מדע גדול, בקטנה

פרק 165: פרופ׳ מריה צ’ודנובסקי - תורת הגרפים המסבירה את עולמנו מדברימדע - הפודקסט מבית מדע גדול, בקטנה · Episode

מריה צ’ודנובסקי היא מתמטיקאית מובילה בתחום תורת הגרפים. היא למדה בטכניון ובאוניברסיטת פרינסטון, והיא מפורסמת בזכות ההוכחה של משפט הגרפים המושלמים, אחת הבעיות המרכזיות בתחום. צ’ודנובסקי זכתה בפרס מקארתור היוקרתי, ומכהנת היום כפרופסורית באוניברסיטת פרינסטון. עבודתה משלבת עומק תאורטי עם יישומים נרחבים

נפתרה חידת המוח? - מדע גדול, בקטנה אחת השאלות הבסיסיות והעתיקות במדעי המוח הייתה מוקד לוויכוח סוער במשך עשורים – האם תאי עצב חדשים נוצרים במוח האדם הבוגר? היווצרות תאי עצב חדשים במוח, או "נוירוגנזה", תועדה במחקרים, אך בעיקר במודלים של ...

קראו עוד על המחקר המסעיר בכתבתו של דניאל זרחין באתר שלנו:

www.lbscience.org/blog/2025/07...

אני רץ... כל זמן שהאויר מגיע חיפושית במדבר נמיב החם, מקררת את הגוף שלה בריצה מהירה על חולות לוהטים

ד”ר דניאל זרחין שלנו התראיין (שוב!) בהיסכת שלושה שיודעים של כאן11

הפעם דניאל סיפר לאורי גוטליב על אחת השאלות הבסיסיות והעתיקות במדעי המוח – האם תאי עצב חדשים נוצרים במוח האדם הבוגר?

www.kan.org.il/content/kan/...

לגנוב אנרגיה מחור שחור - מדע גדול, בקטנה חורים שחורים (עליהם כתבנו בעבר [1]) מוגדרים על ידי קיומו של גבול חד-כיווני הקרוי אופק אירועים. זוהי נקודת אל-חזור בלתי נראית: ברגע שמשהו חוצה את אופק האירועים, שום אות, אפילו לא קרן אור, אינו יכול להי...

אולי יש תרבויות חייזריות רחוקות שכבר עושות שימוש במנגנון פנרוז להפקת אנרגיה נקייה מהחור השחור המסתובב הקרוב לביתן? מי יודע…

כתבה ואיירה: נעה זילברמן
עריכה: שיר רוזנבלום-מן

לקריאה נוחה עם מבואות באתר המצויין שלנו:

www.lbscience.org/blog/2025/08...

עקרונית אפשר לחזור על הטריק שוב ושוב, ולחלץ אנרגיה שוות ערך לעד כ-29 אחוזים (!) ממסת החור השחור [4] לפני שמגיעים לגבול התאורטי שבו הסיבוב יורד לאפס והארגוספרה נעלמת. ככל שהחור השחור מסתובב מהר יותר בתחילת התהליך, חילוץ האנרגיה יעיל יותר. ⬇️

אם כן, נכנס לארגוספרה עצם עם אנרגיה מסוימת, ויצא עצם עם אנרגיה גבוהה יותר! במילים אחרות - הצלחנו לגנוב אנרגיה מהחור השחור המסתובב. תוספת האנרגיה הזו מגיעה מהאנרגיה הסיבובית של החור השחור, ואכן, בעקבות התהליך, החור השחור מאט מעט את קצב סיבובו תוך שמסתו קטנה.⬇️

דיאגרמת חתך של חור שחור מסתובב. האזור האפור מסמן את החור השחור שמעבר לאופק האירועים. האזור הפחוס הכתום שעוטף אותו הוא הארגוספרה. ציר הסיבוב מסומן כקו מקווקו סגול, והארגוספרה פוגשת את אופק האירועים בקטבים (שם לא מורגש סיבוב). תהליך פנרוז מתחיל בשליחת עצם (מצויר בירוק) אל תוך הארגוספרה. עצם זה, בעל האנרגיה החיובית E0>0, מתפרק בארגוספרה לשני חלקים – אחד (מצויר באדום) בעל אנרגיה שלילית E1<0 שנופל לתוך החור השחור, והשני (מצויר בתכלת) בורח חזרה החוצה עם אנרגיה גדולה יותר מזו שהייתה לעצם המקורי (E2>E0).

נניח, אם כן, שאחד מהחלקים שהתפצלו מהעצם המקורי בארגוספרה הוא בעל אנרגיה שלילית, והוא חוצה את אופק האירועים ונופל אל תוך החור השחור. החלק השני, הנרתע בכיוון ההפוך, נזרק חזרה החוצה מהארגוספרה עם אנרגיה גבוהה מזו שנשא העצם המקורי, כפי שמתחייב משימור אנרגיה.

עבור תהליך דומה מחוץ לארגוספרה, האנרגיות של כל העצמים יהיו חיוביות ועל כן האנרגיה שיירש כל אחד מהחלקים במצב הסופי תהיה נמוכה מזו של העצם המקורי. פה נכנס הקאץ': לעצם בתוך הארגוספרה יכולה להיות אנרגיה שלילית (ביחס לצופה רחוק). ⬇️

הרעיון הוא כזה: דמיינו אסטרונאוטית שיושבת במקום בטוח רחוק מהחור השחור ומפילה לתוך הארגוספרה עצם כלשהו. בפנים העצם נשבר לשני חלקים. זהו תהליך סטנדרטי שמשמר אנרגיה – כלומר האנרגיה של העצם המקורי שווה לסכום האנרגיות של שני החלקים שנוצרו ממנו. ⬇️

מסוחררים? גם אנחנו. אבל הפיזיקאי הבריטי רוג’ר פנרוז (שזכה בנובל על עבודה אחרת ב2020) הבין שהסיבוב הסוחף הזה פותח פתח לניסוי מחשבתי מעניין. הרעיון שלו הוא זה שנתן לאזור הסחרור-הבלתי-נמנע את השם אֶרְגוֹסְפֵרָה. השם נובע מהמילה היוונית ergon (עבודה), משום שבאזור זה ניתן, עקרונית, לחלץ אנרגיה מהחור השחור. ⬇️

גם מעבר לאופק האירועים אפשר לחשוב על המרחב-זמן כנע מהר ממהירות האור וסוחף עימו חלקיקי אור, אבל הפעם הכיוון הוא ישירות פנימה, ולכן זה הגבול שמגדיר את החור השחור ושלא ניתן לחמוק ממנו.⬇️

זה אזור שעוטף את החור השחור, ונמצא מחוץ לאופק האירועים שלו, כלומר הוא נגיש לנו ואפשר גם לצאת ממנו. זה עלול להיות מבלבל, אז נחדד את ההבדל בין האזורים השונים: באזור הגרירה המתואר, אפשר לחשוב על המרחב-זמן כנע מהר ממהירות האור ביחס לצופה רחוק ולכן הוא סוחף גם חלקיקי אור – אבל הכיוון הוא להקפת החור השחור

המחשה של גאומטריית המרחב-זמן עבור חור שחור שאינו מסתובב, ועבור חור שחור מסתובב. בשניהם, אופק האירועים הוא גבול האל-חזור, שהחל ממנו אפילו אור מוכרח לנוע פנימה. במקרה של חור שחור מסתובב יש אזור של גרירת מערכות ייחוס חזקה, שבו כל עצם, אפילו אור, מוכרח לנוע במעגלים סביב החור השחור. אזור זה נמצא מחוץ לאופק האירועים.

עצמים הנמצאים במרחב-זמן הנגרר יושפעו מהגרירה, כמו פירורים על מפת שולחן בתנועה. עבור חורים שחורים מסתובבים, התופעה הזו מגיעה לשיא: קרוב מספיק לחור שחור מסתובב, קיים אזור שבו בלתי אפשרי להתנגד לגרירה: כל עצם, אפילו חלקיק אור, ייסחף במערבולת המרחב-זמן ⬇️

המחשת גאומטריית המרחב-זמן סביב כוכב שאינו מסתובב וסביב כוכב מסתובב. במקרה של כוכב מסתובב ישנה גרירת מערכות ייחוס - המרחב-זמן מקבל "טוויסט" בכיוון הסיבוב.

אחת התוצאות המתקבלת מכך היא שגוף מסתובב, למשל כדור הארץ, "גורר" את המרחב-זמן עצמו ומכריח אותו להסתובב עימו – תופעה שנקראת גרירת מערכות ייחוס (באנגלית: Frame dragging)⬇️

המשוואות של תורת היחסות הכללית, הנקראות גם משוואות איינשטיין, מתארות את יחסי הגומלין בין הגאומטריה של המרחב-זמן ובין החומר והאנרגיה ביקום. המרחב-זמן מתעוות ומתעקם בתגובה לחומר ולאנרגיה, ואלו בתמורה נעים בהתאם לגאומטריה המעוותת של המרחב-זמן. ⬇️

עבור חור שחור שאינו מסתובב (חור שחור מסוג שוורצשילד) חלקיקים שנופלים אל החור השחור תמיד יגדילו את המסה שלו. אבל כשחור שחור מסתובב, כמו חורים שחורים מציאותיים ביקום שלנו, המשוואות של תורת היחסות הכללית מוסיפות טוויסט, תרתי-משמע. ⬇️

חורים שחורים מוגדרים על ידי קיומו של גבול חד-כיווני הקרוי אופק אירועים. זוהי נקודת אל-חזור בלתי נראית: ברגע שמשהו חוצה את אופק האירועים, שום אות, אפילו לא קרן אור, אינו יכול להימלט חזרה אל היקום.⬇️

#פידמדע
בקטנה: לגנוב אנרגיה מחור שחור
לפי התפיסה הפופולרית, חור שחור הוא מעין בור ללא תחתית שרק בולע ובולע... תופתעו לגלות שאפשר להרוויח אנרגיה מחור שחור – תוך ש"מאכילים" אותו ממקום בטוח מחוצה לו. זה מתאפשר באמצעות מנגנון פנרוז: דרך חוקית (כשהחוקים הם חוקי הפיזיקה, כמובן) "לכייס" חור שחור מסתובב. ⬇️

דלקת הריאות של שחקני הפוקר - מדע גדול, בקטנה ב-14 בפברואר 1987, בעיר הליפקס בנובה סקוטיה שבקנדה, התכנסה חבורת של כתריסר אנשים, כולם חובבים של משחק הפוקר. זו לא הייתה הפעם הראשונה – הם נהגו להיפגש בתדירות של פעמיים או שלוש פעמים בשבוע. אך הפעם קר...

כתב: ד"ר דרור בר-ניר @drorbarnir.bsky.social
עריכה לשונית: סמדר רבן

לקריאה נוחה עם מבואות, באתר שלנו
www.lbscience.org/blog/2025/07...

השאלה שנותרה פתוחה בסיפור זה היא כיצד נדבקה החתולה. הרי לא מדובר באזור כפרי. החוקרים שיערו שהחתולה טרפה עכבר נגוע. אם ההשערה נכונה, ייתכן שהמחלה לא מאפיינת רק אזורים כפריים.
האירוע תואר בכותרת המאמר ובכתבות שנלוו אליו כ"דלקת הריאות של שחקני הפוקר" – Poker Players' Pneumonia.⬇️

התברר שכל מי שהיה בחדר בזמן ההמלטה – אז נפלט מהרחם תרסיס של חיידקים והתפזר בחלל הלא כל כך מאוורר – או כמה שעות לאחריה, שאף את החיידקים למערכת הנשימה שלו וחלה.⬇️

בבדיקת החתולה התברר שרחמה נגוע בחיידק, וגם שני הגורים ששרדו נחשפו אליו. הקשר להמלטה אומת באופן סופי כשהתברר שילדי המארח, שנהגו לשהות ליד החתולה כל הזמן אך לא נכחו בעת ההמלטה, לא נחשפו לגורם המחלה. ⬇️

החקירה האפידמיולוגית, שהובילה ג'ואן לנגלי (Langley) מאוניברסיטת דלהאוזי המקומית, שללה קשר בין החולים לבין שהייה באזורים כפריים וחשיפה לחיות משק, לחיות בר או למוצרי חלב לא מפוסטרים. בהמשך התגלה שכל התריסר מקושרים למפגשי הפוקר, ולמפגש הספציפי שבו החתולה המליטה. ⬇️

אחר כך מתפתחות דלקות בריאות, בכבד, בלב ובאיברים נוספים, דלקות אשר יכולות להיות קטלניות. נשים בהיריון עלולות להפיל את עוברן. לרוב, טיפול אנטיביוטי עוצר את התפתחות המחלה ומסייע להחלמה.⬇️

בזמן המלטה החיידקים מופרשים בכל דרך אפשרית: בצואה, בשתן, בחלב ובהפרשות הרחם. חיידקים אלו מתפזרים גם בהדבקה טיפתית באוויר, וכך הם חודרים לדרכי הנשימה של כל מי שבסביבה. כשהחיידקים מגיעים לבני אדם, מתחילה מחלה עם סימנים המתאימים למחלות רבות אחרות: כאבי ראש, עליית טמפרטורת הגוף, צמרמורות ושיעולים. ⬇️

נשאי החיידקים אינם נראים חולים בדרך כלל, והמחלה מתבטאת בעיקר בזמן הריונות. אז החיידקים מתרבים באברי הרבייה הנקביים, ברחם ובשלייה, ואף חודרים לתאי העובר. זה מוביל להפלות או ללידת צאצאים נגועים וחולים, שחלקם לא שורד.⬇️

המאגר הטבעי העיקרי של החיידקים נמצא בכבשים, עיזים ובקר, אך הם נמצאים גם ביונקים אחרים, כגון חיות מחמד (כלבים וחתולים) ומכרסמים שונים. ⬇️

חיידקי Coxiella burnetii בתאים בתרבית. מקור: NIH

הגורמים למחלה הם חיידקי Coxiella burnetii, הדומים בצורתם, מתגים קטנים וקצרים, ובאורח חייהם, טפילים תוך-תאיים, לחיידקי ה-Rickettssia המפורסמים יותר.

קדחת Q היא מחלה נפוצה אצל בעלי חיים בטבע ובמשקים חקלאיים בכל העולם, למעט ניו-זילנד. היא דווחה ואופיינה לראשונה ב-1935 במדינת קווינסלנד שבאוסטרליה. יש ויכוח אם האות Q בשמה של המחלה מרמזת על שם המדינה, או על המילה Query (שאלה, תהייה), שכן במשך זמן רב לא היה ברור מה גורם למחלה.⬇️

אחד מן החולים מת – אדם שסבל ממחלת לב וגם לקה במקביל בזיהום חיידקי נוסף. כל השאר הגיבו לטיפול והחלימו. בניתוח לאחר המוות נמצאו בריאותיו של החולה שמת החיידקים הגורמים למחלה.⬇️