איך האור נע בחלל? תרגום תוכן, סרטון מערוץ היוטיוב © Science Hub. הערוץ חוקר את מסתורי היקום, צולל לתוך עקרונות הפיזיקה וחושף עובדות מעניינות שיעוררו את סקרנותכם. משימת עורכי הערוץ היא להפוך את המדע לנגיש ומהנה לכולם. בין אם אתם סטודנטים, סקרנים או סתם אוהבים ללמוד, הסרטונים בערוץ מפרקים נושאים מורכבים לתוכן קל להבנה.

הסרטון הפעם – האם תהיתם כיצד אור עובר דרך וואקום החלל מבלי להזדקק לאוויר, מים או כל סוג של תווך? המדע המרתק שמאחורי הסיבה לכך שאור – גל אלקטרומגנטי – אינו זקוק לחומר כדי לנוע דרכו. בניגוד לגלי קול, התלויים באוויר או במים, אור יכול לנוע מיליוני קילומטרים דרך ריקנות החלל, והכל בזכות התכונות הייחודיות של שדות חשמליים ומגנטיים.

נצלול גם לניסוי המפורסם של מייקלסון-מורלי, שהוכיח שאור אינו זקוק ל"אתר" ההיפותטי כדי לנוע. התכוננו להבין את האור בצורה חדשה לגמרי!

אור: כיצד הוא נע בחלל ריק?

אור נע בחלל ריק במהירות של 300,000 ק"מ לשנייה. אבל הנה החלק המוזר: הוא לא צריך שום דבר שיעזור לו לנוע. לא אוויר, לא מים, כלום. אז איך אור מצליח לנוע דרך הריק של החלל? בדקות הקרובות נפרק את המדע מאחורי הסיבה שאור אינו זקוק לתווך כדי לנוע, ותאמינו לי, התשובה מדהימה.

מהו אור?

אנחנו רואים אותו כל הזמן, אך הוא יותר מסתם מה שעינינו קולטות. אור הוא צורה של אנרגיה הנעה כגל אלקטרומגנטי. זה נשמע קצת מסובך, אבל זה למעשה די פשוט כשמפרקים את זה. דמיינו את האור כזוג גלים בלתי נראים הנעים יחד בחלל. אחד הגלים האלה מורכב משדות חשמליים והשני מורכב משדות מגנטיים. שדות אלה מתנודדים, מה שאומר שהם כל הזמן עולים ויורדים כמו גלים באוקיינוס. אבל הנה החלק המגניב באמת: הם אינם זקוקים למים, אוויר או כל חומר כדי לנוע דרכו.

כדי לעזור לדמיין זאת, בואו נשווה זאת זה לגלי אוקיינוס. כשאתם רואים גלים על פני המים, הם נעים מכיוון שהמים עצמם דוחפים אותם קדימה. ללא מים, לא הייתם רואים שום גלים בכלל. אור שונה; זה כמו שיש גלים שיכולים לנוע ללא מים, חול או כל דבר פיזי שישא אותם. הם פשוט ממשיכים לנוע, מופעלים על ידי האינטראקציה בין השדות החשמליים והמגנטיים.

אז איך זה נראה בפועל?

דמיינו שהשדות החשמליים נעים מעלה ומטה כמו החלק האנכי של גל, בעוד שהשדות המגנטיים נעים מצד לצד. שני השדות האלה ניצבים זה לזה. כלומר הם מתנודדים בכיוונים שונים, אבל הם מחוברים. השדה החשמלי יוצר את השדה המגנטי והשדה המגנטי יוצר את השדה החשמלי. כך נוצר  מעין מחזור מתמשך מעצמו המאפשר לאור להמשיך לנוע קדימה. חשבו על זה כך: דמיינו שני אנשים עומדים רחוק זה מזה וזורקים כדור כדורסל הלוך ושוב. בכל פעם שאדם א' זורק את הכדור לאדם ב', אדם ב' תופס אותו ומיד זורק אותו בחזרה. הכדור ממשיך לנוע ביניהם מבלי להזדקק לשום דבר אחר שיעזור לו לנוע, רק שני האנשים. באנלוגיה הזו, הכדור מייצג אנרגיה, ושני האנשים הם כמו השדות החשמליים והמגנטיים. הם שומרים על האנרגיה בתנועה ביניהם, וזה מה ששומר על האור בתנועה קדימה, אפילו דרך הריק של החלל. מכיוון שהשדות האלה אינם זקוקים לשום חומר שישא אותם, אור יכול לנוע בחלל שבו אין אוויר.

אור בחלל

בחלל אין מים, אין עצמים מוצקים, רק ואקום. זו הסיבה שאור השמש יכול לנוע כל הדרך מהשמש לכדור הארץ, למרות שחלל הוא בעיקר ריק. בקיצור, אור די מיוחד. הוא גל אלקטרומגנטי שיכול לנוע בכוחות עצמו, מבלי להזדקק לתווך שישמש לו תמיכה, וזאת הודות לאופן שבו השדות החשמליים והמגנטיים מתקשרים ושומרים על זרימת האנרגיה.

כדי להבין זאת טוב יותר, בואו נשווה זאת לקול. גלי קול הם גלים מכניים, מה שאומר שהם זקוקים למשהו כמו אוויר, מים או עצם מוצק כדי לשאת את הרעידות ממקום אחד למשנהו. ללא תווך, קול פשוט לא יכול לנוע. זאת הסיבה שאין קול בחלל. בניגוד לקול, אור אינו צריך לדחוף חלקיקים כדי לנוע. במקום זאת, הוא מתפשט מעצמו. השדות החשמליים והמגנטיים האלה מספיקים כדי לשמור אותו בתנועה, אפילו דרך ואקום כמו חלל.  זו הסיבה שאור השמש יכול לעבור 93 מיליון מייל דרך הריק של החלל כדי להגיע אלינו לכדור הארץ.

איך מדענים הבינו את זה?

עוד במאה ה-19, הייתה תיאוריה שאור זקוק לתווך כדי לנוע, והם קראו לתווך היפותטי זה האתר. אבל בשנת 1887 ניסוי על ידי שני מדענים, מיכלסון ומורלי, הראה  שאור נע באותה מהירות בין אם יש תווך ובין אם לא.  זה הפריך את תיאוריית האתר והוכיח שאור אינו זקוק לשום סוג של חומר כדי לנוע. אור אינו מאט כאשר הוא עובר דרך חומרים כמו מים או זכוכית, מכיוון שהוא מתקשר עם החלקיקים בחומרים האלה. אבל בוואקום, שבו אין חומר כלל, הוא נע במהירות הגבוהה ביותר האפשרית שלו – כ-300,000 ק"מ לשנייה.

מסקנה

אחד הדברים המגניבים ביותר בכך שאור אינו זקוק לתווך הוא שהוא מאפשר לנו לראות כוכבים רחוקים, גלקסיות ואפילו אירועים קוסמיים שהתרחשו לפני מיליארדי שנים. מכיוון שאור יכול לנוע דרך הריק של החלל.  אנחנו יכולים להביט עמוק לתוך היקום וללמוד כל כך הרבה עליו. זה די מדהים.

תודה שצפיתם.