Сюзи Шихи

Сюзи Шихи: О пользе исследований, основанных на любопытстве

«Научные исследования, на первый взгляд кажущиеся бессмысленными, могут привести к невероятным открытиям,» — говорит физик Сюзи Шихи. В ходе своего выступления она демонстрирует, что многие современные технологие связаны с проведёнными столетия назад экспериментами, основанными только на любопытстве, и советует больше инвестировать в такие исследования, чтобы достичь более глубокого понимания мира.

Translated by Elena McDonnell
Reviewed by Peter Pallós

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.

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.

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».

(Смех)

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.

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?

(Смех)

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.

(Гудение)

(Гудение)

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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!

(Смех)

(Аплодисменты)

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.

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.

Спасибо.

(Аплодисменты)