כיצד גילה גלילאו את משקל האוויר?
אחרי שטען שהשמש היא מרכז היקום ונרדף בידי הכנסיה, פנה גליליאו לעסוק בתחום אחר - הוא ניסה למדוד את משקל האוויר שמעלינו. קטע מהספר "ים של אוויר", המתאר את המסע המלהיב אל חקר האוויר מאז ימי הרנסאנס ועד ימינו
לפני כארבע מאות שנה, במקום שהיה מעשה הטלאה של נסיכויות נפרדות שכיום אנו קוראים לו איטליה, נאבקה מהפכה רעיונית חדשה על קיומה. קבוצה חדשה של הוגים קמה כנגד ההבנה המסורתית של העולם וחוקיו, המבוססת על שילוב של התגלות אלוהית ושל חשיבה שכלית מופשטת.
אנשים אלה קראו לעצמם "פילוסופים של הטבע", משום שהמילה "מדען" בשפות העולם עדיין לא הומצאה. כדי להבין את דרך פעולתו של העולם, הם לא ישבו ודנו על כך. הם קמו והביטו סביבם.
גישה כזאת ודאי שלא יכלה למצוא חן בעיני הכנסייה, בית הגידול של החוכמה המקובלת, ולא בעיני כלי השרת שלה – האינקוויזיטורים המלחשים, עם הקו החם שלהם לרומא.
הכחשתו של גליליאו
היה פילוסוף אחד כזה של הטבע שסר חִנו בעיני האינקוויזיטורים של "המשרד הקדוש" והוא הוכרח להפסיק את חקירותיו במבנה השמים. שמו היה גליליאו גליליי וסיפורנו מתחיל בו ובנאום שנשא ב-22 ביוני 1633, במנזר מינרווה שברומא:"אני, גליליאו גליליי, בן וינצ'נצו גליליי, איש פירנצה, בן שבעים שנה, עמדתי אישית בדין והריני כורע ברך לפני הוד רוממותכם, שהנכם האינקוויזיטורים בעולם הנוצרי כולו כנגד שפלות הכופרים. ... האופיציום הקדוש הזה פקד עלי, בהתאם לחוק, לזנוח לגמרי את השקפתי המוטעית, כי השמש היא מרכז היקום ואין היא בתנועה, ואילו כדור הארץ אינו מרכז העולם והוא נמצא בתנועה...."
כשקם גליליאו הגדול מכריעתו לאחר נאום ההתכחשות המפורסם והכפוי הזה, מספרים שמלמל: "Eppur si muove!" ("ואף על פי כן נוע תנוע!"). בתוך תוכו הוא ידע שכדור הארץ נע סביב השמש, על אפם ועל חמתם של האינקוויזיטורים שהכריחו אותו לכפור בכך. אך כאדם חרד ומאמין, לא רצה להמרות את פי כנסייתו.
קל וחומר שלא רצה להיות נידון לגורל דומה לזה של הנזיר האומלל ג'וֹרדַנוֹ בּרוּנוֹ, שרק כמה עשרות שנים קודם לכן הועלה על המוקד משום שהחזיק בדעות דומות. גליליאו אמנם היה הפילוסוף המפורסם ביותר בכל איטליה, אך הוא ידע יפה שאפילו הכבוד הזה לא יציל אותו משריפה.
תגליות בשמים
גליליאו בן השבעים, למרות חולשתו ודעיכת מאור עיניו, עדיין לא היה מוכן למות. עיניו כהו בשל התצפיות שערך מבעד לטלסקופ בפלאי הפלאות שהוא עצמו גילה בשמים:הכתמים שהופיעו לפרקים על פני השמש; המכתשים על פני הירח; הירחים הרחוקים אך הברורים המקיפים את כוכב הלכת צדק (מי היה חושב שלפלנטות אחרות יש ירחים משלהן?) ובכוכבים שאיש לא ידע על קיומם.
ועכשיו, לפני שיחשכו עיניו לחלוטין בגלל הקטרקט והגלוקומה, עדיין היה עליו להשלים משימה נוספת, אפילו בחשאי אם כך נגזר. גליליאו ציפה ל"עונש" שיבוא, וזה זמן-מה ידע כי לא יוכל להמשיך בחקר השמים.
בקצה האטמוספרה
ויכוח מדעי: איפה מתחיל החלל החיצון?
רויטרס
מדענים מקנדה טוענים כי הגבול בין כדור הארץ לחלל עובר כ-120 קילומטרים מעל לפני הים, 20 קילומטרים גבוה יותר מהקו שהגדירה סוכנות התעופה בינלאומית. קביעתם מציתה את הויכוח סביב גבולות הכוכב שלנו
על כן, זה שנים אחדות החליף כיוון בצנעה והפנה את תשומת לבו פנימה, אל כדור הארץ עצמו. וכאן, למרות ראייתו הנחלשת, עתיד היה לשנות את השקפתנו על חומר שלכאורה הוא המצוי ביותר והרגיל ביותר בעולם: האוויר.
האינקוויזיטורים לא ידעו על כך כלום. הצהרת ההתכחשות של גליליאו הניחה את דעתם והם החליטו ברוב חסדם שלא להמיתו. הוא הורשה לשוב אל החווילה שלו באַרצֶ'טרי שבפירנצה, אך הבהירו לו שהוא עדיין נחשב מסוכן ועל כן יהיה מוחזק במאסר בית.
הוא לא הורשה לקבל מבקרים, אלא כאלה שקיבלו היתר מראש מטעם הכנסייה. והוא היה חייב לבלות את זמנו באמירת תהלים כמעשה תשובה ולהתפלל למען נשמתו האלמותית.
תנועת העצמים באוויר
גלילאו חזר אל חווילתו כפי שצוּוה ושקד בנאמנות על עשיית תשובה. האינקוויזיטורים חייבו אותו גם להישבע שהוא לא יפרסם עוד לעולם חיבור שעלול להרגיז את ה"אופיציום הקדוש", אך בעניין זה לא היתה לו כל כוונה לקבל את הדין. הוא נטל עמו לארצ'טרי כתב יד שעמד ממש לפני סיום.הוא החל את הניסויים המתוארים בכתב יד זה כשהמתין לצו הקריאה לחקירתו ברומא. משעה שנאלץ לזנוח את הטלסקופ הוא השתקע בחקר התנועה של עצמים באוויר. מחקרו זה עתיד להוליד את יצירת המופת שלו.
כתב היד כבר גולל ממצאים שייעשו מפורסמים ממש כמו הירחים של צדק. לדוגמה, גליליאו גילה את העובדה המפתיעה שכוח המשיכה של כדור הארץ מבטל את כובד המשקל: אם תשליכו כדור של תותח וחלוק אבן ממגדל גבוה, שניהם יגיעו אל הקרקע בדיוק באותו זמן.
אך בין דפיו היתה טמונה תגלית אחרת, שתהיה מפורסמת פחות ואף על פי כן תתברר כבעלת חשיבות לא פחותה. גליליאו מדד את משקל האוויר.
כמה שוקל האוויר?
זה נשמע רעיון מוזר. איך ייתכן שלמשהו ערטילאי כל כך כמו האוויר יהיה כובד כלשהו? אך למעשה, האוויר של הפלנטה שלנו לוחץ עלינו בכוח רב ותמידי. איננו מרגישים בזה כי אנחנו רגילים לכך, בדומה ללובסטרים המתרוצצים על קרקעית הים בלי שהם מודעים כלל ללחץ של מי הים שמעליהם. עד כדי כך אנחנו מזלזלים בים האוויר שלנו שכל חפץ מלא אוויר מוגדר בפינו "ריק".בימיו של גליליאו הדעות על מהות האוויר היו מעורפלות לא פחות. רוב הבריות קיבלו את תורתו של אריסטו, מהמאה ה-4 לפני הספירה, שגרסה כי כל דבר בעולם עשוי מארבעה יסודות: אדמה, אוויר, אש ומים.
אדמה ומים זה ברור – כוח הכבידה מושך אותם כלפי מטה. אש זה ברור – האש הלוא חסרת משקל. אך אוויר היה הילד הבעייתי. האם הוא כבד וכובדו מושך אותו אל הקרקע, האם הוא קל ועל כן מתרומם כמו להבות אש, או שהוא פשוט מתעלם מהמשיכה הכבידתית של כדור הארץ ונשאר לרחף?
ניסויים גאוניים
גליליאו סבר שהאוויר כבד וניגש לבדוק את השערתו. הניסויים שערך לשם כך היו כרגיל גאוניים. ראשית, הוא לקח בקבוק זכוכית גדול ודק-צוואר וסגר את הפתח במגופת עור מהודקת. דרך המסתם הוא החדיר מזרק שהיה מחובר למפוח, ובתנועות ניפוח נמרצות הצליח לדחוס לתוך הבקבוק כמות אוויר גדולה פי שניים או שלושה מהקיבול הראשוני.הצעד הבא היה לשקול את בקבוק הזכוכית שקילה מדויקת, והוא הקפיד על קוצו של גרגיר חול, הוסיף וגרע מכפות המאזניים עד שנחה דעתו מהתוצאה. כעת פתח שסתום במגופה. מיד נפלט האוויר הדחוס מכלאו ובבת אחת נעשה הבקבוק קל יותר בכמה גרגירים. האוויר שיצא היה חייב אפוא להסביר את המשקל החסר.
ניסוי זה הוכיח שהאוויר איננו אותו גוף חסר ממשות כפי שנדמה לנו. אך עכשיו רצה גליליאו לדעת איזו כמות אוויר מקבילה לאיזו כמות של גרגירי חול. לשם כך היה עליו למצוא דרך למדוד גם את משקל האוויר שנפלט מהתא וגם את נפחו.
הוא השתמש באותו בקבוק זכוכית ארוך צוואר. אך הפעם, במקום לדחוס בבקבוק אוויר, הוא יצק לתוכו מים. כשהבקבוק מולא במים כדי שלושה רבעים מנפחו, האוויר שהיה בבקבוק מלכתחילה נדחק ונדחס בתוך רבע מן החלל המקורי.
גליליאו שקל את הבקבוק בקפדנות, פתח את השסתום ושחרר את האוויר הדחוס, ואז שקל את הבקבוק שוב כדי לברר את כמות האוויר שהשתחררה.
מחברת הספר ד"ר גבריאל ווקר
באשר לנפח, גליליאו שיער כי כמות האוויר שהשתחררה שווה לכמות האוויר שנדחק בגלל המים, ולכן נפח האוויר שהשתחרר חייב להיות שווה בדיוק לנפח המים שבבקבוק. כל שנותר לו לעשות היה למזוג את המים ולמדוד את נפחם, והרי לכם – הוא מצא את המשקל של נפח אוויר נתון.
הערך שגליליאו חישב ומצא היה מפתיע בגודלו: נראה שמשקל האוויר שווה לארבע מאיות ממשקל כמות שווה של מים. ואם זה לא נראה לכם הרבה, עשו את החשבון הבא.
שוו בדמיונכם לרגע נפח אוויר מסוים – נאמר, החלל "הריק" של אולם קַרנגי בניו יורק. מה לדעתכם יהיה משקל האוויר שם? עשרה קילו? מאה? אולי אפילו חמש מאות קילו?
התשובה היא משהו בסביבות 30 טון.
גם גליליאו יכול לטעות
האוויר כבד כל כך עד שאפילו גליליאו לא ראה את התמונה כולה. השאלה איך אנחנו מסוגלים לשאת על כתפינו כובד כזה לא עלתה בדעתו כלל, מהסיבה הפשוטה שהוא לא הביא בחשבון את כובד האוויר שמעלינו.הוא שקל את המים שבתוך הבקבוק, אבל היה משוכנע כי מרגע שהאוויר משתחרר וחוזר אל מצב קיומו הרגיל בשמים, הוא נעשה מיד חסר משקל. גליליאו האמין שהאטמוספרה שלנו ככלל אינה מסוגלת לדחוף. זו היתה אחת הפעמים הבודדות שבהן האיש הדגול טעה.
למרות התנגדות הכנסייה, גליליאו סיים את כתב היד – וגם פרסם אותו. לאחר שנכשלו כל המאמצים לשכנע מוציאים לאור בפירנצה, ברומא ובוונציה להתעמת עם האינקוויזיציה, הבריח גליליאו את כתב היד לבית דפוס בהולנד.
כעבור ארבע שנים, סמוך לסוף ימיו של גליליאו, החלו עותקים של הספר מסתננים לאיטליה. כל אחד מן העותקים האלה נשא הצהרת הסתייגות מיתממת מאת גליליאו עצמו, ובה הוא מביע את הפתעתו על כך שכתביו הגיעו איכשהו לבית דפוס למרות צייתנותו המוחלטת והקפדתו למלא את צו האפיפיור.
קטע מתוך הספר "ים של אוויר" מאת גבריאל ווקר, בהוצאת "כתר".
לפנייה לכתב/ת 
ים של אוויר
עטיפת הספר
גליליאו מציג טלסקופ שבנה
צילום: ויז'ואל/פוטוס
