Hoe Eenvoudige Ideeën Tot Wetenschappelijke Ontdekkingen Leiden

Adam Savage vertelt over twee spectaculaire voorbeelden van diepgaande wetenschappelijke ontdekkingen die voortkwamen uit eenvoudige, creatieve methoden die iedereen gedaan kon hebben: Eratosthenes' berekening van de omtrek van de aarde rond 200 voor Christus en Hippolyte Fizeaus meting van de snelheid van het licht in 1849.

"Het grappige aan je brein is dat je geen controle hebt over welke feiten en verhalen het verzamelt en onthoudt. Veroudering maakt het alleen maar erger. Soms blijft iets jarenlang hangen, voor je begrijpt waar je interesse vandaan komt en waarom het voor jou belangrijk is.

Ik heb er drie. Een nog jonge Richard Feynman ging wandelen met zijn vader, zijn kar en een bal. Hij merkte op dat als hij aan de kar trok, de bal naar achteren in de kar rolde. Hij vroeg zijn vader: "Waarom rolt de bal naar achteren?" Zijn vader antwoordde: "Dat is traagheid." Hij vroeg: "Wat is traagheid?" "Traagheid is de naam van de geleerden voor het fenomeen dat de bal naar achteren in de kar rolt. Maar in werkelijkheid weet niemand het."

Feynman haalde zijn diploma's op MIT, Princeton. Hij loste de ramp met de Challenger op. Hij won de Nobelprijs voor Natuurkunde voor zijn Feynman-diagrammen, die de bewegingen van subatomaire deeltjes beschrijven. Die conversatie met zijn vader bracht hem tot het besef dat eenvoudige vragen tot belangrijke kennis kunnen leiden, en dat dat zijn speelveld moest zijn. Zo gebeurde het ook.

Eratosthenes was de derde hoofdbibliothecaris van de beroemde bibliotheek van Alexandrië. Hij droeg veel bij aan de wetenschap. Hij is het meest bekend door een brief die hij als bibliothecaris ontving uit Swenet, een stad in het zuiden van Alexandrië. Iets uit die brief bleef hangen bij Eratosthenes.

De schrijver beschrijft een middag tijdens de zonnewende. Hij keek in een diepe put en zag zijn reflectie op de bodem. Hij zag ook dat zijn hoofd de zon afschermde. Ik moet jullie vertellen: het was niet Columbus die ontdekte dat de aarde rond is. Iedereen met een opleiding begreep dat de aarde rond was sinds Aristoteles dat bewezen had met een simpele observatie.

Hij observeerde dat de schaduw van de aarde op de maan cirkelvormig was. De enige vorm die altijd een cirkelvormige schaduw geeft, is een bol, dus is de aarde rond. Maar niemand wist hoe groot ze was, tot Eratosthenes deze brief las. Hij begreep dat de zon recht boven Swenet stond, omdat het een rechte lijn was van de bodem van de put, langs het hoofd van de man naar de zon.

Eratosthenes wist nog iets. Hij wist dat een stok in de grond in Alexandrië, op dezelfde tijd en dag, op de middag, tijdens de zenith, op de zonnewende, de zon een schaduw wierp onder een hoek van 7,2 graden. Als je de omtrek van een cirkel weet, en twee punten erop neemt, moet je enkel nog de afstand tussen die twee punten weten en je kunt de omtrek extrapoleren. 360 graden gedeeld door 7,2 is 50.

Ik weet dat dat een mooi rond getal is, het deed mij ook twijfelen aan dit verhaal, maar het is een leuk verhaal, dus we blijven erbij. Hij moest de afstand weten tussen Swenet en Alexandrië.

Eratosthenes was heel goed in geografie. Hij vond het woord geografie uit. De weg tussen Swenet en Alexandrië was een handelsroute. De handelaars wilden graag weten hoe lang het duurde om er te komen. Ze wilden de exacte afstand weten. Hij wist precies dat de afstand tussen de twee steden 800 kilometer was. Vermenigvuldig dat met 50 en je hebt 40.000. Een afwijking van minder dan één procent van de werkelijke diameter van de aarde. Hij deed dit 2200 jaar geleden.

We leven nu in een tijdperk waar machines van vele miljoenen euro's zoeken naar het Higgsdeeltje. We hebben deeltjes ontdekt die mogelijk sneller dan het licht reizen. Al deze ontdekkingen zijn mogelijk geworden door technologieën die de laatste tientallen jaren ontwikkeld zijn. Voor het grootste deel van de geschiedenis moesten we deze dingen ontdekken door onze ogen, oren en verstand te gebruiken.

Armand Fizeau was een experimenteel natuurkundige uit Parijs. Zijn specialiteit was het verfijnen en bevestigen van andermans resultaten. Het klinkt een beetje als een goede tweede, maar dit is de geest van de wetenschap. Feiten moeten onafhankelijk getoetst kunnen worden.

Hij wist dat Galileo experimenteerde met lichtsnelheid. Hij had een prachtig experiment bedacht: hij en zijn assistent hadden elk een lamp. Ze staken de lampen aan en kregen de timing aardig onder de knie. Ze gingen elk bovenop een heuvel staan, drie kilometer uit elkaar, en ze deden hetzelfde.

Galileo nam aan dat als licht een waarneembare snelheid had, hij de vertraging zou zien van het licht uit de andere lamp. Het licht was te snel voor Galileo. Hij zat er verschillende orden van grootte naast met zijn aanname dat licht ongeveer tien keer sneller was dan de snelheid van het geluid.

Fizeau kende dit experiment. Hij woonde in Parijs, waar hij twee experimentele stations opzette, ongeveer negen kilometer uit elkaar in Parijs. Hij loste het probleem van Galileo op met relatief eenvoudige middelen.

Hij deed het hiermee. Ik zal de afstandsbediening even wegdoen, omdat ik jullie breinen erbij wil betrekken. Dit is een nokkenwiel met kepen en tanden. Dit was Fizeaus oplossing om discrete lichtpulsen te versturen. Hij zette een lichtstraal achter een van de kepen.

Als ik een lichtstraal door de keep op een spiegel richt negen kilometer verder, weerkaatst die straal op de spiegel en komt terug door deze keep. Er gebeurt iets interessants als hij het wiel sneller laat draaien. Het lijkt alsof er een deur dichtgaat voor de lichtstraal die in zijn oog valt. Waarom is dat? Omdat de lichtpuls niet via dezelfde keep terugkomt. Hij raakt inderdaad een tand. Als hij het wiel snel genoeg laat draaien, blokkeert hij het licht volledig.

Gebaseerd op de afstand tussen de stations, de snelheid van het wiel en het aantal nokken op het wiel, berekent hij de snelheid van het licht binnen twee procent van de werkelijke waarde. Hij doet dit in 1849.

Daardoor raak ik niet uitgepraat over de wetenschap. Als ik een concept niet goed begrijp, kijk ik naar de mensen die dat concept ontdekt hebben, hoe zij het gingen begrijpen. Als je onderzoekt wat de ontdekkers dachten bij hun ontdekkingen, merk je dat ze niet zo verschillend van ons zijn. We zijn allemaal van vlees en bloed. We beginnen allemaal met dezelfde middelen.

Ik vind het prachtig dat de takken van de wetenschap vakgebieden worden genoemd. De meeste mensen zien de wetenschap als een gesloten zwarte doos, terwijl het een open gebied is. We zijn allemaal ontdekkers.

De mensen die deze ontdekkingen deden, dachten wat harder na over wat ze zagen. Ze waren een beetje nieuwsgieriger. Hun nieuwsgierigheid veranderde hoe mensen over de wereld dachten, waardoor de wereld veranderde. Zij veranderden de wereld. Jullie kunnen dat ook. Dank u."

(Applaus)

 

Bron: TED.com