Jak proste pomysły prowadzą do odkryć naukowych

Adam Savage prowadzi nas przez dwa spektakularne przykłady wielkich odkryć naukowych biorących swój początek z prostych metod twórczych, które mógł zastosować każdy. Opowiada o obliczeniu obwodu Ziemi przez Eratostenesa, około 200 roku p.n.e. i pomiarze prędkości światła Armanda Fizeau z 1849 roku.

(Muzyka)

Jedną z zabawnych cech mózgu jest to,

że nie masz żadnej kontroli nad tym,
co gromadzi i przechowuje,

nad faktami i historiami.
Im jesteś starszy, tym gorzej.

Czasem coś tkwi
w twojej głowie latami,

zanim zrozumiesz
dlaczego cię interesuje,

dlaczego jest dla ciebie ważne.

Oto moje trzy własne przykłady.

Pewnego razu, mały chłopiec z Queens,
Richard Feynman,

wybrał się z wózkiem i piłką
na spacer ze swoim tatą.

Zauważył wtedy,
że kiedy ciągnie wózek

to piłka toczy się
na jego tył.

Zapytał tatę,
"Czemu piłka toczy się na tył wózka?"

Tata odpowiedział,
"To jest inercja".

"Co to inercja?", spytał.
Na co tata odparł,

"Inercja to nazwa,
jakiej naukowcy używają

na określenie zjawiska
piłki toczącej się na tył wózka.

Ale tak naprawdę nikt nie wie,
co to jest".

Feynman zdobył później dyplomy

MIT, Princeton,
wyjaśnił katastrofę Challenger'a,

a w końcu otrzymał
Nagrodę Nobla z fizyki

za diagramy wyjaśniające
ruch cząsteczek subatomowych.

Ta rozmowa z ojcem

dała mu poczucie,

że najprostsze pytania mogą wykraczać
poza granice ludzkiej wiedzy,

a tam właśnie chciał się bawić.

I tam właśnie się bawił.

Eratostenes z kolei, był trzecim bibliotekarzem
w Bibliotece Aleksandryjskiej

i wiele razy przysłużył się rozwojowi nauki.

Ale jego najsłynniejszy wkład

miał początek w liście,
który jako bibliotekarz otrzymał

z miasta Asuan,
na południe od Aleksandii.

W liście tym zawarto informację,
która bardzo zainteresowała Eratostenesa.

Nadawca pisał,
że w dniu przesilenia,

w samo południe,
kiedy spojrzał w głąb głębokiej studni,

mógł zobaczyć swoje odbicie
w tafli wody,

a jego głowa zasłaniała słońce.

Warto wspomnieć, że Kolumb wcale nie odkrył,
że Ziemia jest okrągła.

Nie ma w tym za grosz prawdy.

W istocie, każdy wyształcony człowiek wiedział,
że Ziemia jest okrągła

już od czasów Arystotelesa,
który udowodnił to,

za pomocą prostego spostrzeżenia.

Zauważył, że zawsze kiedy
widoczny był cień Ziemi na księżycu

to był on okrągły,

a jedyną bryłą, jakiej cień jest bezustannie okrągły,

to kula.
Zatem, Ziemia jest okrągła.

Nikt jednak nie wiedział,
jak jest duża,

dopóki Eratostenes
nie otrzymał owego listu.

Zrozumiał, że słońce było wtedy
dokładnie nad miastem Asuan,

ponieważ, patrząc w dół
promienie docierały w linii prostej

od słońca, obok głowy nadawcy listu,
aż na dno studni.

Eratostenes wiedział coś jeszcze.

Wiedział, że patyk wbity w ziemię w Aleksandrii

dokładnie w tym samym czasie,
w południe, tego samego dnia

gdy słońce było w zenicie, w dniu przesilenia,

rzucał cień wskazujący na 7,2-stopniowe odchylenie od osi.

Jeśli chcemy poznać obwód okręgu

i mamy położone na nim dwa punkty,

to musimy znać jedynie
odległość pomiędzy nimi

i już możemy oszacować obwód.

360 stopni podzielić na 7,2
równa się 50.

Wiem, to zadziwiająco okrągła liczba,
co wzbudza podejrzenia,

ale to dobra historia,
więc opowiem ją do końca.

Eratostenesowi potrzebny był dystans
pomiędzy Asuanem i Aleksandrią,

tak się akurat złożyło,
że był dobry w geografii.

W rzeczy samej,
to on wymyślił słowo "geografia".

Droga pomiędzy
Asuanem i Aleksandią

była traktem handlowym,

a kupcy musieli wiedzieć,
ile trwa podróż tym traktem,

znać dokładną odległość.
Zatem Eratostenes dokładnie wiedział,

że odległość między miastami
wynosiła 800 km.

Pomnóżmy to przez 50
i mamy 40000 km,

co różni się od rzeczywistej
średnicy Ziemi o niecały 1%.

Eratostenes dokonał tego 2200 lat temu.

Obecnie żyjemy w epoce,

w której warte miliardy dolarów urządzenia
zaprzęga się do szukania bozonu Higgsa.

Odkrywamy cząsteczki, które mogą osiągać prędkość
większą niż światło,

a wszystko to jest możliwe
dzięki technologii

rozwiniętej w ciągu zaledwie
kilku ostatnich dekad.

Jednak przez większość historii, ludzkość

musiała odkrywać jedynie
za pomocą oczu, uszu i głowy.

Armand Fizeau był fizykiem doświadczalnym
w Paryżu.

Specjalizował się w udoskonalaniu
i potwierdzaniu dokonań innych,

co może brzmieć
jak praca dla nieudacznika,

jednak w rzeczywistości
jest istotą nauki,

gdyż w nauce nie ma faktu,
którego nie można niezależnie potwierdzić.

Fizeau znał eksperymenty Galileusza

mające na celu ustalenie
czy światło ma prędkość.

Galileusz wymyślił
wspaniały eksperyment,

podczas którego
on i jego asystent

trzymali lampy, których płomień,
początkowo zakryty, wspólnie odkrywali.

Znakomicie dopracowali koordynację.

Stanęli na szczycie wzgórz

oddalonych od siebie 2 mile,
i odkryli płomień lampy.

Galileusz sądził,
że jeśli prędkość światła jest dostrzegalna

to światło z lampy asystenta
dotrze do niego z opóźnieniem.

Jednak światło było dla niego za szybkie.

Pomylił się o kilka rzędów wilekości zakładając,

że światło jest około 10 razy
szybsze niż dźwięk.

Fizeau znał ten eksperyment.

Mieszkał w Paryżu gdzie zbudował
dwie stacje eksperymentalne

oddalone od siebie o ok. 8,7km

Rozwiązał problem Galileusza

za pomocą bardzo prostego przyrządu.

Takiego jak ten.

Odłożę na chwilę pilota

bo chcę żebyście się na tym skupili.

To jest koło zębate.
Ma wiele wycięć i wiele zębów.

To jest koło zębate.
Ma wiele wycięć i wiele zębów.

To był sposób Fizeau na wysyłanie
przerywanych impulsów świetlnych.

Umieścił źródło światła
za jednym z wycięć.

Jeśli skieruję promień
przez to wycięcie

na oddalone o 8km lustro,
odbije się on od lustra

i wróci do mnie
przez to samo wcięcie.

Kiedy Fizeau szybko zakręcił kołem,
stało się coś ciekawego.

Zauważył, że drzwi
jakby zamykały się

przed promieniem wracającym do niego.

Dlaczego tak się działo?

Ponieważ promień nie wracał

przez to samo wcięcie.
Napotykał na ząb.

Zakęcił więc kołem tak szybko,

że całkiem zatrzymał światło.

Po czym, bazując na odległości
pomiędzy stacjami

i prędkości koła
oraz ilości jego zębów,

obliczył prędkość światła
z zaledwie 2% błędem.

I dokonał tego w 1849 roku.

To właście fascynuje mnie w nauce.

Kiedy czegoś nie rozumiem,
to wracam do ludzi, którzy dany koncept odkryli.

Szukam historii o tym,
jak doszli do swojego odkrycia.

I kiedy czytasz, co wynalazcy myśleli,
kiedy dokonywali swoich odkryć,

to zaczynasz rozumieć,

że wcale się
od nas nie różnią.

Wszyscy jesteśmy workami mięsa i wody.
Zaczynamy z takim samym wyposażeniem.

Bardzo podoba mi się, że różne gałęzie nauki
zwane są obszarami studiów.

Większość ludzi myśli o nauce jak
o zamkniętym, czarnym pudle,

kiedy to naprawdę otwarty obszar.

Wszyscy jesteśmy odkrywcami.

Ludzie, którzy dokonali tych odkryć,
po prostu odrobinę więcej myśleli

o tym, co ich otacza,
i byli odrobinę bardziej ciekawi.

A ich ciekawość zmieniła sposób
w jaki ludzie myślą o świecie,

zatem zmieniła świat.

Zmienili świat,
wy też możecie to zrobić.

Dziękuję.

(Brawa)