ישר כמו פלס עקום: טעויות מדידה מדעיות
העורבים הצמאים שהפריעו לזהות גלי כבידה, המטושים שהמציאו רוצחת סדרתית, הרעש שזיכה את מגליו בפרס נובל, ויחידות המידה שהשמידו גשושית. טעויות מדידה שעשו היסטוריה
מדע ניסויי טוב מחייב דיוק. חוקרים אוספים נתונים על היקום, ובאמצעות סטיות קלות שבקלות באורכי הגל מגלים כוכבי לכת רחוקים החגים סביב שמשות אחרות; גלאים משוכללים חושפים גלי כבידה זעירים ובוזונים חמקמקים, כימאים מתכננים תגובות מדויקות בין חומרים שנמדדו בקפידה רבה. איננו יכולים לומר כמעט דבר על המציאות אם לא צפינו בה ומדדנו אותה.
להאזנה לכתבה המלאה. קריינות: איתי נבו
אבל לפעמים הדברים משתבשים ותגלית מרתקת מתבדית כשמתברר שהתבססה על נתונים לא נכונים או על פירוש שגוי של תצפיות. פעמים אחרות, נדירות הרבה יותר, מה שחשבנו לתקלת מדידה חושף למעשה אמת מפתיעה ופורצת דרך. המדע של טעויות המדידה רצוף מדידות שגויות, הפרעות בלתי צפויות והרבה הרבה הפתעות.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי :
האם חוש הריח משתנה בהיריון? עכברים עם אופי התוכנה בעלת פני הפוקר
צרות משמיים
כשאלברט איינשטיין פרסם את היחסות הכללית, ב-1916, חסרו למדע האמצעים להוכיח את הניבויים שלה. בין השאר חזה איינשטיין את קיומם של גלי כבידה שנוצרים מתנועתן של מסות גדולות בתוך מארג המרחב-זמן של היקום, אולם במשך עשרות שנים לא היו גלאים מתאימים למדוד את תנודות הכבידה הזעירות שיצרו התנגשויות ענק בין כוכבים, וכך לאשש את התיאוריה. מדענים היו צריכים לא רק לפתח גלאים רגישים מספיק, אלא גם למצוא דרך לנטרל את רעשי הרקע הבלתי פוסקים בכדור הארץ, שממסכים את גלי הכבידה.
כדי לפתור את הבעיה הזאת נבנו באזור נידח בהנפורד שבמדינת וושינגטון ובאתר נוסף בלואיזיאנה גלאי ליגו (LIGO), ראשי תיבות של "מצפה גלי כבידה באינטרפרומטרי לייזר" (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory). הגלאים, שעלו מאות מיליוני דולרים, הם אינטרפרומטרים, כלומר חיישנים שמודדים שינוי קל במעבר של קרן לייזר מאות פעמים בין מראות לאורך שתי זרועות ניצבות זו לזו שאורכן ארבעה קילומטרים כל אחת. אם גל כבידה עובר באחת הזרועות, הוא מרטיט מעט את קרן הלייזר, מאריך את דרכה במידה זעירה של כ-1/10,000 מגודלו של פרוטון, וכך נוצר פער זמנים זעיר לעומת הקרן ששוגרה לזרוע השנייה.
מדידה כל כך מדויקת רגישה מאוד להפרעות, ואכן בחודש יולי 2017 הבחינה הפיזיקאית בוורלי ברגר (Berger) בסדרה של רעשי רקע לא מזוהים שנקלטו בגלאי בוושינגטון, אך לא בלואיזיאנה - מעין פרצים קצרים של נקישות רפות שבבירור לא היו גלי כבידה. האם התגלתה תופעה חדשה? ואם לא, איך אפשר לנטרל את ההפרעה?
אחרי חיפוש מפרך הוביל אותה אחד המיקרופונים, שצוות נטרול הרעשים של הגלאי שתל בשטח, לעבר צינור מכוסה קרח שהיה מנוקד בחורים משונים. בבדיקה מעמיקה התברר שמדובר בסימני מקור של ציפור גדולה. כך נחשפה זהות הפושעים - מתברר שהעורבים החיים באזור המדברי באו להרוות את צמאונם מהקרח שהצטבר על הצינור הקפוא, והנקישות של מקוריהם שיבשו את נתוני הגלאי יקר הערך.
חומר בידוד פתר לבסוף את הבעיה והעורבים חדלו להטריד את החוקרים. עוד לפני כן, ב-14 בספטמבר 2015, רשמו הגלאים את התנודה המיוחלת - גל כבידה שנוצר לפני 1.3 מיליארד שנה מהתנגשות של שני חורים שחורים. מאז זיהה ליגו כמה גלי כבידה נוספים, וב-2017 זכו המדענים ריינר וייס (Weiss), בארי בריש (Barish) וקיפ תורן (Thorne) בפרס נובל בפיזיקה על חלקם המרכזי בפיתוח הגלאי ובניהולו.
הרוצחת הסדרתית שלא הייתה
הראיות היו מכריעות: בדיקות DNA הצביעו על פושעת סדרתית שידה בכול. היא הייתה מעורבת בפשעים בערים רבות בכל רחבי מרכז אירופה. לא היה שום דפוס למעשיה הנפשעים, אך ממצאי הזיהוי הפלילי היו חד משמעיים - אישה אחת לקחה חלק בעשרות מעשי פשע שנעשו במשך כשנתיים בגרמניה. רשימת פשעיה כללה הריגת שוטרת בתקרית עם ניאו-נאצים בעיר היילברון שבגרמניה ב-25 באפריל 2007 וחמישה מעשי רצח נוספים, אך גם גניבות פשוטות, מעשי שוד ופריצה אחת לבית ספר.
המשטרה הגרמנית הכריזה על פרס של כ-300 אלף אירו למי שיסגיר את הפושעת האכזרית ובתקשורת הודבק לה כינוי: רוח הרפאים של היילברון. רשויות החוק היו אובדות עצות, ונטען שאפילו פנו לעזרתם של מנטליסטים. כל זה לא עזר - שום רמז לא נמצא, והסתירות בממצאים מזירות הפשע הלכו והצטברו. עדים לכמה ממעשי הפשע המיוחסים לה אף טענו שהדמות שראו נראתה מאוד גברית.
ב-26 במרץ 2009, קרוב לשנתיים אחרי תחילת החקירה, התפוצץ הבלון. בתום חקירה ארוכה הודתה משטרת גרמניה שהאשמה היא במטושים - מקלוני הצמר גפן שבהם השתמשו צוותי הזיהוי הפלילי לאיסוף דגימות DNA מזירות פשע. מתברר שרוח הרפאים המסתורית של היילברון לא הייתה אלא עובדת במפעל מטושים באוסטריה, שנגעה בסחורה בידיה וזיהמה אותה בחומר הגנטי של עצמה. המקלונים אמנם עברו חיטוי בבית החרושת, אבל החיטוי נועד להשמיד חיידקים ומחוללי מחלות אחרים - לא להעלים שרידי DNA.
מעבר לגיחוך שבעניין, הפרשה עוררה דיון מחודש באמינותן של בדיקות DNA הנמצאות בשימוש בזיהוי פלילי ובשימוש בהן כראיה עיקרית להרשעה בבתי משפט. עם זאת, בדיקות מקיפות שנעשו בשטוטגרט לא מצאו שום עדות לזיהומים נוספים של מטושים או של דגימות גנטיות אחרות. ורוצח השוטרת בהיילברון? הוא לא נמצא עד היום. אקדחה של השוטרת נמצא כעבור כמה שנים בידי פעילי ימין קיצוני גרמנים.
הרעש ששינה את תמונת היקום
1964, לארנו פנזיאס (Penzias) ורוברט וילסון (Wilson), חוקרים ממעבדות חברת התקשורת בֶּל בניו ג'רזי, הייתה בעיה. טלסקופ הרדיו הרגיש שבנתה החברה קלט רעשים בלתי מוסברים. גלי מיקרוגל בעוצמה נמוכה ממקור בלתי ידוע שיבשו את התצפיות האסטרונומיות של המכשיר. השניים היו חייבים למצוא את מקור השיבושים ולנטרל אותם, כדי לאפשר את השימוש בטלסקופ החדשני.
ראשית הם בדקו את החשד שמדובר ברעש שמגיע משידורי רדיו מניו יורק, אך שללו את האפשרות די בקלות, וכך גם הסברים טכניים אחרים. בדיקה פיזית של האנטנה העלתה חשודים אחרים - האנטנה הייתה מכוסה בלשלשת של זוג יונים שבחרו לקנן דווקא בלב המכשור הרגיש של האנטנה. לשני החוקרים לא הייתה ברירה - הם לכדו את היונים וקרצפו בקפידה את האנטנה מכל שאריות הלשלשת, באמונה שרעשי הרקע הטורדניים ייפסקו ויאפשרו לבצע תצפיות מהימנות לחלל.
אולם להפתעתם הרעש לא חדל למרות כל מאמציהם, ובדיקות נוספות שארכו קרוב לשנה העלו שהוא מגיע באותה עוצמה מכל מקום שאליו מכוונים את הטלסקופ. מששללו את כל מקורות ההפרעה הסבירים נותרה מסקנה אחת: המיקרו-גלים האלה הם תופעה אמיתית, שמחייבת הסבר מדעי. בסיועו של האסטרונום והפיזיקאי רוברט דיקי (Dicke) הם הסיקו שמדובר בהדים שנותרו מהרגעים הראשונים לקיומו של היקום.
הגילוי של קרינת הרקע הקוסמית היה ההוכחה הראשונה לתיאוריית המפץ הגדול, הקובעת שהיקום כולו החל בנקודה אחת. על כך זכו וילסון ופנזיאס בפרס נובל בפיזיקה בשנת 1978. ג'יימס פיבלס (Peebles), שהיה מהתיאורטיקנים המובילים בחקר קרינת הרקע, יקבל את הפרס השנה. ההתנסות של שני החוקרים הוכיחה דבר נוסף: לא כל רעש הוא תקלה, ולא תמיד צריך להאשים את היונים.
הבלבול המטרי
ולבסוף, טעויות יכולות להיות גם במידות, ולא רק במדידות. כך גילו בסוכנות החלל האמריקנית נאס"א ב-1999, כשחללית יקרה יצאה משליטה ונעלמה בגלל... שימוש ביחידות לא נכונות.
ב-11 בדצמבר 1998 שוגר לחלל לוויין לחקר האקלים של מאדים (Mars Climate Orbiter), שנועד לספק מידע על האקלים והאטמוספרה של כוכב הלכת האדום, וכן לשמש תחנת ממסר לנחתת שהייתה אמורה לנחות בקוטב הדרומי של כוכב הלכת. לאחר מסע של תשעה חודשים, ב-23 בספטמבר 1999, החלה החללית בתמרון הכניסה למסלול סביב מאדים, אבל נכנסה למסלול נמוך מדי ונעלמה. נראה שהיא נשרפה באטמוספרה הדלילה של מאדים, אם כי ייתכן שהיא נהדפה חזרה לחלל. המשימה נכשלה.
בחקירת נסיבות הכישלון התגלה שמקורו בטעות מביכה: נתוני הדחף שהגיעו למחשבי החללית מרכיב שסיפקה החברה שבנתה אותה, לוקהיד מרטין, היו ביחידות מדידה אמריקניות (פאונדים), בעוד המחשב עצמו ביצע את החישובים שלו במידות מטריות (ניוטון: יחידת הכוח הדרוש כדי להאיץ מסה של קילוגרם במטר אחד לשנייה בריבוע). הטעות גרמה למחשב להפעיל לא נכון את מנועי החללית ולהביא אותה לנתיב שגוי.
בדיעבד התברר שלפחות שני מהנדסים בסוכנות החלל האמריקנית זיהו מבעוד מועד שגיאות במסלול החללית, אך הערותיהם לא נבדקו. רוב משימותיה של החללית הושלמו לבסוף בידי חללית אחרת ששוגרה בשנת 2005: הלוויין לסקר מאדים (Mars Reconnaissance Orbiter), שממשיך לשדר נתונים עד היום.
לנטרל את השגיאות
טעויות חישוב ומדידה מלוות את האנושות מאז שבני האדם החלו לחקור את המציאות בצורה שיטתית. כבר כריסטופר קולומבוס במסעו המפורסם טעה והאמין שהגיע להודו כיוון שהעריך לא נכון את רדיוס כדור הארץ, וחלף יותר מעשור לפני שממשיכי דרכו גילו שמדובר ביבשת לא מוכרת שנקראת כיום אמריקה.
מאז ועד היום תקלות הניבו שלל תוצאות משונות. חלקיקי ניטרינו בניסוי OPERA הצליחו לעבור לכאורה את מהירות האור בגלל סיב אופטי שלא חובר נכון; עשן סיגרים איפשר את גילוי הספין של האלקטרון; ועוד כהנה וכהנה. השיטה המדעית מצליחה בדרך כלל לסנן את רוב השגיאות הללו או לפחות לתקן אותן בדיעבד, אבל גם היא אינה חסינה מבעיות ומחולשות אנושיות. אך גם כשטעויות קורות לפחות אפשר ללמוד מהן להבא, לשפר את כלי המדידה ולשמור תמיד על ספקנות בריאה.
רמי שלהבת, מכון דוידסון לחינוך מדעי
לפנייה לכתב/ת 
