ראשי > ניסויים וטעייות > הניסוי המוזר של פיקטה – על חלקיקי חושך וחלקיקי קור

הניסוי המוזר של פיקטה – על חלקיקי חושך וחלקיקי קור

מהי חשכה? חוסר באור.

איך אתם יודעים שחושך זה חוסר של משהו אחר ולא הוא עצמו? איך אתם יודעים שיש חלקיקי אור אבל אין חלקיקי חושך?

היכנסו לחדר חשוך לחלוטין והדליקו פנס. מה שתיראו באופן ברור הוא שהפנס מקרין אור לכיוון מוגדר בצורת קונוס, דומה במקצת להשפרצת מים מצינור. כעת היכנסו לחדר מואר היטב. האם תוכלו להקרין חושך? ודאי שלא, מכיוון שחושך הוא לא מוחשי אלא רק חוסר של אור ולכן לא ניתן להשפריץ זרם של חשכה.

***

מהו קור? חוסר בחום.

איך אתם יודעים שקור זה חוסר של משהו אחר ולא הוא עצמו? איך אתם יודעים שיש 'חלקיקי' חום אבל אין 'חלקיקי' קור?

האם ניתן להקרין חום? ודאי, זה מה שנקרא 'קרינת חום', סוג של קרינה אלקטרומגנטית שנפלטת מכל גוף בעל טמפרטורה מעל האפס המוחלט. גופים בטמפרטורת החדר קורנים בטווח תדרים אינפרא-אדום.

האם ניתן להקרין קור?

"ודאי שלא!", היתה בטח תשובתכם.

אז בואו ותשמעו סיפור.

Dividing_Light_from_Darkness
תמונה 1: "וַיַּבְדֵּל אֱלֹהִים, בֵּין הָאוֹר וּבֵין הַחֹשֶׁךְ." פְרֶסְקוֹ של מיכלאנג'לו מתוך הקפלה הסיסטינית בותיקן. המקור לתמונה: ויקיפדיה.

***

השאלה "מהו קור?" עדיין לא הוכרעה אפילו לקראת סוף המאה ה-18. רבים נטו לחשוב שקור היא תופעה נפרדת מחום. יש לזכור שבתקופה הזאת התיאוריה השלטת היא תיאורית הקלוריק. בתיאוריה זאת החום מורכב מנוזל שנקרא קלוריק שזורם מגופים חמים לגופים קרים. הנוזל דוחה את עצמו ונוטה להתפשט. בין אמצע לסוף המאה ה-19 הוחלפה תיאורית הקלוריק בתיאוריה בה אנחנו משתמשים היום והיא התיאוריה הקינטית, אבל אין לזלזל בתיאורית הקלוריק. היא הסבירה בהצלחה תופעות רבות כגון קירור של כוס משקה חם בטמפרטורת החדר, התפשטות של אוויר תחת חימום וקרינה של חום. בנוסף, כאשר פיתח קרנו את תיאורית מנועי החום שלו הוא עשה זאת מנקודת מבט של קלוריק. התיאוריה של קרנו היא האבטיפוס שממנו נולדה התרמודינמיקה.

מארק-אוגוסט פיקטה (Pictet) היה פיזיקאי ומדינאי מז'נבה, שוויץ (1752-1825). באחד מניסוייו העמיד פיקטה שתי מראות קעורות אחת מול השניה והציב תרמומטר (מדחום) רגיש בנקודת המוקד של אחת המראות, הנקודה אליה מתרכזות הקרניים הפוגעות במראה. במוקד של המראה השניה הוא הציב גוף חם אבל כזה שאינו מאיר (ראו איור 2). התרמומטר הגיב מיד וקריאתו עלתה. אפילו כשהציב פיקטה את המראות במרחק של כ-20 מטרים אחת מהשניה עדיין הבחין בתגובה מיידית של התרמומטר. מכך הסיק פיקטה שיש כאן הקרנה של חום בצורה מהירה, בדומה לאור, ולא העברת חום דרך האוויר.

Pictet experiment 1
איור 2: הניסוי הראשון של פיקטה. הנחת חפץ חם במוקד של עדשה אחת גורם לעליה בקריאת התרמומטר במוקד מראה שניה.

התוצאה היתה מדהימה אם לוקחים בחשבון שקרינת חום היתה מושג חדש מאוד באותה תקופה. גילוי השפעות החימום של קרינה אינפרא-אדומה פורסמה על ידי ויליאם הרשל רק בשנת 1800. אבל זאת רק ההתחלה. פיקטה שוחח עם אחד הפרופסורים למתמטיקה באקדמיה בה עבד והציג לו את הניסוי. המתמטיקאי שאל אותו האם הוא מאמין שאפשר לגרום לקור להשתקף במראה. פיקטה ענה לו שלא כי קור הוא רק חוסר בחום. ידידו המתמטיקאי, הנהן בהבנה אבל ביקש ממנו לנסות בכל זאת ועזר לו בביצוע הניסוי.

פיקטה הניח כלי מלא בשלג במוקד אחת המראות והקריאה בתרמומטר בצד השני ירדה מיד כאילו השלג הקרין קרני קור שהוחזרו ומוקדו (ראו איור 3). כאשר הוא גרם לשלג להיות קר יותר על ידי הוספה של חומצה חנקתית, קריאת הטמפרטורה בתרמומטר ירדה עוד. אבל איך זה יכול להיות? האם גוף חשוך יכול להקרין חושך כדי להאפיל על נקודה מוארת?

Pictet experiment 2
איור 3: הניסוי השני של פיקטה. הנחת חפץ קר במוקד של עדשה אחת גורם לירידה בקריאת התרמומטר במוקד מראה שניה. האם הקור הוקרן?

ההסבר של פיקטה לתוצאה המוזרה היה די ישיר ודי צפוי. הוא טען שמה שהוא מדד זה מעבר של חום מהתרמומטר במוקד מראה אחת לשלג במוקד המראה השניה. כך התרמומטר מאבד חום ולכן הטמפרטורה שלו יורדת.

הבעיה עם ההסבר הזה היא שאדם בעל תמונת עולם הפוכה היה מסוגל להשתמש בתוצאות בדיוק באותה צורה כדי לטעון בדיוק את הטענה ההפוכה: "חום לא באמת קיים, הוא בסך הכל חוסר בקור, אם כי יש תופעות שיגרמו לטעות ולחשוב אחרת. כאשר אנחנו חוזים בחפץ חם הגורם לחימום חפץ קר יותר דרך קרינה, מה שבאמת קורה הוא שהחפץ הקר קורן קור לחפץ החם ולכן מתקרר".

***

אז האם ניתן להקרין קור או לא?

אין ביכולתו של ניסוי זה ושל תיאורית הקלוריק, על כל כוחה ותרומתה, להכריע בסוגיה זאת. לשם כך יש צורך בתשתית תיאורטית חדשה שהגיעה לבשלות רק לקראת סוף המאה ה-19.

——————————————

תיאור הניסוי לקוח מהספר:

"Inventing temperature" by Hasok Chang

לקריאה נוספת:

שני מאמרים למיטיבי לכת (סגורים מאחורי חומת תשלום גבוהה, צריך מנוי של אוניברסיטה)

"Pictet’s experiment: The apparent radiation and reflection of cold" by James Evans and Brian Popp

"Rumford and the Reflection of Radiant Cold: Historical Reflections and Metaphysical Reflexes" by Hasok Chang

מודעות פרסומת
  1. נדב
    22/11/2014 ב- 5:24 pm

    וההסבר במסגרת התיאוריה המודרנית על חום הוא שהגוף הקר כביכול "הטיל צל" בכך שלא הגיעה מהאיזור שלו קרינת חום וזה גרם לירידה בטמפרטורה?

    • 22/11/2014 ב- 10:33 pm

      אני חושב שההסבר המקורי של פיקטה לא רע, אבל אני לא מוכן להתחייב על זה. במאמר הראשון שקישרתי אליו בסוף הרשימה, אוונס ופופ משחזרים את הניסוי וגם נותנים לו הסבר במונחים מודרניים. אמנם המאמר חסום, אבל ניתן למצוא ברשת גרסאות פתוחות שלו על ידי הקשת שמו בגוגל.

  2. 26/11/2014 ב- 4:36 pm

    חייב להודות שבהיעדר השכלה לא היה עולה על דעתי שאור, חושך, חום, וקור הם שטף של חלקיקים או שהם נישאים ע"ג חלקיקים… בפרט לא אור. אבל מאוד טבעי ואינטואיטיבי בעיני לסבור שחושך הוא היעדר אור (מה שזה לא יהיה) וקור הוא היעדר חום (מה שזה לא יהיה).

    • 26/11/2014 ב- 10:36 pm

      מסכים.
      אבל רק לגבי האחרון, למה אינטואיטיבי לחשוב שקור הוא היעדר של חום ולא להפך? לדעתי זה נובע מהתרבות שבה גדלנו ומידע מוקדם. לא מן הנמנע שאם היינו נולדים 200 שנים קודם לכן היינו חושבים הפוך.

      • 27/11/2014 ב- 10:07 am

        ביושבנו סביב המדורה חם לנו ונעים וברור לנו שהחום נובע מהאש. בהתרחקנו מהמדורה, דועכת השפעתה ואנו חשים בקור… לכן טבעי לדעתי לסבור שקור הוא היעדר חום או היחלשות השפעתו של מקור החום.

  3. נדב (אבל אחר)
    19/05/2015 ב- 8:48 am

    תגובה מאוחרת…
    אפשר לחשוב גם על חלקיקי חושך, ע"י היפוך מלא של התיאוריות. הכל מלא בחלקיקי חושך, ומקורות "אור" למעשה שואבים אותם.
    http://lindberglce.com/tech/darkons.htm

    • 19/05/2015 ב- 7:19 pm

      כך לא נראה מאמר מדעי בלשון המעטה.
      לא הצלחתי להחליט עדיין אם זאת מהתלה או שזה נכתב ברצינות. שאפו לכותב.

  4. נדב (אבל אחר)
    20/05/2015 ב- 8:45 am

    ברור שזו מהתלה…
    אבל מוצלחת, לא?

  1. No trackbacks yet.

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

תמונת גוגל פלוס

אתה מגיב באמצעות חשבון Google+ שלך. לצאת מהמערכת / לשנות )

מתחבר ל-%s

%d בלוגרים אהבו את זה: