אימגו מגזין מאמרים

כתב עת בנושאי תרבות ותוכן

על האסתטיקה במדעי הטבע - חלק א


התמונה של נח שמיר

מבוא (עוד על היופי ותפישתו)

במאמרי הקודם "תמונות מיקרוסקופיה אלקטרונית בעיני ילדים" התייחסתי למושג היופי ואיך הוא נתפש על ידינו. טענתי שתפישת היופי מוטבעת בנו גנטית. בתגובתו למאמר כתב אבשלום אליצור את הדברים הבאים: "אני חושב שיש קריטריונים ביולוגיים ברורים ליופי שלמרות התהום האבולוציונית העצומה הפעורה בינינו לבין אורגניזמים אחרים, אנחנו חולקים אותם עם שאר החיות. הדג הטרופי או הפרפר הוא יפהפה בעינינו, ובאותה עת הוא מרשים מאוד את הנקבה בת אותו מין או מאיים על הזכר האחר. כמוהו, השחרור ששר לי כל בוקר וערב מול המרפסת, משמיע מלודיה שגם האוזן האנושית מרגישה בה מקוריות מוסיקלית - וגם הציפורים האחרות. הכלל הוא זה: יופי מצריך גם סדר, כלומר אותות ויזואליים, קוליים וכו´ שהסתברותם שונה מהערבוביה הרגילה (למשל הפיסגה המושלגת של הקילימנג´רו, האוקיינוס הכחול מאופק עד אופק) וגם מורכבות, כלומר יחס קבוע כלשהו בין האותות (כגון קונסוננטה אחרי דיסוננטה, כל נקודה על זנב הטווס מוקפת בעיגול וכו'). בעולם החי, יצור שמצליח ליצור מרקמים כאלה חייב לשלם בהשקעת אנרגיה גבוהה ובכך הוא מעיד על בריאותו, כי כל ליקוי בבריאות יפגום בהרמוניה של השירה, הפלומה וכו. סביר מאוד שההנאה הויזואלית שלנו ממורכבויות כאלה מקורה בהנאה הביולוגית מעור צח, שדיים סימטריות וכדומה".

טלילה שיר הזכירה לי את מאמרו של צבי ינאי(1) שהתיזה שלו דומה מאד לדברי אבשלום: "בטבע, בעלי-חיים רבים משתמשים בצבעים וקישוטים כדי להעביר מידע לסביבה.............פרחים משתמשים בצבעים ובתצורות סימטריות כדי למשוך אליהם חרקים, אבל אין הוכחה לקיום הקשר בין הצבעוניות העזה והתצורות האסתטיות לבין מה שנתפס בעינינו ומכונה בפינו יופי............ מהו אותו משהו שאנחנו רואים בו יופי, ואילו הטווסות רואות בו משהו בעל-ערך מוסף אבולוציוני כה רב....... ? סימטריה ובריאות: .....פגמים גנטיים ופעילות של טפילית מעוותים את הסימטריה של אברי הגוף ושל כסותם, ועל כן קל להבחין בהם. אפשר לראות אפוא בסימטריה מעין דקדוק אוניברסאלי של שפת הטבע, המייצגת תקינות גנטית וניקיון מטפילים.........."

אני מזדהה מאד עם הדברים האלה. ההתפעלות שלי היא מהאוניברסליות של תפישת היופי. לא טריביאלי בעיני שמה שיפה בעיני נקבת הטווס או נקבת דג צבעוני, יפה גם בעיני בני אנוש. אולי העובדה שיש קירבה גנטית רבה בין כל בעלי החיים המפותחים (בניגוד למרחק האבולוציוני) היא סוד האוניברסליות של היופי. לא פחות מעניינת היא העובדה שהקריטריונים של צבעוניות סדר וסימטריה העובדים כל כך טוב על בעלי החיים בבואם לעשות את הבחירה של היפה שהוא גם היעיל והמוצלח, מתקיימים גם לגבי נופים ושאר עצמים בטבע, שאין ליופי שלהם לכאורה שום תפקיד פונקציונאלי.

ציינתי כבר במאמרי הקודמים בנושא הזה שהיופי הזה חורג זה מכבר מתחום הראיה המסורתי של האדם, כלומר מה שבן אנוש יכול לראות בעין בלתי מזויינת, והוא מתפשט והולך גם לתחום הטלסקופיה (אסטרונומיה) מצד אחד ולמיקרוסקופיה מהצד השני. הבאתי דוגמאות של מיקרוסקופיה אטומית, מיקרוסקופיה אלקטרונית וגם דוגמא של מתימטיקה, שאמנם אינה מדע ממדעי הטבע, אלא שפת המדע, שגם לה ביטויים אסטתיים, למשל הפרקטלים .

מדעי הטבע הם הכלי שבו אנחנו בוחנים את הטבע, מנתחים אותו ומנסים להבין את רזיו. כל נסיונאי החוקר את הטבע משתמש בכלי הסתכלות מסויימים המתאימים למחקריו ולכן, כיון שהטבע יפה, יופיו מתבטא בתוצאות ההסתכלות הזו לצורך המחקר וזהו נושאה של סדרת מאמרים זו. כיון שאני מכוון לחוש הראיה שלכם, אעסוק כאן ביופי החזותי, שהוא כמובן מקרה פרטי של היופי הקיים בטבע ובצורות הבעתו. גם את התיאורטיקנים לא אזניח ואתחיל בדוגמה של מודל מתימטי של תהליך פיסיקאלי. בכל התייחסות לתחום ממדעי הטבע, אנסה, בהסבר קצר להבהיר מה נושא המחקר והכלים שבו הוא משתמש (באופן כללי וממש על קצה המזלג. אל תיבהלו) ואדגים ע"י תמונות הממחישות את יופיו של הטבע דרך הכלי הספציפי, בדרך כלל סוג של צילום. אפשר לקרוא את המאמר כפשוטו וללמוד קצת ומי שמתעצל יכול סתם לדפדף בצילומים היפים וליהנות מהם.

כשהחלטתי לכתוב את הסדרה הזו, שהיא בעצם הרחבה של מה שכבר כתבתי עליו כאן, נזכרתי שכבר עשיתי בעבר משהו היכול להוות את הבסיס העובדתי לכתיבה הזו. בשנת 1992, כשפרש מתפקידו ראש אגף המחקר והפיתוח במוסדנו ( שהוא מדען מצויין, חובב אמנות וגם ידיד) התבקשתי, בגלל עיסוקי באמנות, להכין לו אלבום פרידה בשם עובדי האגף. בחרתי להציג באלבום את תחומי המחקר והפיתוח במוסד, דרך תמונות יפות המייצגות את התחומים האלה. האלבום הזה הוא הגרעין (בעיקר בתמונות המיקרוסקופיה האלקטרונית, שיוצגו בפרק השלישי) של מה שמוצג כאן, בתוספת הרבה תמונות מתחומים ומקורות אחרים.

מודלים מתימטיים

במסגרת הכותרת הכללית הזו גרים בכפיפה אחת מודלים פשוטים מאד, כגון חוקי ניוטון, המבטאים למשל בצורה מתימטית את היחס בין כוח לתנועה (תאוצה) ומודלים מסובכים ומורכבים שרק מחשבי על יכולים לתת פתרון מקורב שלהם. הפרקטלים הם דוגמה לשימוש במודל מתימטי לתיאור התנהגות כאוטית מסובכת. גרף התנועה של גוף הנע בתאוצה קבועה, למשל, אינו מלהיב במיוחד, אבל המחשבה שאת חוקי הטבע הבסיסיים אפשר להביע במשוואות פשוטות, המאפשרות לנו לחזות מראש את תנועתם של גופים, היא מלהיבה (למי שיכול לשער שיכול היה להיות גם אחרת) ויש יופי רב בפשטות של החוקים האלה.

אבל, כיון שאני עוסק באספקט החזותי, לא אתעסק ביופי המופשט הזה ואגש לדוגמה. אני מניח שכולכם מכירים את המתקן הדקורטיבי שבו יש , בין שתי זכוכיות, שני נוזלים בצבעים שונים, שאינם מתערבבים ואחד קל מהשני. כאשר הוא נמצא במנוחה, נמצא הנוזל הקל מעל הכבד ופס ישר של הממשק מפריד ביניהם. כאשר, לעומת זאת, מסובבים אותו על צירו, כך שהנוזל הקל יורד למטה והכבד עולה למעלה, מתחיל תהליך יפהפה לעין של חזרה של כל נוזל למקומו הטבעי. הממשק מתערבל בהרבה צורות דמויי פטריה וטיפות והתנועה היפה הזו נמשכת עד להפרדה ורגיעה.

ההפרעה הנוצרת בממשק כזה, כאשר יוצרים בו את היציאה מאיזון נקראת הפרעת ריילי-טיילור (על שם אילו שבנו לה את המודל המתימטי, כמובן). התמונה הראשונה, איפה היא זו של סימולציית מחשב להפרעת ריילי-טיילור במעבר של גל הלם בממשק של שני נוזלים שלא מתערבבים.

סימולציית מחשב להפרעת ריילי-טיילור

ומכאן, לעולם המוחשי, ונלך מהגדול אל הקטן, כלומר, הדוגמאות הראשונות יהיו מתחום האסטרופיסיקה.

אסטרופיסיקה

שימו לב. כתבתי אסטרופיסיקה ולא אסטרונומיה. באסטרונומיה התבוננו במשך מאות שנים בצבא השמיים דרך עדשות הטלסקופים, ראו כוכבים וגלקסיות, חקרו את מסלולי הכוכבים והגו תורות קוסמולוגיות שהוסקו מתוך הצילומים. האסטרונומיה סיפקה מראות אסטטיים לרוב, החל מקריאות ההתפעלות שעלו בוודאי מפיות האסטרונומים הראשונים כפו קופרניקוס וגלילאו, למראה הירח וכוכבי הלכת שניבטו מבעד לטלסקופים שלהם ועד לצילומים המרהיבים של כוכבי הלכת והגלקסיות המופצים עי נאסא ואתרים אחרים, כמו האתר היפהפה של צלם החלל ראסל קרומן .

ברור, באופן כללי, שכיון שיכולת ההגעה שלנו, פיסית, אל עצמים בחלל היא מוגבלת מאד, כלי המחקר הכמעט בלעדיים הם קליטות קרינות המגיעות אלינו, לכדור הארץ מגרמי השמיים. בדור האחרון, הורחב התחום ע"י שליחת טלסקופים לחלל כדי להתגבר על המגבלה של האטמוספרה הממסכת ומפזרת את הקרינה. ברור גם שמדידת הקרינה צריכה להיעשות בדרך של צילום, כדי לזהות את מקורה ולכן מתקבלות תמונות שאת האסתטיקה שלהן אני מדגים כאן.

האסטרופיסיקה, בניגוד לאסטרונומיה, שמה למטרה (בהתאם לשמה) את לימוד התכונות הפיסיקליות של גרמי השמיים והבנת התהליכים הפיסיקליים המתרחשים ביקום, במטרה ליצור קוסמולוגיה שלמה שבעזרתה נוכל להבין מאיפה באנו ולאן אנחנו הולכים. חלק מהדברים האלה אפשר ללמוד גם מתצפיות האסטרונומיה הקלאסית בתחום האור הנראה. הדוגמה הקלאסית היא הוכחת תורת היחסות הכללית ע"י הסחת קרני האור הבאות מכוכבים (ועל ידי כך הסחת המקום שבו הכוכבים נראים) כאשר הן עוברות בסמוך לכוכב מסיבי, או לימוד על תנועת כוכבים מאיתנו והלאה או כלפינו לפי הסחות הצבעים שלהם לכיוון האדום או הכחול (מה שנקרא הסחת דופלר, בדומה להסחת צליל הרכבת לגבוה יותר כשהיא נעה לעברינו ונמוך יותר כשהיא מאיתנו והלאה). באופן כללי, זקוקים האסטרופיסיקאים לאינפורמציה שנמצאת גם בתחומים אחרים, מעבר לאור הנראה, בהתאם לפליטת האנרגיה הנובעת מהתהליכים המתרחשים בכוכבים ובגלקסיות. כדי לקלוט את כל האנרגיות האלה, המתבטאות בגלים אלקטרומגנטיים בתחומים שונים, נבנו טלסקופים בתחומי גלי הרדיו, רדאר, קרני x והאינפרא-אדום. כמובן שכדי להתבונן בצילומים של התצפיות האלה מתרגמים אותם לתחום הגלים אותו אנחנו יכולים לראות, האור הנראה, תוך שמירה על יחסיות אורך הגל. מסתבר שהאסתטיקה של התמונות המרהיבות בתחום הנראה נשמרת גם בתחומים הרחבים ביותר, ואביא כאן כמה דוגמאות.

הקרח בטבעות שבתאי – צילום באולטה סגול מאתר נאסא

כאן עושים שימוש בתחום האולטרא-סגול שבו חלקיקי קרח נראים בצבע ירוק. אפשר לראות שיש יותר קרח בטבעות החיצוניות של שבתאי מאשר בפנימיות. על האסטתיקה בתמונה הזו, אין צורך להרחיב.

גלקסיית המערבולת, מהאתר של רסל קרומן

זהו אחד האובייקטים האסטרונומיים המצולמים ביותר ובעצם גלקסיית המערבולת הראשונה שהתגלתה באמצע המאה ה-19. יש עוד גלקסיה, קטנה יותר, מאחוריה והמודל שמסביר את היווצרות הזרועות של הגלקסיה הגדולה יותר, מתנה את היצירה הזו ביחסי הגומלין בין שתי הגלקסיות. עוד אפקט של "שכנות" שתי הגלקסיות הוא "זריקת" חומר רב מהזרועות שנראה כמו הילה בהירה סביבן.

תמונה אינפרה-אדומה של נבולת אוריון – הווצרות כוכבים

נבולה (nebula) היא ענן גז בין כוכבי. התמונה הזו(2) מדגימה התבוננות בהווצרות של כוכבים חדשים. הווצרות כזו מאופיינת בענן גז שרובו מימן המקיף את איזור ההווצרות והפולט אור שמתורגם לאדום כשמזיזים את התחום האינפרה-אדום אל האור הנראה. במרכז התמונה אפשר לראות את כוכבי הטרפזיאן הבהירים ומצפון להם את האיזור האדום של הווצרות הכוכבים החדשים. אני מביא כאן הרבה תמונות של נבולות, כיון שהן מאד אסטתיות בעיני.

צילום בתחום הנראה של נבולות הנשר והטווס

התמונה היפהפיה הזו, שוב מהאתר של קרומן, מדגימה לנו איזו אינפורמציה אפשר ללמוד מתמונה באור הנראה. מסתבר שהצבע האדום בא מפליטת אור של גופרית, הכחול של חמצן והירוק – מימן. הכרת הגזים המשתתפים בתהליך יצירת כוכבים חדשים היא חלק מהבנת התהליך.

5. צילום (אור נראה) של ענן הגז "ראש הסוס"(2)

גם הענן הזה נמצא בקומפלקס האוריון, בקרבה יחסית לקבוצה המופיעה בצילום הקודם והוא מסתיר את מערכת הכוכבים שמאחוריו. הצילום הזה נלקח ממאמר(2) בנושא אסטרו-ביולוגיה ומחקר ראשית החיים. מסתבר שענני הגז שנוצרו בתקופה קדומה מאד מכילים את 36 האלמנטים הדרושים ליצירת חיים והענן מלא מטאוריטים, מהסוג שהפציץ את כדור הארץ (וגם את מאדים) בתקופות קדומות ויצר את הבסיס הכימי להווצרות החיים. את הרכב הגז מודדים בספקטרוסקופיה של אורכי הגל המהווים טביעת אצבעות של האלמנטים המרכיבים אותו.

תמונה, באור הנראה, לאחר התמוטטות סופרנובה(2)

התמוטטות סופרנובה היא מהתהליכים האלימים ביותר ביקום וכתוצאה ממנו נפלטת אנרגיה רבה בתחום רחב של אורכי גל והוא משאיר אחריו כוכב נויטרונים מסתובב (ופולט קרינה בתדירות הסיבוב) – פולסאר. הצילום האופטי הזה מראה את נבולת הסרטן. רואים בבירור שענן הגז הקורן באדום מקיף את המקום שבמרכזו היה הכוכב שקרס. הקרינה הכחולה האחידה יותר באה מחלקיקים שהואצו ע"י הפולסאר (שאינו פולט קרינה באור הנראה, ראה התמונה הבאה) שבמרכז הנבולה למהירויות הקרובות למהירות האור.

תמונת קרני-x של הפולסאר שבמרכז נבולת הסרטן

זוהי דוגמה טובה לכך שבטכניקות שונות אפשר לקבל אינפורמציה נוספת ומשלימה. את הפולסאר שבמרכז נבולת הסרטן לא רואים בצילום באור הנראה, כיון שהפליטה שלו, כתוצאה מהפעימה, היא בתחום קרני ה-x. בטלסקופ קרני x אפשר לצלם אותו. התמונה הזו היא צילום קרני x של הפולסאר הנמצא בלב נבולת הסרטן, אותה ראינו בצילום הקודם. אגב, פולסארים שונים פולטים קרינה בתחומי אנרגיה שונים, גלי רדיו, קרני x וגם קרני γ.

עוד על התפוצצות סופרנובה

סופרנובה מתחילה לאבד מסה כתהליך מוקדם להתפוצצות הראשית. תהליך זה שולח גלי הלם אל החומר שמסביב. הצילום הבא(2), בתחום הנראה, הוא טבעת מעגלית (הנראית בזוית) של גל הלם כזה בענן המגלני הגדול, גלקסיה שכנה לשביל החלב שלנו. החלק הזוהר הוא המפגש, פולט הקרינה, של חזית הסופרנובה עם איזורים צפופים בענן. החלק המרכזי הוא שברי הסופרנובה המוארים ע"י התפרקויות רדיואקטיביות.

עד כאן על העולם שמסביבנו. בפרק הבא אציג כמה דוגמאות ממה שאנחנו רואים בעינינו וגם אפלוש קצת לתחום המיקרוסקופיה הקרובה (הגדלות קטנות יחסית). בפרק האחרון, אחזור למיקרוסקופיה האלקטרונית המספקת מיצג מרהיב של הטבע הקטנטן.

סימוכין

(1) צבי ינאי, "גלילאו" , גיליון 27.

(2) europhysics news, march/april 2005

הוסף תגובה חדשה

CAPTCHA

משהו קטן לוודא שאינך רובוט. משתמשים רשומים מדלגים

ענה לשאלה / השלם את החסר

הנצפים ביותר

מאמרים נוספים מאת נח שמיר