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.
Parastā skolas dienā neskaitāmas stundas tiek pavadītas, mācoties atbildes uz jautājumiem, bet tagad mēs darīsim pretējo. Mēs pievērsīsimies jautājumiem, kuru atbildes nevar iemācīties, jo tās nav zināmas. Kā mazs zēns es par daudz ko mēdzu lauzīt galvu, piemēram, kāda būtu sajūta, esot sunim? Vai zivis jūt sāpes? Un kukaiņi? Vai Lielais sprādziens bija tikai nejaušība? Vai Dievs ir? Ja jā, kāpēc esam tik pārliecināti, ka tas ir <i>viņš</i> un nevis <i>viņa</i>? Kāpēc tik daudz nevainīgu cilvēku un dzīvnieku piedzīvo šausmīgas lietas? Vai manai dzīvei patiešām ir plāns? Vai nākotne vēl tikai taps uzrakstīta vai tā jau ir uzrakstīta, bet mēs to vienkārši neredzam? Bet vai tad man ir brīvā griba? Un kas es vispār esmu? Vai esmu vien bioloģiska mašīna? Bet kāpēc tad man piemīt apziņa? Kas ir apziņa? Vai roboti kādu dienu iegūs apziņu? Es savā ziņā pieņēmu, ka kādu dienu man pateiks atbildes uz visiem šiem jautājumiem. Kādam taču tas jāzina, vai ne? Uzmini nu! Neviens nezina. Par vairumu šo jautājumu es tagad lauzu galvu kā nekad agrāk. Bet to pētīšana ir aizraujoša, jo tie aizved tevi līdz zināmā robežai, un nekad nevar zināt, ko tur izdosies atrast. Divi jautājumi — jautājumi, uz kuriem neviens visā pasaulē nezina atbildes. (Mūzika) [Teksts: Cik daudz visumu ir?] Dažreiz garajos lidojumos es lūkojos uz visiem šiem kalniem un tuksnešiem un mēģinu aptvert, cik milzīga ir mūsu Zeme. Tad es atceros, ka ir objekts, ko redzam ik dienas, kurā burtiski savietotos viens miljons zemju — Saule. Tā šķiet neiespējami liela. Taču lielajā lietu kārtībā tā ir vien kniepadata, viena no aptuveni 400 miljardiem zvaigžņu Piena Ceļa galaktikā, ko skaidrā naktī vari ieraudzīt kā blāvu, bālganu miglāju, kas stiepjas pāri debesīm. Vēl trakāk! Iespējams, pastāv 100 miljardi galaktiku, kas saskatāmas ar mūsu teleskopiem. Ja katra zvaigzne būtu smilšu graudiņa lielumā, Piena Ceļā vien ir gana zvaigžņu, lai piepildītu ap 9 reiz 9 metru lielu pludmales daļu ar smiltīm gandrīz metru biezā slānī. Un uz visas zemeslodes nav gana daudz pludmaļu, lai šādi atainotu visa Visuma zvaigznes. Tāda pludmale stieptos burtiski miljardiem kilometru garumā. Ak, Stīven Hoking, tas nu gan ir daudz zvaigžņu! Taču tagad viņš un citi fiziķi uzskata, ka pastāv realitāte, kas ir vēl neiedomājami daudz reižu lielāka. Pirmkārt, šie 100 miljardi galaktiku mūsu teleskopu uztveršanas zonā, iespējams, ir vien niecīga daļiņa no visa. Pats Visums izplešas arvien ātrāk. Lielākais vairums galaktiku attālinās no mums tik ātri, ka to gaisma varētu līdz mums tā arī nenonākt. Tomēr mūsu fiziskā realitāte šeit, uz Zemes, ir cieši saistīta ar šīm tālajām, neredzamajām galaktikām. Mēs varam uzskatīt tās par daļu mūsu Visuma. Tās veido vienu vienīgu milzu kopumu, pakļautu tiem pašiem fizikas likumiem un veidotu no tādiem pašiem elektroniem, protoniem, kvarkiem, neitroniem kas veido tevi un mani. Taču jaunākās fizikas teorijas, tostarp stīgu teorija, apgalvo, ka, iespējams, pastāv bezgala daudz citu visumu, ko veido cita veida daļiņas, kam piemīt citādas īpašības un kas pakļaujas citādiem likumiem. Vairumā šo visumu nekad nevarētu pastāvēt dzīvība, un tie var parādīties un izzust nanosekundes laikā. Bet lai vai kā, kopā tie veido milzīgu iespējamo visumu multivisumu, kurā ir līdz pat 11 dimensijām un kurā sastopami brīnumi, kādus nespējam iztēloties pat savos pārdrošākajos sapņos! Vadošā stīgu teorija paredz multivisumu, ko veido desmit 50. pakāpē visumu. Tas ir 1 ar 500 nullēm — tik milzīgs skaitlis, ka, ja katram atomam redzamajā Visumā būtu pašam savs visums un katram no šo visumu atomiem arī būtu pašam savs visums, un mēs to atkārtotu vēl divos ciklos, mēs joprojām būtu sasnieguši vien sīku daļiņu no kopsummas, proti, vienu triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljon triljono daļu. Taču pat šis skaitlis ir pavisam niecīgs salīdzinājumā ar citu skaitli: bezgalību. Daļa fiziķu uzskata, ka laiktelpa ir burtiski bezgalīga un ka tajā ir bezgala daudz tā dēvēto <i>kabatas visumu</i> ar dažādām īpašībām. Kā jūtas tavas smadzenes? Kvantu teorija tām pievienos vēl vienu kroku. Ir pierādīts, ka teorija ir patiesa, taču tās skaidrojums ir mulsinošs, un daļa fiziķu uzskata, ka to var padarīt saprotamu, tikai iedomājoties, ka ik mirkli veidojas liels daudzums visumu, ka daudzi no tiem patiesībā ir ļoti līdzīgi mūsu pašu pasaulei un tajos ir vairākas tevis kopijas. Vienā šādā visumā, tu pabeidz universitāti ar izcilību un appreci savu sapņu partneri, kādā citā — ne gluži. Ir arī daļa zinātnieku, kuri teiktu: „Pupu mizas!” Vienīgā jēgpilnā atbilde uz jautājumu, cik visumu pastāv, ir — viens. Tikai viens visums. Daži filozofi un mistiķi, iespējams, apgalvotu, ka pat mūsu pašu visums ir ilūzija. Kā redzi, pagaidām par šo jautājumu ne tuvu nav vienprātības. Viss, ko zinām, ir, ka atbilde atrodama kaut kur starp nulli un bezgalību. Nu, mēs laikam zinām vēl ko — šis ir visai foršs laiks, lai mācītos fiziku. Mēs, iespējams, esam ceļā uz lielāko paradigmu maiņu zināšanās, kādu cilvēce jelkad pieredzējusi. (Mūzika) [Kāpēc nav pierādījumu dzīvībai uz citām planētām?] Kaut kur tur, šajā milzīgajā Visumā, noteikti jābūt neskaitāmām planētām, kas pilnas dzīvības. Bet kāpēc mēs neredzam neko, kas to apliecinātu? Tas ir slavenais jautājums, ko 1950. gadā uzdeva Enriko Fermi: "Kur visi ir?" Sazvērestību teoriju piekritēji apgalvo, ka NLO mūs apciemo visu laiku un šīs ziņas tiek slēptas, bet, godīgi sakot, viņi nešķiet diezko pārliecinoši. Taču īstā mīkla paliek neatminēta. Pagājušogad Keplera novērošanas stacija atrada simtiem planētu tepat ap tuvākajām zvaigznēm vien. Izvērtējot šos datus, šķiet, ka varētu būt pustriljons planētu mūsu pašu galaktikā vien. Pat ja uz vienas no 10 000 planētām ir dzīvībai piemēroti apstākļi, tas joprojām nozīmē 50 miljonus planētu, uz kurām iespējama dzīvība, tepat, Piena Ceļā. Lūk, mīkla! Mūsu Zeme izveidojās aptuveni 9 miljardus gadu pēc Lielā sprādziena. Neskaitāmas citām planētām mūsu galaktikā vajadzēja izveidoties agrāk un dot dzīvībai iespēju attīstīties miljardiem, vai vismaz miljoniem, gadu agrāk, nekā tas notika uz Zemes. Ja kaut vai uz dažām būtu radušās saprātīgas dzīvības formas un tehnoloģijas, šīm tehnoloģijām būtu bijuši miljoniem gadu, lai tās kļūtu sarežģītākas un varenākas. Uz Zemes mēs esam pieredzējuši, cik strauji var attīstīties tehnoloģijas tikai 100 gadu laikā. Miljons gadu laikā saprātīga citplanētas civilizācija varēja pavisam vienkārši izplatīties visā galaktikā, iespējams, radot milzīgus artefaktus enerģijas iegūšanai vai kosmosa kuģu flotes kolonizācijai, vai brīnišķīgus mākslas darbus naksnīgajās debesīs. Gribētos domāt, ka tie vismaz atklātu savu klātesamību, tīši vai netīši, caur viena vai otra veida elektromagnētiskajiem signāliem. Un tomēr mums nav neviena pārliecinoša pierādījuma. Kāpēc? Iespējamās atbildes ir vairākas, dažas no tām visai nomācošas. Varbūt viena supersaprātīga civilizācija patiešām ir pārņēmusi visu galaktiku un ieviesusi stingru radio klusumu, jo tā paniski baidās no iespējamajiem sāncenšiem. Viņi vienkārši tur sēž, gatavi iznīcināt jebko, kas kļūst par draudu. Vai varbūt viņi nemaz nav tik saprātīgi, vai, iespējams, tāda saprāta attīstība, kas spēj radīt sarežģītas tehnoloģijas ir daudz retāka, nekā esam iedomājušies. Galu galā uz Zemes tas noticis tikai vienu reizi 4 miljardos gadu. Varbūt pat tā bija neticama sagadīšanās. Varbūt mēs esam pirmā šāda veida civilizācija mūsu galaktikā? Vai arī, iespējams, civilizācija nes sevī sevis pašas iznīcības sēklu — nespēju kontrolēt pašas radītās tehnoloģijas. Bet ir arī vairākas cerīgākas atbildes. Iesākumam mēs nemaz tik cītīgi nemeklējam, un veltām tam smieklīgu naudas daudzumu. Mēs esam izpētījuši vien niecīgu daļu no mūsu galaktikas zvaigznēm, lai pārbaudītu, vai uz tām nav kādu interesantu signālu pēdas. Un varbūt mēs nemeklējam pareizi. Varbūt, civilizācijām attīstoties, tās ātri vien atklāj sakaru tehnoloģijas, kas ir daudz smalkākas un noderīgākas nekā elektromagnētiskie viļņi. Varbūt viss notiek nesen atklātajā, noslēpumainajā tumšajā matērijā vai tumšajā enerģijā, kas šķiet veidojam lielāko daļu Visuma masas. Vai varbūt mēs meklējam nepareizajā mērogā. Varbūt saprātīgās civilizācijas ir sapratušas, ka dzīvība ir tikai sarežģīti informācijas kopumi, kas brīnišķīgā veidā mijiedarbojas viens ar otru, un ka tas notiek efektīvāk mazā mērogā. Tāpat kā uz Zemes kantaini mūzikas atskaņotāji ir pārvērtušies glītos, mazos <i>iPod</i>-os, varbūt arī saprātīgā dzīvība ir kļuvusi mikroskopiska, lai samazinātu savu ietekmi uz vidi. Saules sistēma varbūt mudž no citplanētiešiem, bet mēs tos vienkārši neredzam. Varbūt domas mūsu pašu galvās ir citplanētiešu dzīvības forma. Nu labi, tā ir traka iedoma. To man lika teikt citplanētieši. Taču ir aizraujoši, ka idejām šķietami ir pašām sava dzīve un ka tās pārdzīvo savus radītājus. Varbūt bioloģiskā dzīve ir tikai starpposms? Nākamo 15 gadu laikā mēs, iespējams, sāksim gūt īstu spektroskopisku informāciju no tuvākajām planētām, kas atklās, cik dzīvībai draudzīgas tās patiesībā ir. Tikmēr <i>SETI</i>, Ārpuszemes saprāta meklēšanas institūts, šobrīd publisko savus datus, lai miljoniem civilo zinātnieku, varbūt arī tu, varētu pievienoties meklējumiem. Šeit, uz Zemes, tiek veikti aizraujoši eksperimenti, lai no nulles radītu dzīvību — dzīvību, kas varētu ļoti atšķirties no mums zināmajām DNS formām. Tas viss mums palīdzēs saprast, vai Visums patiešām ir pilns dzīvības vai arī tajā tiešām esam tikai mēs. Jebkura no atbildēm ir savā ziņā bijību raisoša, jo, pat ja mēs esam vienīgie, tas, ka mēs domājam, sapņojam un uzdodam šos jautājumus, var izrādīties viens no vissvarīgākajiem faktiem par Visumu. Man tev ir vēl kāda laba ziņa. Zināšanu un izpratnes meklējumi nekad nekļūst garlaicīgi, nekad! Patiesībā tieši otrādi. Jo vairāk tu zini, jo apbrīnojamāka šķiet pasaule. Un tās ir šīs trakās iespējas un neatbildētie jautājumi, kas dzen mūs uz priekšu. Tāpēc — paliec zinātkārs!