Whoa, dude.
He, maat. Kijk eens naar die mieterse vergelijkingen. Prachtig.
(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?
Echter, de komende 18 minuten ga ik mijn uiterste best doen om de schoonheid van deeltjesfysica uit te leggen zonder vergelijkingen. Het blijkt dat we veel kunnen leren van koraal. Koraal is een heel mooi en ongebruikelijk dier. Elke koraalkop bestaat uit duizenden individuele poliepen. Deze poliepen ontluiken en vertakken continu in genetisch identieke buren. Als we ons dit voorstellen als hyperintelligente koraal, kunnen we een individu afzonderen en hem een redelijke vraag stellen. We kunnen hem vragen hoe hij exact op deze specifieke locatie terecht is gekomen ten opzichte van zijn buren -- -- was het gewoon kans, lot, of wat anders?
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.
Wel, nadat hij ons vermanend zou toespreken omdat we de temperatuur te hoog hadden gezet, zou hij ons vertellen dat onze vraag volkomen belachelijk was. Deze koralen kunnen best wel een beetje gemeen zijn, weet je, en ik heb surflittekens om het te bewijzen. Maar deze poliep zou doorgaan en ons vertellen dat zijn buren heel duidelijk identieke kopieën van hemzelf zijn. Dat hij ook in al deze andere locaties was, maar ze toch beschouwen als afzonderlijke individuen. Voor een koraal is vertakken in verschillende kopieën de gewoonste zaak ter wereld.
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.
In tegenstelling tot ons zou een hyperintelligente koraal prima in staat zijn kwantummechanica te begrijpen. De wiskunde van kwantummechanica beschrijft zeer exact hoe ons universum werkt. En het vertelt ons dat onze werkelijkheid continu aan het vertakken is in verschillende mogelijkheden, net als bij koraal. Het is erg lastig voor ons mensen om het ons voor te stellen, omdat we altijd slechts één mogelijkheid ervaren. Deze kwantumvreemdheid werd als eerste beschreven door Erwin Schrödinger en zijn kat. De kat vond zijn eigen versie beter.
(Laughter)
(gelach)
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.
In deze opzet, Schrödinger bevindt zich in een box met een radioactief monster dat, volgens de wetten der kwantummechanica, vertakt in een staat waarin het straalt en een staat waarin het dat niet doet.
(Laughter)
(gelach)
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.
In de tak waarin het monster straalt, activeert het een schakelaar welke een gif vrij geeft en Schrödinger is dood. Maar in de andere tak van de werkelijkheid blijft hij leven. Deze werkelijkheden worden apart ervaren door ieder individu. Voor beiden geldt dat de ander, wat hem betreft, niet bestaat.
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.
Dit lijkt vreemd voor ons, omdat een ieder van ons alleen een individueel bestaan ervaart, en we krijgen de andere takken niet te zien. Het lijkt net alsof ieder van ons, net als Schrödinger hier, een soort koraal is waarbij we aftakken in verschillende mogelijkheden. De wiskunde van kwantummechanica vertelt ons dat dit is hoe de wereld werkt op heel kleine schaal. Het kan worden samengevat in één zin: Alles wat kan gebeuren, zal gebeuren. Dat is kwantummechanica. Maar dit betekent niet dat dat alles gebeurt. De rest van de fysica gaat over het beschrijven wat wel kan gebeuren en wat niet kan gebeuren. Wat fysica ons vertelt is dat alles neerkomt op geometrie en de interacties van elementaire deeltjes. En dingen kunnen alleen gebeuren als deze interacties perfect zijn gebalanceerd.
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.
Ik ga nu verder en vertel hoe we deze deeltjes hebben ontdekt, wat ze zijn en hoe deze balans werkt. In deze machine wordt een bundel van protonen en anti-protonen versneld tot nagenoeg de lichtsnelheid en met elkaar in botsing gebracht, waarbij een explosie van pure energie wordt geproduceerd. Deze energie wordt meteen omgezet in een uiteenspatting van semi-atomaire deeltjes, waarbij detectoren en computers worden gebruikt om hun eigenschappen te ontdekken. Deze enorme machine, de Large Hadron Collider bij CERN in Geneve, heeft een omtrek van 27 kilometer en, als het in bedrijf is, zal het vijf keer zoveel stroom verbruiken als de stad Monterey. We kunnen niet exact voorspellen welke deeltjes zullen worden geproduceerd in iedere individuele botsing. Kwantummechanica stelt dat alle mogelijkheden zullen plaatsvinden. Maar de fysica vertelt ons welke deeltjes kunnen worden geproduceerd. Deze deeltjes moeten precies de massa en energie hebben die wordt ingebracht door het proton en anti-proton. Deeltjes met meer massa dan deze energie limiet worden niet geproduceerd, en blijven onzichtbaar voor ons. Daarom is deze nieuwe deeltjesversneller zo spannend. Hij gaat deze energie limiet zeven keer hoger brengen dan wat ooit is gedaan. Dus we gaan zeer binnenkort wat nieuwe deeltjes zien.
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.
Maar voordat we gaan praten over wat we zouden kunnen zien wil ik eerst vertellen welke deeltjes we al kennen. Er is een hele dierentuin aan subatomaire deeltjes. De meesten zijn bekend met elektronen. Veel mensen in deze ruimte verdienen een goede boterham met het verplaatsen van deze dingen.
(Laughter)
(gelach)
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 ...
Maar het elektron heeft ook een neutrale partner genaamd de neutrino, zonder elektrische lading en een hele kleine massa. Aan de andere kant, de up en down quarks hebben een hele grote massa, en combineren per drie om protonen en neutronen te maken in de atoomkernen. Al deze materiedeeltjes komen voor in een links- en in een rechtshandige variant, en hebben antideeltjespartners die tegengestelde ladingen hebben. Deze bekende deeltjes hebben ook minder bekende tweede en derde generaties, die dezelfde lading hebben als de eerste maar een veel grotere massa. Deze materiedeeltjes interacteren met de verschillende krachtdeeltjes. De elektromagnetische kracht interageert met elektrisch geladen materie via deeltjes die we fotonen noemen. Er is ook nog een hele zwakke kracht die, nogal saai, de zwakke kracht genoemd wordt en die
(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.
alleen met linkshandige materie interageert. De sterke kracht werkt tussen quarks die een andere soort lading dragen, genaamd kleurlading, en die komt in drie varianten: rood, groen en blauw Je kunt Murray Gell-Mann de schuld van deze namen geven Ze zijn door hem verzonnen. En tenslotte is er nog de zwaartekracht, die interageert met materie middels zijn massa en spin.
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.
Het belangrijkste om te begrijpen is dat er een verschillende soort lading is verbonden met ieder van deze krachten. Deze vier verschillende krachten interacteren met materie volgens de corresponderende ladingen die ieder deeltjes heeft. Een deeltje dat we nog niet hebben gezien, maar waarvan we behoorlijk zeker zijn dat het bestaat is het Higgsdeeltje dat massa geeft aan al deze andere deeltjes. Het hoofddoel van de Large Hadron Collider is om dit Higgsdeeltje te vinden, en we zijn er nagenoeg zeker van dat dat zal lukken. Maar het grootste mysterie is wat we verder nog zullen zien. Ik ga jullie één prachtige mogelijkheid tonen aan het einde van deze presentatie.
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.
Nou, als we al deze verschillende deeltjes optellen aan de hand van hun verschillende spins en ladingen, komen we op 226. Dat zijn erg veel deeltjes om te volgen. Het lijkt vreemd dat de natuur uit zoveel elementaire deeltjes zou bestaan. Maar als ik ze afbeeld volgens hun ladingen, Ontstaan er prachtige patronen. De meest bekende lading is de elektrische lading. Elektronen hebben een elektrische lading, een negatieve, en quarks hebben elektrische ladingen in derden. Dus als 2 up quarks en een down quark worden gecombineerd om een proton te maken, heeft die een totale elektrische lading van plus één. De deeltjes hebben ook anti-deeltjes met een tegengestelde lading. Nu is het zo dat elektrische lading eigenlijk een combinatie is van twee andere ladingen: hyper-lading en zwakke lading. Als we de hyper-lading en de zwakke lading uitspreiden en we plotten de ladingen van deeltjes in deze tweedimensionale ladingruimte, dan zit de elektrische lading waar deze deeltjes zich bevinden langs de verticale as. De elektromagnetische en zwakke krachten interacteren met materie volgens hun hyper-lading en zwakke lading, wat dit patroon oplevert. Dit wordt het Universele Elektrozwakke Model genoemd, en het werd in 1967 samengesteld.
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.
De reden waarom de meesten van ons allen bekend zijn met elektrische lading en niet met deze twee is vanwege het Higgsdeeltje Higgs, hier aan de linkerkant, heeft een grote massa en breekt de symmetrie van dit elektrozwakke patroon. Het maakt de zwakke kracht heel zwak door de zwakke deeltjes een grote massa te geven. Omdat dit massieve Higgsdeeltje langs de horizontale as zit in dit diagram, blijven de fotonen van het elektromagnetisme massaloos en interageert het met de elektrische lading langs de verticale as in deze ladingruimte. De elektromagnetische en zwakke krachten worden bepaald door dit patroon van deeltjesladingen in een tweedimensionale ruimte. We kunnen de sterke kracht toevoegen door zijn twee ladingsrichtingen uit te spreiden en de ladingen van de krachtdeeltjes in quarks in deze richtingen te plotten. De ladingen van alle bekende deeltjes kunnen worden geplot in een vierdimensionale ladingruimte, en worden geprojecteerd in twee dimensies zoals dit zodat we ze kunnen zien.
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.
Wanneer deeltjes met elkaar interacteren, houdt de natuur ze in een perfecte balans langs al deze vier ladingrichtingen. Als een deeltje met een antideeltje botst, geeft het een explosie van energie en een totale lading van nul in alle vier de richtingen. Op dit punt kan er van alles worden gemaakt zolang het maar dezelfde energie heeft en een totale lading van nul handhaaft. Bijvoorbeeld, dit zwakke krachtdeeltje en zijn antideeltje kan worden gemaakt in een botsing. In verdere reacties moeten de ladingen altijd in balans zijn. Eén van de zwakke deeltjes kan vervallen in een elektron en een anti-neutrino, en deze drie hebben nog steeds een totale lading van nul. De natuur zorgt altijd voor een perfecte balans. Deze patronen van ladingen zijn niet alleen maar mooi. Ze vertellen ons welke interacties toegestaan zijn. We kunnen deze lading-ruimte roteren in vier dimensies om een beter zicht te hebben op de sterkte interacties, welke deze fijne hexagonale symmetrie heeft. In een sterke interactie, een sterke-krachtdeeltje, zoals dit, interageert met de kleurquark, zoals deze groene, om zo een quark met een andere kleur te krijgen -- deze rode. En sterke interacties vinden miljoenen keren per per seconde plaats in ieder atoom in ons lichaam, en houden zo de atoomkernen bij elkaar.
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.
Maar deze vier ladingen die corresponderen met drie krachten zijn niet het einde van het verhaal. We kunnen nog twee krachten toevoegen die corresponderen met de zwaartekracht. Als we deze toevoegen krijgt ieder materiedeeltje twee verschillende spinladingen, spin-up en spin-down. Ze splitsen allemaal op en geven een mooi patroon in zes-dimensionale ladingruimte. We kunnen dit patroon in zes dimensies roteren. en zoals je ziet is dat best mooi. Op dit moment is dit patroon ons huidige inzicht van hoe de natuur op de kleinste schaal is opgebouwd uit deze elementaire deeltjes. Dit is wat we zeker weten. Sommige van deze deeltjes bevinden zich op de uiterste grens van wat we hebben kunnen bereiken met experimenten. Vanwege dit patroon kennen we de deeltjesfysica op deze kleine schaal. De manier waarop het universum werkt op deze kleine schaal is zeer mooi.
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.
Nu ga ik iets vertellen over sommige nieuwe en oude ideeën over dingen die we nog niet weten. We willen dit patroon uitbreiden met uitsluitend wiskunde, en kijken of we zo het hele beeld kunnen verkrijgen. We willen all deeltjes en krachten vinden die een compleet beeld van het universum geven. En we willen dit beeld gebruiken om nieuwe deeltjes te voorspellen die we zullen zien als experimenten hogere energieën gaan gebruiken.
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.
Er is een oud idee in de deeltjesfysica dat dit bekende patroon van ladingen, wat niet erg symmetrisch is, zou kunnen zijn ontstaan vanuit een meer perfect systeem, op dezelfde manier als het Higgsdeeltje het elektrozwakke patroon doorbreekt om zo het elektromagnetisme te geven. Om dit te kunnen doen, moeten we nieuwe krachten introduceren met nieuwe ladingsrichtingen. Als we deze nieuwe richting introduceren, moeten we gokken welke ladingen de deeltjes hebben in deze richting, en dan kunnen we het indraaien met de anderen. Als we goed gokken, kunnen we de standaard ladingen in zes ladingrichtingen construeren als een gebroken symmetrie van dit meer perfecte patroon in zeven ladingsrichtingen.
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.
Deze specifieke keuze leidt naar een alomvattende universele theorie als geïntroduceerd door Pati en Salam in 1973. Wanneer we dit nieuwe universele patroon bekijken, kunnen we een paar gaten zien waar deeltjes lijken te ontbreken. Dit is de manier waarop universele theorieën werken. Een fysicus zoekt naar grotere, meer symmetrische patronen die het reeds vastgestelde patroon als een deelverzameling bevat. Het grotere patroon staat ons toe het bestaan van deeltjes te voorspellen die nog nooit waargenomen zijn. Dit unificatie model voorspelt het bestaan van deze twee nieuwe krachtdeeltjes, die min of meer als de zwakke kracht zouden moeten werken, maar dan zwakker.
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."
Nu kunnen we deze set van ladingen in zeven dimensies draaien en een eigenaardig feit over deze materiedeeltjes vaststellen: de tweede en derde generaties van materie hebben exact dezelfde ladingen in de zes-dimensionale ladingruimte als de eerste generatie. Deze deeltjes worden niet éénduidig geïdentificeerd door hun zes ladingen. Ze zitten boven elkaar in de standaard ladingruimte. Als we echter in een acht-dimensionale lading ruimte werken, kunnen we unieke nieuwe ladingen toekennen aan ieder deeltje. Dan kunnen we deze draaien in acht dimensies, en zien hoe het hele patroon eruit ziet. Hier kunnen we de tweede en derde generaties van materie zien, maar nu gerelateerd aan de eerste generatie door een symmetrie die we "trialiteit" noemen.
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.
Dit specifieke patroon van ladingen in acht dimensies is eigenlijk onderdeel van de mooiste geometrische structuur in de wiskunde. Het is een patroon van de meest uitzonderlijke Lie groep E8. Deze Lie groep is een gladde, gekromde vorm met 248 dimensies. Ieder punt in dit patroon correspondeert met een symmetrie van deze zeer complexe en prachtige vorm. Een klein deel van deze E8 vorm kan gebruikt worden om de gekromde ruimtetijd van Einstein's algemene relativiteit te beschrijven waarmee zwaartekracht is verklaard. De geometrie van deze vorm kan, samen met de kwantummechanica, de werking van het universum op de kleinste schaal beschrijven. Het patroon van deze vorm die leeft in een acht-dimensionale ladingsruimte is uitzonderlijk mooi, en het vat duizenden mogelijke interacties tussen deze elementaire deeltjes samen, waarvan elke slechts één facet is van deze complexe vorm.
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.
Als we het laten draaien, zien we vele andere ingewikkelde patronen gevangen in deze. En bij een bepaalde draaiing, kunnen we langs een symmetrische as in acht dimensies door dit patroon heen kijken en alle deeltjes tegelijk zien. Het is een prachtig object, en zoals met elke unificatie, zien we een paar gaten waar nieuwe deeltjes nodig zijn in dit patroon. Er zijn 20 gaten waar nieuwe deeltjes zouden moeten zitten, waarvan er twee zijn ingevuld door de deeltjes van Pati en Salam. Op basis van hun plaats in dit patroon weten we dat deze nieuwe deeltjes scalaire velden zijn zoals het Higgsdeeltje, maar een kleurlading hebben en interacteren met de sterke kracht. Door deze deeltjes in te vullen completeren we dit patroon, waarmee we een volledige E8 krijgen.
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."
Het E8 patroon heeft diepe wortels in de wiskunde. Het wordt door velen beschouwd als de mooiste structuur in de wiskunde. Het is een fantastisch vooruitzicht dat dit object van grote wiskundige schoonheid de waarheid van deeltjes-interacties beschrijft op de kleinst voorstelbare schaal. En dit idee dat de natuur kan worden beschreven door de wiskunde is absoluut niet nieuw. In 1623 schreef Galileo het volgende: "Het grote boek der natuur, dat altijd voor ons openligt, is geschreven in de taal der wiskunde. Zijn letters zijn driehoeken, cirkels en andere geometrische figuren, en het is voor mensen onmogelijk het zonder deze figuren te begrijpen; Zonder deze figuren dwalen wij door een donker doolhof."
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.
Ik geloof dat dit waar is, en ik heb geprobeerd Galileo's leidraad te volgen door de wiskunde van de deeltjesfysica te beschrijven met uitsluitend driehoeken, cirkels en andere geometrische figuren. Wanneer andere natuurkundigen en ikzelf aan deze zaken werken kan de wiskunde ervan op een donker doolhof lijken. Maar het is bemoedigend dat de basis van deze wiskunde pure, prachtige geometrie is. Deze wiskunde beschrijft samen met de kwantummechanica ons universum als een groeiend E8 koraal, met deeltjes die op alle mogelijke locaties en manieren interacteren volgens een prachtig patroon. En naarmate er meer van het patroon zichtbaar wordt dankzij nieuwe machines als de Large Hadron Collider zullen we in staat zijn te bepalen of de natuur dit E8 patroon of een ander patroon gebruikt.
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.
Dit proces van ontdekking is een geweldig avontuur om mee te maken. Als de LHC deeltjes vindt die in dit E8 patroon passen, dan is dat heel, heel erg gaaf. Als de LHC nieuwe deeltjes vindt die niet in dit patroon past -- Tja, dat zou erg interessant zijn, maar slecht voor deze E8 theorie. En natuurlijk ook slecht voor mij persoonlijk.
(Laughter)
(gelach)
Now, how bad would that be? Well, pretty bad.
Hoe erg zou dat zijn? Nou, behoorlijk erg.
(Laughter)
(gelach)
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.
Maar voorspellen hoe de natuur werkt is een zeer riskant spel. Deze en andere theorieën zijn vermoedens. Men werkt erg hard terwijl men weet dat de meeste van deze ideeën waarschijnlijk niet de waarheid over de natuur zullen blijken te zijn. Dat is wat theoretische natuurkunde is: Er zijn veel uitvallers. Wat dat betreft lijken nieuwe natuurkundige theorieën veel op startende bedrijven. En net als bij iedere grote investering kan het emotioneel moeilijk zijn om een onderzoeksrichting te verlaten als die niet blijkt te werken. Maar als in de wetenschap iets niet werkt, moet je het weggooien en iets anders proberen.
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.
De enige manier om normaal te blijven en geluk te bereiken tussen deze onzekerheden is om een gebalanceerd leven met perspectief te leven. Ik heb mijn best gedaan om een gebalanceerd leven te leven.
(Laughter)
(gelach)
I try to balance my life equally between physics, love and surfing -- my own three charge directions.
Ik probeer mijn leven gelijkelijk te verdelen over natuurkunde, liefde en surfen, mijn eigen drie ladingsrichtingen.
(Laughter)
(gelach)
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.
Op deze manier heb ik, als de natuurkunde waar ik aan werk niks wordt, toch nog een goed leven gehad. En ik probeer op prachtige plaatsen te leven. De afgelopen 10 jaar heb ik grotendeels op het eiland Maui geleefd, een hele mooie plaats. Het is één van de grootste mysteries in het universum voor mijn ouders hoe ik het voor elkaar krijg om al die tijd te overleven zonder iets wat ook maar lijkt op een normale baan.
(Laughter)
(gelach)
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.
Ik zal jullie dat geheim verklappen. Dit was mijn uitzicht vanaf mijn thuiskantoor op Maui. En dit is er nog één, en nog één. En je hebt wellicht opgemerkt dat deze prachtige uitzichten hetzelfde zijn, maar op enigszins verschillende plaatsen. Dat komt omdat dit mijn huis en kantoor was op Maui.
(Laughter)
(gelach)
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.
Ik heb gekozen voor een heel ongebruikelijk leven. Maar door me geen zorgen te hoeven maken over de huur kon ik al mijn tijd spenderen aan dat waar ik van hield. Leven als een nomade is soms hard, maar het stond me toe te leven op prachtige plaatsen en een balans te handhaven waar ik gelukkig mee ben. Hierdoor kan ik veel tijd doorbrengen met hyperintelligent koraal. Maar ik vind het ook geweldig om in het gezelschap te verkeren van hyperintelligente mensen. Daarom ben ik blij dat ik vandaag hier ben uitgenodigd.
Thank you very much.
Dank u zeer.
(Applause)
(applaus)
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 --
Chris Anderson: Ik heb waarschijnlijk twee procent hiervan begrepen, maar ik vond het absoluut prachtig. Ik ga nu dus dom lijken. Je theorie van alles --
Garrett Lisi: I'm used to coral.
Garret Lisi: Ik ben gewend aan koraal.
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 ...?
CA: Dat klopt, de reden dat het sommige mensen heeft opgewonden is omdat, als je gelijk hebt, het zwaartekracht en kwantumtheorie samenbrengt. Dus zeg je nu dat we het universum moeten zien met in het centrum, dat de kleinste dingen die er zijn een soort van E8 object van mogelijkheden is? Ik bedoel, is er een schaal op de kleinste schaal
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.
denk je, of....? GL: Wel, op dit moment is het patroon dat ik toonde dat wat correspondeert met wat we weten van elementaire deeltjesfysica, en dat nu al correspondeert met een prachtige vorm. En dat is hetgene waarvan ik zei dat we daar zekerheid over hebben. En die vorm heeft opmerkelijke gelijkenissen, en de manier waarop hij past in dit E8 patroon zou de rest van het plaatje kunnen zijn. En deze patronen van punten die ik je getoond heb representeren eigenlijk symmetrieën van dit hoog-dimensionale object wat zou krommen en bewegen en dansen in de ruimtetijd die we ervaren. En dat zou een verklaring kunnen zijn voor al deze elementaire deeltjes die we zien.
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?
CA: Maar een snaartheoreticus, voor zover ik begrijp, verklaart elektronen als veel kleinere snaren die vibreren -- Ik weet dat je niet van snaartheorie houdt -- in het elektron. Hoe moeten we een elektron zien in relatie tot een E8?
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 --
GL: Nee, het zou één van de symmetrieën zijn van deze E8 vorm. Dus terwijl de vorm door ruimtetijd aan het bewegen is draait het. En de richting waarin het draait terwijl het beweegt bepaalt welke deeltje we zien. Dus het zou --
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?
CA: De grootte van de E8 vorm, hoe verhoudt zich dat tot het elektron? Ik heb altijd het gevoel dat nodig te hebben voor mijn beeld. Is het groter, is het kleiner?
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.
Wel, voor zover we weten zijn elektronen puntdeeltjes, dus dit zou door moeten gaan tot de kleinst mogelijke schaal. Dus de wijze waarop deze zaken worden verklaard in de kwantumveldtheorie is dat alle mogelijkheden zich gelijktijdig uitbreiden en ontwikkelen. En daarom gebruik ik koraal als vergelijking. En op deze manier, de manier waarop de E8 in beeld komt is als een vorm die aan ieder punt van de ruimtetijd vast zit. En, zoals ik al zei, de manier waarop de vorm draait, de richting waarin de vorm aan het draaien is terwijl het over deze gekromde oppervlakte beweegt dat is wat de eigenlijke elementaire deeltjes zijn. Middels kwantumveldtheorie manifesteren ze zichzelf dus als punten en interacteren op die manier. Ik zou niet weten hoe ik dit duidelijker kan uitleggen.
(Laughter)
(Gelach)
CA: It doesn't really matter. It's evoking a kind of sense of wonder, and I certainly want to understand more of this.
CA: Het maakt niet echt uit. Het veroorzaakt een gevoel van verwondering, en ik wil hier absoluut meer van begrijpen.
But thank you so much for coming. That was absolutely fascinating.
Maar ontzettend bedankt voor je komst. Het was absoluut fascinerend.
(Applause)
(Applaus)