אז כמה שוקל עכשיו קילוגרם? כל מה שצריך לדעת על השינוי הכי חשוב שלא הכרתם

אם הייתי פוגש אותו ברחוב, פיזיקאי היה הדבר השישי או השביעי שהייתי חושב על בועז קרני-הראל, שפותח לי את דלת ביתו בדרום תל אביב בקרחת בוהקת, זקן היפסטרי עבות וארוך ושפם סלבדור דאלי מפואר, שקצותיו המחודדים מצביעים קדימה בעוז. אבל קרני-הראל, 42, הוא דוקטור לפיזיקה בתחום תורת המיתרים ובעל תואר שני במתמטיקה, והוא מלמד ומרצה וגם ראש צוות באתר האינטרנט המומלץ בחום "מדע גדול, בקטנה".

בזמן שהוא עושה קפה, אני בוחן את הספרייה העמוסה עד להתפקע שלו בספרי מדע בדיוני. לפני חודשיים בערך השתנו והתעדכנו ההגדרות של כמה מיחידות המידה הבסיסיות ביותר, כמו הקילוגרם, האמפר והקלווין. המסה, הזרם החשמלי, הטמפרטורה ויחידות מידה נוספות - שעד כה נמדדו אל מול אובייקטים פיזיים, הוגדרו מחדש לפי פרמטרים שונים לחלוטין. קרני-הראל הוא בדיוק הבן אדם להסברים מהסוג הזה.

תקציר הפרקים הקודמים: לפי מערכת היחידות הנפוצה ביותר בעולם (ה-SI), זמן נמדד בשניות, מרחק נמדד במטרים, מסה בקילוגרמים, זרם חשמלי באמפר, טמפרטורה נמדדת בקלווין ומספר חלקיקים נמדד ביחידה שנקראת מול. באמצעות המידות האלה אפשר למדוד הכול. איך הגדירו את המידות? בהתחלה, לפי אובייקטים פיזיים שקל למדוד. המטר הוגדר כעשירית המיליונית של המרחק מהקוטב הצפוני לקו המשווה ואחר כך כאורכו של מוט מתכת ספציפי. הקילוגרם הוגדר כמסה של גוף ספציפי עשוי מתכת הנמצא בצרפת. השנייה נמדדה לפי חלוקה של היממה, זרם חשמלי נמדד בחוטי ברזל וטמפרטורה לפי המים.

אבל כל זה היסטוריה. בנובמבר האחרון הכול השתנה, ועכשיו משקל הוא זרם חשמלי, וזרם חשמלי הוא אנרגיה כפול זמן, וזמן זה אור שזז בריק. הבנתם? גם אני לא. "את הבעיה שנוצרה והשינוי שנדרש, הכי קל להסביר בעזרת הקילוגרם", אומר ד"ר קרני-הראל. "היום, ועד מאי 2019, קילוגרם נמדד לפי גוש סגסוגת ספציפי של פלטינה ואירידיום שנמצא בצרפת עם העתקים ברחבי העולם. עם הזמן, התחיל להיווצר פער בין המקור וההעתקים. גוש צובר אבק, לכלוך, ולא משנה כמה סטרילי אתה מחזיק אותו. אובייקטים פיזיים הם פגיעים ונתונים לשינוי. הגיעו למסקנה שצריך משהו לא פיזי למדוד מולו".

הדבר המעניין שקרה זה שהמסה של כל גוש השתנתה בדרך שונה.

"כי התנאים הם שונים והם משתנים אחרת. היכולת שלנו לבקרת תנאים טובה מאוד, אבל מוגבלת. היכולת לשלוט על טמפרטורה בחדר שלם מגיעה עד פלוס-מינוס חצי מעלה. אז נגיד שבתא קטן מגיעים לדיוק של פלוס-מינוס עשירית מעלה, לא הרבה. ואי אפשר שכולם יהיו בדיוק באותו תא, באותה טמפרטורה ובאותו לחץ. זה גם לא מוזיאון - מוציאים אותו ומשתמשים בו".

אנחנו מדברים על פער של כ־50 מיליוניות הגרם. מעט מזעיר.

"פער גדל עם הזמן. כרגע זה לא אקוטי, אבל בעוד מאה שנה זה לא יעבוד. כבר היום מפתחים ניסויים שהולכים ונהיים יותר ויותר מדויקים. אז בין המכשירים והפער שגדל - מתישהו תהיה התנגשות.

"בגילוי של גלי הכבידה ב-2015 (אותה הפרעה קוסמית של עקמומיות במרחב־זמן המתפשטת במרחב שעזרה לאשש את תורת היחסות הכללית ונחשבת לאחת התגליות החשובות ביותר בפיזיקה אי-פעם), רמת הדיוק של המדידה הייתה בסדר גודל של פחות מאלפית של מיליארדית של מיליארדית מהגודל שנמדד. זה דיוק ברמה גבוהה יותר מהשגיאה שהתגלתה בקילוגרם. אנחנו כל הזמן מתרחקים מהנקודה שאחרי האפס. השאיפה היא אל הטוב והמדויק ביותר שאנחנו יכולים".

"הק"ג הוא האחרון שנשאר"

"החשיבות של סטנדרטים ברורה", מסביר ד"ר קרני-הראל. "אנחנו רוצים שכל מחשבי המדידה בעולם יסכימו ביניהם. עד לפני כמה עשורים, החוסן הכלכלי של מדינה נמדד בזהב שהחזיקה. אז כשמדברים על טון זהב כולם יודעים שטון זה טון".

מה הסכנה, שעוד עשורים יתכננו דברים - תרופה או תחנת חלל - והם לא יעבדו?

"הסכנה היא להתפתחות המדעית: אחד יעשה ניסוי והתוצאות מראות אלף-בית-גימל והשני יעשה אותו ניסוי ויגיע לתוצאות אחרות בגלל פשלה בסטנדרטים. בדברים הנדסיים הסכנה פחותה, למרות שבסופו של דבר, כשמדברים על בנייה של מערכות אלקטרוניות זעירות והנדסה גנטית, גם שם נגיע לרמת דיוק עילאית. אם יצטרכו לבנות מכשיר שצריך למדוד מסה לא בדיוק של אחד לעשרים מיליון, אלא בדיוק של אחד למאה מיליון, או אם יום אחד תהיה תרופה שהמינון שלה יצריך כזו רמת דיוק - המדע יהיה מוכן לזה".

ההחלטה המהותית הייתה להתנתק מהעולם הפיזי.

"הקילוגרם הוא האחרון שנשאר. המטר והשנייה כבר עברו לדברים אחרים. השנייה אף פעם לא הייתה אובייקט פיזי באמת - אחד חלקי 86,400 מהזמן שלוקח לכדור להשלים סיבוב סביב צירו - והיא מוגדרת היום כמספר מחזורי מעבר בין שתי רמות אנרגיה של אטום צסיום-133.

9,192,631,770 מחזורים, בוא נדייק.

"והמטר שהוגדר כעשירית מיליונית המרחק מהקוטב הצפוני לקו המשווה, ואחר כך כאורכו של מוט מתכת ספציפי - נמדד כיום לפי המרחק שעובר האור בריק במשך אחד חלקי 299,792,458 שנייה".

כל הזמן אנחנו מודדים יותר ויותר טוב, האם נדע למדוד טוב יותר את מהירות האור?

"אנחנו יודעים מה המרחק שאור עובר. חישבנו את מהירות האור ואמרנו - קאט: זו לנצח תהיה מהירות האור. זהו. בלי שגיאה".

מצחיק שמדענים מדברים על בלי שגיאות ועל הנצח.

"על הנצח כפי שאנחנו מסכימים עליו עכשיו, או עד שיבוא משהו יותר טוב. בכל מקרה - אם נצליח להראות שהאור עובר מרחק אחר בשנייה, לא נגיד שמדדנו מדויק יותר את האור - אלא נשנה את המטר. הדיוק משתפר, אבל הקבוע נשאר. ככה הדברים עובדים. התנתקנו מהפיזי ועברנו לממלכת הדברים הקבועים. הקבועים הפיזיקליים. אין לנו אובייקטים פיזיים. יש או מספרים טהורים או קבועי טבע".

הופה! ממלכת הדברים הקבועים. אני אוהב את זה. בוא נעבור על הקבועים הנצחיים. מהם?

"מהירות האור בריק, מטען האלקטרון, קבוע הכבידה (שעליו לא נדבר היום), מספר אבוגדרו, קבוע פלאנק וקבוע בולצמן. את השלושה האחרים קצת קשה להסביר".

בוא ננסה ביחד, מהקל אל הכבד.

"בהחלט, אבל האמת היא שמטר/קילוגרם/שנייה - או סנטימטר/גרם/שנייה - זה כל מה שאנחנו צריכים. את כל הדברים האחרים אפשר להגדיר בעזרתם, כולל אמפר".

שבעצמו עבר מהפיזי אל הקבוע.

"נכון. כך הגדירו אמפר: מתחו שני חוטים מקבילים, העבירו בהם אותו זרם ומדדו את כוח השדה המגנטי שפועל עליהם. זה מה שהיה. היום מגדירים אמפר אחרת: כמה מטען חשמלי עובר בשנייה. שנייה אנחנו יודעים להגדיר בצורה מאוד טובה. מטען חשמלי של האלקטרון אנחנו יודעים להגדיר מצוין - אז אחד אמפר זה כשיש כך וכך אלקטרונים בשנייה".

‎6.242×1018‎ אלקטרונים בשנייה, בוא נדייק.

"כך ניתקנו את האובייקט הפיזי - חוטי התיל - ונשארנו עם מטען האלקטרון. וככה עושים עם כל שבע היחידות".

"העולם הפיזי לא אמין", אומר קרני-הראל, "ואני מקבל את זה בשמחה. הוא פגיע. קבועי טבע לעומת זאת הם לא פגיעים".

גורם לך לחשוב, לא? כל ההתנתקות הזו מהפיזי, המוכר, המובן, אל הקבוע הפיזיקלי. יש בזה משהו מוזר.

"לי זה לא מוזר, להיפך. כשאני מתנתק מהאובייקט ועובר לקבועי טבע, אני על קרקע הרבה יותר מוצקה. נכון שזה יותר קשה להסביר לאנשים - כל עוד קילוגרם הוא גליל מתכת זה קל, אבל לך תסביר עכשיו מכניקת קוואנטים - אבל אלף, זה האתגר. והכי חשוב, מבחינת האמינות של המדידות, מטר שמוגדר על-ידי מהירות האור הוא מטר אמין יותר ממטר שמוגדר על-ידי מקל. אני מרגיש הרבה יותר טוב - מבחינתי, אלה הדברים האמיתיים. מבחינתי, למהירות האור יש הרבה יותר ממשות ואמינות מאשר למהירות של האוטו שלי בדרך לירושלים".

"מדע בדיוני זה פתח כניסה"

מלבד הוראה ומחקר, קרני-הראל כאמור עוסק הרבה בהנגשת מדע להמונים, במסגרת "מדע גדול, בקטנה" - מה שנקרא מדע פופולרי. "להנגיש מדע זה דבר חשוב במיוחד - ובמיוחד היום", הוא אומר.

מה מיוחד היום?

"כי כמו שאני יכול להנגיש מדע בקלות, ככה גם לכל מיני אנשים הזויים או רמאים הרבה יותר קל, ואנשים חשופים ברשת להרבה מאוד מידע שגוי, ברמה כזו שזה יכול לפגוע בהם".

שוב מתנגדי חיסונים?

"בקצה של זה אפשר למצוא את מתנגדי החיסונים וכל מיני טיפולים אלטרנטיביים, אבל מעבר לזה, אתה יכול לדבר על שינויי אקלים, אוכלוסיות בעלי חיים, תזונה וכל מיני דברים שאנשים קוראים, ומה לעשות, אנשים לא יכולים לדעת הכול. אתה רואה משהו שנראה אמין, חתום על זה דוקטור, איך תדע שזה לא נכון או בעייתי? כמנגישי המדע, אנחנו מאוד משתדלים לתת את מה שאנחנו יודעים שהוא נכון ואת הכלים לקריאה ביקורתית. זה גם דבר קשה".

אבל גם תחת הפוסטים שלך שנראים אמינים, חתום "דוקטור".

"בדיוק. בגלל זה העבודה שלנו היא לעורר ביקורת וספקנות. אני תמיד שם תימוכין ממקומות מוסכמים ומוסמכים ואומר לאנשים - צאו ותבדקו בעצמכם. אני מצפה ומקווה שאף אחד מהקוראים שלנו לא לוקח אותנו כדברי אלוהים חיים, אלא שהם יוצאים ובודקים עוד בעצמם. החשיבות היא לא בי, היא במקור של הידע".

מקור הידע הנגיש והפופולרי ביותר הוא ויקיפדיה - כלי אמין מבחינת מדע?

"בעייתי. מספיק להסתכל בפולמוסים שם, בעיקר בוויקיפדיה העברית. ויקיפדיה זה מקום טוב להתחיל ממנו, אבל אסור שזה יהיה המקור היחיד. בכלל, זה כלל אצבע - אף פעם לא להסתמך על מקור יחיד".

אתה פוגש ספקטרום רחב של אנשים בהרצאות שלך. איך אתה מתרשם מהידע הכללי של הציבור הכללי?

"זו קצת בעיה כי הקהל שבא אליי הוא קהל מוטה, באים אלה שמתעניינים. הידע הוא לא רע בכלל. גם תלמיד שבא ללמוד חמש יחידות פיזיקה - יש לו עניין. בילדים יש לי יתרון גדול: אין להם מושגים מוטעים, או לכל הפחות יש להם פחות מושגים מוטעים. בסך הכול אני מרגיש שיש הרבה התעניינות ושאנשים באים וסופגים ומקשיבים".

מה התחום שאנשים הכי אוהבים? חלל?

"אני מן הסתם נתקל באלה שמתעניינים בפיזיקה, אבל אם מסתכלים על הסטטיסטיקות של האתר שמכיל המון נושאים, אפשר לראות שהדברים הפופולריים הם - או מה שנקרא הבאזוורדס - פיזיקה תיאורטית, מיחשוב קוואנטי וכד’. אנשים מתים על זה. הדברים שאנשים הכי מגיבים אליהם זה מה שנוגע בענייני היומיום, כמו רפואה וחיסונים כמובן. ובאינטרנט כמו באינטרנט - כל מה שנכתוב על חתולים מאוד יצליח. היה לנו פוסט שדיבר על זה שחתולי רחוב הם מפגע אקולוגי קשה. וזה היה פשוט מטורף, היו אנשים מהאתר שהיה להם קשה ללכת ברחוב. ממש ככה".

זוכר את הפוסט הזה, שיתפתי אותו בהתלהבות.

"זה שרף את האתר".

מדברים על הדתה במערכת החינוך ועל מגמות עולמיות של אנטי ידע. אתה נתקל בזה?

"פה ושם אני נתקל בבורות - כמו אנשים שלא יודעים איך להשתמש במיקרוגל וחושבים שזה מסוכן. בענייני הדתה, אני מלמד גם בבתי ספר דתיים ובנות מאולפנות - וזה אף פעם לא עלה, אף פעם לא שאלו אותי על אלוהים. לא נתקלתי. יכול להיות שלתלמיד לא נעים מהמורה, אדם מבוגר שנתפס כסמכות. זה לא קל להתעמת עם מורה, זה כמעט ולא קורה - וחבל. מצד אחד זה מדכדך, מצד שני, אני מבין שתלמידים באים ללמוד, לא להתווכח איתי".

אני מסתכל על המדפים שלך, עמוסי המדע הבדיוני. הרבה קלאסיקות. משם זה בא?

"כמו הרבה מדענים, גם אני חייב את ההתחלה שלי למדע הבדיוני שהצית את הסקרנות, מילדות. מדע בדיוני זה פתח כניסה נוח".

ותגיד, אחרי שדיברנו על המידות ואי האמינות של העולם הפיזי - יש עוד דבר מז’ורי בסדר גודל כזה שמחכה לנו מעבר לפינה?

"המכשול העיקרי הוא העובדה שהדברים שאנחנו רוצים למדוד בחזית המדע, כדי לאשש או להפריך, אלה דברים שמאוד קשה לנו למדוד עם הטכנולוגיה שלנו. צריכים לבנות מאיצי חלקיקים הרבה יותר גדולים ומשוכללים. זה שבשוויץ כבר לא מספיק לנו. זה מכשול אחד. מכשול אחר, או אם להיות אופטימי, הקפיצה הבאה שצפויה לנו, היא לבנות גלאים שיהיו מוצבים בחלל ויתגברו על כל ההפרעות של כדור הארץ. זה יקרה תוך עשור או משהו כזה. אלה המכשולים העיקריים".

חשבתי שכחובב מד"ב, תדבר איתי על דברים כמו לנצח את המוות.

"זה לא בדיוק דברים שישפיעו על המדע, אלה דברים שישפיעו על המין האנושי בצורות שאין לנו מושג מה הן יהיו. תחשוב, מספיק תחבורה שתאפשר להגיע מכל מקום לכל מקום בעולם בסדר גודל של שעה - זה לבדו יכול לשנות, או לפחות יש לו את הפוטנציאל לשנות, את החברה האנושית מהקצה אל הקצה. כנ"ל אם תצליח להאריך את החיים באיכות סבירה בחמישים שנה, מאה שנה - יש לזה אימפקט שאי אפשר אפילו לחזות את זה".

אנחנו יושבים מול מדפים שלמים של ניסיונות.

"כל מה שאילון מאסק עושה. תחשוב למשל שלהגיע מתל אביב לניו יורק ומתל אביב לרעננה ייקח אותו הזמן. מה זה יעשה לאנשים? ליחסים? מה זה יעשה למדינות? תוכל לחיות עם המשפחה בישראל, לקום בבוקר, ללכת לעבוד באפריקה, ולחזור בערב. כל התפתחות כזו משנה את המין האנושי. כשההורים שלנו היו ילדים, בכלל לא יכולת להתקשר לאדם אחר. העולם משתנה, וגם הקצב שבו העולם משתנה הולך וגדל כל הזמן".

כמו היקום.

"כן, אנחנו לא מיוחדים".

 ד"ר בועז קרני-הראל/ צילום: יונתן בלום

סוד הדברים הקבועים | ד"ר בועז קרני-הראל מסביר מהם קבועי הטבע 

קבוע פלאנק. "מאפיין את מכניקת הקוונטים ומתאר (בעזרת מדדים כמו אנרגיה כפול זמן ותנע, כיוון ועוצמת התנועה, כפול מרחק) את היחס הקבוע בין האנרגיה של פוטון והתדירות של הגל האלקטרומגנטי שאותו הוא יוצר. את פלאנק, מכניקת הקוונטים והיכולת לתרגם משקל לזרם חשמלי ולהיפך, לקחו כדי להגדיר מחדש את הקילוגרם". (קרוי על שמו של הפיזיקאי הגרמני מקס פלאנק).

מספר אבוגדרו. "מספר החלקיקים (מולקולות, אטומים) במול אחד של חומר נתון. מול (mole) זו יחידת מידה שמגדירה את כמות החומר על-פי מספר חלקיקים קבוע. בשביל לקבוע את המול הם יצרו כדור סיליקון שנמדד בצורה מדויקת ביותר וספרו כמה אטומים יש בו. ממש ישבו וספרו", הדוקטור מתלהב, "זה דבר מדהים. והיום המול מוגדר לפי מספר אבוגדרו. אז אם עד עכשיו אמרנו שמול של מימן זה מספר אטומי מימן בגרם מימן, עכשיו אומרים לא. מול של מימן זה מספר אבוגדרו של מימן - מה שספרנו בכדור של הסיליקון". (קרוי על שמו של הפיזיקאי האיטלקי אמדאו אבוגדרו).

קבוע בולצמן. "קבוע טבע יסודי מתחום התרמודינמיקה שממיר יחידות טמפרטורה ליחידות אנרגיה. בעזרתו הגדירו מחדש את הקלווין, כלומר טמפרטורה. עד עכשיו טמפרטורת קלווין הייתה מוגדרת לפי 'הנקודה המשולשת' של המים. לכל חומר יש נקודה משולשת - שילוב של צפיפות, לחץ וטמפרטורה - שבו מושג שיווי משקל אנרגטי והחומר נמצא בו זמנית בשלושה מצבי צבירה: מוצק, נוזל וגז. אמרנו שבולצמן ממיר יחידות של טמפרטורה ליחידות של אנרגיה, אז אם אני יודע בדיוק את הערך של קבוע בולצמן, אני יכול לומר שהטמפרטורה שיש למשהו בכך וכך אנרגיה היא בדיוק אחד קלווין. בעבר, הטמפרטורה הלכה לפי המים - אובייקט פיזי - ומעכשיו, לא". (קרוי על שמו של הפיזיקאי האוסטרי לודוויג בולצמן).