בתחילת היחידה הוצגה המובאה הזו מדבריו של אלברט איינשטיין:
"…במאמצינו להבין את המציאות אנו משולים לאדם המנסה
להבין את המנגנון של שעון שלא ניתן לפתחו …. אם הוא פיקח
במיוחד, הוא עשוי ליצור במוחו תמונה כלשהי של המנגנון
האחראי לכל התופעות שצפה בהן …"

אלברט איינשטיין ניסה לתאר את אחד ההיבטים של דרך חשיבתו של מדען. בדרך כלל יש בידיו עובדות ותצפיות והוא מנסה לבנות במוחו תמונה, הסבר, אשר ייצג את הקשר בין העובדות והתצפיות ויוכל להסבירן בדרך הטובה ביותר.

כאשר מדען מנסה לבנות תמונת עולם בעזרתה יוכל להסביר עובדות ותופעות אנו אומרים כי המדען בונה במוחו מודל מחשבתי. בחיי היום-יום אנו משתמשים במילה "מודל" בצורות שונות ועל דברים רבים הנמצאים בסביבתנו הקרובה נוכל לחשוב כעל מודלים (דגמים):

כולכם שיחקתם בוודאי בתקופה זו או אחרת בחייכם, במודלים (דגמים) שונים. יתכן שבניתם

 

 

 

 

 

דגמים אלה הם מודלים מוחשיים והם באים לייצג באופן מדויק ככל האפשר גופים הקיימים במציאות או כאלה שאנו רואים בדמיוננו.

אך, למילה "מודל" יש שימושים שונים. במילון אבן-שושן ניתן למצוא את ההגדרה הבאה:
"מודל – (מאיטלקית: Moddelo) דגם, דוגמה, תבנית לדוגמה; בתערוכה הוצגו מודלים שונים של מכונות חדשות, הצעירה
שימשה מודל לצייר ". לביטוי מודל – מודל של בית, של רובוט חללי או של הצעירה שהוזכרה בהגדרה המילונית, יש משמעות שונה מזו שמייחסים לביטוי זה בהקשר המדעי.
מתחילת התכנית אנו דנים בבעיה: " האם ניתן להפוך כספית לזהב?"
חיזרו למסמך "כספית וזהב" בתיק: "המחברת הוירטואלית שלי" קראו מה שכתבתם, והוסיפו או שנו. השתמשו הפעם במושג "מודל".

 

בניסוי שביצעתם יצרתם "מודל מחשבתי" של תכולת הקופסה. עשיתם את מה שתיאר אלברט איינשטיין לגבי מעשיו של המדען: "…אם הוא פיקח במיוחד, הוא עשוי ליצור במוחו תמונה כלשהי של המנגנון האחראי לכל התופעות שצפה בהן …" .

אלא שאתם יכולתם, בשלבים שונים, "להציץ" לתוך הקופסה ולבחון האם המודל שיצרתם במוחכם הוא אכן המודל הנכון.

זוהי זכות מיוחדת אשר מדען בדרך כלל אינו מקבלה ועליו להמשיך ולפתח את המודל במוחו מבלי שיוכל להשוותו למציאות ה"אמיתית".

 

 

רק לאחרונה פותחו מכשירים המאפשרים למדענים "להציץ" אל תוך החומר ולקבל אישור למודלים שהציעו. כפי שנאמר, מודל האטום הוצע לראשונה על-ידי היוונים לפני כאלפיים שנים.
אם ננסה להמחיש כיצד הם דמיינו לעצמם את האטומים נקבל את התמונה הבאה (או דומות לה):

 

לדוגמה, המדענים חשבו שאילו יכלו להסתכל ב"משקפי קסם" לתוכו של סריג של היסוד צורן, מה שהיו רואים היה דומה למתואר בציור מימין. הכדורים מסמלים אטומים של צורן והמוטות את הקשרים בין האטומים הללו.
הצורה המתקבלת היא סריג שבו כל ששה אטומים יוצרים צורת משושה. (אם תמשיכו בלימודי הכימיה תלמדו יותר על צורות אלו).

בשנים האחרונות פותחו מכשירים בעזרתם ניתן ל"ראות" את האופן בו מסודרים אטומים בחומרים שונים. המילה "לראות" מופיעה בין מרכאות כפולות על מנת להמחיש כי אין הכוונה לומר שאנו רואים אטומים כפי שאנו רואים, לדוגמה, שולחן או כיסאות.
נכון יותר להשוות את "ראיית" האטומים לקריאה של כתב בראייל, כתב המיועד לעיוורים וקשי ראייה. כתב זה מבוסס על נקודות הבולטות על פני השטח ופיענוח האותיות נעשה על-ידי מישושן. לדוגמה, האות "א", בכתב בראיל מסומלת על-ידי נקודה בולטת אחת בעוד שהאות "ב" – על-ידי שתי נקודות בולטות.

 

 

כאשר מעבירים בעדינות את האצבע על-פני הנייר ניתן להבחין בהבדל הגבהים הנוצר בעזרת הנקודות.

 

המכשיר בעזרתו ניתן "לראות" אטומים נקרא בשם מיקרוסקופ מינהור סורק ובאנגלית, בקיצור – STM Scanning Tunneling Microscope(אשר חלק ממנו מתואר באיור הימני.) החלק התיפקודי החשוב במכשיר הוא הקצה המתכתי, בדרך כלל המתכת טונגסטן, המחודד עד כדי כך שהוא מכיל אטום, או אטומים בודדים בלבד. קצה זה מובא קרוב מאד לפני השטח של המדגם אותו רוצים לבדוק. במרחק זה סדר גודל של כמה אנגסטרם, 1Å = 1*10 -10 m ) ,A,) ניתן בתנאים מתאימים לקבל מעבר אלקטרונים בין הקצה המתכתי ואטומי המדגם. עוצמת הזרם החשמלי המתקבל תלויה, בין השאר, במרחק בין הקצה המתכתי ואטומי המדגם.

 

 

 

 

בסך הכל התמונה המתקבלת דומה למפת שטח, מפה טופוגרפית, המאפשרת לאפיין שטח בהתאם לגובה ההרים שבו.

כאשר המדענים ביצעו הדמיה של אטומי צורן בשיטה שתוארה, התקבלה
תמונה הדומה במבנה שלה למודל אותו ציירו בעיני רוחם במשך השנים.

 

 

 

 

 

יחד עם זאת, בכל שלב בוחן המדען באיזו מידה יכול המודל שפיתח להסביר את העובדות הידועות ואת הקשרים ביניהן. גדולתו של מודל מדעי נבחנת בכך שלא רק שהוא מסוגל להסביר את הקיים אלא שהוא גם מנבא את מציאתן של עובדות שאינן ידועות בזמן הצגת המודל.

דוגמה טובה לכך ניתן למצוא במודל המערכה המחזורית של היסודות, עליה תלמדו מאוחר יותר, מודל אשר פותח על-ידי דימיטרי מנדלייב (Mendeleev 1834-1907).

ביחידה זו נתאר את השלבים השונים בפיתוחו של המודל החשוב ביותר להבנת מבנה החומר (ואולי גם לקיומו העתידי של המין האנושי) – מודל האטום.

המחשבה כי החומר מורכב מאטומים מלווה את המין האנושי אלפי שנים, מתקופתם של היוונים העתיקים, אלא שרק לאחרונה פותחו שיטות המאפשרות למדענים לקבל הוכחות ישירות לקיומם של אטומים.
כדי להבין טוב יותר מדוע חשבו המדענים כי החומר מורכב מאטומים, הרבה לפני שיכלו לקבל עדויות ממשיות לקיומם, יהיה עלינו לעשות דרך ארוכה.

כדי להבין טוב יותר מדוע חשבו המדענים כי החומר מורכב מאטומים, הרבה לפני שיכלו לקבל עדויות ממשיות לקיומם, יהיה עלינו לעשות דרך ארוכה. ננסה להבין טוב יותר כיצד בונים מדענים את תמונת העולם על פי מידע שנאסף על ידם וכיצד מתפתח מודל מדעי.
כדי להמחיש טוב יותר כיצד נבנה מודל מדעי נסטה מעט מדרכנו ונתבונן במודל אחר, בגלובוס:

המודל הזה נוצר זמן רב לפני שהחלו הטיסות לחלל, כלומר, לפני שניתן היה לראות את כדור הארץ כפי שהוא קיים במציאות.

כיצד נבנה המודל הזה?

הסיפור מתחיל בתקופה קדומה כאשר האדם החל לבחון את סביבתו. הציור הבא מראה מפה שנמצאה ב-1963 באנטוליה (תורכיה של ימינו) והיא נחשבת
כיום לאחת המפות העתיקות ביותר שנמצאו אי פעם:

מסעות השייט הראשונים לא התרחקו, קרוב לוודאי, מן החוף והשייטים חיפשו מקומות שהיו מוכרים להם (סימני דרך).
דבר זה עזר להם כל זמן שיכלו ליצור קשר עין עם החוף וכאשר הכירו את המקום. עם זאת, בעזרת הידע המצטבר של השייטים והנווטים הללו החלה לאט לאט להיווצר תמונה של חלקי העולם.

המדענים עיבדו את המידע הזה ויצרו מודל מחשבתי בעזרתו ניתן לתאר את היקום.
לדוגמה, כבר היוונים בתקופה העתיקה ידעו כי ל ארץ צורת כדור והם גם הצליחו לחשב את קוטרו, כל זאת מבלי שהם עצמם הקיפו את עולם.

המודל המחשבתי הזה תורגם לאחר מכן למודל מוחשי – במקרה
זה, לגלובוס. הגלובוס הוא דוגמה יפה לאופן בו הוכח, עם
התפתחות הטכנולוגיה, כיצד הפך המודל המחשבתי אותו הגו
המדענים במוחם למציאות, כפי שמראה הצילום הבא שצולם
מן החללית אפולו 17:

 

 

 

כאמור, בניסוי ביצעתם
פעילות הדומה במידת מה
למה שעושה מדען כשהוא
מנסה להסביר תופעות. מדען
היה עשוי לתאר את מה
שעשיתם בניסוי באופן הבא:

"על סמך מידע שאספתם בשורה של תצפיות, יצרתם במוחכם
מודל מחשבתי המאפשר לקשור בין התצפיות ולהסבירן,
במקרה זה, לנחש איזה כדור לא היה מחובר לאחרים".

עם זאת, המטלה אותה ביצעתם בניסוי היתה פשוטה יחסית. ידעתם
מראש כמה כדורים יש בקופסה, ראיתם אותם וגם ידעתם כי כל הכדורים,
מלבד אחד, מחוברים זה לזה. סביר להניח כי למרות זאת, היה עליכם
להשקיע זמן מה כדי להגיע לתשובה הנכונה, כלומר לבנות במוחכם מודל
מחשבתי אשר יתאר נכון את ה"מציאות".

השאלות אשר הטרידו, ומטרידות את בני האדם מתחילת ההיסטוריה
מסובכות הרבה יותר, לדוגמה, מאז ומעולם שאלו פילוסופים ומדענים
שאלות כמו:

• איך אפשר להסביר את העולם סביבנו?
• ממה מורכב היקום?
• מה גורם לו להתקיים בצורתו הנוכחית?

הראשונים שניסו לענות תשובות המבוססות על ההגיון ולא על סיפורים אודות שדים ורוחות היו היוונים בתקופה העתיקה (בערך החל מן המאה השביעית לפני הספירה).