In the late 19th century, scientists were trying to solve a mystery. They found that if they had a vacuum tube like this one and applied a high voltage across it, something strange happened. They called them cathode rays. But the question was: What were they made of?
В XIX веке учёные пытались постичь тайну. Они обнаружили, что если взять вот такую вакуумную трубку и подать по ней высокое напряжение, происходит нечто странное. Они назвали это явление катодными лучами. Но было неизвестно, из чего они состоят.
In England, the 19th-century physicist J.J. Thompson conducted experiments using magnets and electricity, like this. And he came to an incredible revelation. These rays were made of negatively charged particles around 2,000 times lighter than the hydrogen atom, the smallest thing they knew. So Thompson had discovered the first subatomic particle, which we now call electrons.
Английский физик XIX века Дж. Дж. Томпсон проводил эксперименты с магнитами и электричеством, вот так. Он сделал удивительное открытие. Эти лучи состояли из отрицательно заряженных частиц в 2 000 раз легче, чем атом водорода — мельчайший из известных на тот момент. Так Томпсон открыл первую субатомную частицу, которую мы теперь называем электроном.
Now, at the time, this seemed to be a completely impractical discovery. I mean, Thompson didn't think there were any applications of electrons. Around his lab in Cambridge, he used to like to propose a toast: "To the electron. May it never be of use to anybody."
Но в то время это открытие казалось совершенно бесполезным. То есть Томпсон не думал, что электронам будет найдено какое-то применение. В своей лаборатории в Кембридже он любил произносить тост: «За электрон. Пусть он никогда никому не понадобится».
(Laughter)
(Смех)
He was strongly in favor of doing research out of sheer curiosity, to arrive at a deeper understanding of the world. And what he found did cause a revolution in science. But it also caused a second, unexpected revolution in technology. Today, I'd like to make a case for curiosity-driven research, because without it, none of the technologies I'll talk about today would have been possible.
Он был уверен в том, что исследования, основанные на любопытстве, дают нам более глубокое понимание мира. Его открытие привело к научной революции, а также ко второй, неожиданной технической революции. Сегодня я хочу поговорить об исследованиях из любопытства, потому что без них ни одна из технологий, которые я затрону сегодня, не существовала бы.
Now, what Thompson found here has actually changed our view of reality. I mean, I think I'm standing on a stage, and you think you're sitting in a seat. But that's just the electrons in your body pushing back against the electrons in the seat, opposing the force of gravity. You're not even really touching the seat. You're hovering ever so slightly above it. But in many ways, our modern society was actually built on this discovery. I mean, these tubes were the start of electronics. And then for many years, most of us actually had one of these, if you remember, in your living room, in cathode-ray tube televisions. But -- I mean, how impoverished would our lives be if the only invention that had come from here was the television?
Открытие Томпсона изменило наше мировоззрение. Я стою на сцене, а вы сидите в креслах. Но это электроны в вашем теле противодействуют электронам кресла и противостоят силе притяжения. На самом деле вы даже не касаетесь кресла. Вы как бы слегка висите над ним. Но это открытие во многом стало основой современного общества. Эти трубки стали началом электронных устройств. На протяжении многих лет они были в каждом доме, помните? В телевизорах с электронно-лучевой трубкой. Но насколько примитивной была бы наша жизнь, если бы единственным применением этого открытия был телевизор?
(Laughter)
(Смех)
Thankfully, this tube was just a start, because something else happens when the electrons here hit the piece of metal inside the tube. Let me show you. Pop this one back on. So as the electrons screech to a halt inside the metal, their energy gets thrown out again in a form of high-energy light, which we call X-rays.
Но к счастью, эта трубка была только началом, потому что происходит следующее, когда электроны ударяются о металлическую пластинку в трубке. Я продемонстрирую. Надо это включить снова. Когда электроны резко останавливаются в металле, их энергия снова выплёскивается в форме высокомощного света, называемого рентгеновскими лучами.
(Buzzing)
(Гудение)
(Buzzing)
(Гудение)
And within 15 years of discovering the electron, these X-rays were being used to make images inside the human body, helping soldiers' lives being saved by surgeons, who could then find pieces of bullets and shrapnel inside their bodies. But there's no way we could have come up with that technology by asking scientists to build better surgical probes. Only research done out of sheer curiosity, with no application in mind, could have given us the discovery of the electron and X-rays.
Через 15 лет после открытия электрона эти лучи начали использоваться для снимков анатомических структур организма, помогая хирургам спасать жизни раненых солдат. Теперь они могли находить в их телах осколки пуль и шрапнель. Эта технология никогда не была бы изобретена, если перед учёными стояла задача создания улучшенных хирургических зондов. Только исследования, основанные на любопытстве, без конкретной цели, могли дать нам открытие электрона и рентгеновских лучей.
Now, this tube also threw open the gates for our understanding of the universe and the field of particle physics, because it's also the first, very simple particle accelerator. Now, I'm an accelerator physicist, so I design particle accelerators, and I try and understand how beams behave. And my field's a bit unusual, because it crosses between curiosity-driven research and technology with real-world applications. But it's the combination of those two things that gets me really excited about what I do. Now, over the last 100 years, there have been far too many examples for me to list them all. But I want to share with you just a few.
Эта трубка также открыла путь к пониманию Вселенной и физики элементарных частиц, так как она является первым простейшим ускорителем заряженных частиц. Я физик, и я занимаюсь разработкой ускорителей заряженных частиц и пытаюсь выяснить, как ведут себя лучи. Эта сфера не совсем обычна, потому что в ней пересекаются исследования на основе любопытства и технологии с практическим применением. Но именно сочетание этих двух направлений — это любимая часть моей работы. В течение последних 100 лет было слишком много примеров, которых даже перечислить невозможно. Но я поделюсь с вами несколькими из них.
In 1928, a physicist named Paul Dirac found something strange in his equations. And he predicted, based purely on mathematical insight, that there ought to be a second kind of matter, the opposite to normal matter, that literally annihilates when it comes in contact: antimatter. I mean, the idea sounded ridiculous. But within four years, they'd found it. And nowadays, we use it every day in hospitals, in positron emission tomography, or PET scans, used for detecting disease.
В 1928 году физик Поль Дирак столкнулся с чем-то странным в своих уравнениях. Он предсказал, основываясь только на математическом понимании, что должен существовать другой вид вещества, противоположный нормальному, который буквально уничтожает его при контакте — антивещество. Эта идея тогда казалась просто смешной. Но через четыре года антивещество было обнаружено. Сегодня оно ежедневно используется в больницах, в позитронно-эмиссионной томографии, или ПЭТ, для распознавания заболеваний.
Or, take these X-rays. If you can get these electrons up to a higher energy, so about 1,000 times higher than this tube, the X-rays that those produce can actually deliver enough ionizing radiation to kill human cells. And if you can shape and direct those X-rays where you want them to go, that allows us to do an incredible thing: to treat cancer without drugs or surgery, which we call radiotherapy. In countries like Australia and the UK, around half of all cancer patients are treated using radiotherapy. And so, electron accelerators are actually standard equipment in most hospitals.
Или эти рентгеновские лучи. Если повысить энергию этих электронов приблизительно в 1 000 раз выше, чем в этой трубке, полученные в результате этого рентгеновские лучи подадут достаточно ионизирующего излучения, чтобы уничтожить клетки организма. Если вы можете формировать и направлять эти лучи туда, куда вам нужно, это позволяет добиться невероятного — излечивать раковые заболевания без лекарств и операций, и это называется радиотерапией. В Австралии и Соединённом Королевстве около половины онкологических пациентов получают лечение этим способом. Поэтому электронные ускорители являются стандартным оборудованием в большинстве больниц.
Or, a little closer to home: if you have a smartphone or a computer -- and this is TEDx, so you've got both with you right now, right? Well, inside those devices are chips that are made by implanting single ions into silicon, in a process called ion implantation. And that uses a particle accelerator.
Или более повседневный пример: если у вас есть смартфон или компьютер — а мы на TEDx, поэтому, скорее всего, у вас собой оба, да? Так вот, внутри этих устройств есть чипы, при создании которых отдельные ионы вставляются в кремний. Этот процесс называется ионной имплантацией. Для него необходим ускоритель заряженных частиц.
Without curiosity-driven research, though, none of these things would exist at all. So, over the years, we really learned to explore inside the atom. And to do that, we had to learn to develop particle accelerators. The first ones we developed let us split the atom. And then we got to higher and higher energies; we created circular accelerators that let us delve into the nucleus and then create new elements, even. And at that point, we were no longer just exploring inside the atom. We'd actually learned how to control these particles. We'd learned how to interact with our world on a scale that's too small for humans to see or touch or even sense that it's there.
Однако без подстрекаемых любопытством исследований ничего этого бы не существовало. Мы годами учились правильно исследовать содержание атома. Для этого нам пришлось разработать ускорители частиц. Первые из них позволили нам расщепить атом. Затем мы стали достигать более высокой энергии. Мы создали циклические ускорители, позволявшие нам заглянуть в ядро и даже создать новые химические элементы. После этого мы уже не просто исследовали атом. Мы научились контролировать эти частицы. Мы научились взаимодействовать с миром на уровне, который не виден и не ощутим человеком, на уровне, о котором сложно даже подозревать.
And then we built larger and larger accelerators, because we were curious about the nature of the universe. As we went deeper and deeper, new particles started popping up. Eventually, we got to huge ring-like machines that take two beams of particles in opposite directions, squeeze them down to less than the width of a hair and smash them together. And then, using Einstein's E=mc2, you can take all of that energy and convert it into new matter, new particles which we rip from the very fabric of the universe.
Потом мы начали строить всё более крупные ускорители, потому что мы хотели узнать сущность Вселенной. По мере того, как мы копали всё глубже, начали открываться новые частицы. Наконец, мы создали огромные кольцевые устройства, посылающие два пучка лучей из частиц в противоположном направлении, сжимающие их до диаметра меньше диаметра волос и сталкивающие их друг с другом. Используя формулу Эйнштейна E = mc², можно всю эту энергию преобразовать в новое вещество, новые частицы, буквально вырванные из ткани Вселенной.
Nowadays, there are about 35,000 accelerators in the world, not including televisions. And inside each one of these incredible machines, there are hundreds of billions of tiny particles, dancing and swirling in systems that are more complex than the formation of galaxies. You guys, I can't even begin to explain how incredible it is that we can do this.
На сегодняшний день в мире около 35 000 ускорителей, не считая телевизоры. Внутри каждой этой невероятной машины — сотни и миллиарды крохотных частиц, танцующих и кружащихся внутри систем, более сложных, чем формирование галактик. У меня не хватает слов, чтобы описать, насколько невероятно то, что мы на такое способны!
(Laughter)
(Смех)
(Applause)
(Аплодисменты)
So I want to encourage you to invest your time and energy in people that do curiosity-driven research. It was Jonathan Swift who once said, "Vision is the art of seeing the invisible." And over a century ago, J.J. Thompson did just that, when he pulled back the veil on the subatomic world.
Поэтому я хочу попросить вас вкладывать своё время и энергию в людей, занимающихся исследованиями, основанными на любопытстве. Джонатан Свифт говорил: «Видения есть искусство видеть невидимое». Около века назад Дж. Дж. Томпсону удалось это сделать, когда он заглянул в субатомный мир.
And now we need to invest in curiosity-driven research, because we have so many challenges that we face. And we need patience; we need to give scientists the time, the space and the means to continue their quest, because history tells us that if we can remain curious and open-minded about the outcomes of research, the more world-changing our discoveries will be.
Теперь нам нужно инвестировать в такие исследования, потому что на нашем пути стоит много препятствий. Нам нужно запастись терпением; дать учёным время, место и средства, необходимые для их работы, потому что история учит нас, что чем больше мы ведомы любопытством и остаёмся непредвзятыми в отношении результатов исследований, тем более значимыми будут наши открытия.
Thank you.
Спасибо.
(Applause)
(Аплодисменты)