אוקיינוס (כמעט) בלתי נראה

הוראה, טכנולוגיה, פיזיקה הוספת תגובה
אשתי התקשרה אלי בסלולארי ובקשה שאגיע דחוף הביתה. יצאתי למגרש החנייה נטרלתי את האזעקה, פתחתי את השער החשמלי ונסעתי. ברכב התחברתי לדיבורית ושאלתי את אשתי מה קרה. היא אמרה שהילדה נפלה וצריך לעשות לה רנטגן. החורף כבר כמעט הגיע, אבל השמש הייתה חזקה, לכן סגרתי את החלון (העור שלי די רגיש). שהגעתי, חיממתי לי משהו במיקרו ויצאנו. בחדשות של גלי צה"ל אמרו שאיראן קרובה להשגת  נשק גרעיני ואשתי  אמרה שרק הג'וקים ישרדו התקפה אטומית. למרות הכאב ביד, הילדה שלי הייתה ממש גיבורה: לא בכתה ואפילו לא התלוננה. כשיצאנו מבית  החולים, התחיל לטפטף וקשת נהדרת הופיעה בשמיים.


מדענים, בניגוד למה שאולי מקובל לחשוב, אינם מתעניינים במיוחד בחקר תופעות יוצאות דופן. להיפך, בעוד שתופעות אזוטריות וחד-פעמיות אינן  מאפשרות חקירה מעמיקה ויסודית, דווקא השכיח, הרגיל והנגיש טומן בחובו עומק ומורכבות שמביאים אותנו לתובנות הגדולות. מדוע השמיים כחולים? מדוע דברים נמשכים כלפי מטה?  כיצד עץ גדל? ממה עשויים הכוכבים? מה זה חשמל?

בסיפור היומיומי שלמעלה אין לכאורה שום דבר מיוחד. הייחוד הוא דווקא במה שנמצא מאחורי הקלעים שלו. לאורכה של פיסת החיים הזו שזורה ממשות פיזיקאלית  שעומדת בבסיס העולם בו אנו חיים. לממשות הזו אנו קוראים קרינה אלקטרומגנטית.


אנו חיים באוקיינוס של קרינה אלקטרומגנטית; היא מקיפה אותנו מכל עבר, אבל רק חלק זעיר שבזעיר ממנה ניתן לראיה. חלק גדול יותר אנו יכולים לחוש כחום, אבל רוב רובה נחשף רק בעזרת מכשור טכנולוגי כמו רדיו, טלפון סלולארי ועוד. ההקבלה לאוקיינוס אינה מקרית. גם בים הגדול ישנם גלים, ו'גל' (בפיזיקה) היא דרכו של הטבע להעביר אנרגיה ממקום למקום. כאשר נוגעים בפני המים  ואדווה מתפשטת לכל הכיוונים, מה שבעצם נישא על גבי אותה אדווה הוא האנרגיה שיצרה אותה, בעוד שהמים (המייצגים את החומר) מתנודדים אך נשארים במקומם.  מכאן ברור שגלים זקוקים לתווך שבו יוכלו להתקדם.

בשירו של מאיר שטרית  בגלל הרוח (לחן: לאה שבת) יש שורה: "את שיש לי להגיד אני עוד אצרח – אפילו בירח ישמעו!". השיר באמת יפה, אבל… על הירח לא ישמעו. אפילו אם שלומי שבת יעמוד במרחק יריקה מהאסטרונאוט ויצרח את כל מה יש לו להגיד – עדיין לא ישמעו. הסיבה היא, כמובן,  שאין תווך שיעביר את הקול היות שלירח אין אטמוספרה.  זאת ועוד, פס הקול העשיר המלווה קרבות חלל בסרטי מדע בדיוני אולי מוכר את הסרט אבל במציאות, מאותה סיבה שהזכרנו,  קרבות חלל חייבים יהיו להתנהל בדממה שלא תבייש  קורס ויפאסנה.

אז כיצד בכל זאת ניתן לתקשר עם אסטרונאוטים על הירח? התשובה היא, כמובן בעזרת גלי רדיו שהינם סוג של גל אלקטרומגנטי.  מה שמאוד הטריד (שלא לומר הטריף) את הפיזיקאים בסוף המאה ה-19 הוא התגלית  שגלים אלקטרומגנטים נעים גם דרך ריק. כיצד ייתכן?! הם שאלו, ומיהרו לשער קיומו של חומר מסתורי הקרוי 'אתר' (ether) שרווה את החלל וקיומו כתווך מאפשר התפשטותם של אור וגלי רדיו. הם אפילו עשו חישובים מה צריכות להיות התכונות שלו, עד שהגיע איינשטיין והסביר במסגרת תורת היחסות הפרטית  מדוע אין כל צורך להניח קיומו של אתר. מה שנותר כמזכרת מאותה תפיסה שגויה הוא הביטוי 'גלי האתר' שעל גביהם כביכול מתפשטים שידורי הרדיו.

במשפחת הגלים האלקטרומגנטיים יש כמה 'אחים' שמיד נכיר. המשותף לכל חברי המשפחה הוא  שהם נעים במהירות האור (300,000 ק"מ בשנייה)  ויכולים לעבור בריק מוחלט. הצירוף 'אלקטרו' ו-'מגנטי' מעיד על כך שקרינה זו מבוססת על שילוב דינאמי של שדות חשמליים ושדות מגנטים: שדה חשמלי משתנה יוצר שדה מגנטי משתנה, ושדה מגנטי משתנה בתורו יוצר שדה חשמלי משתנה שיוצר שדה מגנטי משתנה…וכך העסק מתפשט במרחב כגל.

מה שמבדיל בין האחים האלקטרומגנטיים הוא פרמטר פשוט שנקרא 'תדירות'. ככל שהתדירות גבוהה יותר כך רב יותר מספר ההתנדנדויות של השדות המגנטיים והחשמליים. את התדירות מודדים ביחידה הנקראת הרץ שפירושה: "תנודות בשניה". לדוגמא: 100 הרץ פירושם 100 תנודות  בשנייה. במציאות קיים רצף אחיד של תדרים, אבל לצורך הנוחות נחלק את הרצף העצום הזה (שנקרא הספקטרום האלקטרומגנטי) למספר מקטעים ('אחים') שמובדלים זה מזה בתדירות שלהם ('גיל האחים').

הספקטרום האלקטרומגנטי

לאח הצעיר קוראים 'גלי רדיו' והוא מאופיין על ידי תדרים יחסית נמוכים. בסיפור שלנו הוא מיוצג כ-'חדשות בגלי צה"ל'. אח גדול יותר הוא הקרינה שמשמשת לתקשורת סלולארית ולהעברת נתונים (Bluetooth), שמופיעה כ-'אשתי התקשרה אלי בסולארי' ו-'התחברתי לדיבורית'. האח הבא נקרא 'גלי מיקרו' ('חיממתי לי משהו במיקרו') והוא מאופיין על ידי תדר גבוה יותר שגורם לויברציות של מולקולות מים ובכך להעלאת הטמפרטורה שלהם (ראה 'פופקורן סלולארי – האמת') .  האח הבא במשפחה הוא קרינת אינפרא-אדום שאותו אנו חשים כחום, אבל יכולים להשתמש בו גם לתקשורת. שלט הטלוויזיה, ושלטים רבים אחרים מבוססים על שיגור וקליטה של קרינה זו, ובסיפור הוא מופיע כ-'נטרלתי את האזעקה ופתחתי השער החשמלי'. האח הבא הוא האור הנראה שבזכותו אתם קוראים את הרשימה הזו. גלים בתחום  התדרים הצר מאוד של אור נראה יוצרים אינטראקציה עם קולטנים (פוטורצפטורים) על רשתית העין ששולחים דחפים חשמליים למוח, המפרש אותם בתור 'ראיה'. ניתן לחלק תחום תדרים זה לשבעה צבעים, ואלו הם צבעי הקשת ('התחיל לטפטף וקשת נהדרת הופיעה בשמיים'), כאשר האדום הוא בעל התדר הנמוך ביותר והסגול בעל התדר הגבוה ביותר.

האח הבא הוא קרינה אולטרה סגולה שאותה איננו יכולים לראות (אולטרה סגול פירושו 'מעבר לסגול'), אך היא מסוגלת ליצור אינטראקציה מזיקה עם תאים בעור ("להשתזף"). כעקרון, ככל שהתדירות גבוהה יותר, כך פוטנציאל הנזק של הקרינה לגוף האדם גדול יותר כפי שנראה בהמשך. מאידך, יש לקרינה זו גם הרבה שימושים מועילים כפי שאפשר לקרוא באותו לינק. מסתבר שקרינה אולטרה סגולה נבלעת כמעט לגמרי במעבר דרך זכוכית וסוגים שונים של פלסטיק ולכן חלון המכונית מהווה הגנה טובה מאוד מפניה  ("אבל השמש הייתה חזקה, לכן סגרתי את החלון")

גלי רנטגן או גלי X, האח הבא ברשימה, יכולים לחדור את רקמות הגוף שלנו אך לא את העצמות, ולכן הן מתקבלות בבירור כחלקים בדף הצילום שלא 'נשרפו' על ידי הקרינה (בסיפור: "היא אמרה שהילדה נפלה וצריך לעשות לה רנטגן"). גם טומוגרפיה ממוחשבת (CT) היא טכנולוגיה מופלאה המבוססת על קרינה זו אך במינונים גבוהים בהרבה. ואגב, לא כדאי לעשות אותה בלי סיבה טובה בשל הפוטנציאל המסרטן שלה.

באח הבכור מומלץ שלא להיתקל. קרינת גמא היא האנרגטית ביותר ולכן המסוכנת ביותר. קרינה זו נפלטת בתגובות גרעיניות/רדיואקטיביות אך גם מליבות של כוכבים שהטמפרטורה שלהם מגיעה לעשרות מיליארדי מעלות (למשל סופרנובות). בסיפור היא מופיעה כ- 'אמרו שאיראן קרובה להשגת  נשק גרעיני …').

נסיים אם כן, בקטע בו התחלנו, אך הפעם עם הדגשה בכל פעם בו מופיעה קרינה אלקטרומגנטית:

אשתי התקשרה אלי בסלולארי ובקשה שאגיע דחוף הביתה. יצאתי למגרש חנייה נטרלתי את האזעקה, פתחתי את השער החשמלי ונסעתי. ברכב התחברתי לדיבורית ושאלתי את אשתי מה קרה. היא אמרה שהילדה נפלה וצריך לעשות לה רנטגן. החורף כבר כמעט הגיע, אבל השמש הייתה חזקה, לכן סגרתי את החלון (העור שלי די רגיש). שהגעתי, חיממתי לי משהו במיקרו ויצאנו. בחדשות של גלי צה"ל אמרו שאיראן קרובה להשגת  נשק גרעיני ואשתי  אמרה שרק הג'וקים ישרדו התקפה אטומית. למרות הכאב ביד, הילדה שלי הייתה ממש גיבורה: לא בכתה ואפילו לא התלוננה. כשיצאנו מבית  החולים, התחיל לטפטף וקשת נהדרת הופיעה בשמיים.

אך טבעי שאיננו רואים מעל 99% מהקרינה האלקטרומגנטית, אבל העניין הוא ש-  99% מאיתנו אפילו לא מודעים לקיומה! גלים אלקטרומגנטיים הם לא רק דבר יום-יומי ושימושי טכנולוגית, אלא גם פלא עצום, כפי שמסביר הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן בדרכו הכובשת:


באותו עניין:
סימולציה של גלי רדיו,  שיר על הקרינה האלקטרומגנטית
וגם העולם הסמוי מהעין – מתוך סרט של National Geographic (עם תרגום)

הוספת תגובה