(Musik) Das Lustige daran, ein Gehirn zu haben, ist, dass man keine Kontrolle über die Dinge hat, die es ansammelt und behält, also die Fakten und die Geschichten. Und mit zunehmendem Alter wird es nur noch schlimmer. Manchmal behält man Dinge jahrelang, bevor man versteht, warum sie einen interessieren, bevor man deren Bedeutung für sich selbst versteht. Hier sind drei meiner Beispiele. Als Richard Feynman ein kleiner Junge war und in Queens wohnte, ging er mit seinem Vater, seinem Spielwagen und einem Ball spazieren. Er bemerkte, dass, wenn er den Wagen zog, der Ball rückwärts rollte. Er fragte seinen Vater: „Warum rollt der Ball rückwärts?“ Und sein Vater sagte: „Das ist Trägheit.“ Er fragte: „Was ist Trägheit?“ Darauf antwortete sein Vater: „Hm. Trägheit ist der Name, den die Wissenschaftler diesem Phänomen geben, also wenn der Ball rückwärts rollt. Aber eigentlich weiß es niemand so genau.” Feynman machte Abschlüsse am MIT und in Princeton. Er klärte die Challenger-Katastrophe auf und gewann schließlich den Nobelpreis für Physik für die Feynman-Diagramme, welche die Bewegung von subatomaren Partikeln beschreiben. Er sagte, dass das Gespräch mit seinem Vater ihm ein Gespür dafür gab, dass einen die einfachsten Fragen an den Rand des menschlichen Wissens bringen können, und genau dorthin wollte er sich begeben. Und das tat er dann auch. Eratosthenes war der dritte Bibliothekar der bedeutenden Bibliothek von Alexandria, und er leistete viele Beiträge zur Wissenschaft. Der wissenschaftliche Beitrag, für den er die größte Anerkennung bekam, begann mit einem Brief, den er als Bibliothekar aus Syene, einer Stadt südlich von Alexandria, erhielt. Der Brief enthielt diesen einen Fakt, der Eratosthenes nicht mehr aus dem Kopf ging, und zwar sagte der Briefschreiber, dass, wenn er zwölf Uhr mittags zur Sommersonnenwende hinein in diesen tiefen Brunnen schaute, er seine Reflektion auf dem Grund des Brunnens sehen könne, und auch dass sein Kopf die Sonne blockiere. Ich sollte Ihnen vielleicht noch sagen – die Behauptung, dass Christoph Kolumbus entdeckt hat, dass die Erde rund ist, ist totaler Unsinn. Sie entspricht überhaupt nicht der Wahrheit. Denn wer gebildet war, wusste seit Aristoteles, dass die Erde rund ist, und Aristoteles hatte dies mit einer ganz einfachen Beobachtung bewiesen. Er bemerkte, dass der Erdschatten immer, wenn er auf dem Mond sichtbar war, rund war, und die einzige Form, die stetig einen runden Schatten bildet, ist eine Kugel, q. e. d., die Erde ist rund. Aber niemand wusste, wie groß sie war, bis Eratosthenes einen Brief mit diesem Fakt bekam. Er verstand, dass die Sonne direkt über der Stadt Syene stand, weil, als der Mann in den Brunnen hineinschaute, es eine gerade Linie bis zum Grund des Brunnens ergab, direkt am Kopf des Mannes vorbei hinauf zur Sonne. Eratosthenes kannte noch einen weiteren Fakt. Er wusste, dass in Alexandria am gleichen Tag zur gleichen Zeit ein Stab im Boden steckte, nämlich um zwölf Uhr mittags, dem Höchststand der Sonne, zur Sommersonnenwende. Die Sonne warf einen Schatten, der zeigte, dass dieser 7,2 Grad vom Stab entfernt war. Wenn man den Umfang eines Kreises und zwei Punkte darauf kennt, braucht man nur die Entfernung zwischen diesen zwei Punkten zu wissen und kann schließlich den Umfang hochrechnen. Dreihundertsechzig Grad geteilt durch 7,2 ist gleich 50. Ich weiß, dass es eine runde Zahl ist und das macht die Geschichte etwas verdächtig, aber es ist eine gute Geschichte, also werde ich sie weiter erzählen. Nun musste er nur noch die Entfernung zwischen Syene und Alexandria wissen, was einfach war, da Eratosthenes gut in Geografie war. Denn er war es sogar, der das Wort „Geografie“ prägte. Die Strecke zwischen Syene und Alexandria war eine Handelsstraße, und die Händler mussten wissen, wie lang es dauerte, um dorthin zu gelangen. Also mussten sie die exakte Entfernung kennen und so wusste er ganz genau, dass die Entfernung zwischen den beiden Städten 793,8 km betrug. Multipliziert mit 50 ergibt das 39.690 km, womit er weniger als ein Prozent vom eigentlichen Umfang der Erde abwich. Und dies vor 2200 Jahren. Heute leben wir in einem Zeitalter, in dem Multi-Milliarden-Dollar-Maschinen nach dem Higgs-Boson suchen. Wir sind im Begriff, Partikel zu entdecken, die wahrscheinlich schneller als das Licht sind, und all diese Entdeckungen werden uns von Technologien ermöglicht, die erst in den letzten paar Jahrzehnten entwickelt wurden. Jedoch war es in der Geschichte oft so, dass wir diese Dinge entdeckten, indem wir unsere Augen, Ohren und unseren Verstand benutzten. Armand Fizeau war ein Experimentalphysiker aus Paris. Sein Spezialgebiet war es, die Ergebnisse anderer Wissenschaftler weiterzuentwickeln und zu bestätigen. Das hört sich vielleicht nicht gerade erfolgsversprechend an, aber eigentlich ist das die Seele der Wissenschaft, weil es keinen Fakt gibt, der nicht unabhängig bestätigt werden kann. Er war mit Galileis Experimenten zur Bestimmung einer existierenden Lichtgeschwindigkeit vertraut. Galilei hatte ein wirklich wunderbares Experiment ausgearbeitet, 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. Der zeitliche Ablauf war gut abgestimmt. Sie wussten genau, wann sie was zu machen hatten. Dann postierten sie sich auf zwei Hügeln, die gute 3 km auseinanderlagen. Sie führten das gleiche Experiment durch, aufgrund von Galileis Annahme, dass, wenn das Licht eine wahrnehmbare Geschwindigkeit hat, er eine Verzögerung des zurückkommenden Lichts von der Lampe des Assistenten bemerken würde. Aber das Licht war zu schnell für Galilei. Er verschätzte sich um einige Größenordnungen, als er annahm, dass das Licht grob geschätzt 10 Mal schneller als der Schall sei. Fizeau war mit diesem Experiment vertraut. Er wohnte in Paris und stellte dort zwei Messstationen auf, die etwa 8,6 km voneinander entfernt waren. Er löste Galileis Problem, und dies tat er mit einer wirklich relativ banalen Ausrüstung. Er führte das Experiment mit einem von diesen durch. Ich werde die Fernbedienung für einen Moment weglegen, weil ich möchte, dass Sie mitdenken. Das ist ein Zahnrad. Es hat jede Menge Lücken und jede Menge Zähne. Das war Fizeaus Lösung: einzelne Lichtimpulse senden. Ein Strahl wurde von der Lichtquelle zu einer der Lücken weitergeleitet. Wenn ich einen Strahl von dieser Lücke auf einen Spiegel richte, etwa 8 km entfernt, reflektiert dieser Strahl und kommt durch diese Lücke zu mir zurück. Aber etwas Interessantes geschah, als er das Zahnrad schneller rotieren ließ. Er bemerkte, dass er den zurückkommenden Strahl nicht mehr sehen konnte. Warum war das so? Weil der Lichtimpuls nicht durch die gleiche Lücke zurückkam. Er traf nämlich auf einen Zahn. Wenn das Zahnrad also schnell genug rotierte, blockierte es komplett den Lichtstrahl. Dann berechnete er auf der Grundlage der Entfernung der zwei Messstationen, der Drehzahl des Zahnrades und der Anzahl der Zähne die Lichtgeschwindigkeit, die nur zwei Prozent vom eigentlichen Wert abwich. Und das war im Jahr 1849. Das ist es, was mich so an Wissenschaft fasziniert. Immer wenn ich Schwierigkeiten habe, ein Konzept zu verstehen, recherchiere ich die Menschen, die dieses Konzept entdeckt haben. Ich schaue mir an, wie sie das Konzept begriffen haben. Und was geschieht, wenn man sieht, was sich die Entdecker dabei gedacht haben, als sie ihre Entdeckungen machten: 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. Ich liebe den Gedanken, dass verschiedene Bereiche der Wissenschaft als „Forschungsfelder“ bezeichnet werden. Die meisten Menschen finden, dass Wissenschaft eine geschlossene schwarze Kiste ist, aber eigentlich ist sie ein weites Feld. Wir alle sind Entdecker. Die Menschen, die diese Entdeckungen machten, dachten ein bisschen mehr darüber nach, was sie sahen, und besaßen ein bisschen mehr Neugier. Und ihre Neugierde veränderte die Art und Weise, wie die Menschen über die Welt dachten, und sie veränderte die Welt. Sie veränderten die Welt und das können Sie auch. Vielen Dank. (Applaus)
One of the funny things about owning a brain is that you have no control over the things that it gathers and holds onto, the facts and the stories. And as you get older, it only gets worse. Things stick around for years sometimes before you understand why you're interested in them, before you understand their import to you. Here's three of mine. When Richard Feynman was a young boy in Queens, he went for a walk with his dad and his wagon and a ball. He noticed that when he pulled the wagon, the ball went to the back of the wagon. He asked his dad, "Why does the ball go to the back of the wagon?" And his dad said, "That's inertia." He said, "What's inertia?" And his dad said, "Ah. Inertia is the name that scientists give to the phenomenon of the ball going to the back of the wagon." (Laughter) "But in truth, nobody really knows." Feynman went on to earn degrees at MIT, Princeton, he solved the Challenger disaster, he ended up winning the Nobel Prize in Physics for his Feynman diagrams, describing the movement of subatomic particles. And he credits that conversation with his father as giving him a sense that the simplest questions could carry you out to the edge of human knowledge, and that that's where he wanted to play. And play he did. Eratosthenes was the third librarian at the great Library of Alexandria, and he made many contributions to science. But the one he is most remembered for began in a letter that he received as the librarian, from the town of Swenet, which was south of Alexandria. The letter included this fact that stuck in Eratosthenes' mind, and the fact was that the writer said, at noon on the solstice, when he looked down this deep well, he could see his reflection at the bottom, and he could also see that his head was blocking the sun. I should tell you -- the idea that Christopher Columbus discovered that the world is spherical is total bull. It's not true at all. In fact, everyone who was educated understood that the world was spherical since Aristotle's time. Aristotle had proved it with a simple observation. He noticed that every time you saw the Earth's shadow on the Moon, it was circular, and the only shape that constantly creates a circular shadow is a sphere, Q.E.D. the Earth is round. But nobody knew how big it was until Eratosthenes got this letter with this fact. So he understood that the sun was directly above the city of Swenet, because looking down a well, it was a straight line all the way down the well, right past the guy's head up to the sun. Eratosthenes knew another fact. He knew that a stick stuck in the ground in Alexandria at the same time and the same day, at noon, the sun's zenith, on the solstice, the sun cast a shadow that showed that it was 7.2 degrees off-axis. If you know the circumference of a circle, and you have two points on it, all you need to know is the distance between those two points, and you can extrapolate the circumference. 360 degrees divided by 7.2 equals 50. I know it's a little bit of a round number, and it makes me suspicious of this story too, but it's a good story, so we'll continue with it. He needed to know the distance between Swenet and Alexandria, which is good because Eratosthenes was good at geography. In fact, he invented the word geography. (Laughter) The road between Swenet and Alexandria was a road of commerce, and commerce needed to know how long it took to get there. It needed to know the exact distance, so he knew very precisely that the distance between the two cities was 500 miles. Multiply that times 50, you get 25,000, which is within one percent of the actual diameter of the Earth. He did this 2,200 years ago. Now, we live in an age where multi-billion-dollar pieces of machinery are looking for the Higgs boson. We're discovering particles that may travel faster than the speed of light, and all of these discoveries are made possible by technology that's been developed in the last few decades. But for most of human history, we had to discover these things using our eyes and our ears and our minds. Armand Fizeau was an experimental physicist in Paris. His specialty was actually refining and confirming other people's results, and this might sound like a bit of an also-ran, but in fact, this is the soul of science, because there is no such thing as a fact that cannot be independently corroborated. And he was familiar with Galileo's experiments in trying to determine whether or not light had a speed. Galileo had worked out this really wonderful experiment where he and his assistant had a lamp, each one of them was holding a lamp. Galileo would open his lamp, and his assistant would open his. They got the timing down really good. They just knew their timing. And then they stood at two hilltops, two miles distant, and they did the same thing, on the assumption from Galileo that if light had a discernible speed, he'd notice a delay in the light coming back from his assistant's lamp. But light was too fast for Galileo. He was off by several orders of magnitude when he assumed that light was roughly ten times as fast as the speed of sound. Fizeau was aware of this experiment. He lived in Paris, and he set up two experimental stations, roughly 5.5 miles distant, in Paris. And he solved this problem of Galileo's, and he did it with a really relatively trivial piece of equipment. He did it with one of these. I'm going to put away the clicker for a second because I want to engage your brains in this. So this is a toothed wheel. It's got a bunch of notches and it's got a bunch of teeth. This was Fizeau's solution to sending discrete pulses of light. He put a beam behind one of these notches. If I point a beam through this notch at a mirror, five miles away, that beam is bouncing off the mirror and coming back to me through this notch. But something interesting happens as he spins the wheel faster. He notices that it seems like a door is starting to close on the light beam that's coming back to his eye. Why is that? It's because the pulse of light is not coming back through the same notch. It's actually hitting a tooth. And he spins the wheel fast enough and he fully occludes the light. And then, based on the distance between the two stations and the speed of his wheel and the number of notches in the wheel, he calculates the speed of light to within two percent of its actual value. And he does this in 1849. This is what really gets me going about science. Whenever I'm having trouble understanding a concept, I go back and I research the people that discovered that concept. I look at the story of how they came to understand it. What happens when you look at what the discoverers were thinking about when they made their discoveries, is you understand that they are not so different from us. We are all bags of meat and water. We all start with the same tools. I love the idea that different branches of science are called fields of study. Most people think of science as a closed, black box, when in fact it is an open field. And we are all explorers. 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. And their curiosity changed the way people thought about the world, and thus it changed the world. They changed the world, and so can you. Thank you. (Applause)