המדע מאחורי מגנטו - מדע גדול, בקטנה : מדע גדול, בקטנה

ב-31 באוקטובר 2023 חגגו "אקס-מן: סדרת האנימציה" ונעימת הפתיחה המיתולוגית שלה 31 שנים לשידור הפרק הראשון. בנוסף, בקרוב תעלה בדיסני+ סדרת המשך מונפשת, "אקס-מן 97". לכבוד האירועים המשמחים החלטנו לכתוב על מגנטו. הוא לא סתם אחד הנבלים המפורסמים, אלא נחשב לאחת הדמויות החזקות ביותר במארוול ואפילו מדורג במקום הראשון ברשימת מאה נבלי-העל הגדולים של כל הזמנים. אבל רגע, האם הכוחות שלו מציאותיים? ואם כן, מהו המדע מאחוריהם ומה הקשר לצפרדעים מרחפות ולבעלה של מארי קירי?

כתבנו בעבר על חברי האקס-מן וולברין, ציקלופ ואנג׳ל. כתבנו גם על הבן של מגנטו, ״הפלאש״. עכשיו הגיע תורו של מגנטו עצמו. למי שאינו מכיר, מדובר באויב הראשי של קבוצת האקס-מן, שהופיע לראשונה בחוברת הראשונה שלהם, בשנת 1963. מגנטו הוא מוטנט בעל יכולות שליטה במתכות ובשדה המגנטי של סביבתו. הוא מסוגל להזיז מתכות מרחוק, לרחף, לשנות צורה של עצמים מתכתיים ועוד. הוא מכונה "אדון המגנטיות".

אך האם גוף אנושי יכול לייצר כוחות מגנטיים כאלו? ואם הדבר אפשרי, איך זה ישפיע על הסביבה? אולי זה ההסבר למדים המכוערים של האקס-מן או לתספורת המוזרה של וולברין?

מגנטיות היא תכונה פיזיקלית של גופים, אשר גורמת להם למשוך או לדחות זה את זה [1]. מגנטים מוכרים לעולם זה אלפי שנים, אולם ההבנה מהו מגנט התגבשה היטב רק במהלך המאה העשרים.

לפני שנסביר על יכולותיו של מגנטו לשלוט במתכות, נגדיר שני מושגים שתלויים זה בזה ומשפיעים זה על זה: שדות מגנטיים ושדות חשמליים. שדה חשמלי הוא תכונה פיזיקלית של המרחב המקיף מטען חשמלי או של אזור שיש בו שדה מגנטי המשתנה כתלות בזמן. השדה החשמלי מפעיל כוח על גופים בעלי מטען חשמלי. שדה מגנטי הוא תכונה של המרחב סביב זרם חשמלי או חומר מגנטי, המפעילה כוח על מגנטים וזרמים חשמליים. במילים אחרות, השדה המגנטי הוא ביטוי לכוח שמפעילים זרמים חשמליים וחומרים מגנטיים זה על זה. שדות מגנטיים וחשמליים יכולים להשפיע על מתכות בדרכים שונות. מתכת הנמצאת בשדה מגנטי תתמגנט בדרך כלל, בשל הכוח שהשדה המגנטי מפעיל עליה, ואם נכניס לשדה מגנטי מוליך מתכתי, יופעל כוח על האלקטרונים שבו וייווצר זרם. תופעה זו, שהיא למעשה שילוב בין הכוח החשמלי למגנטי, נקראת "כוח לורנץ" [2].

חקר המגנטיות התקדם רבות בזכות הנס ארסטד (1777–1851), פיזיקאי וכימאי דני שהיה הראשון להבחין בקשר בין חשמל למגנטיות. ארסטד גילה שכאשר הוא מעביר זרם בקרבת מצפן, הזרם גורם למחט המצפן לסטות [3]. במהלך המאה ה-19 גילו פיזיקאים כי זרם חשמלי יכול ליצור שדה מגנטי, ולהפך. תופעות אלו מתוארות באמצעות משוואות מקסוול, חוק אמפר וחוק פאראדיי, הקרויים על שם הפיזיקאים שגילו וחקרו אותן, ג'יימס קלרק מקסוול, אנדרה-מארי אמפר ומייקל פאראדיי. לפי חוקים אלו, כששדה מגנטי משתנה עם הזמן הוא יוצר שדה חשמלי, ולהפך.

נזכיר גם את חוק קולון, המחשב את כוח הדחייה או המשיכה בין חומרים. גודלו של הכוח תלוי במטען החשמלי של הגופים, והוא ביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם. מִטְעָן חשמלי הוא תכונה פיזיקלית של חומר, הגורמת לאינטראקציה אלקטרומגנטית עם מטענים אחרים או עם מקורות יוצרי שדה. המטען החשמלי יכול לקבל ערכים חיוביים או שליליים, והוא גודל סקלארי, כלומר חסר כיוון. כאשר לשני הגופים מטען בעל סימן זהה, הכוח הוא כוח דחייה. כאשר המטענים מנוגדים, הכוח הוא כוח משיכה. יש דמיון בין חוק קולון לחוק הכבידה של ניוטון, המתאר את המשיכה בין שתי מסות. ההבדל הוא שבמקום להציב במשוואה את המסות של הגופים, מציבים את המטען החשמלי. למה קוראים לו חוק קולון? אין קשר לבושם, פשוט החוק נוסח במאה ה-18 על ידי הצרפתי בעל השם הקליט שארל-אוגוסטן דה קולון [4].

לתכונה המגנטית המקבילה למטען חשמלי קוראים מומנט מגנטי. למגנט יש שני צדדים, שנקראים קוטב צפוני וקוטב דרומי. בדומה למטען, קטבים הפוכים מושכים זה את זה ואילו קטבים זהים דוחים זה את זה. לדוגמה, אם נקרב שני מגנטים זה לזה, כוח המגנטיות ביניהם יגדל ככל שיקטן המרחק ביניהם.

חוק קולון F - הכוח החשמלי, q - המטען החשמלי, r - המרחק בין שני המטענים

קווי השדה המגנטי

עתה נעבור למגנטו עצמו. טענה לכוחות-על מגנטיים אינה טרנד חדש. נזכיר לדוגמה את מכופף הכפיות הישראלי אורי גלר ואת הטענות המטופשות בזמן מגפת הקורונה שהחיסונים הופכים אנשים למגנטיים [5, 6]. אלא שכוחותיו של מגנטו מרשימים הרבה יותר. אז האם גוף אנושי יכול לייצר כוחות כאלו? עד כה לא נמצאו ראיות מדעיות התומכות בקיומם של אנשים בעלי יכולת לשלוט במתכות. על פי הקומיקס, מגנטו מחובר לשדה המגנטי של כדור הארץ ושואב ממנו כוח. אומנם זה נשמע מרשים, אבל ‏השדה המגנטי של כדור הארץ חלש למדי. אז מלבד העובדה שאדם אינו יכול לשאוב כוח מהשדה המגנטי של כדור הארץ, אילו זה היה אפשרי, הכוח לא היה מספיק להרמת גשרים ורכבות.
דיוק מדעי: 0/10.

אבל אם נניח שקיים אדם בעל כוחות כאלו, שאר הדברים המוצגים כיכולות של מגנטו מדויקים למדי מבחינה מדעית.

מה עם כל הסצנות שבהן מגנטו משחק בפלדה כאילו היא פלסטלינה? זה מדויק באופן חלקי בלבד. חומרים שיכולים לשנות צורה (לעבור דפורמציה מכנית) בתגובה לשדה חשמלי קרויים חומרים פיאזואלקטריים. פיאזואלקטריות (Piezoelectricity) היא תופעה של היווצרות מתח חשמלי בחומר בתגובה ללחץ מכני. התופעה התגלתה על ידי שני אחים צרפתים, ז'אק ופייר קירי. כן, פייר שהיה נשוי למארי קירי. בתחילה גילו האחים גבישים שמייצרים מתח חשמלי כשמופעל עליהם לחץ מכני. לאחר מכן גילה פייר שהתכונה דו-כיוונית, ואם הוא מעביר זרם חשמלי בגבישים, צורתם משתנה. על תופעה זו מבוססת פעולתם של מכשירים רבים: מדפסות (שחרור דיו), מצתים (יצירת ניצוץ על ידי העברת מתח גבוה), שעוני קוורץ (שמירה על דיוק) ועוד [7]. נחזור למגנטו. הבעיה היא שפיאזואלקטריות מתבטאת בשינויי נפח זעירים, לא בשינוי צורה מהותי. גוש מתכת אינו יכול לשנות את צורתו כפלסטלינה בתגובה לשדה חשמלי, ככל המוכר למדע.
דיוק מדעי: 6/10.

האם מגנטו מסוגל לעופף באוויר? מתברר שיכולת התעופה שלו גם היא מציאותית, ומבוססת על תכונה הקרויה דיאמגנטיות – יצירת שדה מגנטי בכיוון מנוגד לכיוונו של שדה מגנטי חיצוני המופעל על גוף. השדה יכול להיות כה חזק עד שהוא יוצר "ריחוף מגנטי" (Magnetic levitation). הריחוף נוצר בשל שוויון הכוחות האנכיים הפועלים על הגוף: הכוח הנגרם מדחיית המגנט כלפי מעלה אל מול כוח הכבידה. יישום מפורסם בחיים האמיתיים הוא רכבת ריחוף מגנטי – רכבת הנעה באמצעות מגנטים ואלקטרומגנטים הנמצאים על המסילה ועל המרכב עצמו. הנהג שולט במצב האלקטרומגנטים ויוצר כוחות הדוחפים את הרכבת או מושכים אותה [8]. מכיוון שמגנטו מסוגל להפעיל שדות מגנטיים, הוא יכול להשתמש בתכונת הדיאמגנטיות כדי לעוף ואף להרים באוויר אנשים אחרים. מזל שבחיים האמיתיים המדענים היו אחראיים יותר: במקום שליטה עולמית הם הלכו על כיוון סולידי של אילוף צפרדעים. מה?! כן, החוקרים אנדריי גיים ומייקל ברי גרמו לצפרדע חיה לבצע ריחוף מגנטי.

הם אף זכו על כך בפרס איג נובל בפיזיקה לשנת 2000, וגיים, שזכה בפרס נובל בפיזיקה לשנת 2010 עבור מחקרו על גרפן, מחזיק בתואר המכובד ״המדען הראשון שזכה הן בפרס נובל והן בפרס איג נובל״. הריחוף המגנטי של הצפרדע אף היווה השראה למתקן סיני למחקר כוח הכבידה הירחי. מדובר במתקן קטן המאפשר לדמות תנאים של כבידה חלשה באמצעות מגנטים עוצמתיים [9].
דיוק מדעי: 10/10.

תכונה פחות מוכרת של מגנטו, שהייתה לו בעיקר בשנות ה-60 המטורללות של המאה הקודמת, היא היכולת לשלוט באנשים ולהשפיע עליהם, לא על ידי שליטה על הברזל שבגופם ולא בזכות הכריזמה הרבה שלו, אלא בזכות "האישיות המגנטית" שלו – באמצעות מניפולציה של שדה מגנטי [10]. באופן מפתיע, זה דווקא הגיוני מבחינה מדעית. הכירו את 'גרייה מוחית מגנטית' (TMS), שיטת טיפול לא פולשנית המאפשרת לעורר או להפסיק באופן זמני פעילות באזורים ספציפיים במוח. בשיטה זו מצמידים לראשו של המטופל סליל מגנטי, אשר מפעיל שדות אלקטרומגנטיים מהירים ואקראיים על אזורים נבחרים במוח. השדות משרים אותות חשמליים חלשים בנוירונים במוח, וכך מווסתים את פעילותם של אזורים במוח אשר קשורים לתסמונות שונות. כיום נעזרים בשיטה זו לטיפול במקרים מסוימים של תסמונות שונות – דיכאון, פרקינסון ועוד. כמו כן נערכים מחקרים לבדיקת האפשרות לשנות את סף פוטנציאל הפעולה של ירי נוירונים, במטרה לווסת ירי לא מבוקר באזורים ממוקדים שקשורים לתסמונות אלו.
אז באופן תאורטי מגנטו יכול להשתמש בשליטה שלו בשדה מגנטי כדי להשפיע על פעילות מוחית. לדוגמה, באחת מחוברות הקומיקס הישנות הוא היפנט כך את ההורים של אנג'ל [11].
דיוק המדעי 10/10.

לסיכום, היכולות והכוחות של מגנטו די מדויקים מבחינה מדעית, אבל קיומו של אדם כזה הוא בלתי אפשרי. אומנם יש אנשים שמשתילים מגנטים זעירים מתחת לקצות האצבעות [12], אבל אנחנו מפצירים בכם: אל תנסו את זה בבית. Don't.