A hundred years ago this month, a 36-year-old Albert Einstein stood up in front of the Prussian Academy of Sciences in Berlin to present a radical new theory of space, time and gravity: the general theory of relativity.
Овог месеца пре сто година, 36-годишњи Алберт Ајнштајн стајао је у Берлину испред Пруске академије наука да би представио радикалну нову теорију о простору, времену и гравитацији, општу теорију релативности.
General relativity is unquestionably Einstein's masterpiece, a theory which reveals the workings of the universe at the grandest scales, capturing in one beautiful line of algebra everything from why apples fall from trees to the beginning of time and space.
Општа теорија релативности је несумњиво Ајнштајново ремек-дело, теорија која открива функционисање универзума на највишем нивоу, која сажима у диван алгебарски израз све, од тога зашто јабуке падају са дрвета до зачетка времена и простора.
1915 must have been an exciting year to be a physicist. Two new ideas were turning the subject on its head. One was Einstein's theory of relativity, the other was arguably even more revolutionary: quantum mechanics, a mind-meltingly strange yet stunningly successful new way of understanding the microworld, the world of atoms and particles.
Мора да је 1915. године било узбудљиво бити физичар. Две нове идеје су окренуле ову науку наопачке. Једна од њих је била Ајнштајнова теорија релативности, а друга је вероватно била још револуционарнија - квантна механика, запањујуће чудан, а ипак невероватно успешан, нови начин разумевања микросвета, света атома и честица.
Over the last century, these two ideas have utterly transformed our understanding of the universe. It's thanks to relativity and quantum mechanics that we've learned what the universe is made from, how it began and how it continues to evolve. A hundred years on, we now find ourselves at another turning point in physics, but what's at stake now is rather different. The next few years may tell us whether we'll be able to continue to increase our understanding of nature, or whether maybe for the first time in the history of science, we could be facing questions that we cannot answer, not because we don't have the brains or technology, but because the laws of physics themselves forbid it.
Током протеклог века, ове две идеје су потпуно промениле наше разумевање свемира. Управо захваљујући релативности и квантној механици научили смо од чега се састоји свемир, како је отпочео и како наставља да се развија. Сто година након тога, нашли смо се на новој прекретници у физици, али оно што је сада у питању је прилично другачије. У току неколико следећих година сазнаћемо да ли можемо да наставимо са продубљавањем нашег разумевања природе, или ћемо се можда, по први пут у научној историји, суочити са питањима на која не можемо одговорити, не због тога што немамо интелигенцију или технологију, већ зато што их не дозвољавају сами закони физике.
This is the essential problem: the universe is far, far too interesting. Relativity and quantum mechanics appear to suggest that the universe should be a boring place. It should be dark, lethal and lifeless. But when we look around us, we see we live in a universe full of interesting stuff, full of stars, planets, trees, squirrels. The question is, ultimately, why does all this interesting stuff exist? Why is there something rather than nothing? This contradiction is the most pressing problem in fundamental physics, and in the next few years, we may find out whether we'll ever be able to solve it.
Ово је суштински проблем; универзум је претерано занимљив. Чини се да релативитет и квантна механика сугеришу да универзум треба да је досадно место. Треба да је мрачан, смртоносан и беживотан. Међутим, када се осврнемо око себе, видимо да живимо у универзуму препуном интересантних ствари, који врви од звезда, планета, дрвећа, веверица. На крају следи питање: зашто све ове интересантне ствари постоје? Зашто постоји нешто уместо ничега? Ова противречност је горући проблем у фундаменталној физици, а у следећих пар година ћемо можда сазнати да ли ћемо икада моћи да га решимо.
At the heart of this problem are two numbers, two extremely dangerous numbers. These are properties of the universe that we can measure, and they're extremely dangerous because if they were different, even by a tiny bit, then the universe as we know it would not exist. The first of these numbers is associated with the discovery that was made a few kilometers from this hall, at CERN, home of this machine, the largest scientific device ever built by the human race, the Large Hadron Collider. The LHC whizzes subatomic particles around a 27-kilometer ring, getting them closer and closer to the speed of light before smashing them into each other inside gigantic particle detectors. On July 4, 2012, physicists at CERN announced to the world that they'd spotted a new fundamental particle being created at the violent collisions at the LHC: the Higgs boson.
У основи овог проблема су два броја, два изузетно опасна броја. Ово су својства свемира која можемо измерити, а изузетно су опасна јер, ако би била другачија, чак и за најмању вредност, универзум каквим га познајемо не би постојао. Први од ова два броја је везан за откриће до кога се дошло на неколико километара од ове дворане, у ЦЕРН-у, месту на коме се налази ова машина, највећи научни уређај који је икада направила људска раса, Велики хадронски сударач (LHC). LHC покреће огромном брзином субатомске честице у прстену величине 27 километара, приближавајући им брзину кретања све више брзини светлости пре него што изазове њихов судар у џиновским детекторима честица. На дан 4. јула 2012. године, физичари у ЦЕРН-у су објавили свету да су приметили да се нова елементарна честица ствара приликом снажних судара у LHC-у, Хигсов бозон.
Now, if you followed the news at the time, you'll have seen a lot of physicists getting very excited indeed, and you'd be forgiven for thinking we get that way every time we discover a new particle. Well, that is kind of true, but the Higgs boson is particularly special. We all got so excited because finding the Higgs proves the existence of a cosmic energy field. Now, you may have trouble imagining an energy field, but we've all experienced one. If you've ever held a magnet close to a piece of metal and felt a force pulling across that gap, then you've felt the effect of a field. And the Higgs field is a little bit like a magnetic field, except it has a constant value everywhere. It's all around us right now. We can't see it or touch it, but if it wasn't there, we would not exist. The Higgs field gives mass to the fundamental particles that we're made from. If it wasn't there, those particles would have no mass, and no atoms could form and there would be no us.
Ако сте пратили вести у то време, видели сте да се пуно физичара веома узбудило, заиста, и опроштено вам је ако сте помислили да се то догађа сваки пут када откријемо нову честицу. Па, то је донекле истина, али је Хигсов бозон баш посебан. Сви смо се узбудили јер проналажење Хигсовог бозона доказује постојање космичког енергетског поља. Можда имате проблем да замислите неко енергетско поље, али смо га сви ми доживели. Ако сте икада држали магнет близу парчета метала и осетили силу која вуче кроз празан простор, онда сте осетили дејство тог поља, а Хигсово поље је помало налик магнетном пољу, осим што има сталну вредност посвуда. Оно је свуда око нас управо. Не можемо га видети или дотаћи, али да не постоји, ни ми не бисмо постојали. Хигсово поље даје масу елементарним честицама које нас чине. Да не постоји, ове честице не би имале масу, ниједан атом се не би могао оформити и ми не бисмо постојали.
But there is something deeply mysterious about the Higgs field. Relativity and quantum mechanics tell us that it has two natural settings, a bit like a light switch. It should either be off, so that it has a zero value everywhere in space, or it should be on so it has an absolutely enormous value. In both of these scenarios, atoms could not exist, and therefore all the other interesting stuff that we see around us in the universe would not exist. In reality, the Higgs field is just slightly on, not zero but 10,000 trillion times weaker than its fully on value, a bit like a light switch that's got stuck just before the off position. And this value is crucial. If it were a tiny bit different, then there would be no physical structure in the universe.
Међутим, постоји нешто веома мистериозно у вези са Хигсовим пољем. Релативност и квантна механика нам говоре да постоје 2 природна окружења, помало налик прекидачу. Треба да је искључен да би свуда у простору вредност била једнака нули, или треба да је укључен да има огромну вредност. У оба ова сценарија атоми не би постојали, па према томе ни све друге интересантне ствари које видимо у свом окружењу, у свемиру, не би постојале. У стварности, Хигсово поље је само малчице укључено, не као нулта вредност, већ као 10 000 трилиона пута слабије од своје потпуне вредности, налик прекидачу који се заглавио баш испред положаја за искључење, а та вредност је од суштинске важности. Ако би била само мало другачија, не би постојала физичка структура у универзуму.
So this is the first of our dangerous numbers, the strength of the Higgs field. Theorists have spent decades trying to understand why it has this very peculiarly fine-tuned number, and they've come up with a number of possible explanations. They have sexy-sounding names like "supersymmetry" or "large extra dimensions." I'm not going to go into the details of these ideas now, but the key point is this: if any of them explained this weirdly fine-tuned value of the Higgs field, then we should see new particles being created at the LHC along with the Higgs boson. So far, though, we've not seen any sign of them.
Тако је ово први од два наша опасна броја, снага Хигсовог поља. Теоретичари су провели деценије покушавајући да разумеју зашто има овај чудни, пажљиво подешен број и дошли су до неких могућих објашњења. Имају имена која звуче сексипилно, као што је „суперсиметрија“ или „огромне додатне димензије“. Нећу залазити у детаље ових идеја сада, али је главна поента ово - ако би било која од њих објаснила ову чудно подешену вредност Хигсовог поља, онда би требало да видимо да се нове честице стварају у LHC-у, заједно са Хигсовим бозоном. До сада, међутим, нисмо видели да постоје.
But there's actually an even worse example of this kind of fine-tuning of a dangerous number, and this time it comes from the other end of the scale, from studying the universe at vast distances. One of the most important consequences of Einstein's general theory of relativity was the discovery that the universe began as a rapid expansion of space and time 13.8 billion years ago, the Big Bang. Now, according to early versions of the Big Bang theory, the universe has been expanding ever since with gravity gradually putting the brakes on that expansion. But in 1998, astronomers made the stunning discovery that the expansion of the universe is actually speeding up. The universe is getting bigger and bigger faster and faster driven by a mysterious repulsive force called dark energy.
Ипак, постоји чак још гори пример оваквог подешавања опасног броја, а овога пута долази са друге стране, из проучавања универзума при огромним удаљеностима. Једна од најважнијих последица Ајншајнове опште теорије релативности било је откриће да је универзум настао као убрзано проширење простора и времена пре 13,8 милијарди година, са Великим праском. Према раним верзијама теорије Великог праска, универзум се шири од тада, док гравитација постепено зауставља то ширење. Међутим, 1998. године, астрономи су открили запањујућу ствар да се ширење универзума заправо убрзава. Универзум све брже постаје све већи под дејством мистериозне одбојне силе под називом тамна енергија.
Now, whenever you hear the word "dark" in physics, you should get very suspicious because it probably means we don't know what we're talking about.
Е, сад, када год да чујете реч „тамно“ у физици, треба да постанете веома сумњичави јер то вероватно значи да не знамо о чему причамо.
(Laughter)
(Смех)
We don't know what dark energy is, but the best idea is that it's the energy of empty space itself, the energy of the vacuum. Now, if you use good old quantum mechanics to work out how strong dark energy should be, you get an absolutely astonishing result. You find that dark energy should be 10 to the power of 120 times stronger than the value we observe from astronomy. That's one with 120 zeroes after it. This is a number so mind-bogglingly huge that it's impossible to get your head around. We often use the word "astronomical" when we're talking about big numbers. Well, even that one won't do here. This number is bigger than any number in astronomy. It's a thousand trillion trillion trillion times bigger than the number of atoms in the entire universe.
Не знамо шта је тамна енергија, али је најбоља идеја да је то енергија самог празног простора, енергија вакуума. Ако користите добру стару квантну механику да схватите колико снажна тамна енергија треба бити, добићете потпуно запрепашћујућ резултат. Открићете да тамна енергија треба да је јача за десет на сто двадесети степен од енергије коју смо измерили у астрономији. То је јединица са 120 нула после ње. Овај број је толико вртоглаво велики да је немогуће замислити га. Често користимо реч „астрономски“ када причамо о великим бројевима. Чак ни то не важи у овом случају. Овај број је већи од било ког броја у астрономији. Он је хиљаду билиона билиона билиона пута већи него број атома у целокупном универзуму.
So that's a pretty bad prediction. In fact, it's been called the worst prediction in physics, and this is more than just a theoretical curiosity. If dark energy were anywhere near this strong, then the universe would have been torn apart, stars and galaxies could not form, and we would not be here. So this is the second of those dangerous numbers, the strength of dark energy, and explaining it requires an even more fantastic level of fine-tuning than we saw for the Higgs field. But unlike the Higgs field, this number has no known explanation.
Дакле, то је прилично лоше предвиђање. Заправо, ово се назива најгорим предвиђањем у физици, а ово је више него пука теоретска чудноватост. Ако би тамна енергија била иоле приближне јачине, целокупни универзум би био искидан, звезде и галаксије се не би могле формирати, а ми не бисмо били овде. Тако је ово други од два опасна броја, јачина тамне енергије, а објашњење захтева још фантастичнији ниво финог подешавања од оног који смо видели код Хигсовог поља. Међутим, насупрот Хигсовом пољу, за овај број не постоји познато објашњење.
The hope was that a complete combination of Einstein's general theory of relativity, which is the theory of the universe at grand scales, with quantum mechanics, the theory of the universe at small scales, might provide a solution. Einstein himself spent most of his later years on a futile search for a unified theory of physics, and physicists have kept at it ever since.
Нада је била у томе да би комплетна комбинација Ајнштајнове опште теорије релативитета, што је теорија универзума у великим размерама, са квантном механиком, теоријом универзума у малим размерама, могла дати решење. Сам Ајнштајн је већи део својих последњих година провео у јаловој потрази за јединственом теоријом физике, а физичари настављају рад на томе од тада.
One of the most promising candidates for a unified theory is string theory, and the essential idea is, if you could zoom in on the fundamental particles that make up our world, you'd see actually that they're not particles at all, but tiny vibrating strings of energy, with each frequency of vibration corresponding to a different particle, a bit like musical notes on a guitar string.
Један од кандидата за јединствену теорију који највише обећава је теорија струна, а суштинска идеја је да, ако увећате елементарне честице које чине наш свет, заправо ћете видети да то уопште нису честице, већ мајушне вибрирајуће струне енергије, при чему свака фреквенција вибрације одговара различитој честици, помало налик музичким нотама на жици гитаре.
So it's a rather elegant, almost poetic way of looking at the world, but it has one catastrophic problem. It turns out that string theory isn't one theory at all, but a whole collection of theories. It's been estimated, in fact, that there are 10 to the 500 different versions of string theory. Each one would describe a different universe with different laws of physics. Now, critics say this makes string theory unscientific. You can't disprove the theory. But others actually turned this on its head and said, well, maybe this apparent failure is string theory's greatest triumph. What if all of these 10 to the 500 different possible universes actually exist out there somewhere in some grand multiverse? Suddenly we can understand the weirdly fine-tuned values of these two dangerous numbers. In most of the multiverse, dark energy is so strong that the universe gets torn apart, or the Higgs field is so weak that no atoms can form. We live in one of the places in the multiverse where the two numbers are just right. We live in a Goldilocks universe.
То је, дакле, прилично елегантан, скоро поетски начин гледања на свет, али има један катастрофални проблем. Испоставило се да теорија струна није уопште само једна теорија, већ цела скупина теорија. Процењено је, заправо, да постоји између 10 и 500 различитих верзија теорије струна. Свака описује различити универзум са различитим законима физике. Критичари кажу да теорија струна због тога није научна. Не можете оспорити ову теорију. Други су, међутим, окренули ово наопако и рекли: „Можда је ово што личи на неуспех заправо највећи тријумф теорије струна.“ Шта ако ових 10 до 500 различитих могућих универзума заправо постоји тамо негде у неком огромном мултиверзуму? Одједном можемо разумети ове чудно подешене вредности ова два опасна броја. У већем делу мултиверзума, тамна енергија је толико јака да је универзум растргнут, или је Хигсово поље толико слабо да се ниједан атом не може формирати. Ми живимо на једном од места у мултиверзуму где ова два броја имају одговарајућу вредност. Живимо у Златокосином универзуму.
Now, this idea is extremely controversial, and it's easy to see why. If we follow this line of thinking, then we will never be able to answer the question, "Why is there something rather than nothing?" In most of the multiverse, there is nothing, and we live in one of the few places where the laws of physics allow there to be something. Even worse, we can't test the idea of the multiverse. We can't access these other universes, so there's no way of knowing whether they're there or not.
Ова идеја је изузетно контроверзна, а лако је видети због чега је то тако. Ако пратимо овај начин размишљања, онда никада нећемо моћи да одговоримо на ово питање зашто постоји нешто уместо ничега. У већем делу свемира не постоји ништа, а ми живимо на једном од неколико места где закони физике омогућавају постојање нечега. Још горе, не можемо проверити идеју о мултиверзуму. Не можемо доћи до ових других универзума, па не постоји начин да се сазна да ли постоје.
So we're in an extremely frustrating position. That doesn't mean the multiverse doesn't exist. There are other planets, other stars, other galaxies, so why not other universes? The problem is, it's unlikely we'll ever know for sure. Now, the idea of the multiverse has been around for a while, but in the last few years, we've started to get the first solid hints that this line of reasoning may get born out. Despite high hopes for the first run of the LHC, what we were looking for there -- we were looking for new theories of physics: supersymmetry or large extra dimensions that could explain this weirdly fine-tuned value of the Higgs field. But despite high hopes, the LHC revealed a barren subatomic wilderness populated only by a lonely Higgs boson. My experiment published paper after paper where we glumly had to conclude that we saw no signs of new physics.
Дакле, налазимо се у позицији која изузетно фрустрира. То не значи да мултиверзум не постоји. Постоје друге планете, звезде, галаксије, па зашто не би постојали и други универзуми? Проблем је у томе што је мало вероватно да ћемо то икада засигурно знати. Е, сад, идеја о мултиверзуму постоји већ неко време, али у неколико последњих година почели смо да добијамо солидне наговештаје да се овакав начин размишљања може потврдити. Упркос постојању велике наде при првом покретању LHC-а, оно што смо тражили при томе... трагали смо за новим теоријама у физици, за суперсиметријом или огромним додатним димензијама, које би могле објаснити чудно подешену вредност Хигсовог поља. Међутим, иако је постојала велика нада, LHC је открио јалову субатомску дивљину насељену само усамљеним Хигсовим бозоном. Мој експеримент објављиван је у раду за радом, у којима смо суморно морали да закључимо да нема назнака о постојању нове физике.
The stakes now could not be higher. This summer, the LHC began its second phase of operation with an energy almost double what we achieved in the first run. What particle physicists are all desperately hoping for are signs of new particles, micro black holes, or maybe something totally unexpected emerging from the violent collisions at the Large Hadron Collider. If so, then we can continue this long journey that began 100 years ago with Albert Einstein towards an ever deeper understanding of the laws of nature.
Сада улози не могу бити виши. Овог лета, LHC је покренуо другу фазу операције уз скоро дуплирану енергију у односу на ону постигнуту при првом покретању. Физичари који се баве честицама очајнички се надају назнакама нових честица, микро црне рупе, или да ће можда нешто потпуно неочекивано проистећи из снажних судара у Великом хадронском сударачу. Ако би се то десило, могли бисмо наставити ово дуго путовање које је започето пре 100 година са Албертом Ајнштајном према још бољем разумевању природних закона.
But if, in two or three years' time, when the LHC switches off again for a second long shutdown, we've found nothing but the Higgs boson, then we may be entering a new era in physics: an era where there are weird features of the universe that we cannot explain; an era where we have hints that we live in a multiverse that lies frustratingly forever beyond our reach; an era where we will never be able to answer the question, "Why is there something rather than nothing?"
Међутим, ако за 2 или 3 године, када се LHC поново, по други пут угаси на дуже време, не пронађемо ништа осим Хигсовог бозона, онда ћемо можда ући у нову еру за физику, у којој постоје чудне особине универзума које не можемо објаснити, еру у којој имамо наговештаје да живимо у мултиверзуму који се фрустрирајуће простире заувек ван нашег домашаја, еру у којој никада нећемо моћи да одговоримо на питање зашто постоји нешто уместо ничега.
Thank you.
Хвала вам.
(Applause)
(Аплауз)
Bruno Giussani: Harry, even if you just said the science may not have some answers, I would like to ask you a couple of questions, and the first is: building something like the LHC is a generational project. I just mentioned, introducing you, that we live in a short-term world. How do you think so long term, projecting yourself out a generation when building something like this?
Бруно Ђузани: Хари, иако си управо рекао да наука можда нема неке одговоре, желим да ти поставим неколико питања, а прво је следеће: изградња нечега као што је LHC је пројекат једне генерације. Поменуо сам, док сам те представљао, да живимо у краткорочном свету. Како размишљаш дугорочно, истичући се из генерације, када градиш нешто као што је ово?
Harry Cliff: I was very lucky that I joined the experiment I work on at the LHC in 2008, just as we were switching on, and there are people in my research group who have been working on it for three decades, their entire careers on one machine. So I think the first conversations about the LHC were in 1976, and you start planning the machine without the technology that you know you're going to need to be able to build it. So the computing power did not exist in the early '90s when design work began in earnest. One of the big detectors which record these collisions, they didn't think there was technology that could withstand the radiation that would be created in the LHC, so there was basically a lump of lead in the middle of this object with some detectors around the outside, but subsequently we have developed technology. So you have to rely on people's ingenuity, that they will solve the problems, but it may be a decade or more down the line.
Хари Клиф: Имао сам среће да сам се придружио експерименту на ком радим на LHC-у 2008. године, баш док смо га покретали, а постоје људи у мојој истраживачкој групи који раде на томе три деценије; током читаве каријере на једној машини. Мислим да су се први разговори о LHC-у водили 1976. године, када су покренути планови о овој машини без постојања технологије, за коју знате да ће вам требати за изградњу. Компјутерска моћ није постојала у раним деведесетима, када је осмишљавање озбиљно почело. Један велики детектор који региструје ове сударе, а нису мислили да постоји технологија која би могла издржати зрачење које се ствара у LHC-у, па је, у суштини, постојао грумен олова усред овог уређаја са неким детекторима око спољашности, али смо касније развили технологију. Морате се ослонити на људску домишљатост, да ће они решити проблеме, али то се може десити и за деценију или више.
BG: China just announced two or three weeks ago that they intend to build a supercollider twice the size of the LHC. I was wondering how you and your colleagues welcome the news.
БЂ: Кина је најавила пре 2 или 3 недеље да намерава да изгради супер сударач два пута већи од LHC-а. Питао сам се како сте ти и твоје колеге реаговали на вести.
HC: Size isn't everything, Bruno. BG: I'm sure. I'm sure.
ХК: Није све у величини, Бруно. БЂ: Сигуран сам да је тако.
(Laughter)
(Смех)
It sounds funny for a particle physicist to say that. But I mean, seriously, it's great news. So building a machine like the LHC requires countries from all over the world to pool their resources. No one nation can afford to build a machine this large, apart from maybe China, because they can mobilize huge amounts of resources, manpower and money to build machines like this. So it's only a good thing. What they're really planning to do is to build a machine that will study the Higgs boson in detail and could give us some clues as to whether these new ideas, like supersymmetry, are really out there, so it's great news for physics, I think.
Звучи чудно када физичар честица то каже. Али озбиљно, мислим, то су сјајне вести. Стварање машине као што је LHC захтева од земаља широм света да уједине своје ресурсе. Ниједна нација не може да приушти изградњу овако велике машине, осим можда Кине, јер они могу да мобилишу огромну количину ресурса, људство и новац да изграде овакве машине. Ово је само добро. Они стварно планирају да изграде машину за детаљно проучавање Хигсовог бозона и која би нас навела да закључимо да ли нове идеје, као суперсиметрија, заиста постоје, те мислим да су то сјајне вести за физику.
BG: Harry, thank you. HC: Thank you very much.
БЂ: Хари, хвала ти. ХК: Хвала вама.
(Applause)
(Аплауз)