עד היום אני זוכר איך באחד הטיולים השנתיים בחיידר ביקרנו במערת נטיפים מרשימה, והמדריך התמים מרשות הטבע והגנים, הצביע על נטיפים יפהפיים ונאם כמשיח לפי תומו על כך שהם מתוארכים כבני כ-100 אלף שנים.
כולנו הבטנו אחד בשני במבטי גיחוך, על דברי הכפירה של החילוני המסכן עם הקוקו, שלא למד, ולא יודע את מה שאנחנו, ילדי החמד יודעים.
גם הרב’ה הסתובב והסתכל עלינו מאחורי הגב שלו, עם חיוך רב רושם ומלא בזלזול ורחמים מעושים על האח התועה, שנאבעך, לא זכה לחינוך תורני ר”ל וככה נבצר ממנו לדעת שהעולם נברא בדיוק לפני ה’ אלפים תשס”א שנים.
עברו שנים, עברו עשורים, ופתאום מנקרת בראש השאלה, על סמך מה החלטנו כל כך בוודאות שאנחנו הצודקים והוא הטועה, אולי להפך?
ומצד שני, למה באמת החליטו המדענים והחוקרים בכזו החלטיות וודאות שכדור הארץ לא בן קרוב ל-6,000 שנה אלא כמה מיליארדים?
איזה תיעוד יכול בכלל להיות שיוכלו להוכיח שבאמת הם הצודקים והתורה וחז”ל טעו?
על סמך מה ניתן לקבוע בוודאות שטיעוני הדת לגבי גיל העולם פשוט מוטעים?
אז במקום לרקוע ברגליים, לעלוב צד אחד בשני, לנסות להוכיח על ידי זריקת שמות מפוצצים מכל צד, על המדען הדגול ההוא או על חכם הרזים ה”גדול” בעל המופת הזה. בא ננסה להסביר, מאפס, את אחת השיטות המרתקות ביותר לתיארוך גילם של חומרים.
רדיואקטיביות של החומר.
שם מפוצץ, אבל את העיקרון מאחוריו אפשר להסביר בפשטות, אפילו לילד בר מצווה.
כל חומר ביקום מורכב מאטומים. הכל.
כל אטום מורכב מגרעין שבו פרוטונים ונייטרונים, ואלקטרונים שמקיפים אותו.
כשמספר הפרוטונים בגרעין הוא מה שמגדיר איזה יסוד זה.
למשל, ברזל, האטום שלו מכיל 26 פרוטונים. אם נוסיף לו פרוטון, זה כבר לא יהיה “ברזל עם תוספת”, אלא יסוד אחר לגמרי, קובלט, כי קובלט זה אטום עם 27 פרוטונים.
הפרוטונים עצמם זהים בכל מקום ביקום, מה שמבדיל בין היסודות הוא פשוט הכמות שלהם.
בנוסף לפרוטונים, בגרעין האטום ישנם נייטרונים, והכמות שלהם לא משנה את סוג היסוד, אלא רק את המסה שלו. כך נוצרים איזוטופים שונים של אותו יסוד.
למשל, לפחמן יש איזוטופ שנקרא פחמן-14. זהו עדיין פחמן (כי יש לו 6 פרוטונים), אבל בנוסף יש לו 8 נייטרונים בגרעין, ולכן המסה הכוללת שלו היא 14.
האיזוטופ הזה, בשונה מפחמן-12 ו-13 הנפוצים והיציבים, אינו יציב.
לאורך הזמן הוא עובר תהליך כדי להפוך ליציב יותר, ובמהלך התהליך משתחררת כמות זעירה של אנרגיה, וזו הסיבה שהוא נקרא רדיואקטיבי.
במקרה של פחמן-14, אחד הנייטרונים בגרעין הופך לפרוטון, וכך האטום עצמו משתנה לחנקן-14. במקום 6 פרוטונים יש לו עכשיו 7, ולכן הוא כבר לא פחמן, אלא חנקן. המסה הכוללת נשארת 14 (כי עדיין יש 7 נייטרונים).
נקודה חשובה להדגשה היא שקצב ההתפרקות קבוע לחלוטין מבחינה סטטיסטית.
כלומר, כל אטום בודד עשוי להתפרק בכל רגע נתון, אבל כשמסתכלים על כמות גדולה של אטומים, אפשר לדעת בדיוק כמה זמן לוקח עד שחצי מהם יתפרקו.
זה מה שנקרא, זמן מחצית החיים של החומר.
במקרה של פחמן-14, זמן מחצית החיים הוא 5,730 שנה.
כלומר, אם היום יש לנו 100 גרם של פחמן-14, בעוד 5,730 שנה יישארו רק 50 גרם ממנו, וה-50 גרם האחרים כבר יהפכו לחנקן-14.
אם נמדוד באמצע התהליך, נוכל לחשב בקלות כמה זמן עבר מאז שהחומר נוצר. למשל, אם נראה שמתוך 100 גרם חומר נשארו רק 75 גרם פחמן-14 (והיתר כבר חנקן), נדע שעברו בערך 2,865 שנים.
ואיך אנחנו יודעים כמה זמן מחצית החיים? הרי שוב, אנחנו לא היינו לפני 6,000 שנה כדי לדעת להתחיל לספור.
התשובה היא אקסטרפולציה פשוטה, אם אנחנו יודעים כמה חנקן התווסף לחומר מלפני נניח, 100 שנה, קל לחשב כמה היה לוקח כדי שחציו יהיה חנקן, וככה אפשר לחשב במדויק את מחצית החיים של פחמן-14.
וזה בדיוק מה שעושים המדענים כשהם רוצים לדעת, למשל, את גילו של עץ קדום.
האטמוספירה מלאה בפחמן-14, והעצים סופגים אותו במהלך חייהם דרך הפחמן הדו-חמצני באוויר.
אממה, ברגע שהעץ מת, הוא מפסיק לספוג פחמן חדש, ומאותו רגע מתחיל “השעון” לעבוד, הפחמן שבתוך העץ מתחיל להתפרק לחנקן, ומכמות החנקן שהצטברה אפשר לחשב כמה זמן עבר מאז מות העץ.
אותו עיקרון עובד גם עם יסודות אחרים, שמתפרקים בקצבים שונים, חלקם הרבה יותר איטיים.
כך אפשר לתארך לא רק עצים או חומרים אורגניים, אלא גם סלעים, מאובנים ואפילו את גיל כדור הארץ עצמו.
והדרך שלנו לדעת את זמן מחצית החיים של איזוטופים שלא משתנים כלל בטווח של מאה שנה, היא בעזרת איזוטופים מהירים יותר, אבל עדיין איטיים מספיק כדי שנוכל להשוות ביניהם.
למשל, בעזרת פחמן-14 שאותו אנחנו יכולים למדוד בטווח חיים של אדם אחד, ניתן לשערך ששת אלפים שנה, ועם 6 אלף שנים אפשר לשערך איזוטופ כמו קלציום-41 שמחצית החיים שלו היא מאה אלף שנים, וכך הלאה עד שמגיעים לאיזוטופים איטיים של מליארדי שנים.
אחד האיזוטופים האיטיים הוא אורניום-238, שמתפרק בקצב איטי במיוחד והופך בסוף לסדרה של יסודות עד לעופרת-206, וזמן מחצית החיים שלו הוא בערך 4.5 מיליארד שנה.
ובעזרת מדידת היחס בין אורניום לעופרת בסלעים, אפשר לדעת מתי בדיוק הם התגבשו, ולהוכיח בוודאות מדעית את גילו של כדור הארץ.
אז תכל’ס איך אנחנו יודעים שסלע מסוים או מאובן של חיה גילו הרבה מעל 6,000 שנה?
כי חלק מהאיזוטופים בטבע אינם יציבים, והם מתפרקים תמיד באותו קצב, בלי קשר לטמפרטורה, לחץ או מזג אוויר. על ידי מדידה מדויקת של כמה מהחומר המקורי כבר התפרק, המדענים יכולים לחשב כמה זמן עבר מאז שהסלע נוצר, או מאז שהחיה חיה על פני האדמה.
ועכשיו, אחרי שהבנו את זה, נותר לכל אחד רק לתהות עם עצמו, מי אמור לזלזל במי ועל מה.