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.
Muutama kuukausi sitten fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin kahdelle astronomiryhmälle löydöstä, jota on ylistetty yhdeksi tärkeimmistä tähtitieteellisistä havainnoista. Kuvattuani lyhyesti heidän löytöään kerron erittäin kiistanalaisesta viitekehyksestä löydön selittämiseksi, mahdollisuudesta, että kaukana Maasta, Linnunradasta ja muista kaukaisista galakseista, voi löytyä todisteita siitä, ettei universumimme ole ainoa, vaan osa valtavaa universumikokonaisuutta, jota kutsutaan multiversumiksi.
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)
Idea multiversumista on outo. Useimmat on kasvatettu uskomaan, että sana "universumi" tarkoittaa kaikkea. Sanon tarkoituksella 'useimmat meistä', koska nelivuotias tyttäreni on kuunnellut minua syntymästään saakka. Viime vuonna hän oli sylissäni ja sanoin: "Sophia, rakastan sinua eniten universumissa." Hän kääntyi puoleeni sanoen: "Iskä, universumissa vai multiversumissa?" (Naurua)
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.
Ilman tällaista poikkeavaa kasvatusta on outoa kuvitella ulkopuolisia maailmoja, useimmat täysin eri piirteineen, joita oikeutetusti kutsuttaisiin omiksi universumeikseen. Vaikka idea varmasti onkin spekulatiivinen, tarkoitukseni on vakuuttaa, että se kannattaa ottaa vakavasti, koska se voi pitää paikkansa. Kertomukseni multiversumista on kolmiosainen. Ensiksi kuvailen palkittuja tuloksia korostaen syvällistä mysteeriä, jonka tulokset paljastivat. Toiseksi esitän ratkaisua mysteeriin. Se perustuu säieteoriaan, josta multiversumin idea tulee mukaan. Lopuksi, kolmas osa kuvaa inflaatioksi kutsuttua kosmologista teoriaa, joka kokoaa palaset yhteen.
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.
Okei, osa yksi alkaa vuonna 1929, kun suuri tähtitieteilijä Edwin Hubble tajusi, että kaikki kaukaiset galaksit syksyivät pois luotamme, osoittaen avaruuden itsensä venyvän ja laajenevan. Vallankumouksellista. Vallinneen viisauden mukaan koko universumi oli staattinen. Mutta silti kaikki olivat varmoja yhdestä asiasta: Kasvun täytyy olla hidastumassa. Samoin kuin maan vetovoima hidastaa ylöspäin heitetyn omenan nousua, kaikkien galaksien välisen vetovoiman on pakko hidastaa avaruuden laajenemista.
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?
Tehdään pikakelaus 1990-luvulle, jolloin kaksi mainitsemaani astronomiryhmää innostui ajatuksesta mittaamaan nopeuden, jolla laajeneminen on hidastunut. He tekivät sen havainnoimalla tunnollisesti lukuisia kaukaisia galakseja, joiden avulla kartoitettiin laajenemisvauhdin muutoksia ajan myötä. Tässä yllätys: He havaitsivat, ettei laajeneminen ole hidastumassa. Sen sijaan he huomasivat, että se kiihtyy yhä nopeammin. Kuin heittäisi omenan ylöspäin ja se nousisi yhä nopeammin. Jos omenalle kävisi näin, haluaisi tietää syyn. Mikä sitä työntää?
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.
Heidän tuloksensa ansaitsivat varmasti Nobel-palkinnon, mutta herättivät samankaltaisen kysymyksen. Mikä voima saa kaikki galaksit loittonemaan toisistaan yhä vinhempaa vauhtia? Lupaavin vastaus tulee Einsteinin vanhasta ideasta. Painovoimaa on totuttu pitämään voimana, joka vetää kappaleita yhteen. Einsteinin painovoimateoriassa, yleisessä suhteellisuusteoriassa, painovoima voi myös työntää kappaleita erilleen.
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.
Miten? Einsteinin matematiikan mukaan, jos näkymätön energia täyttää avaruuden tasaisesti, yhtenäisen, näkymättömän sumun tavoin, sumun synnyttämä painovoima työntäisi kappaleita erilleen, mitä tarvitaankin havaintojen selittämiseen. Koska avaruuden näkymättömän energian työntövoima -- pimeäksi energiaksi kutsuttu, kuvassa savunvalkoinen, jotta sen näkisi -- sen erilleen työntävä voima saisi kaikki galaksit hylkimään toisiaan laajenemista nopeuttaen, ei hidastaen. Tämä selitys on suuri edistysaskel.
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.
Mutta lupasin mysteerin osassa yksi. Tässä se on. Kun astronomit selvittivät, kuinka paljon pimeää energiaa avaruuden täytyy pitää sisällään, jotta se selittäisi kosmisen laajenemisen. Mitä he löysivätkään? Luku on pieni. Oikeassa yksikössä ilmaistuna se on äärimmäisen pieni. Mysteeri on merkillisen luvun selittäminen. Luvun halutaan seuraavan fysiikan laeista, mutta toistaiseksi se on jäänyt selvittämättä.
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.
Joku voi miettiä, onko sillä väliä. Ehkä luvun selittäminen on vain tekninen kysymys, asiantuntijoita kiinnostava tekninen yksityiskohta, vailla merkitystä kenellekään muulle. Se on varmasti tekninen yksityiskohta, mutta joillakin yksityiskohdilla on merkitystä. Jotkut avaavat ikkunoita todellisuuden kartoittamattomiin valtakuntiin, ja tuo erikoinen luku voi olla juuri sellainen. Toistaiseksi ainoa lähestymistapa, joka on edistänyt sen selvittämistä, nostaa esiin muiden universumeiden mahdollisuuden -- idean, joka luonnollisesti kumpuaa säieteoriasta, mikä vie osaan kaksi: säieteoria.
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.
Pidetään pimeän energian mysteeri takaraivossa, kun kerron kolme keskeistä asiaa säieteoriasta. Ensinnäkin, mikä se on? Tämä lähestymistapa toteuttaa Einsteinin unelman fysiikan yhtenäisteoriasta, yhdestä kaikenkattavasta paradigmasta, joka voisi kuvata universumin kaikki voimat. Säieteorian keskeinen idea on varsin yksinkertainen. Jos tutkitaan mitä tahansa ainetta yhä tarkemmin, löytyy ensin molekyylejä, sitten atomeja ja niitä pienempiä hiukkasia. Teoria sanoo, että jos pystyisi tutkimaan paljon pienempiä hiukkasia kuin nykyteknologialla, niiden sisältä löytyisi jotain muuta -- pienen pieniä väriseviä energiasäikeitä, pikkuruisia väriseviä jousia. Viulun kielten lailla ne voivat värähdellä eri muodoin, eri säveliä tuottaen. Kun nämä pienet perussäikeet värähtelevät eri tavoin, ne tuottavat erilaisia hiukkasia-- elektronit, kvarkit, neutriinot, fotonit ja muut hiukkaset yhdistyvät yhdeksi kokonaisuudeksi, koska ne kaikki syntyvät säikeiden värähtelystä. Kiehtova mielikuvakuva, eräänlainen kosminen sinfonia, jossa ympäröivän maailman ylenpalttinen runsaus syntyy musiikista, jota pienet jouset soittavat.
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.
Tällä elegantilla yhdistymisellä on hintansa, koska vuosien tutkimukset ovat osoittaneet, että säieteorian matematiikka ei oikein toimi. Siinä on sisäisiä epäjohdonmukaisuuksia, ellemme salli jotain täysin tuntematonta -- tilan lisäulottuvuuksia. Kaikki tuntevat kolme tavallista ulottuvuutta. Niitä voi ajatella korkeutena, leveytenä ja syvyytenä. Säieteorian uskomattoman pienessä mittakaavassa on lisäulottuvuuksia niin pieneen kokoon puristuneena, ettei niitä ole löydetty. Vaikka ulottuvuudet ovat piilossa, ne vaikuttavat asioihin, joita voimme havaita, koska lisäulottuvuuksien muoto rajoittaa säikeiden värähtelyä. Säieteoriassa värähtely määrää kaiken. Hiukkasmassat, voimien vahvuudet ja ennen kaikkea pimeän energian määrä riippuisi lisäulottuvuuksien muodosta. Jos tiedettäisiin lisäulottuvuuksien muoto, pitäisi voida laskea nämä piirteet, pimeän energian määrä.
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.
Haasteena on se, ettei tunneta lisäulottuvuuksien muotoa. On vain joukko mahdollisia muotoja, jotka matematiikka sallii. Kun näitä ideoita vasta kehiteltiin, ehdolla oli viitisen eri muotoa, joten voi kuvitella niitä analysoitavan yksi kerrallaan, jotta voisi päätellä, tuottaako joku havaitsemiamme fysikaalisia piirteitä. Ajan mittaan joukko kasvoi, kun tutkijat löysivät muita mahdollisia muotoja. Viidestä luku kasvoi satoihin ja sitten tuhansiin -- suuri, mutta vielä hallittava joukko analysoitavaksi, koska tarvitsevathan jatko-opiskelijatkin jotain tekemistä. Määrä jatkoi kasvuaan miljooniin ja miljardeihin. Muotoehdokkaiden joukko on ripeästi kivunnut noin 10 potenssiin 500.
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.
Mitä tehdä? Jotkut tutkijat ovat luovuttaneet ja päätelleet, että lisäulottuvuuksille oli ehdolla niin monia muotoja, jotka kaikki synnyttävät erilaisia fysikaalisia piirteitä, ettei säieteoria koskaan antaisi lopullisia, testattavissa olevia ennusteita. Toiset käänsivät asian päälaelleen ja esittivät multiversumin mahdollisuutta. Idea on tämä. Ehkä kaikki muodot ovat tasavertaisia keskenään. Jokainen on yhtä todellinen siinä mielessä, että on olemassa monta universumia, lisäulottuvuuksien eri muotoineen. Tämä radikaali ehdotus vaikuttaa merkittävästi mysteeriin: palkittujen tulosten paljastamaan pimeän energian määrään.
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?
Toisin sanoen, jos muita universumeita on olemassa ja jos niillä kaikilla on erilainen muoto lisäulottuvuuksille, niin jokaisen universumin fysikaaliset piirteet ovat erilaiset, ja erityisesti, kukin universumi sisältää pimeää energiaa eri määrän. Mikä tarkoittaa, että mysteeri pimeän energian määrän selvittämisestä saisi täysin erilaisen luonteen. Tässä yhteydessä fysiikan lait eivät voi antaa yhtä lukua pimeälle energialle, koska ei ole vain yhtä lukua, vaan monia lukuja. Mikä tarkoittaa, että on kysytty väärä kysymys. Pitäisi kysyä, miksi me ihmiset elämme universumissa, jossa on tietty määrä pimeää energiaa, emmekä jossain muussa mahdollisessa universumissa.
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.
Tässä asiassa on mahdollista edistyä. Koska universumeissa, joissa on paljon enemmän pimeää energiaa kuin omassamme, materian pyrkiessä kasautumaan galakseiksi, pimeän energian työntövoima on niin vahva, että se hajottaa kasauman, eikä galakseja synny. Universumit, joissa on paljon vähemmän pimeää energiaa, luhistuvat niin nopeasti, ettei galakseja taaskaan muodostu. Ilman galakseja ei ole tähtiä tai planeettoja, eikä omaa elämänmuotoamme voi esiintyä muissa galakseissa.
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.
Elämme universumissa, jossa on tietty määrä pimeää energiaa, vain siksi, että universumimme olot ovat otolliset omalle elämänmuodollemme. Asia pihvi. Mysteeri ratkaistu. Multiversumi löydetty. Jotkut pitävät selitystä epätyydyttävänä. On totuttu fysiikkaan, joka selittää havaitut piirteet lopullisesti. Ratkaisevaa on, että jos havaittava piirre voi saada, ja saa, hyvin erilaisia arvoja laajemmassa todellisuusmaisemassa, niin yhden selityksen antaminen tietylle arvolle on selvä virhe.
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.
Vanha esimerkki suuresta astronomista Johannes Kepleristä, joka yritti pakkomielteisesti ymmärtää eri lukua -- miksi Aurinko on 150 miljoonan km:n päässä Maasta. Hän puursi vuosikymmeniä selitystä etsien, mutta ei koskaan onnistunut. Syy tiedetään. Kepler esitti väärän kysymyksen.
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.
Nyt tiedetään, että monien planeettojen etäisyys isäntätähdestään vaihtelee suuresti. Toive, että fysiikan lait selittävät yhden tietyn luvun, 150 miljoonaa kilometriä, on yksinkertaisesti älytön. Oikea kysymys on, miksi me ihmiset elämme juuri tällä etäisyydellä olevalla planeetalla, emmekä millään muulla. Tähän kysymykseen voidaan vastata. Auringon kaltaista tähteä lähempänä olevat planeetat olisivat niin kuumia, ettei omanlaistamme elämää olisi. Paljon etäisemmät planeetat olisivat niin kylmiä, ettei oma elämänmuotomme juurtuisi niille. Niinpä elämme tällä tietyllä planeetalla, koska se luo elinkelpoiset olot omalle elämänmuodollemme. Planeettojen ja niiden etäisyyksien suhteen tämä on juuri oikea ajattelutapa. Tarkoitan, että myös universumien ja niiden pimeän energian suhteen se voi olla oikea tapa ajatella.
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.
Tärkeä ero on tietenkin, että muiden planeettojen olemassaolo tiedetään, mutta toistaiseksi olen vain spekuloinut muiden universumien mahdollisuudella. Tiivistäen, tarvitaan mekanismi, joka voi tosiaan luoda muita universumeja. Tästä pääsen viimeiseen, kolmanteen osaan. Alkuräjähdyksen ymmärtämiseen pyrkivät kosmologit ovat löytäneet sellaisen mekanismin. Kun puhutaan alkuräjähdyksestä, kuvitellaan usein jonkinlainen kosminen räjähdys, joka loi universumimme ja sai avaruuden rajuun kasvuun.
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.
Mutta on pieni salaisuus. Alkuräjähdyksestä puuttuu jotain melko tärkeää, räjähdys. Teoria kertoo, kuinka universumi kehittyi räjähdyksen jälkeen, mutta ei mitään siitä, mikä voima olisi aloittanut itse räjähdyksen. Tämän aukon täytti lopulta alkuräjähdysteorian parannettu versio. Sitä kutsutaan kosmiseksi inflaatioksi, joka paljasti erityislaatuisen polttoaineen, joka synnyttäisi luonnollisesti avaruuden laajenemisen. Polttoaine perustuu niin sanottuun kvanttikenttään, mutta ainoa merkittävä yksityiskohta on, että polttoaine osoittautuu niin tehokkaaksi, että on lähes mahdotonta käyttää sitä loppuun, mikä tarkoittaa inflaatioteoriassa, että universumimme synnyttänyt alkuräjähdys ei todennäköisesti ole ainoa laatuaan. Polttoaine ei luonut vain meidän alkuräjähdystämme, vaan myös lukemattomia muita alkuräjähdyksiä, joista jokainen pani alulle erillisen universumin, ja universumistamme tuli vain kupla suureen kosmiseen universumien vaahtokylpyyn.
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.
Kun tämä yhditetään säieteoriaan, päädymme tähän kuvaan. Jokaisella universumilla on lisäulottuvuuksia. Ne saavat monia eri muotoja. Eri muodot tuottavat erilaisia fysikaalisia piirteitä. Elämme omassa universumissamme vain siksi, että ainoastaan siinä pimeän energian määrän kaltaiset fysikaaliset piirteet sopivat meidänlaisemme elämän juurtumiseen. Kiehtova, mutta hyvin kiistanalainen kuva laajemmasta kosmoksesta, jota huippuluokan havainnot ja teoria ovat panneet vakavasti harkitsemaan.
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.
Jää tietysti yksi suuri kysymys: voidaanko muiden universumien olemassaoloa koskaan varmistaa? Kerron yhdestä keinosta, joka voisi jonain päivänä toteutua. Tehdyt havainnot tukevat jo vahvasti inflaatioteoriaa. Teorian mukaan alkuräjähdys olisi ollut niin voimakas, että avaruuden laajetessa nopeasti, pieniä mikromaailman värinöitä olisi levinnyt makromaailmaan tuottaen yksilöllisen sormenjäljen, hieman kuumempia ja hieman kylmempiä pisteitä avaruudessa, jotka on nyt havaittu tarkoilla teleskoopeilla. Jos on olemassa muita universumeita, teoria ennustaa, että aina silloin tällöin universumit voivat törmätä. Jos universumiimme törmäisi toinen, se synnyttäisi avaruuteen lämpötilavaihteluiden hienoisen lisäkuvion, joka voitaisiin havaita jonain päivänä. Vaikka näkemys on eksoottinen, se voi jonain päivänä perustua havaintoihin ja todistaa muiden universumien olemassaolon.
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.
Päätän puheenvuoroni näiden ideoiden merkillisiin seurauksiin kaukana tulevaisuudessa. Saimme tietää, ettei universumimme ole staattinen, vaan kiihtyvästi laajeneva, ja että muita universumeita voi olla olemassa, tutkimalla huolella tähtien valon heiveröisiä, pikkuriikkisiä pisteitä, jotka tulevat kaukaisista galakseista. Koska kasvu kiihtyy hyvin kaukana tulevaisuudessa, galaksit ajautuvat nopeasti niin laajalle, ettei niitä voi nähdä -- ei teknisten rajoitusten, vaan fysiikan lakien takia. Galaksien säteilemä valo, joka kulkee suurinta eli valon nopeutta, ei voi ylittää yhä syvenevää kuilua välillämme. Kaukana tulevaisuudessa syvää avaruutta tarkkailevat astronomit näkevät vain loputonta, staattista, sysimustaa hiljaisuutta. He päätyvät staattiseen, muuttumattomaan universumiin, jonka keskellä on vain yksi materiakeidas, jota he asuttavat -- kuva kosmoksesta, joka tiedetään ehdottoman vääräksi.
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.
Ehkä tuleville astronomeille on jäänyt tietoja aikaisemmalta aikakaudelta, kuten meiltä, jotka viittaavat laajenevaan, galakseja kuhisevaan kosmokseen. Mutta uskoisivatko tulevat astronomit tuollaisiin muinaisiin tietoihin? Vai uskoisivatko he tyhjään, mustaan ja staattiseen universumiin, jonka heidän huipputekniset havaintonsa paljastavat? Epäilen jälkimmäistä. Mikä tarkoittaa, että elämme erittäin etuoikeutettua aikakautta, jolloin syvällisiä totuuksia kosmoksesta on vielä ihmisen tutkivan mielen ulottuvilla. Näin ei ehkä aina tule olemaan. Koska nykypäivän tähtitieteilijät, suuntaamalla voimakkaita teleskooppeja taivaalle, ovat siepanneet kourallisen hyvin informatiivisia fotoneja -- eräänlaisen kosmisen sanoman miljardien vuosien takaa. Aikojen takaa kaikuva viesti on selkeä. Joskus luonto vartioi salaisuuksiaan fysiikan lakien rautaisella otteella. Joskus todellisuuden aito olemus näyttäytyy juuri ja juuri horisontin takaa.
Thank you very much.
Kiitoksia paljon.
(Applause)
(Suosionosoituksia)
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?
Chris Anderson: Kiitos, Brian. Esittämiesi ajatusten kaari on huikea, innostava ja uskomaton. Mikä on mielestäsi kosmologian nykytila, historiallisesti ajateltuna? Elämmekö jotenkin epätavallista aikaa?
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.
BG: Vaikea sanoa. Kun tiedämme, että aikojen päästä astronomeilla ei ehkä ole tarpeeksi tietoa selvittää asioita, voi luonnollisesti kysyä, olemmeko jo siinä vaiheessa, että tietyt universumin syvät ja ratkaisevat piirteet ovat karanneet ymmärryksemme ulkopuolelle, kosmoksen muuttumisen takia. Tästä näkökulmasta tulemme ehkä aina kyselemään, kykenemättä koskaan täysin vastamaan niihin.
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.
Toisaalta ymmärrämme nyt, kuinka vanha kaikkeus on. Voimme ymmärtää mikroaaltotaustasäteilyä, joka alkoi 13,72 miljardia vuotta sitten -- voimme vielä tehdä laskelmia ja pitäviä ennusteita. Voi pyhä sylvi! Ihan mahtavaa. Olemme päässeet uskomattoman pitkälle, mutta kuka tietää, mitä esteitä tulevaisuus voi tuoda.
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.)
CA: Olet paikalla lähipäivinä. Ehkä keskustelut voivat jatkua. Paljon kiitoksia, Brian. (BG: Eipä kestä.)
(Applause)
(Suosionosoituksia)