How simple ideas lead to scientific discoveries

איך רעיונות פשוטים יכולים להוביל לתגליות מדעיות

Translator: Jenny Zurawell

תרגום: Ido Tsuk עריכה: Ido Dekkers

(מוסיקה)

אחד הדברים המצחיקים במוח שלנו

One of the funny things about owning a brain

is that you have no control over the things

הוא שאין לנו שליטה בדברים שהוא אוסף ושומר לתוכו,

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

העובדות והסיפורים. וככל שאתה מזדקן, זה רק הולך ומחמיר.

And as you get older, it only gets worse.

דברים שנשארים למשך שנים לפעמים

Things stick around for years sometimes

before you understand why you're interested in them,

לפני שאתה מצליח להבין מדוע אתה מתעניין בהם,

לפני שאתה מצליח להבין את החשיבות שלהם בשבילך.

before you understand their import to you.

הנה שלושה סיפורים שכאלה שלי.

Here's three of mine.

When Richard Feynman was a young boy in Queens,

כשריצ'ארד פיינמן היה נער צעיר בקווינס,

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

הוא יצא להליכה עם אביו והעגלה שלו

וכדור. והוא שם לב שכשהוא מושך את העגלה,

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

הכדור מתגלגל לאחוריי העגלה.

והוא שאל את אביו, "מדוע הכדור מתגלגל לאחוריי העגלה?"

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

ואביו אמר, "זה אינרציה."

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

הוא אמר, "מה זה אינרציה?" ואביו אמר, "אהה.

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

אינרציה זה שם שמדענים נתנו

Inertia is the name that scientists give

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

לתופעה של הכדור מתגלגל לאחוריי העגלה.

(Laughter)

אבל האמת היא, שאף אחד לא יודע."

"But in truth, nobody really knows."

פיינמן המשיך בחייו וצבר תארים

Feynman went on to earn degrees

ב - MIT, פרינסטון, הוא פתר את אסון הצ'לנג'ר,

at MIT, Princeton, he solved the Challenger disaster,

הוא סיים בתור זוכה פרס נובל בפיסיקה

he ended up winning the Nobel Prize in Physics

על דיאגרמות פיינמאן שלו המתארות את התנועה של חלקיקים תת-אטומים.

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

והוא נתן קרדיט לאותה שיחה עם אביו

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

שהעניקה לו תחושה

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

שהשאלות הפשוטות ביותר יכולות לגרור אותך לקצה הידע האנושי,

ושזה בדיוק המקום שהוא רצה לשחק בו.

and that that's where he wanted to play.

והוא אכן שיחק בו.

And play he did.

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

ארטוסתנס היה הספרן השלישי בספרייה הגדולה באלכסנדריה,

and he made many contributions to science.

והוא תרם רבות למדע.

אבל האחת שהכי זכורה לו

But the one he is most remembered for

began in a letter that he received as the librarian,

התחילה ממכתב שקיבל בתור ספרן,

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

מהעיר סוונט, שהייתה דרומית לאלכסנדריה.

המכתב כלל את העובדה הזו אשר נתקעה במוחו של ארטוסתנס,

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

והעובדה הייתה שהכותב אמר שבצהריים

and the fact was that the writer said,

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

בסוֹלְסְטִיס (נקודת ההיפוך), כאשר הוא הסתכל לתוך באר עמוקה,

he could see his reflection at the bottom,

הוא יכול לראות את ההשתקפות שלו בתחתית, והוא גם יכול לראות שראשו

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

מסתיר את השמש.

I should tell you -- the idea that Christopher Columbus

ראשית עליי לאמר לכם שהרעיון שכריסטופר קולומבוס גילה שהעולם הוא עגול

discovered that the world is spherical is total bull.

הוא שטויות. זה לא נכון כלל.

It's not true at all.

למעשה, כל בעל השכלה הבין שהעולם הוא עגול

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

מאז זמנו של אריסטו, ואריסטו הוכיח את זה

since Aristotle's time.

Aristotle had proved it with a simple observation.

עם הבחנה פשוטה.

הוא שם לב שכל פעם שראית את הצל של כדור הארץ על הירח

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

הוא היה מעגלי,

it was circular,

והצורה היחידה שבאופן קונסיסטנטי יוצרת צל מעגלי

and the only shape that constantly creates a circular shadow

היא ספירה, מש"ל - כדור הארץ עגול.

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

אבל אף אחד לא ידע כמה גדול זה

But nobody knew how big it was

until Eratosthenes got this letter with this fact.

עד שארטוסתנס קיבל את המכתב הזה עם העובדה הזו.

אז הוא הבין שהשמש הייתה בדיוק מעל העיר סוונט,

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

because looking down a well, it was a straight line

כי אם מסתכלים לתוך הבאר, זה היה קו ישר

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

כל הדרך למטה, צמוד לראש של האיש ועולה למעלה לשמש.

ארטוסתנס ידע עוד עובדה.

Eratosthenes knew another fact.

He knew that a stick stuck in the ground in Alexandria

הוא ידע שמוט שתקוע באדמה באלכסנדריה

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

בדיוק באותו זמן ובאותו יום, בצהריים,

the sun's zenith, on the solstice,

שיא השמש, בזמן נקודת ההיפוך,

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

השמש הטילה צל שהראה 7.2 מעלות מחוץ לציר.

עכשיו, אם יודעים את ההיקף של מעגל,

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

ויש לך שתי נקודות עליו,

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

כל שעלייך לדעת הוא את המרחק בין שתי הנקודות האלו,

and you can extrapolate the circumference.

ואתה יכול לבצע אקסטרפולציה להיקף.

360 degrees divided by 7.2 equals 50.

שלוש מאות שישים מעלות לחלק ל- 7.2 שווים לחמישים.

אני יודע שזה נשמע מספר מעוגל, וזה גורם גם לי לחשוד בסיפור,

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

and it makes me suspicious of this story too,

אבל זה סיפור טוב, אז נמשיך איתו.

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

הוא היה צריך לדעת את המרחק בין סוונט לאלכסנדריה,

He needed to know the distance between Swenet and Alexandria,

שזה טוב בגלל שארטוסתנס היה טוב בגיאוגרפיה.

which is good because Eratosthenes was good at geography.

למעשה, הוא המציא את המילה גיאוגרפיה.

In fact, he invented the word geography.

(Laughter)

הדרך שחיברה בין סוונט לאלכסנדריה

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

הייתה דרך מסחר,

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

והסוחרים היו צריכים לדעת כמה זמן יקח להם להגיע לשם.

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

הוא היה צריך לדעת את המרחק המדויק, אז הוא ידע בדיוק גבוה

that the distance between the two cities was 500 miles.

שהמרחק בין שתי הערים היה בדיוק 500 מייל.

Multiply that times 50, you get 25,000,

נכפיל את זה בחמישים ואתה מקבל 25,000,

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

שזה סטייה של אחוז אחד מקוטר כדור הארץ.

הוא עשה זאת לפני 2,200 שנים.

He did this 2,200 years ago.

היום, אנו חיים בתקופה

Now, we live in an age where

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

שבה חלקי מכונות בשווי מאות מיליארדי דולר מחפשות אחר בוזון היגס.

We're discovering particles

אנחנו מגלים חלקיקים שיכולים לנוע מהר יותר ממהירות האור,

that may travel faster than the speed of light,

וכל התגליות הללו אפשריות

and all of these discoveries are made possible

באמצעות טכנולוגיה שפותחה בעשורים האחרונים.

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

But for most of human history,

אבל במשך רוב ההיסטוריה האנושית,

היינו צריכים לגלות את התגליות הללו באמצעות העיניים והאוזניים שלנו, ובאמצעות מוחנו.

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

ארמאנד פיזהו היה פיסיקאי ניסויי בפריז.

Armand Fizeau was an experimental physicist in Paris.

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

ההתמחות שלו הייתה זיקוק ואישוש תוצאות של אנשים אחרים,

ואולי זה ישמע תבוסתני,

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

but in fact, this is the soul of science,

אבל למעשה זו היא הנשמה של המדע,

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

כי אין דבר כזה עובדה שאינה ניתנת לאימות באופן עצמאי.

והוא הכיר את ניסוייו של גליליאו

And he was familiar with Galileo's experiments

בניסיון לקבוע האם לאור יש או אין מהירות.

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

גליליאו בנה ניסוי ממש נפלא

Galileo had worked out this really wonderful experiment

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

שבו לו ולעוזרו היה פנס,

כל אחד מהם החזיק פנס. וגליליאו פתח את הפנס, וגם העוזר שלו פתח את הפנס.

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

והם תיזמנו את זה בצורה טובה מאוד.

They got the timing down really good.

They just knew their timing.

הם פשוט יידעו את התזמון. ואז הם עמדו על שתי גבעות,

And then they stood at two hilltops,

two miles distant, and they did the same thing,

במרחק שני מייל, והם עשו את אותו דבר, בהנחה

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

של גליליאו שאם לאור הייתה מהירות שניתנת להבחנה,

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

הוא היה שם לב לעיכוב באור ששב מהפנס של עוזרו.

But light was too fast for Galileo.

אבל האור היה מהיר מידי לגליליאו.

הוא טעה בכמה סדרי גודל כאשר הניח

He was off by several orders of magnitude when he assumed

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

שהאור מהיר פי 10 מאשר הקול.

Fizeau was aware of this experiment.

פיזהו היה מודע לניסוי הזה. הוא חי בפריז,

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

והוא הקים שתי תחנות ניסוייות,

במרחק חמש וחצי מייל לערך זו מזו,

roughly 5.5 miles distant, in Paris.

בפריז. והוא פתר את הבעיה של גליליאו,

And he solved this problem of Galileo's,

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

והוא עשה זאת עם ציוד מאוד טריוויאלי באופן יחסי.

הוא עשה זאת עם אחד מאלה.

He did it with one of these.

אני אשים לרגע את הלחצן בצד

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

because I want to engage your brains in this.

כי אני רוצה להעסיק את מוחכם בזה.

So this is a toothed wheel.

זה הוא גלגל שיניים. יש בו כמה מגרעות

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

ויש בו כמה שיניים.

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

זה היה פתרונו של פיזהו לשלוח פולסים בדידים של אור.

He put a beam behind one of these notches.

הוא שם מאחורי אחת המגרעות קרן אור.

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

אם אני שולח קרן דרך מגרעת אל עבר מראה,

במרחק חמש מייל ממני, אותה קרן מוקרנת חזרה מהמראה

five miles away, that beam is bouncing off the mirror

and coming back to me through this notch.

וחוזרת אליי דרך אותה מגרעת.

אבל משהו מעניין קרה ככל שהוא סובב את הגלגל מהר יותר.

But something interesting happens as he spins the wheel faster.

הוא שם לב שזה נראה כאילו דלת שמתחילה להיסגר

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

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

על קרן האור המוחזרת אל העין.

Why is that?

למה היה זה כך?

זה בגלל שפולס האור, אינו חוזר

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

through the same notch.

בחזרה אל אותה המגרעת. הוא בעצם פוגע בשן.

It's actually hitting a tooth.

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

והוא סובב את הגלגל מהר מספיק

והוא חסם באופן מלא את האור. ואז,

And then, based on the distance between the two stations

בהתחשב במרחק בין שתי התחנות

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

והמהירות של הגלגל ומספר המגרעות בגלגל,

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

הוא חישב את מהירות האור בדיוק של שני אחוזים מערכו האמיתי.

והוא עשה זאת ב- 1849.

And he does this in 1849.

זה מה שבאמת ממריץ אותי במדע.

This is what really gets me going about science.

Whenever I'm having trouble understanding a concept,

תמיד כשיש לי קושי להבין קונספט כלשהוא, אני חוזר אחורה, ואני חוקר את אותם אנשים שגילו את הקונספט הזה.

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

אני בוחן את הסיפור של איך הם גילו אותו.

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

What happens when you look

ומה שקורה כשאתה מסתכל על מה שחשבו המגלים

at what the discoverers were thinking about

when they made their discoveries,

כשהם גילו את תגליותיהם, הוא שאתה מבין

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

שהם לא כל כך שונים מאיתנו.

אנחנו כולנו שקיות של בשר ומים. כולנו מתחילים עם אותם כלים.

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

אני אוהב את הרעיון שענפים שונים במדע נקראים שדות מחקר.

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

רוב האנשים רואים במדע כסגור, קופסא שחורה,

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

when in fact it is an open field.

כשלמעשה הוא כמו שדה פתוח.

And we are all explorers.

ואנחנו כולנו חוקרים.

האנשים שגילו את התגליות הללו רק חשבו קצת יותר חזק

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.

על מה שהם ראו, והם היו קצת יותר סקרנים.

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

והסקרנות שלהם שינתה את הדרך שבה אנשים חשבו על העולם,

and thus it changed the world.

וכך זה שינה את העולם.

They changed the world, and so can you.

הם שינו את העולם, וכך גם אתם יכולים.

תודה.

Thank you.

(Applause)

(מחיאות כפיים)