VERTALING EN ONDERTITELING: TYRANNIS HAWK
De leeftijd en grootte van de kosmos zijn geschreven in licht.
De natuur van schoonheid en de stof van de sterren, de wetten van ruimte en tijd...
Ze bestonden altijd al, maar wij zagen hen niet,
totdat we een meer krachtige manier van zien bedachten.
Het verhaal van deze ontwaking heeft vele beginnen en geen einde.
Haar helden komen uit vele tijden en plaatsen.
Een oude Chinese filosoof...
Een tovenaar die de kaliefen van het Irak van de elfde eeuw verbaasde...
Een arme Duitse wees die slaaf was van een harde meester.
Elk van hen bracht ons een klein beetje dichterbij het ontsluiten van de geheimen verstopt in licht.
De meeste van hun namen zijn aan ons verloren gegaan,
maar ergens, lang geleden, keek iemand omhoog
om het licht een van zijn toverkunsten te zien vertonen.
Wie weet?
Misschien inspireerde dat geintje van licht de allereerste kunstenaars.
Waar kwam dit allemaal vandaan?
Hoe evolueerde wij van kleine ronddolende groepen jager-verzamelaars die onder de sterren leefden,
tot de stichters van een wereldomvattende beschaving?
Hoe kwamen we van daar naar hier?
Er is geen eenduidig antwoord.
Klimaatverandering, het temmen van vuur,
de uitvinding van gereedschap, taal, agricultuur,
speelden allemaal een rol.
Misschien was er ook nog iets anders.
In China, meer dan 2000 jaar geleden, zou de filosoof Mo Tse hebben geobserveerd
dat licht gebruikt kon worden om een plaatje te maken in een gesloten schatkamer.
Dit was de beschrijving van de allereerste camera:
de camera obscura...
het prototype van alle afbeelding-vormende camera's,
inclusief degene die je nu dit beeld laat zien.
Gebruik maken van dit grappige ding dat licht doet resulteerde in wat gezien kan worden als de eerste film.
Mo Tse, meester van licht, werkte tegen alle vormen van duisternis.
Een militair genie, die zijn talent enkel gebruikte om geweld te voorkomen,
was legendarisch door zijn reizen door de in oorlog verkerende vorstendommen,
waar hij ingenieuze strategieën toepaste om koningen oorlogen uit het hoofd te praten.
Hij was een van de eerste die droomde van universele liefde en het einde van armoede en andere vormen van ongelijkheid;
van een regering voor het volk...
en hij redeneerde tegen blinde volgzaamheid van rituelen en autoriteit.
In zijn geschriften kun je vroege kiemen van de wetenschappelijke methode vinden.
In Mo Tse's tijd hadden de Chinezen al gedurende een duizend jaar hun gedachten in boeken vastgelegd.
Ondanks dat bestaat onze kennis van hem slechts uit flarden.
Het bestaat grotendeels uit een verzameling proefschriften, toegeschreven aan hem en zijn volgelingen.
In een van hen, "Tegen Geloof", wordt een drievoudige test tegen elke doctrine voorgesteld.
Trek zijn basis in twijfel.
Vraag of het bevestigd kan worden door het zicht en zintuigen van gewone mensen.
Vraag hoe het toegepast moet worden en of het voordeel biedt aan de meerderheid.
Mo Tse was erg populair,
maar een paar eeuwen na zijn dood kwam Qin Shi Huangdi, de eerste keizer die China verenigde, aan de macht.
Hij nam een continent en veranderde het in een rijk dat nu nog steeds zijn naam draagt: China.
De meeste van ons kennen keizer Qin door het leger van 7000 terracotta-krijgers die zijn graf bewaken.
Door keizer Qin's motivatie om zijn uitgestrekte rijk te verenigen, nam hij drastische maatregelen om alles te standaardiseren.
Dit hield onder andere een enkele munteenheid in,
uniforme gewichten en maatregelen,
de breedte van wagens en wegen,
alsmede de exacte manier waarop de Chinese taal geschreven moest worden,
inclusief wat toegestaan was om te schrijven en te denken.
keizer Qin's filosofie - de enige toegestane - werd legalisme genoemd.
Het is precies zoals het klinkt; doe wat de wet voorschrijft... of anders.
Het is een filosofie die niet veel ruimte laat voor het in twijfel trekken van autoriteit.
... Dat alle boeken van de honderd filosofieën verbrand zullen worden.
Dat de familie van ieder die de geschiedenis gebruikt om het heden te bekritiseren geëxecuteerd zal worden.
De werken van Mo Tse en Confucius en andere filosofen werden vernietigd in de eerste boekverbranding.
Honderden geleerden boden dapper verzet door de verboden boeken proberen te bewaren.
Ze werden levend begraven in de hoofdstad.
Wetenschap heeft vrijheid van meningsuiting nodig om te gedijen.
Het is afhankelijk van het ongestraft in twijfel trekken van autoriteit en de open uitwisseling van ideeën.
Vonken van nieuwsgierigheid in de geschriften van Mo Tse en zijn volgelingen werden effectief uitgetrapt.
Het zou nog eens duizend jaar duren tot de volgende film.
Gelukkig kan ons Schip der Verbeeldingskracht ons overal brengen in de ruimte... en de tijd.
De oude Chinezen en Grieken zagen dat je wonderbaarlijke dingen met licht kon doen,
maar niemand stelde de vraag die favoriet is bij zowel kleine en kinderen als genieën:
Waarom?
Tot duizend jaar geleden...
In de stad Basra in Irak, leefde een andere meester van licht.
Ibn al-Haytham had een gepassioneerd verlangen om de natuur te begrijpen.
Hij trok alles in twijfel, vooral die dingen die iedereen voor lief nam.
'Hoe zien we?' vroeg hij.
Sommige van de grootste autoriteiten die hem voorgingen
hadden onderwezen dat er stralen uit onze ogen kwamen
en reisden naar de objecten die we zagen, om vervolgens terug te keren naar onze ogen.
Maar Ibn al-Haytham redeneerde dat de sterren veel te ver weg waren
voor iets uit onze ogen om helemaal erheen te reizen en in een oogopslag weer terug te zijn.
Zeer goed geredeneerd, maar Ibn al-Haytham stopte daar niet.
Hij zocht naar manieren om de natuur te dwingen haar geheimen prijs te geven.
Zijn cultuur stond open voor nieuwe ideeën en in het twijfel trekken.
Het was een gouden eeuw voor de wetenschap in de islamitische wereld.
Eén die zich uitstrekte van Cordoba in Spanje helemaal tot Samarkand in Centraal Azië.
Christelijke en Joodse geleerden waren geëerde gasten
bij de wetenschappelijke instituten van Bagdad, Caïro en andere islamitische hoofdsteden.
In plaats van boeken verbranden stuurden de kaliefs afgezanten de wereld rond op zoek naar boeken.
De kaliefs financierde projecten om hen te vertalen, te bestuderen en te bewaren voor toekomstige generaties rijkelijk.
Veel van het licht van de oude Griekse wetenschap zou definitief gedoofd zijn zonder hun inspanningen.
Het herontwaken van de wetenschap dat in Europa plaats vond, honderden jaren later,
was ontstoken door een vlam die lang verzorgd is door islamitische geleerden en wetenschappers.
De Arabieren importeerden ideeën van India naar het Westen,
inclusief de zogenaamde Arabische cijfers die we vandaag de dag gebruiken.
En het concept van de nul...
... die van pas komt als je miljarden en miljarden wilt schrijven.
Arabische astronomie had zoveel invloed dat we nog steeds de meeste heldere sterren bij hun Arabische naam noemen.
En de 'al's in algebra, algoritme, alchemie en alcohol
zijn enkele van de overblijfselen uit de tijd dat Arabisch de taal der wetenschap was.
In de elfde eeuw besloot Ibn al-Haytham te proberen om zijn ideeën over licht en hoe we zien te testen.
Dus bedacht hij een experiment om vast te stellen hoe licht beweegt.
Hij zette een tent in vol daglicht op
en sloot het zo goed af dat enkel een enkele straal licht de duisternis binnenin kon doordringen.
Met slechts zijn hersenen en een recht stuk hout, een liniaal,
had al-Haytham een grote stap voorwaarts gemaakt in de geschiedenis van de wetenschap.
Hij ontdekte dat licht in een rechte lijn beweegt.
Maar hij begon pas net.
Al-Haytham ontdekte dat de sleutel van het maken van een beeld,
of je het nu over een oog of een camera obscura hebt,
een kleine opening is die het licht dat doordringt beperkt en een verder donkere kamer.
Die opening sluit de chaos buiten van de vele lichtstralen om ons heen.
Des te kleiner de opening, des te minder richtingen het licht vandaan kan komen.
En dat maakt het beeld scherper.
Dus in plaats van door licht verblind te worden, kunnen we alles wat het ons wil laten zien aanschouwen.
Al-Haytham maakte zijn eigen camera obscura en verbijsterde de kaliefs.
Een camera obscura werkt het beste in fel licht.
De sterren van de nachtelijke hemel zijn veel te zwak hiervoor.
We hebben een grotere opening nodig om licht te verzamelen, maar we moeten ook scherp beeld blijven behouden.
Een telescoop verzameld licht van elk punt binnen zijn gezichtsveld over het oppervlak van de gehele lens of spiegel;
een opening veel groter dan het gat van een camera obscura.
Dit is een van de eerste telescopen, degene waar Galileo door keek in 1609.
Hiermee trok hij de zware sluier van de nacht opzij en begon hij de kosmos te ontdekken.
De lens maakte het mogelijk voor een telescoop om licht van een groter gebied te verzamelen dan onze ogen.
Grote emmers vangen meer regen dan kleine.
Moderne telescopen hebben nog grotere oppervlakten, uiterst gevoelige detectoren,
en ze volgen uren achtereen hetzelfde object om zoveel licht als mogelijk te verzamelen.
In de ruimte geplaatste telescopen zoals de Hubble hebben licht van de meest verre en oude melkwegstelsels gevangen...
en geven ons nog veel helderde afbeeldingen van de kosmos.
Al-Haytham ontdekte hoe beelden gevormd worden door licht, maar dat was verre van zijn grootste prestatie.
Ibn al-Haytham was de eerste persoon ooit die de regels van de wetenschap vastlegde.
Hij creëerde een fouten-corrigerend mechanisme,
een systematisch en meedogenloze manier om misvattingen in onze manier van denken uit te filteren.
De waarheid vinden is moeilijk, en de weg ernaar toe is zwaar.
Als zoekers naar de waarheid doe je er goed aan om je van oordeel te weerhouden,
en niet simpelweg de geschriften van de Ouden te geloven.
Je moet die geschriften kritisch benaderen en van alle kanten bestuderen.
Je moet enkel toegeven aan argumenten en experimenten en nooit aan de beweringen van een persoon.
Want elk mensen is kwetsbaar voor allerlei vormen van imperfectie.
Als zoekers van waarheid, moeten we ook onze eigen ideeën wantrouwen
terwijl we onze onderzoeken doen, om te voorkomen dat we bevooroordeeld zijn of onachtzaam denken.
Volg dit pad en de waarheid zal aan je onthuld worden.
Dit is de wetenschappelijke methode.
Zo krachtig dat het onze elektronische vertegenwoordigers naar de rand van ons zonnestelsel en verder bracht.
Het heeft onze levensverwachting verdubbeld en verloren werelden uit het verleden tot leven laten komen.
Wetenschap stelt ons in staat om gebeurtenissen in de verre toekomst te voorspellen
en met elkaar te communiceren met de snelheid van het licht, zoals ik nu met jou doe, op dit moment.
Deze manier van denken heeft ons krachten gegeven die al-Haytham zelf beschouwt zou hebben als toverkunsten.
Maar hij zette ons op deze ruige, eindeloze weg.
En nu brengt het ons naar een plek waar zelfs licht zelf in duisternis is gehuld.
Licht heeft eigenschappen anders dan wat dan ook in de wereld van het menselijk bestaan.
Neem de snelheid van licht.
Het elementaire deeltje van licht, de foton,
is geboren met de snelheid van het licht als het uit een atoom of molecuul te voorschijn komt.
Een foton kent nooit een andere snelheid,
en we hebben nog nooit een ander fenomeen gevonden dat ogenblikkelijk versneld van nul naar topsnelheid.
Niets kan zo snel bewegen.
Als we proberen andere deeltjes dichter en dichter bij de snelheid van het licht versnellen,
bieden ze meer en meer weerstand, alsof ze zwaarder en zwaarder worden.
Er is nog geen experiment bedacht dat een deeltje zo snel als licht kan laten bewegen.
Wat was dat?
Hoorde je iets?
Waar was ik? Oh ja...
Ik ken niets in het leven dat zich zo gedraagt als licht.
Ik kan zijn vreemde eigenschappen niet terugvinden in al het andere dat mijn zintuigen me laten zien.
Onze drang om onze zintuigen te geloven overstijgt wat onze meetapparatuur ons verteld over hoe de realiteit werkelijk is.
Onze zintuigen werken prima voor levensgrote objecten die zich met een normale snelheid verplaatsen,
maar zijn niet uitgerust voor de wonderlijke wetten van lichtsnelheid.
We weten niet eens waarom er een kosmische snelheidslimiet is.
Tijd staat stil als je met de snelheid van het licht reist.
Wat is licht eigenlijk?
Isaac Newton's voortdurende fascinatie met licht begon toen hij een kind was...
... in dit huis.
Tegen de tijd dat hij twintig geweest was, was Newton de eerste die het mysterie van de regenboog ontcijferde.
Newton ontdekte dat zonlicht, of wit licht, een mix is van alle kleuren van de regenboog.
Grote ontdekking.
Hij noemde het scala kleuren een 'spectrum', naar het Latijnse woord 'spook' of 'verschijning'.
Mijn verontschuldigingen, meester Newton, de kok zeurt dat uw eten koud wordt, heer.
Nee, Isaac! Leg dat vergrootglas niet weg!
Iets nog veel verbazingwekkender is verstopt in het licht.
Een code, een sleutel tot de kosmos.
Isaac Newton heeft niet veel misgelopen, maar dat was een hele mooie.
Hij liep vlak langs een deur naar een verborgen universum.
Een deur die pas zo'n 150 jaar later weer open zou gaan.
Het zou een andere wetenschapper overkomen, eentje die in het jaar 1800 werkte,
die tegen een stukje bewijs aanliep van ongeziene werelden om ons heen.
's Nachts bekeek William Herschel de hemel met de grootste telescoop van zijn tijd.
Overdag voerde Herschel experimenten uit.
Door Newton's eerdere werk was bekend dat zonlicht een mengsel van verschillende kleuren was.
En iedereen wist, gewoon door buiten te zijn, dat zonlicht ook warmte meebracht.
William Herschel vroeg zich af of sommige kleuren licht meer warmte bij zich droegen dan anderen.
Het ligt in de natuur van een wetenschappelijk genie om zich iets af te vragen wat de rest van ons voor lief neemt...
... en dan het experiment uitvoeren.
De thermometer die Herschel buiten het spectrum plaatste was ter controle.
Bij de controlegroep in elk experiment ontbreekt altijd hetgeen getest wordt.
Hierdoor weet je dat hetgeen je test echt hetgeen is dat verantwoordelijk is voor hetgeen je observeert.
In Herschel's experiment werd de relatie tussen kleur en temperatuur getest,
dus zijn controlegroep was een thermometer boven het deel van het witte papier dat helemaal niet door zonlicht verlicht werd.
Daar heb je dat geluid weer.
Wat is dat?
Oké, rood licht is warmer dan blauw licht.
Interessante ontdekking, maar niet bepaald revolutionair.
Nee, er is niets mis met je thermometer.
Je hebt zojuist een nieuw soort licht ontdekt.
Herschel was de eerste die deze ongeziene aanwezigheid net onder het rode eind van het spectrum detecteerde.
Daarom is het uiteindelijk infrarood gaan heten.
'Infra' is het Latijnse woord voor 'onder'.
Het is onzichtbaar.
Onze ogen zijn niet gevoelig genoeg voor deze vorm van licht, maar onze huid wel;
we voelen het als warmte.
Dat is een hele grote ontdekking.
Maar veel grotere geheimen verborgen zichzelf nog steeds diep binnenin het licht.
Rond dezelfde tijd dat William Herschel infrarood licht in zijn salonkamer in Engeland ontdekte,
was een jongeman met de naam Joseph Fraunhofer gevangen in hopeloze slavenarbeid.
Hij stond boven een ketel giftige chemicaliën en roerde eindeloos.
Joseph was wees sinds dat hij 11 jaar oud was,
en was aan een hardvochtige meester genaamd Weichselberger gegeven, die de koninklijke spiegelmaker was.
Hij zorgde ervoor dat Joseph niet naar school ging.
In plaats daarvan werkte Joseph overdag in de glasblazerij en werkte 's nachts in het huishouden van zijn meester.
Opschieten, stommeling!
En onthoud; geen gelees!
Totdat Joseph zijn grote kans kreeg.
Weichselberger's huis stortte in elkaar.
Maximilian, de toekomstige koning van Beieren, haastte zich naar de plek des onheils om te zien of hij kon helpen.
Maximilian stond bekend om zijn interesse in zijn onderdanen, iets wat hoogst ongebruikelijk was in die tijd.
Door de bezorgheid van de toekomstige koning aan te trekken, vond Joseph Fraunhofer een opening naar een ander universum.
En niet alleen voor zichzelf.
Prins Maximilian gaf Joseph geld en vroeg zijn persoonlijke raadsman de jongen verder te helpen, als het nodig was.
Weichselberger bleef hem uitbuiten en voorkomen dat hij naar school ging.
Maar de raadsman van de prins kwam tussenbeide en bood Joseph een baan aan bij het Optische Instituut.
Een klein gebaar van vriendelijkheid die zichzelf flink terugverdiende.
Tegen de tijd dat hij 27 was,
was Joseph Fraunhofer 's werelds meest vooraanstaande ontwerper van hoge kwaliteit lenzen,
telescopen en andere optische instrumenten.
Zijn firma werkte vanuit hier, in het voormalig klooster in Benediktbeuern.
In het begin van de 19e eeuw was dit top-geheime, zeer hoogwaardige technologie.
De benedictijnenmonniken van vroeger tijden hadden een gelofte van geheimhouding afgelegd.
Dit plaatselijke gebruik en de mogelijkheid toegang tot Fraunhofer's lab te beperken
zorgde ervoor dat hij de controle hield over de bedrijf- en staatsgeheimen.
Fraunhofer experimenteerde met prisma's om het beste typen glas voor zeer nauwkeurige lenzen te vinden.
Hoe, vroeg hij zich af, kon hij het spectrum dat de prisma's maakten beter bekijken?
Friedrich, breng me alsjeblieft de theodoliet?
Oké, terwijl Fraunhofer zijn theodoliet opzet - dat is een soort telescoop -
wil ik je iets laten zien in een ander deel van het klooster.
Geluidsgolven zijn zo prachtig om te horen.
Stel je eens voor hoe mooi ze zouden zijn als je ze kon zien.
Heb je je ooit afgevraagd waarom orgelpijpen verschillende lengtes hebben?
Ik druk op een toets...
en het stuurt een luchtstroom door een specifieke pijp, wat geluidsgolven produceert.
Als we de geluidsgolven een paar honderd maal kunnen vertragen, zouden ze er zo uit zien.
De lengte van de pijp bepaald de lengte van de geluidsgolf die erin past.
Een korte pijp geeft je een korte geluidsgolf.
Korte geluidsgolven hebben een hoge toonhoogte, of frequentie.
We stoppen de golven om ze beter te kunnen zien.
De afstand tussen de aangrenzende golven noemen we een golflengte.
Een lange pijp geeft je een lange geluidsgolf met een lage toonhoogte, of lage frequentie.
Het Middeleeuwse manuscript van deze muziek, "Carmina Burana," was ontdekt in dit klooster.
Geluidsgolven kunnen niet door een vacuüm reizen.
Ze hebben materie nodig om op te rijden, zoals luchtmoleculen, of water, of gesteente.
Maar lichtgolven vliegen alleen.
Ze kunnen door lege ruimte bewegen.
En snel!
Een miljoen keer sneller dan geluidsgolven door lucht.
En de golflengten van het licht dat we zien zijn veel korter dan geluidsgolven.
Ongeveer 50.000 lichtgolven passen in deze ruimte.
Oh ja.
Fraunhofer.
Net op tijd.
We hebben het niet gemist.
Net als de golflengte van geluid de toonhoogte bepaald van wat we horen,
bepaald de golflengte van licht welke kleur we zien.
Maar hoe verspreid een prisma de kleuren die verstopt zitten in een straal zonlicht?
Als het licht door lucht of ruimte reist, bewegen al zijn kleuren zich op dezelfde snelheid.
Maar als het glas in een hoek raakt, vertraagt het licht en veranderd het van richting.
Binnenin het prisma, verplaatst elke kleur zich met een andere snelheid.
In glas vertraagt violet licht, dat gedragen wordt door de kortste golven die we zien, meer dan rood licht, die de langste golven heeft.
Deze veranderingen in snelheid trekken de kleuren uiteen, en sturen hun golven in iets verschillende richtingen.
Zo werkt een prisma.
Als ik wat overdreven emotioneel lijk hierdoor,
is het omdat Joseph Fraunhofer op het punt staat om te doen wat Isaac Newton had kunnen doen, maar niet deed.
En het zal een krachtig effect hebben op de loop van mijn eigen leven.
Je bent getuige van het huwelijk tussen natuurkunde en astronomie, de geboorte van mijn eigen wetenschappelijk vakgebied:
Astrofysica.
Geschreven in het licht,
in die verticale zwarte lijnen,
is een geheime code.
Fraunhofer keek naar hen en vroeg zich af...
Waarom?
Een code die ons bereikt vanuit een vreemdsoortig universum.
Welke boodschap is geschreven in deze donkere, verticale lijnen?
Het kostte honderd jaar denken, afvragen en zoeken om het de ontcijferen.
Prachtig, nietwaar?
Waarom?
Er zijn vele lagen in de fijne structuur van schoonheid...
De chemische samenstelling van de Aarde en zijn atmosfeer...
De evolutie van het leven...
Heel veel duidelijke draden.
Laten we er eentje onder de loep nemen:
de wonderbaarlijke kleuren van de natuur.
Wat gebeurt er echt?
Hoe gebeurt het rood, het blauw,
het verbazingwekkende palet van de kleuren der natuur...
Hoe gebeurt dat?
Lichtgolven van de zon met verschillende lengten raken de Aarde.
De blaadjes van deze bloemen absorberen alle lange, rode golflengten licht met lage energie.
Maar de blaadjes reflecteren de kortere blauwe golflengten met hoge energie.
Die interactie tussen sterrenlicht en blad...
Of water... Of Van Gogh...
... dat maakt blauw.
De langste golven, die we als rood zien, hebben de minste energie.
Kleur is de manier waarop onze ogen zien hoeveel energie lichtgolven hebben.
Een zonsondergang...
Een vlag...
De ogen van je geliefde...
Die glimmende nieuwe auto...
De gevoelens die ze oproepen
vinden plaats wanneer iets in je binnenste getriggerd wordt door een specifieke variatie
in de frequentie en energie van lichtgolven.
En de geheime boodschap?
Die zwarte, verticale lijnen in Fraunhofer's spectrum?
Wat maakt die?
Ze vinden plaats wanneer lichtgolven van die specifieke kleuren geabsorbeerd worden.
Het gebeurt op een ander niveau van de realiteit, veel kleiner dan de wereld waar we normaal in werken.
Om daar te komen, moeten we tien miljard keer kleiner worden dan we zijn.
We kunnen elk van deze atomen kiezen.
Maar laten we de waterstofatoom nemen.
De waterstofatoom is de meest voorkomende atoom in de kosmos.
En de eenvoudigste.
Het heeft slechts één elektron.
En enkel één proton.
We zijn in de kwantumwereld aangekomen.
Het komt niet overeen met de normale menselijke ervaring.
Aan gezond verstand heb je hier helemaal niets.
Neem bijvoorbeeld de elektron van de waterstofatoom.
Bij een atoom bestaat een elektron niet tussen de verschillende omwentelingen.
Het verdwijnt van één omwenteling en verschijnt weer in de volgende.
Het is net alsof je een lift neemt van de eerste naar de derde verdieping, maar in de tussenliggende verdieping niet zou bestaan.
En nog iets...
Kwantum liften stoppen enkel op bepaalde verdiepingen.
De grootte van de baan van een elektron is beperkt, en verschillend voor de atomen van elk element.
Daarom zijn de elementen verschillend.
De chemische samenstelling van alles wordt bepaald door de banen van zijn elektronen.
De kracht die de elektron in zijn baan houdt, heeft niets te maken met zwaartekracht.
Het is een kracht van elektrische aantrekking.
De elektron danst een golvende ring rondom de atoomkern van een waterstofatoom...
... en maakt kwantumsprongen van baan naar baan.
Van boven naar beneden.
Des te groter de baan, des te groter de energie van een elektron.
Een elektron heeft energie nodig om naar een grotere baan te springen.
En het moet energie verliezen om weer naar beneden te springen.
Elke sprong naar boven wordt veroorzaakt door...
een atoom die een lichtgolf absorbeert.
Maar we hebben geen idee wat de sprongen naar beneden veroorzaakt.
Wat we wel weten is dat zulke sprongen altijd een lichtgolf produceren
van de kleur die overeenkomt met het energieverschil tussen de verschillende banen.
Het oppervlak van de zon straalt lichtgolven van alle kleuren uit.
Als je zonlicht door een prisma bekijkt, zie je haar spectrum.
Als je het spectrum vergroot met een telescoop, zoals Joseph Fraunhofer deed,
trek je het doek op van de elektronendans binnenin de atoom.
Als de energie van de elektron oplicht, en naar een lagere baan springt, verstrooit het de lichtgolf die het uitzendt.
Het meeste bereikt ons niet.
Daardoor blijft er een donker gat, of zwarte verticale lijn in het spectrum achter.
Deze donkere lijnen zijn schaduwen gemaakt door waterstofatomen in de atmosfeer van de zon.
Natriumatomen werpen andere schaduwen.
Hun elektronen dansen op een andere melodie.
Een korrel tafelzout bestaat uit natrium- en chlorideatomen.
Tien miljoen miljard van hen doen hun gekke dansen in een enkele korrel zout.
En een enkele ijzeratoom met 26 elektronen is als een omvangrijk nummer van een Broadway musical.
Als je een ster bekijkt met een spectroscoop zie je de donkere lijnen van alle elementen in haar atmosfeer.
Laat mij het spectrum van iets zien,
of dat nu van iets hier op Aarde is of van een verre ster,
en dan vertel ik jou waar het uit bestaat.
Fraunhoferlijnen zijn de atomische handtekeningen van de elementen groot uitgeschreven over de kosmos.
Zoals met elke grote openbaring in de geschiedenis van de wetenschap, opende het de weg naar nieuwere en diepere mysteries.
En de openbaring dat er wellicht meer geheimen in het licht schuil gingen.
Toen Joseph Fraunhofer een prisma met een telescoop combineerde en het op de lucht richtte,
bracht hij de sterren dichterbij ons.
Toen hij slechts 39 was, kreeg hij een dodelijke ziekte,
mogelijk het gevolg van zijn vroege en langdurige blootstelling aan de giftige stoffen bij het glasmaken.
Je weet nooit waar het volgende genie vandaan komt.
Hoeveel laten we er achter in de puinhopen?
De prins en zijn koninkrijk werden onmeetbaar verrijkt door een goede daad tegenover een arme wees.
Fraunhofer's ontdekkingen veranderde Beieren van een landelijke uithoek tot een technologisch zwaargewicht.
Op zijn sterfbed deed de regering er alles aan om elk stukje veilig te stellen van zijn kostbare kennis
over de technologie van optisch glas.
Het kon enkel onthuld worden aan een persoon met het hoogste veiligheidsniveau;
de directeur van de smederij.
De regering hield Fraunhofer's techniek voor het maken van perfect optisch glas nog gedurende 100 jaar staatsgeheim.
Dit zou nog een groot obstakel worden voor iemand anders die we later op onze reis zullen ontmoeten.
Maar Fraunhofer stond zulke geheimhouding niet toe als het om zijn puur wetenschappelijk onderzoek ging.
Hij wist dat wetenschap openheid nodig heeft om op te bloeien.
Dat ons begrip van de natuur de wereld toebehoord.
Zodra Fraunhofer de lijnen in het spectrum ontdekte, publiceerde hij alles wat hij van hen wist.
En de weerkaatsingen van deze gedenkwaardige ontdekking echoën nog altijd na.
Zijn lijnen toonden aan dat het zichtbare kosmos van allemaal dezelfde elementen is gemaakt.
De planeten...
De sterren...
De melkwegstelsels...
Wijzelf en alles wat leeft...
Hetzelfde sterrenspul.
Hij maakte het mogelijk voor ons om te weten wat er in de atmosfeer van andere werelden zit.
En in melkwegstelsels miljoenen lichtjaren ver weg.
De lijnen in het spectrum onthullen niet alleen de samenstelling van verre objecten, maar ook hun beweging naar ons toe of van ons af.
Door middel van hen ontdekten we dat ons heelal uitdijt.
Maar wellicht is de grootste onthulling van spectroscopie de ontdekking van hetgeen we niet kunnen zien.
Een verborgen universum van donkere materie, zes keer zwaarder dan de bekende kosmos.
Het bestaat uit een mysterieuze substantie die geen enkele vorm van licht uitstraalt, reflecteert of absorbeert.
We weten enkel dat het bestaat door zijn zwaartekracht die aan alle melkwegstelsels trekt en de zichtbare sterren hierin aanzwengelt.
Er zijn meer soorten licht dan onze ogen kunnen zien.
Ons beeld van de natuur van zichtbaar licht beperken is als het luisteren van muziek in slechts één octaaf.
Er zijn er nog zoveel meer.
Ze verschillen in golflengte, maar over een gigantische bereik uitgespreid.
Bijvoorbeeld infrarood licht...
... het soort dat William Herschel ontdekte.
Of röntgenstraling.
Of radiostraling.
Of in gammastraling.
Dit zijn niet enkel verschillende manieren om naar hetzelfde te kijken.
Deze andere vormen van licht onthullen andere objecten en fenomenen in de kosmos.
In gammastraling, bijvoorbeeld, zien we mysterieuze explosies in verre melkwegstelsels die we anders zouden missen.
En in microgolven kunnen we helemaal terugkijken naar de geboorte van het universum.
We hebben nog maar net onze ogen geopend...