אם חוק שימור האנרגיה עובד - אז איפה כל האנרגיה מכל הזמנים?

גיבסון, ת"א

גיבסון היקר,

חוק שימור האנרגיה לא "עובד". אנחנו לא מדברים על חוק עזר עירוני, ואף אחד לא ייתן לך קנס אם תפר אותו. אנחנו מדברים על עובדה בשטח - תופעה טבעית שכל התצפיות שלנו עד כה מאשרות - אך כדי להבין את התופעה הזו לאשורה, ראשית עלינו לדעת אנרגיה מהי.

כשפיזיקאי מדבר על אנרגיה הוא מדבר על משהו מופשט לחלוטין, אבל לצורך התשובה אפשר להגדיר אנרגיה כיכולת של דברים לבצע עבודה. מודדים אותה ביחידות "ג'ול", על שם הפיזיקאי ג'יימס פרסקוט ג'ול, ממגליו של חוק שימור האנרגיה. ג'ול אחד של אנרגיה הוא בערך מה שנדרש כדי להרים משהו ששוקל 102 גרם לגובה של מטר אחד מעל פני כדור הארץ.

המשמעות של חוק שימור האנרגיה היא שאם אתה משקיע ג'ול של אנרגיה כדי להרים תפוח, האנרגיה הזו לא נעלמת. רובה עובר לתפוח, מה שאומר שעכשיו יש לו כח לבצע עבודה. ואכן, אם תניח לתפוח ליפול תראה שזה בדיוק מה שהוא עושה. הוא זז ומזיז את האוויר סביבו, הוא מזיז את הקרקע כשהוא פוגע בה, ובאותה הזדמנות כנראה גם נפגם ומשנה את צורתו. הרבה עבודה.

איפה נשמרת האנרגיה? צילום: shuterstock

המונח "אנרגיה" נשאר חמקמק. אפילו הפיזיקאים לא באמת יודעים ממה היא עשויה, הם רק יודעים שאפשר למדוד אותה.

באופן כללי, חוק שימור האנרגיה (הקרוי בפי מביני עניין "החוק הראשון של התרמודינמיקה") קובע שאנרגיה לא נוצרת ולא נעלמת, היא רק משנה צורה ומיקום. אי לכך, כמות האנרגיה נשארת קבועה במשך הזמן. חוק שימור האנרגיה לא עונה על השאלה "איפה האנרגיה?", אלא על השאלה "מתי האנרגיה?", והתשובה שלו פשוטה בתכלית: "תמיד". כל אנרגיה שבנמצא תמיד היתה ותמיד תהיה, מלידת היקום ועד מותו - לפחות כל עוד חוקי הפיזיקה המוכרים לנו תקפים.

כדי להמחיש, בוא ניקח קצת אנרגיה ונעקוב אחריה במרחב ובזמן. רק אזהרה קטנה לפני שאנו מתחילים: ברוב השלבים המוצגים מעורבים יותר גורמים שוליים ותוצרי לוואי ממה שיש לי מקום לתאר. לטובת הפשטות אני אתרכז בגורמים הראשיים.

נתחיל בשמש, שעשויה בעיקר מימן. המימן הזה מחזיק בתוכו אנרגיה עצומה, ונראה שהיא הוטמעה בו בזמן המפץ הגדול. האנרגיה משתחררת בתהליך של היתוך גרעיני שיוצר אור וחום, וחלק קטן ממנה מגיע עד אלינו, לכדור הארץ. האנרגיה הזו פוגעת בעלים של צמחים, שמשתמשים בה בתהליך ההטמעה (פוטוסינתזה, בלעז) כדי לייצר פחמימות עשירות באנרגיה כימית.

לפי התיאוריות המקובלות, חלק מהפחמימות הללו שכבו במעבה האדמה מיליוני שנים והפכו לנפט. את הנפט מקיזים ממעבה האדמה, מזקקים לדלק ושורפים אותו בתחנות הכח. הבעירה הופכת את האנרגיה הכימית האצורה בדלק לחום; החום הופך לאנרגיה מכנית שמתבטאת בהתפשטות של גזים שמניעים טורבינות גדולות; והאנרגיה המכנית מגיעה למחוללי הזרם ("גנרטורים" בלשון העם) שהופכים אותה לאנרגיה חשמלית. ככה רוב תחנות הכח "מייצרות" חשמל.

האנרגיה הזו זורמת לחדר שלי בחוטי חשמל ומגיעה עד לנורה שמעלי. הנורה הופכת חלק מהאנרגיה החשמלית לאור שמתפשט ברחבי החדר ופוגע בדברים. חלק ממנו נבלע ומשנה צורה (בעיקר לחום, שזו צורה מאד מקובלת ובסיסית של אנרגיה), אבל רוב האור לא נבלע כלל. הוא מוחזר מהקירות וממשיך הלאה.

חלקו ממשיך רחוק מאד. ראית פעם תצלומים של כדור הארץ מן החלל? מה שרואים מהחלל זה את האור שכדור הארץ מחזיר. את החלק המואר של כדור הארץ רואים בעיקר בזכות אור השמש המוחזר, אבל תצלומים של הצד האפל מראים בבירור אורות חשמליים שמגיעים מהערים הגדולות. כל האור המוחזר הזה ממשיך לטוס בחלל (במהירות האור, כמובן) עד שהוא פוגע במשהו, ואז שוב, חלק ממנו מוחזר וחלק ממנו נבלע ומשנה צורה.

וכך זה עובד. אנרגיה מחליפה צורה ומקום, אך היא אינה מתבזבזת ואינה נגמרת. היא מתפזרת. וזה נותן לנו את התשובה החד־משמעית לשאלתך. כל כמות של אנרגיה שהיתה קיימת אי פעם, עדיין קיימת. איפה היא קיימת? איפשהו ביקום, הרחק מחוץ להישג ידינו.

שאלות לבלדד השוחי: askbildad@calcalist.co.il