On a typical day at school, endless hours are spent learning the answers to questions, but right now, we'll do the opposite. We're going to focus on questions where you can't learn the answers because they're unknown. I used to puzzle about a lot of things as a boy, for example: What would it feel like to be a dog? Do fish feel pain? How about insects? Was the Big Bang just an accident? And is there a God? And if so, how are we so sure that it's a He and not a She? Why do so many innocent people and animals suffer terrible things? Is there really a plan for my life? Is the future yet to be written, or is it already written and we just can't see it? But then, do I have free will? I mean, who am I anyway? Am I just a biological machine? But then, why am I conscious? What is consciousness? Will robots become conscious one day? I mean, I kind of assumed that some day I would be told the answers to all these questions. Someone must know, right? Guess what? No one knows. Most of those questions puzzle me more now than ever. But diving into them is exciting because it takes you to the edge of knowledge, and you never know what you'll find there. So, two questions that no one on Earth knows the answer to. (Music) [How many universes are there?] Sometimes when I'm on a long plane flight, I gaze out at all those mountains and deserts and try to get my head around how vast our Earth is. And then I remember that there's an object we see every day that would literally fit one million Earths inside it: the Sun. It seems impossibly big. But in the great scheme of things, it's a pinprick, one of about 400 billion stars in the Milky Way galaxy, which you can see on a clear night as a pale white mist stretched across the sky. And it gets worse. There are maybe 100 billion galaxies detectable by our telescopes. So if each star was the size of a single grain of sand, just the Milky Way has enough stars to fill a 30-foot by 30-foot stretch of beach three feet deep with sand. And the entire Earth doesn't have enough beaches to represent the stars in the overall universe. Such a beach would continue for literally hundreds of millions of miles. Holy Stephen Hawking, that is a lot of stars. But he and other physicists now believe in a reality that is unimaginably bigger still. I mean, first of all, the 100 billion galaxies within range of our telescopes are probably a minuscule fraction of the total. Space itself is expanding at an accelerating pace. The vast majority of the galaxies are separating from us so fast that light from them may never reach us. Still, our physical reality here on Earth is intimately connected to those distant, invisible galaxies. We can think of them as part of our universe. They make up a single, giant edifice obeying the same physical laws and all made from the same types of atoms, electrons, protons, quarks, neutrinos, that make up you and me. However, recent theories in physics, including one called string theory, are now telling us there could be countless other universes built on different types of particles, with different properties, obeying different laws. Most of these universes could never support life, and might flash in and out of existence in a nanosecond. But nonetheless, combined, they make up a vast multiverse of possible universes in up to 11 dimensions, featuring wonders beyond our wildest imagination. The leading version of string theory predicts a multiverse made up of 10 to the 500 universes. That's a one followed by 500 zeros, a number so vast that if every atom in our observable universe had its own universe, and all of the atoms in all those universes each had their own universe, and you repeated that for two more cycles, you'd still be at a tiny fraction of the total, namely, one trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillion trillionth. (Laughter) But even that number is minuscule compared to another number: infinity. Some physicists think the space-time continuum is literally infinite and that it contains an infinite number of so-called pocket universes with varying properties. How's your brain doing? Quantum theory adds a whole new wrinkle. I mean, the theory's been proven true beyond all doubt, but interpreting it is baffling, and some physicists think you can only un-baffle it if you imagine that huge numbers of parallel universes are being spawned every moment, and many of these universes would actually be very like the world we're in, would include multiple copies of you. In one such universe, you'd graduate with honors and marry the person of your dreams, and in another, not so much. Well, there are still some scientists who would say, hogwash. The only meaningful answer to the question of how many universes there are is one. Only one universe. And a few philosophers and mystics might argue that even our own universe is an illusion. So, as you can see, right now there is no agreement on this question, not even close. All we know is the answer is somewhere between zero and infinity. Well, I guess we know one other thing. This is a pretty cool time to be studying physics. We just might be undergoing the biggest paradigm shift in knowledge that humanity has ever seen. (Music) [Why can't we see evidence of alien life?] Somewhere out there in that vast universe there must surely be countless other planets teeming with life. But why don't we see any evidence of it? Well, this is the famous question asked by Enrico Fermi in 1950: Where is everybody? Conspiracy theorists claim that UFOs are visiting all the time and the reports are just being covered up, but honestly, they aren't very convincing. But that leaves a real riddle. In the past year, the Kepler space observatory has found hundreds of planets just around nearby stars. And if you extrapolate that data, it looks like there could be half a trillion planets just in our own galaxy. If any one in 10,000 has conditions that might support a form of life, that's still 50 million possible life-harboring planets right here in the Milky Way. So here's the riddle: our Earth didn't form until about nine billion years after the Big Bang. Countless other planets in our galaxy should have formed earlier, and given life a chance to get underway billions, or certainly many millions of years earlier than happened on Earth. If just a few of them had spawned intelligent life and started creating technologies, those technologies would have had millions of years to grow in complexity and power. On Earth, we've seen how dramatically technology can accelerate in just 100 years. In millions of years, an intelligent alien civilization could easily have spread out across the galaxy, perhaps creating giant energy-harvesting artifacts or fleets of colonizing spaceships or glorious works of art that fill the night sky. At the very least, you'd think they'd be revealing their presence, deliberately or otherwise, through electromagnetic signals of one kind or another. And yet we see no convincing evidence of any of it. Why? Well, there are numerous possible answers, some of them quite dark. Maybe a single, superintelligent civilization has indeed taken over the galaxy and has imposed strict radio silence because it's paranoid of any potential competitors. It's just sitting there ready to obliterate anything that becomes a threat. Or maybe they're not that intelligent, or perhaps the evolution of an intelligence capable of creating sophisticated technology is far rarer than we've assumed. After all, it's only happened once on Earth in four billion years. Maybe even that was incredibly lucky. Maybe we are the first such civilization in our galaxy. Or, perhaps civilization carries with it the seeds of its own destruction through the inability to control the technologies it creates. But there are numerous more hopeful answers. For a start, we're not looking that hard, and we're spending a pitiful amount of money on it. Only a tiny fraction of the stars in our galaxy have really been looked at closely for signs of interesting signals. And perhaps we're not looking the right way. Maybe as civilizations develop, they quickly discover communication technologies far more sophisticated and useful than electromagnetic waves. Maybe all the action takes place inside the mysterious recently discovered dark matter, or dark energy, that appear to account for most of the universe's mass. Or, maybe we're looking at the wrong scale. Perhaps intelligent civilizations come to realize that life is ultimately just complex patterns of information interacting with each other in a beautiful way, and that that can happen more efficiently at a small scale. So, just as on Earth, clunky stereo systems have shrunk to beautiful, tiny iPods, maybe intelligent life itself, in order to reduce its footprint on the environment, has turned itself microscopic. So the Solar System might be teeming with aliens, and we're just not noticing them. Maybe the very ideas in our heads are a form of alien life. Well, okay, that's a crazy thought. The aliens made me say it. But it is cool that ideas do seem to have a life all of their own and that they outlive their creators. Maybe biological life is just a passing phase. Well, within the next 15 years, we could start seeing real spectroscopic information from promising nearby planets that will reveal just how life-friendly they might be. And meanwhile, SETI, the Search for Extraterrestrial Intelligence, is now releasing its data to the public so that millions of citizen scientists, maybe including you, can bring the power of the crowd to join the search. And here on Earth, amazing experiments are being done to try to create life from scratch, life that might be very different from the DNA forms we know. All of this will help us understand whether the universe is teeming with life or whether, indeed, it's just us. Either answer, in its own way, is awe-inspiring, because even if we are alone, the fact that we think and dream and ask these questions might yet turn out to be one of the most important facts about the universe. And I have one more piece of good news for you. The quest for knowledge and understanding never gets dull. It doesn't. It's actually the opposite. The more you know, the more amazing the world seems. And it's the crazy possibilities, the unanswered questions, that pull us forward. So stay curious.
Pada hari-hari biasa di sekolah, berjam-jam dihabiskan untuk mencari jawaban suatu pertanyaan, tapi sekarang, kita lakukan sebaliknya. Kita akan fokus pada pertanyaan yang tak bisa dicari jawabannya karena mereka tidak diketahui. Dulu aku memikirkan banyak hal, contohnya: Bagaimana rasanya menjadi seekor anjing? Apakah ikan merasakan sakit? Bagaimana dengan serangga? Apakah Big Bang hanyalah kecelakaan? Dan apakah Tuhan itu ada? Dan jika ada, bagaimana kita yakin bahwa Dia itu Pria, bukan Wanita? Mengapa banyak orang dan hewan tak berdosa mengalami hal-hal buruk? Apakah rencana hidupku benar-benar ada? Apakah masa depan belum ditakdirkan, atau sudah ditakdirkan dan kita tak bisa melihatnya? Jadi, apakah aku punya kehendak bebas? Maksudku, siapakah aku? Apakah aku hanya mesin biologis? Namun, mengapa aku sadar? Apa itu kesadaran? Akankah robot punya kesadaran suatu hari nanti? Maksudku, aku berpikir suatu hari nanti aku akan diberi tahu jawaban semua pertanyaan ini. Seseorang pasti tahu, bukan? Coba tebak? Tak ada yang tahu. Pertanyaan-pertanyaan itu lebih membingungkanku sekarang. Namun menarik didalami karena itu akan membawamu ke batas pengetahuan, dan kau tak tahu apa yang akan kau temukan. Dua pertanyaan yang tak seorangpun tahu jawabannya. (Musik) [Ada berapa jumlah alam semesta?] Terkadang saat aku dalam penerbangan, aku menatap semua gunung dan gurun dan mencoba memahami betapa luas Bumi ini. Dan aku teringat ada objek yang kita lihat setiap hari yang benar-benar pas dengan ukuran jutaan Bumi: Matahari. Ia terlihat begitu besar. Namun dalam gambaran besar, ia hanyalah jarum peniti, satu dari 400 miliar bintang di galaksi Bima Sakti, yang dapat kau lihat di malam yang cerah seperti kabut putih pekat membentang di langit. Ini semakin memburuk. Mungkin ada 100 miliar galaksi yang terdeteksi oleh teleskop kita. Jadi jika setiap bintang berukuran sebutir pasir, maka Bima Sakti punya cukup bintang untuk mengisi 30 kaki kali 30 kaki luas pantai dengan kedalaman 3 kaki dengan pasir. Dan Bumi tidak punya cukup pantai untuk mewakili bintang di seluruh alam semesta. Pantai itu akan berlanjut hingga ratusan juta mil. Demi Stephen Hawking, itu bintang yang banyak sekali. Namun dia dan fisikawan lain kini percaya nyatanya bahwa bintang masih bisa membesar. Mula-mula, 100 miliar galaksi berada dalam jangkauan teleskop kita mungkin hanyalah sebagian kecil dari keseluruhan. Angkasa terus berkembang dengan kecepatan tertentu. Sebagian besar galaksi terpisah dari kita sampai bahkan cahaya tak pernah sampai pada kita. Dan lagi, realitas fisik kita di Bumi berhubungan erat dengan galaksi yang jauh dan tak terlihat itu. Kita bisa menganggapnya sebagai bagian dari semesta kita. Galaksi-galaksi itu membentuk bangunan raksasa mengikuti hukum fisika dan terbentuk dari atom, elektron, proton, quark, neutrino yang sama, yang membentuk kau dan aku. Namun, teori fisika terkini, termasuk 'teori dawai', menjelaskan akan ada semesta lain yang tak terhitung terbentuk dari partikel yang berbeda, dengan sifat yang berbeda, mengikuti aturan yang berbeda. Kebanyakan semesta ini tak dapat menopang kehidupan, dan mungkin terdapat kehidupan hanya dalam satu nanodetik. Namun, mereka bergabung membentuk multiverse dari semesta yang mungkin ada sampai 11 dimensi, menampilkan keajaiban di luar imajinasi kita. Versi terkemuka dari teori dawai memprediksi multiverse terbentuk dari 10 sampai 500 semesta. Itu adalah 1, yang diikuti 500 nol, jumlah yang besar bahwa jika setiap atom di semesta kita yang dapat diamati memiliki semestanya sendiri, dan semua atom dalam semesta itu memiliki semestanya sendiri, dan kau mengulanginya sampai dua putaran; kau masih berada pada bagian kecil dari keseluruhan, yaitu, sepersetriliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun triliun. (Tawa) Bahkan jumlah itu amat kecil dibandingkan jumlah lain: tak terhingga. Beberapa fisikawan berpikir kesatuan ruang-waktu itu tak terhingga dan mengandung semesta yang dapat diamati yang tak terhingga jumlahnya dengan beragam sifat. Bagaimana otakmu sekarang? Teori kuantum menambah kerumitan baru. Teori ini terbukti benar tanpa keraguan, tapi penafsirannya membingungkan, dan beberapa fisikawan berpikir kebingungan itu dapat diatasi jika kau membayangkan banyak semesta paralel terlahir setiap saat, dan banyak dari semesta ini yang mirip dengan dunia kita, termasuk banyak salinan dirimu. Di semesta itu, kau lulus dengan pujian, dan menikahi orang yang kau impikan, dan di yang lain, tidak begtu. Masih ada banyak ilmuwan yang berkata omong kosong. Jawaban paling berarti dari pertanyaan berapa banyak semesta itu hanyalah satu. Hanya satu semesta. Dan sedikit filsuf dan ahli mitos mungkin membantah bahwa semesta kita hanyalah ilusi. Seperti yang kau lihat sekarang, tidak ada kesepakatan dari pertanyaan ini, bahkan yang mendekati. Yang kita tahu jawabannya suatu tempat antara nol dan tak terhingga. Kurasa kita tahu satu hal. Inilah waktu yang tepat untuk belajar fisika. Kita mungkin mengalami pergeseran paradigma terbesar dalam pengetahuan bahwa kemanusiaan pernah ada. (Musik) [Mengapa kita tak bisa melihat bukti kehidupan alien?] Di suatu tempat di luar semesta sana pasti ada banyak planet lain yang dikelilingi kehidupan. Namun kenapa kita tak melihat bukti apapun? Ini adalah pertanyaan terkenal dari Enrico Fermi pada 1950: Di mana semua orang? Ahli teori konspirasi mengklaim bahwa UFO berkunjung setiap saat dan laporannya ditutup-tutupi, tapi sebenarnya, mereka tidak meyakinkan. Namun itu menyisakan teka-teki. Setahun yang lalu, observatorium angkasa Kepler menemukan ratusan planet di sekitar bintang terdekat. Dan jika kau menggunakan data itu, akan ada setengah triliun planet di galaksi kita. Jika satu dari 10.000 planet punya kondisi yang mampu menopang kehidupan, itu masih 50 juta planet yang memungkinkan menopang kehidupan di galaksi Bima Sakti ini. Jadi ini teka-tekinya: Bumi kita tidak terbentuk sampai sembilan miliar tahun setelah Big Bang. Planet lain di galaksi kita semestinya terbentuk lebih dulu, dan memberi kesempatan kehidupan untuk terjadi miliaran, tepatnya jutaan tahun lebih dulu dari Bumi. Jika hanya sebagian kecil yang melahirkan kehidupan cerdas dan mulai menciptakan teknologi, teknologi itu akan punya waktu jutaan tahun untuk tumbuh dalam kompleksitas dan kekuatan. Di Bumi, kita melihat bagaimana teknologi dapat berkembang hanya dalam 100 tahun. Dalam jutaan tahun, peradaban alien yang cerdas dapat tersebar dengan mudah melintasi galaksi, mungkin menciptakan artefak pembangkit energi raksasa atau armada pesawat penjajah atau karya seni yang indah yang mengisi langit malam. Setidaknya, kau berpikir mereka akan menampakkan diri, dengan sengaja atau tidak, melalui sejenis sinyal elektromagnetik atau lainnya. Tapi kita belum melihat adanya bukti yang meyakinkan. Mengapa? Ada banyak kemungkinan jawaban, beberapa agak suram. Mungkin suatu peradaban super-cerdas telah mengambil alih seluruh galaksi dan menggunakan gelombang diam karena ketakutannya akan pesaing potensial. Ia hanya duduk bersiap untuk melenyapkan apapun yang menjadi ancaman. Atau mungkin mereka tidak secerdas itu, atau mungkin evolusi suatu kecerdasan yang mampu menciptakan teknologi canggih lebih jarang dari perkiraan kita. Lagipula, ini hanya terjadi di Bumi sekali dalam empat miliar tahun. Bahkan itu pun sangat beruntung. Mungkin kita adalah peradaban pertama di galaksi kita. Atau mungkin peradabaan membawanya bibit dari kehancurannya sendiri lewat ketidakmampuan untuk mengontrol teknologi yang ia ciptakan. Namun ada banyak jawaban penuh harapan. Untuk permulaan, tidak serumit itu, dan kita menghabiskan sejumlah uang padanya. Hanya sebagian kecil bintang di galaksi kita yang memperhatikan tanda sinyal yang menarik. Dan mungkin kita tidak melihat arah yang benar. Mungkin saat peradaban berkembang, mereka cepat menemukan teknologi komunikasi jauh lebih canggih dan berguna daripada gelombang elektromagnetik. Mungkin semua tindakan terjadi di dalam materi gelap misterius yang ditemukan baru-baru ini, atau energi gelap, yang menjelaskan sebagian besar massa semesta. Atau, mungkin kita melihat skala yang salah. Mungkin peradaban cerdas menyadari bahwa hidup hanyalah pola kompleks dari informasi yang saling berinteraksi dengan indah, dan dapat terjadi lebih efisien pada skala kecil. Seperti di Bumi, sistem stereo kuno menyusut menjadi iPod kecil dan bagus, mungkin kecerdasan ada, untuk mengurangi jejaknya di lingkungan, telah mengubahnya menjadi kecil. Jadi mungkin Tata Surya dikelilingi oleh alien, kita hanya tak meyadarinya. Mungkin ide di kepala kita itu wujud kehidupan alien. Oke, itu pemikiran gila. Alien membuatku mengatakannya. Tapi keren jika ide itu terlihat memiliki kehidupannya sendiri dan mereka hidup lebih lama dari penciptanya. Mungkin kehidupan biologis hanyalah fase sesaat. Dalam 15 tahun ke depan, kita bisa mulai melihat informasi spektroskopis nyata dari planet terdekat yang menjanjikan yang akan mengungkapkan betapa ramahnya hidup mereka. Sementara itu, SETI, Pencarian Kecerdasan Mahluk Luar Angkasa, kini merilis datanya untuk publik sehingga jutaan ilmuwan, mungkin termasuk kau, dapat mengajak orang banyak untuk ikut mencari. Dan di Bumi, eksperimen hebat dilakukan untuk menciptakan kehidupan dari nol, kehidupan yang mungkin berbeda dari bentuk DNA yang kita kenal. Semuanya akan membantu kita memahami apakah semesta dikelilingi kehidupan, ataukah, memang, hanyalah kita. Jawaban manapun, dengan sendirinya, menakjubkan, karena bahkan jika kita sendirian, fakta bahwa kita berpikir, bermimpi dan menanyakan pertanyaan ini mungkin berubah menjadi satu dari fakta terpenting tentang semesta. Dan aku punya satu kabar baik lagi untukmu. Pencarian pengetahuan dan pemahaman takkan pernah tumpul. Tak akan. Justru sebaliknya. Semakin banyak kau tahu, dunia semakin terlihat menakjubkan. Inilah kemungkinan yang gila, pertanyaan yang tak terjawab, yang mendorong kita maju. Jadi, tetaplah penasaran.