How simple ideas lead to scientific discoveries

Wie einfache Gedanken zu wissenschaftlichen Entdeckungen führen können

Translator: Jenny Zurawell

Übersetzung: Nadine Hennig Lektorat: Judith Matz

(Musik)

Das Lustige daran, ein Gehirn zu haben, ist,

One of the funny things about owning a brain

is that you have no control over the things

dass man keine Kontrolle über die Dinge hat, die es ansammelt und behält,

that it gathers and holds onto, the facts and the stories.

also die Fakten und die Geschichten. Und mit zunehmendem Alter wird es nur noch schlimmer.

And as you get older, it only gets worse.

Manchmal behält man Dinge jahrelang,

Things stick around for years sometimes

before you understand why you're interested in them,

bevor man versteht, warum sie einen interessieren,

bevor man deren Bedeutung für sich selbst versteht.

before you understand their import to you.

Hier sind drei meiner Beispiele.

Here's three of mine.

When Richard Feynman was a young boy in Queens,

Als Richard Feynman ein kleiner Junge war und in Queens wohnte,

he went for a walk with his dad and his wagon and a ball.

ging er mit seinem Vater, seinem Spielwagen und einem Ball spazieren.

Er bemerkte, dass, wenn er den Wagen zog,

He noticed that when he pulled the wagon, the ball went to the back of the wagon.

der Ball rückwärts rollte.

Er fragte seinen Vater: „Warum rollt der Ball rückwärts?“

He asked his dad, "Why does the ball go to the back of the wagon?"

Und sein Vater sagte: „Das ist Trägheit.“

And his dad said, "That's inertia."

Er fragte: „Was ist Trägheit?“ Darauf antwortete sein Vater: „Hm.

He said, "What's inertia?" And his dad said, "Ah.

Trägheit ist der Name, den die Wissenschaftler

Inertia is the name that scientists give

to the phenomenon of the ball going to the back of the wagon."

diesem Phänomen geben, also wenn der Ball rückwärts rollt.

(Laughter)

Aber eigentlich weiß es niemand so genau.”

"But in truth, nobody really knows."

Feynman machte Abschlüsse

Feynman went on to earn degrees

am MIT und in Princeton. Er klärte die Challenger-Katastrophe auf

at MIT, Princeton, he solved the Challenger disaster,

und gewann schließlich den Nobelpreis für Physik

he ended up winning the Nobel Prize in Physics

für die Feynman-Diagramme, welche die Bewegung von subatomaren Partikeln beschreiben.

for his Feynman diagrams, describing the movement of subatomic particles.

Er sagte, dass das Gespräch mit seinem Vater

And he credits that conversation with his father as giving him a sense

ihm ein Gespür dafür gab,

that the simplest questions could carry you out to the edge of human knowledge,

dass einen die einfachsten Fragen an den Rand des menschlichen Wissens bringen können,

und genau dorthin wollte er sich begeben.

and that that's where he wanted to play.

Und das tat er dann auch.

And play he did.

Eratosthenes was the third librarian at the great Library of Alexandria,

Eratosthenes war der dritte Bibliothekar der bedeutenden Bibliothek von Alexandria,

and he made many contributions to science.

und er leistete viele Beiträge zur Wissenschaft.

Der wissenschaftliche Beitrag, für den er die größte Anerkennung bekam,

But the one he is most remembered for

began in a letter that he received as the librarian,

begann mit einem Brief, den er als Bibliothekar

from the town of Swenet, which was south of Alexandria.

aus Syene, einer Stadt südlich von Alexandria, erhielt.

Der Brief enthielt diesen einen Fakt, der Eratosthenes nicht mehr aus dem Kopf ging,

The letter included this fact that stuck in Eratosthenes' mind,

und zwar sagte der Briefschreiber, dass, wenn er zwölf Uhr mittags

and the fact was that the writer said,

at noon on the solstice, when he looked down this deep well,

zur Sommersonnenwende hinein in diesen tiefen Brunnen schaute,

he could see his reflection at the bottom,

er seine Reflektion auf dem Grund des Brunnens sehen könne, und auch dass sein Kopf

and he could also see that his head was blocking the sun.

die Sonne blockiere.

I should tell you -- the idea that Christopher Columbus

Ich sollte Ihnen vielleicht noch sagen – die Behauptung, dass Christoph Kolumbus entdeckt hat,

discovered that the world is spherical is total bull.

dass die Erde rund ist, ist totaler Unsinn. Sie entspricht überhaupt nicht der Wahrheit.

It's not true at all.

Denn wer gebildet war, wusste seit Aristoteles, dass die Erde rund ist,

In fact, everyone who was educated understood that the world was spherical

und Aristoteles hatte dies

since Aristotle's time.

Aristotle had proved it with a simple observation.

mit einer ganz einfachen Beobachtung bewiesen.

Er bemerkte, dass der Erdschatten immer, wenn er auf dem Mond sichtbar war,

He noticed that every time you saw the Earth's shadow on the Moon,

rund war,

it was circular,

und die einzige Form, die stetig einen runden Schatten bildet,

and the only shape that constantly creates a circular shadow

ist eine Kugel, q. e. d., die Erde ist rund.

is a sphere, Q.E.D. the Earth is round.

Aber niemand wusste, wie groß sie war,

But nobody knew how big it was

until Eratosthenes got this letter with this fact.

bis Eratosthenes einen Brief mit diesem Fakt bekam.

Er verstand, dass die Sonne direkt über der Stadt Syene stand,

So he understood that the sun was directly above the city of Swenet,

because looking down a well, it was a straight line

weil, als der Mann in den Brunnen hineinschaute, es eine gerade Linie

all the way down the well, right past the guy's head up to the sun.

bis zum Grund des Brunnens ergab, direkt am Kopf des Mannes vorbei hinauf zur Sonne.

Eratosthenes kannte noch einen weiteren Fakt.

Eratosthenes knew another fact.

He knew that a stick stuck in the ground in Alexandria

Er wusste, dass in Alexandria

at the same time and the same day, at noon,

am gleichen Tag zur gleichen Zeit ein Stab im Boden steckte,

the sun's zenith, on the solstice,

nämlich um zwölf Uhr mittags, dem Höchststand der Sonne, zur Sommersonnenwende.

the sun cast a shadow that showed that it was 7.2 degrees off-axis.

Die Sonne warf einen Schatten, der zeigte, dass dieser 7,2 Grad vom Stab entfernt war.

Wenn man den Umfang eines Kreises

If you know the circumference of a circle, and you have two points on it,

und zwei Punkte darauf kennt,

all you need to know is the distance between those two points,

braucht man nur die Entfernung zwischen diesen zwei Punkten zu wissen

and you can extrapolate the circumference.

und kann schließlich den Umfang hochrechnen.

360 degrees divided by 7.2 equals 50.

Dreihundertsechzig Grad geteilt durch 7,2 ist gleich 50.

Ich weiß, dass es eine runde Zahl ist und das macht die Geschichte etwas verdächtig,

I know it's a little bit of a round number,

and it makes me suspicious of this story too,

aber es ist eine gute Geschichte, also werde ich sie weiter erzählen.

but it's a good story, so we'll continue with it.

Nun musste er nur noch die Entfernung zwischen Syene und Alexandria wissen,

He needed to know the distance between Swenet and Alexandria,

was einfach war, da Eratosthenes gut in Geografie war.

which is good because Eratosthenes was good at geography.

Denn er war es sogar, der das Wort „Geografie“ prägte.

In fact, he invented the word geography.

(Laughter)

Die Strecke zwischen Syene und Alexandria

The road between Swenet and Alexandria was a road of commerce,

war eine Handelsstraße,

and commerce needed to know how long it took to get there.

und die Händler mussten wissen, wie lang es dauerte, um dorthin zu gelangen.

It needed to know the exact distance, so he knew very precisely

Also mussten sie die exakte Entfernung kennen und so wusste er ganz genau,

that the distance between the two cities was 500 miles.

dass die Entfernung zwischen den beiden Städten 793,8 km betrug.

Multiply that times 50, you get 25,000,

Multipliziert mit 50 ergibt das 39.690 km,

which is within one percent of the actual diameter of the Earth.

womit er weniger als ein Prozent vom eigentlichen Umfang der Erde abwich.

Und dies vor 2200 Jahren.

He did this 2,200 years ago.

Heute leben wir in einem Zeitalter, in dem

Now, we live in an age where

multi-billion-dollar pieces of machinery are looking for the Higgs boson.

Multi-Milliarden-Dollar-Maschinen nach dem Higgs-Boson suchen.

We're discovering particles

Wir sind im Begriff, Partikel zu entdecken, die wahrscheinlich schneller als das Licht sind,

that may travel faster than the speed of light,

und all diese Entdeckungen werden uns

and all of these discoveries are made possible

von Technologien ermöglicht, die erst in den letzten paar Jahrzehnten entwickelt wurden.

by technology that's been developed in the last few decades.

But for most of human history,

Jedoch war es in der Geschichte oft so,

dass wir diese Dinge entdeckten, indem wir unsere Augen, Ohren und unseren Verstand benutzten.

we had to discover these things using our eyes and our ears and our minds.

Armand Fizeau war ein Experimentalphysiker aus Paris.

Armand Fizeau was an experimental physicist in Paris.

His specialty was actually refining and confirming other people's results,

Sein Spezialgebiet war es, die Ergebnisse anderer Wissenschaftler weiterzuentwickeln und

zu bestätigen. Das hört sich vielleicht nicht gerade erfolgsversprechend an,

and this might sound like a bit of an also-ran,

but in fact, this is the soul of science,

aber eigentlich ist das die Seele der Wissenschaft,

because there is no such thing as a fact that cannot be independently corroborated.

weil es keinen Fakt gibt, der nicht unabhängig bestätigt werden kann.

Er war mit Galileis Experimenten

And he was familiar with Galileo's experiments

zur Bestimmung einer existierenden Lichtgeschwindigkeit vertraut.

in trying to determine whether or not light had a speed.

Galilei hatte ein wirklich wunderbares Experiment ausgearbeitet,

Galileo had worked out this really wonderful experiment

where he and his assistant had a lamp, each one of them was holding a lamp.

bei dem er und sein Assistent je eine Lampe in den Händen hielten.

Galilei öffnete die Klappe seiner Lampe und sein Assistent öffnete die Klappe seiner Lampe.

Galileo would open his lamp, and his assistant would open his.

Der zeitliche Ablauf war gut abgestimmt.

They got the timing down really good.

They just knew their timing.

Sie wussten genau, wann sie was zu machen hatten. Dann postierten sie sich auf zwei Hügeln,

And then they stood at two hilltops,

two miles distant, and they did the same thing,

die gute 3 km auseinanderlagen. Sie führten das gleiche Experiment durch, aufgrund von Galileis

on the assumption from Galileo that if light had a discernible speed,

Annahme, dass, wenn das Licht eine wahrnehmbare Geschwindigkeit hat,

he'd notice a delay in the light coming back from his assistant's lamp.

er eine Verzögerung des zurückkommenden Lichts von der Lampe des Assistenten bemerken würde.

But light was too fast for Galileo.

Aber das Licht war zu schnell für Galilei.

Er verschätzte sich um einige Größenordnungen, als er annahm,

He was off by several orders of magnitude when he assumed

that light was roughly ten times as fast as the speed of sound.

dass das Licht grob geschätzt 10 Mal schneller als der Schall sei.

Fizeau was aware of this experiment.

Fizeau war mit diesem Experiment vertraut. Er wohnte in Paris

He lived in Paris, and he set up two experimental stations,

und stellte dort zwei Messstationen auf,

die etwa 8,6 km voneinander entfernt waren.

roughly 5.5 miles distant, in Paris.

Er löste Galileis Problem,

And he solved this problem of Galileo's,

and he did it with a really relatively trivial piece of equipment.

und dies tat er mit einer wirklich relativ banalen Ausrüstung.

Er führte das Experiment mit einem von diesen durch.

He did it with one of these.

Ich werde die Fernbedienung für einen Moment weglegen,

I'm going to put away the clicker for a second

because I want to engage your brains in this.

weil ich möchte, dass Sie mitdenken.

So this is a toothed wheel.

Das ist ein Zahnrad. Es hat jede Menge Lücken

It's got a bunch of notches and it's got a bunch of teeth.

und jede Menge Zähne.

This was Fizeau's solution to sending discrete pulses of light.

Das war Fizeaus Lösung: einzelne Lichtimpulse senden.

He put a beam behind one of these notches.

Ein Strahl wurde von der Lichtquelle zu einer der Lücken weitergeleitet.

If I point a beam through this notch at a mirror,

Wenn ich einen Strahl von dieser Lücke auf einen Spiegel richte,

etwa 8 km entfernt, reflektiert dieser Strahl

five miles away, that beam is bouncing off the mirror

and coming back to me through this notch.

und kommt durch diese Lücke zu mir zurück.

Aber etwas Interessantes geschah, als er das Zahnrad schneller rotieren ließ.

But something interesting happens as he spins the wheel faster.

Er bemerkte, dass er den zurückkommenden Strahl

He notices that it seems like a door is starting to close

on the light beam that's coming back to his eye.

nicht mehr sehen konnte.

Why is that?

Warum war das so?

Weil der Lichtimpuls nicht durch die gleiche Lücke zurückkam.

It's because the pulse of light is not coming back

through the same notch.

Er traf nämlich auf einen Zahn.

It's actually hitting a tooth.

And he spins the wheel fast enough and he fully occludes the light.

Wenn das Zahnrad also schnell genug rotierte,

blockierte es komplett den Lichtstrahl. Dann

And then, based on the distance between the two stations

berechnete er auf der Grundlage der Entfernung der zwei Messstationen,

and the speed of his wheel and the number of notches in the wheel,

der Drehzahl des Zahnrades und der Anzahl der Zähne

he calculates the speed of light to within two percent of its actual value.

die Lichtgeschwindigkeit, die nur zwei Prozent vom eigentlichen Wert abwich.

Und das war im Jahr 1849.

And he does this in 1849.

Das ist es, was mich so an Wissenschaft fasziniert.

This is what really gets me going about science.

Whenever I'm having trouble understanding a concept,

Immer wenn ich Schwierigkeiten habe, ein Konzept zu verstehen, recherchiere ich die Menschen,

I go back and I research the people that discovered that concept.

die dieses Konzept entdeckt haben. Ich schaue mir an, wie sie das Konzept begriffen haben.

I look at the story of how they came to understand it.

What happens when you look

Und was geschieht, wenn man sieht, was sich die Entdecker dabei gedacht haben,

at what the discoverers were thinking about

when they made their discoveries,

als sie ihre Entdeckungen machten:

is you understand that they are not so different from us.

Man sieht, dass sie sich nicht so sehr von uns unterscheiden.

Wir bestehen alle nur aus Fleisch und Wasser. Wir fangen alle mit den gleichen Werkzeugen an.

We are all bags of meat and water. We all start with the same tools.

Ich liebe den Gedanken, dass verschiedene Bereiche der Wissenschaft als „Forschungsfelder“ bezeichnet

I love the idea that different branches of science are called fields of study.

werden. Die meisten Menschen finden, dass Wissenschaft eine geschlossene schwarze Kiste ist,

Most people think of science as a closed, black box,

when in fact it is an open field.

aber eigentlich ist sie ein weites Feld.

And we are all explorers.

Wir alle sind Entdecker.

Die Menschen, die diese Entdeckungen machten, dachten ein bisschen mehr darüber nach,

The people that made these discoveries just thought a little bit harder

about what they were looking at, and they were a little bit more curious.

was sie sahen, und besaßen ein bisschen mehr Neugier.

And their curiosity changed the way people thought about the world,

Und ihre Neugierde veränderte die Art und Weise, wie die Menschen über die Welt dachten,

and thus it changed the world.

und sie veränderte die Welt.

They changed the world, and so can you.

Sie veränderten die Welt und das können Sie auch.

Vielen Dank.

Thank you.

(Applause)

(Applaus)