שחזור דיגיטאלי של הסעודה האחרונה

 שחזור דיגיטאלי של הסעודה האחרונה מגלה פרטים חדשים ביצירה 

הסעודה האחרונה עברה לאחרונה שחזור דיגיטאלי ב”סדנת לאונרדו דה וינצ’י” בתערוכת דיסקוברי בככר טיימס אשר בניו יורק – התערוכה תתקיים בניו יורק עד הרביעי באפריל 2010  בככר טיימס ברחוב 44 בעיר ניו יורק, ושם ניתן לראות את השחזור. 

 

התערוכה

הסעודה האחרונה

“הסעודה האחרונה” היא יצירת המופת שעמדה בשיא הקריירה של לאונרדו דה וינצ’י כצייר. זהו פרסקו ענק בהיכל האוכל של המנזר הדומיניקני של סנטה מריה דלה גרציה במילאנו. הנושא: הסעודה האחרונה של ישו עם תלמידו היה נושא מסורתי לקישוט חדרי אוכל של מנזרים. כמו תמיד לאונרדו שקל את הנושא בזהירות בתוך הקונטקסט הדתי, האומנותי והארכיטקטוני שלו. הוא ביצע אינספור סקיצות ולקח לו שנתיים או שלוש שנים עד שהשלים את הציור ב-1498. על פני השנים במאות הבאות היו הרבה שחזורים של הציור הידוע של לאונרדו וקשה להימנע מהמסקנה שמה שאנחנו היום רואים על הקיר אינו הציור של לאונרדו עצמו…אלא השחזורים, שכבות על גבי שכבות של שחזורים… מעט מאוד נשאר מהיצירה האורגינאלית של לאונרדו, למען האמת רק 20%.

הסעודה האחרונה של ישו הייתה סעודת סדר פסח בהשתתפות ישו ותלמידיו, היא נושא ידוע של ציורים. לאונרדו מתאר את הסעודה האחרונה עצמה. בציור מתוארים ישו ושנים עשר שליחיו בסעודה שבה אמר ישו לתלמידיו כי יש ביניהם בוגד וכי הוא עצמו ימות. בסעודה זו גם אמר ישו לתלמידיו לאכול מלחם הקודש ולשתות מהגביע הקדוש כי הלחם הוא גופו והיין הוא דמו, אבל בציורו של לאונרדו לא נמצא גביע. מסתורין זה מקבל הסבר מקורי ומוזר ברומן “צופן דה וינצ’י” כפי שנראה למטה. הכנסייה והמנזר הדומיניקני של סנטה מריה דלה גרציה הוכרזו ב-1980 כאתר מורשת עולמי. ההכרזה כללה התייחסות מפורשת לציור של לאונרדו. בציור זה ניסה לאונרדו להמציא טכניקות חדשות לציורי קיר (מעין פיתוח של שיטת הפרסקו), השיטה לא הצליחה ומצבו של הציור החל להדרדר עוד בימיו של לאונרדו. אחד הגורמים העיקריים לכך היא הבחירה לצייר את הפרסקו על קיר צפוני של חדר האוכל במנזר הסובל מבעיות לחות. גורם נוסף להרס הוא השימוש בטכניקת הפרסקו והטמפרה (שמבוססות על מים) עם צבעי השמן, מכיוון ששמן דוחה מים. הנזק המשמעותי הראשון שספג הציור, למעט התפוררותו הטבעית, קרה כ-150 שנים לאחר השלמתו.

בשנת 1652 שברו נזירי המנזר את הקיר שעליו צויר הציור לצורך בניית דלת. בחלקה של התמונה שהוסר על ידי הדלת החדשה ניתן להבחין עד לימינו. במהלך המאה ה-18 בוצעו מספר שחזורים לתמונה. מרביתם רק החמירו את מצבה הרעוע. בשנת 1796 הפך המנזר לבית סוהר של הצבא הצרפתי, דבר שלא הוסיף למצבה של התמונה. במהלך שנות ה-20 של המאה ה-19 נמסרה עבודת שחזור התמונה לאמן איטלקי שהתמחה בהזזת פרסקאות ממקומן. הוא הספיק להסב לה נזק משמעותי לפני שהבין כי אין מדובר בפרסקו, והעבודה אינה בת הזזה. בתחילת המאה ה-20 החלו מדענים להבין לראשונה את הרכבה הכימי המיוחד של היצירה ובעקבות כך החלו משחזרים חלקים ממנה. ב-15 לאוגוסט 1943, במהלך מלחמת העולם השנייה פגעה פצצה שהוטלה מן האוויר בחדר בו נמצאת היצירה. שקי חול שהושמו עליה מבעוד מועד הגנו עליה מפגיעה ישירה, אך הרעד שעבר במבנה מעוצמת הפגיעה פגע במצבה ובמאמצי השימור שהונהגו בה. ב-1978 החל מבצע שימור לתמונה שנעזר בפסגת הטכנולוגיה בתחום שימור יצירות אומנות. החדר בו נמצאת התמונה נאטם והאקלים בו נשמר בעזרת מערכות בקרת לחות וטמפרטורה כדי לעזור ולשמר את היצירה. צוות של מומחים, שעבד בעזרת ציוד מיקרוסקופי, הצליח להסיר את תוספות הצבע והחומרים האחרים שהתווספו לציור במהלך 400 שנותיו, ושחזר את הצבעים המקוריים של לאונרדו. במסגרת השימור האחרון, התגלו הבדלים בין התמונה המקורית שנשתמרה מתחת לשכבות הצבע לבין התמונה שהכיר העולם המודרני, שהשתנתה רבות תחת ידיהם של שלל משחזריה. חלקים קטנים מהתמונה לא שוחזרו בשחזור האחרון (שהסתיים ב-1999) והושארו כמות שהם כדי להראות את ההבדל הניכר בין היצירה המקורית לזו ששוחזרה שוב ושוב.

ההסבר לסעודה האחרונה ב-צופן דה וינצ’י

בעקבות הספר “צופן דה וינצ’י” של דן בראון התעוררו מעין תיאוריות קונספירציה בנוגע ליצירה “הסעודה האחרונה”, השתייכותו של לאונרדו דה וינצ’י לכת נוצרית והשערות בנוגע לחייו של ישו. תיאוריות קשר אלה חיברו בין מספר יצירות של לאונרדו דה וינצ’י: ה”סעודה האחרונה”, ה”מונה ליזה”, ו”הבתולה בין הסלעים”. האם התיאוריות מעוגנות בידע היסטורי? נכתב על כך רבות. נטען על הציור “הסעודה האחרונה” ועל העדר הגביע הקדוש את הדברים הבאים: הדמות הנמצאת מימינו של ישו בציור הסעודה האחרונה היא לא יוחנן כותב הבשורה כי אם מריה מגדלנה.

לפי הספר, מגדלנה הייתה אשתו של ישו ונשאה ברחמה את בנו בזמן שישו נצלב. היעדרותו של הגביע מהציור מצביעה, ככל הנראה, על כך שלאונרדו ידע שמגדלנה היא למעשה הגביע הקדוש (כלומר, היא נושאת את הדם של ישו). חיזוק לטענה זו ניתן למצוא באות “וי” האנגלית שנוצרת מהתנוחות של ישו ומריה, כיוון שהאות “וי” מסמלת את הנשיות הקדושה. היעדרותו המשוערת של יוחנן, לפי פירוש זה, מוסברת באמצעות זיהויו בתור “זו שישו אהב”, שם קוד המתייחס ככל הנראה למריה מגדלנה. כמו כן, הספר מציין שצבעי הבגדים שלהם הפוכים: ישו לובש טוניקה אדומה עם צווארון כחול; יוחנן/מריה לובש/ת טוניקה כחולה עם צווארון אדום – ככל הנראה סמל לאיחוד באמצעות נישואין. עתה אם “מזיזים” את הדמות של יוחנן/מריה לימינו של ישו, נראה כאילו הדמות מניחה את ראשה על כתפו של ישו.

לפי הספר, סודותיו של הגביע הקדוש, כפי שהוא נשמר על ידי מסדר ציון, הם: הגביע הוא לא כוס אמיתית כי אם מריה מגדלנה, שנשאה ברחמה את הבת של ישו. הביטוי הצרפתי העתיק לגביע הקדוש הוא שיבוש של הביטוי בצרפתית עתיקה ל”דם מלכותי”. החפצים המרכיבים את הגביע הם מסמכים המאמתים את קיומה של שושלת ישו וכן עצמותיה של מריה. הכנסייה השתיקה את האמת לגבי צאצאיהם של מריה וישו במשך 2,000 שנים. דבר זה קרה בעקבות חששם מהנשיות הקדושה, כמו גם בעקבות האיום המעמדי שדבר זה היה מהווה על בכירותו של פטרוס הקדוש. מריה מגדלנה היא נצר למשפחת מלוכה (באמצעות שבט בנימין) והייתה אשתו של ישו, שהיה נצר לבית דויד. הטענה שהיא הייתה פרוצה הומצאה על ידי הכנסייה בשלב מאוחר יותר על מנת לטשטש את מה שבאמת קרה. בזמן הצליבה, היא הייתה בהריון, ולאחריה היא ברחה לגאליה (צרפת של היום) והסתתרה אצל יהודי מרסיי. היא ילדה בת וקראה לה בשם שרה. במהלך השנים הפכו צאצאי ישו ומריה לשושלת המרובינגית של צרפת. קיומם של הצאצאים היה הסוד שהתגלה במסמכים שנחשפו על ידי הצלבנים במהלך כיבוש ירושלים ב-1099. מסדר ציון ואבירי ההיכל התארגנו על מנת לשמור על הסוד.

לפי הספר, סודותיו של הגביע קשורים לעבודתו של דה וינצ’י בצורה הבאה: לאונרדו היה חבר במסדר ציון וידע את סודו של הגביע. למעשה, ניתן לגלות את הסוד בציור הסעודה האחרונה כיוון שלא מצויר שם ולו גביע אמיתי אחד. רוב התעתיקים והשיחזורים המודרניים של הציור מסווים את המאפיינים הנשיים הברורים בציור. הדו-מיניות של המונה ליזה משקפת את האיחוד המקודש בין זכר לנקבה, המתגלם באיחודם הקדוש של ישו ומריה. איחוד זה בין הכוח הגברי לנשיות היווה איום על ההגמוניה הכנסייתית במשך שנים רבות. 

עד כאן צופן דה וינצ’י. הספר עורר את הדמיון של רבים. למשל מצאו דמיון בין הספר צופן דה וינצ’י לבין הספר של ג’ונתן סוויפט על עלילות גוליבר – מצאו משפטים ואזכורים דומים:צופן דה וינצ’י ועלילות גוליבר בארץ הליליפוטים

השחזור הדיגיטאלי של הסעודה האחרונה

 

השחזור 

כיום הסעודה האחרונה דהויה וסדוקה. ולכן הצבעים הרוויים והמושקעים מופיעים חיוורים. אולם עתה נעשה שחזור שמחייה מחדש את הצבעים. חברת המדיה לאונרדו3 ממילאנו בצעו בצורה דיגיטאלית את השחזור לסעודה האחרונה. הם מאמינים שהשחזור הוא הייצוג הקרוב ביותר לאופן שבו הפרסקו ככל הנראה נראה כאשר לאונרדו צייר אותו.

כיצד החברה יצרה את השחזור? הם הרכיבו את התמונה על בסיס מאות תצלומי “הי דפינישן” של הפרסקו, וזאת כדי למקם את הפיגמנטים במקום הנכון. החוקרים שיבטו את המקור של לאונרדו פיקסל אחרי פיקסל כדי לשחזר את האזורים שבהם הצבע נאבד ללא תקנה עם השנים.

זוכרים שבשנת 1652 שברו נזירי המנזר את הקיר שעליו צויר הציור לצורך בניית דלת? הדלת נשברה בדיוק כדי לחתוך את רגליו של ישו שבפרסקו. לכן על מנת להשלים את שחזור החלקים החסרים עקב שבירת הדלת בפרסקו, אנשי הצוות נאלצו להביט בהעתקים עכשוויים של הסעודה האחרונה, אלה של ציירים שהושפעו מלאונרדו דה וינצ’י, כמו למשל גיאמפיאטרינו.  

לבסוף הם הצליחו לשחזר את הסצנה כולה. הייתה זו משימה עצומה, מכיוון שמהיצירה המקורית של לאונרדו דה וינצ’י נותרו רק 20 אחוז. השחזור גילה פרטים שלא היו ידועים מקודם, כמו למשל עיר אידיאלית שהייתה משורטטת בחלקים בלבד משמאל לפנים של ישו, ומנער מלח שנראה שהופל על ידי יהודה איש קריות.

ומהי התוכנית הבאה של חברת לאונרדו3? לשחזר דיגיטאלית יצירות נוספות של לאונרדו דה וינצ’י!

 

סדנת לאונרדו דה וינצ’י 

<a href="http://www.exego.net/admin/

 

הצל של לאונדרו דה וינצ’י נמצא בסעודה האחרונה.

<a href="http://www.exego.net/admin/

 

Posted in מאמרי רשימות | 1 Comment

המיקרו רובוט השוחה בגודל של בקטריה: הבקטריה המלאכותית.

המיקרו רובוט השוחה בגודל של בקטריה: הבקטריה המלאכותית השוויצרית.

 

אהבתם את המאמר על קפסולות רובוטיות זעירות שזוחלות בתוך הגוף? הנה עוד פיתוחים מהשנה בתחום שדורשים מאמר בפני עצמו. ולכך מוקדש החלק השני של המאמר כאן.

באפריל 2009 חוקרים מאוניברסיטת ציריך בנו מיקרו רובוטים בגודל של בקטריה של אי קולי ובקטריות דומות. הם נראים כמו זנבות ספיראלות (פלאג’לות) בעלות ראש זעיר –– בקטריות מלאכותיות – בערך מחצית מעובייה של שערה אנושית. הן יכולות לשחות בנוזל במהירות עצומה, כמעט כמו מקבילתן הטבעית. בעודן שוחות הן נראות כמו בקטריות מגושמות בעלות זנבות מפותלות. הבקטריה המלאכותית אורכה הוא בין 25 ל-60 מיקרו מטרים בלבד (שערה אנושית היא בעובי של 100 מיקרו מטרים) ובקטריה ממוצעת היא בין 5 ל-15 מיקרומטר. ולכן ניתן לראות את הבקטריה המלאכותית רק תחת מיקרוסקופ.

 

helical swimming robot

את הבקטריות המלאכותיות המציאו ויצרו חוקרים בקבוצה מאוניברסיטת ציריך שאותה הוביל ברדלי נלסון, פרופסור במכון לרובוטיקה ולמערכות אינטיליגנטיות בניגוד לתפקידן של הבקטריות בטבע, כאשר חלקן גורמות למחלות, הבקטריות המלאכותיות מטרתן היא לסייע לרפא מחלות בעתיד תוך כדי כך שהן יהיו הכלי לתמסורת תרופות ולהגעה למקומות זעירים בגוף.  

Prof. Dr. Bradley Nelson

כאן פרופ’ ברדלי נלסון.

 

כיצד יצרו את הבקטריות המלאכתיות ואיך הן פועלות

 

הבקטריה המלאכותית מורכבת מציפוי אדים ברצף מסוים של מספר שכבות אולטרא דקות של היסודות אינדיום, גליום ארסניד וכרום על סובסטרט. בונים תבנית מהסובסטרט באמצעות ליטוגרפיה ואיכול. זה יוצר סרטים סופר צרים ומאוד ארוכים שמסתובבים על עצמם לצורת ספיראלה מיד כאשר הם מתנתקים מהסובסטרט. זאת בגלל מבני הסריג המולקולארי הלא שווים של השכבות השונות. תלוי בעובי השכבה המצופה ובהרכבה, נוצרת ספיראלה בגדלים שונים שניתן להגדירה במדויק מבחינת גודל וכיוון הגלגול של הסרט שיוצר את הספיראלה. סרט זה יוצר את הפלאג’לה המלאכותית של הבקטריה המלאכותית. מחברים מעין ראש לרובוט הזעיר באחד מקצוות הסרט. הראש מורכב מציפוי אדים על שכבה שמחולקת לשלושה: כרום-ניקל-זהב. ניקל הוא חומר מגנטי “רך”, בניגוד לשאר החומרים שהם לא מגנטיים, ולכן ראש מגנטי זעיר זה מאפשר לבקטריה המלאכותית לנוע בדרך מסוימת בשדה מגנטי. הבקטריה המלאכותית בצורת ספיראלה שוחה בנוזל וניתן לצפות בתנועותיה דרך המיקרוסקופ. על ידי כוונון עוצמת השדה המגנטי המסתובב שנוצר סביב על ידי מספר סלילים וגם שליטה בכיוונו, ניתן לנווט את הבקטריה המלאכותית למטרה מסוימת. היא יכולה לנוע אחורה וקדימה, מעלה ומטה והיא גם יכולה להסתובב לכל הכיוונים. לבקטריה המלאכותית אין מנוע או חלקים פנימיים שמניעים אותה. היא שוחה. השדה המגנטי מזיז אותה מבחוץ. הראש הזעיר של הבקטריה המלאכותית כל הזמן מנסה לכוון את עצמו אליו והוא כל הזמן נע ולכיוון שלו.



helical swimmer fabrication steps

כרגע הבקטריה המלאכותית נעה במהירות של עד 20 מיקרו מטרים לשנייה. הקבוצה מצפה להגביר את המהירות ל-100 מיקרו מטרים לשנייה. רק לשם ההשוואה, בקטרית האי קולי שוחה במהירות של 30 מיקרו מטרים לשנייה.

 

הבקטריה המלאכותית למטרות רפואיות

 

המטרה של הבקטריה המלאכותית היא לשאת תרופות למטרות בתוך הגוף, להסיר מרבצי סתימות בעורקים או לסייע לביולוגים לשנות את המבנים התאיים שהם קטנים מידי למניפולציה ישירה על ידי חוקרים. וכיצד ניתן להעביר תרופה? מנחים את הרובוט לוריד החסום על ידי מערכת הנעה מגנטית, כאשר הספיראלה שלו חודרת לכלי הדם, והתרופה שעוטפת את הרכיב מתפשטת בדיפוזיה אל תוך הוריד.

 

בסרט המסע המופלא מ-1966 צוות של מדענים עם צוללת ממוזער לגודל של מיקרומטר אחד ומוזרק לתוך מחזור הדם של מדען. הבעיה: המזעור פועל לפרק זמן מוגבל. המדען גילה את הנוסחא כיצד ניתן להשאר ממוזערים לעד, אולם הוא נורה ויש להצילו על ידי טיפול בקריש הדם במוחו… לשם כך יצא הצוות הממוזער ועליו לפעול במהירות, לגבור על כל המכשולים בטרם יגדל לממדים שבהם לא יוכל כבר לטפל בנזק שנגרם למדען.

 

כרגע המחקר הוא בשלבים התחלתיים והקבוצה תזדקק למחקרים נוספים בטרם הבקטריה המלאכותית תכנס לשימושים מעשיים יותר. לשימושים בתוך גוף האדם, יש צורך לנווט את הבקטריה המלאכותית במדויק, לעקוב אחר מסלולה ולהבטיח שיודעים היכן המיקום שלה בכל רגע. וכאמור היא מאוד זעירה. אם רוצים שהיא תשמש לתמסורת תרופות, עליה קודם כל לתפקד כראוי ואז לשחרר תרופות בדיוק לתוך הרקמה הנדונה. התוכנית היא שהבקטריה המלאכותית תיהפך אף ליותר מהירה ויותר זעירה מהמקור.

 

על ידי כיוון מהירות הסיבוב והכיוון של השדה המגנטי, מכוונים את המהירות והכיוון של המיקרו רובוט המלאכותי בעל הספיראלה ששוחה במים:

<a href="

 

 

מהקטן ביותר אל הגדול יותר. הפעם הראשונה שבה הוזכר מכשיר מיקרו-ניתוחי ראשון הייתה ב-1938 על ידי רימונד ז. גאלון בסיפורו Masson’s Secret. המלה מיקרו ניתוח לראשונה פורסמה ב-1938 בהקשר לשימוש במיקרוסקופ בניתוח גלאוקומה. במילה מיקרו התכוונו למיקרוסקופ. רוברט היינלין חשב על יד זעירה בעלת עין מיקרוסקופית שנוצרה על ידי מניפולציה גנטית בסיפורו מ-1941, ילדי מתושלח. והנה לאחרונה בסוף יוני בהרצאת TED הוצג מכשיר כזה בדיוק: מכשיר רובוטי מיקרו ניתוחי שמשלב ידי רובוט זעירות יחד עם מצלמה מסיב אופטי שמחוברת אליהן. זו דוגמא לרובוט דה וינצ’י (ראו סרטון במאמר הראשון על הקפסולות הרובוטיות שזוחלות בתוך הגוף):

 

<a href=" 

 

Posted in מאמרי רשימות | Leave a comment

יום הולדת 150 שמח מוצא המינים

יום הולדת 150 שמח מוצא המינים

אתמול לפני 150 שנה, ב-24.11.1859 יצאה המהדורה הראשונה של הספר של צ’רלס דרווין מוצא המינים בדרך הברירה הטבעית או השארת גזעים מחוננים במלחמת החיים, ספר שזכה ליחס מטעם הכנסייה כמעט כמו ספרו המהפכני והידוע של קופרניקוס. מהספר של דרווין הודפסו 1250 עותקים, שכולם נמכרו ביום אחד. המהדורה השישית של הספר יצאה בשנת 1872. לרגל החגיגות המגזין ניו סייאנטיסט ראיין את דרווין באומרו, “המוות הוא לא מחסום ל-ניו סייאנטיסט. 150 שנים אחרי הפרסום של על מוצא המינים, אנו קבלנו ראיון עם המחבר”. וכיצד זה יתכן? המגזין משתמש בציטוטים אמיתיים של המחבר שנאמרו לעמיתיו על מוצא המינים ולקוחים מההתכתבויות של דרווין .למשל ממכתב שדרווין כתב להוקר ב-11 לינואר 1844,ה ניו סייאנטיסט, שמראיין אותו פוסט מורטם, הסיק שכתיבת על מוצא המינים הייתה כמו וידוי על רצח. דרווין כתב להוקר את המשפט הבא: ” לבסוף ניצוצות של אור הגיעו, ואני כמעט השתכנעתי (בניגוד גמור למדי מהדיעה שהתחלתי בה) שהמינים הם לא (זה כמו וידוי על רצח) בלתי משתנים”.

עלילות המהדורה הראשונה של מוצא המינים בחדר שירותים עתיק באוקספורד

והנה מאה וחמישים שנה אחרי, ב-22 לנובמבר 2009 בית מכירות בלונדון מודיע: אני מוכר עותק נדיר של המהדורה הראשונה של מוצא המינים, שאותו גילו עכשיו לגמרי במקרה בחדר שירותי האורחים של משפחה אחת באוקספורדשייר אשר בדרום אנגליה. תארו לכם… אורח נכנס לשירותים בריטיים עתיקים בבית משפחה באוקספורד העתיקה, מחפש מה לקרוא ו… הופ נתקל בעותק מהמהדורה הראשונה של מוצא המינים. איזו מקריות: אאוריקה, לפתע, הוא אומר לעצמו, הבנתי שמוצאי מהקוף בדיוק כאשר…

מסתבר שבמציאות, הספר התגלה כזה של דרווין כך: החתן בבית נכנס לשירותי האורחים, נטל הספר מהמדף ולפתע נזכר: הייתי בתערוכה של דרווין וראיתי תמונה של גב הספר הזה בדיוק בתערוכה. הוא הבין, שהספר הנדון, רכושה של החותנת (בעלת הבית שימוש הביתי), הוא משהו מיוחד ותואם בדיוק לתמונה בתערוכה של דרווין. איזה מזל, הוא לבטח חשב לעצמו, התחתנתי עם כלה בעלת נדוניה אבולוציונית רצינית….

סליחה, אכן בדיחה בריטית טיפוסית. בית המכירות הנדון של קריסטיס אמר ביום ראשון, שהספר, אחד מ-1250 העותקים של המהדורה הראשונה, היה מונח על המדף של חדר השירותים הנדון בבית המשפחה באוקספורדשייר. ממתי?… האם משנת 1859?… לא. מסתבר שהספר נקנה בעבור כמה שילינג במערב אנגליה לפני ארבעים שנה. מאז ועד היום נשמר בבית השימוש.

את הספר מכרו אתמול במכירה פומבית לציון 150 שנה לצאת המהדורה הראשונה של ספרו של דרווין. בית המכירות של קריסטיס העריך שהספר ימכר ב-99,000 דולר. דבר זה מוכיח שכדאי להחזיק ספרים מעופשים על אצטבעות בחדרי השירותים….

DARWIN, Charles (1809-1882). On the Origin of Species by Means of Natural Selection. London: W. Clowes and Sons for John Murray, 1859.

הספר הנדיר שנמצא (תודה לאסתי על הקישור למטה).

באפריל השנה נמכר עותק של על מוצא המינים, אחד מ-1250 הראשונים:

sold for £35,000

Darwin first edition

ההתרגשות הייתה בשיאה, ונכתב: “נדיר מאוד שנתקלים בספר כזה. וכאשר נתקלים זה נחשב כה חשוב, שלרוב הוא נדרש על ידי מוסדות ספריות מכל העולם”.   

ביוני השנה נמכר עותק אחד  נוסף מ-1250 הספרים שיצאו במהדורה הראשונה. העותק נמצא בבית משפחה במקרה (שאין לה כל קשר לדרווין) באיברנס ליד אדינבורו:

Origin of Species

אבל למצוא ספר בחדר השירותים של משפחה בדיוק ביום הולדתו ה-150… זוהי דרמה בריטית משובחת.

דרווין הניוטון של הביולוגיה

ספרו של דרווין, מוצא המינים, מבחינת חשיבותו, כמוהו כפרינקיפיה של אייזיק ניוטון. אולם מבחינת ההתנגדות לו, ניתן לומר שהפרינקיפיה היוותה שיאה של מהפיכה מדעית – אם ננקוט במינוח של תומס קוהן –  ואילו ספרו של דרווין השאיר מהפיכה מדעית לא גמורה. הכנסייה ותומכי תיאוריות הבריאה מתקשים להתפייס בלב שלם עם דרווין ועדיין ישנה התנגדות ניכרת לעצם הרעיונות שבמוצא המינים והוא קונטרוברסאלי היום יותר מאשר כאשר הוא פורסם; מעלה ויכוחים גם ביום ההולדת ה-200 לדרווין שחל השנה. מזל טוב.

אולם השנה, לרגל יום הולדתו ה-200 של דרווין, הכנסייה של אנגליה החליטה להתנצל בפניו על חוסר ההבנה של תורת האבולוציה ועל ביצוע טעויות בתגובתה. הכנסייה של אנגליה יצאה בסדרת מאמרים על דרווין לרגל ההתפייסות ההיסטורית. אולם עדיין הויכוחים בין תומכי האבולוציה לתומכי תיאורית הבריאה ניטשים במלוא המרץ.

מבחינת ההשפעה של הספר מוצא המינים על חסידי האבולוציה ועל מתנגדיה, הרי אין ספק שהספר הוא אחד החשובים ביותר שהופיע במאה התשע-עשרה. לא היה ספר כמוהו שעורר תגובות כה רבות, אם חיוביות ואם שליליות, אם על ידי אנשי מדע בתחום הביולוגיה, הפסיכואנליזה, האתיקה המטפיזיקה, הפוליטיקה וההגות, ואם על ידי סופרים ואמנים או על ידי הדיוטות ובתודעה העממית הפולקלורית.

האם ומדוע יש סיבה להתנגדות הרבה לאבולוציה? יודעים אתם שהמדע לא מתקדם בצורה של קפיצות. אוהבים להשאיל את הביטוי “קפיצות קוונטיות”, כמו איזה פוטון שיורד בצורה דיסקרטית מרמה לרמה ונעלם כמו חתול הצ’שייר מאליס בארץ הפלאות בין הרמות. בפיזיקה הקוונטית בה כל עוד לא מבצעים מדידה לא יודעים בכלל היכן החלקיק… מושג זה אולי מתאים, אבל לתיאור המדע הוא לא מתאים. אין קפיצות בגילויים מדעיים, ולכן מהפכות מדעיות לא מתרחשות כאשר יום אחד קם בבוקר מדען בשם אלברט אינשטיין ואומר ויהי יחסות או צ’רלס דרווין – ויהי אבולוציה. אפשר לומר שתיאוריות מדעיות עצמן מתגלות בתהליך אבולוציוני ולא בתהליך של בריאה פתאומית…

הבה נסקור מעט את התיאוריות שקדמו לאבולוציה ונראה כיצד הן מובילות בתהליך אבולוציוני לתורה של דרווין. צ’רלס דרווין חיטט באבק הספריות וביצע עבודה קשה וערך רשימה של 34 מחברים שחשבו לפניו על האפשרות של השתנות המינים, ובהם אף אלה שהגו את רעיון הברירה הטבעית.

האדם והקוף

אולי אחד הערעורים המודרניים המדעיים הראשונים לתיאוריות הבריאה ולרעיון שכל המינים הם יציבים בתכונותיהם ובמבניהם באו די מוקדם. הביולוג הצרפתי ביפון, בן מאה ה-18, הגיע בשנת 1761 לידי מסקנה שהמינים לא היו קבועים ועומדים, אלא הם השתנו במשך הזמנים. הוא שיער שמוצא אחד היה לאדם ולקוף, לסוס ולחמור ולשאר בעלי החיים. במלים אחרות, ביפון אמר שהאדם מוצאו ממשפחת הקופים. הוא תלה את השינויים, הקובעים דרגות חילופים בין מין לקודמיו, בשינויי סביבה שפעלו על הגוף החי. הוא הסתייע גם בעובדה, שמאובני החיות והצמחים התקועים בשכבות עמוקות, הם שונים מהחיות והצמחים של ימינו ויותר מאלה התקועים בשכבות העליונות.

לפיכך, ביפון הגיע לכדי מסקנה שכדור הארץ הוא עתיק הרבה יותר ממה ששערו לפניו – בניגוד להשערה של תיאורית הבריאה. לדעתו, תקופה של 6000 שנה לא יכלה להספיק להתפתחות החיים באופן שתואר על פני כדור הארץ. ביפון גם הניח שהבדלים בפוריות, חוסר התאמה לסביבה ופגעי הזמן והמקום הם היו הגורמים להתפתחות החיים, כך שבתורתו ניתן למצוא את הניצנים הראשונים לתורת הברירה הטבעית. ביפון בכל זאת חי בתקופה שבה להביע דעה כמו זו שהביע היה בזה משהו נועז, וגם החשש מפני הכנסייה ששידלה אותו להתכחש לדעותיו – כל אלה גרמו לו לחזור בו מהשקפתו הנועזות. ולכן הוא אמר שהמינים למעשה נבראו כפי שהם נראים בהווה, כלומר, זוהי ההשקפה של תורת הבריאה.

התפתחות המינים

בדומה לביפון, ג’אן בפטיסט למרק גם כן חשב על רעיון התפתחות המינים והקדיש את כל חייו לביולוגיה. הוא קבל משרת בוטנאי במוזיאון הלאומי בפריס, ואחרי המהפכה הצרפתית הוא נתמנה לפרופסור לזואולוגיה של חסרי-חוליות. תוך כדי מחקריו הסיסטמאתיים למרק הגיע לידי מסקנה שמיני בעלי חיים והצומח אינם יציבים, אלא הם משתנים והופכים למינים חדשים, שהם צאצאיהם. במשך הזמן מופיעים מינים חדשים, שהסתעפו מן הראשונים שקדמו להם. למרק מגדיר מין באופן הבא: “כל ציבור יחידים, שמוצאם מאחרים הדומים להם”. בעלי חיים מגיבים לשינויי סביבה באנטומיה שלהם, ושינויים אנטומיים אלה הם תגובותיהם המתאימות המבניות של בעלי החיים מתוך הצורך והשאיפה שלהם לשכלול. התגובה לסביבה היא סיבת ההשתנות האיטית, המסתיימת ביצירת המינים החדשים. לגבי גופים חיים, כל מה שנרכש עובר בירושה מדור לדור. למשל שימוש מרובה באיבר גורם לפיתוח יתר של איבר זה, ותכונה נרכשת זו עוברת בירושה. מאידך, אי-שימוש באיבר במשך דורות מביא עליו ניוון ואף כליה. תכונות חדשות, שנרכשו מחמת הצורך בתגובה לסביבה, לפי למרק, עוברות בירושה ומצטרפות לסך הכל של התכונות, הקובעות את אופיו של היחיד ושל המינים החדשים שהופיעו במשך הזמן. כל יצור חי מתאמץ להגיב לסביבה לפי הצורך. ובאשר לצמחים שהם נטולי רצון, ושעל כן אין בהם הכישרון למאמץ מכוון לפי הצורך, הרי הסביבה לבדה מספקת את השינויים האנטומיים ואת יצירת המינים החדשים במשך הזמן. למרק הרחיב את רעיון ההתפתחות הזה למציאות כולה, על כל החיים והדומם כאחד. הוא פרסם את הרעיון שלו בשנת 1802 בספרו פילוסופיה זאולוגית, שראה אור בשנת 1809.

אולם הרעיון של התפתחות המינים לא מצא אוזן קשבת בין אנשי המדע בני זמנם ואולי זה אות לבאות. בגלל שרעיון הבריאה היה כל כך ממוסד ומקודש לדת, והוא הכה שורשים כה עמוקים במחשבה האנושית ואנשי מדע בעלי סמכות באקדמיה הצרפתית ובכלל באקדמיה החזיקו בו, רעיון השתנות המינים זכה ללעג והוא ירד מן הפרק מהר מאוד בחוגים המדעיים והפילוסופיים של צרפת.

הסבא דרווין

ניתן לומר שצ’רלס דרווין קבל את האהבה לביולוגיה וגם אולי בעקיפין ביותר ירש חלק מדעותיו המהפכניות מסבו. אראסמוס דרווין, סבו של דרווין היה רופא ידוע בזמנו, הוגה דעות מקורי ובעל דמיון מדעי, שרעיונותיו הרחיקו לכת אל מעבר למחשבה בת זמנו. ספרו, זואונומיה או חוקי הטבע האורגני, יצא בין השנים 1794 ל-1796 בשני כרכים, ובשנת 1802 הוא הוציא מסה בחרוזים בשם היכל הטבע. דרווין הסב דחה את רעיון הבריאה ושיער, שחיים אורגניים הופיעו לראשונה “תחת גלי-ים ללא חופים וטופחו במערותיו העשויות בדולח. תחילתם גופים קטנים בלתי-נראים בזכוכית מגדלת, שנעו ברפש בתחתית הים או בקעו להם דרך במים; ואלה רכשו להם במהלך הדורות כוחות חדשים והצמיחו אברים, שהיו הולכים וגדלים; ומהם יצאו קבוצות הצומח וממלכות הנושמים בעלי סנפירים, רגליים וכנפיים”. החיים התחילו, התרבו והתפתחו לראשונה במי הים.

כמו ביפון לפניו, שיער אראסמוס דרווין, שהאדם מוצאו ממשפחת הקופים. הוא זכה ליתרון גדול מכל בעלי החיים על ידי שינוי מוצלח ואקראי בשרירי האגודל, מה שאפשר לו לקרב את קצה האגודל עד לקצה האצבע הקטנה. לאחר שרכש תכונה זו הלך והתקדם עוד. הדמיון בין איבר החי מעיד על מוצאם ממקור אחד. במשך הזמן נרכשו תכונות חדשות וחלו שינויים אנטומיים חדשים בהתאם לסביבה ובהתאם לצרכים שלהם, רגליהם ותזונתם וגם מחמת מאמציהם. ישנה תבנית משותפת במבנה של כל בעלי החיים, והדמיון במבנה שבין מיני החיים בעלי הדם החם מוכיח, שכולם נוצרו מאיזה שהוא סיב חי זה. “בורא הכל הגדול גיוון את מעשי ידיו עד בלי סוף, אבל יחד עם זאת הוא הטביע דמיון מסוים בפני הטבע, מה שמוכיח לנו שכל בעלי החיים הם ממשפחה אחת בעלי אב אחד”, כתב דרווין הסב. הוא הניח שתכונות חדשות עוברות בירושה מדור לדור.

הנכד דרווין

צ’רלס דרווין נולד ב-12.2.1809 לפני קצת יותר מ-200 שנה בעיר שרוסברי אשר באנגליה. כאשר היה בן 8 מתה עליו אמו וכך נשלח לפנימייה של בית הספר התיכון. הוא לא הצטיין בלימודיו ונחשב לתלמיד פחות מבינוני. דרווין היה עסוק בחיפושים אחר פרפרים וחיפושיות במקום לשקוד על לימודי הלשונות הרומית והיוונית. וזה הרי מזכיר את אלברט אינשטיין התלמיד בבית הספר, במקום לשקוד על לימודי שפות לטיניות בהן לא הצטיין, אינשטיין למד לבד מדעים וספר גיאומטריה קטן יקר לליבו שאותו קבל במתנה. ולא פעם אכן אומרים שדרווין הוא האינשטיין של הביולוגיה. אם כן כאשר הגיע דרווין לגיל שש-עשרה הוציאו אביו מבית הספר ושלח אותו לאדינברו ללמוד רפואה. באותם ימים הרפואה נחשב למקצוע מקובל ויישומי. גם גלילאו גליליי התחיל את לימודיו כסטודנט לרפואה ונטיות ליבו היו לעבר המתמטיקה והפיזיקה. דרווין כמו גלילאו קודמו ואינשטיין הבא אחריו (שהשתעמם בשעורים המיושנים של האקדמיה בפיזיקה), השתעמם בשעורי הרפואה, והוא לכן בילה את זמנו באיסוף חומר ביולוגי ובהסתכלות בטבע בחברתם של חוקרי טבע צעירים. אינשטיין כמה עשרות שנים אחריו מרוב שעמום בילה את זמנו בלימוד עצמי של ספרי פיזיקאים וקריאת כתבים פילוסופיים. דרווין נפגש עם ד”ר גרנט, זואולוג צעיר שהאמין בתורת ההתפתחות של למארק. היה ברור כבר שדרווין לא יעסוק ברפואה. זאת בייחוד לאחר שאביו התעשר והוא יכל להבטיח את עתיד בניו. דרווין האב החליט בכל זאת שבנו צריך ללמוד מקצוע, ומכיוון שהבן – כמו שראיתם – סירב ללמוד רפואה או משפטים, שהיו המקצועות הנהוגים באותה תקופה, הוא שלח את בנו לקיימבריג’ על מנת שיכין עצמו להיות כוהן בכנסייה האנגליקנית. דבר שדרווין קיבל בלי התנגדות, כיוון שבימים ההם עדין הוא היה מאמין ונוצרי אדוק. לתשומת לב הכנסייה שהתנגדה קשות לתורת האבולוציה שלו אחר כך…

דרווין למד בקיימבריג’ משנת 1831, וחרף זאת עיקר ההתעניינות שלו הייתה בביולוגיה. אבל מה עושים, שבניגוד לרפואה או משפטים, ביולוגיה לא הייתה מן המקצועות המכובדים ביותר בעולם האקדמיה באותה תקופה? כאשר הוא היה בקיימבריג’, דרווין התקרב אל פרופסור הנסלאו, כוהן-דת שהיה פרופסור לבוטניקה באוניברסיטה. הנסלאו משך את דרווין להתעניין גם בגיאולוגיה והציג אותו בפני פרופ’ סדג’וויק, פרופסור לגיאולוגיה, וזה קירב את דרווין למחקר מעשי בשטח. בשנת 1831 סיים דרווין את לימודיו בקיימבריג’ ושב לביתו.

האוניה ביגל

בהמלצתו של פרופסור הנסלאו דרווין נתמנה חוקר-טבע באוניה “ביגל”, שיצאה בשליחות הצי הבריטי למסע סיור סביב העולם. האוניה יצאה ב-27.12.1831 וחזרה לאנגליה ב-2.10.1836. במשך המסע הזה דרווין ירד מהאונייה וערך סיורים בחופה הדרומי של אמריקה, בפנים הארץ ובאיים, כדי לאסוף חומר גיאולוגי, בוטני זואולוגי ופליאונטולוגי. ותוך כדי כך הוא חקר את החי והצומח ורכש ידע אקולוגי על בעלי החיים והצמחים. דרווין חקר את הדמיון בין החיות השונות ואת המאובנים של החיות הקדומות, שאותם הוא מצא בדרום אמריקה. הוא בחן את ההבדלים השונים בין החיות באזורים שונים, תוך תלות באקלים שונה ושווה. הרושם הגדול ביותר על דרווין היו החיות והצמחים שבאיי גלפאגוס. איים אלה הם חבל איים המרוחק 800 עד 1000 קילומטר מערבה מחופי אמריקה הדרומית.

התגליות שאותן ביצע דרווין במהלך חמשת השנים של הסיורים והנסיעות באונית “ביגל” – תוך שהוא פטור מדאגות פרנסה – גרמו לדרווין להחליט שיקדיש את חייו לחקר בעיית מוצא המינים. הוא התחיל לערוך רשימות מפורטות, נוסף על החומר הרב שאותו הוא אסף, והוא סקר את הספרות שרק יכל להשיג בתחום. דרווין התחיל להכין את יומן המסע של “ביגל” לדפוס. וכאשר הוא הפך בחומר הרב שאסף והסתכל בו, הוא הגיע לכלל דעה, שהרבה עובדות רומזות על מוצא משותף לבעלי החיים. ביולי 1837 הוא התחיל להכין רשימות של בעיית מוצא המינים. באוקטובר 1838, כחמישה עשר חודשים אחרי שהתחיל בחקירה שיטתית, הוא קרא את ספרו של מאלתוס על האוכלוסיה. עכשיו הוא היה מוכן להעריך את מלחמת הקיום הנפוצה בכל מקום על סך התצפיות, שנמשכו זמן רב, בהרגליהם של בעל חיים והצמחים. מיד עלה בדעתו שבתנאים אלה יהיו שינויים מועילים נוחים להתקיים ולא מועילים נוחים לחלוף, ודבר זה עשוי להביא ליד התהוות מין חדש. כך נולד רעיון הברירה הטבעית.

מעלה על הכתב את עבודתו ומחקריו

בשנת 1839 דרווין התחתן ולאחר מכן גר כשלוש שנים בלונדון. בספטמבר 1842 הוא עבר לגור באחוזה שקנה בכפר דאון, שם הוא בילה את שארית חייו עד ליום מותו ב-19 לאפריל 1882. רוב ימיו היה דרווין חולה וב-1841 הוא נאלץ לוותר על עבודת מחקר בגיאולוגיה מפאת חולשה גופנית. אשתו טיפלה בו במסירות ובאהבה. מחלתו הרחיקה אותו מחיי ציבור, וכך בילה את רוב ימיו בחוג משפחתו ובאחוזתו, והיה עסוק בחקירה ביולוגית, בניסויים לפי מידת כוחותיו, ובעיון בלתי פוסק בבעיות היסוד של הביולוגיה. כל חייו לאחר שובו מהמסע באוניית ה”ביגל” הוקדשו לעבודה ולמחשבה בלתי פוסקים. בגלל מחלתו דרווין לא השתתף בפרהסיה בפולמוס הסוער שעורר ספרו, אלא הסתפק בתשובה שבכתב במהדורות האחרונות של ספרו.

מחברת גלפגוס הגנובה – אנא השיבו הגניבה לרגל 150 השנה

הבריטים מנסים לחפש אחר אחת ממחברות גלפגוס החסרות של דרווין – המחברת ספקה עדות מכרעת לתורת האבולוציה שלו. המחברת שסייעה לדרווין לכתוב את מוצא המינים ככל הנראה נגנבה מביתו לשעבר בקנט בשנות השבעים או השמונים של המאה העשרים. במחברת זו דרווין תאר מפגש עם צב ענק ובנוסף, הוא ביצע רשימות אודות ציפורים מקומיות. המחברת היא אחת מ-15 מחברות שהן רשמים מהמסע בן חמש השנים שלו באונית הביגל בשנות השלושים של המאה התשע עשרה. ב-1969 המחברות כולן הועלו על מיקרופילם (והן הועלו עתה לרשת לרגל 150 שנה למוצא המינים). אולם, בשנות השמונים מחברת הגלפגוס נעלמה. מאמינים שהיא נגנבה מהחדר של דרווין בביתו לשעבר, בית דאון, שעתה הוא בבעלות המורשת הבריטית.

המחברת החסרה היא מרובעת קטנה, עטופה בעור אדום ומהודקת בנחושת ודרווין סימן אותה בכתב ידו: “גלפגוס. טהיטי. לימה”. היא מכילה רישומים מ-1835 כאשר דרווין היה בצ’ילה, בפרו, בגלפגוס ובטהיטי. דרווין, אז רק בן 26, כתב: “נתקלתי בצב יבשה עצום, ששם מעט לב אלי”. דרווין הבחין בשונות בשריון הצב וכך הוא ידע לאיזה אי גלפגוס הצב השתייך…

Some of Darwin's remaining notebooks on his writing desk

בן נינו של דרווין, הסופר רנדל קיינס, אמר לחדשות הבי בי סי הבריטיים: “משפחתנו תמיד חשה שהחומר הטוב ביותר של דרווין אמור להיות בבית דאון, כך שהציבור יוכל לראותו בביתו. מחברת הגלפגוס היא בעלת ערך בלתי רגיל להיסטוריה של המדע. לו דרווין לא היה מעלה את השאלות במחברת זו, הוא אף פעם לא היה כותב את על מוצא המינים“. והנה אכן מדף הספרים של בית דאון מכיל רווח עצוב בשל גניבה זו ומחכים שהיא תתמלא…  ראו כאן וגם כאן.

בדרך ל-על מוצא המינים

בשנת 1842 העלה דרווין על הנייר סיכום קצר של משנתו על מוצא המינים, ובשנת 1844 הרחיבו עד כדי 230 דפי כתב, אבל לא פרסם את שני החיבורים האלה בדפוס. אולם בצוואה שכתב בימים ההם, ביקש להוציאם לאור אם ימות – הם יצאו לאור בשנת 1909 על ידי בנו, סיר פרסיס דרווין, ובשנת 1958 על ידי הוצאת קיימבריג’. שני החיבורים האלה מכילים למעשה את עיקרי הנימוקים, שדרווין הביא אחר כך בפרוטרוט בספרו מוצא המינים של שנת 1859. דרווין המשיך לאסוף חומר ומזמן לזמן הודיע את מסקנותיו לשני ידידיו, שהם הבוטניקאי הגדול הוקר וסיר צ’ארלס לייאל, אבי הגיאולוגיה המודרנית. הוקר קרא את כתב-היד של הספר, שנכתב בשנת 1844. דרווין היה מחליף מכתבים עם שני חבריו אלה, שתחילה לא קבלו את דעותיו, וזאת למרות שהם עודדו אותו בעבודתו.

'On the Origin of Species' by Charles Darwin

במכתב שכתב דרווין להוקר ב-11.1.1844 הוא כותב: “הייתי עסוק מאז שובי בעבודה נועזת מאוד ואינני מכיר איש שלא יגיד שזו היא עבודה מטופשת מאוד. התרשמתי מאוד מנפיצותם של בעלי החיים באיי גלפגוס… ומטיבם של מאובני יונקים שבדרומה של אמריקה…, עד שהחלטתי לאסוף ללא הבחנה כל עבודה מכל מין, העשויה לעסוק באופן כלשהו בבעיה מהו המין. קראתי ספרים בלי סוף על חקלאות ולא הפסקתי מלאסוף עובדות כל הזמן. ובסוף נראה האור, ואני כמעט משוכנע (בניגוד גמור לדעה שבה האמנתי עד עכשיו), שמינים אינם בלתי-משתנים (וזה דומה להודיה ברצח). ישמרני אלוהים משטויותיו של למרק על ‘נטייה להתקדמות’ ועל ‘הסתגלות מכוח רצון שבבעלי חיים, הפועל לאטו’. אבל המסקנות, שאליהן הגעתי, אינן שונות הרבה משלו, אף-על-פי שהמנגנונים שונים זה מזה מעיקרם”.

דרווין ו-וואלס

דרווין המשיך במחקריו ובשנת 1856 יעץ לו לייאל לפרסם את השקפותיו בספר כולל, ודרווין החליט להכין את פרסום דעותיו בשלושה כרכים. הוא כבר כתב מכתב לפרופסור אזה גריי שבבוסטון ב-5.9.1857 בו הוא מודיע על השקפותיו. אבל בינתיים ב-18.6.1858 דרווין קבל מכתב לא צפוי מאלפרד ראסל וואלס מטרנייט שבמזרח הרחוק שאליו מצורף מאמר על “הנטייה של זנים להתרחק בלא סייג מהתכונות של אב-טיפוס”. במאמר הזה וואלס נתן תיאור מלא של תפקיד מלחמת הקיום והברירה הטבעית בהתפתחות מינים חדשים. המאמר למעשה היווה תמצית קצרה ומספקת של תורת דרווין. כמו דרווין, וואלס הגיע למסקנותיו לאחר קריאה בספרו של מאלתוס על האוכלוסיה. דרווין כבר רצה לוותר על זכות ראשונים אבל הוא פנה בעניין זה לשני ידידיו לייאל והוקר. כיוון שלייאל והוקר ידעו על כתב היד של דרווין משנת 1844 (הוקר קרא את כתב היד), הם לא יכלו להסכים לוויתור שכזה, ואחרי משא ומתן הוחלט לפרסם בבת אחת בצורת הרצאות בחברה הלינאית שבלונדון פרק מכתב היד של דרווין יחד עם העתק המכתב, שאותו כתב דרווין בשנת 1857 לאזה גריי, וגם את המאמר של וואלס על הנטייה של זנים. וכך היה.

דרווין הזדרז עתה וכתב את ספרו המפורסם, ה”אופוס מגנום” של חייו. השם המלא של הספר היה “על מוצא המינים בדרך הברירה הטבעית, או השארת גזעים מחוננים במלחמת החיים”. בסך הכל זכה הספר לשש מהדורות. ישנם שינויים קלים בין מהדורה למהדורה, והמהדורה השישית מכילה פרק אחד נוסף על הראשונה וכוללת גם תשובות למבקריו של דרווין.

ראוי לציין, שבין דרווין לוואלס הייתה ידידות גמורה ו-וואלס טבע את השם דרוויניזם ככינוי לתורת האבולוציה על ידי הברירה הטבעית, והוא היה האיש שכינה את דרווין בשם “ניוטון של הביולוגיה”.

מקורות: צ’רלס דרווין, מוצא המינים בדרך הבירור הטבעי או השארת גזעים מחוננים במלחמת החיים, תרגם מאנגלית והוסיף מבוא שאול אדלר (מוסד ביאליק: ירושלים), 1965.

 

 

Posted in מאמרי רשימות | Leave a comment

חדשנות: קפסולות רובוטיות רפואיות זעירות זוחלות בתוך הגוף

ההתפתחויות האחרונות ברובוטיקה מסייעות למנתחים. מערכות מיקרו רובוטיות, שמסייעות ברפואה, כוללות רובוטים מתוחכמים כמו קפסולות ומיקרו-רובוטים בצורת לטאות המסוגלים לזחול דרך המעיים. בולעים קפסולות ומיקורו רובוטים אלה בחתיכות והם מתפרקים מעצמם בתוך הגוף. המגזין הבריטי ניו סייאנטיסט יצא בפרויקט לחקר מערכות המיקרו רובוטיקה בעולם הניתוחים. שימו לב לא מדובר בננו-רובוטיקה. אחד הפיתוחים החשובים בתחום הוא פיתוח ישראלי מהטכניון והמרכז האוניברסיטאי באריאל והוא יתואר בסוף בהרחבה.

 

מכשיר ראשון: קפסולת המצלמה הזוחלת.

 

גלולת המצלמה הזוחלת היא באורך של 25 מילימטר בלבד. המכשיר מתוכנן לזחול לאורך מערכת העיכול של החולה ולצפות בכולה בעת מסעו דרכה. מפתחים עתה גרסאות מתוחכמות יותר של המכשיר שמסוגלות בנוסף לקחת דגימות וגם לשחרר בדרך תרופות. 

הגלולה נדחפת על ידי פעולת השרירים הרגילה של המעיים. באמצעות “רגליים” קפיציות הרובוט נושא עמו מצלמה והוא יכול לספק אלטרנטיבה לאנדוסקופיה המסורתית. הרובוט יכול לשמש כדי לבדוק את הפנים של הושט והגרון, הקיבה והתריסריון במטרה לגלות נזק או לא עלינו אולקוס.  

הרובוט פותח באוניברסיטת Scuola Superiore Sant’Anna אשר בפיזה, איטליה:

 

 

מכשיר שני: קפסולת המצלמה השוחה.

אבל ראוי להבדיל כאן בין מיקרו רובוט זוחל למיקרו רובוט שוחה. המיקרו רובוט הזוחל תופש את הדפנות הפנימיות של האיבר או הכלי שבתוכו הוא זוחל. ולכן מיקרו רובוט זה מתאים יותר כאשר מדובר בזרימה. הוא יכול לפחות תיאורטית לסבול זרימות דם מסיביות כאשר הוא נמצא בכלי דם. אבל לשימושים גסטרואינטסטינליים הוא פחות יעיל. ולכן צריך לחשוב על גלולה שהיא שוחה על ידי תנועת המעיים בלבד, משהו שנדחף לבד על ידי תנועת שרירים טבעית. כלומר, מחפשים אחר מערכת שתהיה טובה למערכת הקיבה והמעיים. הגלולה השוחה הזו היא גם כן בגודל של בערך 20 מילימטר והיא מונעת כמו מעין מסוק זעיר על ידי מדחפים מאחור. גלולת המצלמה הזעירה מתוכננת לחקור את מערכת העיכול האנושית. לאחר שבולעים אותה בפה בדיוק כמו כל גלולה אחרת, היא פשוט “שוחה” לה כדי לבחון את האזור שאותו רוצים לבדוק. גם את המכשיר הזה תכננה אותה חברה בפיזה אשר באיטליה.

 

 

Surgery just got smaller (Image: CP Canadian Press/The Canadian Press/Press Association Images) 

 

קפסולת מצלמת הוידאו השוחה מיוקנעם.

 

מפעל Given Imaging הוקם בשנת 1998 בפארק התעשייה ביקנעם. ב-2001 המפעל החל לייצר את הגלולה שקרויה  PillCam - גלולה אנדוסקופית שוחה מצלמת שבתוכה יש מצלמת וידאו זעירה. הגלולה מכילה מצלמת וידאו ומשדר. הגלולה היא גלולה פלסטית חלקה וזעירה שמכילה מקור אור בקצה אחד שלה, בטריות ומשדר רדיו פלוס אנטנה. לאחר שבולעים אותה, היא מסוגלת לשדר בערך חמישים אלף תמונות בזמן אמת על פני זמן של שמונה שעות (בערך שתי תמונות לדקה) לחגורת מקלט שאותה לובש החולה סביב המותניים, ואז הרופא יכול להוריד את התמונות לתחנת עבודה ולצפות בתמונות האלה על גבי צג מחשב. בולעים את הגלולה כאילו היא גלולת תרופה רגילה לכל דבר. ואחר כך היא שוחה בגוף ומצלמת את מעברה במערכת העיכול. במהלך המסלול שלה בתוך מערכת העיכול, המצלמה הזעירה משדרת את המידע למחשב. הגלולה כך מסייעת לאבחן בצורה בלתי פולשנית את מחלת הצליאק, מחלת הקרוהן, הפרעות אי ספיגה וגידולים ממאירים ושפירים במעי הדק. וגם מחקר חדש מעכשיו מראה שהגלולה יכולה ממש להציל חיים במקרה של דימום של הקיבה והמעיים העליונים. היא גם יכול לגלות ליקויים וסקולאריים, פגיעות מעיים, ומגוון הפרעות בילדים שהן לרוב בלתי ניתנות לגילוי במהלכים אחרים.

 

הגודל של המכשירים האלה הוא בערך 20 מילימטרים.

 

מכשיר שלישי: דיאגנוזה במרחק ובדיקה ממרחק.

רופא מתייעץ עם אחות. רגע איפה הרופא? האם זה הרובוט? לא ולא. הרופא מתייעץ עם האחות המרוחקת באמצעות רובוט בשם אר-פי 7 בשלט רחוק, כאשר הרופא מופיע במסך. ממש מדע בדיוני. הרובוט מספק מצלמה ומסך, כך שגם החולה וגם הרופא המרוחקים זה מזה יוכלו לדבר – והפלא ופלא הרובוט גם מחבר ביניהם באמצעות ה”טלפון”. המה?… הסטטוסקופ כמובן…. הרובוט מחובר לסטטוסקופים, לאוטוסקופים (המכשיר שבאמצעותו בודקים את האוזניים) ולסורקי אולטראסאונד. זה מאפשר לרופא במרחקים לחוש עד כמה שניתן במציאות את החולה (הכרחי ממש בעידן שפעת החזירים).

 

 

רובוט ה-Virtobot משלב הדמיה תלת ממדית של פני משטח הגוף עם CT של האיברים הפנימיים. התוצאה טובה לביופסיה לשם לקיחת דוגמית מרקמה, כאשר לא מחוררים את הגוף וגם לנתיחה אחרי המוות.

 

Getting under the skin, virtually (Image: University of Bern)

 

מכשיר רביעי. מכונת שרירים.

 

סופרמן כבר כאן. כלומר ריי-מן הוא אב-טיפוס של סניטר סופרמן מבית חולים שפותח על ידי חברת:

 RIKEN Bio-Mimetic Control Research Center.

נחשו איפה? כמובן ביפן, בעיר ששמה נגויה. לסניטר הרובוט יש חיישנים שמעניקים לו מגע רך בידיו וטורסו שמאפשר לו להרים את החולה בעדינות. אל דאגה, לא לפחד. הוא מיועד להחליף את המטפלים באנשים מבוגרים.

 

 

מכשיר חמישי. קפסולת מיקרו רובוט לבליעה שבונה את עצמו בגוף כמו לגו.

את הרובוט ARESAssembling Reconfigurable Endoluminal Surgical System ניתן לבלוע בגלולה או להחדיר בגלולה דרך פתחים טבעיים. הרובוט מתחיל לבנות את עצמו בתוך הגוף (לגו?…).

המטרה היא לאפשר ניתוח בעל מינימום חיתוכים. החולה בולע עד 15 רכיבים המסוגלים לנוע לאזורים הנגועים בתוך הגוף. ברגע שהם מגיעים ליעד, רכיבי הרובוט מתחילים להרכיב את עצמם לאיזה צורה שזקוקים לה לרכיב גדול יותר – בהתאם לניתוח הנדון – הרכיב מסוגל לשאת רכיבי ניתוח. ברגע שהרכיב מורכב הניתוח מתקדם בצורה מדויקת מאוד.

פותח באוניברסיטת:  Scuola Superiore Sant’Anna מפיזה באיטליה.

 

 

מכשיר שישי. קולונסקופיה רובוטית

הקולונסקופ הרובוטי הביתי משתמש בסדרת תופסנים ומגדילים כדי למתוח את עצמו לאורך המעי, במקום שיעמוד רופא וידחוף אותו כמו שעושים היום עם הקולונסקופ המסורתי. המכשיר לכן מפעיל פחות לחץ על דפנות המעי, וכך אנחנו החולים חשים פחות אי נוחות. תנועת הרובוט היא בהשראת הזחל של העש.

 

מכשיר שביעי. המיקרו רובוט הנוחת על הלב.

זה נשמע כמו עוד אחד הרובוטים שנוחתים על מאדים. אבל זה לא. קרוב, נוחת על הלב האדום…

הרובוט באורך 29 מילימטרים, שאותו מפתחים לניתוחי לב, הוא בעל איברי יניקה מתחתיו שמאפשרים לו להתקדם באיטיות כמו זחל. המנתח מביט על הרכיב באמצעות מסך וידאו (שעובד על קרני x) או באמצעות גשש מגנטי. ואיך המנתח שולט ברובוט? בדיוק כמו שהבן שלכם שולט במשחקי מחשב: באמצעות ג’ויסטיק. לחילופין הרובוט גם יודע לנווט את עצמו לבד לנקודה שאותה בחר לו המנתח.

רובוט שפועל על הלב הוא אתגר לא קטן. יש לעצור את הלב והחולה מחובר למכונת לב ריאה. הגישה החדשה היא לבצע ניתוח “חור מנעול” על הלב הפועם. בכל זאת מבוצעים מספר חתכים והריאה השמאלית עוברת דפלציה חלקית כדי לאפשר גישה לניתוח בהרדמה מלאה. רובוט ה-HeartLander מתוכנן בצורה כזו, שניתן יהיה להעבירו ללב באמצעות חתך חור מנעול, ומשם הוא יזחל לנקודה הנכונה. אין צורך לעצור את הלב ואין צורך בדפלציה של הריאה השמאלית. וכך החולה יכול לנשום בצורה טבעית ב…הרדמה מקומית. הצוות המפתח מאוניברסיטת קרנגי מלון בפיטסבורג טוען, שניתוחי לב מסוימים ייהפו לפרוצדורה של אשפוז אמבולטורי. זה באמת כבר עידן העתיד.

HeartLander Illustration

מכשיר שמיני. פיתוח ישראלי מהטכניון ומאריאל.

ה-ViRob מיקרו-רובוט זוחל באורך של 5 מילימטרים ובקוטר של מילימטר אחד! הוא בעל 16 רגליים רוטטות. הרובוט מופעל חיצונית על ידי אלקטרומגנט סמוך, שהשדה שלו רוטט בערך 100 פעמים לדקה. השדה האלקטרומגנטי הרוטט גורם לרגליים להקיש קלות הלוך ושוב, כאשר מהירות הרגליים נקבעת על ידי התדירויות המשתנות: הרגליים מימין ומשמאל של הרובוט מגיבות לתדירויות שונות, ולכן ניתן לגרות את הרובוט על ידי כוונון התדירות.

ראשית המיקרו רובוט הוא משלנו. שנית, הכריזו עליו כבר לפני שנתיים ומדברים עליו ומפתחים אותו כל הזמן. הקבוצה היא של פרופ’ משה שוהם מהמעבדה לרובוטיקה רפואית בטכניון בחיפה בשיתוף עם חוקרים מהמרכז האוניברסיטאי באריאל. וכל זאת, כדי לפתח מיקרו רובוט שידע לקחת דגימות רקמות בתוך הגוף, מיקרו רובוט לתמסורת תרופות למחלת הסרטן וכדי שיעביר מצלמה למקומות מרוחקים בגוף שלא ניתן להגיע אליהם, כמו למשל עמוק בתוככי הריאות. גודלה של המצלמה הוא עניין של פיתוח: ישנם מודלים של מצלמות זעירות בקוטר של 1.5 מילימטרים. אבל דעו לכם שכל שנה, ולמעשה עד שתספיקו לקרוא את סוף השורה הזו ממש, המצלמות כבר יקטנו בעוד פקטור אחד…

היישום הראשון של המכשיר יכול להיות בחולים שלוקים בהידרוצפאלוס. כלומר, חולים שיש להם בעיה של ניקוז נוזלים במוח. המכשיר מסוגל להסיט ולנקז את עודף הנוזלים. ניתן להשתיל שאנט שמנקה את עצמו על ידי זה שמתקינים מיקרו רובוט ViRoB קבוע בפנים. בערך פעם בחודש הוא יתופעל לשלוח רכיב שינקב מעלה ומטה את השאנט, וחולים יוכלו לעשות זאת בבית.  

לקבוצה של שוהם יש בנוסף רובוט בגודל של פחית שתיה, שהוא כבר ממוסחר על ידי חברת מזור, והוא מסוגל לחבר שתי חוליות יחד בניתוחי עמוד שדרה. הרובוט קרוי SpineAssist והוא מתהדק על חתך חור מנעול בעמוד השדרה, ודרכו הוא מגלה בעצמו את הנקודה הנכונה על החוליה כדי להבריגה:

בעוד שהמיקרו-רובוט ה-ViRob מסוגל לזחול דרך צינורות או על פני משטחים, הוא אינו מסוגל לשחות. ולכן הקבוצה מהטכניון תכננו רכיב אחר, מיקרו רובוט שוחה שקרוי SwiMicRob. הרובוט הזה הוא מעט גדול יותר מה-ViRob ואורכו עשרה מילימטרים וקוטרו 3 מילימטרים. הוא מופעל על ידי מנוע שמצוי בתוכו והרכיב הוא בעל שני זנבות שמסתובבים כמו מעין פלג’לה של בקטריה (או של תא זרע אם תרצו). מיקרו רובוט זה יכול לשחות בתוך חללים מלאים בנוזל כמו למשל בתוך עמוד השדרה, אבל הוא בשלבי פיתוח ראשוניים.

רובוט ה-ViRob של מעבדת הרובוטיקה הרפואית בטכניון ואריאל: הוא מסוגל לזחול בתוך הגוף באמצעות רגליו הרוטטות. ניתן להשתמש בו לתמסורת תרופות או להעברת רכיבים רפואיים לאזורים מסוימים בתוך הגוף.  

 

ViRob crawls along inside the body using its vibrating legs.  It could be used to deliver drugs or medical devices to specific sites.

 

“Dr. Robot Will See you NOW” – The Impending Sci-fi Future of Surgery

 

<a href="http://www.exego.net/admin/

 

ביוני השנה ה-ViRoB מוצג ב-CNN:

 

<a href="http://www.exego.net/admin/

Posted in מאמרי רשימות | Leave a comment

רשימה להשכיר

רשימה להשכיר

 

קוראי היקרים, אתם ודאי יודעים שאנחנו כאן ברשימות עומדים לעבור דירה,

לאכסדרה יותר חדישה ומפוארה.

בעמק יפה, בין כרמים ושדות, עומד מגדל רשימות בין כמה קומות.

ומי גר במגדל רשימות?

בקומה הראשונה פגשתי את נטלי מסיקה: את הסיפורים על משפחתה, על הארכיאולוגיה: היכן ומי חפר.

בין הקומות החוג למשפטים, נעמה כרמי, אייל גרוס, משה גולדבלט אביגדור פלדמן ויוסי דר.

בקומה השנייה קראתי את רשימותיה הפוליטיות של חנה בית הלחמי הלוחמת למען הנשים.

ובאין מעלית בין הקומות חיי היו לפעמים לא פשוטים ואפילו די קשים…

חלי גולדנברג מהלכת בין הסיפורים, ואסתי סגל מספרת על ספרים.

ריקי כהן, שאותה הכרתי, נחשו מאיפה? כמובן מבית היולדות… כולן יחד נאספו במגדל של רשימות.

כרמן ויסמן המלומדה, ואלי אשד בלש תרבות, חבר שלי מלפני שנים רבות, חבר ילדות.

עולים עוד חצי קומה, והנה איריס, שידעה תמיד לכתוב את המלה הנכונה.

ובקומה השלישית, או אולי אפילו כבר השביעית – אם מדובר בכלל בגורד שחקים…

הגענו לכותבים אשר במרומים. 

דניאל בלוך ז”ל עורך “דבר” לשעבר, נפרדנו ממנו אך לפני חודשים…

דניאל התכבד להדליק את הטור “באש התמיד של תגובות מהירות בענייני היום, לזכר העיתונות הטובה של פעם ולתפארת מדינת ישראל.

נתקדם בקומות לאליעזר יערי מהטלוויזיה לשעבר והקרן החדשה,

ולאהרון האופטמן מהעתיד שעוד לא נעשה.   

ובקומה ה… יושב לו גיל בנחת…

מדבר ומספר לנו על הפסיכולוגיה האבולוציונית המתפתחת.

גילי בר הלל מתרגמת סיפורים לילדים ולמבוגרים בקומה מעל,

ודוד מרחב כותב פוליטיקה אחרת בנוף של המגדל,

בקומה למטה דינה ראלט על דיאטה ממליצה,

ודב אלבוים מזמן לא ביקר במגדל רשימות – איזו החמצה.

הני זובידה, דון קישוט השומר על הכיוון המזרחי של הבניין,

ויודית שחר פוצחת בשירה לכיוון המפגינים מלמטה בעניין.

יהודה בלו ברשימות מהתיבה הלבנה בקומה העליונה.

וליאור שמיר מדבר על המדע הלא שימושי

בעלית הגג המעופשת של המגדל הראשי.

לימור ואגדת העם, ומרית בעניין כותבת ומיכאל אולי תכנן בכלל את הבניין,

ומוטי הצייר שצייר את כל העניין.

ומתי הפובליציסט מניף את דגל המורד יחד עם עידן לנדו שהלך לסייע לשכננו ממזרח.

צבי גיל, זוכרים, ארגן לנו את המפגש בבניין הסמוך בקדימה, מפגש שלא נשכח…

וגם כותבים רבים כמו רוני גלבפיש, שועי רז מתחום קרוב אלי, ושוקי הלוחם,

ועוד רבים וטובים שלא הזכרתי והם חשובים כמוכם…

ושחר שילוח ותומר פרסיקו מהעידן החדש…

אך עתה חברי היקרים, אצטרך לארוז את חפצי ולנסוע, איש אינו יודע לאן ומדוע.

יכתבו דרי המגדל כאן של רשימות שלט ויתקעו מסמר מעל הדלת, ויקבעו בקיר:

רשימה להשכיר

ואילו אני אכתוב בשלט על המשרד כאן בתחתיות:

משרד פטנטים להשכיר מאת הדוקטור גלי ברשימות

 

 

Posted in מאמרי רשימות | Leave a comment

מחקר חדש: מה יקרה אם פצצה גרעינית תתפוצץ במרכז אזור עירוני מיושב?

מחקר חדש: מה יקרה אם פצצה גרעינית תתפוצץ במרכז אזור עירוני מיושב?

 

מחקר חדש שהוצג היום בכנס שעוסק בדינאמיקת הנוזלים במיניאלפוליס במינסוטה , כנס שהחל היום ויסתיים ביום שלישי, עוסק בשאלה: מה יקרה אם נשק גרעיני יתפוצץ במרכז אזור עירוני מיושב?

 “Effects of release characteristics on urban contaminant dispersal” by Adam Wachtor of the University of California, Irvine is at 8:00 a.m. on Sunday, November 22, 2009

נניח שפצצה גרעינית מתפוצצת היום באזור מטרופולין, עיר ענקית ומיושבת באנשים, מגדלים, רחובות וכדומה… השאלה שעומדת לפתחו של המחקר היא: מהו גודל האזור שיפגע מהפצצה? לאן הנפגעים הראשונים צריכים להימלט? לפי הפיזיקאי פרננדו גרינסטיין Fernando Grinstein, ברשותנו הבנה התחלתית כלשהי בשאלות אלו, אולם סוגיות יסוד עדיין לוטות בערפל ונותרות ללא מענה.

הפיזיקאים בונים מודלים חישוביים חדישים ביותר כיום לחיזוי האפקט של הנשורת הרדיואקטיבית של הפצצה הגרעינית שתנחת באזור עירוני. המודלים מבוססים על טורבולנציה –  האוויר שמסתחרר והחלקיקים שנישאים עמו מוסעים ונוחתים במקומות לא רצויים. מעבר למצב של טורבולנציה בנוזלים לא רק מופיע באיורים הסוערים במחברותיו של לאונרדו דה וינצ’י, אלא שואפים לנבא אותו היום בסימולציה שקרויה Large eddy simulation (LES)– טכניקה חישובית לפתרון משוואות בזרימת נוזלים טורבולנטית, או בסימולציה של זרימת נוזלים בשיטתImplicit Large eddy simulation (ILES). זוהי הטכניקה שמספקת את החישוב של הזרימות בעיר במחקר הנוכחי.

אולם יכולת הניבוי של מודלים אלה היא מוגבלת בגלל ריבוי הגורמים שיש לקחתם בחשבון: למשל, כיצד הנשורת הרדיואקטיבית של הפצצה מתפזרת באזור עירוני ובנוי? המודלים הנוכחיים משתמשים בכיוון הרוח ובמהירותה כדי לנבא את טווח הפיזור של הנשורת באזור עירוני. אולם התברר שיש לשפר מודלים אלה ולבדוק אותם. יש לקחת בחשבון גורמים משפיעים כמו מבנים עירוניים והשפעתם על תנועת הרוחות.

היום התחיל הכנס השנתי ה-62 של המחלקה לדינאמיקת נוזלים של האגודה האמריקאית לפיזיקה במיניאפוליס במינסוטה. סטודנט בשם אדם ווכטור Adam Wachtor, שעובד עם גרינסטיין במעבדה הלאומית אשר בלוס אלמוס אשר בניו מכסיקו, הציג היום בכנס שיפור לאופן שבו המודלים עוקבים אחר התנועה של הנשורת הרדיואקטיבית שנישאת עם הרוח. ווכטור הציג מודלים המדגימים מה יכולה להיות התוצאה של התפשטות פטריית הגז שמשוחררת על ידי רכיב זעיר ששוקל טונה אחת בעיר טיפוסית ברזולוציה בגודל של שלושה מטרים. התוצאות של ווכטור מראות שהמודלים הקיימים לניבוי טווח אזור פיזור הנשורת הרדיואקטיבית הם פשטניים מידי. לדוגמא, מודלים אלה אינם כוללים את הדינאמיקה המורכבת של תנועות רוחות סביב בנינים. זרימות אלה עלולות לרכז את הנשורת בעיקר באזורים מסוימים ולא באזורים אחרים. דבר שעשוי להשפיע על ההמלטות של האנשים אם וכאשר יתרחש אירוע. ישנו גורם נוסף שעשוי להשפיע על פיזור הזיהום הרדיואקטיבי במבנה האורבאני: בכוחם של השינויים הקטנים במיקום הפיצוץ ובטמפרטורת הפטרייה המשוחררת לגרום להשפעות ניכרות על התבניות של הזיהום הרדיואקטיבי. ווכטור ועוזריו חשבו בעזרת (ILES) וביצעו סימולציה לתרחישים שונים אלה.

הפרויקט הוא חלק ממיזם גדול יותר של המעבדות הלאומיות בארה”ב וגורמים נוספים במאמץ למפות את ההשפעה של פיצוץ אטומי בריכוז אוכלוסין עירוני. מחקרים אחרים באותו הפרויקט הראו דווקא שבנינים בעיר יכולים לספק מגן מפני הקרינה.

התקווה של החוקרים השותפים בפרויקט היא לספק בסופו של דבר מידע מעשי שינחה את הגורמים כיצד “להתכונן לקראת משבר [אפשרי]”, אומר גרינסטיין, “עד כמה שהוא בלתי ייאמן”.  

תקציר ההרצאה:

Sunday, November 22, 2009 8:00AM – 10:10AM

Session AS Geophysical: Atmospheric I 200G

8:00AM AS.00001 Effects of Release Characteristics on Urban Contaminant Dispersal , A.J.

WACHTOR, University of California, Irvine, F.F. GRINSTEIN, Los Alamos National Laboratory, H.J. CATRAKIS, University of California, Irvine — The release

of a chemical, biological, or radioactive contaminant in an urban environment is of particular interest due to the high population densities in urban areas. The

wind flow that transports the contaminant through the urban setting is highly complex and exhibits a wide range of multi-scale phenomena. Studies of urban

flows can provide information that can be of critical importance to city, state, and federal officials for creating risk management plans. Classical field experiments

measuring the dispersion of scalars in urban environments provide only rather limited results. Computational experiments have the advantage of being able to

offer greater insight and knowledge about the three-dimensional flow physics than field experiments are able to provide. Implicit Large Eddy Simulation (ILES)

is currently a promising computational method to obtain reasonable results of urban flows. ILES resolves the large scale flow features and relies on inherent

numerical dissipation to model energy transfer from the resolved scales to the sub-grid scales. Since it is the large scale dispersion of the contaminant that is

of key interest, ILES is particularly well suited for this application. NRL’s FAST3D-CT model based on ILES is used to simulate scalar contaminant transport

in a complex urban setting. We present a study of the effects that location and associated potential temperature of the scalar contaminant release have on the

subsequent dispersion of that scalar within the specified urban geometry.

 

Posted in מאמרי רשימות | Leave a comment

טשטוש הקו הדק בין הקסם למדע: המטא-חומרים והרצון להיות בלתי נראה

טשטוש הקו הדק בין הקסם למדע: המטא-חומרים והרצון להיות בלתי נראה

 

“לא ניתן להבדיל בין כל טכנולוגיה מתקדמת ובין קסם”, ארתור סי קלארק 

 

קסם ומדע חוברים יחד: המטא-חומרים

לאחרונה התחום של המטא-חומרים ופיזיקת ההסתרה מעסיקים לא רק את הקהילייה המדעית, אלא גם את הציבור הרחב. זאת בעקבות הספרים על הארי פוטר וגלימות ההעלמות, האיש הרואה והבלתי נראה של ה. ג. וולס ומיני סיפורים דומים. עם התפתחות הננוטכנולוגיה ומה שקרוי אופטיקת הטרנספורמציה, ניתן על ידי תכנון הנדסי מדויק של התכונות האופטיות המקומיות של החומרים, לעצב את החלל האופטי בדיוק כאילו הוא היה עיוותי המרחב-זמן שנגרמים כתוצאה מנוכחות גופים מסיביים ביקום יחסותי, כפי שמתואר בתורת היחסות הכללית של אינשטיין. ראו כאן. 

מטא-חומרים הם חומרים שתכונותיהם המתוכננות נובעות מהמבנה שלהם ולא מתכונות החומר. המטא-חומרים מכילים מבנים שהם קטנים מאורך הגל האלקטרומגנטי. מסתבר, אומר אולף לאונהרט אחד מאבות המטא-חומרים, שלמטא-חומרים יש היסטוריה ארוכה מאוד. זכוכית הרובי מימי הביניים, למשל, היא מטא-חומר. זכוכית הרובי מכילה קולואידים מזהב ברמת הננו שאינם ממירים את הזכוכית לזהב וגם לא לחומר שקוף, אלא לזכוכית אדמדמה. זאת תלוי בגודל ובריכוז של טיפות הזהב.

הצבע האדמדם נגרם מהעירור של תנודה קולקטיבית של אלקטרוני ערכיות בננו-חלקיקי הזהב. תנודה זו קרויה תהודה של פלסמונים על פני השטח. אורך הגל של תהודת הפלסמונים על פני השטח תלוי בגודל, בצורה, בטופולוגיה ובסביבה הדיאלקטרית של צבירי המתכת. ולכן פוטוניקה שהיא מבוססת על פלסמונים על פני שטח, או מה שקרוי “פלסמוניקה”, נחשבת היום לטכנולוגית העתיד.

מטא-חומרים כשלעצמם הם לכן לא דבר חדש בכלל, אומר לאונהרט. מה שחדש כאן הוא דרגת השליטה במבנים בתוך החומרים, מבנים ברמת הננו שיוצרים את התכונות הרצויות במטא-חומרים. למשל, בגרסה המודרנית לזכוכית רובי בעלת מקדם שבירה שלילי, זוגות של עמודות זהב (שמיוצרות בננוטכנולוגיה על סובסטרט מסיליקון) יצרו תהודות של פלסמונים על פני השטח שהן מכוונות היטב, כאשר כל זוג פועל כמו אטום בעל תכונות נשלטות.  

בתחילת עידן המטא-חומרים, הודגמו מטא-חומרים עבור מיקרוגלים ואחר כך הרחיבו את יצירת החומרים האלה לטווח האור הנראה על ידי טכנולוגית ננו-פבריקציה. התכונות האופטיות שלהם מעוצבות על ידי האינטראקציות בין שכבות של מבנים ברמה של תת-אורכי גל עם השדות החשמליים והמגנטים שיוצרים את גלי האור. בגלל שהמבנים הפנימיים שלהם הם שונים בתכלית מחומרים קונבנציונאליים, התכונות האופטיות שלהם יכולות להיות גם כן שונות בתכלית.

המחשבה על המטא-חומרים החלה כאשר חשבו על חומרים בעלי מקדם שבירה שלילי. באופטיקה מקדם השבירה n הוא תכונה יסודית של החומר. מהנדסים אופטיים בדרך כלל חושבים על מקדם השבירה כעל היחס שבין מהירות האור בואקום למהירות האור בחומר. אבל הפיזיקה שעומדת בבסיס היחס הזה, בתורה האלקטרומגנטית, פירושה שמקדם השבירה n הוא למעשה שווה לשורש של הפרמיטיביותε  כפול הפרמיאביליות המגנטית µ: .n = ±√εµ בואקום שתי הכמויות האלה מוגדרות כ-1 ולכן מקדם השבירה בואקום הוא 1.

הפרמיטיביות קשורה לקבוע הדיאלקטרי. לחומרים אופטיים דיאלקטריים שקופים קונבנציונאליים, כמו למשל זכוכית או מים, יש פרמיטיביות ופרמיאביליות חיוביות, ולכן מקדם השבירה שלהם הוא חיובי. מוליכים, כסף וזהב, הם בעלי פרמיטיביות שלילית ופרמיאביליות חיובית באורכי גל נראים, ולכן חומרים אלה הם אטומים ולא שקופים והם בעלי מקדם שבירה דמיוני (מבחינה מתמטית).

שום חומר טבעי הוא לא בעל ערכים שליליים של שתי הכמויות ובעל מקדם שבירה שלילי. ב-1968 פיזיקאי רוסי בשם ויקטור וסלגו הציע שלחומרים יהיה מקדם שבירה שלילי – כלומר ערכים שליליים גם לפרמיאביליות וגם לפרמיטיביות. אולם זה נראה כעניין אקדמי ותו לו, כי לשום חומר טבעי לא היו התכונות האלה באורכי גל נראים. לפני כעשור ג’ון פנדרי מהאימפריאל קולג’ אשר בלונדון, אנגליה, הראה, שניתן להנדס מטא-חומרים המורכבים ממוליכים ומתוכננים לגרום לכך שהפרמיטיביות והפרמיאבליות שלהם תהיה שלילית באורכי גל מספיק גדולים. גודל מקדם השבירה תלוי בתדירות. לאחר מספר הדגמות באשר ליכולת של המטא-חומרים בתדירויות רדיו, הצליחו לשכלל את המטא-חומר כך שיפעל בתדירויות גבוהות יותר במיקרוגל ולבסוף בתדירויות אופטיות. התברר שלחומרים בעלי מקדם שבירה שלילי יש תכונות מוזרות. לפי חוק סנל הם מעקמים את האור אחורנית ושבירה אחורנית יוצרת אפקטים מוזרים. פירושו שהגלים בחומר בעל מקדם השבירה השלילי נעים בכיוון ההפוך.

המטא-חומרים הובילו להולדת תחום חדש שקרוי אופטיקת טרנספורמציה. אולף לאונהרט החל לחשוב שכדאי לפנות לתורת היחסות הכללית של אינשטיין וליישמה בהנדסה של מטא-חומרים. נראה מוזר בתחילה לשייך את היחסות עם המטא-חומרים, כי השימוש ביחסות הכללית נראה קשור לפיזיקת הכבידה ולקוסמולוגיה. הרושם היה שליחסות הכללית אין ולו חצי דבר עם ההנדסה של חומרים. אולם התברר שהתכנון של המטא-חומרים קשור בעקרון פרמה: קרני האור עוקבים אחר המסלול האופטי הקצר ביותר בתווך מסוים. מסיבה זו הם אפקטיבית גיאודזים. פירושו שגל אלקטרומגנטי נוטה לנוע במסלול המהיר ביותר בין שתי נקודות בחומר. בחומר הומוגני ואיזוטרופי מסלול זה הוא קו ישר. בחומר לא הומוגני המסלול של הגל נהפך כבר ללא ישר כדי לגרום לזמן המסע הכולל שלו להיות הקטן ביותר. זאת מכיוון שבחומר הגל נע במהירויות שונות. בצורה הזו ניתן לשלוט במסלול הגל על ידי התכנון של הפרמטרים של החומר. תכנון זה מצא את היישום בחומרי הסתרה שגרמו לעצמים להיות בלתי נראים. חומרים אלה עשויים ממטא-חומרים. תורת היחסות פיתחה את הכלים התיאורטיים במשוואות השדה לטיפול בשדות גיאומטריים עקומים. כך לאונהרט התחיל לאמץ רעיונות מהיחסות הכללית ולדבר על מרחב-זמן אלקטרומגנטי באנלוגיה למרחב האופטי בעודו מפתח אופטיקת טרנספורמציה עבור חומרים בעלי מקדם שבירה שלילי. הוא דבר על טרנספורמציית קואורדינאטות, על מסלולי האור בקווים עקומים בגריד של קואורדינאטות שעברו טרנספורמציה וכל זאת עבור האלקטרומגנטיות בהנדסת מטא-חומרים.  

הבינו שהמטא-חומר הראה תכונות של גלימת העלמות מסתירה, שגורמת לעצם המוסתר להיות בלתי נראה. היא מסיטה את האור סביב העצם שבמרכזה, כך שחזית הגל שמגיעה לצופה נראית כאילו היא מגיעה הישר דרך העצם המוסתר, והעצם נראה כלא היה שם כלל. בדיוק כמו החומרים בעלי מקדם שבירה שלילי, תחום ההסתרה והפיכת גוף לבלתי נראה בתחילה הודגם עבור מיקרוגלים ואז הודגם עבור האור הנראה בצורה מוגבלת ביותר. ייקח זמן עד שיוכלו להסתיר גוף ממש בתחום האור הנראה באמצעות גלימת ההעלמות של הארי פוטר… 

בתחילה תוכננו כיסויים ממטא-חומרים שמכסים גופים והופכים אותם לבלתי נראים. הכיסויים האלה גרמו לגלים האלקטרומגנטיים להתפשט מסביב לגוף וכך הגוף נהפך לבלתי נראה. החלו לחקור את חומרי ההסתרה באמצעות אופטיקת הטרנספורמציה, טרנספורמציה של קוארודינטות ומיפוי שמשמשים לתכנון הפרמטרים של החומר, שגורמים לחומר להסתיר את הגוף שנהפך לבלתי נראה. ראו כאן.

החומר המסתיר הראשון שנבדק במעבדה היה כזה שפעל בתדירויות המיקרוגל ולא באור הנראה. בניסויים, החביאו גוף בתוך חומר מסתיר, שנבנה ממטא-חומרים מלאכותיים. אולם נצפו השתקפויות וצללים של הגוף המוסתר. וכך אומנם הגוף הוסתר, ושום מקור חיצוני לא יכל לגלותו, אך הגוף גילה עצמו באמצעות רמזים… ולכן יישום ממשי של הכליפה המסתירה לא נראה עדיף.

אופציה שניה הייתה מרבד הסתרה על הקרקע, שיכול להסוות כל עצם תחת חומר העשוי ממטא-חומר. כל עצם שמוסתר תחת המרבד לכאורה נעלם והמרבד מופיע כגליון מוליך שטוח. לכן לא ניתן לגלות את העצם על ידי שום מקור חיצוני. ניתן לממש את מרבד ההסתרה בצורה קלה יותר מאשר את הקליפה המסתירה שבדוגמא הקודמת. יש לו גם יישומים חשובים ביחוד בתדיוריות המיקרוגל בתחום ההסוואה. מרבד ההסתרה הודגם גם כן בתדירויות המיקרוגל והוא מפגין ביצועים טובים בתחום הבלתי נראה. אולם יש לו שתי מגבלות עיקריות: התמודדות עם הרקע והגודל של המרבד.

אופטיקת הטרנספורמציה קובעת כיצד התכונות של גלימת ההעלמות המסתירה צריכים להשתנות על פני המטא-חומר כדי שהוא יסיט נכונה את האור הרחק מהגוף המוסתר. בהמשך לרעיונות של לאונהרט, הבינו שמטא-חומרים יכולים להיות מיושמים במעבדה כאנלוגיות לגופים שבהם מטפלת היחסות הכללית. בייחוד עבור חורים שחורים. בדרך זו מאחדים טווח רחב של תופעות פיזיקאליות שנשענות על הגיאומטריה של תווכים אופטיים ואלקטרומגנטיים ומנצלים את ההזדמנויות החדישות שפותחים בפנינו המטא-חומרים. אמרנו כבר שהמטא-חומרים הלא אחידים יכולים לעוות את המסלול של האור בדיוק כמו ששדה כבידתי מסוגל לעוות את המרחב-זמן. וכך קבוצה שעבדה באוניברסיטת ברקלי בראשות קסיאנג זאנג החליטה להרחיב את האנלוגיה הזו: האור שמתפשט דרך מטא-חומר יכול לשמש מחקרי מעבדה כדי ללמוד על תופעות קוסמיות כמו חורים שחורים ומושכים מוזרים כאוטיים. החוקרים בחנו מלכודות פוטונים ששרתו כחלל אופטי (optical cavity) שבולע אור אבל לא יכול לפלוט אותו על פני טווח רחב של אורכי גל. זהו חור שחור פוטוני, שמושך אור באותו האופן בדיוק כמו חור שחור כבידתי, שמושך חומר. בצורה זו זאנג אמר שאופטיקת טרנספורמציה תוכל לתכנן רכיבים שיכולים לחקות עצמים שמימיים ותנועות כאוטיות שבהן אנו צופים בעצמים שמימיים – כמו למשל התנועה הכאוטית של פלנטות ואסטרואידים. אלא שנצטרך לבצע ניסוי כזה במשך שנים רבות, אולי במשך מאה שנה, כדי לחקות תנועות כאוטיות כאלה…

הדמית הקסם שבמדע

בנוסף לאתגר הניסויי, נותר אתגר נוסף בתחום: ההדמיה של גוף מוסתר. החוקרים הניחו שכל קליפת הסתרה או כל חומר מסתיר, שנועד לגרום לגוף שאותו הוא מסתיר להיות בלתי נראה, ישאר בחלקו גלוי לעין. זאת בגלל אפקטים אופטיים ובגלל חוסר מושלמות בייצור. אבל עד כה איש לא הצליח להדגים כיצד במעשה או לפחות בהדמיית מחשב כל זה יראה.

הבעיה היא שלמטא-חומרים יש תכונות אופטיות שמשתנות עם המרחק. אם ניקח חדר שמכיל עצם שעשוי ממטא-חומר בתוכו, נצטרך לבנות מאות אלפי יחידות נפח שכל אחת היא באינטראקציה עם האור בחדר. ליצור מצב כזה מסובך אפילו בהדמיה בתוכנה סטנדרטית, שבה משתמשים מדענים ומהנדסים כדי לבצע סימולציה לאור בחדר, זה מסובך, כי תוכנה למעקב קרניים מאפשרת לעשות זאת רק לכמה מאות יחידות נפח. ותוכנה זו בשום אופן לא קרובה למורכבות שדרושה כדי לטפל במטא-חומרים כמו מרבד ההסתרה. כך חוקרים מגרמניה תכנתו תוכנה חדשה במיוחד למשימה זו.

החוקרים מגרמניה, מהמכון הטכנולוגי קרלסרוה פרסמו מאמר ב-Optics Express, כתב העת של האגודה לאופטיקה, והחליטו להמחיש בסימולצית מחשב וירטואלית תרחיש של מבנים מסתירים, הגורמים לעצמים להיות בלתי נראים. לכאורה החוקרים אינם מציגים תיאוריה חדשה למטא-חומר מסתיר חדש. הם אך ורק מספקים תוכנת “מעקב קרניים” (Ray Tracing) חדשה – טכניקת המרה שמבוססת על אופטיקה גיאומטרית –  שבעזרתה הם מבצעים סימולציה למרבד הסתרה עשוי ממטא-חומר, שביכולתו להעלים חפצים על ידי מניפולציה של החומר שממנו מורכב המרבד. 

נניח שישנה על האדמה מעין בליטה קטנה ברצפה, שמתחתיה אנחנו מסתירים עצם כלשהו. זהו פשפש מהסוג המצוי ביותר שנועד להסתיר אוצר יקר…

באזור הבליטה אנחנו מניחים מרבד הסתרה שהוא מהונדס בצורה כזו שקרני האור מוחזרים כאילו אין שם בכלל בליטה. ובכן ניתן להסתיר מתחת לבליטה עצם כלשהו מבלי שיתגלה, כי הבליטה למעשה נהפכה לבלתי נראית. מהנדסים את המרבד ובונים חומר שיחזיר את האור כאילו האור פגע במרבד שטוח ולא בכזה עם בליטה קמורה, שמתחתה נמצא גוף. יש לכך השלכות ויישומים רבים בטכנולוגיה, כמו למשל ברמת המיקרו והננו, מרבד כזה יכול לשמש להסתרת דפקטים שמפריעים בתהליך היצור.

החוקרים מגרמניה בחנו עצם כלשהו שמוחבא מתחת לבליטה ברצפה משתקפת ומרבד מתכתי המונח על הרצפה הזו באולם מוזיאון, שעל קירותיו תלויות שלוש תמונות: מצד ימין תמונה של אלברט אינשטיין, מצד שמאל תמונה של הינריך הרץ וממול תמונה של איזיק ניוטון.

מרבד כזה יכול היה להועיל למשל ללאונרדו דה וינצ’י, שמעולם לא רשם פטנטים על המצאותיו. כיצד הוא הסתיר את עבודותיו מחשש שיגנבו? כאשר לאונרדו היה במילנו הוא תכנן את הסטודיו שלו, כך שניתן יהיה להנמיך את הפלטפורמה שמחזיקה את עבודתו דרך הרצפה לקומה שמתחת, באמצעות מערכת של גלגליות ומשקלות-נגד. כל זאת כדי שניתן יהיה להסתיר את עבודתו מעיני סקרנים וחטטנים, כאשר הוא לא היה עובד.

לאונרדו דה מונה ליזה. מכאן.

לאונרדו לא הסתפק בפלטפורמה המונמכת. הוא היה כותב ביד שמאל ואמצעי זהירות נוסף בו הוא נקט כדי להגן על עבודותיו היה לכתוב את כל רשימותיו בכתב מראה מימין לשמאל (הפוך). למעשה הוא יכל לכתוב בעזרת שתי הידיים בכל כיוון. אבל כמו אנשים רבים שהם שמאליים, הוא גילה שזה מהר יותר לכתוב מימין לשמאל, כאשר הוא שרבט את רשימותיו וגם כתב בכתב מראה לתוספת ביטחון. נראה, שמרבד הסתרה אכן יכול היה לסייע ללאונרדו במקום הפלטפורמה המונמכת וכתב המראה בעת שרצה להסתיר את עבודותיו ויומניו.

אולם, בטרם נמליץ על מרבד ההסתרה ללאונרדו דה וינצ’י, ראוי קודם לשאול: האם העצמים המסווים מתחת לבליטה ברצפה, אכן מצויים במקום בטוח שאיש לא יכול למוצאם? כלומר, האם מרבד ההסתרה מסוגל להעלים את הבליטה לגמרי?

מסתבר שהעלמת בליטה במרבד ממתכת היא לא דבר של מה בכך. התמונות על קירות המוזיאון משתקפות במרבד, המנורות שבתקרת החדר משתקפות גם הן. כדי להעלים את הבליטה יש לשחזר את ההשתקפויות של התמונות ושל החדר כולו בדיוק כפי שהיה אילו לא הייתה שם כלל בליטה. האם התוכנה של החוקרים תצליח במשימה זו? על החוקרים לעצב פרופיל מקדם שבירה מסובך כדי שהאור המוחזר והנשבר מהבליטה ומהמרבד ינוע במסלול כאילו לא קיימת כלל בליטה. ובנוסף, עליהם לגרום לכך שתיווצרנה כל ההשתקפויות המדויקות של התמונות מהקיר על המרבד כאילו אין עליו בליטה.

החוקרים מודים כבר מההתחלה שהמרבד סובל מאפקט אותו הם מכנים בשם, אפקט “בת היענה”. בת היענה תוחבת את ראשה בתוך החול, אולם שאר גופה נותר בחוץ. בדיוק אותו הדבר קורה עם מרבד ההסתרה: הוא אמנם גורם לכל עצם באשר הוא להעלם מעיני הצופים, כאשר הוא מסתירו מתחת לבליטה. אבל אליה וקוץ בה… מבנה המרבד עצמו נותר מעט חשוף: מעט מההחזרות וההשתקפויות של התמונות בחדר וגם אי מושלמות אינהרנטית שתמיד קיימת מגלות לנו שישנו בחדר על הרצפה מרבד הסתרה, שככל הנראה מסתיר עצם מתחתיו. לאונרדו דה וינצ’י היה אומר על ההמצאה הזו: תארו לכם שהיו רואים קצה זעום מהפלטפורמה המנמיכה וממערכת הגלגליות ומשקלות הנגד בסטודיו שלי במילנו? או אז היו יודעים שיש פשפש בקומת המרתף שבו אני מסתיר את ההמצאות הטובות ביותר שלי…

נתבונן בחדר המוזיאון. הרצפה היא מתכתית ולכן היא מובילה להשתקפויות (איור a).

בתחילה (איור b) נכניס בליטה לרצפה ללא מרבד ההסתרה. נגיד שהבליטה לא תלולה בכלל. עדיין השפעתה דראסטית: רואים את ההשתקפויות של המנורות מהתקרה. על הקירות ישנן שלוש התמונות של ניוטון, הרץ ואינשטיין, כאשר ההשתקפות של ניוטון על הרצפה בקושי ניתנת לאבחנה, אולם הלחי הימנית של הרץ והלחי השמאלית של אינשטיין עוברות החזרה כפולה על הבליטה. ברור שיש משהו מתחת לבליטה, אוצר גנוז או עצם מסתתר מתחת…

עתה נוסיף (איור c) את המבנה של המרבד המסתיר. מרבית העיוות שבאיור הקודם מתבטל ונקבל במידה רבה חזרה את האיור המקורי (איור a). אבל עדיין נותרו עיוותים מסוימים שמסגירים את הימצאותו של מרבד ההסתרה.

מסקנה: האתגר הבא הוא לכן לצמצם כמה שיותר את אפקט בת היענה: לגרום לכך שכמעט ולא ידעו שקיים בחדר מרבד הסתרה, וכך נוכל להחביא דברים יקרי ערך בפשפש מוסתר בחדר במוזיאון מבלי שידעו על כך…

 

 

 

 

 

 

Posted in מאמרי רשימות | Leave a comment