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.
学校では 質問が出てそれに答える学習が うんざりするほど続きます 今日は 正反対のことを しようと思います 答を教わることのできない疑問に 焦点を当てましょう 答が未知の問いです 子供のころ 私はいろんなことが 不思議でした 犬になるってどういう感じかな?とか 魚って痛みを感じるのかな?とか 昆虫はどうだろう? ビッグバンは偶然のできごと? 神様って本当にいるの? もしいるとして なぜ女でなくて 男だってわかるの? どうして罪のない人や動物が ひどい目にあうの? ぼくの人生に運命ってあるの? ぼくの将来ってもう決まってるの? 決まってるけど分からないだけなの? なら自由な意思ってあるのかな? まず ぼくって何物? ぼくは単なる生きてるマシン? そうなら なぜ意識があるの? 意識ってどういうこと? ロボットも いつか意識を持つのか? つまり いつかこのような疑問について 誰かが答えてくれると思っていました 誰か答えを知ってるはずでしょ 実は 誰も知らないんだ こういう疑問が ますます不思議だと感じます そしてその問いに取り組むのは 楽しいことです そうすることで人智の限界まで行き 思いもかけないものを見ることができるから じゃ 2つの疑問― 地球上の誰も答えを知らない疑問をお見せします (音楽) [宇宙はいくつあるんでしょう?] 飛行機に長い時間乗っていて 窓から山や砂漠を見渡しながら 地球の大きさを理解しようと することがあります そんな時 毎日見る ある物体のことを思い出します それは 地球の100万倍も大きな 太陽 途方もない大きさです でも もっと大きな見方では ほんの小さな点でしかなく 天の川銀河にある4千億個の 星の1つにすぎないのです 晴れた夜空をうっすらと 白い霧のように横切る天の川のことです 続きがあります 望遠鏡で見える限りでも 1千億の銀河があります もし1つの星が砂粒の大きさだとしましょう 天の川銀河の星と同じ数の 砂粒は 9 m x 9 m の広さで 90 cmの深さの砂浜になります 地球上の砂浜すべてを持ってきても 全宇宙の星の数には足りません もしそんな砂浜があるとすると 何億kmも続くでしょう スティーヴン・ホーキングも驚くほどの ものすごい数の星ですね だけど 彼ら物理学者は今 宇宙は さらに 想像できないほど 大きいと信じています まず 望遠鏡で見える範囲の 1千億個の銀河は 全体からみるとちっぽけな 一部でしかないということ 宇宙そのものは 加速しながら膨張しています 大多数の銀河は 地球に 光が届かないほどの速さで 遠ざかっています それでも私たちの地球上の 物質的な現実は 遠くの 見えない銀河と 深く関連しており それも私たちの宇宙の一部とみなすことができます これらは1つの 大きな系を形成しています 同じ物理法則に従い 私たちの身体と同じタイプの原子や 電子、陽子、クウォーク、ニュートリノ から出来ています しかし ひも理論を含む 最近の物理学理論は 異なる性質と 違った法則にしたがう 違ったタイプの素粒子からなる 無数の別の宇宙の 存在の可能性を告げています それらの宇宙の多くは 生命をはぐくむことは不可能で 10億分の1秒という短時間で 生成消滅しているかもしれません しかしそれでも 巨大なマルチバース(多宇宙)が 最大11次元の中に 考えられる限りの想像を超えて 驚きとともに存在するのです 最新のひも理論では 10の500乗個の宇宙を持つ マルチバースの存在を予言しています それは1の後ろにゼロが500個続く大きな数で もし私たちから見渡せる限りの宇宙の 1つひとつの原子が それ自体宇宙を持っているとして その全ての原子が 1つずつ宇宙を持っている そんなことをあと2回分やったとしても 合計の「わずかな部分」にすぎません 「わずか」とは 1兆分の1兆分の1兆分の.... ....1兆分の1兆分の1という小さな数なのです (笑) しかしその大きな数もある数に較べれば とても小さいんです それは無限大 こう考える物理学者もいます 時空の連続体は文字通り無限で それはまた性質の異なる無数の ポケットユニバースを 含むのです ついて来ていますか? 量子理論から 全く新しい問題が生じます 全ての疑いに答え 証明されてきた理論ですが 理解するのは大変です 何人かの物理学者は 膨大な数の並行宇宙が どの瞬間にも大量に発生していることを 想像することが唯一の解釈法であり しかも これらの宇宙の多くは 私たちの宇宙と非常に似通っていて その複数のコピーを 含んでいると考えています そんな宇宙の1つでは あなたは優秀な成績で卒業し 理想の相手と結婚します もう1つの宇宙ではそれほどでもないでしょう そんな考えはナンセンスだと言う 科学者もまだ何人かはいます 宇宙がいくつあるかという疑問への 唯一の意味のある答えは1つだけです ただ1つの宇宙です 少数の哲学者と神秘主義者は 私たちの宇宙でさえ 幻覚だと主張するかも知れません だから ごらんの通り今現在 この疑問についての一致した答えはありませんし それに近い答えもないのです わかっているのは ゼロと無限大の間のどこかにあるということだけ あと もう一つわかることがありますね 物理学を勉強するのに 今は最高にクールな時代だということです 人類が経験したことのない 知識の最大のパラダイムシフトを 経験しているのかも知れません (音楽) [なぜエイリアンの存在が証明できないの?] 広い宇宙のどこかに 生命であふれる星が 数え切れないほどあるはずです なぜその証拠がみつからないのか 1950年にエンリコ・フェルミが 提起した有名な疑問です 皆はどこにいるのでしょう? 陰謀論者は UFOはしょっちゅう 地球に来ていて 報告書も上がっていると主張していますが 正直言ってそれほど説得力はありません しかし謎は残ります この1年 ケプラー探査機は 星の周りの惑星を何百個も見つけました そのデータから推測すると 私たちの銀河だけで 5千億個の惑星が あるようなのです 仮に1万個に1つ 生命を育む可能性があるとすると 5千万個の生命を宿している 可能性のある惑星が この天の川銀河にあるのです だから謎なのです 私たちの地球は ビッグバン後90億年たって やっと形づくられました 私たちの銀河でも 数え切れない惑星が先に出来ていて 生命が生まれる機会は 地球より数十億年以上 あるいは 数百万年ほど前からあったはずです もしそのうちの幾つかが 知的生命を生み テクノロジーを 創造しはじめたとしても それらのテクノロジーは 数百万年の間に 複雑さとパワーを備えるに 至ったはずです 地球上では 私たちはテクノロジーがいかに劇的に わずか100年の間に 加速できるかを見てきました 数百万年あれば 知的な異星文明は 容易に銀河の果てまで 到達することができているはずで 多分 環境発電装置 または植民用の宇宙船団や 夜空を満たす壮麗な 芸術作品を造りあげたでしょう 少なくとも 彼らは その存在をアピールしてきたと思われます 意図的か否かは別に 何らかの種類の 電波信号を通してね しかし 説得力のある 証拠はかけらもみつかりません なぜでしょう? 答えは多数通り考えられます いくつかは救いのないものです 多分 1つの超知的文明が 銀河を席巻してしまっていて 電波を全く出さないよう 強いてきたというものです なぜなら 強力な競争者を恐れている からだというのです それは じっと潜んでいて 脅威になりそうなものを 殲滅する 準備をしているのです もしくは そんなに 知的ではなく 洗練されたテクノロジーを 生み出すことのできる 知的な進化は 私たちの想像する以上に まれなのかもしれません 結局 それは40億年の間に地球で 1回起こっただけなのです 多分 信じられないほど幸運なことで 多分 私たちはこの銀河で 最初の文明なのです もしくは 多分文明というのは 自ら創りだしたテクノロジーが暴走することで それ自体を破壊する種を 含んでいるのです 希望の持てる見方も多くあります そもそも そんなに一生懸命探していないし そんなにお金もかけていません 私たちの銀河に属する星のほんの一部しか 興味深い信号の兆候を探索する 対象になっていないのです そして多分探し方が 間違っているのです 文明が発達するに従って 電波よりずっと洗練されていて役に立つ 通信技術を発見するのでしょう 多分 全てのアクションは 最近発見された謎に満ちた 宇宙のほとんどの質量を占める ダークマターやダークエネルギーの内部で 実行されるのかもしれません あるいは 探しているスケールが 間違っているのです 多分 知的文明は気付くはずです 生命は結局のところ 絶妙に相互作用する情報の 複雑なパターンであり 小さなスケールでこそ より効率的に実現されるということを だから 地球上で重く不恰好な ステレオが 美しく小さなiPodになったように 知的生命も 環境への影響を小さくするため 自分自身を微小化したのかもしれません だから太陽系はエイリアンに満ちているけど 気が付かないだけなのです 私たちのアイデアそのものが エイリアンの生命なのかもしれません まあ これは突飛な考えだと認めましょう エイリアンに言わされたのです しかし アイデアがそれ自体 生命を持っているように見え 発案者より長生きするというのは素敵なことです 生物学的な命は 一時的なものなのかも知れません ともあれ 今から15年以内には 近くの有望な惑星の分光学的情報を 得られるようになる可能性があります どの程度生命に適した惑星か 明らかにできるでしょう 一方 地球外知的生命体探査(SETI)は データを一般に公開し あなたを含む何百万人の 市民科学者に 総力を結集した探索への 参加を促しています また 驚くべき実験も行われています 何もないところから 生命を創ろうというのです 良く知られたDNAとは かなり違った生命かも知れません これらのことが全てが 私たちの理解を助けてくれるでしょう 宇宙が生命に満ちているのか それとも 私たちだけなのかを そのどちらだとしても それぞれ 畏怖の念を抱かせるものです なぜなら 私たちが宇宙の孤児だとしても 私たちがこれらの問題を考え 夢見て 質問することが 宇宙についての最も重要な事実の 1つであるかも知れないからです もう一つ良い知らせがあります 知識や理解への探求に 飽きることはありません そうではなく 実際正反対です あなたが知れば知るほど 世界は驚きに満ちてきます 突拍子もない可能性や 答えられていない疑問は 私たちを前進させるのです だから好奇心を持ち続けましょう