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.
Een paar maanden geleden werd de Nobelprijs voor de natuurkunde toegekend aan twee teams van astronomen voor een ontdekking die werd geroemd als een van de belangrijkste astronomische waarnemingen ooit. En vandaag ga ik jullie, na een korte beschrijving van wat ze vonden, iets vertellen over de hoogst controversiële context voor het verklaren van hun ontdekking, namelijk de mogelijkheid dat ver buiten de Aarde, de Melkweg en andere verafgelegen sterrenstelsels, ons universum misschien niet het enige universum is, maar deel uitmaakt van een enorm complex van universa dat we het multiversum noemen.
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)
Het idee van een multiversum is een vreemd idee. De meesten van ons zijn opgevoed met het idee dat het woord "heelal" alles betekent. En ik zeg 'de meesten van ons' met in mijn achterhoofd mijn vier jaar oude dochter die mij over deze ideeën heeft horen praten sinds haar geboorte. Vorig jaar nam ik haar op de arm en zei: "Sophia, Ik hou meer van je dan van om het even wat in het universum." Ze draaide zich naar me om en zei: "Papa, universum of multiversum?" (Gelach)
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.
Maar behoudens een dergelijke abnormale opvoeding, is het vreemd je andere ruimtes dan de onze voor te stellen, de meeste met fundamenteel verschillende eigenschappen, die terecht universa op zich zouden kunnen worden genoemd. En hoe speculatief het idee zeker is, probeer ik jullie er toch van te overtuigen dat er reden is om het serieus te nemen, omdat het gewoon waar zou kunnen zijn. Ik ga het verhaal van het multiversum in drie delen vertellen. In deel één ga ik de Nobelprijs-winnende resultaten beschrijven en het diepgaande mysterie dat deze resultaten onthulden. In deel twee zal ik een oplossing bieden voor dat mysterie. Die is gebaseerd op een benadering die 'snaartheorie' wordt genoemd. Dat is waar het idee van het multiversum in het verhaal zal opduiken. Tot slot, in deel drie, ga ik een kosmologische theorie beschrijven die 'inflatietheorie' wordt genoemd en die alle stukken van het verhaal in elkaar zal laten passen.
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.
Oké, deel één begint in 1929 toen de grote astronoom Edwin Hubble besefte dat de verafgelegen sterrenstelsels zich allemaal van ons weg haastten. Hij constateerde dat de ruimte zelf uitdijde, aangroeide. Dit was revolutionair. De heersende mening was dat op de grootste schaal het heelal statisch was. Maar toch was er één ding waar iedereen zeker van was: de uitdijing moest vertragen. Net zoals de zwaartekracht van de aarde de stijging van een omhoog gegooide appel vertraagt zou de gravitationele aantrekking van elk sterrenstelsel op elk ander de uitdijing van de ruimte moeten vertragen.
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?
Laten we nu even snel doorspoelen naar de jaren negentig, als die twee teams van astronomen die ik in het begin noemde, door deze redenering werden geïnspireerd om de vertraging van deze uitdijing te gaan meten. Zij deden dit door nauwgezette waarnemingen van talrijke verafgelegen sterrenstelsels, waardoor ze in kaart konden brengen hoe de uitdijingsnelheid veranderde in de tijd. Hier is de verrassing: ze vonden dat de uitdijing niet vertraagt. Ze vonden dat ze versnelt. Ze gaat sneller en sneller. Dat is als het omhoog gooien van een appel en hem sneller en sneller omhoog zien gaan. Als je een appel dat zag doen, zou je willen weten waarom. Wat duwt hem?
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.
De resultaten van de astronomen zijn zeker een Nobelprijs waard, maar zij riepen een soortgelijke vraag op. Welke kracht drijft alle sterrenstelsels uit elkaar met een steeds groter wordende snelheid? Het veelbelovendste antwoord komt van een oud idee van Einstein. We zijn allemaal gewoon om zwaartekracht te zien als een kracht die één ding doet: objecten naar elkaar toe trekken. Maar in Einsteins theorie van de zwaartekracht, zijn algemene theorie van relativiteit, kan zwaartekracht ook dingen uit elkaar duwen.
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.
Hoe? Einstein berekende dat als de ruimte gelijkmatig met een onzichtbare energie is gevuld -- een soort uniforme, onzichtbare mist -- dan zou de daardoor ontstane zwaartekracht afstotend werken. Afstotende zwaartekracht, precies wat we nodig hebben om de waarnemingen te verklaren. Omdat de afstotende zwaartekracht komt van een onzichtbare energie in de ruimte -- wij noemen het nu donkere energie, maar ik heb ze hier rokerig wit gemaakt zodat je ze kunt zien. Die afstotende zwaartekracht zou elk sterrenstelsel doen duwen tegen elk ander, en de uitdijing doen versnellen, niet vertragen. Deze uitleg betekent een grote vooruitgang.
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.
Maar ik beloofde jullie een mysterie hier in deel één. Hier komt het. Toen de astronomen hadden uitgewerkt hoeveel van deze donkere energie de ruimte moet vullen om de kosmische versnelling te verklaren, vonden ze dit. Dit getal is klein. Uitgedrukt in de juiste eenheden is het spectaculair klein. En het mysterie is het verklaren van dit eigenaardige getal. Wij willen dit getal afleiden uit de wetten van de fysica, maar tot nu toe is niemand daarin geslaagd.
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.
Nu zou je je kunnen afvragen of je daar wakker van moet liggen. Misschien is de verklaring van dit getal slechts een technische kwestie, alleen van belang voor deskundigen, maar zonder belang voor iemand anders. Het is zeker een technisch detail, maar sommige details doen er echt toe. Sommige details gunnen ons een blik naar onbekende rijken van de werkelijkheid, en dit eigenaardige getal doet dat wellicht. De enige aanpak die het tot dusver enigszins kan verklaren roept de mogelijkheid op van andere universa -- een idee dat van nature voortvloeit uit de snaartheorie. Dat brengt me bij deel twee: de snaartheorie.
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.
Hou het mysterie van de donkere energie in je achterhoofd terwijl ik jullie drie belangrijke dingen over de snaartheorie ga vertellen. Eerst, wat is het? Het is een poging om Einsteins droom van een verenigde theorie van de natuurkunde te realiseren, één enkel overkoepelend kader dat alle krachten aan het werk in het universum zou kunnen beschrijven. De centrale idee van de snaartheorie is vrij rechttoe rechtaan. Het zegt dat als je enig stuk materie steeds fijner gaat onderzoeken, je eerst moleculen vindt, dan atomen en subatomaire deeltjes. Maar de theorie zegt dat als je nog dieper zou gaan dan mogelijk is met de bestaande technologie, je iets anders binnen deze deeltjes zou vinden -- een klein vibrerend draadje energie, een heel kleine vibrerende snaar. En net als de snaren op een viool zou ze in verschillende patronen kunnen trillen en verschillende muzikale noten produceren . Deze kleine fundamentele snaren produceren door in verschillende patronen te trillen verschillende soorten deeltjes -- dus elektronen, quarks, neutrino's, fotonen en alle andere deeltjes zouden worden verenigd in één enkel kader, aangezien ze allemaal voortkomen uit trillende snaren. Het is een fascinerend beeld, een soort kosmische symfonie. Alle variatie die we in de wereld om ons heen zien, komt van de muziek die deze uiterst kleine snaren produceren.
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.
Maar er hangt een prijskaartje aan deze elegante eenwording, want jaren van onderzoek hebben aangetoond dat de wiskunde van de snaartheorie niet helemaal werkt. Ze heeft interne tegenstrijdigheden, tenzij we iets geheel onbekends erbij halen -- extra dimensies van ruimte. Dat wil zeggen, we kennen allemaal de gebruikelijke drie dimensies van de ruimte. Je kent ze als hoogte, breedte en diepte. Maar de snaartheorie zegt dat er op enorm kleine schaal extra dimensies zijn opgerold tot uiterst kleine afmetingen, zo klein dat wij ze niet konden detecteren. Maar hoewel die dimensies verborgen zijn, zouden ze een impact hebben op de dingen die we kunnen waarnemen omdat de vorm van de extra dimensies bepaalt hoe de snaren kunnen trillen. In de snaartheorie, bepalen trillingen alles. Zo zouden deeltjesmassa's, de sterktes van krachten, en belangrijker nog, de hoeveelheid donkere energie worden bepaald door de vorm van die extra dimensies. Als we de vorm van de extra dimensies kenden dan zouden we deze grootheden moeten kunnen berekenen evenals de hoeveelheid donkere energie.
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.
Het probleem is dat we de vorm van die extra dimensies niet kennen. Alles wat we hebben is een lijst van kandidaatvormen toegestaan door de wiskunde. Toen deze ideeën voor het eerst werden ontwikkeld, waren er slechts ongeveer vijf mogelijke vormen. Dus je kan je voorstellen dat we ze stuk voor stuk analyseerden om te bepalen of een ervan de fysieke kenmerken die we waarnemen zou kunnen opleveren. Maar na verloop van tijd groeide de lijst doordat onderzoekers andere kandidaat-vormen vonden. Van vijf groeide het aantal naar honderden en vervolgens naar duizenden -- een grote, maar nog mogelijkerwijs te analyseren collectie, aangezien alle masterstudenten iets omhanden moeten hebben. Maar vervolgens bleef de lijst groeien naar miljoenen en miljarden. De lijst van kandidaat-vormen steeg tot ongeveer 10 tot de 500ste.
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.
Wat te doen? Sommige onderzoekers verloren de moed en besloten dat met zo veel kandidaatvormen voor extra dimensies, elk met hun eigen verschillende fysieke kenmerken, de snaartheorie nooit testbare voorspellingen zou kunnen maken. Maar anderen keerden dit probleem om door de mogelijkheid van een multiversum erin te betrekken. Hier is het idee. Misschien is elk van deze vormen gelijkwaardig aan alle andere. Elk is zo reëel als elk ander, in de zin dat er vele universa zijn, elk met een andere vorm voor de extra dimensies. Dit radicale voorstel heeft een diepgaande invloed op dit mysterie: de hoeveelheid donkere energie die bleek uit de Nobelprijswinnende resultaten.
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?
Omdat, als er andere universa zijn en als die universa elk een andere vorm hebben voor die extra dimensies, dan zullen de fysieke kenmerken van elk universum verschillen, en in het bijzonder zal de hoeveelheid donkere energie in elk universum anders zijn. Dat betekent dat het mysterie van het verklaren van de gemeten hoeveelheid donkere energie een heel andere aanpak zal vergen. In dit verband kunnen de wetten van de fysica één getal voor de donkere energie niet uitleggen want er is niet slechts één getal, er zijn er veel. Dat betekent dat we de verkeerde vraag stelden. De juiste vraag om te stellen is: waarom bevinden wij mensen ons in een universum met een bepaalde, gemeten hoeveelheid donkere energie, in plaats van een van de andere mogelijkheden die er zijn?
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.
Dat is een vraag waarmee we vooruit kunnen. Omdat in alle universa, die veel meer donkere energie hebben dan het onze, wanneer materie tot melkwegstelsels probeert samen te klonteren, de afstotingskracht van de donkere energie zo sterk is dat alles uit elkaar geduwd wordt en melkwegstelsels zich niet kunnen vormen. En alle universa die veel minder donkere energie hebben, zullen zo snel terug instorten dat zich ook geen melkwegstelsels kunnen vormen. Zonder melkwegstelsels zijn er geen sterren, geen planeten en geen kans op onze vorm van leven in die andere universa.
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.
Dus we bevinden ons in een universum met die bepaalde hoeveelheid donkere energie die we hebben gemeten gewoon omdat ons universum omstandigheden kent waarin onze vorm van leven gedijt. Dat zou het moeten zijn. Mysterie opgelost, multiversum gevonden. Nu vinden sommigen deze uitleg onbevredigend. We zijn het gewoon dat de natuurkunde ons definitieve verklaringen geeft voor waarnemingen. Maar het punt is dat als datgene wat je waarneemt een grote verscheidenheid aan waarden kan aannemen over het bredere landschap van de werkelijkheid, dan is één uitleg bedenken voor één bepaalde waarde gewoonweg misplaatst.
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.
Een vroeg voorbeeld komt van de grote astronoom Johannes Kepler. Die was geobsedeerd door een ander getal: waarom is de zon 150 miljoen km van de aarde verwijderd. Hij werkte decennialang om er een verklaring voor te vinden, zonder erin te slagen en wij weten nu waarom. Kepler stelde de verkeerde vraag.
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.
We weten nu dat er veel planeten zijn op allerlei afstanden van hun gastheersterren. Hopen dat de wetten van de fysica één bepaalde waarde, 150 miljoen km, zal verklaren, is zoeken in de verkeerde richting. De juiste vraag is: waarom bevinden wij mensen ons op een planeet op precies deze afstand, in plaats van op een van de andere mogelijkheden? Dat is een vraag die we kunnen beantwoorden. Planeten die veel dichter bij een ster als de zon bewegen, zouden zo heet zijn dat onze vorm van leven er niet zou bestaan. Planeten die veel verder weg van die ster zijn, zijn zo koud dat onze vorm van leven er ook niet zou kunnen gedijen. Dus zitten we op een planeet op deze bepaalde afstand gewoon omdat die de omstandigheden biedt die essentieel zijn voor onze vorm van leven. Als het gaat om planeten en hun afstanden tot hun zon is dit duidelijk de juiste soort redenering. Het punt is dat als het gaat om universa en de donkere energie die zij bevatten, dit ook de juiste manier van redeneren kan zijn.
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.
Één belangrijk verschil is natuurlijk dat we afweten van het bestaan van andere planeten maar tot nu toe heb ik alleen maar gespeculeerd over de mogelijkheid van andere universa. Om het allemaal aannemelijk te maken hebben we een mechanisme nodig dat andere universa kan laten ontstaan. Dat brengt me bij mijn laatste deel, deel drie. Een dergelijk mechanisme is namelijk ontdekt door kosmologen die de Oerknal probeerden te begrijpen. Wanneer we spreken van de Oerknal hebben we vaak een idee van een soort kosmische explosie die ons universum creëerde en de ruimte liet uitdijen.
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.
Maar er is een klein geheimpje. De Oerknaltheorie vergeet iets vrij belangrijks, namelijk de 'Knal'. De theorie vertelt ons hoe het heelal evolueerde na de Knal, maar geeft ons geen inzicht in wat de Knal zelf zou hebben aangedreven. Uiteindelijk werd deze leemte opgevuld door een verbeterde versie van de Oerknaltheorie. Ze heet de 'inflatoire kosmologie'. Ze voorziet in een bepaald soort 'brandstof' die van nature de ruimte zou doen uitdijen. Die brandstof is gebaseerd op wat een kwantumveld wordt genoemd, maar het enige detail dat voor ons van belang is, is dat deze brandstof zo efficiënt blijkt te zijn dat het vrijwel onmogelijk is om ze helemaal op te gebruiken. Dat betekent dat in de inflatoire theorie, de Oerknal die aanleiding gaf tot ons universum waarschijnlijk geen eenmalige gebeurtenis is. Die brandstof genereerde niet alleen onze Oerknal maar zou tevens talloze andere Oerknallen opwekken. Elk aan de basis van zijn eigen aparte universum met ons universum als slechts één bel in een groot kosmisch bubbelbad van universa.
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.
Als we dit koppelen aan de snaartheorie geeft dat het volgende beeld. Elk van deze universa heeft extra dimensies. De extra dimensies nemen een breed scala van verschillende vormen aan. De verschillende vormen leveren verschillende fysische eigenschappen op. Wij bevinden ons in dit universum en niet in een ander, simpelweg omdat in ons universum de fysische eigenschappen, zoals de hoeveelheid donkere energie, kloppen om onze vorm van leven te laten ontstaan. Dit is het fascinerende, maar hoogst controversiële beeld van de uitgebreidere kosmos die de meest geavanceerde observatie en theorie ons nu serieus doen overwegen.
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.
Een grote resterende vraag is natuurlijk: kunnen we het bestaan van andere universa ooit bevestigen? Ik zal een manier beschrijven hoe dat ooit zou kunnen gebeuren. De inflatoire theorie heeft een al krachtige observationele ondersteuning. Want de theorie voorspelt dat de oerknal zo intens zou zijn geweest dat als de ruimte snel uitdijde kleine kwantumschommelingen uit de microwereld zouden zijn uitgerekt tot de macrowereld. Dat zou een kenmerkende vingerafdruk opleveren, een patroon van iets warmere en iets koudere vlekken doorheen de ruimte. Krachtige telescopen hebben dat nu waargenomen. Als er andere universa zouden bestaan dan voorspelt de theorie dat deze universa af en toe kunnen botsen. Als ons universum door een ander werd geraakt, dan zou die botsing een extra subtiel patroon van temperatuurschommelingen over de ruimte genereren. Ooit zullen we die misschien kunnen detecteren. Hoe exotisch deze voorstelling ook is, ooit zal ze misschien ondersteund worden door waarnemingen die het bestaan van andere universa zouden bevestigen.
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.
Ik zal afsluiten met een in het oog springend gevolg van al deze ideeën voor de zeer verre toekomst. We hebben gezien dat ons universum niet statisch is, dat de ruimte uitdijt, dat die uitdijing versnelt, en dat er mogelijk andere universa bestaan. Dit alles door het zorgvuldig onderzoeken van zwakke bundeljes sterrenlicht die ons bereiken vanuit verafgelegen sterrenstelsels. Maar omdat de uitdijing versnelt, zullen in de zeer verre toekomst die sterrenstelsels zo ver en zo snel van ons weg bewegen dat we ze niet meer kunnen zien -- niet vanwege technologische beperkingen, maar vanwege de wetten van de fysica. Het licht dat die sterrenstelsels uitzenden, zal zelfs met de grootste snelheid, die van het licht, niet meer de groeiende kloof tussen ons en hen kunnen overbruggen. Astronomen in de verre toekomst zullen, starend in de diepe ruimte, niets anders zien dan een eindeloze uitgestrektheid van statische, inktzwarte stilte, en concluderen dat het heelal statisch en onveranderlijk is en bevolkt door één enkele centrale oase van materie waar ze wonen -- een beeld van de kosmos waarvan wij nu absoluut weten dat het niet klopt.
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.
Misschien zullen die toekomstige astronomen beschikken over verslagen uit een vroeger tijdperk als het onze. Verslagen die getuigen van een uitdijende kosmos vol melkwegstelsels. Maar zullen die toekomstige astronomen die oude kennis geloven? Of zullen ze geloven in het zwarte, statische, lege heelal dat ze met hun eigen technolgie kunnen waarnemen? Ik vermoed het laatste. Wat betekent dat we leven in een opmerkelijk bevoorrecht tijdperk nu bepaalde diepe waarheden over de kosmos nog steeds binnen het bereik vallen van de menselijke geest van exploratie. Het lijkt erop dat het niet altijd zo zal zijn. Want hedendaagse astronomen hebben, door hun krachtige telescopen op de hemel te richten, een handvol erg informatieve fotonen ingevangen -- een soort kosmisch telegram dat miljarden jaren onderweg was. De boodschap die over de eonen heen weerklinkt, is duidelijk. Soms bewaakt de natuur haar geheimen onder het onverbreekbare slot van fysische wetten. Soms gloort de ware aard van werkelijkheid net voorbij de horizon.
Thank you very much.
Hartelijk dank.
(Applause)
(Applaus)
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: Brian, dank je. De ideeën die je zojuist hebt voorgesteld zijn duizelingwekkend, opwindend, ongelooflijk. Waar denk je dat de huidige kosmologie in een historische context moet worden geplaatst? Zitten we volgens jou bij een historisch omslagpunt?
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: Dat is moeilijk te zeggen. Wanneer we leren we dat astronomen in de verre toekomst wellicht niet genoeg informatie meer zullen hebben, dan komt de vraag bij je op of nu al bepaalde diepe, kritieke eigenschappen van het heelal zijn ontsnapt aan ons vermogen om ze ooit te begrijpen, door de manier waarop de kosmologie evolueert. Vanuit dat perspectief zullen we ons misschien altijd vragen blijven stellen en ze nooit volledig kunnen beantwoorden.
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.
Aan de andere kant weten we nu hoe oud het universum is. We kunnen nu de gegevens van de achtergrondstraling, die 13,72 miljard jaar geleden vrij kwam, begrijpen -- en toch kunnen wij vandaag rekenen om te voorspellen hoe het er zal uitzien en het klopt nog ook. Dat is gewoon geweldig. Aan de ene kant is het ongelooflijk waar we al zijn geraakt, maar wie weet wat voor soort hindernissen we in de toekomst nog gaan tegenkomen.
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: Je blijft hier nog enkele dagen. Misschien kunnen sommige van deze gesprekken blijven doorgaan. Bedankt. Dank je, Brian. (BG: Het genoegen was helemaal voor mij.)
(Applause)
(Applaus)