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?
Under sent 1800-tal försökte vetenskapsmän lösa ett mysterium. De fann att om de hade ett sånt här rör med vakuum i och ledde högspänning genom det så hände något märkligt. De kallade dem för katodstrålar. Men frågan var: Vad bestod de av?
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.
I England genomförde 1800-talsfysikern J J Thompson experiment med magneter och elektricitet, så här. Han fick en fantastisk uppenbarelse. Dessa strålar bestod av negativt laddade partiklar som var ungefär 2 000 gånger lättare än väteatomen, den minsta sak de kände till. Thompson hade upptäckt den första subatomära partikeln, som vi nu kallar elektron.
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."
Då verkade det vara en helt oanvändbar upptäckt. Thompson trodde inte att elektronen hade något användningsområde. På sitt labb i Cambridge brukade han utbringa en skål: "För elektronen. Må den aldrig vara till nytta för någon."
(Laughter)
(Skratt)
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.
Han trodde starkt på att forska av ren nyfikenhet, för att få djupare förståelse för världen. Det han hittade orsakade en revolution inom vetenskapen. Men det orsakade också en andra, oväntad revolution inom teknologin. I dag vill jag argumentera för forskning driven av nyfikenhet, för utan den skulle ingen av teknologierna jag kommer att prata om i dag ha varit möjliga.
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?
Det Thompson hittade har faktiskt förändrat hur vi ser på verkligheten. Jag tror att jag står på en scen, och ni tror att ni sitter på en stol. Men det är bara elektronerna i era kroppar som trycker ifrån mot elektronerna i stolen och motverkar tyngdkraften. Ni rör egentligen inte ens vid stolen. Ni svävar en ytterst liten bit ovanför den. Men på många sätt har vårt moderna samhälle byggts på denna upptäckt. Dessa rör var startskottet för elektroniken. Under många år hade de flesta av oss faktiskt en sån här, om ni minns, i våra vardagsrum, i tv-apparater med bildrör. Men hur fattiga skulle våra liv inte vara om den enda uppfinningen som föddes ur detta var tv:n?
(Laughter)
(Skratt)
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.
Tack och lov var det här röret bara början, för något annat händer när elektronerna här träffar metallbiten inne i röret. Låt mig visa er. Vi sätter på den här igen. När elektronerna tvärnitar inne i metallen kastas deras energi ut igen i form av ljus med hög energi, som vi kallar röntgenstrålning.
(Buzzing)
(Knatter)
(Buzzing)
(Knatter)
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.
Inom 15 år från att elektronerna upptäcktes användes röntgenstrålning för att göra bilder av människokroppens insida, vilket hjälpte kirurger att rädda soldaters liv eftersom kirurgerna kunde hitta bitar av kulor och splitter i soldaternas kroppar. Men vi skulle absolut inte ha kunnat komma på den teknologin genom att be forskarna bygga bättre kirurgiska undersökningsinstrument. Bara forskning som görs av ren nyfikenhet, utan något användningsområde i åtanke, kunde ha gett oss upptäckten av elektronen och röntgenstrålning.
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.
Det här röret slog också upp portarna till vår förståelse av universum och till partikelfysiken, för det är också den första, väldigt enkla, partikelacceleratorn. Jag är acceleratorfysiker, så jag designar partikelacceleratorer och jag försöker förstå hur strålar beter sig. Mitt fält är lite ovanligt, för det rör sig mellan forskning driven av nyfikenhet och teknologi med användningsområden i verkligheten. Men det är kombinationen av de två sakerna som gör mig väldigt entusiastisk över det jag gör. Under de senaste 100 åren har det funnits alldeles för många exempel för att jag ska kunna berätta om alla. Men jag vill dela med mig av ett par stycken.
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.
År 1928 hittade fysikern Paul Dirac något konstigt i sina ekvationer. Han förutsade, enbart baserat på matematisk insikt, att det borde finnas en andra sorts materia, motsatsen till normal materia, som bokstavligen förintar vanlig materia när de kommer i kontakt: antimateria. Tanken lät löjlig. Men inom fyra år hade de hittat den. Nuförtiden använder vi den varje dag på sjukhus, i positronemissionstomografi, eller PET, som används för att hitta sjukdomar.
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.
Eller, ta de här röntgenstrålarna. Om man kan ge de här elektronerna högre energi, ungefär 1 000 gånger högre än i det här röret, kan röntgenstrålarna som de producerar ge tillräckligt mycket joniserande strålning för att döda mänskliga celler. Om man kan forma och rikta de röntgenstrålarna dit man vill, då får vi möjlighet att göra något fantastiskt: att behandla cancer utan läkemedel eller operation, vilket vi kallar strålbehandling. I länder som Australien och Storbritannien behandlas ungefär hälften av alla cancerpatienter med strålning. Elektronacceleratorer är faktiskt standardutrustning på de flesta sjukhus.
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.
Eller, lite mer vardagligt: om du har en smartphone eller dator - och det här är TEDx, så ni har båda grejerna med er, eller hur? I de enheterna finns chipp som tillverkas genom att man implanterar enskilda joner i silikon, genom en process som kallas jonimplantation. Den använder en partikelaccelerator.
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.
Men utan forskning driven av nyfikenhet skulle ingen av de här sakerna finnas. Med tiden har vi verkligen lärt oss att utforska inuti atomen. För att göra det behövde vi lära oss att utveckla partikelacceleratorer. De första vi utvecklade lät oss klyva atomer. Sedan kunde vi skapa högre och högre energier; vi skapade cirkulära acceleratorer som lät oss fördjupa oss i atomkärnan och sedan till och med skapa nya grundämnen. Vid det laget utforskade vi inte bara längre inuti atomen. Vi hade faktiskt lärt oss att kontrollera dessa partiklar. Vi hade lärt oss att interagera med vår värld på en skala som är för liten för att se eller ta på för en människa, eller ens uppfatta att den finns där.
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.
Sedan byggde vi större och större acceleratorer, eftersom vi var nyfikna på universums natur. I takt med att vi tog oss djupare började nya partiklar dyka upp. Så småningom kom vi till enorma ringlika maskiner som tar två partikelstrålar i olika riktningar, trycker ihop dem tunnare än ett hårstrå och slår ihop dem. Och sedan, med hjälp av Einsteins E=mc2, kan man ta all den energin och konvertera den till ny materia, nya partiklar som vi sliter rakt ur tomma intet.
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.
Nuförtiden finns det ungefär 35 000 acceleratorer i världen, om vi inte räknar tv-apparater. Inuti var och en av dessa fantastiska maskiner finns miljarder pyttesmå partiklar som dansar och virvlar i system som är mer komplexa än skapandet av en galax. Hörni, jag kan inte ens nästan förklara hur fantastiskt det är att vi kan göra det här.
(Laughter)
(Skratt)
(Applause)
(Applåder)
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.
Så jag vill uppmuntra er att investera er tid och energi i människor som utför forskning baserad på nyfikenhet Jonathan Swift sade en gång: "Vision är konsten att se det osynliga." För mer än hundra år sedan gjorde J J Thompson just det, när han avtäckte den subatomära världen.
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.
Nu måste vi investera i forskning driven av nyfikenhet, för vi har så många utmaningar framför oss. Och vi behöver tålamod; vi behöver ge forskarna tiden, utrymmet och medlen för att fortsätta sitt sökande, för historien visar oss att om vi kan vara nyfikna och öppensinnade kring forskningens resultat, så kommer våra upptäckter förändra världen desto mer.
Thank you.
Tack.
(Applause)
(Applåder)