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

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.

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?

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...

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.

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: