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.
Num típico dia de escola, passam-se inúmeras horas a aprender respostas para perguntas. Mas vamos fazer o oposto agora mesmo. Vamos focar-nos em perguntas que ainda não têm respostas, porque não são conhecidas. Eu andava intrigado com uma série de coisas quando era miúdo. Por exemplo, como seria ser cão? Os peixes sentem dor? E os insetos? O Big Bang foi só um acidente? E Deus, existe? E, se existe, como é que temos a certeza de que é um Ele e não uma Ela? Porque é que tantas pessoas e animais inocentes sofrem coisas terríveis? Há mesmo um plano para a minha vida? O futuro ainda está por ser escrito ou já está escrito e simplesmente não o conseguimos ver? Mas então, tenho livre-arbítrio? Quem sou eu, já agora? Sou apenas uma máquina biológica? Mas então, porque é que sou consciente? O que é a consciência? Os robôs tornar-se-ão conscientes, um dia? Quer dizer, eu achava que, um dia, me dariam as respostas a todas estas perguntas. Alguém tem de saber, certo? Sabem que mais? Ninguém sabe. A maioria destas perguntas intriga-me agora mais do que nunca. Mas mergulhar nelas é entusiasmante porque nos leva à vanguarda do conhecimento e nunca se sabe o que lá vamos encontrar. Duas perguntas, então – perguntas para as quais ninguém à face da Terra tem resposta... [Quantos Universos existem?] Às vezes, quando estou num longo voo de avião, vejo lá fora todas aquelas montanhas e desertos e tento imaginar, na minha cabeça, quão vasta a Terra é. Depois, lembro-me de que há algo que vemos todos os dias em que caberiam literalmente um milhão de Terras: o Sol. Parece impossivelmente grande, mas na vastidão do universo, é um micróbio, uma de cerca de 400 mil milhões de estrelas na Via Láctea, que podemos ver numa noite clara como uma névoa branca, pálida e espalhada pelo céu. E isto é o menos. Há talvez 100 mil milhões de galáxias detetáveis pelos nossos telescópios. Ou seja, se cada estrela fosse do tamanho de um único grão de areia, só a Via Láctea teria estrelas suficientes para encher um pedaço de praia de 9 x 9 metros, com um metro de profundidade de areia. A Terra inteira não tem praias suficientes para representar todas as estrelas de todo o universo. Uma praia assim estender-se-ia por centenas de milhões de quilómetros. Santo Stephen Hawking, isto é muita estrela! Mas ele e outros físicos creem agora numa realidade que é inimaginavelmente ainda maior. Quer dizer, as 100 mil milhões de galáxias ao alcance dos nossos telescópios são provavelmente uma minúscula fração do total. O próprio espaço está a expandir-se a um ritmo acelerado. A vasta maioria das galáxias está a separar-se de nós tão rapidamente que a luz que provém delas talvez nunca chegue até nós. Ainda assim, a nossa realidade física aqui na Terra está intimamente ligada a essas galáxias distantes e invisíveis. Podemos pensar nelas como parte do nosso universo. Constitutem um único e gigante edifício que obedece às mesmas leis físicas e é todo feito do mesmo tipo de átomos — eletrões, protões, <i>quarks</i>, neutrinos — que nos constituem a todos nós. Contudo, teorias recentes da física, incluindo uma chamada "teoria das cordas", dizem-nos agora que poderá haver inúmeros outros universos constituídos por diferentes tipos de partículas, com diferentes propriedades, obedecendo a diferentes leis. A maioria destes universos nunca poderá conter vida e pode existir e deixar de existir num nanossegundo. Mas, de qualquer maneira, combinados constituem um vasto multiverso de possíveis universos com até 11 dimensões, o que inclui maravilhas para lá daquilo que alguma vez possamos imaginar. A versão vigente da teoria das cordas prevê um multiverso constituído por 10 elevado a 500 universos. Isto é um 1 seguido de 500 zeros, um número tão grande que, se cada átomo no nosso universo observável tivesse o seu próprio universo e todos os átomos de todos esses universos tivessem, cada um, o seu próprio universo, e repetíssemos isso por mais dois ciclos, ainda teríamos uma minúscula fração do total ou seja: um bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo do bilionésimo Mas mesmo este número é minúsculo comparado com outro número: o infinito. Alguns físicos pensam que o contínuo espaço-tempo é literalmente infinito e que contém um número infinito dos chamados universos compactos, com propriedades variáveis. Como é que está o vosso cérebro? A teoria quântica acrescenta uma <i>nuance</i> totalmente nova. A teoria foi comprovada para lá de qualquer dúvida, mas interpretá-la é desconcertante. Alguns físicos acham que só a conseguimos compreender se imaginarmos que imensos universos paralelos estão a ser criados a todo o instante, e muitos destes universos seriam muito parecidos com o mundo em que estamos, incluiriam múltiplas cópias de nós próprios. Num desses universos, licenciar-nos-íamos com distinção e casar-nos-íamos com a pessoa dos nossos sonhos. Num outro, nem por isso. Bem, há ainda alguns cientistas que dirão: disparate. Esta pergunta para quantos universos existem só tem uma resposta. Um único universo. Alguns filósofos e místicos poderão argumentar que até mesmo o nosso próprio universo é uma ilusão. Portanto, como podem ver, neste momento não há unanimidade sobre esta pergunta, nem perto disso. Tudo o que sabemos é que a resposta está algures entre o zero e o infinito. E acho que sabemos uma outra coisa. Este é um tempo mesmo excitante para se estudar física. Podemos estar a assistir à maior mudança paradigmática no conhecimento a que a humanidade já assistiu. [Porque é que não conseguimos ver vida extraterrestre?] Algures neste vasto universo, há certamente inúmeros outros planetas a fervilhar de vida. Mas porque é que não encontramos nenhum indício disso? Há uma famosa pergunta feita por Enrico Fermi em 1950: "Onde está toda a gente?" Teorias da conspiração defendem que há ovnis a visitar-nos a toda a hora e que os relatos estão a ser encobertos mas, honestamente, não são muito convincentes. Mas isso deixa-nos um verdadeiro enigma. No ano passado, o observatório espacial Kepler descobriu centenas de planetas em volta de estrelas próximas. Se extrapolarmos esses dados, parece que poderá haver meio bilião de planetas só na nossa galáxia. Se apenas 1 em 10 000 tiver condições que possam permitir a existência de vida, isso ainda são 50 milhões de possíveis planetas contendo vida aqui mesmo na Via Láctea. Portanto, enigma é este: a nossa Terra só se formou cerca de 9 mil milhões de anos após o Big Bang. Muitos outros planetas na nossa galáxia devem ter-se formado antes e dado uma oportunidade vida de se desenvolver vida milhares de milhões ou, certamente, muitos milhões de anos antes do que aconteceu na Terra. Se apenas alguns deles tivessem gerado vida inteligente que tivesse começado a criar tecnologias, essas tecnologias teriam tido milhões de anos para crescer em complexidade e poder. Na Terra, temos assistido a quão drasticamente a tecnologia pode acelerar em apenas cem anos. Num milhão de anos, uma civilização extraterrestre inteligente poderia ter-se facilmente espalhado pela galáxia, criando talvez dispositivos de recolha de energia ou frotas de naves espaciais colonizadoras ou gloriosas obras de arte que enchessem o céu noturno. No mínimo, pensaríamos que eles revelassem a sua presença deliberadamente ou, de outra maneira, através de sinais eletromagnéticos de qualquer tipo. Porém, não vemos evidências convincentes de nada disso. Porquê? Bem, há numerosas respostas possíveis, algumas delas um pouco negras. Talvez uma única civilização, super inteligente, tenha, de facto, ocupado a galáxia e imposto um silêncio radiofónico estrito por ser paranoica em relação a potenciais concorrentes. Limita-se a esperar, pronta a obliterar qualquer coisa que se torne uma ameaça. Ou talvez não sejam assim tão inteligentes ou talvez a evolução de uma inteligência capaz de criar tecnologia sofisticada seja muito mais rara do que o que assumimos. Afinal, apenas aconteceu na Terra uma vez, em quatro mil milhões de anos. Talvez mesmo isso tenha sido uma sorte incrível. Talvez sejamos a primeira civilização deste género na nossa galáxia. Ou, talvez,as civilizações transporten consigo as sementes da sua própria destruição através da incapacidade de controlar as tecnologias que criam. Mas há numerosas respostas mais otimistas. Para começar, não estamos a procurar assim tanto. e estamos a gastar uma quantia de dinheiro miserável Apenas uma minúscula fração das estrelas na nossa galáxia foram estudadas com atenção, à procura de sinais interessantes. Talvez não estejamos à procura da maneira certa. Talvez, à medida que uma civilização se desenvolve, descubra rapidamente tecnologias de comunicação muito mais sofisticadas e úteis que as ondas eletromagnéticas. Talvez aconteça tudo dentro da misteriosa matéria escura recentemente descoberta ou energia escura, que parece representar a maior parte da massa do universo. Ou talvez estejamos a procurar na escala errada. Talvez as civilizações inteligentes comecem a perceber que, no fundo, a vida é apenas padrões complexos de informação que interagem uns com os outros maravilhosamente e que pode acontecer mais eficazmente a uma escala mais pequena. Portanto, tal como na Terra os pesadões sistemas de estéreo se reduziram a iPods, bonitos e minúsculos , talvez a própria vida inteligente, para reduzir a sua pegada ecológica, se tenha tornado microscópica. O sistema solar pode estar cheio de <i>aliens</i> e nós não damos por eles. Talvez as ideias na nossa cabeça sejam uma forma de vida alienígena. Pronto, está bem, é um pensamento louco. Foram os extraterrestres que me fizeram dizer isto. Mas é giro que as ideias pareçam ter realmente vida própria e que sobrevivam aos seus criadores. Talvez a vida biológica seja só uma fase passageira. Nos próximos quinze anos, vamos começar a ter verdadeira informação espetroscópica de promissores planetas próximos, que revelarão quão favoráveis à vida podem ser. Entretanto, o SETI, que procura inteligência extraterrestre, está agora a divulgar os seus dados ao público para que milhões de cidadãos cientistas, vocês inclusive, possam contribuir num esforço coletivos e juntar-se a esta procura. Aqui na Terra, estão a fazer-se experiências maravilhosas para tentar criar vida do zero, vida que pode ser muito diferente daquelas com ADN que conhecemos. Tudo isto vai ajudar.nos a compreender se o universo está a fervilhar de vida ou se, realmente, somos só nós. Qualquer uma das respostas, à sua maneira, é extremamente inspiradora porque, mesmo que não estejamos sozinhos, o facto de que pensamos e sonhamos e fazemos estas perguntas pode vir ainda a ser um dos factos mais importantes sobre o universo. Tenho mais uma boa notícia para vocês. A procura do conhecimento e da compreensão nunca se torna monótona. Não se torna. Na verdade, é o contrário. Quanto mais sabemos, mais maravilhoso parece ser o mundo. São as possibilidades loucas, as perguntas sem resposta, que nos empurram para a frente. Portanto, mantenham-se curiosos.