Πριν από μερικούς μήνες το βραβείο Νόμπελ Φυσικής απονεμήθηκε σε δύο ομάδες αστρονόμων για μια ανακάλυψη που χαιρετήθηκε ως μία από τις πιο σημαντικές αστρονομικές παρατηρήσεις όλων των εποχών. Σήμερα, αφού σας παρουσιάσω συνοπτικά τι ανακάλυψαν, θα σας μιλήσω για ένα ιδιαίτερα αμφισβητούμενο πλαίσιο για να εξηγήσω την ανακάλυψή τους, και συγκεκριμένα το ενδεχόμενο πως πολύ πιο μακριά από τη Γη, το Γαλαξία μας και όλους τους άλλους μακρινούς γαλαξίες, μπορεί να ανακαλύψουμε ότι το Σύμπαν μας δεν είναι το μόνο Σύμπαν, αλλά αντίθετα είναι μέρος ενός τεράστιου συμπλέγματος από σύμπαντα που τα αποκαλούμε πολυσύμπαν.
A few months ago the Nobel Prize in physics was awarded to two teams of astronomers for a discovery that has been hailed as one of the most important astronomical observations ever. And today, after briefly describing what they found, I'm going to tell you about a highly controversial framework for explaining their discovery, namely the possibility that way beyond the Earth, the Milky Way and other distant galaxies, we may find that our universe is not the only universe, but is instead part of a vast complex of universes that we call the multiverse.
Τώρα, η ιδέα ενός πολυσύμπαντος είναι παράξενη. Εννοώ πως οι περισσότεροι από εμάς μεγάλωσαν πιστεύοντας πως η λέξη "Σύμπαν" περικλείει τα πάντα. Και λέω με σύνεση οι περισσότεροι, καθόσον η τεσσάρων ετών κόρη μου, με έχει ακούσει να μιλάω για αυτές τις ιδέες από τότε που γεννήθηκε. Πέρυσι, την κρατούσα αγκαλιά και της είπα: "Σοφία, σε αγαπώ περισσότερο από οτιδήποτε στο Σύμπαν". Και γύρισε και μου είπε: "Μπαμπά, στο Σύμπαν ή στο πολυσύμπαν;" (Γέλια)
Now the idea of a multiverse is a strange one. I mean, most of us were raised to believe that the word "universe" means everything. And I say most of us with forethought, as my four-year-old daughter has heard me speak of these ideas since she was born. And last year I was holding her and I said, "Sophia, I love you more than anything in the universe." And she turned to me and said, "Daddy, universe or multiverse?" (Laughter)
Αλλά εκτός από μια τέτοια ανώμαλη ανατροφή, είναι πολύ παράξενο να φανταστούμε άλλες ξεχωριστές σφαίρες από τη δική μας, οι περισσότερες με διαφορετικά ουσιώδη χαρακτηριστικά, που δικαιωματικά θα ονομάζονταν σύμπαντα από μόνες τους. Και όμως, όσο θεωρητική και αν είναι αυτή η ιδέα, σκοπός μου είναι να σας πείσω πως υπάρχει λόγος να τη λάβουμε σοβαρά υπόψη, γιατί είναι πιθανόν να είναι σωστή. Θα σας πω την ιστορία του πολυσύμπαντος σε τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος, θα σας περιγράψω τα βραβευμένα με Νόμπελ αποτελέσματα και θα επισημάνω ένα βαθύτερο μυστήριο που αποκαλύπτεται από αυτά. Στο δεύτερο μέρος, θα σας δώσω μια λύση σε αυτό το μυστήριο. Βασίζεται στην προσέγγιση που ονομάζεται Θεωρία Χορδών, και από αυτή θα προκύψει η ιδέα του πολυσύμπαντος στην ιστορία μας. Τέλος, στο τρίτο μέρος, θα σας περιγράψω μια κοσμολογική θεωρία που ονομάζεται πληθωριστική, και θα ενώσει όλα τα κομμάτια της ιστορίας μαζί.
But barring such an anomalous upbringing, it is strange to imagine other realms separate from ours, most with fundamentally different features, that would rightly be called universes of their own. And yet, speculative though the idea surely is, I aim to convince you that there's reason for taking it seriously, as it just might be right. I'm going to tell the story of the multiverse in three parts. In part one, I'm going to describe those Nobel Prize-winning results and to highlight a profound mystery which those results revealed. In part two, I'll offer a solution to that mystery. It's based on an approach called string theory, and that's where the idea of the multiverse will come into the story. Finally, in part three, I'm going to describe a cosmological theory called inflation, which will pull all the pieces of the story together.
Λοιπόν, το πρώτο μέρος ξεκινάει το 1929 όταν ο μεγάλος αστρονόμος Έντγουιν Χάμπλ συνειδητοποίησε ότι οι μακρινοί γαλαξίες απομακρύνονταν από εμάς, θεσπίζοντας ότι ο ίδιος ο χώρος διαστέλλεται, επεκτείνεται. Αυτό ήταν επαναστατικό. Η επικρατούσα άποψη ήταν πως σε μεγάλες κλίμακες το Σύμπαν ήταν στατικό. Αλλά, ακόμα κι έτσι, υπήρχε ένα πράγμα για το οποίο όλοι ήταν σίγουροι: Η επέκταση πρέπει να επιβραδύνεται. Αυτό, όπως η βαρυτική έλξη της Γης επιβραδύνει την άνοδο ενός μήλου που πετιέται προς τα πάνω, η βαρυτική έλξη κάθε γαλαξία σε κάθε άλλον πρέπει να μειώνει την επέκταση του χώρου.
Okay, part one starts back in 1929 when the great astronomer Edwin Hubble realized that the distant galaxies were all rushing away from us, establishing that space itself is stretching, it's expanding. Now this was revolutionary. The prevailing wisdom was that on the largest of scales the universe was static. But even so, there was one thing that everyone was certain of: The expansion must be slowing down. That, much as the gravitational pull of the Earth slows the ascent of an apple tossed upward, the gravitational pull of each galaxy on every other must be slowing the expansion of space.
Πάμε τώρα γρήγορα στη δεκαετία του '90 όπου αυτές οι δύο ομάδες των αστρονόμων που ανέφερα στην αρχή εμπνεύστηκαν από αυτό το σκεπτικό για να μετρήσουν το ρυθμό με τον οποίο επιβράδυνε αυτή η επέκταση. Και το κατάφεραν με επίμονες παρατηρήσεις πολλών μακρινών γαλαξιών, που τους επέτρεψε να καταγράψουν πώς έχει αλλάξει ο ρυθμός επέκτασης με την πάροδο του χρόνου. Και εδώ είναι η έκπληξη: Ανακάλυψαν πως η επέκταση δεν επιβραδύνεται. Αντιθέτως, ανακάλυψαν ότι επιταχύνεται, πηγαίνει όλο και γρηγορότερα. Είναι σαν να πετάξουμε ένα μήλο προς τα πάνω και να πηγαίνει όλο και πιο γρήγορα. Εάν βλέπατε ένα μήλο να συμπεριφέρεται έτσι, θα θέλατε να γνωρίζατε το γιατί. Τι είναι αυτό που το ωθεί;
Now let's fast-forward to the 1990s when those two teams of astronomers I mentioned at the outset were inspired by this reasoning to measure the rate at which the expansion has been slowing. And they did this by painstaking observations of numerous distant galaxies, allowing them to chart how the expansion rate has changed over time. Here's the surprise: They found that the expansion is not slowing down. Instead they found that it's speeding up, going faster and faster. That's like tossing an apple upward and it goes up faster and faster. Now if you saw an apple do that, you'd want to know why. What's pushing on it?
Παρομοίως, τα αποτελέσματα των αστρονόμων είναι σίγουρα άξια του βραβείου Νόμπελ, αλλά έγειραν ένα ανάλογο ερώτημα. Ποια δύναμη ασκείται σε όλους τους γαλαξίες ώστε να απομακρύνονται από κάθε άλλον με μία συνεχώς επιταχυνόμενη ταχύτητα; Λοιπόν, η πιο ελπιδοφόρα απάντηση προέρχεται από μια παλιά ιδέα του Αϊνστάιν. Βλέπετε, όλοι μας έχουμε συνηθίσει τη βαρύτητα ως μια δύναμη που κάνει μόνο ένα πράγμα: προσελκύει αντικείμενα μεταξύ τους. Αλλά, στη Βαρυτική Θεωρία του Αϊνστάιν, στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, η βαρύτητα μπορεί επίσης να απωθεί αντικείμενα μεταξύ τους.
Similarly, the astronomers' results are surely well-deserving of the Nobel Prize, but they raised an analogous question. What force is driving all galaxies to rush away from every other at an ever-quickening speed? Well the most promising answer comes from an old idea of Einstein's. You see, we are all used to gravity being a force that does one thing, pulls objects together. But in Einstein's theory of gravity, his general theory of relativity, gravity can also push things apart.
Πώς; Σύμφωνα, λοιπόν, με μαθηματικές εξισώσεις του Αϊνστάιν, εάν ο χώρος είναι ομοιόμορφα γεμάτος με μια αόρατη ενέργεια, όπως ένα είδος ομοιόμορφης, αόρατης ομίχλης, τότε η βαρύτητα που ασκείται από αυτό το νέφος θα ήταν απωστική, απωστική βαρύτητα, ό,τι ακριβώς χρειαζόμαστε για να εξηγήσουμε τις παρατηρήσεις. Λόγω του ότι η απωστική βαρύτητα μιας αόρατης ενέργειας στο χώρο -- τώρα την αποκαλούμε σκοτεινή ενέργεια, αλλά εδώ την παρουσιάζω ως λευκό καπνό για να τη δείτε -- η απωστική της βαρύτητα θα προκαλούσε κάθε γαλαξία να σπρώξει κάθε άλλον, αναγκάζοντας την επέκταση να επιταχύνει, αντί να επιβραδύνει. Και αυτή η εξήγηση αποτελεί μεγάλη πρόοδο.
How? Well according to Einstein's math, if space is uniformly filled with an invisible energy, sort of like a uniform, invisible mist, then the gravity generated by that mist would be repulsive, repulsive gravity, which is just what we need to explain the observations. Because the repulsive gravity of an invisible energy in space -- we now call it dark energy, but I've made it smokey white here so you can see it -- its repulsive gravity would cause each galaxy to push against every other, driving expansion to speed up, not slow down. And this explanation represents great progress.
Αλλά, σας υποσχέθηκα ένα μυστήριο εδώ, στο πρώτο μέρος. Ας το δούμε. Όταν οι επιστήμονες υπολόγισαν πόση από αυτή την σκοτεινή ενέργεια πρέπει να εγχύνεται στο χώρο ώστε να είναι υπαίτια για την κοσμική επιτάχυνση, δείτε τι ανακάλυψαν. Αυτός ο αριθμός είναι μικρός. Εκφρασμένος στη σχετική μονάδα, είναι θεαματικά μικρός. Και το μυστήριο είναι το να εξηγηθεί αυτός ο ιδιόρρυθμος αριθμός. Θέλουμε αυτός ο αριθμός να προκύπτει από τους νόμους της Φυσικής, αλλά μέχρι στιγμής κανένας δεν το έχει καταφέρει αυτό.
But I promised you a mystery here in part one. Here it is. When the astronomers worked out how much of this dark energy must be infusing space to account for the cosmic speed up, look at what they found. This number is small. Expressed in the relevant unit, it is spectacularly small. And the mystery is to explain this peculiar number. We want this number to emerge from the laws of physics, but so far no one has found a way to do that.
Μπορεί να αναρωτιέστε: "Πρέπει να μας ενδιαφέρει;" Ίσως, η εξήγηση αυτού του αριθμού να είναι ένα τεχνικό ζήτημα, μια τεχνική λεπτομέρεια που ενδιαφέρει τους ειδικούς, και δεν έχει σημασία για κανέναν άλλον. Σίγουρα είναι μία τεχνική λεπτομέρεια, αλλά ορισμένες λεπτομέρειες πραγματικά έχουν σημασία. Μερικές λεπτομέρειες παρέχουν πρόσβαση σε αχαρτογράφητες σφαίρες της πραγματικότητας, και αυτός ο ιδιόρρυθμος αριθμός μπορεί να κάνει ακριβώς αυτό, καθώς η μοναδική προσέγγιση που έχει σημειώσει πρόοδο στο να τον εξηγήσει επικαλείται τη δυνατότητα άλλων συμπάντων -- μια ιδέα που απορρέει από τη Θεωρία Χορδών, -- που με πηγαίνει στο δεύτερο μέρος: στη Θεωρία Χορδών.
Now you might wonder, should you care? Maybe explaining this number is just a technical issue, a technical detail of interest to experts, but of no relevance to anybody else. Well it surely is a technical detail, but some details really matter. Some details provide windows into uncharted realms of reality, and this peculiar number may be doing just that, as the only approach that's so far made headway to explain it invokes the possibility of other universes -- an idea that naturally emerges from string theory, which takes me to part two: string theory.
Κρατήστε, λοιπόν, το μυστήριο της σκοτεινής ενέργειας στο πίσω μέρος του μυαλού σας, καθώς θα συνεχίσω για να σας πω τρία σημαντικά σημεία για τη Θεωρία Χορδών. Πρώτα απ' όλα, τι είναι; Λοιπόν, είναι μια προσέγγιση που εκπληρώνει το όνειρο του Αϊνστάιν για μία Ενοποιημένη Θεωρία της Φυσικής, ένα ενιαίο ευρύτερο πλαίσιο που θα μπορεί να περιγράψει όλες τις δυνάμεις που ασκούνται στο Σύμπαν. Και η κεντρική ιδέα της Θεωρίας Χορδών είναι αρκετά απλή. Αυτή λέει πως εάν εξετάσετε οποιοδήποτε κομμάτι ύλης ολοένα και σε πιο χαμηλό επίπεδο, αρχικά θα βρείτε τα μόρια και μετά τα άτομα και υποατομικά σωματίδια. Αλλά η θεωρία λέει πως εάν μπορούσαμε να εξερευνήσουμε μικροσκοπικά, πολύ πιο μικροσκοπικά από ό,τι μπορούμε με την υπάρχουσα τεχνολογία, θα βρίσκαμε κάτι άλλο μέσα σε αυτά τα σωματίδια -- ένα πολύ μικρό δονούμενο νήμα ενέργειας, μια πολύ μικρή παλλόμενη χορδή. Και, όπως οι χορδές ενός βιολιού, μπορούν να δονηθούν σε διαφορετικά μοτίβα και να παράγουν διαφορετικές μουσικές νότες. Αυτές οι μικρές θεμελιώδεις χορδές, όταν δονούνται σε διαφορετικά μοτίβα, παράγουν διαφορετικά είδη σωματιδίων -- όπως ηλεκτρόνια, κουάρκ, νετρίνα, φωτόνια, όλα τα άλλα σωματίδια θα ενώνονταν σε ένα ενιαίο πλαίσιο, καθώς θα προέκυπταν από τις παλλόμενες χορδές. Είναι μια συναρπαστική εικόνα, ένα είδος κοσμικής συμφωνίας, όπου όλος ο πλούτος που βλέπουμε τριγύρω στον κόσμο μας προκύπτει από τη μουσική που μπορούν να παίξουν αυτές οι μικρές, μικροσκοπικές χορδές.
So hold the mystery of the dark energy in the back of your mind as I now go on to tell you three key things about string theory. First off, what is it? Well it's an approach to realize Einstein's dream of a unified theory of physics, a single overarching framework that would be able to describe all the forces at work in the universe. And the central idea of string theory is quite straightforward. It says that if you examine any piece of matter ever more finely, at first you'll find molecules and then you'll find atoms and subatomic particles. But the theory says that if you could probe smaller, much smaller than we can with existing technology, you'd find something else inside these particles -- a little tiny vibrating filament of energy, a little tiny vibrating string. And just like the strings on a violin, they can vibrate in different patterns producing different musical notes. These little fundamental strings, when they vibrate in different patterns, they produce different kinds of particles -- so electrons, quarks, neutrinos, photons, all other particles would be united into a single framework, as they would all arise from vibrating strings. It's a compelling picture, a kind of cosmic symphony, where all the richness that we see in the world around us emerges from the music that these little, tiny strings can play.
Αλλά, υπάρχει ένα κόστος σε αυτή την κομψή ενοποίηση, διότι χρόνιες έρευνες έδειξαν ότι τα μαθηματικά της Θεωρίας Χορδών δεν την αποδείκνυαν. Έχουν εσωτερικές αντιφάσεις, εκτός και εάν επιτρέψουμε κάτι τελείως άγνωστο: επιπλέον διαστάσεις στο χώρο. Όλοι γνωρίζουμε τις τρεις γνωστές διαστάσεις του χώρου. Και μπορείτε να τις σκεφτείτε ως ύψος, πλάτος και βάθος. Αλλά η Θεωρία Χορδών λέει ότι, σε απίθανα μικρές κλίμακες, υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις κουβαριασμένες σε ένα τόσο μικρό μέγεθος που δεν τις έχουμε εντοπίσει. Παρόλο που οι διαστάσεις είναι κρυμμένες, έχουν αντίκτυπο στα αντικείμενα που μπορούμε να παρατηρήσουμε, επειδή το σχήμα των επιπλέον διαστάσεων περιορίζει το πώς πάλλονται οι χορδές. Στη Θεωρία Χορδών, η δόνηση καθορίζει τα πάντα. Έτσι, οι μάζες των σωματιδίων, η ενάσκηση των δυνάμεων, και κυρίως, η ποσότητα της σκοτεινής ύλης θα καθορίζονταν από το σχήμα των επιπλέον διαστάσεων. Εάν, λοιπόν, γνωρίζαμε τη μορφή των επιπλέον διαστάσεων, θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε αυτά τα χαρακτηριστικά, να υπολογίσουμε το μέγεθος της σκοτεινής ύλης.
But there's a cost to this elegant unification, because years of research have shown that the math of string theory doesn't quite work. It has internal inconsistencies, unless we allow for something wholly unfamiliar -- extra dimensions of space. That is, we all know about the usual three dimensions of space. And you can think about those as height, width and depth. But string theory says that, on fantastically small scales, there are additional dimensions crumpled to a tiny size so small that we have not detected them. But even though the dimensions are hidden, they would have an impact on things that we can observe because the shape of the extra dimensions constrains how the strings can vibrate. And in string theory, vibration determines everything. So particle masses, the strengths of forces, and most importantly, the amount of dark energy would be determined by the shape of the extra dimensions. So if we knew the shape of the extra dimensions, we should be able to calculate these features, calculate the amount of dark energy.
Η πρόκληση είναι πως δε γνωρίζουμε τη μορφή των επιπλέον διαστάσεων. Το μόνο που έχουμε είναι μια λίστα με υποψήφιες μορφές που επιτρέπονται από τα μαθηματικά. Όταν αυτές οι ιδέες αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά, υπήρχαν μόνο πέντε διαφορετικές υποψήφιες μορφές, οπότε μπορείτε να φανταστείτε πως η ανάλυσή τους μία προς μία θα καθόριζε την απόδοση των φυσικών χαρακτηριστικών που παρατηρούμε. Αλλά, με τα χρόνια η λίστα μεγάλωσε καθώς οι ερευνητές έβρισκαν και άλλες υποψήφιες μορφές. Από πέντε, ο αριθμός έφτασε τις εκατοντάδες και μετά τις χιλιάδες. Μία μεγάλη, αλλά ακόμα διαχειρίσιμη, συλλογή προς ανάλυση, αφού άλλωστε, οι απόφοιτοι φοιτητές χρειάζονται υλικό. Αλλά η λίστα συνέχιζε να μεγαλώνει σε εκατομμύρια και δισεκατομμύρια, μέχρι σήμερα. Η λίστα των υποψήφιων μορφών έχει φτάσει περίπου στο 10 εις την 500.
The challenge is we don't know the shape of the extra dimensions. All we have is a list of candidate shapes allowed by the math. Now when these ideas were first developed, there were only about five different candidate shapes, so you can imagine analyzing them one-by-one to determine if any yield the physical features we observe. But over time the list grew as researchers found other candidate shapes. From five, the number grew into the hundreds and then the thousands -- A large, but still manageable, collection to analyze, since after all, graduate students need something to do. But then the list continued to grow into the millions and the billions, until today. The list of candidate shapes has soared to about 10 to the 500.
Τι κάνουμε, λοιπόν; Μερικοί ερευνητές απογοητεύτηκαν, συμπεραίνοντας πως ήταν τόσες πολλές οι υποψήφιες μορφές των επιπλέον διαστάσεων, που καθεμία έδινε διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά, ώστε η Θεωρία Χορδών δε θα έδινε ποτέ οριστικές, ελέγξιμες προβλέψεις. Αλλά άλλοι αναθεώρησαν το ζήτημα, πηγαίνοντάς μας στην πιθανότητα του πολυσύμπαντος. Ακούστε την ιδέα. Ίσως κάθε ένα από αυτά τα σχήματα είναι ισότιμο με τα υπόλοιπα. Καθένα είναι τόσο αληθινό όσο και τα υπόλοιπα, υπό την έννοια ότι υπάρχουν πολλά σύμπαντα, καθένα με διαφορετική μορφή, για τις επιπλέον διαστάσεις. Αυτή η ριζοσπαστική πρόταση έχει μια βαθιά επίδραση στο παρόν μυστήριο: στην ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας που αποκάλυψαν τα βραβευμένα με Νόμπελ αποτελέσματα.
So, what to do? Well some researchers lost heart, concluding that was so many candidate shapes for the extra dimensions, each giving rise to different physical features, string theory would never make definitive, testable predictions. But others turned this issue on its head, taking us to the possibility of a multiverse. Here's the idea. Maybe each of these shapes is on an equal footing with every other. Each is as real as every other, in the sense that there are many universes, each with a different shape, for the extra dimensions. And this radical proposal has a profound impact on this mystery: the amount of dark energy revealed by the Nobel Prize-winning results.
Βλέπετε, εάν υπάρχουν άλλα σύμπαντα, και εάν αυτά τα σύμπαντα έχουν, ας πούμε, το καθένα ένα διαφορετικό σχήμα για τις επιπλέον διαστάσεις, τότε τα φυσικά χαρακτηριστικά κάθε σύμπαντος θα είναι διαφορετικά, και συγκεκριμένα, η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας σε κάθε σύμπαν θα είναι διαφορετική. Αυτό σημαίνει ότι το μυστήριο να εξηγηθεί η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας που τώρα έχουμε μετρήσει θα έπαιρνε έναν εντελώς διαφορετικό χαρακτήρα. Σε αυτό το πλαίσιο, οι νόμοι της φυσικής δε μπορούν να καθορίσουν μια τιμή για την σκοτεινή ενέργεια, γιατί δεν υπάρχει μόνο μια τιμή, υπάρχουν πολλές τιμές. Που σημαίνει ότι κάναμε λάθος στο ερώτημα. Η σωστή ερώτηση που πρέπει να κάνουμε είναι γιατί εμείς οι άνθρωποι βρισκόμαστε σε ένα σύμπαν με μια συγκεκριμένη ποσότητα σκοτεινής ενέργειας που έχουμε μετρήσει αντί οποιασδήποτε από τις άλλες δυνατότητες που υπάρχουν εκεί έξω;
Because you see, if there are other universes, and if those universes each have, say, a different shape for the extra dimensions, then the physical features of each universe will be different, and in particular, the amount of dark energy in each universe will be different. Which means that the mystery of explaining the amount of dark energy we've now measured would take on a wholly different character. In this context, the laws of physics can't explain one number for the dark energy because there isn't just one number, there are many numbers. Which means we have been asking the wrong question. It's that the right question to ask is, why do we humans find ourselves in a universe with a particular amount of dark energy we've measured instead of any of the other possibilities that are out there?
Και αυτό είναι ένα ζήτημα επί του οποίου μπορούμε να σημειώσουμε πρόοδο. Διότι αυτά τα σύμπαντα που έχουν πολύ περισσότερη σκοτεινή ενέργεια από τη δική μας, όποτε η ύλη προσπαθεί να σχηματίσει γαλαξίες, η απωστική ώθηση της σκοτεινής ενέργειας είναι τόσο δυνατή που διαλύει τη συστάδα τελείως και δε δημιουργούνται γαλαξίες. Και σε αυτά τα σύμπαντα που έχουν πολύ λιγότερη σκοτεινή ενέργεια, καταρρέουν στον εαυτό τους τόσο γρήγορα όπου, ξανά, δε σχηματίζονται γαλαξίες. Και χωρίς γαλαξίες, δεν υπάρχουν άστρα, ούτε πλανήτες και καμία περίπτωση για τη ζωή της δικής μας μορφής να υπάρξει σε αυτά τα σύμπαντα.
And that's a question on which we can make headway. Because those universes that have much more dark energy than ours, whenever matter tries to clump into galaxies, the repulsive push of the dark energy is so strong that it blows the clump apart and galaxies don't form. And in those universes that have much less dark energy, well they collapse back on themselves so quickly that, again, galaxies don't form. And without galaxies, there are no stars, no planets and no chance for our form of life to exist in those other universes.
Βρισκόμαστε σε ένα σύμπαν με τη συγκεκριμένη ποσότητα σκοτεινής ενέργειας που έχει μετρηθεί απλά επειδή το Σύμπαν μας έχει τις συνθήκες να φιλοξενήσει ζωή της δικής μας μορφής. Αυτό είναι όλο. Το μυστήριο λύθηκε, βρέθηκε το πολυσύμπαν. Κάποιοι βρίσκουν αυτή την εξήγηση μη ικανοποιητική. Έχουμε συνηθίσει στη Φυσική να μας δίνονται οριστικές εξηγήσεις για τα χαρακτηριστικά που παρατηρούμε. Το θέμα όμως είναι, εάν το χαρακτηριστικό που παρατηρούμε μπορεί να πάρει μια πληθώρα διαφορετικών τιμών σε όλο το ευρύτερο τοπίο της πραγματικότητας, τότε σκεπτόμενοι μια εξήγηση για μια συγκεκριμένη τιμή είναι απλά λάθος.
So we find ourselves in a universe with the particular amount of dark energy we've measured simply because our universe has conditions hospitable to our form of life. And that would be that. Mystery solved, multiverse found. Now some find this explanation unsatisfying. We're used to physics giving us definitive explanations for the features we observe. But the point is, if the feature you're observing can and does take on a wide variety of different values across the wider landscape of reality, then thinking one explanation for a particular value is simply misguided.
Ένα πρώιμο παράδειγμα προέρχεται από τον μεγάλο αστρονόμο Γιοχάνες Κέπλερ που είχε εμμονή με την κατανόηση μιας διαφορετικής τιμής: Γιατί ο Ήλιος είναι 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη. Και εργάστηκε για δεκαετίες προσπαθώντας να εξηγήσει αυτή την τιμή, αλλά δεν το κατάφερε ποτέ, και γνωρίζουμε το γιατί. Ο Κέπλερ έκανε την λάθος ερώτηση.
An early example comes from the great astronomer Johannes Kepler who was obsessed with understanding a different number -- why the Sun is 93 million miles away from the Earth. And he worked for decades trying to explain this number, but he never succeeded, and we know why. Kepler was asking the wrong question.
Σήμερα γνωρίζουμε ότι υπάρχουν πολλοί πλανήτες σε μια πληθώρα διαφορετικών αποστάσεων από το κεντρικό άστρο τους. Η ελπίδα πως οι νόμοι της Φυσικής θα εξηγούσαν τη συγκεκριμένη τιμή των 150 εκατομμυρίων χιλιομέτρων, είναι απλά λανθασμένη. Αντιθέτως, η σωστή ερώτηση είναι γιατί εμείς οι άνθρωποι βρισκόμαστε σε έναν πλανήτη με αυτή την συγκεκριμένη απόσταση, αντί οποιασδήποτε άλλης από τόσες πιθανότητες; Και πάλι, αυτή είναι μια ερώτηση που μπορούμε να απαντήσουμε. Αυτοί οι πλανήτες που είναι πολύ κοντύτερα σε ένα άστρο όπως ο Ήλιος θα ήταν τόσο θερμοί που ζωή της δικής μας μορφής δε θα υπήρχε. Και αυτοί οι πλανήτες που είναι πολύ μακρύτερα από το άστρο θα ήταν τόσο ψυχροί που, ξανά, ζωή της δικής μας μορφής δε θα υπήρχε. Βρισκόμαστε σε έναν πλανήτη σε αυτή την συγκεκριμένη απόσταση απλώς και μόνο επειδή αποφέρει προϋποθέσεις ζωτικής σημασίας για τη ζωή της δικής μας μορφής. Και όσον αφορά τους πλανήτες και τις αποστάσεις τους, αυτός είναι σαφώς ο σωστός τρόπος συλλογισμού. Το θέμα είναι όσον αφορά τα σύμπαντα και τη σκοτεινή ενέργεια που περιέχουν, ίσως επίσης είναι ο σωστός τρόπος συλλογισμού.
We now know that there are many planets at a wide variety of different distances from their host stars. So hoping that the laws of physics will explain one particular number, 93 million miles, well that is simply wrongheaded. Instead the right question to ask is, why do we humans find ourselves on a planet at this particular distance, instead of any of the other possibilities? And again, that's a question we can answer. Those planets which are much closer to a star like the Sun would be so hot that our form of life wouldn't exist. And those planets that are much farther away from the star, well they're so cold that, again, our form of life would not take hold. So we find ourselves on a planet at this particular distance simply because it yields conditions vital to our form of life. And when it comes to planets and their distances, this clearly is the right kind of reasoning. The point is, when it comes to universes and the dark energy that they contain, it may also be the right kind of reasoning.
Μία θεμελιώδης διαφορά, φυσικά, είναι πως γνωρίζουμε ότι υπάρχουν άλλοι πλανήτες εκεί έξω, αλλά μέχρι στιγμής μόνο εικάζουμε στην πιθανότητα να υπάρχουν άλλα σύμπαντα. Για να τα συνδυάσουμε όλα αυτά μαζί, χρειαζόμαστε έναν μηχανισμό που να μπορεί να δημιουργήσει άλλα σύμπαντα. Και έτσι φτάνουμε στο τελευταίο, τρίτο μέρος. Γιατί αυτός ο μηχανισμός έχει βρεθεί από κοσμολόγους που προσπαθούν να κατανοήσουν την Μεγάλη Έκρηξη. Βλέπετε, όταν αναφερόμαστε στη Μεγάλη Έκρηξη, συχνά έχουμε μια εικόνα κάποιου είδους κοσμικής έκρηξης που δημιούργησε το Σύμπαν μας και ώθησε το χώρο προς τα έξω.
One key difference, of course, is we know that there are other planets out there, but so far I've only speculated on the possibility that there might be other universes. So to pull it all together, we need a mechanism that can actually generate other universes. And that takes me to my final part, part three. Because such a mechanism has been found by cosmologists trying to understand the Big Bang. You see, when we speak of the Big Bang, we often have an image of a kind of cosmic explosion that created our universe and set space rushing outward.
Αλλά υπάρχει ένα μικρό μυστικό. Η Μεγάλη Έκρηξη αφήνει απ' έξω κάτι πολύ σημαντικό, την Έκρηξη. Μας εξηγεί πώς εξελίχθηκε το σύμπαν μετά την Έκρηξη, αλλά δε μας δίνει πληροφορίες του πώς τροφοδοτήθηκε η ίδια η Έκρηξη. Και αυτό το κενό γέμισε επιτέλους από μια βελτιωμένη έκδοση της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης. Ονομάζεται πληθωριστική κοσμολογία, που εντόπισε ένα συγκεκριμένο είδος κινητήριας δύναμης που παρήγαγε φυσικά μια εξωτερική ορμή στον χώρο. Η κινητήρια δύναμη βασίζεται σε αυτό που ονομάζεται κβαντικό πεδίο, αλλά η μόνη λεπτομέρεια που ενδιαφέρει εμάς είναι ότι αυτή η κινητήρια δύναμη αποδεικνύεται τόσο αποτελεσματική που είναι σχεδόν αδύνατο να χρησιμοποιηθεί ολόκληρη, που στην πληθωριστική θεωρία σημαίνει ότι η Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε το σύμπαν μας δεν ήταν ένα μοναδικό γεγονός. Αντιθέτως, η κινητήρια δύναμη όχι μόνο δημιούργησε τη δική μας Μεγάλη Έκρηξη, αλλά δημιούργησε επίσης αμέτρητες άλλες Μεγάλες Εκρήξεις, όπου κάθε μία οδήγησε στο δικό της ξεχωριστό σύμπαν με το σύμπαν μας να είναι τίποτα άλλο από μια σφαίρα σε ένα μεγάλο "κοσμικό αφρόλουτρο" από σύμπαντα.
But there's a little secret. The Big Bang leaves out something pretty important, the Bang. It tells us how the universe evolved after the Bang, but gives us no insight into what would have powered the Bang itself. And this gap was finally filled by an enhanced version of the Big Bang theory. It's called inflationary cosmology, which identified a particular kind of fuel that would naturally generate an outward rush of space. The fuel is based on something called a quantum field, but the only detail that matters for us is that this fuel proves to be so efficient that it's virtually impossible to use it all up, which means in the inflationary theory, the Big Bang giving rise to our universe is likely not a one-time event. Instead the fuel not only generated our Big Bang, but it would also generate countless other Big Bangs, each giving rise to its own separate universe with our universe becoming but one bubble in a grand cosmic bubble bath of universes.
Τώρα, εάν το συγχωνεύσουμε αυτό με τη θεωρία χορδών, οδηγούμαστε σε αυτή την εικόνα. Καθένα από αυτά τα σύμπαντα έχει επιπλέον διαστάσεις. Οι επιπλέον διαστάσεις λαμβάνουν μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών σχημάτων. Τα διαφορετικά σχήματα αποφέρουν διαφορετικά φυσικά χαρακτηριστικά. Και βρισκόμαστε σε ένα σύμπαν αντί κάποιου άλλου επειδή απλά μόνο στο Σύμπαν μας φυσικά χαρακτηριστικά, όπως η ποσότητα της σκοτεινής ενέργειας, είναι τα σωστά για την ύπαρξη ζωής με τη δικής μας μορφή. Αυτή είναι η συναρπαστική, αλλά εξαιρετικά αμφιλεγόμενη εικόνα του ευρύτερου κόσμου που η προηγμένη παρατήρηση και θεωρία μας έχουν οδηγήσει να λάβουμε σοβαρά υπόψη.
And now, when we meld this with string theory, here's the picture we're led to. Each of these universes has extra dimensions. The extra dimensions take on a wide variety of different shapes. The different shapes yield different physical features. And we find ourselves in one universe instead of another simply because it's only in our universe that the physical features, like the amount of dark energy, are right for our form of life to take hold. And this is the compelling but highly controversial picture of the wider cosmos that cutting-edge observation and theory have now led us to seriously consider.
Ένα μεγάλο αναπάντητο ερώτημα, φυσικά, είναι θα μπορέσουμε ποτέ να επιβεβαιώσουμε την ύπαρξη άλλων συμπάντων; Επιτρέψτε μου να περιγράψω έναν τρόπο που μπορεί μια μέρα να συμβεί. Η πληθωριστική θεωρία έχει ήδη την ισχυρή υποστήριξη της παρατήρησης. Επειδή η θεωρία προβλέπει ότι η Μεγάλη Έκρηξη θα ήταν τόσο έντονη καθώς ο χώρος επεκτάθηκε γρήγορα, μικροσκοπικές κβαντικές δονήσεις από τον μικρόκοσμο θα έχουν απλωθεί στον μακρόκοσμο, αποδίδοντας ένα διακριτικό δακτυλικό αποτύπωμα, ένα μοτίβο από ελαφρώς θερμότερα σημεία και ελαφρώς ψυχρά σημεία, σε όλο το χώρο, που πανίσχυρα τηλεσκόπια τα έχουν ήδη παρατηρήσει. Πηγαίνοντας παραπέρα, εάν υπάρχουν άλλα σύμπαντα, η θεωρία προβλέπει ότι κάθε τόσο αυτά τα σύμπαντα μπορεί να συγκρουστούν. Και εάν το Σύμπαν χτυπούσε με ένα άλλο, αυτή η σύγκρουση θα δημιουργούσε ένα πρόσθετο λεπτό μοτίβο από θερμοκρασιακές μεταβολές στο χώρο που ίσως μια ημέρα να μπορέσουμε να εντοπίσουμε. Όσο εξωτική και αν είναι αυτή η εικόνα, μπορεί μια μέρα να αποδειχθεί από τις παρατηρήσεις, εδραιώνοντας την ύπαρξη άλλων συμπάντων.
One big remaining question, of course, is, could we ever confirm the existence of other universes? Well let me describe one way that might one day happen. The inflationary theory already has strong observational support. Because the theory predicts that the Big Bang would have been so intense that as space rapidly expanded, tiny quantum jitters from the micro world would have been stretched out to the macro world, yielding a distinctive fingerprint, a pattern of slightly hotter spots and slightly colder spots, across space, which powerful telescopes have now observed. Going further, if there are other universes, the theory predicts that every so often those universes can collide. And if our universe got hit by another, that collision would generate an additional subtle pattern of temperature variations across space that we might one day be able to detect. And so exotic as this picture is, it may one day be grounded in observations, establishing the existence of other universes.
Θα ολοκληρώσω με μια εντυπωσιακή επίπτωση όλων αυτών των ιδεών για το πολύ μακρινό μέλλον. Βλέπετε, μάθαμε ότι το Σύμπαν μας δεν είναι στατικό, ότι ο χώρος διαστέλλεται, ότι η διαστολή επιταχύνεται και ότι μπορεί να υπάρχουν άλλα σύμπαντα, όλα αυτά από την προσεκτική εξέταση αμυδρών εντοπισμών του αστρικού φωτός που μας έρχεται από μακρινούς γαλαξίες. Αλλά, επειδή η διαστολή επιταχύνεται, στο πολύ μακρινό μέλλον, αυτοί οι γαλαξίες θα απομακρύνονται τόσο πολύ και τόσο γρήγορα που δε θα μπορούμε να τους δούμε -- όχι λόγω τεχνολογικών περιορισμών, αλλά λόγω των νόμων της Φυσικής. Το φως που θα εκπέμπουν αυτοί οι γαλαξίες, ακόμα και αν ταξιδέψει με την γρηγορότερη ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός, δε θα μπορέσει να υπερβεί το διαρκώς διευρυνόμενο χάσμα μεταξύ μας. Έτσι, οι αστρονόμοι του μακρινού μέλλοντος παρατηρώντας το απέραντο διάστημα δε θα βλέπουν τίποτα παρά μία ατελείωτη έκταση από στατική, μαύρη ακινησία. Και θα συμπεράνουν ότι το Σύμπαν είναι στατικό και αμετάβλητο και αποτελείται από μία και μόνο κεντρική όαση ύλης την οποία κατοικούν -- μια εικόνα του κόσμου που σίγουρα γνωρίζουμε πως είναι λανθασμένη.
I'll conclude with a striking implication of all these ideas for the very far future. You see, we learned that our universe is not static, that space is expanding, that that expansion is speeding up and that there might be other universes all by carefully examining faint pinpoints of starlight coming to us from distant galaxies. But because the expansion is speeding up, in the very far future, those galaxies will rush away so far and so fast that we won't be able to see them -- not because of technological limitations, but because of the laws of physics. The light those galaxies emit, even traveling at the fastest speed, the speed of light, will not be able to overcome the ever-widening gulf between us. So astronomers in the far future looking out into deep space will see nothing but an endless stretch of static, inky, black stillness. And they will conclude that the universe is static and unchanging and populated by a single central oasis of matter that they inhabit -- a picture of the cosmos that we definitively know to be wrong.
Ίσως οι μελλοντικοί αστρονόμοι να έχουν αρχεία μιας προηγούμενης εποχής, σαν τη δική μας, που να βεβαιώνουν ένα επεκτεινόμενο σύμπαν που ομαδοποιείται σε γαλαξίες. Θα μπορούσαν αυτοί οι μελλοντικοί αστρονόμοι να πιστέψουν αυτή την αρχαία γνώση; Ή θα πιστεύουν στο μαύρο, άδειο στατικό Σύμπαν αυτά που θα τους αποκαλύψουν οι προηγμένης τεχνολογίας παρατηρήσεις τους; Υποψιάζομαι το τελευταίο. Που σημαίνει ότι ζούμε σε μια εξαιρετικά προνομιακή εποχή όπου ορισμένες βαθύτερες αλήθειες για το σύμπαν είναι ακόμα προσιτές στο ανθρώπινο πνεύμα της εξερεύνησης. Φαίνεται πως μπορεί να μην είναι πάντα έτσι. Γιατί οι σημερινοί αστρονόμοι, με τη χρήση πανίσχυρων τηλεσκοπίων στον ουρανό έχουν καταγράψει ένα σωρό από έντονης αντίθεσης πληροφοριακά φωτόνια, ένα είδος κοσμικού τηλεγραφήματος που εκπέμπει εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια. Και το μήνυμα που ηχεί όλα αυτά τα χρόνια είναι σαφές. Μερικές φορές η φύση προστατεύει τα μυστικά της με την άρρηκτη λαβή των φυσικών νόμων. Μερικές φορές η αληθινή φύση της πραγματικότητας παραμονεύει ακριβώς πέρα από τον ορίζοντα.
Now maybe those future astronomers will have records handed down from an earlier era, like ours, attesting to an expanding cosmos teeming with galaxies. But would those future astronomers believe such ancient knowledge? Or would they believe in the black, static empty universe that their own state-of-the-art observations reveal? I suspect the latter. Which means that we are living through a remarkably privileged era when certain deep truths about the cosmos are still within reach of the human spirit of exploration. It appears that it may not always be that way. Because today's astronomers, by turning powerful telescopes to the sky, have captured a handful of starkly informative photons -- a kind of cosmic telegram billions of years in transit. and the message echoing across the ages is clear. Sometimes nature guards her secrets with the unbreakable grip of physical law. Sometimes the true nature of reality beckons from just beyond the horizon.
Σας ευχαριστώ πολύ.
Thank you very much.
(Χειροκρότημα)
(Applause)
Κρις Άντερσον: Μπράιαν, σε ευχαριστούμε. Το εύρος των ιδεών που μας παρουσίασες είναι συγκλονιστικό, συναρπαστικό, απίστευτο. Που πιστεύεις πως βρίσκεται η σημερινή κοσμολογία, σε σχέση με την ιστορική της πλευρά; Κατά την άποψή σου, είμαστε στη μέση μιας ιστορικής ασυνήθειας;
Chris Anderson: Brian, thank you. The range of ideas you've just spoken about are dizzying, exhilarating, incredible. How do you think of where cosmology is now, in a sort of historical side? Are we in the middle of something unusual historically in your opinion?
Γκριν: Είναι δύσκολο να απαντήσω. Όταν μαθαίνουμε ότι οι αστρονόμοι του μακρινού μέλλοντος μπορεί να μην έχουν αρκετές πληροφορίες για να κατανοήσουν ορισμένα θέματα, είναι φυσικό να αναρωτηθούμε εάν είμαστε ήδη στην ίδια θέση και μερικά βαθύτερα, κρίσιμα χαρακτηριστικά του Σύμπαντος έχουν ήδη ξεφύγει της ικανότητάς μας να καταλάβουμε, λόγω του τρόπου που εξελίσσεται η κοσμολογία. Από αυτή την προοπτική, ίσως να θέτουμε συνεχώς διαρκώς ερωτήματα στα οποία να μην μπορέσουμε ποτέ να δώσουμε απάντηση.
BG: Well it's hard to say. When we learn that astronomers of the far future may not have enough information to figure things out, the natural question is, maybe we're already in that position and certain deep, critical features of the universe already have escaped our ability to understand because of how cosmology evolves. So from that perspective, maybe we will always be asking questions and never be able to fully answer them.
Από την άλλη, τώρα μπορούμε να καταλάβουμε πόσων χρονών είναι το σύμπαν. Μπορούμε να καταλάβουμε πώς να κατανοήσουμε τα δεδομένα από την μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου που καθορίστηκαν 13,72 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και όμως, σήμερα μπορούμε να κάνουμε υπολογισμούς που προβλέπουν πώς θα είναι αυτά και επαληθευόμαστε. Απίστευτο! Αυτό είναι απλά καταπληκτικό. Από τη μία πλευρά, είναι απλά απίστευτο πού έχουμε φτάσει, αλλά ποιός ξέρει τι είδους εμπόδια μπορούμε να βρούμε στο μέλλον.
On the other hand, we now can understand how old the universe is. We can understand how to understand the data from the microwave background radiation that was set down 13.72 billion years ago -- and yet, we can do calculations today to predict how it will look and it matches. Holy cow! That's just amazing. So on the one hand, it's just incredible where we've gotten, but who knows what sort of blocks we may find in the future.
Κρις: Θα παραμείνεις εδώ τις επόμενες ημέρες. Ίσως κάποιες από αυτές τις συζητήσεις μπορούν να συνεχιστούν. Ευχαριστώ. Σε ευχαριστούμε Μπράιαν. Γκριν: Ευχαρίστηση μου.
CA: You're going to be around for the next few days. Maybe some of these conversations can continue. Thank you. Thank you, Brian. (BG: My pleasure.)
(Χειροκρότημα)
(Applause)