אימגו מגזין מאמרים

כתב עת בנושאי תרבות ותוכן

הנרי פואנקרה, ז'ול ורן, והתקרית המביכה: האם כדור הארץ מסתובב?


הנרי פואנקרה היה מדען צרפתי בן המאה ה-19 אשר פרסם כ-500 מאמרים מדעיים וכ-30 ספרים. פואנקרה היה מתמטיקאי דגול ותרם לענפי פיזיקה רבים, כולל לאסטרונומיה. בנוסף הוא עבד במשרד מדידות האורך ועסק בהכנת מפות גיאוגרפיות ובטלגרפיה. כמוכן הוא פרסם כתבים פילוסופים בהם פרש את משנתו הידועה בשם, "קונבנציונליזם".

דיוקן

דיוקן של פואנקרה, תערוכה על מורשת אינשטיין, ביג'ין, סין,2005 . צילום: גלינה גרנק.

פואנקרה היה מוטרד מהבעיה הבאה: נניח את עקרון היחסות לפיו חוקי הטבע הם זהים עבור צופה נייח ועבור צופה הנישא בתנועת העתק קווית ואחידה, כך שאין לנו ולא יכולה להיות לנו כל דרך לדעת האם או האם לא אנו נישאים בתנועה כזו. פואנקרה שאל, מדוע עקרון היחסות תקף רק לתנועה אחידה וקווית? עליו להיות תקף באותו האופן עבור תנועה מואצת, או לפחות עבור תנועת סיבוב אחידה, כגון סיבוב כדור הארץ.באחד מכתביו הראשונים, בספרו מדע והיפותזה מ-1902, פואנקרה הגה את הפתרון הבא לבעיה:

פלנטה מכוסה בעננים.

אילו השמיים של פלנטה מסוימת תמיד היו מכוסים בעננים, כך שאף פעם לא היינו יכולים לראות כוכבים אחרים, היינו עדיין יכולים להגיע למסקנה שכדור הארץ מסתובב. למשל, היינו יכולים לבצע את הניסוי עם מטוטלת פוקו. אולם, אז היינו יכולים לומר: אם אנו אומרים שכדור הארץ מסתובב, עליו להסתובב סביב משהו. כך היינו יכולים להניח שהוא מסתובב סביב המרחב המוחלט. בהנחה שלא קיים אכן מרחב מוחלט ולא קיימות תנועות מוחלטות, עלינו להסיק ששתי הקונבנציות "כדור הארץ מסתובב" ו"כדור הארץ אינו מסתובב" הן שקולות לוגית ואמפירית. בצורה זו מדברים רק על תנועות יחסיות, כאשר אנו בוחרים בקונבנציה אחת מבין אלה משיקולי נוחות, ולא בגלל שהיא משקפת מציאות כלשהי.נבחן את הקונבנציה לפיה כדור הארץ (או הפלנטה) הוא במנוחה ולא נע. המדענים הדמיוניים המאכלסים את הפלנטה מכוסת העננים יגלו למשל, שחוקי המכניקה לא יראו סימטריה אפילו שהחלל נחשב לסימטרי לגמרי. הם יוכלו להבחין בין ימין לשמאל כאשר הם צופים ברוחות ציקלון למשל. הציקלונים תמיד יפנו לאותו הכיוון, בעוד שאם הפלנטה היא במנוחה ולא נעה, הציקלונים אמורים לפנות לכל כיוון מסיבות של סימטריה. עתה נבחן את הקונבנציה לפיה כדור הארץ מסתובב. כל האפקטים האינרציאליים והציקלונים מוסברים מאוד בפשטות. לפיכך, הקונבנציה הזו היא נוחה יותר למדע.

סופת ציקלון מתקרבת לחוף המערבי של אוסטרליה

ואז פואנקרה כתב את הקטע הבא בניסיונו לסלק מהפיזיקה את המרחב והתנועה המוחלטים, קטע שעורר סערה בפריס של תחילת המאה ה-20:"קביעה זו: 'כדור הארץ מסתובב', היא חסרת משמעות, כי שום ניסוי לא מאפשר את אימותה; כי ניסוי כזה, לא רק שלא יכול להתממש, או להיות נחלם על ידי הז'ול ורן הנועז ביותר, אלא הוא לא יכול להיות נתפש ללא סתירה; או במקום לשתי קביעות אלה: 'כדור הארץ מסתובב' וזה נוח יותר להניח שכדור הארץ מסתובב' יש מובן אחד ויחיד; אין שום דבר נוסף באחת מאשר באחרת."נשאלת השאלה, האם "הז'ול ורן הנועז ביותר" יכול היה לסייע לפואנקרה להוציא את השדים של המרחב והתנועה המוחלטים? הספרים של ז'ול ורן כתובים כאילו היו יומני מסע והרפתקאות היסטוריים ולא בדיה. ז'ול ורן נהג לשים תאריך ומיקום מדויק כדי להוסיף אמינות להרפתקאותיו: הוא ערבב עובדות היסטוריות וגיאוגרפיות עם בדיה. הוא תאר בספריו חקירות גיאוגרפיות קודמות והסברים של גילויים מדעיים וטכנולוגיים. ז'ול ורן כמעט ולא כתב פנטזיות. הוא התאים חידושים מדעיים וטכנולוגיים לסיפוריו הנועזים.

ז'ול

ז'ול ורן

פואנקרה בחר בז'ול ורן שהציג ביצירותיו מכונות כמו כדורים פורחים וקליעים שנשלחו לירח, שהם בסופו של דבר בלתי אפשריים מבחינה מדעית וטכנולוגית, אבל למרות זאת תיאורם הוא ריאליסטי ביותר והמסעות עמם נועזים ביותר. גם כל ניסוי לאימות סיבוב כדור הארץ לא יכול היה להתממש מבחינה מדעית, למרות שהוא יראה ריאליסטי ביותר.

צילום של מהדורה מוקדמת של ספרו של ז'ול ורן.

דבריו של פואנקרה מ-1902 עוררו סערה. הקהל שקרא את דבריו של פואנקרה הקנה להם מובן ריאליסטי-פשטני.

באותה השנה בה הופיע ספרו של פואנקרה מ-1902, צרפת הייתה עדה לשיא התנועות האנטי דתיות. כתגובה לכך, העיתונאים הדתיים הריאקציונרים ציפו בקוצר רוח להזדמנות שתינתן להם כדי לנגוח בתנועות האנטי דתיות. ספרו של פואנקרה סיפק להם הזדמנות זו. ראוי לציין שפואנקרה היה ידוע כשופר המדע ונביאו. קראו לפואנקרה רבות בתחילת המאה ה-20 כדי לתאר את מצב המדע העכשווי ולדבר על עתיד המדע. פואנקרה היה בעל פרסום כלל עולמי כסמכות המדעית, וכמייצג את דרך החשיבה המדעית הרשמית של אותה התקופה. לפיכך, אם מפרשים את דבריו של פואנקרה מ-1902 באופן מילולי ריאליסטי, ניתן להופכם כך שמתוכם יובן כאילו פואנקרה לא היה בטוח עדיין האם כדור הארץ באמת מסתובב. מכאן, שאולי האינקביזיציה צדקה בכך שהאשימה את גלילאו בתומכו בהשערה שהמדע עדיין לא אישר, ויתרה מכך – מתוך דבריו של פואנקרה – ניכר כי המדע גם לא יכול לאשר.

חליפת צלילה מ-1882.

מיותר לומר, שפירוש זה אומץ בהתלהבות על ידי העיתונאים הריאקציונרים הדתיים, והם אף תחקרו מדענים לגבי האם זה נכון שכדור הארץ אכן לא מסתובב, וגלילאו לכן טעה. כך קרה ששמו של פואנקרה, כסמכות הגדולה במדע, שירת אינטרסים צרים של עיתונאים ריאקציונרים בצרפת בכדי להדגים לקהל הרחב את מה שהם כבר חשדו מקריאת ספרו מ-1902 של פואנקרה: פואנקרה עתה היה המסייע של האינקביזיטור הגדול, ומעשית רמז שגלילאו הואשם בצדק.אלברט אינשטיין אחרי פואנקרה עסק בסוגיה של סיבוב כדור הארץ, או ביתר כלליות, סוגית התנועה המוחלטת והמרחב המוחלט. על ידי הצעת עקרון השקילות אינשטיין פתר את הבעיה של פואנקרה. אם כי הוא לא הצליח לסלק לגמרי את התנועות המוחלטות מהפיזיקה. גלילאו גילה בתחילת 1600 שכל עוד התנגדות האוויר אינה נלקחת בחשבון, כל העצמים נופלים באותה מידה – או: אותו שדה כבידתי נותן לכל העצמים את אותה התאוצה. עקרון גלילאו בתורת ניוטון דורש שהמסה האינרציאלית תהיה שווה למסה הכבידתית. אינשטיין הבין שיחידות הנפילה החופשית והשוויון בין המסה האינרציאלית לכבידתית יכולים להיות מנוצלים כדי להרחיב את עקרון היחסות מתנועה אחידה לתנועה מואצת: צופה מואץ יכול לטעון שהוא במנוחה באומרו שהשדה הכבידתי עבורו הוא שונה מהשדה הכבידתי עבור הצופה האינרציאלי.זה הוביל את אינשטיין להציע את עקרון השקילות.בתחילת מאמר היחסות הפרטית מ-1905 אינשטיין הגה את ניסוי המגנט-והמוליך:

ניסוי המגנט והמוליך (לפי ההסבר הטרום יחסותי)

מקרה ראשון: מגנט נע ומוליך במנוחה. המגנט הנע משרה שדה חשמלי במוליך בהתאם להשראות של פארדיי. הכוח החשמלי גורם לאלקטרונים להסתובב בחוט המוליך.

מקרה שני: מגנט במנוחה ומוליך נע. האלקטרונים במוליך נעים בשדה המגנטי. כוח לורנץ שבא מהשדה המגנטי גורם לאלקטרונים להסתובב בחוט המוליך.התוצאה: הזרם בחוט המוליך הוא זהה במקרה הראשון והשני, אבל ההסבר של תורת לורנץ הקלאסית הוא שונה בשני המקרים.המסקנה של אינשטיין ב-1905: השדה החשמלי והשדה המגנטי הם לא ישויות נפרדות; הן חלק מישות אחת, השדה האלקטרומגנטי, שמתפצל לרכיבים חשמלי ומגנטי בצורה שונה עבור צופים שונים. מנקודת המבט של המוליך: לשדה האלקטרומגנטי יש רכיבים מגנטי וחשמלי; מנקודת המבט של המגנט: לשדה האלקטרומגנטי יש רק רכיב מגנטי.ואינשטיין כותב מאוחר יותר:"הרעיון שאנו נצטרך לדון בשני מצבים שהם ביסודם שונים היה בלתי נסבל עבורי... הקיום של השדה החשמלי הוא לכן יחסי, תלוי במערכת הקואורדינאטות שבה משתמשים, ורק לשדה החשמלי והמגנטי יחד ניתן לשייך מציאות אובייקטיבית מסוג כלשהו.ואז הופיעה לי המחשבה השמחה ביותר של חיי בצורה הבאה.

אינשטיין פוגש מדענית ידועה בכנס בפריס, קיץ 2005

בדיוק כפי שהשדה החשמלי יצר את ההשראה האלקטרומגנטית, לשדה הכבידתי יש קיום יחסי. כי, עבור צופה הנופל בחופשיות מגג של בית, שום שדה כבידתי לא קיים בעודו נופל."עקרון השקילות: השדה האינרציאלי והשדה הכבידתי הם לא שתי ישויות נפרדות; הם חלק מישות אחת ויחידה, השדה האינרציו-כבידתי, ושמתפצל לרכיבים אינרציאלי וכבידתי באופן שונה עבור צופים שונים. כלומר, העובדה האמפירית שקרויה עקרון גלילאו: כל הגופים נופלים באותו אופן בשדה כבידתי נתון (או מסה אינרציאלית = מסה כבידתית) מוסברת על ידי עקרון השקילות: המרחב-זמן והכבידה מתוארים על ידי מבנה אחד ואותו אחד.בספרו מ-1938 יחד עם ליאופלד אינפלד, אינשטיין הסביר שבהתאם לתורת היחסות, לגבי שני הגופים, השמש וכדור הארץ, התנועה שאנו צופים בה היא יחסית. ניתן לתארה על ידי זה שנקשר את מערכת הקואורדינאטות או עם כדור הארץ או עם השמש. "מנקודת מבט זו", טוען אינשטיין, "ההישג הגדול של קופרניקוס נעוץ בהעברת מערכת הקואורדינאטות מכדור הארץ לשמש. אך מכיוון שהתנועה היא יחסית וניתן להשתמש בכל מערכת ייחוס, אין כל סיבה נראית לעין להעדפת מערכת קואורדינאטות אחת על פני האחרת". מערכת הקואורדינאטות הקשורה עם השמש דומה יותר למערכת אינרציאלית מאשר זו הקשורה עם כדור הארץ, ולכן יש יתרון בשימוש במערכת קואורדינאטות זו לתיאור תנועת הפלנטות. מסיבה זו, חשב ניוטון שחוקי הפיזיקה צריכים להתישם למערכת הקואורדינאטות של קופרניקוס במקום לזו של פתולמאי. אינשטיין השתמש בעקרון השקילות והסביר:"המאבק כה אלים בימיו המוקדמים של המדע בין ההשקפות של פתולמאי וקופרניקוס אז יהיה חסר משמעות למדי. ניתן להשתמש בכל אחת ממערכות הקואורדינאטות באותה מידת הצדקה. שני המשפטים: "השמש היא במנוחה וכדור הארץ נע" או "השמש נעה וכדור הארץ הוא במנוחה" משמעם פשוט יהיה שתי קונבנציות שונות ביחס לשתי מערכות קואורדינאטות שונות."יש כאן שני מקרים ותוצאה זהה, וזאת בדיוק כמו עם ניסוי המגנט והמוליך.

השמים מסתובבים סביב כדור הארץ.

מרטין גרדנר מסביר זאת בספרו יחסות מוסברת בפשטות: "ברור שהבחירה הפשוטה ביותר היא היקום. יחסית ליקום, אנו אומרים שכדור הארץ מסתובב ושהאינרציה גורמת לקטביו להיות פחוסים. דבר מלבד אי נוחות מונע מאיתנו מלבחור בכדור הארץ כבמערכת יחוס קבועה. במקרה אחרון זה אנו אומרים שהיקום מסתובב סביב כדור הארץ, ביוצרו שדה כבידתי שפועל על קו המשווה. שוב, לשדה זה אין את אותו מבנה מתמטי כמו לשדה הכבידתי סביב פלנטה, אך למרות זאת ניתן לקרוא לו שדה כבידתי אמיתי. אם אנו בוחרים לגרום לכדור הארץ להיות מערכת ייחוס קבועה שלנו, אנו אפילו לא מפרים את הדיבור היום יומי שלנו. אנו אומרים שהשמש זורחת בבוקר, ושוקעת בערב, הדובה הגדולה מסתובבת סביב כוכב הצפון. איזו נקודת מבט היא ה'נכונה'? האם השמים מסתובבים או האם כדור הארץ מסתובב? השאלה היא חסרת משמעות.מלצרית יכולה בדיוק באותה מידה מורגשת לשאול את הלקוח האם ברצונו גלידה מעל העוגה שלו או שמא עוגה מתחת לגלידה."

גלידה מעל העוגה או עוגה מעל הגלידה?

בתיאבון!!

ד"ר גלינה גרנק.

מקורות:

einstein, a. and leopold i. (1938) the evolution of physics (new-york: simon and schuster), 1961.fölsing, a. (1997) albert einstein (new york: penguin).galison, p. l. (2003) einstein’s clocks, poincaré's maps empire of time (new york: w. w. norton & co).gardner, m. (1997) relativity simply explained (new york: dover).mawhin, jean (1995) "la terre tourne-t-elle?", ciel et terre,111,3.miller, a. i. (2001) einstein picasso space, time and the beauty that causes havoc (new york: basic books).pais, a. (1982) subtle is the lord. the science and life of albert einstein (oxford: oxford university press).poincaré, h. (1902) la science et l'hypothése. paris: flammarion; revised edition 1968; translated to english by w.j.g., science and hypothesis (new york: the walter scott publishing co), feb 1905 (new-york: dover), 1952; 2nd edition, 1968 is based on the one edited by gustave le bon,1917.poincaré, h. (1905) la valeur de la science. paris: flammarion; revised edition 1970; translated to english by f. maitland, the value of science (new-york: dover).

תגובות

התמונה של אביגיל אגלרוב

בעוד מאה שנה יקבעו שערוריות חדשות

המדע כבר לא ידע מה אפשר עוד להמציא.

יש טקסט אחר

הוסף תגובה חדשה

CAPTCHA

משהו קטן לוודא שאינך רובוט. משתמשים רשומים מדלגים

ענה לשאלה / השלם את החסר

הנצפים ביותר

מאמרים נוספים מאת גלינה גרנק