يا للروعة يا صحبي. هلا ترى هذه المعادلات العجيبة. جميل.
Whoa, dude.
(Laughter)
في الـ 18دقيقة التالية سأعمل جاهدا قدر المستطاع.. شرح جمال فيزياء الاجسام بدون معادلات حسابية. إتضح بأنه هناك الكثير الذي يمكن تعلمه من المرجان. المرجان جميل جدا وحيوان إستثنائي. يحتوي كل رأس مرجاني على ألآف من الأورام (بوليب) الفردية. هذه الاورام تبرعم وتتفرع بشكل مستمر.. الى جيران متماثلة وراثيا. دعونا نتخيل بأنه مرجان فائق الذكاء .. وسنختار واحد لنسئله سؤالا معقولا. يمكننا سؤاله كيف وجد في هذا الموقع تحديدا.. بالمقارنة مع جيرانه.. هل كان ذلك بمحض الصدفة، قدر، أم ماذا؟
Check out those killer equations. Sweet. Actually, for the next 18 minutes I'm going to do the best I can to describe the beauty of particle physics without equations. It turns out there's a lot we can learn from coral. A coral is a very beautiful and unusual animal. Each coral head consists of thousands of individual polyps. These polyps are continually budding and branching into genetically identical neighbors. If we imagine this to be a hyperintelligent coral, we can single out an individual and ask him a reasonable question. We can ask how exactly he got to be in this particular location compared to his neighbors -- if it was just chance, or destiny, or what?
حسنا، بعد أن يلومنا لدورنا في رفع درجات الحرارة في الأرض.. سيقول سؤالنا في منتهى الغباء. المرجان قد يكون مزعجا الى حد ما كما تعرفون.. وفي جسمي جروح أحدثها كدليل على ذلك. ولكن هذا المرجان سيستمر ويقول لنا.. بأن جيرانه، كما يتضح، نسخ مطابقة له. وبالتالي هو في كل المواقع الأخرى أيضا.. ولكنه يعيش فيها كفرد منفصل. بالنسبة للمرجان التفرع الى نسخ أخرى.. أمر طبيعي جدا في هذا العالم.
Now, after admonishing us for turning the temperature up too high, he would tell us that our question was completely stupid. These corals can be kind of mean, you see, and I have surfing scars to prove that. But this polyp would continue and tell us that his neighbors were quite clearly identical copies of him. That he was in all these other locations as well, but experiencing them as separate individuals. For a coral, branching into different copies is the most natural thing in the world.
على عكسنا، مرجان فائق الذكاء مستعد بشكل فريد.. لفهم طريقة عمل الفيزياء الكمية. رياضيات الفيزياء الكمية تستطيع بكل دقة.. شرح نواميس عمل الكون. وتخبرنا بأن واقعنا يتفرع بشكل دائم.. الى إحتمالات متعددة مثله مثل المرجان. لإنه أمر غريب لا تستطيع عقولنا إدراك احتمالات متعدد للواقع.. لأننا نعايش واقع واحد فقط. شرح لنا غرابة الفيزيا الكمية أول مرة.. إروين شرودينجر وهرته. هرته تحب هذا النص أكثر. (ضحك) في التجربة، شرودينجر داخل صندوق به مواد مشعة.. وكما تنص قوانين فيزياء الكمية تتفرع (المواد المشعة) الى حالة من .. الاشعاع وعدم الاشعاع. (ضحك) في الفرع الذي تشع فيه العينة.. يؤدي ذلك الى إطلاق السم الذي يسبب موت شرودينجر. ولكن في الفرع الآخر من الواقع يظل حيا. هذه حقيقتين يعيشها كل فرد بشكل منفصل. وعلى قدر ما يمكن معرفته، كل فرد لا يعلم بوجود الآخر.
Unlike us, a hyperintelligent coral would be uniquely prepared to understand quantum mechanics. The mathematics of quantum mechanics very accurately describes how our universe works. And it tells us our reality is continually branching into different possibilities, just like a coral. It's a weird thing for us humans to wrap our minds around, since we only ever get to experience one possibility. This quantum weirdness was first described by Erwin Schrödinger and his cat. The cat likes this version better. (Laughter) In this setup, Schrödinger is in a box with a radioactive sample that, by the laws of quantum mechanics, branches into a state in which it is radiated and a state in which it is not. (Laughter) In the branch in which the sample radiates, it sets off a trigger that releases poison and Schrödinger is dead. But in the other branch of reality, he remains alive. These realities are experienced separately by each individual. As far as either can tell, the other one doesn't exist.
وهذا يبدو غريبا لنا لإن كل واحد منا.. يعيش تجربة حياة واحدة فقط.. ولا نتمكن من رؤية الفروع الأخرى (من الواقع). كأنه لو أن كل واحد منا، مثل شرودينجر هنا، شبيه بالمرجان.. الذي يتفرع الى إحتمالات أخرى ممكنة. رياضيات الفيزياء الكمية توضح لنا.. طريقة عمل الكون في المقاييس المتناهية الصغر. يمكن تلخيص كل ذلك في جملة واحدة: كل ما يحتمل حدوثه، يحدث. وهذه هي الفيزياء الكمية. ولكن لا يعني أن كل شيء يحدث. أما بقية علم الفيزياء فيختص بشرح ما يمكن أن يحدث.. وما لا يمكن أن يحدث. ما يبينه علم الفيزياء بأن كل شيء يمكن تلخيصه في الهندسة.. وتفاعل الجسيمات الأولية. ويمكن أن تحدث الأشياء إذا كانت هذه التفاعلات.. تتم بتوازن على نحو متكامل.
This seems weird to us, because each of us only experiences an individual existence, and we don't get to see other branches. It's as if each of us, like Schrödinger here, are a kind of coral branching into different possibilities. The mathematics of quantum mechanics tells us this is how the world works at tiny scales. It can be summed up in a single sentence: Everything that can happen, does. That's quantum mechanics. But this does not mean everything happens. The rest of physics is about describing what can happen and what can't. What physics tells us is that everything comes down to geometry and the interactions of elementary particles. And things can happen only if these interactions are perfectly balanced.
والآن سأمضي شارحا كيف تسنى لنا معرفة هذه الجسيمات.. وما هي هذه الجسيمات وكيف يعمل هذا التوازن. في هذه الآلة يطلق شعاع من البروتونات ومضادات البروتونات بسرعة تقترب من سرعة الضوء.. لتصطدم ببعضها البعض مما يؤدي الى إطلاق طاقة حرارية عالية. هذه الطاقة تحول فورا الى رذاذ.. من الجسيمات الذرية (شبيه جسيمات).. يتم تحليلها بمراصد وأجهزة حاسوب لمعرفة خصائصها. هذه الآلة الهائلة، صدامة الهيدروجين الضخمة.. في سيرن بجنيفا.. يبلغ محيطها 17 ميل.. وعند تشغيلها تنتج طاقة تبلغ خمسة أضعاف الطاقة.. التي تنتجها مدينة مونتيريه الكندية. لا يمكننا معرفة نوع الجسميات التي سينتج عنها التصادم بكل دقة.. في أي تصادم فردي. علم فيزياء الكمية يشير الى إمكانية تحقيق كل الاحتمالات الممكنة. ولكن علم الفيزياء يحدد نوع الجسيمات التي يمكن إنتاجها. يجب أن تحتوي هذه الجسيمات على نفس القدر من الكتلة والطاقة.. التي تحملها البروتونات ومضادات البروتونات. أما الجسيمات التي تحتوي على قدر أكبر من الكتلة والطاقة.. فلا تنتج وتظل مخفية عنا. لذا فصدامة الهيدروجين الضخمة الجديدة مصدر حماس كبير. ستدفع حدود الطاقة الحالية الى سبعة أضعاف.. ما تم تحقيقه حتى الآن.. لذا سنرى نوع جديد من الجسيمات قريبا جدا.
Now I'll go ahead and describe how we know about these particles, what they are and how this balance works. In this machine, a beam of protons and antiprotons are accelerated to near the speed of light and brought together in a collision, producing a burst of pure energy. This energy is immediately converted into a spray of subatomic particles, with detectors and computers used to figure out their properties. This enormous machine -- the Large Hadron Collider at CERN in Geneva -- has a circumference of 17 miles and, when it's operating, draws five times as much power as the city of Monterey. We can't predict specifically what particles will be produced in any individual collision. Quantum mechanics tells us all possibilities are realized. But physics does tell us what particles can be produced. These particles must have just as much mass and energy as is carried in by the proton and antiproton. Any particles more massive than this energy limit aren't produced, and remain invisible to us. This is why this new particle accelerator is so exciting. It's going to push this energy limit seven times beyond what's ever been done before, so we're going to get to see some new particles very soon.
ولكن قبل أن نتحدث عن ما يمكن أن نراه (ينتج).. دعوني أحدثكم عن الجسيمات (الذرية) التي نعرفها حاليا. هناك أنواع كثيرة جدا من الجسيمات تحت-الذرية. معظمنا يعرف الالكترونات. مصدر عيش الكثير من الناس في هذه الغرفة قائم.. بدفعها هنا وهناك. (ضحك) ولكن للالكترونات شريك محايد يسمى نيترينو.. بدون شحنة كهربائية وكتلة متناهية الصغر. بالمقارنة جسيمات الكواركس تحتوي على كتل متناهية الكبر.. وتتجمع في ثلاثة (الكواركس) لتشكل البروتونات والنيوترونات.. داخل الذرة. كل مواد الجسيمات تنقسم الى نوع إما يميني وإما يساري.. ولكل جسيم جسيم-مضاد يحمل شحنات مضادة. لدى هذه الجسيمات المعروفة جسيمات أخرى غير معروفة.. من الجيل الثاني والثالث والتي تحمل شحنات مماثلة للجيل الأول.. ولكنها تحتوى على كتل أكبر بكثير. مواد هذه الجسيمات تتفاعل مع مختلف قوى الجسيمات. تتفاعل القوى الكهرومغناطيسية بالمواد المشحونة كهربائيا.. من خلال جسيمات تسمى فوتونات. هناك أيضا قوى أخرى ولكنها ضعيفة جدا تسمى.. القوة الضعيفة وتتفاعل ..
But before talking about what we might see, let me describe the particles we already know of. There's a whole zoo of subatomic particles. Most of us are familiar with electrons. A lot of people in this room make a good living pushing them around. (Laughter) But the electron also has a neutral partner called the neutrino, with no electric charge and a very tiny mass. In contrast, the up and down quarks have very large masses, and combine in threes to make the protons and neutrons inside atoms. All of these matter particles come in left- and right-handed varieties, and have antiparticle partners that carry opposite charges. These familiar particles also have less familiar second and third generations, which have the same charges as the first but have much higher masses. These matter particles all interact with the various force particles. The electromagnetic force interacts with electrically charged matter via particles called photons. There is also a very weak force called, rather unimaginatively, the weak force ...
بالمواد اليسارية فقط. القوى القوية يكون دورها في الكواركس، التي تحمل.. شحنة من نوع آخر، تسمى شحنة ملونة،.. تأتي بثلاثة ألوان مختلفة: الاحمر، الاخضر، والأزرق. يمكنكم لوم الفيزيائي مورى جيل-مان على هذه الأسماء.. فهي من إختراعه. وأخيرا هناك قوى الجاذبية والتي تأثر على المادة من خلال كتلتها ودورانها.
(Laughter) that interacts only with left-handed matter. The strong force acts between quarks which carry a different kind of charge, called color charge, and come in three different varieties: red, green and blue. You can blame Murray Gell-Mann for these names -- they're his fault. Finally, there's the force of gravity, which interacts with matter via its mass and spin.
إن أهم شيء يجب فهمه في هذا المقام.. هناك نوع مختلف من الشحن يصاحب .. كل نوع من هذه القوى. وهذه القوى الأربعة المختلفة تأثر (تتفاعل) بالمادة.. بما يقابلها من الشحنات التي يحتويها كل جسيم. جسيم لم يرى حتى الآن ولكننا متأكدين من وجوده .. هو جسيم هيجس والذي يعطى كتل لكل هذه الجسميات الأخرى. الهدف الأساسي لصدامة الهيدروجين الضخمة.. لرؤية جسيم هيجس ونحن متأكدين الى حد كبير بأننا سنراه. ولكن اللغز الكبير ما هي الجسيمات الأخرى التي سنراها. وسأريكم هنا إحتمال واحد ممكن وجميل.. مع إقتراب نهاية هذه المحاضرة.
The most important thing to understand here is that there's a different kind of charge associated with each of these forces. These four different forces interact with matter according to the corresponding charges that each particle has. A particle that hasn't been seen yet, but we're pretty sure exists, is the Higgs particle, which gives masses to all these other particles. The main purpose of the Large Hadron Collider is to see this Higgs particle, and we're almost certain it will. But the greatest mystery is what else we might see. And I'm going to show you one beautiful possibility towards the end of this talk.
والآن، أذا حسبنا كل هذه الجسيمات المختلفة.. باستخدام مختلف الدوائر و الشحنات نحصل على 226 جسيم. وهذا عدد كبير من الجسيمات لتتبعه. وقد يبدو غريبا أن يكون في الطبيعة.. هذا العدد الكبير من الجسيمات. ولكن أذا رسمنا المواد بنوع الشحنات التي تبثها.. تظهر لنا صورة جميلة الشكل. أكثر انواع الشحنات المعروفة هي الشحنات الكهربائية. الالكترون به شحنة كهربائية سالبة واحدة.. والكواركس بها شحنات كهربائية فردية (ثلاثية). لذا عندما يتم دمج 2 كواركس علوي بـ 2 كواركس سفلي.. لتكوين بروتون، تبلغ إجمالي شحنته الكهربائية موجب واحد. والجسيمات لها جسيمات-مضادة ذات شحنات معاكسة. والآن، تبين بأن الشحنات الكهربائية.. تحتوي على شحنتين أخريين: شحنة قوية وشحنة أخرى ضعيفة. إذا قمنا بنشر الشحنات القوية والشحنات ا لضعيفة.. وقمنا برسم شحنات الجسيمات في هذا فضاء الشحنات الثنائي الابعاد.. يتبين بأن الشحنة الكهربائية موجودة في مكان الجسيمات.. على طول اتجاه المنحنى الرأسي. تتفاعل القوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة بالمادة.. وفقا لشحناتها القوية وشحناتها الضعيفة.. والتي تشكل هذا النمط. وهذا النموذج يسمى نموذج القوى الكهرومغناطيسية الموحد.. والذي وضع في العام 1967.
Now, if we count up all these different particles using their various spins and charges, there are 226. That's a lot of particles to keep track of. And it seems strange that nature would have so many elementary particles. But if we plot them out according to their charges, some beautiful patterns emerge. The most familiar charge is electric charge. Electrons have an electric charge, a negative one, and quarks have electric charges in thirds. So when two up quarks and a down quark are combined to make a proton, it has a total electric charge of plus one. These particles also have antiparticles, which have opposite charges. Now, it turns out the electric charge is actually a combination of two other charges: hypercharge and weak charge. If we spread out the hypercharge and weak charge and plot the charges of particles in this two-dimensional charge space, the electric charge is where these particles sit along the vertical direction. The electromagnetic and weak forces interact with matter according to their hypercharge and weak charge, which make this pattern. This is called the unified electroweak model, and it was put together back in 1967.
سبب معرفة أغلبنا بالشحنة الكهربائية.. وجهلنا بالشحنات الضعيفة هي جسيمات هيجز. جسيمات هيجز كما ترونها هنا في اليسار بها كتلة كبيرة.. وتعمل على فصل تطابق هذا النمط الكهرومغناطيسي. تقوم بإضعاف القوى الضعيفة كثيرا.. بتلبيس القوى الضعيفة كتلة كبيرة الحجم. بما أن جسيم هيجز الضخم يقبع على طول الخط الأفقي.. في هذا الرسم البياني، تظل الفوتونات الكهرومغناطيسية بدون كتلة.. وتتفاعل بالشحنة الكهربائية على طول الخط الرأسي.. في هذا الفضاء المشحون. لذا فالقوى الكهرومغناطيسية والقوى الضعيفة الموضحة.. في هذا النمط من شحنات الجسيمات كفضاء ثنائي-الابعاد. يمكننا ضم القوى القوية عن طريق نشر .. اتجاهات شحنتيها ورسم الشحنات.. الخاصة بقوى الجسيمات في الكواركس على طول هذه الاتجاهات. يمكن رسم شحنات كل الجسيمات المعروفة.. كفضاء شحن ذو أربعة-أبعاد وتصوير ذلك.. الى شكل ثنائي الابعاد مثل هذا حتى يتسنى لنا رؤيته.
The reason most of us are only familiar with electric charge and not both of these is because of the Higgs particle. The Higgs, over here on the left, has a large mass and breaks the symmetry of this electroweak pattern. It makes the weak force very weak by giving the weak particles a large mass. Since this massive Higgs sits along the horizontal direction in this diagram, the photons of electromagnetism remain massless and interact with electric charge along the vertical direction in this charge space. So the electromagnetic and weak forces are described by this pattern of particle charges in two-dimensional space. We can include the strong force by spreading out its two charge directions and plotting the charges of the force particles in quarks along these directions. The charges of all known particles can be plotted in a four-dimensional charge space, and projected down to two dimensions like this so we can see them.
كلما تفاعلت الجسيمات تحافظ الطبيعة على توازن متكامل.. على طول كل الابعاد الاربعة باتجاه هذه الشحنات. اذا تصادم جسيم وجسيم-مضاد ينتج عن ذلك دوي من الطاقة.. ومجموع من الشحنات قدره صفر على كل الاتجهات الاربعة. وعندها، في هذه المرحلة، يمكن أن ينتج عن ذلك أي شيء (جسيم) طالما.. كان له نفس القدر من الطاقة ويحافظ على شحنه قدرها صفر. على سبيل المثال، قوى هذه المادة الضعيفة ومضاد-المادة.. يمكن أن تنشأ في تصادم. في أية تفاعلات إضافية، يجب ان تتعادل الشحنات. أحد الجسيمات الضعيفة يمكن أن يتحلل الى الكترون,, ومضاد-النيوترينو.. وكل هذه الثلاثة سيبلغ إجمال جمع شحناتها صفر. تحافظ الطبيعة دائما على توازن متكامل. لذا هذه الانماط من الشحنات ليست مجرد جميلة. تنبئنا عن التفاعلات الممكنة (الجائزة). ويمكننا تدوير هذا الفضاء المشحون الى أربعة أبعاد.. لتوضيح التفاعلات القوية.. التي ينجم عنها هذا الشكل السداسي الجميل. في التفاعلات القوية، جسيم ذا قوى قوية، مثل هذا الواحد.. يتفاعل بالكوارك الملون، مثل هذا الأخضر.. لينتج عن ذلك كوارك بلون شحن مختلف.. هذا الأحمر. تفاعلات قوية تحدث ملايين المرات.. في كل ثانية في كل ذرة من أجسادنا.. حاملة نواة الذرة في آن واحد.
Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance along all four of these charge directions. If a particle and an antiparticle collide, it creates a burst of energy and a total charge of zero in all four charge directions. At this point, anything can be created as long as it has the same energy and maintains a total charge of zero. For example, this weak force particle and its antiparticle can be created in a collision. In further interactions, the charges must always balance. One of the weak particles could decay into an electron and an antineutrino, and these three still add to zero total charge. Nature always keeps a perfect balance. So these patterns of charges are not just pretty. They tell us what interactions are allowed to happen. And we can rotate this charge space in four dimensions to get a better look at the strong interaction, which has this nice hexagonal symmetry. In a strong interaction, a strong force particle, such as this one, interacts with a colored quark, such as this green one, to give a quark with a different color charge -- this red one. And strong interactions are happening millions of times each second in every atom of our bodies, holding the atomic nuclei together.
ولكن هذه الشحنات الأربعة الناتجة عن القوى الذرة الثلاثية.. ليست نهاية القصة. يمكننا إضافة شحنتين إضافيتين.. تسببها قوى الجاذبية. وعند احتساب قوى الجاذبية، كل مادة جسيم.. تتأثر بشحنتي دوران مختلفتين، دوران علوي ودوران سفلي. لذا كلها تنقسم وينتج عن ذلك نمط جميل.. في فضاء شحن سداسي الابعاد. يمكنننا تدوير هذا النمط على شكل سداسي الابعاد.. لنرى بأنه جميل جدا. في الوقت الراهن، يطابق هذا النمط أفضل معارفنا الحالية.. عن كيف تبنى الطبيعة في المقاييس الذرية.. في هذه الجسيمات الأولية المتناهية الصغر. هذا ما نعرفه بكل تأكيد. بعض هذه الجسيمات في حدود (نهاية).. ما أمكننا التوصل إليه بالتجارب. من هذا النمط، نعرف فيزياء جسيمات.. المتناهية الصغر. كيفية يعمل الكون.. في هذه المقايسس المتناهية الصغر جميل جدا حقا.
But these four charges corresponding to three forces are not the end of the story. We can also include two more charges corresponding to the gravitational force. When we include these, each matter particle has two different spin charges, spin-up and spin-down. So they all split and give a nice pattern in six-dimensional charge space. We can rotate this pattern in six dimensions and see that it's quite pretty. Right now, this pattern matches our best current knowledge of how nature is built at the tiny scales of these elementary particles. This is what we know for certain. Some of these particles are at the very limit of what we've been able to reach with experiments. From this pattern we already know the particle physics of these tiny scales -- the way the universe works at these tiny scales is very beautiful.
ولكني سأشرح بعض المفاهيم الجديدة والقديمة.. عن الاشياء التي لا نعرفها حتى الآن. نرغب في توسيع هذا النمط باستخدام الحساب وحده.. لنرى إن كان بامكاننا فهم كيف يعمل كل شيء. نريد معرفة كل الجسيمات والقوى.. التي تعطي صورة كاملة عن كيفية عمل الكون. ونرغب في إستخدام هذه الصورة للتنبأ بأية جسيمات جديدة.. التي يمكن أن ترى في التجارب المرتقبة.
But now I'm going to discuss some new and old ideas about things we don't know yet. We want to expand this pattern using mathematics alone, and see if we can get our hands on the whole enchilada. We want to find all the particles and forces that make a complete picture of our universe. And we want to use this picture to predict new particles that we'll see when experiments reach higher energies.
هناك فكرة قديمة في فيزياء الجسيمات.. بأن هذا النمط المعروف من الشحن الغير متناسق.. قد يكون وليد نمط أكثر تناسقا ولكنه يفقد تناسقه.. مثل تأثير جسيم هيجز على نمط كهرباء القوى الضعيفة.. لينتج عنها القوى الكهرومغناطيسية. ولمعرفة ذلك، ينبغي علينا إستحداث قوى جديدة.. بإتجاهات شحن جديدة. عندما نستحدث اتجاه جديد يمكننا تقدير.. ما هي شحنات الجسيمات على طول هذا الاتجاه.. وبعد ذلك يمكننا تدوير ذلك بالجسيمات الأخرى. إذا قمنا بتخمين ذلك بحكمة، يمكننا بناء الشحنات المعروفة.. على شكل شحن سداسي الابعاد كنمط غير متناسق.. من هذا النمط المتكامل في شكل شحن سباعي الابعاد.
So there's an old idea in particle physics that this known pattern of charges, which is not very symmetric, could emerge from a more perfect pattern that gets broken -- similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern to give electromagnetism. In order to do this, we need to introduce new forces with new charge directions. When we introduce a new direction, we get to guess what charges the particles have along this direction, and then we can rotate it in with the others. If we guess wisely, we can construct the standard charges in six charge dimensions as a broken symmetry of this more perfect pattern in seven charge dimensions.
هذا الاختيار بالذات مبني على نظرية الاتحاد الكبرى.. التي إقترحها كل من الفيزيائي باتي وسلام عام 1973. عند تفحص هذا النمط الجديد من الاتحاد.. يمكننا رؤية فراغين لجسيمات تبدو مفقودة. بهذه الطريقة تعمل نظريات الفيزياء التوحيدية. يبحث الفيزيائي عن مزيد من الانماط الهندسية الاكبر.. والتي تشتمل على الانماط المعروفة سلفا كفروع. الانماط الاكبر تمكننا التنبأ بوجود.. جسيمات لم يسبق مشاهدتها. هذه النظرية تمكننا من التنبأ بوجود زوجين .. من جسيمات القوى الجديدة والتي تتصف بمثل القوي الضعيفة.. ولكنها أضعف منها.
This particular choice corresponds to a grand unified theory introduced by Pati and Salam in 1973. When we look at this new unified pattern, we can see a couple of gaps where particles seem to be missing. This is the way theories of unification work. A physicist looks for larger, more symmetric patterns that include the established pattern as a subset. The larger pattern allows us to predict the existence of particles that have never been seen. This unification model predicts the existence of these two new force particles, which should act a lot like the weak force, only weaker.
الآن يمكننا تدوير مجموع الشحنات هذه في سبعة أبعاد.. وتأمل حقيقة غريبة عن جسيمات المادة: لدى االجيل الثاني والثالث من المادة.. نفس القدر من فضاء الشحنات ذو الابعاد الستة.. كالجيل الأول. لم تحدد هذه الجسيمات بشكل فريد من خلال شحناتها الستة. تقبع على بعضه البعض في فضاء الشحن المعروف. ولكن إذا عملنا من خلال فضاء شحن ثماني الابعاد.. يمكننا تخصيص شحنات فريدة لكل جسيم جديد. من بعد ذلك يمكننا تدوير هذه الابعاد الثمانية.. لرؤية كيف يبدو النمط الجديد إجمالا. الآن نستطيع رؤية الجيل الثاني والثالث من المادة.. وكيفية إرتباطه بالجيل الأول بشكل هندسي يسمى "ثلاثية".
Now, we can rotate this set of charges in seven dimensions and consider an odd fact about the matter particles: the second and third generations of matter have exactly the same charges in six-dimensional charge space as the first generation. These particles are not uniquely identified by their six charges. They sit on top of one another in the standard charge space. However, if we work in eight-dimensional charge space, then we can assign unique new charges to each particle. Then we can spin these in eight dimensions and see what the whole pattern looks like. Here we can see the second and third generations of matter now, related to the first generation by a symmetry called "triality."
في الحقيقة هذا النمط من الشحن ذا الثماني الابعاد.. هو جزء من اجمال البنى الهندسية الجميلة في الرياضيات. إنه نمط لأكبر مجموعة استثنائية في الرياضيات تعرف بـ E8 تتصف المجموعة بشكلها المقوس السوي ذي 248 بعد. كل نقطة في هذا النمط يقابله شكل معادل.. في هذا الشكل المعقد والجميل. يمكن استخدام جزء صغير من هذا الشكل E8.. لشرح الفضاء الزمني المنحني كما جاء في النظرية النسبية لإنشتاين.. لتوضيح الجاذبية. الشكل الهندسي والفيزياء الكمية تستخدمان.. لشرح كل شيء عن نواميس الكون وكيف يعمل.. في المقايس المتناهية الصغر. ونمط هذا الشكل الذي يحتوي على فضاء شحني ذو ثمانية أبعاد.. جميل بشكل لا يصدق.. ويلخص آلآف محتملة من التفاعلات.. بين الجسيمات الأولية التي كل منها.. عبارة عن مجرد وجه من هذا الشكل المعقد.
This particular pattern of charges in eight dimensions is actually part of the most beautiful geometric structure in mathematics. It's a pattern of the largest exceptional Lie group, E8. This Lie group is a smooth, curved shape with 248 dimensions. Each point in this pattern corresponds to a symmetry of this very complex and beautiful shape. One small part of this E8 shape can be used to describe the curved space-time of Einstein's general relativity, explaining gravity. Together with quantum mechanics, the geometry of this shape could describe everything about how the universe works at the tiniest scales. The pattern of this shape living in eight-dimensional charge space is exquisitely beautiful, and it summarizes thousands of possible interactions between these elementary particles, each of which is just a facet of this complicated shape.
كلما أدرناه نرى الكثير من الانماط المعقدة الأخرى... يحتويها هذا الشكل الواحد. بهذا التدوير المعين يمكننا النظر من خلال هذا النمط.. ثمانية أبعاد على طول منحنى التطابق.. ورؤية كل الجسيمات في آن واحد. إنه شكل جميل جدا، وكغيره من الاشكال العامة.. نرى بعض المناطق الفارغة التي تحتاج الى إضافة جسيمات جديدة.. على هذا النمط. هناك 20 فراغا للمناطق التي يجب أن تكون فيها الجسيمات.. مكانين تم شغرهما بجسيمات باتي وسلام. بالنظر الى مواقعها في هذا النمط نعرف بأن هذه الجسيمات الجديدة.. يجب أن تكون متعددة المجالات مثل جسيم هيجز.. ولكنها تحتوي على شحن ملون وتتفاعل بالقوى القوية. بملأ الفراغات بجسيمات جديد سيكتمل النمط.. وبذلك يكتمل الشكل E8.
As we spin it, we can see many of the other intricate patterns contained in this one. And with a particular rotation, we can look down through this pattern in eight dimensions along a symmetry axis and see all the particles at once. It's a very beautiful object, and as with any unification, we can see some holes where new particles are required by this pattern. There are 20 gaps where new particles should be, two of which have been filled by the Pati-Salam particles. From their location in this pattern, we know that these new particles should be scalar fields like the Higgs particle, but have color charge and interact with the strong force. Filling in these new particles completes this pattern, giving us the full E8.
هذا الشكل E8 في علم الرياضيات ذو جذور عميقة. حيث يعتبره الكثيرين أجمل بناء.. في علم الحساب. إنه لمستقبل مشرق أن يستطيع هذا الشكل الحسابي الرائع .. الجميل توضيح حقائق تفاعلات الجسيمات.. في أصغر مستويات القياس التي يمكن تصورها. والفكر القائل بإن علم الحساب يستطيع شرح الطبيعة.. ليس بجديد كليا. في 1623 ، كتب غاليليو التالي: كتاب الطبيعة الضخم، الذي يتجلى بشكل دائم أمام أعيننا.. مكتوب بلغة الحساب. حروفه المثلثات، الدوائر، والاشكال الهندسية الأخرى.. والتي بدونها يستحيل علينا كبشر فهم.. كلمة واحدة منه: بدونها، الواحد سيقع في متاهة مظلمة لا نهاية لها.
This E8 pattern has very deep mathematical roots. It's considered by many to be the most beautiful structure in mathematics. It's a fantastic prospect that this object of great mathematical beauty could describe the truth of particle interactions at the smallest scales imaginable. And this idea that nature is described by mathematics is not at all new. In 1623, Galileo wrote this: "Nature's grand book, which stands continually open to our gaze, is written in the language of mathematics. Its characters are triangles, circles and other geometrical figures, without which it is humanly impossible to understand a single word of it; without these, one is wandering around in a dark labyrinth."
أعتقد بأن كلامه صحيحا وعشت أحاول.. إستخدام إرشادات غاليليو لوصف رياضيات.. الجسيمات الفيزيائية باستخدام المثلثات، الدوائر.. والاشكال الهندسية الأخرى. طبعا عندما يقوم الفيزيائيون مثلي بدراسة هذه الاشياء.. باستخدام علم الرياضيات، الحساب قد يكون شبيه بالمتاهة المظلمة. ولكن مما يثلج الصدر أن يكون في عمق العمليات الحسابية.. أشكال هندسية فائقة الجمال. باستخدام فيزياء الكم هذه الرياضيات.. تصف عالمنا كمرجان E8 الذي ينمو.. بجسيمات تتفاعل كل مكان وعلى كل المستويات.. وفقا لنمط جميل. وكلما اتضحت صورة النمط أكثر بإستخدام ألآت أحدث.. مثل صدامة الهيدروجين الضخمة سيكون من المحتمل معرفة.. إذا كانت الطبيعة تستخدم النمط الحسابي E8 أو نمط آخر.
I believe this to be true, and I've tried to follow Galileo's guidance in describing the mathematics of particle physics using only triangles, circles and other geometrical figures. Of course, when other physicists and I actually work on this stuff, the mathematics can resemble a dark labyrinth. But it's reassuring that at the heart of this mathematics is pure, beautiful geometry. Joined with quantum mechanics, this mathematics describes our universe as a growing E8 coral, with particles interacting at every location in all possible ways according to a beautiful pattern. And as more of the pattern comes into view using new machines like the Large Hadron Collider, we may be able to see whether nature uses this E8 pattern or a different one.
وإنه لمن دواعي السرور المشاركة في هذه المرحلة من الاكتشاف. إذا تبين من تجربة الصدامة بأن الجسيمات تكون وفقا لنمط E8 سيكون ذلك رئعا حقا. إذا تبين بأن الجسيمات هي خلاف ذلك وليست وفقا لهذا النمط.. حسنا، سيكون ذلك مثيرا للإهتمام ولكنه سيئأ لنظرية E8. وطبعا سيكون ذلك سيئا لي أنا شخصيا. (ضحك) حسنا كم هو سيئأ؟ حسنا، سيئا جدا. (ضحك)
This process of discovery is a wonderful adventure to be involved in. If the LHC finds particles that fit this E8 pattern, that will be very, very cool. If the LHC finds new particles, but they don't fit this pattern -- well, that will be very interesting, but bad for this E8 theory. And, of course, bad for me personally. (Laughter) Now, how bad would that be? Well, pretty bad. (Laughter)
ولكن التنبؤ بكيفية عمل الطبيعة أمر في غاية الصعوبة (الخطورة). يمكن إعتبار هذه النظرية وشبيهاتها كالمغامرة. يعمل المرء جاهدا على الرغم من الإدراك بأن معظم هذه الأفكار.. قد لاتصف نواميس الطبيعة بشكل صحيح. إن العمل في الفيزياء النظرية.. ينتج عنه الكثير من الفناء. وفي هذا الصدد نظريات الفيزياء الجديدة تشبه كثيرا الشركات المبتدأه. مثل اي استثمار ضخم من الصعوبة بمكان (نفسيا).. التخلي عن خطة البحث حتى إذا تبين بإنها غير صحيحة. ولكن في العلوم الطبيعية ليس هناك مجال لقبول ما هو غير صحيح.. عليك التخلي عنه ومحاولة تجربة شيء آخر.
But predicting how nature works is a very risky game. This theory and others like it are long shots. One does a lot of hard work knowing that most of these ideas probably won't end up being true about nature. That's what doing theoretical physics is like: there are a lot of wipeouts. In this regard, new physics theories are a lot like start-up companies. As with any large investment, it can be emotionally difficult to abandon a line of research when it isn't working out. But in science, if something isn't working, you have to toss it out and try something else.
ولكي يحافظ المرء على توازنه ويحقق السعادة.. وسط المجهول عليه أن يكون متوازنا.. ومتفهما للحياة. لقد بذلت قصارى جهدي أن أحافظ على التوازن في الحياة. (ضحك) أزن حياتي بشكل متساوي بين الفيزياء الحب والتزلج على الماء. إتجاهات شحناتي الثلاث الخاصة. (ضحك) وبهذه الطريقة حتى لو كانت الفيزياء النظرية التي أمارسها غير صحيحة.. سيكون لدي رصيد آخر جيد في الحياة. وكما إنني أعيش في مناطق جميلة. في العشر السنوات التي خلت عشت في جزيرة ماوي (بهاواي).. الفائقة الجمال. ويبدو لوالدي بإنه من أعظم الأسرار في الكون.. كيف لي أن أعيش كل هذا الزمن دون الانخراط.. في عمل بدوام كامل. (ضحك)
Now, the only way to maintain sanity and achieve happiness in the midst of this uncertainty is to keep balance and perspective in life. I've tried the best I can to live a balanced life. (Laughter) I try to balance my life equally between physics, love and surfing -- my own three charge directions. (Laughter) This way, even if the physics I work on comes to nothing, I still know I've lived a good life. And I try to live in beautiful places. For most of the past ten years I've lived on the island of Maui, a very beautiful place. Now, it's one of the greatest mysteries in the universe to my parents how I managed to survive all that time without engaging in anything resembling full-time employment. (Laughter)
سأخبركم بالسر. هذا المنظر من مكتبي المنزلي في ماوي. وهذا منظر آخر، وهذا آخر. وقد تلاحظون بأن هذه المناظر الجميلة.. متشابهة ولكنها تختلف بعض الشيء. لإنها كانت منزلي ومكتبي في ماوي. (ضحك) لقد إخترت أسلوب حياة غير تقليدي. ولكن عدم القلق من عدم المقدرة على دفع ايجار منزل مكنني من قضاء وقتي.. في العمل في ما أحب. الحياة البدوية صعبة بعض الاحيان.. ولكنها مكنتني من العيش في بقع جميلة.. والمحافظة على توزان جيد في حياتي كان مصدر سعادتي. مكنتني من قضاء الكثير من وقتي.. برقة المرجان الفائق الذكاء. ولكنني أسعد أيضا برفقة أناس فائقي الذكاء. لذا فأنا سعيد جدا لدعوتي هنا اليوم. شكرا جزيلا. (تصفيق)
I'm going to let you in on that secret. This was a view from my home office on Maui. And this is another, and another. And you may have noticed that these beautiful views are similar, but in slightly different places. That's because this used to be my home and office on Maui. (Laughter) I've chosen a very unusual life. But not worrying about rent allowed me to spend my time doing what I love. Living a nomadic existence has been hard at times, but it's allowed me to live in beautiful places and keep a balance in my life that I've been happy with. It allows me to spend a lot of my time hanging out with hyperintelligent coral. But I also greatly enjoy the company of hyperintelligent people. So I'm very happy to have been invited here to TED. Thank you very much. (Applause)
Chris Anderson: Stay here one second.
(Applause)
يقول كريس أندريسون: أحسب نسبة ما فهمته في حدود 2%.. ولكن مع هذا أعجبني العرض كثيرا. وسؤالي قد يبدو لك في منتهي الغباء. نظريتك حول تفسير كل الوجود..
I probably understood two percent of that, but I still absolutely loved it. So I'm going to sound dumb. Your theory of everything --
جاريت ليسي: أنا متعود على المرجان.
Garrett Lisi: I'm used to coral.
كريس أندريسون: هذا صحيح، السبب في تحمس البعض هو.. ،إذا كنت محقا، نظريتك ستدمج.. تأثير الجاذبية ونظرية الفيزياء الكمية. لذا هل تقول بأن نواميس الكون.. في جوهرها وعلى الاحجام الذرية المتناهية الصغر.. تحتمل بطريقة ما أبعاد حسابية قدرها E8؟ أقصد، هل هناك مقياس لذلك في الاحجام الذرية.. كما تعتقد، أو ..؟
CA: That's right. The reason it's got a few people at least excited is because, if you're right, it brings gravity and quantum theory together. So are you saying that we should think of the universe, at its heart -- that the smallest things that there are, are somehow an E8 object of possibility? I mean, is there a scale to it, at the smallest scale, or ...? GL: Well, right now the pattern I showed you
جاريت ليسي: حسنا ، النمط الذي استعرضته يطابق.. كل ما نعرفه عن الجسيمات الأولية في الفيزياء.. ويتسم بنسق ونمط جميل جدا. وهذا ما نعرفه بشكل مؤكد. وذلك الشكل يشبه الى حد كبير ويتناسب .. مع نمط E8 وبالتالي يكون مكملا للصورة. وهذه النقاط في النمط الذي استعرضته.. في الواقع يمثل أشكال مناظرة لهذا الشكل ذو الابعاد المتعددة.. المفعم بالدوران والحركة الدائمة.. في الفضاء الزمني الذي نشعر به. وهذا يوضح كل هذه.. الجسيمات الأولية التي نراها.
that corresponds to what we know about elementary particle physics -- that already corresponds to a very beautiful shape. And that's the one that I said we knew for certain. And that shape has remarkable similarities -- and the way it fits into this E8 pattern, which could be the rest of the picture. And these patterns of points that I've shown for you actually represent symmetries of this high-dimensional object that would be warping and moving and dancing over the space-time that we experience. And that would be what explains all these elementary particles that we see.
كريس أندريسون: ولكن النظرية الزنبركية.. كما أفهمها، تفسر حركة الالكترونات من حيث ذبذبات زنبركية متناهية الصغر. أعرف بأنك لا تحب النظرية الزنبركية.. ذبذبات داخل الجسيمات. كيف لنا فهم علاقة الالكترون بـالشكل الحسابي E8؟
CA: But a string theorist, as I understand it, explains electrons in terms of much smaller strings vibrating -- I know, you don't like string theory -- vibrating inside it. How should we think of an electron in relation to E8?
جاريت ليسي: لا سيكون أحد الأشكال المتناظرة في E8. لذا ما يحدث إنه، في الوقت الذي يتحرك فيه الشكل في الفضاء الزمني.. فإنه يلتوي. والاتجاه الذي يلتوي فيه عند حركته.. هو الذي يمكننا من رؤية الجسيم. لذا سيكون..
GL: Well, it would be one of the symmetries of this E8 shape. So what's happening is, as the shape is moving over space-time, it's twisting. And the direction it's twisting as it moves is what particle we see. So it would be --
كريس أندريسون: حجم الشكل E8 .. ما علاقته بالالكترون؟ أشعر بالحاجة الى ذلك لتتضح عندي الصورة. هل هو أكبر من ذلك، أصغر من ذلك؟
CA: The size of the E8 shape, how does that relate to the electron? I feel like I need that for my picture. Is it bigger? Is it smaller?
جاريت ليسي: في حدود معرفتنا الالكترونات هي نقط جسيمات.. لذا فهذا سيكون في أصغر المقاييس الممكنة. لذا تفسر هذه الاشياء في نظريات الفيزياء الكمية.. كل الاحتمالات تتسع وتتطور في آن واحد. ولهذا أستخدم مثال المرجان. وبهذه الطريقة، الشكل الحسابي E8 يفسر كل العلاقات.. كأشكال مترابطة في كل بعد فضائي زمني. وكما سبق وقلت طريقة انحناء الشكل.. اتجاه انحنائه على طول طريقة انحنائه.. عند حركته في هذا السطح الملتوي.. يمثل ما هي الجسميات الأولية نفسها. لذا من خلال فيزياء الكم، تظهر نفسها.. كنقاط وتتفاعل بتلك الطريقة. لا أدري إذا كان بمقدوري توضيح ذلك أكثر. (ضحك)
GL: As far as we know, electrons are point particles, so this would be going down to the smallest possible scales. So the way these things are explained in quantum field theory is, all possibilities are expanding and developing at once. And this is why I use the analogy to coral. And -- in this way, the way that E8 comes in is it will be as a shape that's attached at each point in the space-time. And, as I said, the way the shape twists -- the directional along which way the shape is twisting as it moves over this curved surface -- is what the elementary particles are, themselves. So through quantum field theory, they manifest themselves as points and interact that way. I don't know if I'll be able to make this any clearer. (Laughter)
كريس أندريسون: لا يهم ذلك حقا. لكنها تثير قدر كبير من الدهشة وبكل تأكيد.. أرغب في المزيد من الفهم. ولكن شكرا جزيلا لقدومك. كان ذلك جيدا. (تصفيق)
CA: It doesn't really matter. It's evoking a kind of sense of wonder, and I certainly want to understand more of this. But thank you so much for coming. That was absolutely fascinating. (Applause)