The law of conservation of mass - Todd Ramsey

חוק שימור המסה - טוד ראמזי

תרגום: Shlomo Adam עריכה: Ido Dekkers

מניין באים כל הדברים?

Where does all this stuff come from?

האבן הזאת,

This rock?

הפרה הזאת,

That cow?

הלב שלך?

Your heart?

Not the things themselves, mind you, but what they're made of:

שימו לב: לא הדברים עצמם, אלא מה שהם עשויים ממנו:

the atoms that are the fabric of all things.

האטומים, שהם המארג של כל הדברים.

To answer that question, we look to the law of conservation of mass.

כדי לענות על כך, אנו פונים לחוק שימור המסה.

This law says take an isolated system

החוק אומר: קחו מערכת מבודדת,

defined by a boundary that matter and energy cannot cross.

המוגדרת בגבול שחומר ואנרגיה אינם יכולים לחצותו.

Inside this system, mass, a.k.a. matter and energy,

בתוך מערכת זו, המסה, המכונה גם "חומר ואנרגיה",

can neither be created nor destroyed.

אינם יכולים להיווצר וגם לא להישמד.

The universe, to the best of our knowledge,

היקום, למיטב ידיעתנו,

is an isolated system.

הוא מערכת מבודדת.

But before we get to that, let's look at a much smaller and simpler one.

אבל לפני כן, הבה נבחן מערכת קטנה ופשוטה ממנו.

Here we have six carbon atoms, 12 hydrogen atoms,

הנה 6 אטומי פחמן, 12 אטומי מימן,

and 18 oxygen atoms.

ו-18 אטומי חמצן.

With a little energy, our molecules can really get moving.

בעזרת מעט אנרגיה, האטומים שלנו יתחילו להתנועע.

These atoms can bond together to form familiar molecules.

אטומים אלה יכולים להיקשר ביניהם וליצור מולקולות מוכרות:

Here's water,

מים,

and here's carbon dioxide.

פד"ח (פחמן דו-חמצני).

We can't create or destroy mass.

איננו יכולים ליצור או להרוס מסה.

We're stuck with what we've got, so what can we do?

אנו תקועים עם מה שיש לנו, אז מה נוכל לעשות?

Ah, they have a mind of their own.

אה, הם כבר יודעים בעצמם.

Let's see. They've formed more carbon dioxide and water, six of each.

הבה נראה. הם יצרו עוד פד"ח ועוד מים. 6 מולקולות כ"א.

Add a little energy, and we can get them to reshuffle themselves to a simple sugar,

נוסיף מעט אנרגיה, ונוכל לגרום להם להתערבב מחדש וליצור סוכר פשוט,

and some oxygen gas.

ועוד קצת גז חמצן.

Our atoms are all accounted for: 6 carbon, 12 hydrogen, and 18 oxygen.

כל האטומים שלנו כאן: 6 פחמנים, 12 מימנים ו-18 חמצנים.

The energy we applied is now stored in the bonds between atoms.

האנרגיה שהפעלנו מאוחסנת כעת בקשרים שבין האטומים.

We can rerelease that energy

נוכל לשחרר מחדש את האנרגיה הזאת

by breaking that sugar back into water and carbon dioxide,

ע"י פירוקו של הסוכר למים ופד"ח,

and still, same atoms.

ועדיין נקבל את אותם אטומים.

Let's put a few of our atoms aside and try something a little more explosive.

הבה נרחיק מעט כמה מהאטומים שלנו וננסה ליצור משהו נפיץ יותר.

זהו מתאן, שמוכר יותר בהקשר לגזים שפולטות פרות,

This here is methane, most commonly associated with cow flatulence,

but also used for rocket fuel.

אבל משמש גם כדלק טילים.

אם נוסיף מעט חמצן וטיפת אנרגיה,

If we add some oxygen and a little bit of energy,

like you might get from a lit match,

למשל, בהצתת גפרור,

it combusts into carbon dioxide, water and even more energy.

הוא יישרף ויהפוך לפד"ח, מים ועוד יותר אנרגיה.

Notice our methane started with four hydrogen,

שימו לב לכך שהמתאן שלנו התחיל עם 4 אטומי מימן,

and at the end we still have four hydrogen captured in two water molecules.

ובסופו של דבר עדיין קיבלנו 4 מימנים, לכודים ב-2 מולקולות מים.

For a grand finale, here's propane, another combustible gas.

לסיום המרשים, הנה הפרופן, גז בעירה נוסף.

We add oxygen, light it up, and boom.

אנו מוסיפים חמצן, מציתים, ו-בום! -

More water and carbon dioxide.

עוד מים ופחמן דו-חמצני.

This time we get three CO2s

הפעם אנו מקבלים 3 מולקולות של פד"ח

because the propane molecule started with three carbon atoms,

כי מולקולת הפרופן התחילה עם 3 אטומי פחמן,

and they have nowhere else to go.

ואין להם לאן לברוח.

There are many other reactions we can model with this small set of atoms,

יש עוד ריאקציות רבות שאפשר למדל בעזרת מערך אטומים קטן זה,

and the law of conservation of mass always holds true.

וחוק שימור המסה נותר תמיד בעינו.

Whatever matter and energy go into a chemical reaction

יהיו אשר יהיו החומר והאנרגיה שיוצרים ריאקציה כימית,

are present and accounted for when it's complete.

הם עדיין יהיו קיימים ומבוססים כשהריאקציה תסתיים.

So if mass can't be created or destroyed,

אז אם לא ניתן ליצור או להשמיד מסה,

where did these atoms come from in the first place?

מניין הגיעו מלכתחילה האטומים האלה?

Let's turn back the clock and see.

הבה נחזיר את השעון לאחור ונראה.

Further, further, further, too far.

עוד אחורה, עוד אחורה,

עוד אחורה...

יותר מדי!

Okay, there it is.

בסדר. הנה זה.

The Big Bang.

המפץ הגדול.

Our hydrogen formed from a high-energy soup of particles

המימן שלנו נוצר ממרק חלקיקים עתיר-אנרגיה

in the three minutes that followed the birth of our universe.

בשלוש הדקות שחלפו מאז הולדת היקום שלנו.

Eventually, clusters of atoms accumulated and formed stars.

לבסוף, צבירי אטומים התגבשו ויצרו שמשות.

Within these stars, nuclear reactions fused light elements,

בתוך אותן שמשות, תגובות גרעיניות התיכו יסודות קלים,

כמו מימן והליום,

such as hydrogen and helium,

to form heavier elements, such as carbon and oxygen.

לכלל יסודות כבדים יותר, כמו פחמן וחמצן.

At first glance, these reactions may look like they're breaking the law

במבט ראשון נראה שלכאורה, ריאקציות אלה מפירות את החוק,

because they release an astounding amount of energy,

כי הן משחררות כמות אנרגיה עצומה,

seemingly out of nowhere.

לכאורה, יש מאין.

However, thanks to Einstein's famous equation,

אבל הודות למשוואה המפורסמת של איינשטיין,

we know that energy is equivalent to mass.

אנו יודעים שהאנרגיה שווה למסה.

מסתבר שסך כל המסה של האטומים ההתחלתיים

It turns out that the total mass of the starting atoms

is very slightly more than the mass of the products,

גדולה קצת יותר מהמסה של התוצרים הסופיים,

and that loss of mass perfectly corresponds to the gain in energy,

וההפסד במסה תואם במדויק לרווח באנרגיה,

which radiates out from the star as light, heat and energetic particles.

שקורנת מן השמשות בצורת אור, חום וחלקיקים טעונים.

Eventually, this star went supernova

בסופו של דבר, השמש הזאת הפכה לסופרנובה

ופיזרה את יסודותיה בחלל.

and scattered its elements across space.

Long story short, they found each other and atoms from other supernovas,

בקצרה, הם מצאו זה את זה וגם אטומים מסופרנובות נוספות,

formed the Earth,

ויצרו את כדור הארץ.

and 4.6 billion years later got scooped up to play their parts

ואחרי 4.6 מיליארד שנים כורים אותם כדי שימלאו את תפקידיהם

in our little isolated system.

במערכת המבודדת הקטנה שלנו.

But they're not nearly as interesting as the atoms that came together to form you,

אבל הם לא מעניינים כמו האטומים שהרכיבו אתכם,

or that cow,

או את הפרה,

or this rock.

או את האבן הזאת.

וזו הסיבה, כפי שאמר לנו, כידוע, קרל סאגאן,

And that is why, as Carl Sagan famously told us,

we are all made of star stuff.

כולנו עשויים אבק כוכבים.