Whoa, dude.
Hej koleś. Spójrz na te zabójcze równania. Fajne.
(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?
Przez następne 18 minut postaram się opisać piękno fizyki cząstek elementarnych nie używając równań Sporo możemy nauczyć się od koralowców. To bardzo piękne i niezwykłe zwierzęta Głowa koralowca składa się z tysięcy polipów. Polipy stale pączkują i rozrastają się w genetycznie identycznych sąsiadów. Jeżeli wyodrębnimy hiper-inteligentny koralowiec możemy zadać mu rozsądne pytanie: Jak znalazł się w tej lokalizacji w stosunku do sąsiadów, czy to przypadek czy przeznaczenie?
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.
Po zbesztaniu nas za podniesienie temperatury, powiedziałby, że nasze pytanie było głupie. Koralowce potrafią być niemiłe, nawet mam blizny po surfowaniu. Polip będzie twierdził, że sąsiedzi są jego kopiami. Polip będzie twierdził, że sąsiedzi są jego kopiami, że innych miejsc doświadczył przez oddzielne osobowości. że innych miejsc doświadczył przez oddzielne osobowości. Dla koralowca, rozgałęzianie się w kopie jest naturalne. Dla koralowca, rozgałęzianie się w kopie jest naturalne.
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.
Inteligentny koralowiec byłby w stanie zrozumieć mechanikę kwantową. Inteligentny koralowiec byłby w stanie zrozumieć mechanikę kwantową. Mechanika kwantowa dokładnie opisuje jak działa wszechświat. Mechanika kwantowa dokładnie opisuje jak działa wszechświat. Mówi, że rzeczywistość ciągle się rozgałęzia w inne możliwości - jak koralowiec. Dla ludzi to trudne do zrozumienia, bo doświadczamy tylko jednej możliwości. Ta kwantowa osobliwość została opisana przez Erwina Schrödingera i jego kota. Kot woli tą wersję. (Śmiech)
(Laughter)
Kot woli tą wersję. (Śmiech)
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.
Schrödinger jest w pudełku z radioaktywną próbką, która, przez prawa mechaniki kwantowej, rozgałęzia się w stany w których jest napromieniowana i stany kiedy nie jest. (Śmiech)
(Laughter)
w których jest napromieniowana i stany kiedy nie jest. (Śmiech)
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.
Gdy próbka promieniuje uwalnia się trucizna i Schrödinger umiera. Gdy próbka promieniuje uwalnia się trucizna i Schrödinger umiera. W innej gałęzi rzeczywistości, pozostaje żywy. Te rzeczywistości doświadczane są przez każdego osobno. Pierwszemu się wydaje, że ten drugi nie istnieje.
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.
Każdy z nas doświadcza osobnego istnienia bez innych odgałęzień. osobnego istnienia bez innych odgałęzień. Jakby każdy, jak Schrödinger, był w pewnym sensie koralowcem odgałęziającym się w inne możliwości. Mechanika kwantowa mówi nam, że w małych skalach tak działa wszechświat. Można to zawrzeć w jednym zdaniu: Wszystko co może się zdarzyć, zdarza się. Oto mechanika kwantowa. Ale to nie oznacza, że wszystko się zdarzy. Reszta fizyki opisuje co może się zdarzyć, a co nie może. Reszta fizyki opisuje co może się zdarzyć, a co nie może. Fizyka mówi nam, że wszystko sprowadza się do geometrii i interakcji cząstek elementarnych. Równowaga między oddziaływaniami sprawia, że coś jest możliwe. Równowaga między oddziaływaniami sprawia, że coś jest możliwe.
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.
Opiszę skąd wiemy o tych cząstkach, czym są i jak działa ta równowaga. W tej maszynie, wiązki protonów i antyprotonów są przyspieszane do prędkości bliskiej prędkości światła przy której się zderzają produkując czystą energię. Energia jest zamieniona w strumień cząstek elementarnych, Energia jest zamieniona w strumień cząstek elementarnych, badanych przy użyciu detektorów i komputerów. Wielki Zderzacz Hadronów w CERN w Genewie, ma obwód o długości 27 km. Wielki Zderzacz Hadronów w CERN w Genewie, ma obwód o długości 27 km. Wielki Zderzacz Hadronów w CERN w Genewie, ma obwód o długości 27 km. Pobiera on pięć razy więcej energii niż miasto Monterey. Nie możemy przewidzieć jakie cząstki powstaną w pojedynczej kolizji. Nie możemy przewidzieć jakie cząstki powstaną w pojedynczej kolizji. Wg mechaniki kwantowej, może być to cokolwiek. Ale fizyka zawęża tą możliwość. Cząstki muszą mieć tyle masy i energii ile nosi w sobie proton i antyproton. Nic bardziej masywnego się nie wytworzy, więc nie można tego wykryć. Dzięki nowemu akceleratorowi cząstek, energia dostępna jest 7 razy wyższa. Dzięki nowemu akceleratorowi cząstek, energia dostępna jest 7 razy wyższa. Dzięki nowemu akceleratorowi cząstek, energia dostępna jest 7 razy wyższa. Wkrótce zobaczymy nowe cząstki.
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.
Ale wpierw opiszę co wiemy do tej pory. Ale wpierw opiszę co wiemy do tej pory. Istnieje całe zoo cząstek subatomowych. Większość z nas zna elektrony i dobrze zarabia wprawiając je w ruch. Większość z nas zna elektrony i dobrze zarabia wprawiając je w ruch. Większość z nas zna elektrony i dobrze zarabia wprawiając je w ruch.
(Laughter)
(Śmiech)
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 ...
Elektrony posiadają partnera zwanego neutrino, bez ładunku elektrycznego i o bardzo małej masie. Dla kontrastu, kwarki dolny i górny mają bardzo dużą masę, i scalone we trójkę tworzą w atomach protony i neutrony. i scalone we trójkę tworzą w atomach protony i neutrony. Wszystkie te cząstki materii istnieją w odmianach lewych i prawych, i posiadają anty-cząstkę, noszącą przeciwny ładunek. Cząstki te także posiadają mniej znane 2 i 3 pokolenia z identycznymi ładunkami Cząstki te także posiadają mniej znane 2 i 3 pokolenia z identycznymi ładunkami ale o znacznie większej masie. Te cząstki materii oddziałują z różnymi cząstkami sił. Siła elektromagnetyczna oddziałuje z materią naładowaną elektrycznie przez fotony. Istnieje również słaba siła zwana oddziaływaniem słabym, które działa
(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.
tylko na materię lewoskrętną. Oddziaływanie silne działa pomiędzy kwarkami z ładunkiem kolorowym istniejącym w trzech odmianach: czerwonej, zielonej i niebieskiej. Możecie winić Murraya Gell-Manna za te nazwy. Możecie winić Murraya Gell-Manna za te nazwy. Istnieje też siła grawitacji, która oddziałuje na materię przez jej masę i 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.
Należy zrozumieć jedno: Inny rodzaj ładunku związany jest z każdą z tych sił. Inny rodzaj ładunku związany jest z każdą z tych sił. Te cztery różne siły oddziałują z materią w sposób determinowany przez swoje ładunki. Sądzimy, że istnieje tzw. cząstka Higgsa która daje masę wszystkim innym cząstkom. Głównym celem Wielkiego Zderzacza Hadronów jest wykrycie cząstki Higgsa. Najciekawsze jest jednak to co jeszcze odkryjemy. Pod koniec wykładu przedstawię wam ciekawą możliwość. Pod koniec wykładu przedstawię wam ciekawą możliwość.
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.
Cząstek zliczonych dzięki spinom i ładunkom będzie 266. Cząstek zliczonych dzięki spinom i ładunkom będzie 266. Wydaje się dziwne, że w naturze istnieje Wydaje się dziwne, że w naturze istnieje tak dużo cząstek elementarnych. Gdy dzielimy je w zależności od ładunków, powstają piękne wzory. Najlepiej poznany ładunek to ładunek elektryczny. Elektrony posiadają ujemny ładunek elektryczny a kwarki posiadają trzecie części ładunku. Łącząc dwa górne kwarki i jeden dolny wyjdzie ładunek +1 tworząc proton. Są też antycząstki z przeciwnymi ładunkami. Ładunki elektryczne to kombinacja dwóch innych ładunków: Ładunki elektryczne to kombinacja dwóch innych ładunków: hiper-ładunku i słabego ładunku. Rozpisując te dwa ładunki w dwuwymiarowej przestrzeni ładunków Rozpisując te dwa ładunki w dwuwymiarowej przestrzeni ładunków ładunek elektryczny znajdzie się tam gdzie cząstki, wzdłuż pionu. ładunek elektryczny znajdzie się tam gdzie cząstki, wzdłuż pionu. Siły elektromagnetyczne i słabe oddziałują z materią zależnie od ich hiper-ładunku i ładunku słabego tworząc ten wzór. zależnie od ich hiper-ładunku i ładunku słabego tworząc ten wzór. To Model Unifikacji oddziaływań Elektrosłabych z 1967 r. To Model Unifikacji oddziaływań Elektrosłabych z 1967 r.
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.
Ładunek elektryczny znamy lepiej dzięki cząstce Higgsa. Ładunek elektryczny znamy lepiej dzięki cząstce Higgsa. Higgs, po lewej, posiada dużą masę i łamie symetrię wzoru elektrosłabego. Słaba siła staje się bardzo słaba, poprzez przekazanie cząstkom masy. Słaba siła staje się bardzo słaba, poprzez przekazanie cząstkom masy. Jako że masywne cząstki Higgsa są przy linii poziomej to elektromagnetyczne fotony są bez masy i oddziałują z ładunkiem elektrycznym wzdłuż pionu. i oddziałują z ładunkiem elektrycznym wzdłuż pionu. Oddziaływania elektromagnetyczne i słabe są opisane przez ten model ładunków cząstek w przestrzeni 2D. Możemy wliczyć silne oddziaływanie przez rozciągnięcie jego dwu kierunków ładunków i naniesienie ładunków cząstek siły w kwarkach wzdłuż tych kierunków. Ładunki wszystkich znanych cząstek mogą być naniesione w czterowymiarowej przestrzeni ładunków i przeniesione w dwie dwuwymiarowe.
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.
Gdy cząstki wchodzą w interakcję utrzymana jest równowaga we wszystkich czterech kierunkach. Podczas zderzenia cząstki i antycząstki wytwarzana jest energia i łączny ładunek zero we wszystkich czterech kierunkach. Wtedy może powstać cokolwiek z taką samą energią i zerowym ładunkiem. Wtedy może powstać cokolwiek z taką samą energią i zerowym ładunkiem. Jak te cząstki oddziaływań słabych i ich antycząstki powstałe podczas kolizji. Jak te cząstki oddziaływań słabych i ich antycząstki powstałe podczas kolizji. W kolejnych interakcjach, ładunki muszą się równoważyć. Słaba cząstka może rozpaść się w elektron i antyneutrino, Słaba cząstka może rozpaść się w elektron i antyneutrino, co nadal daje końcowy ładunek zero. Natura zachowuje idealną równowagę. Więc te wzory ładunków są nie tylko są ładne, ale też wskazują na możliwe interakcje. Tą przestrzenią ładunków można obracać w 4D aby uzyskać lepszy obraz oddziaływania silnego, które posiada heksagonalną symetrię. W silnej interakcji, cząstka silnego oddziaływania oddziałuje z kwarkiem kolorowym, jak ten zielony, zmieniając ładunek kwarka na czerwony. Cały czas oddziaływania silne w każdym atomie naszego ciała utrzymują razem jądra atomów.
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.
Ale na tych czterech ładunkach odpowiadających trzem oddziaływaniom nie koniec. Ale na tych czterech ładunkach odpowiadających trzem oddziaływaniom nie koniec. Są jeszcze dwa ładunki związane z oddziaływaniem grawitacyjnym. Są jeszcze dwa ładunki związane z oddziaływaniem grawitacyjnym. Kiedy je wliczymy, każda cząstka materii posiada dwa ładunki spinów, spin górny i spin dolny. Kiedy się rozdzielają rysują wzór w sześciowymiarowej przestrzeni ładunków. Możemy obracać ten wzór by zobaczyć jaki jest piękny. Możemy obracać ten wzór by zobaczyć jaki jest piękny. Ten wzór pasuje do dotychczasowej wiedzy o działaniu natury w skali cząstek elementarnych. o działaniu natury w skali cząstek elementarnych. To wiemy na pewno. Cząstki te wyznaczają granicę naszych eksperymentalnych odkryć. Cząstki te wyznaczają granicę naszych eksperymentalnych odkryć. Ten wzór pokazuje, że fizyka cząstek elementarnych i budowa wszechświata w małych skalach mogą być bardzo piękne.
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.
Teraz podzielę się z wami pomysłami, na to, czego jeszcze nie wiemy. Teraz podzielę się z wami pomysłami, na to, czego jeszcze nie wiemy. Można poszerzyć ten wzór dzięki samej matematyce, by spróbować złapać grubą rybę. Chcemy znaleźć cząstki i oddziaływania tworzące kompletny obraz wszechświata. Oraz użyć tego obrazu do przewidzenia nowych cząstek, które zobaczymy przy wyższych energiach.
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.
Fizyka cząstek elementarnych dostarcza pomysł, że znany wzór ładunków, który nie jest zbyt symetryczny, może wyłaniać się z lepszego wzoru, który się załamuje, podobnie jak cząstka Higgsa załamuje wzór elektrosłaby by dać elektromagnetyzm. Musimy wprowadzić nowe oddziaływania z nowymi kierunkami ładunków. Kiedy wprowadzimy nowe kierunki, możemy zgadywać jakie będą ładunki cząstek wzdłuż tego kierunku, by potem nimi obracać. akie będą ładunki cząstek wzdłuż tego kierunku, by potem nimi obracać. Możemy nanieść standardowe ładunki w sześciowymiarowej przestrzeni jako złamaną symetrię lepszego wzoru z siedmiowymiarowej przestrzeni.
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.
Ten konkretny wybór nawiązuje do Teorii Wielkiej Unifikacji wprowadzonych przez Patiego i Salama w 1973 roku. Patrząc na ten nowy zunifikowany wzór, można dostrzec parę luk w miejscach gdzie brakuje cząstek. Tak działają teorie unifikacji. Fizyk szuka szerszego, bardziej symetrycznego wzoru, który zawiera ustalony wzór jako podzbiór. Wielki wzór pozwala nam przewidzieć istnienie cząstek, które nigdy nie były widziane. Ten model unifikacji przepowiada istnienie dwóch nowych oddziaływań, podobnych do oddziaływań słabych, ale słabszych. nowych oddziaływań, podobnych do oddziaływań słabych, ale słabszych.
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."
Obracając zestaw ładunków w siedmiu wymiarach zastanówmy się nad dziwnym faktem odnośnie cząstek materii: drugie i trzecie pokolenia materii mają takie same ładunki w sześciowymiarowej przestrzeni jak pierwsze pokolenie. Te cząstki, nie są jednoznacznie identyfikowane przez ich sześć ładunków. Są ustawione na sobie w standardowej przestrzeni ładunków. Ale jeśli pracujemy w ośmiowymiarowej przestrzeni ładunków, możemy nadać unikalne ładunki każdej cząstce. Wtedy możemy je obrócić w ośmiu wymiarach, i zobaczyć jak wygląda cały wzór. Widzimy, że drugie i trzecie pokolenia materii związane są z pierwszym pokoleniem przez symetrię potrójną.
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.
Ten szczególny wzór ładunków w ośmiu wymiarach jest częścią najpiękniejszej geometrycznej struktury w matematyce. Jest wzorem wyjątkowej grupy Liego E8. Jest to gładki, wygiętym kształt z 248 wymiarami. Każdy punkt w tym wzorze nawiązuje do symetrii poprzez swój piękny kształt. Część kształtu E8 może być użyta do opisania czasoprzestrzeni w ogólnej teorii względności, by wyjaśnić grawitację. do opisania czasoprzestrzeni w ogólnej teorii względności, by wyjaśnić grawitację. Razem z mechaniką kwantową, geometria tego kształtu może opisać wszystko o działaniu wszechświata w najmniejszych skalach. Wzór tego kształtu, opisany w ośmiowymiarowej przestrzeni ładunków, jest piękny Wzór tego kształtu, opisany w ośmiowymiarowej przestrzeni ładunków, jest piękny i streszcza tysiące możliwych interakcji pomiędzy cząstkami elementarnymi, z której każda jest tylko jego częścią.
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.
Przy obracaniu widać inne wzory zawierające się w tym jednym. Przy obracaniu widać inne wzory zawierające się w tym jednym. Przy pewnej rotacji, można spojrzeć w dół przez ten wzór w ośmiu wymiarach wzdłuż osi symetrii i zobaczyć wszystkie cząstki naraz. Tak jak z każdą unifikacją, widać puste miejsca na nowe cząstki przewidziane przez ten wzór. widać puste miejsca na nowe cząstki przewidziane przez ten wzór. Jest tam 20 takich miejsc, dwa wypełnione przez cząstki Patiego i Salama. Z ich lokalizacji w tym wzorze wiemy, że te nowe cząstki. powinny być polami skalarnymi jak cząstka Higgsa, podlegać oddziaływaniom silnym i mieć ładunek kolorowy. Wypełnienie tych cząstek, uzupełnia wzór dając pełne E8. Wypełnienie tych cząstek, uzupełnia wzór dając pełne E8.
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."
Wzór E8 ma pewne podłoże matematyczne. Jest uważany za najpiękniejszą strukturę w matematyce. Jest uważany za najpiękniejszą strukturę w matematyce. Perspektywa, że E8, piękny matematycznie obiekt, opisuje oddziaływanie cząstek w najmniejszych skalach, jest fantastyczna. Pomysł, że natura jest opisana przez matematykę nie jest nowy. W 1623, Galileusz napisał: "Wielka księga natury, nieustannie otwarta dla naszego wzroku, jest napisana językiem matematyki. Jej literami są trójkąty, okręgi i inne figury geometryczne, bez których niemożliwe jest zrozumieć pojedyncze słowa, bez których niemożliwe jest zrozumieć pojedyncze słowa, bez nich, człowiek błąka się w ciemnym labiryncie."
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.
Wierzę, że to prawda i próbowałem podążać za wskazówkami Galileusza opisując fizykę cząstek matematycznie, przy użyciu różnych figur geometrycznych. opisując fizykę cząstek matematycznie, przy użyciu różnych figur geometrycznych. Gdy pracuję z innymi fizykami matematyka czasem przypomina ciemny labirynt. Wiedza, że sercem matematyki jest piękna geometria dodaje otuchy. Wiedza, że sercem matematyki jest piękna geometria dodaje otuchy. Połączona z mechaniką kwantową matematyka opisuje nasz wszechświat jako rosnący koral E8, z cząstkami oddziałującymi wszędzie na wszystkie sposoby, według pięknego wzoru. Wzór wyłania się dzięki użyciu nowych urządzeń, jak Wielki Zderzacz Hadronów - kiedyś się przekonamy czy natura używa wzoru E8, czy innego.
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.
Proces odkrywania jest piękną przygodą. Jeśli LHC znajdzie cząstki, które pasują do wzoru E8, będzie to bardzo, bardzo fajne. Jeśli LHC znajdzie nowe cząstki, nie pasujące do wzoru no, to będzie bardzo interesujące, ale przykre dla teorii E8. I oczywiście przykre dla mnie osobiście.
(Laughter)
(Śmiech)
Now, how bad would that be? Well, pretty bad.
Czy będzie źle? Raczej tak. Czy będzie źle? Raczej tak.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Ale przewidywanie jak działa natura jest bardzo ryzykowną grą. Ta teoria i inne podobne to strzały w ciemno. Większość z tych pomysłów pewnie nie będzie zgodna z naturą. Większość z tych pomysłów pewnie nie będzie zgodna z naturą. Oto co robi fizyka teoretyczna: wymazuje. Oto co robi fizyka teoretyczna: wymazuje. Nowe teorie fizyczne są jak raczkujące firmy. Jak z każdą dużą inwestycją, może być ciężko porzucić linię badań gdy coś nie wychodzi. Ale w nauce, jeśli coś nie wychodzi, trzeba spróbować czegoś nowego. Ale w nauce, jeśli coś nie wychodzi, trzeba spróbować czegoś nowego.
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.
Jedynym sposobem by zachować zdrowie psychiczne wśród tej niepewności jest zachowanie równowagi i perspektywy w życiu. Próbowałem żyć w równowadze.
(Laughter)
(Śmiech)
I try to balance my life equally between physics, love and surfing -- my own three charge directions.
Próbuję równoważyć moje życie między fizykę, miłość i surfing, moje własne trzy kierunki ładunków.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Wtedy, nawet jeśli badania nie wypalą. Wiem, że miałem dobre życie. I staram się żyć w pięknych miejscach. Przez ostatnie 10 lat żyłem na wyspie Maui, bardzo piękne miejsce. Jedną z największych tajemnic dla moich rodziców jest to jak zdołałem przetrwać bez czegoś takiego jak: zatrudnienie na cały etat.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Uchylę wam rąbka tajemnicy. To widoki z mojego biura na Maui. To widoki z mojego biura na Maui. Zauważyliście może, że te scenki są podobne, ale w nieco innych miejscach. To dlatego, że to był mój dom i biuro na Maui.
(Laughter)
(Śmiech)
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.
Wybrałem bardzo nietypowe życie. Ale brak trosk pozwolił mi poświęcać czas na moją pasję. Ale brak trosk pozwolił mi poświęcać czas na moją pasję. Brak stałego miejsca zamieszkania bywał uciążliwy, ale pozwolił mi żyć w pięknych miejscach i utrzymać równowagę w życiu z którego tak się cieszę. Pozwala mi to spędzać czas na spotkaniach z hiper-inteligentnymi koralowcami. Bardzo też lubię towarzystwo hiper-inteligentnych ludzi. Bardzo się cieszę, że zostałam tu zaproszony. Dziękuję.
Thank you very much.
Bardzo się cieszę, że zostałam tu zaproszony. Dziękuję.
(Applause)
(Brawa)
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: Pewnie zrozumiałem jakieś 2%, ale bardzo mi się podobało. To zabrzmi głupio. Garrett Lisi: Przyzwyczaiłem się do korali.
Garrett Lisi: I'm used to coral.
Garrett Lisi: Przyzwyczaiłem się do korali.
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: Ludzie są podekscytowani ponieważ jeśli ta teoria jest prawdziwa połączy ona grawitację i teorię kwantową. Więc, powinniśmy myśleć o wszechświecie od środka, najmniejsze istniejące elementy można ułożyć w E8? To znaczy, czy to jest najmniejsza skala o jakiej myślałeś?
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.
To znaczy, czy to jest najmniejsza skala o jakiej myślałeś? GL: Wzór który wam pokazałam nawiązuje do czegoś co wiemy o fizyce cząstek, która sama nawiązuje do pięknego kształtu, który już znamy. która sama nawiązuje do pięknego kształtu, który już znamy. Sposób w jaki ten kształt pasuje do E8 i ich podobieństwa mogą tworzyć pełen obraz świata. Wzory punktów, które wam pokazałem reprezentują symetrie wysoko-wymiarowych obiektów, które wyginałyby się i tańczyły w naszej czasoprzestrzeni. To właśnie opisuje cząstki elementarne, które już znamy. To właśnie opisuje cząstki elementarne, które już znamy.
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: Ale teoretycy strun, opisują elektrony jako znacznie mniejsze drgające struny. opisują elektrony jako znacznie mniejsze drgające struny. Nie lubisz teorii strun, ale w jaki sposób powinniśmy myśleć o elektronie w odniesieniu do 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: Byłby jedną z symetrii kształtu E8. Gdy ten kształt przemieszcza się w czasoprzestrzeni, wykręca się. Kierunek tego skrętu decyduje o tym jaką cząstkę widzimy.
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: Jak odnosi się rozmiar E8 do elektronu? CA: Jak odnosi się rozmiar E8 do elektronu? Tego mi brakuje. Jest większy, mniejszy?
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.
GL: Elektrony to cząstki punktowe, więc chodzi o najmniejszą możliwą skalę. W kwantowej teorii pola wszystkie możliwości rozszerzają się i rozwijają jednocześnie. Dlatego użyłem analogii do koralowców. E8 jest kształtem istniejącym w każdym punkcie czasoprzestrzeni. E8 jest kształtem istniejącym w każdym punkcie czasoprzestrzeni. To w jaki sposób E8 się skręca, kierunek wzdłuż którego się skręca, gdy porusza się po wygiętej przestrzeni, to właśnie są cząstki elementarne. Dzięki kwantowej teorii pola, cząstki rozumiemy jako oddziałujące ze sobą punkty. Dzięki kwantowej teorii pola, cząstki rozumiemy jako oddziałujące ze sobą punkty. Nie wiem czy uda mi się to lepiej wyjaśnić.
(Laughter)
(Śmiech)
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: To nic. Wystarczy sam zachwyt. CA: To nic. Wystarczy sam zachwyt. Chcę zrozumieć lepiej tą teorię.
But thank you so much for coming. That was absolutely fascinating.
Dziękuję. To było fascynujące.
(Applause)
(Brawa)