוצאות הפך איינשטיין לדמות מוכרת בעולם כולו, ובשבדיה בפרט, ונוצר לחץ ציבורי על הוועדה להעניק לו את פרס נובל לפיזיקה.

בדיונים של שנת 1920 הייתה לאיינשטיין תמיכה חיצונית רחבה של מדענים מובילים, אך חברי הוועדה חשבו אחרת. הם נסמכו על דו"ח של אחד מחברי הוועדה, סוונטה אוגוסט ארניוס, שדחה את הראיות לנכונותה של תורת היחסות הכללית, כשהוא מתבסס על יריביו של איינשטיין. מתנגדים אלה, ובראשם פיליפ לנארד הגרמני, טרחו ללא הרף להדגיש שאיינשטיין עושה "מדע יהודי", כלומר הוא הוגה רעיונות דמיוניים שהם בבחינת עורבא פרח ומרבה לקדם את עצמו. באופן תמוה הוועדה בחרה בשארל אדוארד גיום השווייצרי, פיזיקאי לא מוכר וחסר הישגים משמעותיים. ההחלטה גרמה לתרעומת בקרב הקהילה המדעית ואיינשטיין זכה לכמות גדולה במיוחד של המלצות בשנה שלאחר מכן, אך גם זה לא עזר וחברי הוועדה סירבו להשתכנע. אחד החברים, שכלל לא הבין את עבודתו של איינשטיין, הכין עליה דו"ח שלילי ביותר בן חמישים עמודים. חברי הוועדה החליטו לצאת מהתסבוכת בהחלטה מוזרה לא פחות מזו של השנה הקודמת - פרס נובל לפיזיקה לא יחולק בשנת 1921 והוא יישמר לשנה הבאה.

בשנת 1922 התמנה חבר חדש לוועדת פרס נובל בפיזיקה, קרל וילהלם אוסן (Oseen). הוא הבין שנילס בוהר ואלברט איינשטיין נמנים עם הפיזיקאים הגדולים בכל הזמנים ורצה בכל לבו ששניהם יקבלו את הפרס, אך הוא ידע שעל מנת להשיג את המטרה עליו לנהוג בחוכמה. בניגוד לשאר הממליצים, הוא המליץ על איינשטיין בזכות גילוי החוק של האפקט הפוטואלקטרי, כלומר אין בהמלצה שלו אזכור לתורת היחסות ואפילו לא לתורת הקוונטים. בעצם, בניסוח הזהיר הוא לא מציין אפילו שאיינשטיין הצליח להסביר את האפקט הפוטואלקטרי, אלא גילה חוק בודד ללא השלכות נוספות. בהמלצה שלו על בוהר הוא מתייחס גם כן לגילוי יחיד - מבנה האטום - ללא השלכות נוספות וללא ציון תרומתו של בוהר לתורת הקוונטים. וכך בערמומיות הצליח אוסן לשכנע את חברי הוועדה לתמוך באיינשטיין ובבוהר. בוהר קיבל את הפרס של 1922, ואילו איינשטיין קיבל רטרואקטיבית את הפרס של 1921. בהחלטה הרשמית נאמר שאיינשטיין קיבל את הפרס בזכות "תרומתו לפיזיקה התאורטית, ובפרט גילוי החוק של האפקט הפוטואלקטרי".

המברק בדבר הזכייה הגיע לביתו של איינשטיין בברלין באוקטובר 1922, בשעה שהוא ואלזה היו בדרך לביקור ביפן, שמסגרתו התכוון איינשטיין לשאת סדרה של הרצאות. איינשטיין לא התכוון לשנות את תכניותיו ולהגיע לטקס בסטוקהולם בדצמבר. ניתן היה להעניק את הפרס לנציג. איינשטיין ויתר על אזרחותו הגרמנית כבר ב-1896 והיה באותם ימים אזרח שווייץ, ולכן השגריר השווייצרי בשבדיה התבקש להגיע במקומו, אך הגרמנים התנגדו לכך בטענה שאיינשטיין קיבל חזרה את האזרחות הגרמנית באופן אוטומטי ב-1914 בשעה שהוענקה לו משרה במכון מחקר גרמני. בסופו של דבר המדליה והתעודה ניתנו לאיינשטיין בברלין ב-1923 על ידי השגריר השבדי בגרמניה. באותה הזדמנות הוא קיבל את הפרס הכספי ששוויו היה 32 אלף דולר. איינשטיין עצמו הגיע לסטוקהולם בחודש יולי של אותה שנה ונשא את הרצאת הנובל בפני המלך. בצעד של התרסה כנגד החלטת ועדת הפרס, נושא ההרצאה היה תורת היחסות ולא האפקט הפוטואלקטרי. בהמשך חייו, איינשטיין לא נהג לציין את פרס הנובל כהישג מרכזי.

הפרט האחרון בסיפור התגלה לפני שנים ספורות. מתברר שאיינשטיין לא העביר את כל הסכום לחשבון הבנק השווייצרי של מילבה מאריץ', כמובטח, אלא השקיע את מרבית הכסף בארצות הברית והפסיד כמעט את הכל בשפל הכלכלי הגדול של 1929.

לקריאה נוספת:

Robert Marc Friedman, "Einstein and the Nobel Committee:Authority vs. Expertise", Europhysics News 36, 129-133 (2005).


יום ראשון, 8 בנובמבר 2009

חיסון לשפעת החזירים

כבר כתבתי מספר פעמים על שפעת החזירים ולכן לא ארחיב יתר על המידה, רק אציין שהפניקה מוגזמת לדעתי. תמוהה בעיני ההחלטה החפוזה של הממשלה לרכוש חיסונים עבור כל האוכלוסיה. רצוי היה לחכות על מנת ללמוד יותר על חומרת המחלה עצמה בהשוואה לשפעת עונתית, ובמקביל לבדוק את יעילות החיסון ואת תופעות הלוואי, ולא להיות שפני הניסיון. אני אישית לא מתכוון להתחסן, לפחות לא בנגלה הראשונה.

יום שישי, 6 בנובמבר 2009

איך להתמודד עם טיפת חלב

היום בבוקר קראתי באתר של ynet מאמר מעניין מסיינטיפיק אמריקן. במאמר נטען שיש מקומות בעולם שבהם התינוקות לא זוחלים, אלא צמודים להורים עד שהם לומדים לעמוד וללכת. הסיבה לכך היא שבבתים בהם אין רצפה נקייה מסוכן להשאיר את התינוקות על הבטן בשלב שהם עדיין מכניסים הכול לפה. המסקנה היא שההוראה ללמד את הילדים לזחול, כלומר להניח אותם על הבטן, חדשה יחסית, והיא התפתחה כנראה במקביל לנוהג לרצף את הבתים ולשמור על רצפה נקייה.

אנחנו דווקא הקפדנו להניח את הילדים על הבטן (במיטה המוגנת או תחת השגחה), אבל כל אחד התפתח בקצב אחר ובדרך אחרת. למשל, הילד השלישי, שקד, כמעט שלא זחל. הוא עבר ישר מזחילה בסגנון של זחל לעמידה. אחד הקשיים של ההורים הוא ההתמודדות עם קצב ההתפתחות האישי של כל ילד, והנטייה של הסביבה להשוות בין היכולת של ילדים באותו גיל רק מחמירה את המצב ויוצרת תחרות מיותרת. בהקשר זה אני זוכר את הביקורים בטיפת חלב כחווייה בהחלט לא נעימה.

זכור לי היטב ביקור אחד ספציפי בטיפת חלב. האמא שהייתה בתור לפנינו נעה כל הזמן בעצבנות. כשהיא נכנסה לאחות הבנתי את הסיבה. הדלת נשארה פתוחה ושמעתי את השיחה:

האמא: עשיתי משהו נורא!
האחות: בואי נשמע.
האמא: אני כל כך מתביישת בעצמי.
האחות: דברי! אין לי את כל היום בשבילך.
האמא: לא שמתי אותה על הבטן.
האחות: אף פעם?
האמא: אף פעם.
האחות: איך יכולת?
האמא: לא יודעת מה קרה לי. פשוט שכחתי.

בשלב זה האחות רשמה משהו בתיק האישי של התינוקת ואילו האמא יצאה משם עם התינוקת בריצה. רציתי להגיד לה שזה לא נורא והיא יכולה לשים את התינוקת על הבטן עכשיו, אבל היא מיררה בבכי ולא היה עם מי לדבר. אשתי סימנה לי שאנחנו הבאים בתור.

האחות: טוב. בואו נראה מה הוא יודע לעשות.
אני: הוא התקדם מאוד מאז הביקור האחרון ולמד לעשות הרבה דברים חדשים.
האחות: את זה נבדוק מיד. הוא יודע להחזיק בכדור?
אני: עוד לא נתנו לו כדור.
האחות: אז אתה אומר שהוא לא יודע להחזיק בכדור.
אני: בינתיים לא.
האחות: אני מבינה.

האחות סימנה בתיק האישי שהוא לא יודע להחזיק כדור. ביתר השאלות הצלחנו טוב יותר, אבל התחושה שם בחדר נשארה לא טובה. אשתי אמנם לא בכתה, אבל הייתה עצובה כל היום. למחרת הצלחתי ללמד את התינוק להחזיק בכדור והשלווה חזרה לביתנו. עם הזמן למדנו לא להתייחס יותר מדי לדרישות הלוחצות של האחיות והרופאים בטיפת חלב ולהמשיך בדרך שלנו. מהסטטיסטיקה המועטה שיש לי, מתוך עשרה רופאים ואחיות שפגשנו בטיפת חלב רק אחות אחת הייתה באמת עלא כייפאק. עם היתר למדנו להתמודד בעזרת שיחות עידוד וצחוקים. הומור תמיד יכול לעזור בשעה לחוצה...

מראש, הגישה שלנו הייתה לתת גירויים לילדים, כך שכל הזמן יתקדמו. מהר מאוד הבנו שגירויים אמנם חשובים, אבל את זה הילדים יכולים להשיג גם לבד, מהעולם הסובב אותם. יותר חשובה נוכחות רבה של ההורים והמון סבלנות. בסופו של דבר, כל ילד מתקדם בקצב אחר ולכל אחד יש כישורים אחרים. תפקידנו לעזור להם לגלות אותם ולהיות שם על מנת לתמוך כשצריך.

יום רביעי, 28 באוקטובר 2009

על מתמטיקה, פיזיקה ופוליסמנטיות

לפני כארבעה שבועות כתבתי פוסט שעוסק במחשבות על פיזיקה, ובעקבות כך נשאלתי על ידי אחד הקוראים:
טענת כי הפיזיקה עתים מרובת משמעויות, ובעצם מושגים מסוימים הם מרובי משמעויות... אם הפיזיקה היא פוליסמנטית (רב-משמעית) הרי שהיא סותרת בכך את המתמטיקה. האם אתה מתנגד למתמטיקה כיסוד לפיסיקה?
אענה ואומר את דעתי בנושא. ראשית, אני רואה גם את המתמטיקה כפוליסמנטית במידה מסוימת. נכון שחישוב נותן בדרך כלל תוצאה אחת, אלא אם כן מדובר בפרדוקס הקשור בדרך כלל לפוליסמנטיות לשונית, וגם שיטת ההוכחה היא אמצעי חד-משמעי שנותן תשובה של כן או לא, אבל מצד שני יש במתמטיקה אפשרות בחירה. אפילו פעולות חישוב בסיסיות הן רב-משמעיות. כך למשל, פעולת חיסור יכולה להתייחס לכמה סוגי בעיות, כמו גריעה של איברים מקבוצה והשוואה בין שתי קבוצות ("בכמה קבוצה אחת גדולה מרעותה?"). אני בעצמי הופתעתי לא מזמן לגלות עד כמה המשמעויות הללו של חיסור שונות זו מזו וקשות להבנה עבור ילדים קטנים שמופתעים כשהם רואים שניתן לפתור שני סוגי בעיות בעזרת אותה פעולה. גם למושגים מורכבים יותר, כמו נגזרת ואינטגרל, יש במקרים רבים מספר משמעויות. ובכיוון אחר ובסיסי לא פחות: הבסיס האקסיומטי של תורות מתמטיות אינו חד-משמעי. קורט גדל הוכיח שעבור תורות מתמטיות אקסיומטיות מסוימות קיימת תמיד טענה אחת לפחות שלא ניתן להוכיח באמצעות האקסיומות וגם לא ניתן להפריך אותה בעזרתן. במילים אחרות, קיים חופש בבחירת מערכת אקסיומות שתתאר את אותה תורה מתמטית, מה שמצביע על רב-משמעות בניסוח הבסיס של אותה תורה.

כעת, לשאלת הפוליסמנטיות בפיזיקה. אני רואה בפיזיקה מידה לא מועטה של פוליסמנטיות. ראשית, ההסבר לתופעות יכול להתבסס על תורות פיזיקליות שונות ואפילו במסגרת אותה תורה פיזיקלית ייתכן שההסבר מבוסס על מושגים שונים. כדוגמה אביא את תופעת פליטת הקרינה על ידי חלקיקים מואצים, Bremsstralung, שניתן להסביר אותה, מטבע הדברים, בעזרת תורת הקוונטים שעוסקת בעולם המיקרו, אבל למרבה הפלא גם בלעדיה. גם מושגים בסיסיים, כמו מסה, מוגדרים בצורה שונה בהתאם לשימוש שנעשה בהם. ואם לפרט מעט: שני סוגי מסה מופיעים בעבודתו של ניוטון - מסה אינרציאלית בחוק השני ומסה כבידתית בחוק הכבידה. קיימת זהות בין שתי המסות הללו, כלומר יש לנו כבר שתי הגדרות למסה. בתורת היחסות של איינשטיין המסה מתקשרת לאנרגיה, ואילו במודל הסטנדרטי של החלקיקים מקורה של מסת חלקיק בעוצמת האינטראקציה שלו עם שדה ההיגס.

נקודת הסתייגות אחת: הפוליסמנטיות שמופיעה במדע היא מוגבלת, לפחות בכך שהיא צריכה להתיישב עם הלוגיקה, כלומר צריך שיהיה קשר בין הסברים שונים, ואם קיימות סתירות, מדענים מנסים ליישב אותן. מצב שבו יש משמעויות מנוגדות לתופעה אחת הוא מצב לא יציב, וקיים ניסיון מתמיד ליישב סתירות כך שהסברים שונים יחיו בשלום זה לצד זה. כך למשל, הסתירות שיש לכאורה בין תורת הקוונטים לתורת היחסות מעודדות את הפיזיקאים לנסח תורה שתוכל ליישב ביניהן.

מבחינת שאלת הקשר בין פיזיקה למתמטיקה, אני לא חושב שפיזיקה מבוססת על מתמטיקה. אני סבור שעבור פיזיקאים מתמטיקה היא כלי שמסייע בהתמודדות עם בעיות פיזיקליות ומאפשר ניתוח כמותי של גדלים והערכה כמותית של תוצאות ניסויים. ניתן לומר, אפילו, שלעתים שיטות מתמטיות מאפשרות את התפתחותה של הפיזיקה לכיוונים חדשים, ולעתים שני התחומים מתקדמים במקביל. כך למשל, חשבון וריאציות, שהוא שיטה לפתרון של בעיות מינימום ומקסימום, אפשר את התפתחותה של המכניקה מענף שניתן לכמת אותו בעזרת משוואות של כוחות לענף שבבסיסו משוואות של גדלים לא-וקטוריים (לגרנז'יאן והמילטוניאן). הגדלים הללו תפסו מקום גם בפיזיקה המודרנית של המאה ה-20, וליתר דיוק בתורת הקוונטים ובתחומים המבוססים עליה. דוגמה נוספת היא החשבון הדיפרנציאלי והאינטגרלי שפותח על ידי ניוטון ולייבניץ במקביל לעבודתו של ניוטון על יסודות המכניקה, ושני התחומים השפיעו האחד על השני.

יחד עם זאת, אני רואה את הבסיס לפיזיקה בהסברים האיכותיים לתופעות ולא בהסברים הכמותיים. המתמטיקה יכולה לתת תשובה כמותית, אבל בדרך כלל אין לה אפשרות להסביר "למה?" או להוביל לפיתוח תחום פיזיקלי חדש לגמרי. לדעתי, הדבר נובע מכך שהמתמטיקה מאפשרת חופש רב מאוד, ואילו הפיזיקה מוגבלת על ידי תופעות הטבע ותוצאות הניסוי, ועל כן הפיזיקאים צריכים לברור בקפידה את הכלים המתמטיים שבהם הם משתמשים ולבסס את עבודתם על תוצאות ניסויים ועל הבנה איכותית של תהליכים ותופעות.

יום שלישי, 27 באוקטובר 2009

המאיץ יופעל מחדש בעוד שבועיים

עדכון קצר:

לאחר הפסקה של למעלה משנה צפוי ה-LHC לחדש את פעילותו בקרוב. למעשה, התקלה שהתרחשה בספטמבר 2008, תשעה ימים אחרי הפעלתו הראשונית של המאיץ, מנעה מהמפעילים את האפשרות לגרום להתנגשויות של פרוטונים. כלומר, בעצם לא התקבלו אז תוצאות שניתן לנתח אותן ולנסות לגלות בעזרתן חלקיקים חדשים.

הפעלת המאיץ מתוכננת לאמצע נובמבר 2009 וההתנגשויות הראשונות צפויות להתרחש כחודש לאחר מכן. אני לא חושב שאנו עומדים לשמוע על גילויים משמעותיים בחודשים הראשונים, וזאת בגלל שההפעלה הראשונית תהיה באנרגיה נמוכה פי שניים מהאנרגיה הרגילה שבה יופעל המאיץ בהמשך (3.5 טרה אלקטרון-וולט לכל פרוטון יחסית ל-7 טרה אלקטרון-וולט לפרוטון), וגם בגלל שייקח זמן לכייל את הגלאים, כלומר לקבוע את טבלת ההמרה של האותות האלקטרוניים שיוצאים מהחיישנים ליחידות של תנע ואנרגיה. למרות זאת יהיה מעניין לעקוב, בעיקר משום שכעת תיבדק באופן רחב היכולת הטכנולוגית של המאיץ.

לקראת סוף החורף אפשר להתחיל לקוות שיגיעו חדשות על יצירת חלקיקים מוכרים, ואולי אפילו על גילויים של חלקיקים חדשים. אגב, אם חורים שחורים זעירים קיימים בטווח האנרגיות המתאים, הם יתגלו מהר יחסית, משום שהתפרקותם משאירה סימן ברור בגלאים. אני רק מקווה שתקלה כמו זו שהתרחשה לפני שנה לא תחזור.

אני ממליץ לעקוב באמצעות האתר המצוין של CERN ובמיוחד דרך העמוד המוקדש לתוצאות הראשוניות.

סרטון אודות התקלה שהתרחשה לפני שנה:



יום שני, 26 באוקטובר 2009

האם הטבע מונע את פתיחת מאיץ ה-LHC?

ארבעה מיילים חיכו לי הבוקר בתיבת הדואר האלקטרוני. כולם הפנו אותי לכתבה אודות ה-LHC שהופיעה היום באתר של הארץ. את הרעיון המוזר שמופיע בכתבה שמעתי כבר לפני זמן מה. הוא התפרסם לראשונה לפני שנתיים על ידי נילסן הדני ונינומיה היפני, ולאחרונה החל לתפוס כותרות בעקבות הופעת מאמר נוסף פרי עטם. הסיפור הגיע לעיתונות הישראלית באיחור אופייני של כמה ימים. אני סבור שיש מקום לפרסם רעיונות כאלו, אפילו אם הם נראים מטורפים במבט ראשון, אבל צריך להקפיד על כלל חשוב - אם הרעיון מוזר ולא מקובל, יש לפרסם תגובה של המתנגדים ולעמת אותו עם הגישה הרווחת. במקרה הנוכחי, רוב רובם של הפיזיקאים דוחים את הרעיונות של נילסן ונינומיה מכל וכל.

התקלות בפתיחת מאיץ ה-LHC הממוקם על גבול שווייץ-צרפת גורמות לשני פיזיקאים לחשוד שיש יד מכוונת שמונעת את פתיחת הניסוי וגילוי חלקיקים חדשים

ובכן, מה אומרים שני הפיזיקאים? הם טוענים שצירוף של תקלות בפתיחת מאיץ ה-LHC, כמו גם ביטול הפרויקט האמריקאי SSC, לפני למעלה מעשור, אינם יד המקרה. לטענתם, ייתכן שהטבע, או יישות אחרת, מונעים מהאנושות לייצר חלקיקים חדשים, דוגמת בוזוני היגס. הם מציעים להגריל מספר אקראי ובהתאם לתוצאה להחליט אם לפתוח את המאיץ או לא. לטענתם, זו תהיה בדיקה אם יש השפעה של העתיד על ההווה. כך למשל, הם מציעים שאם בהגרלה של מספר בין 0 ל-1 יתקבל מספר קטן מחמש מיליוניות, יש לעצור את הפרויקט ולא להפעיל את ה-LHC.

אני מתקשה להבין כיצד הם הגיעו למסקנה שיש כאן אוסף לא סביר של תקלות. ראשית, כמות התקלות אינה יוצאת דופן, ושנית כל פרויקט גדול נתקל בבעיות, חלקן כאלה שניתן לצפות ועל ידי הקפדה על הנהלים למנוע אותן, וחלקן כאלה שקשה לצפות. בכל אופן, יש להיזהר כאן מחוק המספרים הקטנים - הכמות הקטנה של התקלות לא יכולה להצביע על מגמה כללית, או במילים אחרות אין ראיות סטטיסטיות לטענה כאילו התקלות בפתיחת ה-LHC וביטולו של הפרויקט האמריקאי מקורן ביד מכוונת.

כעת לנקודה נוספת הקשורה להיסטוריה של הפיזיקה. במהלך המאה ה-20 התגלה מספר גדול של חלקיקים. אם היה כוח נסתר שמנע גילוי של חלקיקים, הרי שהוא באמת היה נסתר, משום שפיזיקת החלקיקים היא אחד הענפים המצליחים בפיזיקה בכל הקשור לתגליות ניסיוניות. בוזון היגס לא אמור להיות יוצא דופן. זהו חלקיק כשאר החלקיקים, שאם יתגלה יעזור לנו בהבנה טובה יותר של תמונת חלקיקי היסוד ("המודל הסטנדרטי של החלקיקים") ואם לא יתגלה נצטרך לעמול קשה על מנת למצוא הסבר מניח את הדעת לתמונה הנוכחית. הכינוי שהודבק לו בשנות ה-90, "החלקיק האלוהי", אינו מוצא חן בעיני - אין שום קשר בין בוזון היגס ובין אלוהים והוא יוצר תחושה כאילו יש רעיונות דתיים במדע המודרני, בעוד שבפועל מדע ודת הם דברים שונים ורחוקים, לפחות לפי השקפתי.

בחזרה לבוזון היגס - אם הוא קיים, אז כשאר החלקיקים הוא נוצר ונעלם סביבנו באופן ספונטני מאז ומעולם, רק שלא ניתן לגלות אותו בצורה כזו. חלקיקים שנוצרים ונעלמים באופן ספונטני, נקראים חלקיקים וירטואליים, ויש הרבה ראיות לקיומם, למשל אפקט קזימיר. יתרה מכך, בהנחה שבוזון היגס קיים בטבע, הרי שגם יצירה של בוזוני היגס ממשיים מתרחשת כל העת, משום שהאנרגיות שאליהן יגיע ה-LHC אינן נדירות ביקום. כך למשל, חלק קטן מחלקיקי הקרינה הקוסמית שפוגעים באופן קבוע באטמוספרה של כדור הארץ מגיעים לאנרגיה כזו. כלומר, ייתכן שבוזוני היגס נוצרים כל העת ואפילו פוגעים בכדור הארץ, אלא שטרם השכלנו לגלות אותם. אגב, ניסוי שבו נוצרים חלקיקים בתנאים מבוקרים, כמו ה-LHC, הוא מקום נוח יותר לגילוי חלקיקים חדשים, וזו הסיבה לכך שתולים יותר תקווות בגילוי ההיגס במאיץ מאשר באטמוספרה.

כעת לנושא ההסתברות ששני הפיזיקאים מרבים לעסוק בו במאמרים שלהם. הם משתמשים בכלים הסתברותיים רגילים שנכונים להערכת תוצאה עתידית של ניסויים ששולט בהם עיקרון הסיבתיות. כלומר, מצב שבו אין לאירועים מהעתיד השפעה על ההווה. אולם, בפועל הם משתמשים בכלים אלו לניתוח תופעות לא-סיבתיות, שלמענן יש צורך בכלים אחרים, וככל שידוע לי לא פותחו כלים כאלו עד כה.

ולסיום, הרעיון להגריל מספר ולהחליט לפיו אם לפתוח את המאיץ או לא אינו קשור לפיזיקה אלא לקבלת החלטות. בעיני הוא נראה מגוחך: מדוע הם סבורים שאותה יישות שרוצה למנוע מאיתנו את גילוי בוזון היגס תעשה זאת דווקא אל ידי התערבות בהגרלה של נילסן ונינומיה? אולי היישות המופלאה הזו תעשה זאת בדרך אחרת, למשל על ידי החלטת בית משפט, התפטרות של כל עובדי CERN או אפילו באמצעות מגפה כלל-עולמית? במילים אחרות - אם נכנסתם לעולם המסקרן של השפעת העתיד על ההווה אל תצפו שתופעות יתרחשו כפי שאתם צופים אותן.

ואם לחזור להגיון הפשוט - אני מקווה שהדגם של קבלת החלטות לפי הגרלת מספרים לא יתקבל. אולי במקרה בודד אין כמעט סכנה, אבל לאורך זמן עלולות להתקבל, מדי פעם, החלטות מסוכנות ומוטעות לחלוטין. אני אישית שומר את הקוביות שלי למשחק השש-בש.

יום שני, 19 באוקטובר 2009

בוזון היגס ופרס נובל העתידי

אחת המטרות הראשיות של מאיץ LHC, שעומד לחדש את פעילותו אחרי שעבד במשך 9 ימים בלבד בשנה שעברה והושבת עקב תקלה, היא גילוי בוזון היגס. בפוסט הזה לא אכנס למנגנון היגס ולחשיבותו של החלקיק ההיפותטי בתמונה המודרנית של חלקיקי היסוד, משום שאני מתכנן להרחיב על כך בעתיד, אלא אתייחס לנקודה אחת שעלתה בראשי כשסיכמתי לעצמי את הנושא לצורך הרצאה על המאיץ שהעברתי בפני קבוצת מורים בבאר שבע.

 הדמיה של ייצור חלקיק היגס במאיץ LHC והתפרקותו. מקור: CERN

אם החלקיק הנכסף יתגלה בניסוי הנוכחי, אחרי 40 שנים של חיפושים, ועדת פרס נובל תעניק, ככל הנראה, את הפרס לאלו שחזו אותו, ובמועד אחר גם לאלו שגילו אותו. החלקיק נקרא על שם פיטר היגס הבריטי, אבל הוא לא היה היחיד שחשב עליו. במקביל, עבדו על הנושא חמישה פיזיקאים נוספים: רוברט ברוט, פרנסואה אנגלרט, ג'רלד גורלניק, ס. ר. האגן וטום קיבל. כל השישה פרסמו את התחזיות שלהם כמעט במקביל, בשנת 1964, בשלושה מאמרים, ורק לאחר ששלחו את המאמרים לפרסום נודע לכל אחד מהם על העבודות הנוספות. כל השישה יקבלו את פרס סאקוריי לפיזיקה תאורטית בשנה הבאה, אבל מה לגבי פרס נובל? הרי אסור להעניק את הפרס ליותר משלושה מדענים בו-זמנית.

אני משער שבמקרה כזה, ועדת הפרס תבחר שלושה מתוכם, שלדעתה התרומה שלהם הייתה רבה יותר, ויהיה בכך קיפוח של שלושה אחרים. או שהיא פשוט תחכה עוד כמה שנים - כידוע פרס נובל לא מוענק אחרי המוות. אגב, לא תמיד היה כך והיו אנשים שזכו בפרס נובל לאחר מותם. הראשון היה אריק אקסל קרלפלט, משורר שבדי. הוא כבר הוכרז כזוכה בפרס נובל לספרות בשנת 1918, אך סירב לקבל את הפרס משום שהיה חבר בוועדת פרסי נובל, וסבר שיש בכך ניגוד עניינים. בנוסף הוא טען ששבדים רבים מדי זכו בפרס. בשנת 1931 המועמדות שלו הועלתה שוב, אך הוא נפטר זמן קצר אחר כך. ועדת הפרס החליטה להעניק לו את הפרס לאחר מותו.

השני שזכה בפרס לאחר מותו היה הדיפלומט השבדי דאג המרשלד, מזכ"ל האו"ם. מטוסו התרסק באפריקה בספטמבר 1961 וזמן קצר לאחר מכן הוא הוכרז כזוכה בפרס נובל לשלום. המועמדות שלו הוגשה כמקובל בתחילת השנה, כך שסביר להניח שגם במקרה זה הוועדה החליטה להעניק את הפרס למועמד ראוי, אך גם כזה שלא יוכל לזכות בו עוד. הנהלים הוקשחו ב-1974, ומאז אותה שנה אסור לבחור בזוכה שנפטר בטרם ההכרזה, גם אם הוא היה מועמד. למרות זאת, היה עוד מועמד אחד שזכה בפרס לאחר מותו: ויליאם ויקרי קיבל את הפרס ע"ש נובל לכלכלה בשנת 1996. הוא נפטר מהתקף לב שלושה ימים לאחר ההכרזה על הזכייה.

לעיון נוסף, אני מצרף קישור להרצאה מעניינת של פיטר היגס הנושאת שם משעשע: My life as a boson

יום ראשון, 18 באוקטובר 2009

נילס בוהר והברומטר

את הסיפור הזה שמעתי פעמים רבות ונזכרתי בו שוב לפני כמה ימים כשהתחלתי לרשום במחברת מחשבות על חינוך ועל בתי ספר. הסיפור עוסק במבחן שנערך באוניברסיטת קופנהגן שבו נדרשו התלמידים למדוד גובה של בניין תוך שימוש בברומטר. אחד הסטודנטים הציע לקשור חוט לברומטר, לעלות לראש הבניין ולשלשל את הברומטר מטה עד שיגע בקרקע. אורך החוט יחד עם אורך הברומטר הוא גובה הבניין. המרצה הכשיל את הסטודנט, הסטודנט ערער, ומרצה אחר התבקש לפסוק בנושא.

הפוסק אמר שהתשובה נכונה אבל הסטודנט לא הפגין ידע בפיזיקה ולכן יש לבחון שוב את ידיעותיו. הסטודנט התבקש למצוא תשובה "פיזיקלית" יותר. הוא חשב כמה דקות, וכשלא ענה דחק בו הבוחן לענות משום שהזמן עומד להיגמר. הסטודנט אמר שהוא מתלבט בין מספר תשובות: ניתן להפיל את הברומטר ולמדוד את זמן הנפילה (התלוי בגובה), או להשתמש באותו חוט מהתשובה הראשונה וליצור מטוטלת - זמן המחזור של התנודות יהיה תלוי באורך החוט, או להשתמש בחוט קצר יותר ואז לנדנד את המטוטלת על ראש הבניין ועל הקרקע - ההפרש בזמן המחזור קשור לתאוצת הכובד שמשתנה עם הגובה, או למדוד את הצל של הברומטר יחסית לצל של הבניין בשעה שהשמש מאירה, ומובן שניתן גם למדוד את לחץ האוויר על הקרקע ועל גג הבניין ולהמיר את ההפרש לגובה הבניין. וכאן מוסיף הסטודנט את האפשרות העסקית - לגשת לאחראי על הבניין ולומר לו: יש לי ברומטר מצוין שאתן לך בשמחה אם תגלה לי את גובה הבניין. הסטודנט היה נילס בוהר, שהפך לאחד הפיזיקאים הגדולים בהיסטוריה.

הסיפור מעורר אהדה לסטודנט המבריק, היצירתי והנועז (או שמא חצוף), רק חבל שהוא אינו נכון. לא ידוע על שאלה כזו במבחן באוניברסיטת קופנהגן, וגם לא באוניברסיטה אחרת, ואפילו לא בבית ספר, ובוודאי שאין לסיפור קשר כלשהו לנילס בוהר. האזכור הראשון של הסיפור מופיע במגזין אמריקאי ב-1958, ואחר כך גרסה מורחבת יותר מופיעה בספר של אלכסנדר קלנדרה (Alexander Calandra) שיצא לאור ב-1961. שם הוא מסופר כביכול כסיפור אמיתי, אך ללא קשר לבוהר.


מדידת גובה בניין בעזרת ברומטר שמחובר לחוט - זמן המחזור של המטוטלת תלוי באורך החוט

תמיד חשדתי בסיפור הזה שהוא אגדה. חוץ מזה, השאלה עם הברומטר לא הכי מוצלחת לטעמי. היא פשוטה מדי עבור תלמידי פיזיקה וגם מי שיודע מעט פיזיקה יכול לנחש את התשובה. הרעיון הפיזיקלי כאן הוא שלחץ האוויר יורד עם העלייה בגובה, משום שגובה עמוד האוויר (מלמעלה) קטן כשעולים. מבחינה פרקטית זו אינה השיטה המועדפת למדידת הפרשי גובה קטנים משום שהשינוי קטן למדי כשהפרש הגבהים עומד על כמה עשרות מטרים (גובה של בניין גבוה). בעיה נוספת היא התלות של הלחץ בגורמים נוספים, כמו טמפרטורה, אבל על זה דווקא אפשר להתגבר אם משווים בין לחץ האוויר בתחתית הבניין ללחץ האוויר בראשו. בעיה גדולה יותר נובעת משינויים מקומיים בלחץ האוויר, כמו למשל רוח פתאומית שנושבת בגובה של עשרות מטרים. המסקנה היא שלמדידת הפרשי גבהים קטנים עם ברומטר יהיה דיוק נמוך יחסית. מלבד זאת, אני לא אוהב שאלות שמכריחות את התלמיד להשתמש בכלים מסוימים בלבד, במקרה זה ברומטר, ולמען האמת אני גם לא כל כך אוהב את ההתחכמויות של התלמיד (הרי לא צריך ברומטר בשביל לבנות מטוטלת), ובכלל אני לא אוהב מבחנים - אבל זה כבר סיפור אחר.

אבל בכל זאת אני רוצה לקחת את הסיפור הלאה - נניח שמורה רוצה לעודד את התלמידים שלו לחשוב על הקשר בין לחץ אוויר לגובה. מהי הדרך הטובה ביותר לעשות זאת? אני יכול לחשוב על מספר דרכים. בפוסט הזה אני רוצה להתרכז בשיטה שלא מרבים להשתמש בה - דיון כיתתי, עם או בלי הרצאה פרונטלית לפניו. אגב, הרצאה כזו תהיה יעילה במקרה הנוכחי רק אם היא הוכנה בקפידה כך שבסופה היא מעלה שאלות שמובילות לדיון בשיעור הבא. היתרון הגדול בדיון כיתתי נעוץ בכך שהוא יכול להתפתח לכיוונים שונים ומעניינים ובצורה זו הוא יכול להיות כלי נהדר להבנה רחבה ומעמיקה.

לפני כמה שנים עבדתי בעבודה שבה נדרשתי להשתתף לעתים קרובות בישיבות עבודה. אני זוכר עד כמה שלא הייתי יעיל כשהיה מדובר בישיבה פתאומית, ללא זמן להתכונן, וכמה היה המצב שונה כשמצאתי זמן לקרוא את החומר ולהכין את עצמי. דיון כיתתי הוא בעצם מין ישיבת עבודה שכזו, ואני חושב שעדיף שהוא לא יבוא בהפתעה. על מנת לקבל דיון ער ויעיל יש לתת לתלמידים מספיק זמן להתכונן אליו, יום אחד לכל הפחות. בעיני רוחי אני רואה דיון שמתפתח מעבר לשאלת התלות של לחץ האוויר בגובה, ומעבר להבנה שברומטר הוא כלי לא מדויק למדידת גובה של בניין, לכיוונים אחרים כמו למשל השפעת הגובה על גדלים אחרים, ואפילו מציאת שיטות שונות למדידת גבהים, למשל בעזרת שעון מדויק ומקור לייזר, ובעצם כל כלי אחר שהעולם המודרני יכול לספק לנו.

יום רביעי, 7 באוקטובר 2009

פרס נובל לכימיה 2009

שמחתי לשמוע על זכייתה של עדה יונת ממכון ויצמן בפרס נובל לכימיה לשנת 2009. במקרה או שלא במקרה התכוונתי לפני כמה שבועות לכתוב עליה ועל עבודתה בחקר מבנה הריבוזום כאן בבלוג. בסופו של דבר לא הספקתי בגלל שבאותו זמן עברתי דירה, ואחר כך שכחתי מזה וכתבתי על דברים אחרים. התכוונתי להזכיר את זה שהיא מועמדת טובה לזכות בפרס נובל באחת השנים הקרובות. טוב, אני מודה שזה לא היה הימור פרוע - מדברים על זה כבר כמה שנים. בעצם, אני זוכר מרצה שלי ממכון ויצמן (דן שחר - מרצה מעולה!) שאמר לנו בפירוש שהוא בטוח שהיא תזכה בפרס.

מעבר לזכייה האישית של עדה יונת, ומעבר לסיפוק שיש לי מכך שכמות גדולה יחסית של נשים זכו השנה בפרס (שתיים זכו בפרס נובל לרפואה), אני בטוח שהזכייה הזו תעודד את המדע הישראלי ותוסיף לו כבוד, וזה חשוב מאוד משום שעולם המדע בנוי על כבוד והערכה. זכייה כזו יכולה לסייע לחוקרים צעירים להשתלב בעבודה מחקרית במעבדות מובילות בעולם, וזו דרך טובה לצבור ידע שאולי יחזור בסופו של דבר לישראל. אני מקווה שהזכייה תסייע גם בהגדלת ההשקעה הממשלתית במדע, אבל בקשר לכך אני פחות אופטימי.

בשולי הזכייה אני רוצה להתייחס לנקודה שמהווה במידה מסוימת המשך לפוסט הקודם שלי שעסק בהבדלים בין ענפי המדע השונים ובקשרים ביניהם. העבודה של עדה יונת לא הייתה עבודה בכימיה, אלא בביולוגיה. לעבודה שלה יש השלכות חשובות על פיתוח תרופות, וגם אם היא השתמשה בשיטות כימיות ופיזיקליות, הרי שהעבודה שלה אינה עבודה כימית וכמובן גם לא עבודה פיזיקלית. הפרס המתאים לה הוא ללא ספק פרס נובל לפיזיולוגיה ולרפואה. בעצם, פרסי נובל לא תמיד מוענקים על עבודה בתחום שבו מוגדר הפרס, והדבר בולט במיוחד בכימיה: פרס נובל לכימיה הוענק פעמים רבות לעבודות בתחומי מדע אחרים. כך למשל, זכו בו פיזיקאים כמו ארנסט רתרפורד וביולוגים כמו מקס פרוץ. יש לי השערות, אבל אני לא סגור לגבי הסיבה לכך. בכל אופן, לא נראה לי שזה נובע ממחסור בתגליות כימיות. מה דעתכם?

יום חמישי, 1 באוקטובר 2009

מחשבות על פיזיקה

בזמנו, כשהתחלתי את לימודי התואר הראשון בהנדסת חשמל בבאר שבע, הרגשתי שחסר לי משהו. אחרי שנה נרשמתי גם ללימודי פיזיקה. תמיד נמשכתי לפיזיקה בגלל שהיא מסבירה את הדברים ברמה הבסיסית ביותר, ובמבט לאחור גם למורה המעולה שלי לפיזיקה מהתיכון, איזו אנגל, הייתה השפעה. גם בתוך הפיזיקה התעניינתי יותר בתחומים שבעיני עוסקים ביסודות, בעיקר פיזיקת חלקיקים וקוסמולוגיה. במידה מסוימת ראיתי אז את הפיזיקה כבסיסית וחשובה יותר מתחומי מדע אחרים. אני זוכר שתמיד הוקסמתי מהרעיון שאולי יום אחד תנוסח "תאוריה של הכול", כלומר תאוריה פיזיקלית שתוכל להסביר את כל מדעי הטבע בעזרת מספר לא גדול של חוקים ועקרונות.
 
היום אני רואה את הדברים אחרת. טוב, התחתנתי עם כימאית שאוהבת ביולוגיה, והייתי צריך להתחיל לכבד את שני ענפי המדע האלו. למען שלום בית כמובן. אבל במקביל גם הגישה שלי לפיזיקה השתנתה. זה נראה כאילו היום אני ממעיט בערכה, אבל בעצם נראה לי שכיום אני מכיר יותר בערכה האמיתי.

אז מה השתנה? ראשית, אני חושב היום שפיזיקה לא אמורה להסביר את כל תופעות הטבע ובוודאי שלא את התופעות שהן מעבר לטבע, כמו רגשות ותודעה. באספקט זה אני מתנגד לגישה הפיזיקליסטית, לפיה הכול פיזיקלי ומבוסס על עקרונות פיזיקליים. אני לא חושב למשל שניתן לנסח בשפה מדעית תופעות פסיכולוגיות. זה לא אומר שבלתי אפשרי לגלות גורמים פיזיקליים לתופעות נפשיות, אלא שקיימים מושגים שהם מעבר לטווח המדע. גם אם המדע יוכל לחזות מתי ובאיזה עוצמה התופעות הנפשיות מתרחשות, עדיין המהות של אותן תופעות אינה פיזיקלית בעיני. כך למשל, אני טוען שגם אם נוכל לאפיין נטייה גנטית לדיכאון, ולהבין אלו הורמונים עודפים או חסרים בגופו של אדם השרוי בדיכאון, ואפילו להבין את פעולת המוח בשעת הדיכאון, עדיין עצם מושג הדיכאון נמצא מחוץ למדע ומבוסס על תחושה פנימית. למושגים פיזיקליים, לעומת זאת, יש בעיני משמעות אחרת, וגם אם לעתים הם קשים להגדרה, עדיין הם משמשים אותנו בניסויים מדעיים ככלי חיוני.

אני רואה את המדע באור אמפיריציסטי, כלומר מבוסס על ניסויים. יתרה מכך, אני חושב שמושגים מדעיים אמורים להיות קרובים לעולם הניסוי ושתאוריות מדעיות אמורות להסביר תוצאות של ניסויים ותצפיות ולאו דווקא לתת לנו ידע אולטימטיבי על העולם. לא מזמן החלטתי לבדוק אם יש שם לגישה הזו וגיליתי שבנושא זה ובנושאים נוספים דעותיי די קרובות לאמפיריציזם הקונסטרוקטיבי של באס ואן פראסן. כאמור, זה נראה כאילו הגישה הזו מורידה מערכה של הפיזיקה, אבל אפשר להסתכל על זה גם אחרת: היא מכוונת את הפיזיקה לעבר הדברים שהיא באמת חזקה בהם - הסברים לתופעות שנצפות בניסוי. גישה כזו אחראית למרבית הפיתוחים הטכנולוגיים בעת החדשה, שהתחילו בתור ניסוי לא מוסבר או תגלית חדשה. בסופו של יום, התאוריות אשר באו להסביר את אותם ניסויים תרמו תובנות חדשות ואפשרו פיתוחים נוספים. למשל, תורת הקוונטים, שנוצרה כשלא היה הסבר מניח את הדעת למאפייני קרינת גוף שחור (גוף שפולט קרינה רק בגלל הטמפרטורה שלו) ולאפקט הפוטואלקטרי, הפכה במהלך המאה ה-20 לכלי מרכזי בהבנת ניסויים ותופעות ובפיתוח מוצרים שימושיים, כמו לייזר, רכיבים אלקטרוניים, מיקרוסקופים אלקטרוניים ועוד ועוד.

בדיוק נתקלתי השבוע בסיפורו של פיטר היגס, חוזה בוזון ההיגס שכל כך מקווים לגלות אותו במאיץ ה-LHC. מתברר שהמאמר המקורי שלו נדחה על ידי העורך בטענה שהוא לא רלוונטי לפיזיקה, כלומר אין בו תחזיות שניתן לבדוק בניסוי. היגס הוסיף שורה האומרת שהתאוריה מרמזת על קיומו של חלקיק חדש, אבל את המאמר המתוקן הוא שלח לכתב עת אחר. המאמר הזה הפך לאחד החשובים בהיסטוריה של פיזיקת החלקיקים, ולמרות ששני מאמרים דומים נכתבו על ידי חוקרים אחרים בדיוק באותו זמן, החלקיק ההיפותטי זכה להיקרא על שמו של היגס. בכל אופן, קשה לי להאמין שכיום מאמר עלול להידחות בגלל סיבה כזו. למעשה תאוריה שלמה, תורת המיתרים, די רחוקה מיכולת אישוש ניסיונית, וככל שידוע לי לא נדרש ממאמרים העוסקים בתאוריה זו להצביע על תחזית ניסיונית קרובה. השאלה אם תורת המיתרים היא בכלל תאוריה פיזיקלית אינה פשוטה. מצד אחד התאוריה הזו עוסקת בהסברים לתופעות פיזיקליות. היא עושה זאת על ידי הענקת ממד עמוק יותר למושג החלקיק. אך מצד שני קשה, ואולי אפילו בלתי אפשרי, לבדוק אותה בעתיד הנראה לעין. אני הייתי מסווג אותה היכן שהוא בין מתמטיקה לפיזיקה, אם כי אני חייב להודות שהרעיונות הפיזיקליים העומדים בבסיס תורת המיתרים פשוט מרתקים.

הייתי רוצה לחזור לנושא הקשר בין מדעי הטבע השונים. היום אני רואה את הכימיה והביולוגיה כענפים עצמאיים, שלא רק מדברים בשפה קצת שונה מהשפה הפיזיקלית, אלא אפילו עוסקים בנושאים שהפיזיקה לא תוכל, במסגרת הכלים שיש לה, להגיע אליהם. בעת טיפול במערכות מורכבות, כמו תאים למשל, אין ברירה אלא לעבוד בכלים הביולוגיים והביוכימיים המתאימים ולא בכלים הפיזיקליים הבסיסיים של תורת הקוונטים. לשאלה אם ניתן לבצע רדוקציה של הביולוגיה והכימיה לפיזיקה, כלומר לתאר את ענפי המדע הללו באמצעות עקרונות פיזיקליים בלבד, אני נוטה להשיב שלא.

בהקשר דומה של חידוד ההבדלים בין הפיזיקה לשאר מדעי הטבע שמתי לב השבוע לתופעה מעניינת. עבדתי יחד עם ג'ודי על פעילות לתלמידי תיכון שמשלבת אספקטים פיזיקליים, ביולוגיים וכימיים. תוך כדי כך הבחנתי שקל לי להתבונן במושגים פיזיקליים מכמה היבטים, ושאני עושה את זה באופן טבעי. לא מדובר רק באספקטים שונים של אותה תופעה, אלא גם בהסברים שונים לתופעה אחת, ובניסוחים שונים לאותם עקרונות. כך למשל, קיימים מספר ניסוחים לחוק השני של התרמודינמיקה, והקשר ביניהם אינו אינטואיטיבי:
  1. חום לא זורם באופן ספונטני מעצם קר לעצם חם.
  2. לא ניתן להמיר חום באופן מלא לעבודה.
  3. האנטרופיה של מערכת סגורה (מבודדת) לעולם אינה יורדת.
וברמה בסיסית עוד יותר, למושגים פיזיקליים כמו אנטרופיה, מסה וכוח יש מספר הגדרות. אין לי שום בעיה עם זה. להיפך, אני חושב שמכיוונים שונים ניתן להבין את המושגים המסובכים הללו יותר טוב. אבל לא לכולם זה מתאים - חבר שלי (שלא ראיתי אותו שנים), סטודנט מצטיין, פרש לצערי מלימודי פיזיקה בדיוק בגלל הבעיה הזו של כפל משמעויות וכפל הסברים לאותם מושגים פיזיקליים. ואולי טוב שהוא פרש - לפי העדכון האחרון שקיבלתי הוא הפך למנהל בכיר בחברת היי-טק גדולה...

יום שישי, 25 בספטמבר 2009

הג'ל, בית הספר ושפעת החזירים

אני מכיר את הג'ל הזה כבר מזמן. לפני חמש שנים קיבלנו בקבוקון במתנה ומאז הוא מאוחסן בתא הכפפות באוטו. השתמשנו בו כמה פעמים, כשלא היה ברז מים בסביבה, אבל הוא עדיין די מלא. להשתמש בו כתחליף למים וסבון לא עלה בדעתי מעולם. לכן הופתעתי לשמוע שיש בתי ספר שבהם מחייבים את הילדים להגיע עם ג'ל.

בחנויות ניתן למצוא היום מגוון של ג'לים כאלו. כולם מכילים כוהל, בדרך כלל אתנול (הקרוי אלכוהול בשפת היומיום). יש היגיון להשתמש בחומרי חיטוי כגון אלו בסביבה מלאה באנשים חולים, כמו בית חולים, אבל להשתמש בו בבית ספר נראה לי מיותר לגמרי. הדרישה המוזרה הזו של מורים ומנהלים, העומדת בניגוד להוראות משרד הבריאות ומשרד החינוך, היא כנראה חלק מההיסטריה ההמונית של שפעת החזירים.

ג'ל אלכוהולי הורג את מחוללי המחלות, ומים עם סבון שוטפים אותם. בסביבה שאין בה הרבה מאוד חולים, קשה לדעת מי יעיל יותר. ניסוי מבוקר הראה שהיעילות דומה, עם יתרון קל למים וסבון. אגב, כל זה עוזר רק במניעה של הדבקה כשילד נוגע ברוק או בנזלת של ילד חולה ומכניס את היד לפה, ובשביל שהמניעה תהיה באמת יעילה צריך להשתמש בג'ל או לשטוף את הידיים לעתים ממש תכופות. אבל זו לא שיטת ההדבקה היחידה. למשל, כשילד חולה מתעטש, יש סיכוי לא רע שהווירוסים יגיעו לחברים שיושבים לידו, וחלקם ידבקו. אני בכלל מסופק אם השימוש בג'ל יקטין את מספר המצטננים השנתי או את מספר חולי השפעת. וחוץ מזה, להיות חולה בשפעת החזירים זה לא סוף העולם. הרושם הוא שהשפעת הזו אינה קטלנית יותר מזנים אחרים של שפעת.

את מרבית היום הקדשתי לניסיון להסביר לקטנים למה אבא לא יקנה ג'ל למרות שלכל החברים כבר יש. אשתי עשתה באותו זמן משהו חשוב יותר למצב הארנק שלי - בישיבת ועד הורים בית ספרית היא הכשילה ניסיון לרכוש כמויות עצומות של ג'ל עבור בית הספר על חשבון ההורים. היא שכנעה אותם לרכוש שלישיית סבון נוזלי לכל כיתה כספייר למקרה שיהיה מחסור בסבון ובמקביל לבקש ממשרד החינוך לעמוד בהבטחה שלו לספק נייר טואלט ומגבות נייר אם אלו ייגמרו. ניקיון חדרי השירותים ואספקה של סבון לבתי הספר היא משהו שהמדינה חייבת לדאוג לו כאמצעי להתמודד עם מגוון מחלות (ולאו דווקא שפעת החזירים), ואם המצב בתחום הזה ישתפר, אז לפחות משהו טוב אחד יצא משפעת החזירים.

ובשולי הנושא, הג'ל הזה מכיל לא רק אלכוהול אלא גם תוספות רעילות, וזה עלול להיות מסוכן אם מכניסים אותו לפה. אסיר בריטי ששמע שיש בג'ל אלכוהול ניסה לשתות אותו. הוא חטף הרעלה והנהלת הכלא סילקה מיד את הג'ל. עדיף היה כבר לספק לאסירים וודקה - היא לפחות לא מכילה תוספות.

יום שלישי, 15 בספטמבר 2009

כוח ג'י (g-force)

הצטערתי מאוד לשמוע על התרסקות מטוסו של אסף רמון לפני יומיים. בעקבות הטרגדיה עקבתי, כמו רבים אחרים, אחרי הסיקור בכלי התקשורת וניסיתי להבין את הגורם לתאונה. בדיווחים אודות חקירת האירוע מוזכר לא אחת המושג כוח ג'י. זה מושג מסובך למדי, וקיים בלבול לגביו בעיתונים ובאתרי אינטרנט. אנסה להסביר בפוסט הזה מהו כוח ג'י וממה הוא נובע.

מקור השם כוח ג'י (g-force) באות הראשונה של המילה gravity (כבידה), אך הוא לא קשור ישירות לכוח המשיכה של כדור הארץ, ואולי כאן מקור הבלבול. הקשר בין כוח ג'י לכבידה עובר דרך תאוצת הכובד (תאוצה היא שינוי מהירות) שמסומנת באות g. גודלה של תאוצת הכובד כמעט קבוע על פני כדור הארץ (9.8 מטר לשנייה בריבוע), ובשימושים רבים היא מהווה יחידת מידה לתאוצה. כך למשל, אם אומרים שהתאוצה של מכונית היא 2g, הכוונה היא שערכה עומד על 19.6 מטר לשנייה בריבוע, כלומר המהירות עולה ב-19.6 מטר לשנייה בכל שנייה שעוברת.

תאוצת הכובד (g) יכולה לסייע גם בהגדרת יחידת מידה לכוח. משקל הוא כוח הכובד שפועל על גוף, וערכו שווה למסת הגוף כפול תאוצת הכובד (mg). באופן הפשוט ביותר ניתן להתייחס לכוח ג'י כיחידת מידה לכוח, שמוגדרת כך שמשקל הגוף שקול לכוח ג'י אחד. לדוגמה, כשאומרים שפועלים 5 כוחות ג'י מתכוונים לומר שעוצמת הכוח היא מסת הגוף כפול 5g (כלומר 5mg).

בדרך כלל, משתמשים במושג כוח ג'י בהקשר של כוח הפועל על אדם שנוסע בכלי תחבורה. הכוח הזה מורכב משני רכיבים: כוח הכובד שכיוונו תמיד כלפי מרכז כדור הארץ וכוח נוסף הנובע מהתאוצה של הכלי עצמו. הכוח השני מיוחד בכך שהוא לא נובע מדחיפה או מפעולה של גוף אחר, לכן ניתן להתייחס אליו כאל כוח מדומה. מקור הכוח המדומה בשינוי המהירות של כלי התחבורה - גופים שנמצאים בתוכו ממשיכים לנוע באותה מהירות יחסית לסביבה שבחוץ גם כאשר הכלי מאיץ או מאט. אולם, זו כבר לא המהירות של כלי התחבורה, ולכן אותם גופים נעים בתוכו כאילו שפועל עליהם כוח בכיוון הפוך לתאוצת הכלי. גודלו של הכוח המדומה הפועל על גוף שנמצא בתוך כלי שווה למסת הגוף כפול התאוצה של הכלי.

לדוגמה, כשרוכב אופניים לוחץ חזק על הבלמים, גופו ממשיך באותה מהירות קדימה בעוד שהאופניים עצרו, ולכן הוא עלול לעוף קדימה. באופן דומה, כאשר כלי רכב מאיץ ממנוחה, חפצים בתוך הרכב עפים אחורה משום שהם עדיין במהירות אפס יחסית לסביבה. דוגמאות נוספות הן הכוח שאנו מרגישים כלפי מטה כשהמעלית מתחילה לנוע מעלה והכוח שאנו מרגישים כלפי מעלה כשהיא עוצרת בסוף העלייה. גם הכוח הצנטריפוגלי הוא דוגמה לכוח מדומה - המכונית מסתובבת במעגל, כלומר היא מאיצה כלפי מרכז המעגל, ואילו הנוסעים "עפים" לצד השני.

המרחב של אדם שנמצא בתוך כלי תחבורה הוא מוגבל - אותו אדם קשור בדרך כלל בחגורות על מנת שלא יעוף לכיוון דפנות הכלי כשהמהירות משתנה. החגורות והכיסא שעוצרים אותו על מנת שלא יתעופף הם אלו שמפעילים עליו כוח בזמן התאוצה. למשל, טייס שנמצא במטוס המאיץ כלפי מעלה בתאוצה של 5g ירגיש 5 כוחות ג'י כלפי מטה כתוצאה מהתאוצה ועוד כוח ג'י אחד בגלל המשקל שלו, ביחד 6 כוחות ג'י. הוא יידחף בכוח רב לכיוון הכיסא, וירגיש את הלחץ שמפעיל עליו הכיסא בחזרה. הוא עצמו ירגיש כבד פי 6 מהרגיל ויתקשה להרים את ידיו. הסכנה הראשונית לגוף אינה נזק מבני, משום שהעצמות יכולות לעמוד בעומס כזה, אלא הכוח שפועל על הדם כלפי מטה. הלב מתקשה להזרים דם למוח והטייס עלול לאבד את ההכרה (מצב שנקרא G-LOC).

חליפות ג'י יכולות לסייע במצב כזה. הן מפעילות לחץ על הרגליים ועל הבטן ודוחפות את הדם חזרה למוח. על ידי שימוש בחליפת ג'י ובשיטות נוספות הנרכשות באימונים יכולים טייסי קרב להגדיל את הסיבולת שלהם, כך שלא יאבדו את ההכרה גם כשפועלים עליהם 9 כוחות ג'י למשך שניות ארוכות. ללא שימוש באמצעים אלה טייס ממוצע יאבד את ההכרה אחרי כחמש שניות תחת 6 כוחות ג'י.

כוח ג'י הכולל שפועל על הטייס מורכב מכוח הכובד שפועל כלפי מטה (המשקל) ומהכוח המדומה הפועל בכיוון הפוך לתאוצת המטוס. כאמור, ערכו של הכוח המדומה תלוי בתאוצה והוא יכול להיות הרבה יותר חזק מכוח הכובד. כשהמטוס מבצע פנייה אופקית חדה פועלים על הטייס כוחות ג'י הצידה, לכיוון השני. כשהמטוס מאיץ חזק כלפי מטה פועלים עליו כוחות ג'י כלפי מעלה והם גורמים לזרימת דם מוגברת למוח, מצב מסוכן לא פחות ממחסור של דם במוח. למעשה, הסיבולת של בני אדם לכוחות ג'י שליליים, שפועלים כלפי מעלה, הרבה יותר נמוכה מהסיבולת לכוחות ג'י חיוביים, עד כדי כך שאין אפשרות לעמוד ב-3 כוחות ג'י כלפי מעלה למשך למעלה משניות ספורות. כשכלי הטיס נמצא בנפילה חופשית, כלומר תאוצת המטוס שווה לתאוצת הכובד, לא פועלים על הטייס כוחות ג'י בכלל. זה בדיוק מה שקורה לאסטרונאוטים שמרחפים בתוך מעבורת החלל, שגם היא נמצאת במצב של נפילה חופשית.

הסיבולת לכוחות ג'י גבוהים משתנה מאדם לאדם, והיא תלויה, כאמור, גם בכיוון פעולת הכוח, באמצעים חיצוניים כמו חליפת ג'י, בשיטות נשימה ותנועה שניתן ללמוד, וגם במשך פעולת הכוח. בשעת התרסקות או עצירה מהירה, ניתן להגיע לכוחות ג'י עצומים שנמשכים חלקיק שנייה. השיא העולמי המדוד - 46.2 כוחות ג'י - הושג לפני למעלה מחמישים שנה בניסוי אמריקאי.




הסרטון מדגים את ההשפעה של כוחות ג'י על נוסע במטוס קרב בעת ביצוע תמרון אימלמן. מגיעים שם בערך לשישה כוחות ג'י. לשם השוואה, במטוס נוסעים לא נחשפים בעת טיסה רגילה ליותר מ-1.3 כוחות ג'י.

לקריאה נוספת - סדרת כתבות בנושא מושג המסה: חלק ראשון, חלק שני

האם שימוש בחמצן טהור מסוכן לגוף?

חוב שאני חייב לשרון בריזינוב, קורא ותיק של "מדע פשוט". שרון שואל:
האם שימוש ממושך ב-100% חמצן מסוכן למערכות הגוף? אם כן למה?
התשובה היא שנשימה של חמצן טהור אינה מסוכנת, ולראיה זה הטיפול המקובל בבתי חולים במקרה של קושי נשימתי חמור. עם זאת, יש כיום ביקורת על השימוש בחמצן טהור כטיפול לבעיות נשימה. התברר במחקר משנת 2007 שבעצם לחמצן טהור עלולה להיות השפעה הפוכה. בדיקת fMRI הראתה שהוא מעורר פעילות יתר במספר חלקים במוח, פעילות שגורמת להיפותלמוס להפריש כמות גדולה של הורמונים לדם. ההורמונים הללו דווקא פוגעים ביכולת הלב להזרים דם לגוף. על כן, החוקרים מציעים שימוש בתערובת של 5% פחמן דו-חמצני ו-95% חמצן.
 
אגב, חמצן עלול להיות מסוכן אם הלחץ שלו גבוה. נשימה של חמצן בלחץ של יותר מ-1.6 אטמוספירות עלולה לגרום למוות. למצב הזה קוראים הרעלת חמצן. הנזק יכול להתבטא במספר אופנים: נזק למערכת העצבים המרכזית, לריאות ולעיניים. האוויר מכיל כ-21% חמצן, כלומר הלחץ החלקי של החמצן הוא כחמישית אטמוספירה, וזה אומר, כצפוי, שהחמצן באוויר אינו מסוכן בכל הנוגע להרעלת חמצן. גם חמצן טהור אינו מסוכן בהיבט זה משום שהוא מכיל חמצן בלחץ של אטמוספירה אחת. לעומת זאת, נשימה ישירות מבלון של חמצן דחוס עלולה להיות קטלנית.
הנושא של הרעלת חמצן נלקח בחשבון, כמובן, בספורט הצלילה. עם הירידה לעומק גדל הלחץ של הגז הנכנס מהבלון לגוף, ולכן לכל סוג של בלון מוגדר עומק צלילה מקסימלי. כך למשל, שימוש בבלון שמכיל חמצן טהור מותר עד לעומק של שישה מטרים בלבד. לעומת זאת, בלון ניטרוקס-36 שמכיל 36% חמצן (מבחינת נפח) והיתר חנקן בטיחותי לשימוש עד לעומק של 29 מטר, משום שבעומק רב יותר הלחץ החלקי של החמצן גדול מ-1.4 אטמוספירות וקיימת סכנה של הרעלת חמצן. מי שרוצה לצלול עמוק יותר צריך להשתמש בתערובת שמכילה פחות חמצן, אבל כעת מתחילה להתעורר בעיה נוספת - הרעלת חנקן. לכן עדיף להשתמש בתערובת אחרת שמכילה הליום במקום חנקן. תערובת זו קרויה טרימיקס אם היא מכילה חמצן, חנקן והליום או הליוקס במקרה שכל החנקן הוחלף בהליום. הורדת כמות החמצן בתערובת מאפשרת ירידה לעומק רב עוד יותר - אפילו יותר מ-100 מטר, אבל כל זה מחייב כמובן אימון מיוחד.

בכל אופן, למי שבריא ולא נמצא כעת בצלילה אין סיבה לנשום אוויר מועשר בחמצן. בהקשר זה, הטרנד החדש של טיפול בחמצן, המוכר גם בשם בר חמצן, הוא בעיני בזבוז כסף, ותו לא. משהו כמו בקבוק אוויר בשקל:

יום שני, 14 בספטמבר 2009

חכמים גם בלילה

אני מנצל את הבלוג לפרסם אירוע נחמד שייערך ביום חמישי הבא (24 בספטמבר) ברחבי הארץ: חכמים גם בלילה.
מדובר באירוע כלל-אירופאי שנמשך ערב שלם (מחמש עד עשר) ובו חלק מהאוניברסיטאות בארץ פותחות את שעריהן ומזמינות את הציבור הרחב לבקר במעבדות ולשמוע הסברים והרצאות בחינם.
גם אני אטול חלק באירוע. זו השנה השלישית ברציפות שאחכה למבקרים במרומי מאיץ החלקיקים המפורסם של מכון ויצמן ושם אסביר קצת על מאיץ החלקיקים של המכון והרבה על מאיץ החלקיקים הענקי בשווייץ - ה-LHC.

 הרצאה שלי לקהל הרחב במאיץ החלקיקים של מכון ויצמן

יום רביעי, 9 בספטמבר 2009

האם אכילת גיר מעלה את החום?

לא יודע אם זה קשור לפתיחת שנת הלימודים, אבל אתמול קיבלתי במייל שאלה שהחזירה אותי לימי בית הספר:
האם אכילה של גיר יכולה להעלות את החום שלי לכמה שעות?
בעצם, גם בצבא שמעתי שגיר מעלה את טמפרטורת הגוף, אבל לא זכור לי שראיתי מישהו בודק את זה וממש אוכל גיר בשביל להוציא גימלים. אני די משוכנע שזה מיתוס, ולו משום שאני לא רואה סיבה לכך שגיר יעלה את טמפרטורת הגוף. זה נראה לי ממש לא הגיוני. גיר עשוי מקירטון שמכיל סידן או מגבס שמכיל סידן וגפרית. הגוף לא זקוק לכמות גדולה של החומרים הללו, ולכן אכילה של גיר אינה בריאה. מה עוד שבתהליך הייצור של גיר אין הקפדה על ההרכב המדויק, וכמויות קטנות של חומרים נוספים, בחלקם רעילים, עלולות להיכנס לתוך המוצר הסופי. אבל גם אם זה לא בריא, אני לא רואה סיבה לעליית חום, שקשורה בדרך כלל למחלות זיהומיות. אם כבר, הייתי מצפה שאכילת כמות גדולה של גיר בבת אחת תגרום להקאה, ואכילה מתמדת לאורך זמן תגרום להרעלה.

מתברר שבכל זאת יש אנשים שאוכלים גיר, מסיבות אחרות. לתופעה הזו של אכילת חומרים בלתי-אכילים קוראים תסמונת פיקה, והיא עלולה להיות מסוכנת במקרים מסוימים. מדובר בתופעה לא כל כך נדירה, אבל הסיבה המדויקת טרם התגלתה - ייתכן שהיא נובעת ממחסור במינרלים וייתכן שמדובר בהפרעה פסיכולוגית, כלומר צורה של התנהגות כפייתית הנובעת ממחשבות טורדניות. בעבר נטו לחשוב שתסמונת פיקה נובעת רק ממחסור במינרלים, אבל בשנים האחרונות הגישה השתנתה בעקבות מספר מקרים שבהם טיפול בעזרת תרופות פסיכיאטריות בחולי תסמונת פיקה הצליח, כמו במקרה של נערה באתיופיה שנהגה לאכול במשך שנים את קיר ביתה העשוי מבוץ. בעקבות כך, חושבים כיום שלפחות בחלק מהמקרים התסמונת אכן מהווה צורה של הפרעה טורדנית-כפייתית.

דרך אגב, המאכל הלא-אכיל הנפוץ ביותר בקרב הלוקים בתסמונת פיקה הוא אדמה, ונשים בהיריון לוקות בתסמונת יותר ממבוגרים אחרים (בערך אחת מתוך שתים עשרה נשים בהיריון). מעניין מה הסיבה לכך? נקודה מעניינת נוספת היא שאחוז הלוקים בתסמונת פיקה גבוה יותר, ככל הנראה, במדינות לא מפותחות, וזה מצביע דווקא על מחסור במינרלים כסיבה אפשרית.

יום שני, 7 בספטמבר 2009

עוד כמה מילים על שפעת החזירים

כבר כתבתי על שפעת החזירים לפני כארבעה חודשים, ומאז התפרסם הרבה חומר בנושא, אבל התחושה שלי היא שעדיין ידוע מעט על האספקט החשוב ביותר: עד כמה קטלני הזן הזה של השפעת. הרי ייתכן שהמגיפה החדשה מדבקת בדיוק כמו זני שפעת אחרים וגם קטלנית באותה מידה. מה שברור זה שהתקשורת חוגגת. הרי יש לה ביד סיפור חדש, מפחיד ומאיים. האם המידע החשוב מגיע לציבור? האם הציבור יודע מה אנו יודעים ומה אנו לא יודעים על שפעת החזירים? אני לא בטוח. זו לפחות ההתרשמות שלי.

שני ילדי הגדולים עלו לכיתה א' ואנו קיבלנו דף הרגעה מטעם בית הספר שמסביר לנו, ההורים, על המחלה ועל הדרכים למנוע את התפשטותה. אם לסכם את הרשום בדף, כתוב שם בעצם שהתסמינים של שפעת החזירים הם, למרבה הפלא, תסמינים של שפעת, כלומר חום גבוה שמלווה בדרך כלל בשיעול, כאב ראש וכאב שרירים. חוץ מזה, יש שם פירוט על כללי היגיינה שישמרו עלינו מפני הידבקות. אין ספק שהכללים האלו טובים ומועילים, ולא רק נגד שפעת החזירים.

באותו יום ראיתי לראשונה בחיי משהו שנראה לי כחייזר טיפוסי. מקרוב הבנתי שזה אדם כמוני, שבסך הכול חובש מסכה. ניסיתי להתקרב ולומר לו שאני מסופק אם המסכה יכולה לעזור, אבל הוא נמלט משם באלגנטיות. טוב, אני קצת מגזים - המסכה יכולה למנוע מאדם חולה להפיץ את הנגיף של השפעת כשהוא מתעטש או משתעל, אבל קשה לי להאמין שהיא יעילה במניעת כניסת הווירוסים לגוף, במיוחד משום שהם יכולים להתיישב ולהצטבר על המסכה ולהיכנס לגוף מאוחר יותר כשהאדם נוגע בידו במסכה ואחר כך נוגע באוכל, או משהו כזה. מה שברור זה שכמה סוחרים כבר עושים המון כסף מהמסכות האלו.

בערב כבר התחלתי לדאוג באמת. קיבלתי שיחת טלפון מקרוב משפחה. "אנחנו לא נגיע לראש השנה", הוא אמר, "כולנו חולים בשפעת החזירים. מנסים להחזיק מעמד". אמרתי לו שעד אז זה יעבור, והוא ענה: "למען ביטחון ילדיך, עדיף שלא נגיע". שאלתי אותו איך הוא בכלל יודע שזו שפעת החזירים. ברקע נשמעו קולות שיעול או שפשוט הקו היה משובש. השיחה נותקה ותשובה עד היום לא קיבלתי. אני משער שהוא הסתפק בקביעה של רופא ולא נשלח לבצע בדיקת מעבדה. אבחנה של רופא עלולה להיות לא מדויקת במקרה כזה משום שיש הרבה הצטננויות בעלות סימפטומים דומים וזיהוי ודאי של שפעת ללא בדיקת מעבדה אינו אפשרי.

אחד התחומים שמרוויח יותר מכולם הוא שוק בדיקות המעבדה. קיים מגוון גדול של בדיקות מעבדה לשפעת. הן מבוססות בדרך כלל על בדיקת נוזלי חלל הפה והאף. הבדיקות המהירות, שנותנות תשובה תוך 15 דקות, מזהות את האנטיגנים שנמצאים על הנגיפים או את הנוגדנים שהגוף מייצר בתגובה. הבעיה היא שהן לא יודעות להבחין בזן המדויק של השפעת, ובנוסף לכך אחוז השגיאה שלהן גבוה - כ-30% מהחולים בשפעת לא יאובחנו בשיטות אלו. הבדיקות המדויקות נותנות תשובה תוך ימים אחדים. כך למשל, גידול תרבית של וירוסים, אחת השיטות המדויקות ביותר, לוקחת לפחות יומיים.

וכעת גם אני חולה, לדעתי מדובר בהצטננות, אחת מכמה מאות סוגי הצטננויות שמסתובבות בקרב בני אדם, ושבהן אנו נדבקים מספר פעמים בשנה. אני יודע שאבריא מחר. לא בגלל שאני חוזה עתידות, אלא בגלל שאשתי עברה את זה לפני יומיים ואני כבר יודע את מהלך המחלה האופייני. ג'ודי, אגב, נדבקה בעת ביקור בקופת החולים. כעת, מה שנשאר לי לעשות זה לטפל בעצמי עם התרופות הטובות ביותר שיש למקרים כאלו - לנוח כמה שיותר, לשתות הרבה ולכתוב בבלוג.

יום חמישי, 3 בספטמבר 2009

אנרגיה חלופית לילדים

אנרגיה בתנועה - כתבה שהכנתי עם אשתי ג'ודי על כלי רכב המשתמשים באנרגיה חלופית. פורסם בגיליון 67 של גליליאו צעיר (אוגוסט 2009).

יום שישי, 28 באוגוסט 2009

מטיילת ישראלית חלתה במחלת השינה

השבוע שמענו על ישראלית שחלתה במחלת השינה במהלך טיול בטנזניה. היא נעקצה על ידי זבוב הצה-צה שיכול לשאת בגופו את הטפיל החד-תאי, טריפנוסומה ברוסיאי, הגורם למחלה.

אשתי ג'ודי כתבה אודות המחלה בגיליון 112 (דצמבר 2007) של גליליאו:
להשתיק את הטפיל - מחלת השינה

זבוב צה-צה מוצץ דם. מקור: Hill lab, UCLA

קשה לזהות את מחלת השינה בשלב הראשון שלה, כשהטפיל נמצא בדם, משום שהסימפטומים לא ייחודיים. המחלה מתבטאת בשלב זה בגלים של תסמינים מגוונים, כמו חום גבוה, כאבי ראש וכאבי מפרקים. הגלים, באורך של ימים אחדים כל אחד, קשורים לניסיונות של מערכת החיסון להתמודד עם הטפיל. מערכת החיסון מייצרת נוגדנים שמזהים את הגליקופרוטאינים (חלבונים שאליהם קשורים סוכרים) המרכיבים את השכבה החיצונית של הטפיל, אבל הטפיל משנה את אותם גליקופרוטאינים במהירות ותמיד נשארים פרטים שמערכת החיסון לא הצליחה להשמיד. לסימפטומים אלו קודם סימן אחד נוסף: כיב גדול סביב מקום העקיצה. הכיב הזה, שנרפא בעצמו, הוא בעצם פסולת תאית הנוצרת בעת התרבותו המהירה של הטפיל בשעה שהוא מתיישב בשכבת העור התחתונה.

הנקודה המוזרה בסיפור החדשותי של השבוע היא שלא הייתה תרופה למחלה בארץ. לא מובן לי מדוע לא מחזיקים כמות קטנה של תרופות למחלה המסוכנת הזו שנחשבת לקטלנית ללא טיפול תרופתי. נכון שהמחלה מופיעה רק באפריקה שמדרום לסהרה, אבל הרי ברור שמטיילים, אנשי עסקים או שליחים של ישראל במדינות אפריקה הטרופית עלולים להיעקץ.

בכל אופן, תרופה מתאימה בשם סוראמין (Suramin) אותרה בלונדון והוטסה במהירות לארץ. מדובר בתרופה ישנה מאוד, שפותחה לפני למעלה מ-80 שנה. היא מונעת מגורמי גדילה (חלבונים מסוימים) להיקשר לקולטנים המיועדים להם, וכך נמנעת התרבות הטפיל. נטילת התרופה, שמתאימה לשלב הראשון של המחלה, מלווה בתופעת לוואי.

הסיבה שלא פותחו תרופות מתקדמות יותר, עם פחות תופעות לוואי, קשורה כנראה לתפוצת המחלה: המחלה פוגעת רק במדינות עניות באפריקה ופיתוח תרופות למחלת השינה אינו משתלם מבחינה כלכלית.

המטיילת הישראלית חלתה בזן המזרחי של המחלה, שמתפשט בגוף במהירות רבה יותר. הטיפול בסוראמין מתאים לזן הזה והוא אמור לחסל את הטפיל ולהציל את חייה. בהזדמנות זו אני מאחל לה רפואה שלמה.

אם לא מטפלים במחלת השינה במהירות הטפיל עלול לחדור למערכת העצבים המרכזית. אז מתחיל השלב השני והקשה של המחלה. החולה לוקה בבלבול ובחוסר קואורדינציה, הוא מפתח סימנים של מחלות פסיכיאטריות ולוקה בשינה לא-סדירה המתאפיינת בנדודי שינה בלילה ובישנוניות ביום. כמעט שלא קיימות תרופות מתאימות לשלב השני. התרופה היחידה שהשתמשו בה באופן סדיר עד תחילת העשור הנוכחי היא מלרסופרול (Melarsoprol). זוהי תרופה המכילה ארסן ורעילותה גבוהה - עד 10% מהחולים מתים עקב תופעות הלוואי של התרופה עצמה.

אישה מטפלת בבעלה הלוקה במחלת השינה

למעשה, מאז 1950 פותחה רק תרופה אחת נוספת לשלב השני של מחלת השינה: אפלורניתין (Eflornithine). התרופה הזו פותחה לצורך טיפול בסרטן, ולאחר מכן התגלה במקרה שהיא יכולה לפגוע בזן המערבי של טפיל הטריפנוסומה. התרופה לא הייתה רווחית והחברה הצרפתית סאנופי-אוונטיס (Sanofi-Aventis), בעלת הזכויות, הפסיקה את ייצורה בשנת 1999. בעצם, לא לגמרי הפסיקה את הייצור, אלא נתנה זיכיון לחברה אחרת לייצר מוצר קוסמטי, משחה להרחקת שיער פנים לא-רצוי אצל נשים (VANIQA), המבוסס על אותו חומר כימי פעיל. הדבר נודע ל"רופאים ללא גבולות" ולחץ כבד הופעל על החברה. בסופו של דבר נאלצה חברת התרופות להמשיך לייצר את התרופה, ועל מנת לשקם את תדמיתה היא אף החליטה למכור אותה במחיר מינימלי, ללא רווח, לארגון הבריאות העולמי.

לקריאה נוספת: מאמר עיתונאי מרתק אודות מחלת השינה שזכה בפרס פוליצר

יום רביעי, 29 ביולי 2009

המלצה על שני בלוגים מדעיים בעברית

למרבה הצער, מבין שלל הבלוגים בעברית מעטים עוסקים במדע. הפעם אמליץ על שני בלוגים מדעיים בעברית שאני נהנה לקרוא בהם.

הראשון הוא בלוג ותיק, שכיום כבר אינו מתעדכן, אך בכל זאת הוא מכיל המון מידע שימושי ומעניין: בלוג לנושאי מדע של גל ברק.

ההמלצה השנייה היא על הבלוג מדע אחר של רועי צזנה. רועי, ידיד שלי, מביא סיפורים מעניינים יחד עם הסברים מדעיים. זו הזדמנות טובה לאחל לו הצלחה והמשך כתיבה מעניינת ופורייה.

יום רביעי, 15 ביולי 2009

מה מחזיק את האקסוספירה?

שאלה נוספת של שרון בריזינוב, קורא של הבלוג:
מה גורם לגזים בשכבות האקסוספירה להישאר צמודים לכדור הארץ? למה הגזים בשכבות אלו לא מתפשטים לעבר החלל ?
האקסוספירה, שמתחילה בגובה של כ-500 ק"מ, היא השכבה החיצונית של האטמוספירה. זאת שכבה דלילה של חלקיקים ומולקולות ששייכים לאטמוספירה, כלומר הם מוחזקים על ידי כוחות שמקורם בכדור הארץ. קשה להגדיר במדויק את הגבול בין האקסוספירה ובין החלל החיצון - מדובר על סדר גודל של עשרות אלפי ק"מ מפני כדור הארץ, כלומר זו שכבה עבה ביותר.

חללית אספקה שעזבה את תחנת החלל הבינלאומית. צבען של השכבות התחתונות של האטמוספירה הוא כחול, ואילו השכבות העליונות כולל האקסוספירה שחורות. תחנת החלל משייטת בתרמוספירה, מתחת לאקסוספירה. מקור לתמונה: NASA.

התשובה לשאלה של שרון היא שהאקסוספירה, כמו שאר חלקי האטמוספירה, לא מתנתקת מכדור הארץ בגלל כוח הכבידה של כדור הארץ שפועל על הגזים באטמוספירה. עקב עקרון ארכימדס (עקרון הציפה), הגזים הקלים, בעיקר מימן והליום, צפים מעלה ומאכלסים את האקסוספירה הדלילה. גזים כבדים יותר שוקעים מטה וממלאים את השכבות הנמוכות של האטמוספירה.

מהירות הבריחה של מולקולות הגז באקסוספירה נמוכה יחסית, מה עוד שכמות המולקולות שם נמוכה ולכן יש מעט התנגשויות. זו הסיבה לכך שמולקולות אכן בורחות בקצב נמוך מהאקסוספירה לחלל החיצון, וזה בעצם ההסבר לכך שכמות המימן וההליום באטמוספירה נמוכה מאוד. בעבר הרחוק של כדור הארץ הכמות שלהם הייתה הרבה יותר גדולה.

עקב הצפיפות הנמוכה של הגז, האקסוספירה לא מפזרת את אור השמש כמו השכבות הנמוכות של האטמוספירה (פיזור ריילי שגורם לשמים להיראות כחולים) ונראית שחורה. אך ניתן לצפות בה בדרך אחרת. אטומי המימן מחזירים אור על-סגול שמקורו בשמש. את התופעה הזו, הקרויה גיאוקורונה (Geocorona), ניתן לראות מהחלל באמצעות מכשור רגיש לאור על-סגול.

תופעות נוספות המתרחשות באקסוספירה קשורות לשדה המגנטי של כדור הארץ, שבכוחו להחזיק חלקיקים טעונים במרחק די גדול מפני כדור הארץ. מקורם של אותם חלקיקים טעונים, בעיקר פרוטונים ואלקטרונים, ברוח השמש וביונוספירה של כדור הארץ (אחת השכבות של האטמוספירה). החלקיקים הטעונים נלכדים באזורים רחבים באקסוספירה הקרויים חגורות קרינה או חגורות ואן אלן. בהקשר זה קיימת חפיפה בין האקסוספירה שמקורה בפעולת הכבידה של כדור הארץ ובין המגנטוספירה שמקורה בשדה המגנטי של כדור הארץ ובאינטראקציה שלו עם רוח השמש.