(Musica)
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)
Una delle cose più divertenti dell'avere un cervello è non avere nessun controllo su ciò che raccoglie e trattiene, che siano fatti o storie. Con il passare del tempo le cose non fanno che peggiorare. A volte le cose rimangono lì per anni, prima di riuscire a capire perché sono interessanti o importanti per noi. Tre esempi che mi riguardano. Da piccolo Richard Feyman, che viveva a Queens, uscì per una passeggiata con il padre, con un carretto e una palla. Notò che quando tirava il carretto, la palla arretrava in fondo al carretto. Perciò chiese al padre "Perché la palla si sposta indietro?". E il padre rispose "È l'inerzia". Feynman chiese "Che cos'è l'inerzia?". E suo padre rispose: "Ah! Inerzia è la parola che gli scienziati usano per descrivere il fenomeno della palla che si sposta verso il retro del carretto. Ma la verità è che nessuno lo sa". In seguito Feyman si diplomò all'MIT e a Princeton, risolse il caso del disastro del Challenger, e infine vinse il Nobel per la fisica per i diagrammi di Feynman, che descrivono il movimento delle particelle subatomiche. Feynman attribuisce a quella conversazione con il padre il merito di avergli fatto capire che sono le domande più semplici a condurre ai limiti estremi della conoscenza, e quello era quello che voleva esplorare. Ed è ciò che fece. Eratostene era il terzo bibliotecario della Biblioteca di Alessandria, e diede molti contributi importanti al progresso della scienza. Quello per il quale è maggiormente ricordato iniziò con una lettera che ricevette dal bibliotecario della città di Syene, a sud di Alessandria. La lettera descriveva un fatto che rimase impresso nella mente di Eratostene. Lo scrivente sosteneva che a mezzogiorno del solstizio, sporgendosi al di sopra di un profondo pozzo, poteva vedere la propria immagine riflessa sul fondo e vedeva anche che la sua testa bloccava la luce del sole. Adesso ve lo devo dire: l'idea che sia stato Cristoforo Colombo a scoprire che la Terra è rotonda è una stupidaggine. Non è assolutamente vera. La verità è che qualsiasi persona con un minimo di cultura sapeva che la Terra era rotonda sin dai tempi di Aristotele e Aristotele lo aveva dimostrato con una semplice osservazione. Aveva notato che l'ombra che la Terra proietta sulla Luna è circolare. L'unica forma la cui ombra è sempre circolare è la sfera, e infatti la Terra è rotonda. Ma nessuno ne conosceva le dimensioni finché Eratostene non ricevette quella lettera. Capì che il sole si trovava esattamente sopra la città di Syene perché i raggi solari arrivavano dritti sul fondo del pozzo, passando sopra la testa fino al sole. Eratostene era a conoscenza di un altro fatto. Sapeva che ad Alessandria un palo conficcato nel terreno a mezzogiorno di un certo giorno, ossia il solstizio, quando il sole raggiunge lo zenit, proiettava un'ombra che si discostava dall'asse di 7,2 gradi. Ora, se si conosce la circonferenza di un cerchio, e sono dati due punti sulla circonferenza, basta conoscere la distanza fra quei due punti per calcolare la circonferenza. Trecentosessanta gradi diviso 7,2 fa 50. Mi rendo conto che 50 un numero fin troppo tondo e fa dubitare anche me della veridicità della storia, ma trattandosi di una storia divertente continuerò a raccontarvela. Eratostene aveva bisogno di conoscere la distanza fra Syene e Alessandria, il che era un bene, perché Eratostene era bravo in geografia. Tanto bravo che la parola geografia l'aveva inventata lui. La strada che collegava Syene ad Alessandria era una strada commerciale e i mercanti dovevano sapere quanto ci voleva a percorrerla. Eratostene doveva conoscere la distanza esatta fra le due città e sapeva che era di 800 chilometri. Moltiplicate 800 per 50 e otterrete 40.000, che corrisponde al diametro della Terra con un errore dell'un per cento. Questa scoperta risale a 2200 anni fa. Viviamo in un'epoca in cui si usano macchinari da miliardi di dollari per scoprire il bosone di Higgs. Stiamo scoprendo particelle che potrebbero superare la velocità della luce. Tutte queste scoperte sono rese possibili dalla tecnologia sviluppata negli ultimi decenni. Ma per gran parte della storia dell'umanità abbiamo dovuto scoprire le cose usando occhi, orecchie e cervello. Armand Fizeau era un fisico sperimentale parigino. Era specializzato nel rifinire e confermare le scoperte altrui, il che potrebbe farlo sembrare l'ultimo arrivato, ma in realtà la scienza consiste proprio in questo, perché non esiste fatto che non possa essere corroborato indipendentemente. Conosceva gli esperimenti di Galileo che cercavano di determinare se la luce avesse velocità. Galileo aveva escogitato questo magnifico esperimento nel quale lui e il suo assistente tenevano ciascuno una lampada. Galileo accendeva la sua lampada e lo stesso faceva il suo assistente, riuscendo a sincronizzarsi perfettamente. Quando trovarono la sincronia perfetta si misero ciascuno sulla cima di due colline distanti tre chilometri l'una dall'altra e fecero la stessa cosa. Galileo pensava che se la luce fosse stata dotata di velocità finita avrebbe notato un ritardo nella luce che arrivava dalla lampada del suo assistente. Ma la luce era troppo veloce per Galileo. Si sbagliò di diversi ordini di grandezza quando suppose che la velocità della luce fosse circa 10 volte quella del suono. Fizeau conosceva questo esperimento. A Parigi, dove viveva, costruì due stazioni sperimentali distanti l'una dall'altra circa nove chilometri. Così riuscì a risolvere il problema di Galileo utilizzando un dispositivo relativamente semplice, simile a questo. Per il momento non userò il puntatore perché voglio che ci ragioniate sopra. Questa è una ruota dentata. È dotata di una serie di tacche e di una serie di denti. Fizeau risolse così il problema dei segnali luminosi separati. Mise il raggio di luce dietro a una delle tacche. Se punto un raggio di luce verso uno specchio a otto chilometri di distanza, attraverso una delle tacche, il raggio viene riflesso dallo specchio e ritorna verso di me sempre passando attraverso una tacca. Ma aumentando la velocità della ruota si verifica qualcosa di molto interessante. Quando il raggio di luce torna indietro, a Fizeau sembra di vedere qualcosa di simile a una porta che sta per chiudersi. Di cosa si tratta? La spiegazione è che il raggio luminoso non torna indietro attraverso la stessa tacca, ma colpisce un dente. Facendo girare la ruota abbastanza velocemente la luce viene bloccata completamente. Sulla base della distanza fra le due stazioni, la velocità e il numero di tacche della ruota, è possibile calcolare la velocità della luce con un errore del due per cento. Fizeau lo fa nel 1849. È questo che mi piace della scienza. Ogni volta che non riesco a capire un concetto, faccio delle ricerche sulla persona che lo ha scoperto e analizzo la storia del modo usato per chiarirlo. Quando si studia il processo mentale che ha permesso di fare una certa scoperta, si capisce che gli scienziati non sono poi così diversi da noi. Siamo tutti involucri di carne e acqua. Partiamo tutti con gli stessi strumenti. Adoro l'idea che le diverse branche della scienza siano chiamate campi di studio. Gran parte delle persone vedono la scienza come un territorio oscuro e delimitato quando in realtà è un campo aperto. Siamo tutti esploratori. Chi scopre qualcosa si avventura solo un po' più in profondità con il pensiero, ed è un po' più curioso. La curiosità di queste persone ha cambiato il modo in cui la gente percepisce il mondo, cambiando il mondo stesso. Loro hanno cambiato il mondo, e la stessa cosa potete fare voi. Grazie. (Applausi)