הטעויות של גליליאו

גליליאו גליליי גילה תגליות רבות ששינו את פני המדע כפי שאנחנו מכירים אותו היום, אבל בדרך עשה כמה טעויות והסיק מסקנות מוטעות. גם המדענים החכמים ביותר טועים! מה אפשר ללמוד מטעויות?

כתב: צבי עצמון

מתוך: גליליאו צעיר, גיליון 200 ספטמבר 2020

גליליאו גליליי נחשב אבי המדע המודרני. הוא גילה תגליות חשובות ומהפכניות רבות, הִמציא ושִכלל מכשירי מחקר רבים והניח את היסודות לשיטה המדעית הנהוגה עד ימינו, המסתמכת על ביצוע ניסויים ועריכת תצפיות.

גליליאו היה מרדן באופיו – אם תוצאות הניסויים והתצפיות שערך והשֵׂכל הישר שלו העידו כי צדק, הוא לא נכנע בפני סמכות שטענה ההפך, גם אם אותה סמכות הייתה רבת־עוצמה בתקופתו כמו הכנסייה הקָתוֹלית. נטייה זוֹ שלו לבחון ולבדוק ולא להיכנע לסמכות גרמה לו קשיים ועימותים, ובכללם מאסר בית עד מותו ואיסור מוחלט על פרסום ספרי מדע (גליליאו מצא את הדרך לעקוף את האיסור הזה – הדפסת ספרו בהולנד, שלא הייתה כפופה לכנסייה הקתולית).

ההישגים של גליליאו

נפילה חופשית: כשגופים נופלים נפילה חופשית, בלי שגורם זר (כמו התנגדות האוויר) מתערב, כל הגופים, קלים ככבדים, נופלים באותו קצב.

מטוטלת: משך התנודה של מטוטלת תלוי באורך החוט שמשקולת המטוטלת קשורה אליו, אך לא במידת ההסטה (המִשְׂרעת) של המשקולת – גילוי זה אִפשר לגליליאו למדוד במדויק זמנים קצרים, למשל לצורך חֵקר הנפילה החופשית, והוא הבסיס לשעוני המטוטלת.

התמדה: אם אין הִתערבות של גורם חיצוני (כמו חיכוך), גוף הנמצא בתנועה במהירות מסוימת ימשיך לנוע לנצח באותה מהירות, ואין צורך בגורם חיצוני (כמו מנוע) שידחף אותו. עיקרון זה אִפשר לגליליאו להסביר כיצד כדור הארץ ממשיך להקיף את השמש, וכמוהו גם שאר כוכבי הלכת המַקיפים את השמש (התפיסה ההֶליוֹצֶנטרית – השמש במרכז), ולא שהשמש מקיפה את הארץ.

טלסקופ: הטלסקופ, שהומצא זמן קצר קודם לכן, נחשב בעיני הציבור שעשוע; גליליאו שִכלל את השימוש בטלסקופ ככלי לחקר גרמי השמיים – דבר שלא עלה על דעת איש לפניו.

זיהוי תוואֵי שטח, כמו מִשטחים ומכתשים, על פני הירח, ומכאן המסקנות כי מִבנה הירח דומה בעיקרו לכדור הארץ וכי אינו בנוי מאיזה חומר שמיימי מיוחד, שכפוף לחוקי טבע מיוחדים, כפי שחשבו לפניו.

זיהוי ארבעה גופים (ירחים) שמקיפים את כוכב הלכת צדק שנקראו על שמו – ירחי גליליאו (אָיוֹ, אירופה, קָליסטוֹ וגָנימֵד). הם גם היו הוכחה שלא כל גרמי השמיים מקיפים את כדור הארץ.

זיהוי כתמי השמש: גליליאו גילה באמצעות הטלסקופ שלו כתמים על פני השמש. גילוי זה עורר עליו כעס רב מאחר שהדבר העיד כי השמש בנויה מחומרים “ארציים”, ולא מחומרים “טהורים”, שונים במהותם מאלה של כדור הארץ; הכתמים גם מעידים כי השמש עצמה מסתובבת על צירה.

גילוי מופעי נוגה וגודלו הנראֶה: גליליאו גילה כי לכוכב הלכת נוגה יש מופעים (כמו לירח; פעם הוא מלא, פעם נראֶה כחצי עיגול, ופעם כחרמש דק) וכי המופעים קשורים לגודלו הנראה: כשהוא מלא הוא נראֶה קטן, וכחרמש הוא גדול, והדבר מוכיח כי כוכב הלכת נוגה מקיף לא את כדור הארץ אלא את השמש. זוֹהי עֵדוּת נוספת לתפיסה ההליוצנטרית.

גילוי מִבנה גלקסיית שביל החלב: גליליאו גילה באמצעות הטלסקופ שלו כי שביל החלב אינו פס אור מִסתורי ורציף על פני השמיים, אלא עשוי מהמון כוכבים נפרדים – זוֹהי הגָלַקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב.  

גילוי הטבעות של שבתאי: גליליאו ראה כי לכוכב הלכת שבתאי יש תוספות משני צידיו. היום אנו יודעים כי גילה את הטבעות המקיפות את שבתאי.

מיקרוסקופ: גליליאו הִמציא את המיקרוסקופ המורכב משתי עדשות, ולא מאחת.

תרמומטר: גליליאו המציא תֶרמוֹמֵטֶר (למעשה דגם מוקדם של מד־טמפרטורה, המכוּנה תרמוסקופ). התרמוסקופ של גליליאו התבסס על התפשטות אוויר עליית הטמפרטורה.

אלה הישגים יוצאים מן הכלל. רבים מהם היו מזכים אותו בפרסי נובל, אילו היה פרס כזה בימיו… אך בצד ההישגים המפוארים עשה גליליאו גם כמה טעויות. לכמה מהן אפשר בהחלט למצוא הצדקה, ומכולן אפשר להסיק מסקנות חשובות.

אפרכסות של שבתאי?

גליליאו גילה באמצעות הטלסקופ שלו כי לכוכב הלכת שבתאי יש שתי תוספות, כעין אפרכסות אוזניים. איך טעה גליליאו בין הטבעות המקיפות את שבתאי ובין תוספות כעין אפרכסות? מתברר שטעות זוֹ נבעה מצירוף שני גורמים: אף שהטלסקופ שבנה היה הטוב ביותר באותם ימים, הוא היה חלש מאוד יחסית לטלסקופים בני ימינו.

לכך הצטרפה העובדה שטבעות שבתאי מַפנות לעיתים לכדור הארץ את השטח הרחב שלהן, ואז קל להבחין בהן בטלסקופ, אך לעיתים הן מפנות לכיווננו את הצד שלהן, הפרופיל, ואז קשה להבחין שהן טבעות ולא תוספות משני צידיו של שבתאי. כך היה בעת שהתבונן גליליאו בשבתאי, כלומר גליליאו גילה את הטבעות של שבתאי, אך לא הייתה לו אפשרות להבחין שהן אכן טבעות.

היכן השביטים נמצאים?

גליליאו טעה לחשוב כי שביטים הם תופעה שמתרחשת בתוך האטמוספרה של כדור הארץ (כמו זוהר הקטבים) ולא שהם נמצאים הרחק מחוץ לאטמוספרה, כפי שאנו יודעים היום. זוֹ אכן טעות מְביכה, בייחוד בהתחשב בכך שעוד קודם לכן טען האסטרונום הדֵני הנודע טיכוֹ בְּרָהֶה, על פי תצפיות שערך על שביט שנראה בימיו, כי שביטים נמצאים הרחק מֵעבר למסלול הירח.

התמדה רק בקו ישר

טעות נוספת הייתה לגליליאו בעניין תופעת ההתמדה, אף שגילוי ההתמדה בידי גליליאו היה מהפכה עצומה במכניקה – תחום הפיזיקה העוסק בכוחות הפועלים על גופים ובתנועות גופים.

בתקופה העתיקה ובימי הביניים הייתה התפיסה כי כדי שגוף ינוע משהו חייב להמשיך לדחוף אותו. רק לגרמי השמיים (כמו כיפת השמיים כולה, וכן הירח וכוכבי הלכת), כך חשבו, יש תנועה מתמדת, מעגלית, מעצם היותם שמיימיים, בלי שנדרש גורם שידחף אותם. אם כל תנועה דורשת דחיפה מתמדת, התפיסה ההליוצנטרית צריכה לענות על השאלה מה יכול לדחוף כל הזמן את כדור הארץ הענקי סביב השמש.

באמצעות ניסוי מחשבתי שהגה גליליאו ושהתבסס על ניסויים ממשיים שערך הוא הסיק כי קיימת התמדה של התנועה. זה הִסביר את השאלה כיצד כדור הארץ יכול להמשיך להקיף את השמש בלי שמשהו ידחף אותו.

תופעת ההתמדה הייתה לפיכך, גם מבחינת המכניקה וגם מבחינת התפיסה ההליוצנטרית על מבנה היקום, גילוי חשוב ומהפכני.

אך לגילוי מהפכני זה דבקה טעות. לימים התברר כי התמדה מתקיימת לאורך קו ישר, ואילו תנועת כדור הארץ סביב השמש אינה קו ישר. לפיכך נדרש עוד גורם, פרט להתמדה. את הגורם הזה פִּענח פיזיקאי גאון שבא בעקבות גליליאו – אייזק ניוטון. ניוטון (נולד חודשים אחדים לאחר מותו של גליליאו) מצא כי התמדה מתרחשת רק לאורך קו ישר.

מסלולו של כדור הארץ סביב השמש תלוי לא רק בהתמדה אלא גם בקיומו של כוח כְּבידה (גרוויטציה). תופעת ההתמדה וכוח הכבידה של השמש אחראים יחד למסלול ההקפה של כדור הארץ ושל יתר כוכבי הלכת סביב השמש. מאחר שניוטון תיקן את טעותו של גליליאו, תופעת ההתמדה מכוּנה גם “חוק התנועה הראשון של ניוטון”.

ממה הגאות ושפל נובעים?

הטעות הבולטת ביותר של גליליאו היא ההסבר שנתן לתופעת הגאות ושפל. גאות היא התופעה שקו החוף מתקדם בה לכיוון היבשה, ואילו שפל הוא כשקו החוף נסוג לכיוון הים.

גליליאו התאמץ מאוד לשכנע את בני דורו כי התפיסה שהשמש במרכז וכדור הארץ מקיף אותה פעם בשנה היא הנכונה. הוא ניסה גם לשכנע אותם כי ההרגשה שלנו כאילו כיפת השמיים, ובכלל זה השמש, מקיפה את כדור הארץ פעם ביממה היא אשליה שנובעת מכך שכדור הארץ משלים סיבוב אחד על צירו פעם ביממה.

כדי למצוא עדויות משכנעות לכך פנה גליליאו לתופעת הגאות ושפל. הוא התבסס על תצפית ממשית שערך. כשהִפליג במְכלית פתוחה שהובילה מֵי שתייה הוא ראה כי כשהמכלית עוצרת לפתע (למשל, כשהיא נתקלת בשרטון חול), בצד הקדמי שלה נוצרת “גאות” – המים מצטברים שם וגובהם עולה, ואילו פני המים בירכתיים (הצד האחורי) יורדים. הִנה, חשב, ממש תופעת גאות ושפל.

גליליאו היה כה להוט למצוא הוכחות לתנועות כדור הארץ שהוא לא נתן את דעתו לכך שתופעת הגאות חוזרת כמעט פעמיים ביממה, ולא רק פעם אחת; הוא גם לא שקל היטב את הצעתו של האסטרונום הגאון בן דורו יוֹהָנֵס קֶפּלֵר, שהירח משפיע על תופעת הגאות והשפל.

גליליאו היה, נוסף על היותו אסטרונום, גם פיזיקאי חוקר תנועה והסתמך על ניסויים, ואילו קפלר, שהיה אסטרונום גאון, לא עסק בפיזיקה, ונטה לעיתים להסברים מסתוריים. גליליאו העדיף להסתמך על התצפיות שלו במכלית מים ולא על הסברים שלא היה יכול לבדוק, כמו השפעת הירח.

עם זאת, אפילו שגליליאו חשב כי מצא את ההסבר לתופעת הגאות והשפל וכי הֶסבר זה מסתדר היטב עם התפיסה ההליוצנטרית, הוא השאיר לעצמו מקום לאפשרות שהוא טועה, וכך כתב: “אני מקווה כי ההסבר שאני מציע לתופעת הגאות והשפל לא ייתברר כהזיית חלום… זאת אני משאיר לשיפוטם של חוקרים מוכשרים”.

ואכן, גליליאו טעה. ניוטון הוכיח כי תופעת הגאות והשפל נובעת במידה רבה מהשפעת הירח (ובמידה פחותה מהשפעת השמש) על האוקיינוֹסים והימים של כדור הארץ, באמצעות כוח הכבידה – כוח שחשף ניוטון ושעליו לא ידעו קפלר וגליליאו.  

מה אפשר ללמוד מטעויות של גאון?

מטעויות אפשר וצריך ללמוד, בייחוד כשמדובר בטעויות של גאון כמו גליליאו גליליי. אחת המסקנות היא כי כל אדם, גם המעולה שבמעולים, וגם אם הוא מחשובי המדענים בכל הדורות ושעל שמו קרוי ירחון לילדים סקרנים, הוא בסופו של דבר אדם, וכאדם הוא יכול לטעות. הניסיון להציג אדם מסוים כאילו הוא מחוסן מפני טעויות הוא ניסיון מסוכן ביותר, ועל כך אפשר ללמוד מדוגמאות רבות בהיסטוריה.

ומסקנה אישית יותר: גם אם טעית בדבר זה או אחר, חשוב לזכור כי עדיין יש לך סיכוי לתרום תרומה חשובה, ואולי אף מהפכנית, למדע, לטכנולוגיה ובכלל לאנושות.

הצטרפו אלינו בפייסבוק https://www.facebook.com/YoungGalileo

עוד בנושא באתר הידען:

• 400 שנה לצפיה הראשונה באמצעות טלסקופ בידי גלילאו גליליי
• ויכוח בין הכנסיה למדענים באיטליה – האם מותר לקחת דגימות דנ”א מגופתו של גלילאו
• שחזור (רפליקה) הטלסקופ המקורי של גלילאו מוצב במוזיאון הטכנודע