הניסוי שביצע ון הלמונט היה, כנראה, אחד הניסויים הכמותיים
הראשונים בעולם. הוא היה זה שהכניס את הנוהג להשתמש במאזניים
והתייחס לעובדה של שימור החומר למרות שחוק זה נזקף לזכותו של
לבואזיה, שנים רבות לאחר מכן.
בגישה הכמותית שלו פתח ון הלמונט עידן חדש במדע, עידן החשיבה
הכמותית. כבר נאמר כי באופן כללי ישנן שתי דרכים לחיפוש הסברים:
האחת היא דרך החשיבה הפילוסופית
השניה היא דרך החשיבה המדעית.
היוונים השתמשו, כאמור, בדרך החשיבה
הפילוסופית וכמוהם המשיכו במשך שנים רבות
אנשי המדע (הפילוסופים) באירופה של ימי
הביניים.
הראשון שהשתמש במודל מחשבתי כדי להסביר
תוצאות של ניסויים כמותיים היה המדען רוברט בויל .
בויל שהיה איש מעבדה מוכשר ביצע, בשיתוף עם רוברט הוק, שורה ארוכה
של ניסויים במשאבת אוויר שהומצאה זמן קצר לפני כן.
בשנת 1655 השלים אוטו פון גירקה את פיתוחה
של משאבה שיכלה לרוקן אוויר מכלים אטומים.
פון גירקה אשר היה מדען ומהנדס וגם ראש העיר
בעיירה מאגדבורג בגרמניה, גייס את התושבים
לצפות בניסוי שידגים את כוחה של המשאבה.
פון גירקה הצמיד שני חצאי כדור ממתכת זה לזה,
ורוקן את האוויר מן הכדור שהתקבל.
אל כל אחד משני חצאי הכדור נרתמו 16 סוסים אך גם הם לא הצליחו
להפריד ביניהם. הניסוי הוכיח מצד אחד את קיומו של הריק ומאידך את
"כוחו" של האוויר אשר בגלל הלחץ שהפעיל על שני חצאי הכדור, לא ניתן
היה להפריד ביניהם.
במשך מאות שנים ובעקבותיו של אריסטו, אשר כזכור לכם, תורתו שלטה
בכיפה במשך כאלפיים שנה, התנגדו המדענים לרעיון קיומו של הריק.
ניסויים מן הסוג שתואר כאן גרמו למדענים לשנות את דעתם.
ניסוי שני
את הניסוי הזה תוכלו לבצע בבית. לשם כך דרוש לכם בקבוק פלסטיק ריק
בנפח של 500 מ"ל מן הסוג שבו משווקים משקאות מוגזים שונים.
רוקנו את הבקבוק מן המשקה והבריגו את המכסה.
לחצו על דפנות הבקבוק בעדינות ותארו במה אתם מבחינים.
פתחו את הבקבוק אך שימרו לידכם את המכסה שלו. החזיקו
את הבקבוק (הפתוח) מתחת לזרם מים חמים מן הברז.
סובבו את הבקבוק מתחת לזרם המים במשך כדקה והבריגו
את המכסה. פעולה זו גרמה לחימום דפנות הבקבוק והאוויר שנכלא בתוכו.
המתינו מספר דקות.
לאחר שתסיימו את הניסוי, הקליקו על התמונה וענו על השאלות. העבירו את תשובותיכם למורה. 
כאשר תקליקו על סמל המחברת, יפתח מסמך word. כיתבו את תשובתכם ושימרו אותה להמשך.
בניגוד לאריסטו, אנשי האסכולה האטומית כללו את מושג הריק כחלק
חיוני בהסברם את היקום. כזכור לכם, לדעתם:
- הרובד הפנימי הקבוע שביקום הוא ריק (חלל) שבו נע מספר אינסופי
של חלקיקים בלתי נראים השונים אחד מן השני. - החומרים שונים זה מזה באופיים של החלקיקים, בצורתם, ובסדר בו
הם מאורגנים. - שינויים בחומר נובעים רק מן השינוי בסדר של חלקיקים אלה.
משאבת האוויר שהומצאה גרמה להתערערות נוספת של הבניין שהציב
אריסטו ואחד מאלה שתרמו לכך היה רוברט בויל.
בויל, כאמור, השתמש גם הוא במשאבה שהומצאה לא מכבר. אך בניגוד
לחוקרים אחרים אשר השתמשו במשאבה רק כדי לרוקן כלים מאוויר, חקר
בויל את אופיים של הגזים על ידי כך שדחס אותם ומדד את השתנות הנפח
עם הגדלת הלחץ.
הציוד בו השתמש בויל
לדוגמה, בויל מצא שאם מגדילים את הלחץ פי
שניים, קטן נפח הגז לחצי, אם מגדילים את
הלחץ פי שלוש, קטן נפח הגז לשליש וכן הלאה.
הוא ביטא את התלות הזו בצורת חוק שהיה החוק
הראשון שנוסח בעזרת ביטוי מתמטי. ניתן לומר
שבזאת פתח בויל עידן חדש במדע – העידן של
הכנסת המתמטיקה כשפת המדע.
ל חוק זה חשיבות נוספת מכיוון שבעזרתו ניתן
להסביר תופעות רבות מחיי היום-יום כגון הלחץ
באזניים שמרגישים בזמן טיסה או במעלית וכן
את הסכנות בצלילה .
העובדה שניתן כל כך בקלות לשנות את הנפח של גז היתה חדשה באותה תקופה.
כדי להסביר את התוצאות הללו, כלומר את ה"קפיציות" של הגז,הציע בויל כי הגז מורכב
מחלקיקים קטנים המסודרים בצברים וביניהם ריק. זו היתה, כמובן, חזרה למודל האטום היווני.
כזכור, נדחתה התורה האטומית היוונית
עקרונות הדת הנוצרית אך למרות זאת קמו מפעם לפעם אנשים אשר ניסו
להחיותה. נסיונות אלה התגברו כאשר ב-1417 נתגלה מחדש הספר, "על
טבע הדברים". ספר זה נכתב במאה הראשונה לפני הספירה על-ידי
לויקריטוס (Lucretius , ?95 – 55 לפני הספירה ). בספר זה מתוארת
התיאוריה האטומית כפי שהוצגה ביוון, ועליו נשען רוב הידע שלנו על תורת האטום העתיקה.
מי שתרם רבות ל"הכשרתה" של התורה
האטומית היה מדען וכומר בשם גסנדי
(Gassendi , 1592 – 1655 ), אשר התנגד
לדעותיו של אריסטו וניסה למצוא להן תחליף.
גסנדי אימץ את התיאוריה האטומית אך שינה
בה מספר עקרונות. לפי דעתו,
- האטומים אינם נצחיים ולכן ניתן היה לייחס
את בריאתם לבורא הכל – אלוהים. - האטומים אינם נעים מעצמם, באופן אקראי,
אלא שתנועתם היא מתת האל.
התפתחות המושג אטום
| המקור התקופה |
אטום |
|---|---|
| דמוקריטוס 360-460 לפנה"ס |
כל היקום הוא ריק (החלל) שבו נע מספר אינסופי של חלקיקים, אטומים, השונים זה מזה.האטומים נצחיים וקבועים ואינם משתנים לעולם. |
| גאסנדי 1655-1592 |
האטומים אינם נצחיים. כמו כל היקום כולו, גם הם נבראו על ידי האלוהים.האטומים אינם נעים מעצמם אלא הם מונעים ברצון האל. |
| בויל 1691-1627 |
התכונות השונות של החומרים נובעות מכך שכל חומר מורכב מחלקיקים מוצקים המסודרים כמולקולות. |
מלבד תרומתו לקידום הבנת מודל האטום, היה בויל גם המדען שהנחיל
מכה ניצחת לתורת היסודות של אריסטו.
כזכור לכם, טענו אריסטו ועמיתיו כי היקום
מורכב מארבע תכונות בסיסיות – קור, יובש, חום
ולחות ומתכונות אלו נוצרים ארבעה "יסודות" –
"אדמה", "מים", "אש" ו- "אוויר". תערובת של
קור ולחות יוצרת "מים" , תערובת של קור ולחות
יוצרת "אוויר" וכן הלאה.
מכאן גם שערבוב מתאים של "יסודות" שונים עם
תכונות מתאימות עשוי ליצור חומרים, או
"יסודות", אחרים.
לפי זאת, כאשר מבעירים ענף ירוק, מבחינים בשלהבת ("היסוד אש"),
ועשן ("היסוד אוויר" ), טיפות של מוהל העץ מטפטפות ("היסוד מים")
ולבסוף נותר אפר ("היסוד אדמה" ). המסקנה אליה ניתן להגיע, לפי מודל
זה, היא כי העץ מורכב מארבעת היסודות הללו בצירופן של תכונות מתאימות.
בספרו "הכימאי הספקן" שנכתב ב-1661, הציג בויל את הטיעון הבא:
העובדה שכאשר שורפים עץ באוויר מקבלים
בדרך כלל עשן, להבה, אפר ומים אינה מעידה על
כך שהעץ מורכב מאוויר, אש, אדמה ומים.
- אין כל הוכחה לכך שהעשן, הלהבה, האפר והמים היו בעץ לפני שנשרף. ניתן להניח כי הם נוצרו בתהליך השריפה.
- אין כל הוכחה לכך שהעשן, הלהבה, האפר והמים הם אכן יסודות פשוטים. הם עשויים להיות מסובכים יותר מן העץ עצמו.
- כאשר מחממים עץ בכלי סגור נוצרים שמן, גז, חומץ, מים ופחם בלי להבה. לעומת זאת, כאשר עץ מסוג דומה נשרף באוויר נוצרים רק אפר, פיח ולהבה. במקרה הראשון היו חמישה תוצרים ובשני שלושה ובאף מקרה לא היו אלה היסודות כפי שהגדירם אריסטו.
היסודות, לפי אריסטו, לא היו חומרים מוחשיים אלא מושגים אידיאליים.
יחד עם זאת חשבו היוונים, כבר מזמנו של תלס, שכל החומרים הם התגלמות
של חומרים פשוטים ויסודיים כלשהם אשר מהם מורכבים כל שאר החומרים
האחרים. מכאן, טען בויל, עלינו להתייחס לחומרים יסודיים אלה כאל
החומרים הפשוטים ביותר שלא ניתן לפרקם לחומרים פשוטים עוד יותר.
בויל הגדיר, אפוא, יסוד בדומה למה שאנו מגדירים היום:
"יסודות הם גופים פשוטים, פרימיטיביים שאינם מעורבבים
ואינם בנויים מגופים אחרים או האחד מן השני. בהיותם כאלה
הם הרכיבים אשר מהם מורכבים כל הגופים המעורבבים ואשר
אליהם גופים אלה מתפרקים."
אם נשווה הגדרה זו להגדרתם של הפילוסופים היוונים נראה כאילו
הדבר היחיד המשותף להם הוא השם: "יסוד". ה"יסוד היווני" הוא,
כאמור, תערובת של תכונות תיאורטיות ואילו היסוד, לפי בויל, הוא דבר
המוגדר במונחים ניסויים ולכן ניתן לבדיקה.
שאלה
מתחילת התכנית נתבקשתם לרשום את דעותיכם על השאלות:
- "ממה מורכב העולם?"
- "האם ניתן להפוך כספית לזהב?"
פיתחו את מחברתכם הוירטואלית, חיזרו לתשובותיכם והשלימו אותן.
שמרו את המסמכים החדשים בשמות חדשים בתיק שלכם.
הבה נסכם עד לאן הגענו.
המושג "יסוד" הוצע על ידי היוונים העתיקים (אריסטו) ואומץ כלשונו על
ידי הממסד השליט באירופה של אותה תקופה – הכנסייה הקתולית. עם
השנים התפתחה הבנת המושג עד להגדרה הניסויית של בויל, לפיה אם
נרצה לדעת אם חומר נתון הוא יסוד או לא, נצטרך להפעיל שיטות ניסויות
שונות לפירוק החומר. אם החומר פורק לחומרים פשוטים יותר נדע כי אינו
יסוד. לעומת זאת, אם לא הצלחנו לפרק את החומר באף אחת מן השיטות
המוכרות ניתן להגדירו (לפחות זמנית) כיסוד.
התפתחות המושג "אטום" היתה הרבה יותר בעייתית. האטום "נולד" גם
הוא ביוון העתיקה (דמוקריטוס), אך נדחה על ידי הממסד כבלתי הולם את
עקרונות הדת הנוצרית. למרות זאת המשיכו אנשים שונים לחשוב עליו
ולהשתמש בו להסברת תופעות שונות. בויל השתמש במושג "חלקיקים
יסודיים" כדי להסביר את מה שהוגדר באותו זמן כ"גמישות של האוויר".
הניסויים שביצע וההסבר שנתן עזרו גם להכריע סופית את הוויכוח הישן
אודות קיומו או אי קיומו של הריק (ווקום).
קראו בעיון את הסיכום הבא ולאחר מכן דונו עם חבריכם בשאלות שיוצגו.
