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?
Наприкінці 19 століття вчені намагалися осягти таємницю. Вони виявили, що якщо взяти вакуумну трубку, як от ця, і пропустити крізь неї високу напругу, відбувається щось дивне. Вони назвали це катодними променями. Але поставало питання: з чого вони складаються?
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.
Англійський фізик XIX століття Дж. Томсон проводив експерименти, використовуючи магніти та струм, подібно до цього. І він зробив неймовірне відкриття. Ці промені складалися з негативно заряджених частинок, майже в 2 000 разів легших за атом водню, найменшу відому тоді частинку. Так Томсон відкрив першу субатомну частинку, яку ми зараз називаємо електроном.
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."
В той час це здавалося абсолютно непрактичним відкриттям. Я маю на увазі, Томсон думав, що електрони не мали жодного застосування. У стінах своєї лабораторії в Кембриджі, він любив проголошувати тост: «За електрон. Нехай він ніколи і нікому не знадобиться».
(Laughter)
(Сміх)
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.
Він був палким прихильником проведення досліджень просто з цікавості, щоб досягти глибшого розуміння світу. І те, що він відкрив, зробило революцію в науці, але також спричинило й іншу, несподівану революцію в технології. Сьогодні я хочу підкреслити значущість цього дослідження, тому що без нього жодна з технологій, про які я сьогодні говоритиму, не існувала б.
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?
Так, відкриття Томсона насправді змінило наше уявлення про реальність. Нариклад, я думаю, що я стою на сцені, а ви думаєте, що сидите у кріслі. Але це лише електрони у вашому тілі, що відштовхуються від електронів крісла, протилежно до сили тяжіння. Ви, насправді, навіть не торкаєтесь крісла. Ви ніби ледь ширяєте над ним. Відкриття електрона лягло в основу багатьох звичних для нас речей. Я маю на увазі, ці трубки були початком електроніки. І впродовж багатьох років, у більшості із нас була подібна трубка, якщо пам'ятаєте, у вашій вітальні, у катодно-променевих телевізорах. Але наскільки біднішим було б наше життя, якби єдиним винаходом, створеним на основі цього, було телебачення?
(Laughter)
(Сміх)
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.
На щастя, ця трубка була лише початком, бо відбувається ще дещо, коли електрони вдаряють шматок металу всередині трубки. Я це продемонструю. Треба це знову ввімкнути. Коли електрони тріщать, зупинившись в металі, їхня енергія виходить знову у формі високоенергетичного світла, відомого як рентгенівські промені.
(Buzzing)
(Дзижчання)
(Buzzing)
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.
І через 15 років після відкриття електрона за допомогою рентгенівських променів почали робити знімки тіла зсередини, що допомагало хірургам рятувати життя солдатів, даючи змогу знаходити шматки куль і осколків всередині їхніх тіл. Ця технологія ніколи б не була винайдена, якби вченим поставили завдання створити кращі хірургічні зонди. Саме дослідження, засновані на цікавості, без конкретної мети, допомогли відкрити електрон і рентгенівські промені.
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.
Ця трубка також відкрила шлях до розуміння Всесвіту і фізики елементарних частинок, оскільки вона є першим найпростішим прискорювачем заряджених частинок. Як фізик, я займаюся розробкою прискорювачів заряджених частинок, і намагаюся з'ясувати, як поводяться промені. Ця сфера не зовсім звичайна, адже у ній сполучаються дослідження, які керуються суто цікавістю, та технології, що мають практичне застосування. Але саме поєднання цих двох напрямків і є улюбленою частиною моєї роботи. Протягом останніх 100 років було надто багато прикладів, я не змогла б перелічити їх усі. Та хочу навести лише декілька.
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.
У 1928 році фізик Поль Дірак зіткнувся з чимось дивним у своїх рівняннях. Він передбачив, спираючись тільки на математичні міркування, що повинен існувати інший вид речовини, протилежний до нормальної речовини, при контакті з яким відбувається анігіляція – антиречовина. Тоді ця ідея здавалася просто смішною. Та через чотири роки справді відкрили антиречовину. Сьогодні вона щодня використовується в лікарнях, в позитронно-емісійній томографії, або ПЕТ, для діагностики захворювань.
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.
Чи візьмімо рентгенівські промені. Якщо ми збільшимо енергію цих електронів приблизно в 1000 разів більше, ніж у цій трубці, отримані в результаті рентгенівські промені дадуть іонізуюче випромінювання, достатнє, щоб знищити клітини організму. Якщо формувати і спрямовувати ці промені туди, куди вам потрібно, це дозволить домогтися неймовірного: лікувати ракові захворювання без ліків і операцій, це називається радіотерапією. У Австралії та Великобританії близько половини онкохворих лікують за допомогою радіотерапії. Тож електронні прискорювачі стали стандартним обладнанням в більшості лікарень.
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.
Чи більш звичний приклад: якщо у вас є смартфон або комп'ютер – а ми на TEDx, тому у вас із собою обидва, так? Так ось, всередині цих пристроїв є чіпи, створені шляхом імплантації окремих іонів в кремній, цей процес відомий як іонна імплантація. Для нього необхідний прискорювач заряджених частинок.
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.
Однак, без керованих цікавістю досліджень нічого цього б не існувало. Нам знадобилось багато років, щоб дослідити будову атома. Для цього нам довелося розробити прискорювачі часток. Перші з них дозволили нам розщепити атом. Потім ми стали досягати вищої і вищої енергії. Ми створили циклічні прискорювачі, які дозволили нам зазирнути в ядро, і навіть створити нові хімічні елементи. Після цього ми вже не просто досліджували атом. Ми навчилися контролювати ці частинки. Ми навчилися взаємодіяти зі світом на рівні, який людина не бачить, не відчуває на дотик, про який навіть не підозрює.
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.
Потім ми почали будувати все більші прискорювачі, тому що ми хотіли дізнатися природу Всесвіту. Мірою того, як ми копали все глибше, почали відкриватися нові частинки. Нарешті, ми створили величезні кільцеві пристрої, що приймають два промені з частинок у протилежних напрямках, стискають їх до діаметра, менше за діаметр волосинки, і зіштовхують їх одна з одною. Використовуючи формулу Ейнштейна E = mc², можна всю цю енергію перетворити в нову речовину, нові частинки, які ми вирвали з самої тканини Всесвіту.
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 сьогодні існує близько 35 000 прискорювачів, не враховуючи телевізорів. Всередині кожної з цих неймовірних машин є сотні мільярдів крихітних часток, що танцюють і кружляють, утворюючи системи, які складніші за галактичні системи. Мені бракує слів, щоб описати, наскільки це неймовірно, що ми на таке здатні!
(Laughter)
(Сміх)
(Applause)
(Оплески)
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.
Тому я хочу попросити вас вкладати свій час і енергію в людей, що займаються дослідженнями, базованими на цікавості. Джонатан Свіфт сказав: «Видіння - це мистецтво бачити невидиме». Близько століття тому Дж. Дж. Томпсону вдалося це зробити, коли він відкрив завісу в субатомний світ.
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.
Тому нам треба інвестувати в такі дослідження, тому що перед нами стоїть багато випробувань. Нам потрібно бути терплячими; потрібно дати вченим час, простір і засоби, необхідні для їхніх подальших досліджень, адже історія вчить нас, що чим більша наша допитливість та неупередженість щодо результатів досліджень, тим більш значущими будуть наші відкриття.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)