מסע בגודל: בין מולקולות לכוכבים
קטנים גדולים: מהו החֶלקיק הקטן ביותר הידוע? ומהו הדבר הגדול ביותר ביקום? ולעומת שני אלה, האם אנחנו גדולים יותר או קטנים יותר? מסע מרתק בין גְּדָלים
כל אחד מאִתנו גדול מדברים מסוימים וקטן מדברים אחרים. אנחנו גדולים מזְבוּב אך קטנים מִפּיל, את זה כל אחד יודע. אבל אם ניקח את כל הדברים ביְקוּם ונציב אותם זה לצד זה מהקטן ביותר עד הגדול ביותר, האם אנחנו קרובים יותר לצד של הכּוֹכָבים והגָלַקסְיוֹת או לצד של המוֹלֵקוּלוֹת והאָטוֹמים? החלטתי לבדוק את הנושא, והדברים שגיליתי הפתיעו אותי מאוד.
יתוּש במִגרש כּדורגל
נתחיל מהקטן ביותר: העצמים הרגילים שמסביבנו, בין אם מדובר בגרגיר חול או בגורד שחקים, מוּרכּבים מאטומים. במשך שנים חשבו המַדענים שהאטום הוא החֶלקיק הקטן ביקום ואי אפשר לחלק אותו לחֶלקיקים קטנים יותר. למעשה המילה "אטום" מגיעה מיוונית ומשמעותה "אינו ניתן לחילוּק". אך במשך השנים התבּרר כי הדבר אינו נכון: האטום מורכב מחלקיקים קטנים יותר, כגון פּרוֹטוֹנים ונֵיטְרוֹנים, ואפילו הם מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר, הנקראים קְווארְקים. האם בעתיד נגלה שגם את הקווארקים אפשר לחלק לחלקיקים קטנים יותר? ובכן, כנראה לא.
אז כמה הקווארק קטן? בואו נדמיין שאנו לוקחים אטום אחד ומגדילים אותו לגודל של אִצטַדיוֹן כדורגל, ובכלל זה המִגרש, היְציעים ואפילו הקירוֹת של האצטדיון. עכשיו בואו נדמיין שבמרכז המגרש, ממש על הנקודה הלבנה המצוירת באמצע הדשא, נוחת יתוש קטַנטן. היתוש הזה הוא גרעין האטום. גרעין האטום מורכב במקרים רבים ממספר רב של פרוטונים וניטרונים. למשל, אם נניח שהוא אטום של זהב – הוא מורכב מ-79 פרוטונים ו-118 ניטרונים (בסך הכל 197 נוקליאונים). בואו נחלק את היתוש ל-197 חלקים (הוא יתוש דִּמיוֹני, הוא אינו מרגיש את זה). כל אחד מהפרוטונים והניטרונים מורכב משלושה קווארקים, אז נכפּיל 197 ב-3. בחישוּב לא מדויק במיוחד, כל קווארק יהיה בגודל של אחד חלקי 591 מהגודל של היתוש. במילים אחרות, גם אם נגדיל את האטום לגודל של אצטדיון כדורגל, הקווארק יהיה קטן מכּדי לראות אותו ללא מיקְרוֹסקוֹפּ.
תַּפּוח מלא בָּטְנים
אחרי שהבנו את ההבדל בין הגודל של קווארק לגודל של אטום, מה הגודל של האטום עצמו? כדי להבין את זה, בואו נדמיין שיש לנו תפוח ביד. התפוח הזה מורכב ממאות טְרילְיוֹנים של אטומים. אם נגדיל כל אחד מהאטומים הללו לגודל של בוטן, יגדל התפוח ויגיע לגודל של כדור הארץ! תחשבו על זה, תפוח בגודל כדור הארץ שכולו מלא בטנים. זה המון בטנים!
עכשיו יש לנו מספיק מידע כדי לנסות לדמיין את ההבדל בגודל בינינוּ ובין החֶלקיק הקטן ביותר. מוכנים? זה הולך להיות מטורף: אדם ממוּצע שוֹקל בערך כמו 800 תפוחים. אז בואו נדמיין 800 כדורי ארץ שכל אחד מהם מלא בטנים. כעת ניקח בוטן אחד ונגדיל אותו עד שהוא יהיה בגודל של אצטדיון כדורגל. עכשיו נלך למֶרכּז הבוטן, ניקח מיקרוסקופ, נסתכל לתוכו, ונוכל לראות, ממש בקטן, את הקווארק! עשינו את זה! הצלחנו לדמיין את הגודל שלנו יחסית לחלקיק הקטן ביקום.
כדור פינג פונג ליד כדורסל
אבל המסע רק בחצי הדרך. עכשיו ננסה לדמיין אותנו לעומת הכוכבים והגלקסיות שבחלל. מה היחס בינינו ובין הדברים הגדולים ביותר ביקום? למזלנו, רוב הדברים ביקום כדוריים, ולכן אני מבקש שתדמיינו כדורסל ולידו כדור פינג פונג. אילו היה כדור הארץ בגודל של כדור פינג פונג אז יחסית אליו היה כוכב הלכת צֶדק בגודל של כדורסל. אבל צדק נראה כמו כדור פינג פונג יחסית לשמש שלנו, שנראית כמו כדורסל. שנמשיך?
השמש שלנו ענקית, אבל נראית כמו כדור פינג פונג לעומת הכוכב הבּוֹהק ביותר בשמֵי הלילה – סיריוּס, והוא נראה כמו כדור פינג פונג לעומת אַרקְטוּרוּס, וזה נראה כמו כדור פינג פונג לעומת רייגל, וזה נראה כמו פינג פונג לעומת קָאניס מאג'וֹריס - הכוכב (כוכב השֶבת) הגדול ביותר שנצפּה עד היום. מה כל זה אומר? שכדור הארץ שלנו קטן כל כך שיחסית לכוכב הגדול ביותר הוא ממש מיקרוסקופי. וכוכב השבת הגדול ביותר אפילו אינו קרוב להיות הדבר הגדול ביקום.
הדבר הגדול הבא אחרי הכוכב הגדול ביותר הוא עַרְפילית הוֹמוּנְקוּלוּס. ערפילית היא ענן ענקי של גז ואבק בין-כוכבי. וערפילית הומונקולוס היא הערפילית הקטנה ביותר בגלקסיה שלנו. וכשאני אומר קטנה, אני מתכוון שהאורך שלה הוא "רק" עשרים מיליאַרד קילוֹמֶטר. אחריה אפשר למצוא עוד שְׁלל ערפיליות, וכל אחת עושה את הקוֹדֶמת לה גרגיר של אבק – ערפילית הטריגון, הערפילית המנצנֶצת, ערפילית האֶסקימוֹ, הלָגוּנה, הטרנְטוּלה. יש שלל ערפיליות בחלל, והן גדולות בצורה שקשה בכלל לתפּוֹס.
איפה אנחנו?
אם אתם חושבים שסיימנו, אתם טועים. בשלב זה אנו מַגיעים לגלקסיות – המקום שכל הכוכבים, השְׁמָשוֹת והערפיליות האדירוֹת נמצאים בו. והגלקסיות נעות בין הגלקסיה ה"ננסית" ליאוֹ, שגוֹדלהּ "רק" אלפיים שנות אור, עד הגלקסיה IC 1101, שהיא הגלקסיה הגדולה ביותר שגילינו עד היום והיא משׂתרַעת לאורך של חמישה מילְיון שנות אור. זה אומר שייקח לנו חמישה מיליון שנים כדי לחצות את הגלקסיה הזו במהירות האור. וכל הגלקסיות הללו יושבות בתוך היקום שאנו חיים בו, שקוֹטרוֹ 93 וחצי מיליאַרד שנות אור, והוא רק הולך ומתרחב בכל רגע נָתוּן.
אז עכשיו, אחרי שעשינו מסע מהקטן ביותר אל הגדול ביותר, נשאלת השאלה איפה אנחנו נמצאים? האם אנחנו גדולים יותר או קטנים יותר? ובכן, אנחנו נמצאים במקום טוב באמצע, יחסית ליקום מצד אחד ולקווארקים מצד אחר. אם אנחנו רוצים בכל זאת להחליט על צד, הייתי אומר שאנחנו קטנים יותר מגדולים - קרובים לקווארק קצת יותר מאשר ליקום. ואני אומר על זה על סמך העובדה שתנועות של אטומים יחידים משפּיעוֹת עלינו יותר מתנועות של גלקסיות בחלל. אז אם מישהו שואל אתכם אם אתם קטנים יותר או גדולים יותר, תגידו לו שאתם קטנים יותר, אבל רק קצת.
כאן ישנה מצגת מַרשימה שמאפשרת לנוּע בין קנה המידה הקטן ביותר לקנה המידה הגדול ביותר, עם הסבּרים בעברית.
הכותב הוא בעל אתר topgeek.co.il . הכתבה פורסמה בגיליון ספטמבר 2014 של גליליאו צעיר. רוצים לקרוא עוד? לקבלת מגזין גליליאו צעיר במתנה
לפנייה לכתב/ת 
