Archive

Archive for נובמבר, 2013

אף פעם לא מזיק איינשטיין בכותרת: על פרסום בספרות המדעית

בין כל המאמרים שהתפרסמו במהלך שנת 1905 בכתב העת המדעי החשוב של התקופה בתחום הפיזיקה Annalen der Physik נכללו גם ארבעה מאמרים מאוד מיוחדים. ברבות הימים הסתבר שכל אחד מהמאמרים האלה היה בעל חשיבות רבה בהתפתחות הפיזיקה המודרנית. את כל ארבעת המאמרים פורצי הדרך האלה שלח לפרסום אדם אחד, לא חשוב במיוחד באותה תקופה, בשם אלברט איינשטיין שהיה אז עובד במשרד הפטנטים בברן, שוויץ.

אחד המאמרים עסק באפקט הפוטואלקטרי, ביסס את רעיון האנרגיה בפיסות לא רציפות והיווה אבן דרך בהתפתחות תורת הקוונטים. שני עסק בתנועה בראונית שהיא תנועה אקראית של חלקיקים שנמצאים בתוך מדיום נוזלי. מאמר זה עזר לבסס את הרעיון של אטומים שהיה אז עדיין שנוי במחלוקת. מאמר שלישי היה בנושא יחסות פרטית שהוא הנושא שהכי מזוהה עם איינשטיין מלבד הנושא של המאמר הרביעי: השקילות בין מסה לאנרגיה, קרי E=mc2.

זה אמנם לא קרה מיד אבל מאמרים אלה זיכו את איינשטיין תוך מספר שנים בהכרה כאיש מדע מוביל. בזכותם הוא התקבל לעבודה באוניברסיטה ומשם הקריירה שלו נסקה. בין 1907 ל-1915 הוא פיתח את תיאורית היחסות הכללית, וב-1921 קיבל איינשטיין את פרס הנובל לפיזיקה על הסברו לאפקט הפוטואלקטרי. במשך חייו פרסם איינשטיין עשרות רבות של מאמרים ומחקריו הניבו תרומות משמעותיות במספר רב של תחומים בפיזיקה.

Albert_Einstein_(Nobel)

תמונה 1: התמונה הרשמית של אלברט איינשטיין מהזכיה בפרס הנובל ב-1921. המקור לתמונה: האתר הרשמי של פרס הנובל, דרך ויקיפדיה.

***

המטרה של פרסום מחקרים בכתבי עת מדעיים היא להפיץ את התוצאות החדשות לקהילה המדעית בצורה היעילה, המהירה והברורה ביותר. המדע המודרני פורח ומתקדם בזכות שיתוף הידע. המאמר משמש גם כתיעוד להצלחתו והישגיו של החוקר, וישמש גם לגיוס כספים למחקרים עתידיים. גושפנקא נוספת לאיכותו המדעית של המחקר היא היותו 'מבוקר עמיתים' (peer review).

כאשר חוקר מחליט שיש בידיו תוצאות מעניינות שהוא רוצה לחלוק עם הקהילה הוא כותב מאמר מדעי בפורמט טכני נוקשה ושולח אותו לכתב עת מדעי המתאים לנושא ולרמת חשיבותה של התגלית. בשלב הראשון עורך מטעם העיתון מחליט האם המאמר מתאים לעיתון ואם כן הוא מאתר מומחים מהתחום שיסכימו לשפוט את המאמר. תפקיד השופטים לוודא שרמת המחקר והמסקנות עומדות בסטנדרטים של הקהילה המדעית בתחום. השופטים מנסים בדרך כלל לאתר טעויות גסות, לוודא שבוצעו ניסויי ביקורת מתאימים, שהתצוגה נאותה ושהפרשנות נתמכת על ידי התוצאות ואינה מורכבת רק מדעות אישיות לא מבוססות. יש לציין שהליך ביקורת העמיתים אינו מיועד לאתר מקרי רמאות מכוונים, ויש מספר דוגמאות של חוקרים שבדו תוצאות של ניסויים והצליחו להביא אותם לפרסום.

בתוך הקהילה המדעית ישנה ביקורת על תהליך הביקורת. השיפוט הוא בדרך כלל אנונימי, מה שיכול להוביל למצב לא הוגן שבו מאמר נדחה על ידי חוקר מתחרה שגויס כשופט. כמו כן התהליך מעכב מאוד את הפרסום וההפצה של ידע חדש. דאגה נוספת היא שהשופטים מחויבים לשמר את הסטנדרטים המקובלים בתחומם ולכן עלולים לחסום לחלוטין גילויים חדשים ומעניינים שעדיין נמצאים מחוץ לפרדיגמה המקובלת. עם זאת לא השתכנעתי מהדרכים החלופיות שהוצעו לתהליך עד היום.

ברצוני לגעת בקצרה בעוד שתי בעיות מהותיות הקשורות לפרסום בכתבי עת מדעיים. הראשונה היא שרבים מהעיתונים הם עסק כלכלי. כתבי העת אינם גובים תשלום מהחוקרים עבור הפרסום, אך נוטלים מהם את זכויות היוצרים על התוכן. הם גם אינם משלמים עבור השיפוט. המאמרים זמינים לקריאה רק עבור מי שמשלם לעיתון או עובד במוסד שמשלם כמו אוניברסיטה. כלומר חברות מסחריות קונות את הידע המדעי, חוסמות את הגישה אליו ומוכרות אותו בכסף רב.

לתשלום

תמונה 2: רוצים לקרוא? שלמו! המקור לתמונה: צילומסך שלי.

בשנת 2000 בעקבות ניסיון כושל לחרם על העיתונים החליטו שניים מהיוזמים להקים מערך פרסום מדעי ללא מטרות רווח, וכך נולד המיזם Public Library of Science או בקיצור PLoS. הם התחילו עם תרומה כספית גדולה, אך כיום הם מקיימים את עצמם ללא מימון חיצוני. המודל כולל תשלום של החוקרים עבור הפרסום (כ-1350 דולר) ועזרה לכאלה שמתקשים לעמוד במחיר. כיום גם עיתונים אחרים מאפשרים פרסום במודל הזה, ויש גם כאלה שפותחים את הגישה לכולם לאחר כמה חודשים. לדעתי זה אינו פתרון אידיאלי מכיוון שהדילמה היא עדיין בין 1350 דולר לאפס, והפיתוי גדול, מה גם שכולם רוצים לפרסם בעיתונים הגדולים והותיקים בגלל היוקרה. אבל זה בהחלט צעד חשוב בכיוון נכון.

הבעיה השניה שרציתי לגעת בה היא עצם הצורך לפרסם, והרבה. האמרה הידועה באקדמיה הוא publish or perish. מי שלא מפרסם לא מקודם ועלול גם לאבד את מקום עבודתו. ביחד עם העלייה בכמות החוקרים ובכמות העיתונים בעולם המצב הוא שכמות עצומה של מאמרים מתפרסמים בכל שנה. רובם חסרי חשיבות ויבלעו בים המאמרים וישכחו. ישנם מקרים בהם בוחרים חוקרים לפרסם תוצאות 'חצי-אפויות' כדי להראות התקדמות ולא לחכות עוד כמה שנים כדי לבסס את המחקר. אין איש שעוסק במחקר מדעי ולא התלבט בדילמות מסוג זה, גם אני.

משפט יציאה: מצד אחד השיטה הנוכחית, לדעתי, אינה טובה ומכבידה על המחקר המדעי. מצד שני אין לי פתרון אחר ובכל מקרה נראה שעולם המדע מתקדם במרץ, אז למה לתקן משהו שעובד? אשמח לשמוע את דעתכם בנושא.

————————————————–

להרחבה:

פרק רלוונטי ומעניין בפודקאסט rationally speaking בנושא ביקורת עמיתים.

אינפוגרפיקה מעניינת מבית היוצר של XKCD. הקישור הגיע אלי דרך התוכנית האחרונה של הפודקאסט 'ספק סביר' בה יש אייטם על כתבי עת מדעיים פתוחים.

הלו, זה רדיו? כן, אבל בואו נדבר על זה

רדיו היא מילה מעט מבלבלת. למה אנחנו מתכוונים כשאנחנו אומרים רדיו?

כאשר אני מאזין לרדיו, אני שומע צלילים שבוקעים ממכשיר שנקרא רדיו שהוא בעצם מקלט לשידורי רדיו המגיעים מתחנה המשדרת בתדרים הנקראים תדרי רדיו. למעשה כיום תחנות רדיו המשדרות אך ורק באינטרנט גם נקראות רדיו למרות שאינן משדרות בתדרי רדיו. ולהפך, מכשירים סלולריים, מכשירי קשר וטלוויזיה משדרים וקולטים בתדרי רדיו למרות שאינם נקראים רדיו. אז על מה מדובר? על רדיו כמובן. אוקיי, עשר פעמים בפסקה, אפשר להתחיל.

Truetone-Radio

תמונה 1: מקלט רדיו ישן מסביבת שנות ה-40. המקור לתמונה: ויקיפדיה, לשם הועלתה על ידי המשתמש Raul654.

אז נתחיל מההתחלה. תקשורת ושידורי רדיו נישאים על גלי רדיו שהם בעצם סוג של קרינה אלקטרומגנטית (א"מ). קרינה זאת נפלטת ממטענים חשמליים (אלקטרונים, יונים וכדומה) ומורכבת משילוב של שדות חשמליים ומגנטיים המשתנים בזמן ובמרחב בצורת גלים. סוגים שונים של קרינה א"מ נבדלים באורך הגלים כלומר בתדירות השינוי שלהם. מאפיין זה קשור באופן ישיר גם לאנרגיה שנושאת הקרינה. קרינה בעלת אורך גל קצר מאופיינת באנרגיה גבוהה ולכן עלולה לגרום נזק לחומרים וגם לגוף האדם, למשל קרינת UV מהשמש וקרינת X בצילום רנטגן. לעומת זאת, קרינה בעלת אורך גל ארוך מאופיינת באנרגיה נמוכה ('קרינה לא-מייננת') ואנחנו חיים בתוכה כל הזמן, למשל אור נראה וגלי רדיו. האור הנראה הוא בעצם קרינה א"מ בתחום אורכי גל של 400-700 ננומטר ותחום גלי הרדיו נע בערך בין מטר לקילומטר.

EM spectrum

איור 2: הספקטרום האלקטרומגנטי לפי אורך גל ותדירות כולל דוגמאות להמחשת האורך. המקור לאיור: ויקיפדיה, לשם הועלה על ידי המשתמש Inductiveload.

השימוש בגלי רדיו למטרות תקשורת לא נולד ביום אחד. בין ההבנה של גלים אלקטרומגנטיים מתוך משוואות מקסוול דרך ניסוייו של היינריך הרץ (Hertz) שהראו שידור וקליטה של גלי רדיו ועד למערכת תקשורת הרדיו של גוליילמו מרקוני (Marconi) עברו כ-30 שנים שבהן עבדו ותרמו להתקדמות לא מעט אנשים. כמו כן נדרשו כמה התפתחויות טכנולוגיות כדי לאפשר את פיתוח מערכות הרדיו. מרקוני היה הראשון שהצליח לבנות מערכת שיכלה לשדר מידע לטווחים ארוכים והיה גם בעל חושים עסקיים חדים והצליח להרוויח מזה כסף. במשך השנים היו פיתוחים טכנולוגיים נוספים גם ברמת הרכיבים וגם בשיטות השידור, אך הרעיון הבסיסי של שידור AM למשל פותח כבר בעשור הראשון של המאה ה-20 ועדיין נמצא בשימוש.

אז איך יוצרים גלי רדיו? המקור של שדות חשמליים הוא במטענים חשמליים והמקור של שדות מגנטיים הוא בזרם חשמלי שהוא מטענים חשמליים בתנועה. כמו כן, שדה מגנטי משתנה בזמן מעורר שדה חשמלי. ניתן לייצר שדות חשמליים ומגנטיים משתנים בזמן על ידי הזרמת זרם חשמלי משתנה על גבי אנטנה מוליכה, כלומר הזרם מחליף את כיוונו על גבי האנטנה בתדירות מסוימת. בעזרת שימוש נכון באנטנה נוכל לייצר שדות שיקרנו הרחק ממנה כגלים אלקטרומגנטיים.

antenna for an AM radio station transmitter

תמונה 3: אנטנת שידור של תחנת רדיו AM בצפון קרוליינה, ארה"ב. המקור לתמונה: ויקיפדיה, לשם הועלתה על ידי המשתמש Ildar Sagdejev.

איך טומנים מידע בגלי הרדיו? השיטה מכונה 'אִפְנוּן' והרעיון הוא לשנות את אחת התכונות של גל הרדיו בהתאם לגל המידע שאנחנו רוצים לשדר. למשל באפנון AM משנים את האמפליטודה (משרעת) של הגל, כלומר גובה נקודות המקסימום, וב-FM את התדירות. גל הרדיו נקרא 'גל נושא' מכיוון שתפקידו רק לספק תחבורה למידע. שיטת האפנון והגל הנושא מאפשרת לנו לשדר במספר רב של תדרים במקביל. כיוון החוגה במקלט הרדיו ידאג שרק הערוץ שמעניין אותנו ייקלט. גל המידע הוא אות חשמלי המגיע למשל מהמיקרופון בתחנת השידור.

הדרך הפשוטה ביותר להדגים את רעיון האפנון היא להסביר את השיטה שמכונה AM. נניח שרוצים לשדר תו מוזיקלי אחד, כלומר גל סינוס. ראשית יש ליצור גל רדיו בתדר הנושא שבו אנחנו מעוניינים. גובה כל נקודות המקסימום בגל הנושא זהה לפני האפנון. כעת נבצע פעולה שפחות או יותר שקולה להכפלת שני האותות, גל הרדיו וגל המידע. כתוצאה, בנקודות המקסימום של גל המידע עוצמת הגל המאופנן תהיה גבוהה ובנקודות אחרות נמוכה יותר בהתאם לעוצמת גל המידע (ראו איור 4). כהערת אגב זכרו שתדירות הגל הנושא גבוהה הרבה יותר מתדירות גל המידע. תחום התדרים שאנחנו שומעים הוא בערך מ-20 עד 15,000 הרץ (תלוי בגיל), ותדירות הרדיו כאמור גבוהה מ-30 אלף הרץ. לאחר ההכפלה מתקבלת סוג של מעטפת לגל הנושא שהיא בעצם המידע שאנחנו משדרים.

אפנון אמפליטודה
איור 4: אפנון אמפליטודה (AM). בכחול הגל הנושא בתדר רדיו ובאדום המעטפת שמכילה את גל המידע שהוא בדוגמה זאת גל סינוס. המקור לאיור: ויקיפדיה, לשם הועלה על ידי המשתמש The.ever.kid.

כדי לקלוט את התשדורת יש להשתמש במקלט מתאים שמבצע פעולה הפוכה לשידור. השדות המגיעים מהמשדר יגרמו לזרמים מחזוריים להיווצר על גבי האנטנה והם יוגברו בעזרת מעגלים חשמליים מתאימים. מעגלים חשמליים אחרים יסננו כל מה שאינו מתאים לתדירות הגל הנושא שנקבע על ידי המשתמש בעזרת חוגת התדר. כעת יש לבצע פעולה הפוכה לפעולת האפנון. במקרה של AM זה די פשוט. אנחנו צריכים מעגל חשמלי שישחזר רק את המעטפת ללא התנודות של הגל הנושא. ניתן לקבל זאת בעזרת דיודה שמיישרת את האות ובעזרת קבל עם זמן פריקה ארוך (בעזרת נגד מתאים). הקבל אוגר את המתח המקסימלי של האות אך אינו מספיק להיפרק ולכן המתח עליו נקבע רק על ידי נקודות המקסימום, כלומר המעטפת. משם הדרך לרמקול ולאוזן שלנו פתוחה.

***

למרות שבילדותי הייתי חוזר הביתה במיוחד כדי לשמוע את תסכיתי 'הרוח בערבי הנחל', כיום אני מאזין לרדיו רק בפורמט פודקאסטים ודרך האינטרנט. אבל זה רק אני. רבים וטובים עדיין מאזינים לו, אם בנהיגה, בזמן הספונג'ה או סתם כך. ובל נשכח, אמרתם סלולרי אמרתם רדיו, כלומר שידורי רדיו עוד לא אמרו את המילה האחרונה.

:קטגוריותכללי תגיות: , , ,