צפרדע מרחפת ופרה רובצת: על פרס האִיג-נוֹבֵּל הידוע לשמצה.

בשנת 1963, מהנדס בשם ג'ורג' בלונסקי, הגיש בקשה למשרד הפטנטים האמריקאי לרישום מכשיר רפואי שפיתח יחד עם אשתו, שרלוט. לזוג הממציאים שלנו הייתה כוונה טובה: הם רצו לסייע לנשים בתהליך הלידה, תהליך שכידוע דורש לעיתים קרובות מאמץ פיזי עצום מצד האישה.

נראה כי ג'ורג' ושרלוט נתנו דרור לדמיון שלהם, והמציאו מכשיר שכובל את האישה, ואז מסובב אותה כמו סביבון עד לרמה הנדרשת בה התינוק נשלף החוצה מהרחם על ידי הכוח הצנטריפוגלי. אתם בטח חושבים לעצמכם:

רגע, רגע... מה לעזאזל קראתי עכשיו?

אני לא צוחק, זה סיפור אמיתי, ויש פטנט רשום בארה"ב על המכשיר הזה. צחוק בצד, מסתבר כי ג'ורג' ושרלוט השקיעו לא מעט מחשבה ומחקר בתכנון ופיתוח של המכשיר, ולא מדובר בסתם שולחן עם רצועות; מדובר במבנה הנדסי די מורכב עם מחוונים, בקרי שליטה וחלקים נעים. הנה תרשים של המכשיר:

לימים, בני הזוג בלונסקי קיבלו את ההכרה המפוקפקת שמגיעה להם, וזכו בפרס הידוע לשמצה:

פרס האִיג-נוֹבֵּל (Ig-Nobel)

קודם לצחוק, ואז לחשוב

אוקיי, אז מהו אותו פרס איג-נובל הידוע לשמצה?

מדובר בפרס שניתן מידי שנה מאז 1991 על הישגים ותגליות מוזרים להחריד ולא שגרתיים, אך כאלה שהושגו בעזרת מחקר רציני ומכובד. המוטו הרשמי של הפרס הוא לגרום לאנשים קודם כל לצחוק למראה ההמצאה או התגלית הביזארית, ואז לעצור רגע ולחשוב איך זוכי הפרס הגיעו למסקנות המוזרות שאליהן הגיעו:

השם של הפרס: איג-נובל (Ig Nobel), הוא משחק מילים מתוחכם על פרס הנובל הידוע והמוכר; באנגלית המילה: Ignoble, פירושה: מֵבִישׁ, בִּזְיוֹנִי; נָחוּת. לכן מתוך המילה Ignoble הדרך קצרה לקרוא לפרס Ig-Nobel, כך שפרס האיג-נובל הוא כביכול הנגטיב המביש של פרס הנובל המכובד.

כצפוי מפרס מביש, זוכי האיג-נובל לא מקבלים פרס כספי; להיפך, הם צריכים לממן את כל הוצאות הנסיעה לטקס והאירוח במקום. אמנם, הזוכים כן מקבלים "פרס" עוקצני שאותו הם יכולים לתלות על קיר המשרד ולהשוויץ בכבוד המפוקפק, ופרס זה משתנה משנה לשנה בהתאם למצב הרוח של וועדת הפרס. לדוגמה, זוכי פרס האיג-נובל לשנת 2013 קיבלו קופסה עם מכסה זכוכית המכילה בתוכה פטיש המיועד לשבירת הזכוכית עצמה במקרה "חירום"… כך זה נראה:

היו גם זוכים שהופתעו לקבל סכום עצום: 10 טריליון דולר! מדובר למעשה בשטר עם הסכום הגדול ביותר שהונפק עד אותה שנה, והמדינה שהנפיקה אותו היא זימבבואה. המטבע של המדינה גם הוא נקרא בשם: "דולר" והוא שווה בערך 0.003 דולר אמריקאי. כך שזוכי הפרס יכלו להתגאות בעובדה שהם קיבלו – כנראה – את הפרס הכספי הגדול ביותר אי פעם, אך לרוע המזל, השטר היה מזויף כך שהוא שווה לכל היותר את הנייר שהוא מודפס עליו:

בקיצור, הבנתם את העסק: וועדת הפרס אוהבת לעשות צחוקים. אבל זכרו: הפרס עצמו ניתן על עבודת מחקר איכותית ומעמיקה, אלא שמושא המחקר יכול להיות קצת מוזר או מצחיק. כאמור לעיל, מטרת העל היא לגרום לאנשים לא רק לצחוק, אלא גם לחשוב!

אוקיי, אז הנה טעימה קטנה של זוכי פרס האיג-נובל שאספתי משנים קודמות ממספר ענפי מדע שונים. כפי שתראו להלן, נראה כי כאשר יש עודף תקציב באקדמיה, אין ברירה אלא למצוא דרכים מתוחכמות אין לנצל את תקציב המחקר…

פיזיקה

פרס האיג-נובל לשנת 2000 ניתן לאנדרה גיים (Andre Geim) ולמיכאל ברי (Michael Berry) מאוניברסיטת ראדבאוט שבהולנד על כך שהצליחו לגרום לצפרדע לרחף. שמעתם נכון, יש מעבדה לפיזיקה בהולנד עם צפרדע מרחפת, הנה:

לפני הכל יש לציין, כי אנדרה גיים הוא פיזיקאי מוביל בתחומו ועשר שנים לאחר שגרם לצפרדע לרחף, הוא קיבל את פרס הנובל לפיזיקה לשנת 2010 (הכוונה לפרס הנובל האמיתי), על מחקריו פורצי הדרך בתחום הגְּרַפִין. מכל מקום, במקרה של אנדרה ומיכאל, הכל התחיל מצעצוע משרדי מפורסם הנקרא: לביטרון (Levitron). מדובר במגנט קטן שעשוי כמו סביבון שמרחף באוויר מעל בסיס שעשוי אף הוא מחומר מגנטי:¹

אנדרה ומייקל ניסו לבדוק כיצד ניתן ליישם את הלביטרון על חומרים שאינם מגנטיים.² ומה הדבר הראשון שקופץ לכם בראש כשאתם חושבים על חומר שאינו מגנטי? נו, ברור: צפרדע…

אז אנדרה ומיכאל הפשילו שרוולים, הביאו צפרדע מהפקולטה לרפואה, והתחילו לבדוק באילו תנאים אפשר לגרום לצפרדע לרחף. בסופו של דבר הם הצליחו למרות שמדובר במחקר לא פשוט בכלל, במאמר שלהם יש פיזיקה ברמה די גבוהה:³

הסתברות

הפרס לשנת 2013 ניתן על מחקר ביזארי במיוחד שנעשה על ידי ברט טולקאמפ (Bert Tolkamp) ומרי האסקל (Marie Haskell). שני החוקרים ניסו לפתח מודל מתמטי כדי לנבא, שימו לב:

1. מה ההסתברות שפרה תעמוד בהינתן משך הזמן שבו היא רובצת על הקרקע,
2. מה ההסתברות שפרה תרד לרביצה על הקרקע בהינתן משך הזמן שבו היא כבר עומדת.

אל תשאלו אותי למה זה טוב, כי אני לא רפתן מומחה. כל מה שאני יודע זה שהחוקרים ניטרו את הרגלי העמידה והרביצה של פרות באמצעות חיישנים ומצלמות, ולאחר ניתוח הסתברותי של הנתונים הגיעו למסקנה מאוד מפתיעה:

1. מצד אחד נראה כי ניתן לנבא בצורה די טובה מהי ההסתברות שפרה תעבור למצב עמידה כפונקציה של זמן הרביצה שלה. במילים אחרות: ניתן למצוא קשר מתמטי ברור בין זמן הרביצה של פרה לבין הסיכוי שהיא תעמוד ברגע הבא.
2. מצד שני, החוקרים לא הצליחו למצוא דרך מתמטית לנבא מה ההסתברות שפרה שכבר עומדת תעבור למצב רביצה.

שתי המסקנות הנ"ל נמצאות איפשהו בתוך סבך הגרפים האלה המופיעים במאמר:

הסיבה לתופעה הזו לא ממש ברורה, אבל נראה כי פרות הנמצאות במצב עמידה, לא שואלות אף אחד מתי לרבוץ והן פשוט מחליטות לשבת בלי לציית לאיזו תבנית ברורה. לעומת זאת, פרות הנמצאות במצב רביצה לפתע מיישרות קו, וכביכול פועלות לפי מנגנון ברור שאומר להן מתי לעמוד…

פיזיולוגיה

שנתיים קודם לכן ב-2011, פרס האיג-נובל ניתן לחוקרים מצרפת ומהולנד⁴ שניסו להבין אחת ולתמיד בעיה עתיקת יומין בספורט אולימפי, והיא:

מדוע ספורטאים המתחרים בזריקת דיסקה סובלים מסחרחורת לאחר הזריקה, בעוד ספורטאים המתחרים בזריקת פטיש לא סובלים מכך.

כן, מסתבר כי אף על פי שגם זריקת דיסקה וגם זריקת פטיש אלו שני תהליכים הדורשים מהספורטאי להסתובב במקום כמה שיותר מהר (כדי לזרוק את הדיסקה\פטיש כמה שיותר רחוק), עדיין רק זורקי הפטיש לא סובלים מסחרחורת. התעלומה רק מתגברת כאשר לוקחים בחשבון את העובדה כי דווקא זריקת פטיש דורשת\מאפשרת מהספורטאי להסתובב מספר רב יותר של פעמים בהשוואה לזריקת דיסקה. למי שלא זוכר, הנה ההבדל בין שתי הזריקות:

קודם כל, החוקרים ניסו לגלות האם התופעה נגרמת בגלל הזורק עצמו או בגלל סוג הזריקה. לשם כך הם הקפידו להשתמש בספורטאים שמתמחים גם בזריקת פטיש וגם בזריקת דיסקה בו-זמנית. הזריקות עצמן נותחו מכל הכיוונים, ובאמת כ-60% מזריקות הדיסקה הסתיימו בדיווח של הספורטאי על הרגשת סחרחורת, כאשר מצד שני כל זריקות הפטיש הסתיימו ללא דיווח כלל. תוצאות המחקר התפרסמו בכתב עת המוקדש ספציפית ל- Otolaryngology, או בשם המוכר היותר: רפואת אף-אוזן-גרון:

בסופו של דבר, האשמה העיקרית נפלה על יכולת מיקוד המבט; מסתבר כי בזריקת פטיש הספורטאי מחזיק את הפטיש בשתי ידיים אל מול בית החזה, כך שקל יותר לספורטאי להתמקד בפטיש עצמו תוך כדי סיבוב. זאת בניגוד לזריקת דיסקה בה הספורטאי מחזיק את הדסקה ביד אחת בלבד הפרושה לצדדים, כך שאין לספורטאי במה למקד את המבט, תופעה הגורמת לטלטול יתר של הראש!

כימיה

כולנו מכירים את גלאי העשן הסטנדרטים, נכון? כידוע, צורת ההתרעה הנפוצה ביותר של גלאים אלה במקרה של גילוי עשן עקב שריפה הוא להפעיל סדרה של צפצופים חדים וחזקים, כאלה שאי אפשר לפספס.

אוקיי, אבל מה יעשו החרשים? איך הם יכולים לשמוע את הצפצוף של הגלאי ולדעת שהתחילה שריפה בחדר הסמוך? הסכנה מתגברת משמעותית אם מדובר באדם חירש בזמן שהוא ישן… גלאי עשן יכול לצפצף מפה ועד מחר, אך זה לא ממש יעזור למי שאינו שומע, ועד שהאדם יתעורר כבר יכול להיות מאוחר מדי.

ובכן, שני חוקרים מיפן⁵ קיבלו את פרס האיג-נובל על מחקר שעשו בו מצאו מה צריכה להיות הצפיפות האידיאלית של חלקיקי ואסאבי (Wasabi) באוויר כדי להעיר אדם ישן. הואסאבי המוזכר כאן הוא הצמח המוכר לכולנו בתור "חזרת יפנית", שמהשורש שלו מכינים תבלין חריף שנהוג להגיש עם סושי. מכאן הדרך קצרה לרשום פטנט, לממש את התגלית ולייצר בפועל גלאי עשן מבוסס ואסאבי (אני רק מקווה שהגלאי הזה גם מצפצף):

זואולוגיה (ובזה נסיים את הטרלול…)

כנראה השיא של כל השַׁגַּעַתּ הזו שייך לפרס בתחום הזואולוגיה שניתן על מחקר "פורץ דרך" במיוחד.

מכירים את תופעת הפיהוק המדבק? ראיתם מישהו שמפהק ומיד אתם חשים בדחף בלתי נשלט לפהק בעצמכם? אז רק שתדעו שאנה וילקינסון (Anna Wilkinson) ולודויג הובר (Ludwig Huber) קיבלו פרס איג-נובל על כך שערכו מחקר הקובע כי צבים מסוג: "צב אדום-רגליים" (Chelonoidis carbonarius) אינם מושפעים מתופעת הפיהוק המדבק. הבנתם? כשצב אדום-רגליים מפהק, אין בכך כדי לגרום לצב אדום-רגליים אחר שרואה אותו לפהק בתגובה לכך…

זהו, אם הגעתם עד כאן, נראה לי שהבנתם את הקטע של הפרס.

1. הסיבה שמדובר בסביבון אינה מקרית, ובלתי אפשרי לגרום לסביבון לרחף באופן יציב אם הוא לא מסתובב, לכן משתמשים בסביבון ולא בצורה אחרת, קוביה למשל. הסיבה לכך היא משפט מפורסם בפיזיקה הנקרא: משפט ארנשואו (Earnshaw's theorem) שמוכיח כי גוף נייח אינו יכול להיות בשיווי משקל תחת כוחות שדועכים כמו המרחק בריבוע. כלומר: אם על גוף נייח פועלים כוחות גרביטציוניים, חשמליים או מגנטיים, אין לגוף אפשרות להיות בשיווי משקל יציב. כן אפשר למקם את הגוף בנקודות שיווי משקל לא יציבות, אך זה דומה לניסיון להעמיד עיפרון על הקצה החד שלו. לכן זה קריטי שהסביבון יסתובב כדי שהוא ירחף באופן יציב. אמנם מרכז המסה של הסביבון נייח, אך הסביבון כולו אינו נחשב כגוף נייח תוך כדי סיבוב [↩]
2. יש לציין כי בפיזיקה אין חומר שאינו מגנטי, ההבדל בין החומרים מתבטא בערך של פרמטר הנקרא: פרמאביליות מגנטית. החומרים הרגילים שאנו מתייחסים אליהם כחומרים לא-מגנטיים (מים, למשל) אלו חומרים שנקראים בפיזיקה: חומרים דיאמגנטיים, בהם הפרמאיביליות המגנטית קטנה מ-1. חומרים שאנו מכירים מחיי היומיום כמגנטיים נקראים בפיזיקה: פרומגנטיים, והפרמאביליות המגנטית שלהם הרבה יותר גדולה מ-1. [↩]
3. בהקשר של יצוב גוף בעזרת שדה מגנטי תחת כוח הגרביטציה יש דווקא יתרון לחומרים דיאמגנטים בהשוואה לחומרים פרומגנטים. לפרומגנט (מגנט קבוע) יש שני קטבים, צפון ודרום. אם למשל ננסה לייצב פרומגנט (כמו למשל הסביבון) מעל בסיס פרומגנטי אחר (הלוח המגנטי שמתחת לסביבון), ברור שננסה לסדר את המערכת כך ששני הקטבים בין הסביבון לבסיס יהיו למשל דרום מול דרום. באופן כזה מופעל על הסביבון כוח דחיה מהבסיס שמאזן את כוח הגרביטציה. אך בו זמנית, קיים כוח משיכה בין הבסיס לחלק העליון של הסביבון (קוטב צפון). אם פועל כוח דחיה על החלק התחתון של הסביבון ומשיכה על החלק העליון שלו, הסביבון יתהפך ולא ניתן יהיה לייצב אותו במצב של ריחוף, אלא אם כן הסביבון יסתובב סביב עצמו ויקבל איזון גירוסקופי (במצב זה הסביבון אינו גוף נייח ולכן אינו נכלל תחת האיסור של משפט ארנשו). בניגוד לפרומגנט, לחומר דיאמגנטי אין קטבים מגנטים קבועים. החומר אמנם מלא בדיפולים מגנטים ברמה האטומית, אך הכיוון של כל דיפול הוא רנדומלי ולכן בממוצע השדה המגנטי הכולל מתאפס. הדרך היחידה למגנט חומר דיאמגנטי היא לשים אותו בשדה מגנטי חיצוני כך שהדיפולים המגנטים שבתוכו מתיישרים לכיוון אחד המנוגד לשדה החיצוני. אך במקרה זה, גם אם החומר הדיאמגנטי יתהפך, עדיין הדיפולים שבתוכו ישארו מיושרים לאותו כיוון, שהרי לחומר דיאמגנטי אין מגנטיזציה קבועה אלא מושרית. זאת בניגוד לפרומגנט שאם הוא מתהפך גם הקטבים שלו מתהפכים במרחב. לכן על חומר דיאמגנטי, לא יהיה מצב שעל חלק מהחומר יפעל כוח דחיה ועל חלק אחר יפעל כוח משיכה. מצב שכזה אינו נכלל במשפט ארנשו שהזכרתי לעיל, לכן ריחוף של חומר דיאמגנטי עוקף את האיסור של משפט ארנשו. [↩]
4. Philippe Perrin, Cyril Perrot, Dominique Deviterne and Bruno Ragaru from France and Herman Kingma of the Netherlands [↩]
5. Makoto Imai and Hideki Tanemura [↩]