מה נותנת לנו השמש

שאלה פשוטה לכאורה: מה כדור הארץ מקבל מהשמש?

אור. חום. אנרגיה. ויטמין D.

זה נשמע לגמרי סביר. אבל כאן מתעוררת שאלה עמוקה יותר:

אם כדור הארץ מקבל אנרגיה מהשמש - כמה אנרגיה הוא מחזיר חזרה לחלל?

האינטואיציה של רוב האנשים אומרת: פחות. הרי חלק נשאר כאן.. אנחנו ״משתמשים״ בה, לא?

אבל בפיזיקה אין דבר כזה להשתמש באנרגיה ולהעלים אותה. אנרגיה לא נעלמת - היא רק משנה צורה.

ולכן, בממוצע ארוך טווח, כדור הארץ מחזיר לחלל בדיוק את אותה כמות אנרגיה שהוא מקבל מהשמש, אחרת הוא היה מתחמם בלי סוף - וזה לא קורה.

יש שיאמרו: חלק מהאנרגיה שמגיעה מהשמש “נשאר כאן” בדמות קשרים כימיים – בצמחים, במזון, בדלקים מאובנים ולא "יוצא החוצה. התשובה היא: לא בדיוק. כן, אנרגיית שמש אכן נאגרת זמנית בקשרים כימיים ונבנה בעזרתה סדר מקומי, אך היא לא נעלמת מן המאזן. אנרגיה זו משתחררת בסופו של דבר חזרה לסביבה – בנשימה, בריקבון, בשריפה – כמעט תמיד כחום, ובצורה מפוזרת יותר. נדייק: על פני פרקי זמן ארוכים, כדור הארץ מחזיר לחלל את אותה כמות אנרגיה שהוא קיבל, אך לא באותה איכות. מה שהחיים “מרוויחים” אינו עודף אנרגיה, אלא חלון זמן קצר שבו אנרגיה מרוכזת יכולה להפוך למורכבות, לתנועה, ולמשמעות – לפני שהיא מתפזרת שוב. וכאן עולה השאלה המתבקשת: אם מה שנכנס הוא מה שיוצא, מה אנחנו בעצם מקבלים "נטו" מהשמש?

תשובה מהמאה ה-19

בכדי להבין, נחזור לתקופה בה קיטור היה טכנולוגיית-על, ועתידן של אימפריות הוכרע ביעילות של מנועי קיטור.

סאדי קרנו, מהנדס צרפתי צעיר ומבריק, ניסה להבין שאלה פשוטה אך חתרנית: "מה מגביל מנועי חום?"

הוא דמיין מנוע מושלם - בלי חיכוך, בלי איבודים, בלי בזבוז. מנוע שאפשר להריץ קדימה ואחורה, ושבסוף כל מחזור הכל חוזר בדיוק לאותו מצב.

ואז התברר לו משהו מפתיע: גם מנוע מושלם כזה לא יכול להיות יעיל במאה אחוז.

תמיד חייבים לזרוק חלק מהחום למקום קר יותר. תמיד נשאר משהו שלא ניתן להחזיר.

לא בגלל טכנולוגיה גרועה או תכנון לקוי אלא בגלל חוק טבע יסודי.

אנרגיה לא נעלמת - היא מתפזרת

כאן נכנס מושג שרבים חוששים ממנו (אולי בצדק): אנטרופיה.

נהוג לומר שאנטרופיה היא ״אי-סדר״ - אבל זו רק מטפורה חלקית.

תיאור מדויק יותר הוא: הנטייה של אנרגיה להתפזר.

אנרגיה מרוכזת - היא שימושית. אנרגיה מפוזרת - הרבה פחות.

אותה כמות אנרגיה יכולה להיות:

• חמה במקום אחד וקרה במקום אחר - ואז אפשר לעשות איתה עבודה או:

• מפוזרת באופן אחיד - ואז היא כמעט חסרת ערך

החוק השני של התרמודינמיקה אומר דבר פשוט ןקצת מטריד: במערכת סגורה, האנטרופיה נוטה לגדול.

כלומר, האנרגיה הולכת ומתפזרת או הופכת לפחות שימושית.

אז איך החיים בכלל אפשריים?

אם זו נטיית היקום, מדוע יש על פני כדור הארץ סדר, מבנה, חיים, מורכבות?

למה הכל כבר מזמן לא התבלגן, התקרר, והתאפס?

התשובה היא שכדור הארץ איננו מערכת סגורה.

יותר מזה, יש לנו מקור חיצוני שמזרים פנימה אנרגיה מאוד מיוחדת: מרוכזת, מסודרת, ובעלת אנטרופיה נמוכה.

וזה מה שהשמש באמת נותנת לנו.

לא יותר אנרגיה ממה שאנחנו מחזירים -אלא אנרגיה איכותית יותר.

במקום פוטון אחד עתיר-אנרגיה, אנו מחזירים לחלל עשרות פוטונים "חלשים" יותר במובן של פחות מסוגלים לעשות עבודה. לעומת זאת, במהלך ההמרה קורים כל הדברים היפים:

צמחים גדלים, בעלי חיים נעים, סופות נוצרות, תרבויות קמות.

החיים אינם נוגדים את החוק השני. הם מממשים אותו.

חץ הזמן

רוב חוקי הפיזיקה אינם מבחינים בין עבר לעתיד שזה אומר שהמשוואות עובדות לשני הכיוונים.

אבל אנחנו בהחלט מבחינים. כוס נשברת - ולא מתאחה. חלב מתערבב בתה - ולא חוזר לבקבוק.

הכיוון הזה - ממצבים נדירים למצבים שכיחים יותר -הוא חץ הזמן.

והוא נובע מאנטרופיה וסטטיסטיקה.

בואו נעזר באנלוגיה פשוטה של כוס תה עם חלב.

כאשר התה והחלב מופרדים לחלוטין - זהו מצב של אנטרופיה נמוכה - אין בכוס הרבה עניין. אם נחכה עד שהם יתערבבו לגמרי לנוזל אחיד - מצב של אנטרופיה מקסימלית - נקבל שוב תמונה אחידה, חסרת צורה והתרחשות.

היופי והמורכבות מופיעים דווקא באמצע, ברגעי הביניים. כאשר החלב מתחיל להתערבל בתוך התה נוצרים דפוסים זמניים של מערבולות, פתיתים וזרמים. אלו הם המבנים העשירים והמרתקים, אך הם קיימים רק לפרק זמן קצר, כאשר המערכת עוברת ממצב מסודר למצב מעורבב. כך גם אנחנו, וכך גם היקום כולו: איננו נקודת ההתחלה המסודרת, ואיננו מצב הסיום האחיד. אנו אותם מבנים מורכבים וזמניים, הנוצרים בדיוק בזמן שבו היקום נמצא בתהליך מתמשך של "ערבוב".

מחשבות לסיום

אנטרופיה לא אומרת שהעולם ״נהרס״. היא מסבירה למה סדר מופיע, מתפתח, ואז נעלם.

מורכבות אינה נמצאת בקצוות - לא באנטרופיה נמוכה מדי, ולא בגבוהה מדי.

היא חיה באמצע.

ואם זה נכון, אז החיים אינם תקלה ביקום אלא תוצאה טבעית של זרימה מתמדת של אנרגיה איכותית דרך חומר.

השמש לא רק מחממת אותנו - היא קונה לנו זמן.

מנקודת מבט של אמונה, רעיון זה מקבל עומק נוסף. אם החיים מתאפשרים הודות לזרימה מתמדת של אנרגיה איכותית - לא בגלל הפרת חוקי הטבע אלא דווקא בציות מלא להם - אז הסדר, המורכבות והחיים אינם חריגה מחוקיות היקום אלא חלק מהתכנון שלו. הבריאה אינה קפואה במצב מושלם וסטטי, אלא דינמית, זורמת, כזו שמעניקה מקום לתהליך, להתהוות, ואפילו לשבריריות. האמונה אינה באה להכחיש את האנטרופיה, אלא לקרוא בה משמעות: עולם שבו הסדר אינו מובן מאליו, אלא מתאפשר בכל רגע מחדש. במובן הזה, השמש אינה רק מקור פיזיקלי של אנרגיה, אלא עדות מתמדת לכך ש-החיים ניתנים - אך אינם מובטחים. הם תלויים בזרימה, קשר, ואיזון עדין שבין קבלה להחזרה.

הפוסט מבוסס על הוידאו המעולה של וריטסיום