Whoa, dude.
اوه پسر. این معادله های پیچیده رو نگاه کن . زیباست
(Laughter)
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?
در واقع در طول ۱۸ دقیقه پبش رو، من میخواهم آنچه در توان دارم را بکار بگیرم تا زیبایی فیزیک هسته ای را بدون استفاده از معادلات بیان کنم به نظر میاد که ما خیلی میتونیم از مرجان ها یاد بگیریم مرجان یک موجود عجیب و زیباست هر بازوی مرجان از هزاران بازوی ریز تشکیل شده و هر کدام از این بازوها بصورت مستمر انشعاب یافته اند و بصورت ژنتیکی مانند همسایه خود هستند اگر فرض کنیم که یک مرجان شبکه ای هوشمند در اختیار داریم، می توانیم از هر یک از اجزایش به صورت جداگانه سوالی منطقی بپرسیم می توانیم بپرسیم چگونه در این مکان به خصوص، با توجه به همسایه هایش بوجود آمده آیا شانس یا سرنوشت و یا چه چیزی بوده؟
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.
پس از اعتراض به افزایش دمای آب به ما میگه که سوال ما به کلی احمقانه بوده این مرجان ها یک مفهومی را میخواهند برسونند و من میتوانم آن را ثابت کنم. این بازوی مرجان در ادامه میگه که همسایه اش یک نسخه کاملا همسان از اونه در اصل خود اون در تمام مکانهای دیگر حضور داره اما اگر بصورت مجزا آنها را در نظر بگیریم برای یک مرجان که به انشعابهای یکسان کپی شده یک فرایند کاملا طبیعی در جهان است
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.
بر خلاف ما یک مرجان هوشمند مکانیک کوانتم را خوب میفهمه ریاضیات مکانیک کوانتم خیلی دقیق است و توضیح میده که جهان ما چگونه کار میکنه و به ما میگه که واقعیت ما در حال تکثیر و انشعاب به احتمالات گوناگون است درست مانند مرجان برای ما انسانها چیز عجیبی و ذهنمون را پریشون میکنه چون ما تنها یک احتمال زیستن را تجربه کردیم اولین بار این عجایب کوانتمی بوسیله اروین شرودینگر و گربه اش توضیح داده شد گربه، این نسخه را بیشتر دوست دارد.
(Laughter)
(خنده)
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.
در این مثال شرودینگر در جعبه است با یک نمونه رادیواکتیو که با قوانین مکانیک کوانتمی به حالتهای مختلف تقسیم میشه در حالت انتشار رادیواکتیو و حالتی که منتشر نشه
(Laughter)
(خنده)
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.
در حالتی که نمونه منتشر بشه ماشه رها شده و سم آزاد میشه و [گربهی] شرودینگر میمیره اما در وضعیت دیگر زنده میمونه این واقعیت ها توسط اشخاص مختلف آزمایش شده. تا آنجایی که هر کدام از ما بگه دیگری وجود نداره.
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.
این به نظر ما عجیبه چون هر کدام از ما یک زندگی را تجربه کردیم، و سایر انشعابها رو ندیدیم. مثل این است که هر کدام از ما، مانند شرودینگر، یک نوع مرجان هستیم و به احتمالات فراوان تکثیر می شویم. مکانیک کوانتم به ما میگفت که جهان در ابعاد خیلی کوچک اینگونه کار میکنه. و میتوان در یک جمله گفت: هر چیز که امکان بودن داره بوجود میاد. این مکانیک کوانتمی است. اما این بدان معنی نیست که همه چیز رخ میده. بقیه فیزیک برای توصیف اونه که چه چیزهای میتونه رخ بده و چه رخ نمیده. چیزی که فیزیک میگه اینه که همه چیز به هندسه و نقاط بر میگرده و تعامل این ذرات بنیادین. و چیزی اتفاق میافته اگر این تعاملات کاملا منطبق باشه.
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.
حالا من جلوتر میرم و توضیح میدم که ما درباره ذرات زیر اتمی چه میدانیم، اینکه آنها چه هستند و این همخوانی چگونه شکل گرفته. در این دستگاه یک پرتو پروتون و یک ضد پروتون نزدیک به سرعت نور شتاب داده شده اند و با برخورد به یکدیگر یک انرژی خالص پدید میاورند این انرژی بلافاصله به ذرات زیر اتمی تبدیل میشود، توسط کامپیوترها و آشکار سازهایی که برای تشخیص نوع آنها بکار گرفته میشود. این ماشین عظیم -- برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن (ژنو) محیطی برابر حدودا ۲۷ کیلومتر دارد و هنگامی که کار میکند ۵ برابر کل توان شهر مونتری مصرف برق دارد ما دقیقا نمیتوانیم تخمین بزنیم چه ذراتی در هر برخورد ایجاد میشود. مکانیک کوانتمی به ما همه احتمالات ممکن را میدهد. اما فیزیک نمیگه چه ذراتی می تواند تولید شود. این ذرات به اندازه جرم و انرژی پروتون و ضد پروتون هستند. هر ذره ایی که از این حد انرژی بیشتر باشد تولید نمیشود و از دید ما مخفی است. برای همین است که این شتاب دهنده اینقدر هیجان انگیز است. این سطح انرژی را ۷ برابر فراتر از قبل می برد، بنابراین ما به زودی ذرات جدیدتری مشاهده میکنیم. (قبل از مشاهده هیگز سال ۲۰۱۲. مترجم)
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.
اما قبل از آنکه درباره اینکه چه مشاهده میکنیم صحبت کنم، اجازه دهید که ذراتی که تا به حال میشناسیم را توصیف کنم. یک جنگل از ذرات ریز اتمی وجود دارد. ما بیشتر با الکترون آشنا هستیم. خیلی از افراد در این سالن زندگی خوبی با استفاده از انها برای خود ساخته اند.
(Laughter)
(خنده)
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 ...
اما الکترون همچنین یک شریک خنثی به اسم نوترینو دارد، بدون بار و با جرم اندک. در مقابل کوارک های بالا و پایین جرم خیلی زیادی دارند، و این سه تشکیل پروتون و نوترون را در داخل اتم میدهند. تمام این ذرات ماده به انواع دست چپی و دست راستی تقسیم می شوند، و شرکای ضد ماده دارند که دارای بار مخالف میباشند. این ذرات آشنا همچنین ذرات نا آشنای نسل دوم و سومی دارند که همان بار اولی را دارند اما جرمشان بیشتر است. این ذرات ماده با ذرات نیرو تعامل دارند. نیروی الکترومغناطیس با مواد باردار از طریق ذراتی بنام فوتون در تعامل است. همچنین یک نیروی هسته ای ضعیف وجود دارد، نیروی ضعیف که با
(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.
مواد دست چپی در تعامل است. نیروی هسته ای قوی بین کوارک ها که بارهای مختلفی به اسم بار رنگی دارند برقرار است، و به سه رنگ قرمز، سبز و آبی تقسیم میشود. شما میتونید موری جلمن را برای این نامها سرزنش کنید تقصیر اونه. در اخر یک نیروی جاذبه است که با ماده از طریق جرم و چرخش در تعامل است.
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.
مهمترین چیزی که اینجا میشه فهمید اینه که یک نوع دیگر بار با هر یک از این نیروها مرتبط است. این چهار نیروی متفاوت با ماده برطبق بارهای منطبق با هر یک از ذرات، در تعاملند. یک ذره ای که تا کنون رویت نشده اما ما کاملا مطمئن هستیم وجود دارد، ذره هیگز است که به هر ذره جرم میبخشد. هدف اصلی شتابدهنده بزرگ هادرون، مشاهده این ذره هیگز است و ما تقریبا مطمئن هستیم که اینطور خواهد شد. اما بزرگترین چالش اینه که ما چه چیز دیگری ممکن است ببینیم. و من یک احتمال زیبا رو تا انتهای سخنانم میخوام بهتون نشون بدم
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.
حال اگر تمام این ذرات را بشماریم با استفاده از بارها و چرخش آنها ۲۲۶ ذره وجود دارد این تعداد خیلی زیادی برای دنبال کردن است. و به نظر عجیب میاد که طبیعت اینهمه ذره دارد. اما چنانچه بر اساس بار آنها را رسم کنیم، تصاویر زیبایی خلق میشه آشناترین آنها بار الکترون است. الکترون بار الکتریکی منفی دارد، و کوارکها بار الکتریکی یک سوم دارند. بنابراین وقتی دو کوارک بالا و یک کوارک پایین برای ساختن پروتن جمع میشوند یک بار مثبت میسازند. این ذرات، پادذره هم دارند که بار مخالف دارد. بنابراین بار الکتریکی مجموع دو بار دیگر است بار قوی و ضعیف. اگر ما بار قوی و ضعیف را جدا کنیم و در محیط دو بعدی فضا - بار رسم کنیم، بار الکتریکی جایی است که این ذرات جا میگیرند در طول جهت عمودی. نیروهای الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف با ماده در تعاملند بر اساس بار قوی و ضعیف آنها، که این الگو را میسازد مدل یکپارچه الکتروضعیف نامیده میشود این کار در سال ۱۹۶۷ صورت گرفت
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.
دلیل اینکه بیشتر ما تنها با بار الکتریکی آشنا هستیم و نه دو نوع بار بخاطر ذره هیگز است. هیگز در اینجا در سمت چپ یک جرم زیاد دارد و تقارن این الگوی الکتروضعیف را میشکند. باعث ضعیف شدن نیروی هسته ای ضعیف با افزودن جرم آنها میشود. از آنجایی که هیگز سنگین در جهت افقی جا گرفته در این نمودار فوتونهای الکترومغناطیس بدون جرم باقی میمانند و با بارهای الکتریکی جهت عمودی در این فضای بار تعامل دارند. بنابراین نیروهای الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف با این نمودار دو بعدی توضیح داده شدن. میتوانیم نیروی هسته ای قوی را بگنجانیم با رسم دو جهت بار آن از ذرات نیرو در کوارک در امتداد این جهت ها. بار تمام ذرات ناشناخته در فضای چهاربعدی بار - مکان که در دو بعد نگاشت شده میبینیم.
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.
هر گاه ذرات تعامل میکنند طبیعت انها را در توازن کامل حفظ میکند در طول هر کدام از این چهار جهت. اگر ذرات و ضد ذرات برخورد کنند انرژی آزاد میشود و برایند بار صفر پدید میاید. در این نقطه هر چیزی که ممکن است امکان بوجود آمدنش میباشد با همان انرژی و برایند بار صفر. برای مثال این ذره نیروی ضعیف و ضد آن در این برخورد میتواند ایجاد شود. در تعاملات بعدی بارها باید متوازن باشند. یکی از ذرات ضعیف میتواند به یک الکترون و یک ضد نوترینو تنزل کند، و این سه هنوز برایند بار صفر دارند. طبیعت همیشه یک توازن کامل برقرار میکند. بنابراین این اشکال بار نه تنها زیبا هستند بلکه به ما میگویند که چه تعاملاتی امکان وقوع دارند و ما میتوانیم این فضای چهار بعدی را بچرخانیم تا تعاملات هسته ای قوی را بهتر ببینیم که این توازن هشت گانه زیبا را نشان میدهد. در تعاملات هسته ای قوی یک ذره نیروی قوی مانند این یکی با کوارک رنگی مانند این سبز رنگ تعامل داره تا یک کوارک با رنگ متفاوت مانند این قرمز بدهد و تعاملات هسته ای قوی میلیون ها بار در هر ثانیه در هر اتم بدن ما رخ میدهد، و هسته اتم را به هم میچسباند.
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.
اما این چهار بار که با این سه نیرو منطبق هستند پایان ماجرا نیست. ما میتوانیم دو بار الکتریکی دیگر اضافه کنیم که بر جاذبه منطبق هستند. وقتی ما اینها را لحاظ میکنیم هر ذره ماده شامل دو چرخش بار بالا و پایین متفاوت میشود. بنابراین آنها همه تقسیم شده و یک الگوی زیبا را در فضای ۶ بعدی پدید میاورد ما میتوانیم این نمودار را در ۶ جهت بچرخانیم و ببینیم که چه زیباست در حال حاضر این الگو با اطلاعات فعلی ما منطبق است و اینکه چطور طبیعت در ابعاد ریز از ذرات بنیادین ساخته شده. این چیزی است که ما با اطمینان میدانیم بعضی از این ذرات در مرز آنچه که میتوانستیم به وسیله آزمایش برسیم هستند از این الگو ما فیزیک ذرات در ابعاد کوچک را میشناسیم. کار طبیعت در این ابعاد کوچک بسیار زیبا است.
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.
اما الان من میخواهم در مورد ایده های قدیمی و جدید صحبت کنم درباره چیزهایی که هنوز نمیدانیم. ما میخواهیم این الگو را تنها بر اساس ریاضیات گسترش دهیم، و ببینیم که میتونیم به اون برسیم. میخواهیم تمام نیروها و ذرات را پیدا کنیم که یک تصویر کامل از دنیا میسازد. و این تصویر را برای پیش بینی ذرات جدید بکار بگیریم وقتی آزمایشات به سطوح بالاتر انرژی میرسند.
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.
یک نظریه قدیمی در فیزیک ذرات هست که این الگوی بار شناخته شده که خیلی متقارن نیست، از یک الگوی کاملتر شکسته شده نشئت گرفته مانند ذره هیگز که الگوی الکتروضعیف را شکست تا الکترومغناطیس ایجاد شود. برای انجام چنین کاری باید نیروهای جدید معرفی کنیم با جهت بار جدید. وقتی جهت جدیدی معرفی میکنیم باید حدس بزنیم چه بارها و ذراتی در این امتداد هستند، سپس با دیگران میتوان آنها را چرخاند. اگر خوب حدس بزنیم میتوانیم بارهای استاندارد رو در شش بعد متوازن از مدل کاملتر هفت بعدی بسازیم.
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.
این انتخاب به تئوری یکتایی بزرگ منجر میشه که توسط پتی و سلام در ۱۹۷۳ ارائه شد وقتی ما به این الگوی یکسان جدید مینگریم، مشاهده میکنیم که چند جای خالی برای ذرات وجود دارد. نظریه یکتایی بدین صورت کار میکند به عنوان یک فیزیکدان بدنبال تصویری متقارن تر هستیم که شامل الگوهای ثبت شده در یک زیرمجموعه باشد. تصویر بزرگتر به ما اجازه میده که وجود ذراتی که دیده نشده اند را پیش بینی کنیم. مدل یکتایی، وجود این دو را پیش بینی میکند ذرات نیروی جدید که مانند نیروی ضعیف عمل میکند، کمی ضعیفتر.
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."
حال میتوانیم این مجموعه بارها را بچرخانیم و یک حقیقت عجیب درباره ذرات ماده را دریابیم: که نسل دوم و سوم آنها همان بار یکسان را در مدل شش بعدی دارند نسبت به نسل اول. این ذرات توسط این شش بار کاملا متمایز نمیشوند. آنها در مدل استاندارد بر روی یکدیگر قرار میگیرند. اما اگر در فضای هشت بعدی کار کنیم، میتوانیم بارهای جدیدی به ذرات اختصاص بدهیم. سپس میتوانیم آنرا در هشت بعد بچرخانیم، و ببینیم که کل شکل چگونه به نظر میرسد. در اینجا میتوانیم نسل دوم و سوم ماده را ببینیم نسبت به نسل اول با تقارنی که "سه گانگی" نامگذاری شده.
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.
این شکل منحصر به فرد بارها در هشت بعد یکی از زیباترین اشکال هندسی در ریاضیات بحساب میاید الگویی از گروه E8 را شامل میشود. این گروه افقی یک شکل صاف و خمیده با ۲۴۸ بعد دارد هر نقطه در این شکل به یک تقارن زیبا و پیچیده منتهی میشود یک قسمت کوچک گروه E8 برای توصیف نمودار فضا زمان نسبیت عام انیشتین بکار میرود توصیف جاذبه و مکانیک کوانتمی. هندسه آن میتواند هر چیزی را و اینکه جهان چگونه کار میکند را در مقیاس کوچک توضیح دهد. اینکه جهان چگونه کار میکند را در مقیاس کوچک توضیح دهد. الگوی این شکل که در فضای بار هشت بعدی قرار دارد شدیدا زیباست، و هزاران واکنش ممکن را در این ذرات بنیادین خلاصه کرده که هر کدام یک بند از این شکل پیچیده است.
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.
وقتی آنرا میچرخانیم میتوانیم صورت پیچیده دیگری در آن بیابیم. و با یک چرخش منحصر به فرد، ما میتوانیم به این الگو نگاه کنیم در طول محور متقارن آن در هشت بعد و تمام ذرات را یکباره ببینیم. این شئ بسیار زیباست و با هر اتحاد، مکانهایی که ذرات جدید نیاز است را میتوان یافت. در این شکل ۲۰ جای خالی وجود دارد که باید ذرات جدیدی در آنها باشد، ۲ تای آن توسط پتی و سلام پُر شدند. از مکانشان در این جا پیداست که این ذرات میدانهای بی جهت مانند ذرات هیگز هستند، اما بارهای رنگی دارند و با نیروی قوی در تعاملند. پر کردن این جاهای خالی شکل کامل E8 را میدهد
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."
این شکل E8 ریشه های ریاضی عمیقی دارد و خیلی ها آنرا زیباترین ساختار در ریاضیات میدانند. چشم اندازی بسار زیباست که این شکل با این زیبایی ریاضی آن میتواند حقیقت تعامل ذرات را توضیح دهد در کوچکترین مقیاس ممکن. این نظریه که طبیعت توسط ریاضیات بیان شده اصلا تازگی ندارد. در سال ۱۶۲۳ گالیله نوشت: کتاب بزرگ طبیعت که همیشه پیش روی ماست، به زبان ریاضی نوشته شده است. کلمات آن مثلث دایره و دیگر شکلهای هندسی هستند، که بدون آنها هیچ بشری امکان درکش را ندارد. حتی یک کلمه. بدون آن ما در تاریکی محض پرسه میزنیم.
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.
من باور دارم که این درست است و من سعی کردم راه گالیله را در توصیف ریاضیات اشکال هندسی، در فیزیک هسته ای با استفاده از مثلث، دایره و سایر اشکال هندسی بپیمایم. مشخصا وقتی من یا دیگر همکارانم در این زمینه ها کار میکنیم ریاضی مانند یک هزارتوی تاریک است اما مطمئن هستیم که در قلب آن زیبایی محض نهفته است. همراه با مکانیک کوانتمی، این ریاضیات جهان ما را بصورت یک مرجان E8 توصیف می کند با ذراتی که در هر مکان با تمام احتمالات در روبرو هستند بر اساس یک الگوی زیبا. و هر چه الگوهای بیشتری دیده میشوند با ماشینهای جدیدتری همچون LHC میتوان دریافت که طبیعت از این الگوی E8 پیروی میکند یا متفاوت است
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.
این مرحله از اکتشاف بسیار ماجراجویانه و زیباست که در آن شرکت کنیم اگر LHC ذره ای را که این الگوی E8 در آن گنجانده میشود بیابد، خیلی عالی خواهد بود. اگر ذرات جدیدی پیدا کند که در این الگو یافت نشود همچنان جالب است اما برای E8 بد خواهد بود و مطمئنا برای شخص من
(Laughter)
(خنده)
Now, how bad would that be? Well, pretty bad.
حالا چقدر بد خواهد بود؟ خُب، خیلی بد.
(Laughter)
(خنده)
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.
اما پیشبینی اینکه طبیعت چگونه کار میکند خیلی بازی خطرناکی است این تئوری و دیگر تئوریها احتمال موفقیت کمی دارند. کسانی کلی وقت میگذارند و بیشتر ایده ها در آینده درست از آب در نمی آید. این همان فیزیک نظری است: کلی شکست در کار است. در مقایسه، تئوریهای جدید مانند شرکتهای نو پا هستند. که با هر سرمایه گذاری بزرگ بسیار سخت خواهد بود که هر خط تولید رو که جواب نمیده متوقف کنیم. اما در علم اگر چیزی جواب نده باید آنرا دور بریزیم و چیز جدیدی را آغاز کنیم.
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.
حال تنها راه حفظ سلامت و شادمانی در این میان رعایت توازن در چشم انداز زندگی است. و من سعی کردم این توازن را حفظ کنم.
(Laughter)
(خنده)
I try to balance my life equally between physics, love and surfing -- my own three charge directions.
سعی کردم بین فیزیک، عشق و موج سواری توازن را رعایت کنم. سه جهت بار شخصیم!
(Laughter)
(خنده)
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.
به این ترتیب اگر در فیزیک به هیچ موفقیتی دست نیابم، حداقل میدانم که زندگی خوبی داشته ام. و سعی میکنم در مکانهای زیبا زندگی کنم برای ۱۰ سال گذشته در جزیره مائوئی زندگی کردم، یک مکان بسیار زیبا. حال این یکی از بزرگترین عجایب جهان برای والدین من است که چگونه بدون یک کار تمام وقت میتوانم زندگی را مدیریت کنم.
(Laughter)
(خنده)
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.
میخوهم رمز کارم را به شما بگویم. این نمایی از دفتر کارم در مائوئی هست. و این یکی دیگر و میتونید ببینید که این نماهای زیبا شبیه به هم است اما در مکانهای متفاوتی است. بخاطر اینکه این خانه و دفتر کار من در مائوئی بود.
(Laughter)
(خنده)
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.
من یک زندگی غیر متعارف را انتخاب کردم. اما نگران اجاره نیستم و میتوانم وقتم را طوری که میپسندم صرف کنم. این چادرنشینی گاهی دشوار است اما اجازه میده که در مکانهای زیبا زندگی کنم و یک توازنی در زندگی من برقرار میکند که من راضیم. اجازه میده بیشتر وقتم را با مرجانهای فوق هوشمند سپری کنم. اما من از اینکه با آدمهای هوشمند باشم هم خوشم میاد. برای همین از TED برای دعوت من به اینجا خوشحالم.
Thank you very much.
خیلی ممنون.
(Applause)
(تشویق)
Chris Anderson: Stay here one second.
(Applause)
I probably understood two percent of that, but I still absolutely loved it. So I'm going to sound dumb. Your theory of everything --
کریس اندرسون: من احتمالا ۲ درصد اینها را فهمیدم خیلی خوشم امد. اما سوالم شاید احمقانه به نظر بیاد. این تئوری همه چیز
Garrett Lisi: I'm used to coral.
گرت لیسی: من از مرجانها مثال زدم.
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 ...?
کریس: درسته دلیل اینکه چند نفر حداقل هیجان زده شدند، اینه که اگر حق با تو باشه تئوری کوانتم و جاذبه را به هم پیوند میده. بنابراین تو میگی ما باید درباره جهان و کوچکترین اعضایش اینطور فکر کنیم که یک امکان با شی E8 مانند است؟ منظورم اینه که ابعادی در کوچکترین بعد میشه متصور شد
GL: Well, right now the pattern I showed you 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.
یا ...؟ گرت: در حال حاضر الگویی که من نشان دادم منطبق بر آنچه ما درباره ذرات فیزیک میدانیم است که خود منطبق بر یک شکل بسیار زیباست. و این چیزی است که ما با اطمینان میدانیم. و این شکل شباهتهای بی نظیری دارد و مدلی که الگوی E8 میده. و این نقاط میتواند بقیه ماجرا باشد در حقیقت تقارن این شئی چند بعدی را معرفی میکند که در حال حرکت رقص و پیچش در طول فضا - زمان است. و این تمام آنچه ما در مورد ذرات بنیادین میدانیم را توضیح میدهد.
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?
کریس: اما یک تئوریسین نظریه ریسمان، آنطور که من درک میکنم الکترون را بصورت ریسمانهای بسیار کوچک لرزان توصیف میکند میدانم شما تئوری ریسمان با لرزش درونی را دوست ندارید. چگونه باید در مورد یک الکترون در مدل E8 فکر کرد؟
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 --
گرت: نه، این یکی از تقارنهای شکل E8 خواهد بود. اتفاقی که میافته اینه که وقتی بر شکل در فضا-زمان حرکت میکنیم، میپیچد و جهت ان نیز در حرکت میپیچد این ذراتی است که میبینیم بنابراین باید...
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?
کریس اندرسون: اندازه شکل E8 چگونه به الکترون مرتبط میشه؟ برای خودم میخواهم بدونم، آیا بزرگتره یا کوچکتر؟
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.
گرت: تا آنجایی که ما میدانیم الکترون ها ذرات نقطه ای هستند، بنابراین به کوچکترین ابعاد مرتبط هستند. اینها در تئوری میدانی کوانتم توضیح داده شده همه احتمالات ممکن موجود است. و به خاطر همین من به شباهت ان به مرجان اشاره کردم. و در مدل E8 شکلی است که هر نقطه را در فضا-زمان متصل میکند. و همانطور که گفتم طوری که شکل میپیچد، و جهتی که در حال پیچش است در طول میسر منحنی همان چیزی است که ذرات بنیادین هستند. بنابراین در میدان کوانتم خودشان را بصورت نقاط آشکار میکنند. نمیدونم واقعا چیزی روشن تر شد یا نه!
(Laughter)
(خنده)
CA: It doesn't really matter. It's evoking a kind of sense of wonder, and I certainly want to understand more of this.
کریس: مهم نیست. حس کنجکاویم را تحریک کرد و قطعا میخواهم بیشتر درباره اش بدانم.
But thank you so much for coming. That was absolutely fascinating.
اما ممنون برای اینکه حضور به هم رساندید و خیلی جالب بود.
(Applause)
(تشویق)