Благодаря ви, че сте поставили тези снимки на моите колеги тук. (Смях). Ние ще говорим за тях. Сега ще опитам експеримент. Аз не правя експерименти, нормално. Аз съм теоретик. Но ще видя какво ще стане, ако натисна този бутон. Достатъчно ясно. Добре, работех навремето в областта на елементарните частици. Какво се случва с материята, ако я накълцате много фино? От какво е направена? И законите на тези частици са валидни в цялата Вселена, и те са много свързани с историята на Вселената.
Thank you for putting up these pictures of my colleagues over here. (Laughter) We'll be talking about them. Now, I'm going try an experiment. I don't do experiments, normally. I'm a theorist. But I'm going see what happens if I press this button. Sure enough. OK. I used to work in this field of elementary particles. What happens to matter if you chop it up very fine? What is it made of? And the laws of these particles are valid throughout the universe, and they're very much connected with the history of the universe.
Ние знаем много за четири сили. Трябва да има много повече, но тези действат на много, много малки разстояния и ние не сме си взаимодействали с тях много все още. Основното, за което искам да говоря, е това: че имаме забележителния опит в тази област от фундаменталната физика, че красотата е много успешен критерий за избора на теория. И защо това трябва да е така?
We know a lot about four forces. There must be a lot more, but those are at very, very small distances, and we haven't really interacted with them very much yet. The main thing I want to talk about is this: that we have this remarkable experience in this field of fundamental physics that beauty is a very successful criterion for choosing the right theory. And why on earth could that be so?
Ами, ето един пример от моя собствен опит. Това е доста драматично, всъщност, което се случи. Три или четири от нас, през 1957 г., предложиха частично пълна теория за една от тези сили, слабата сила. И това беше в несъгласие със 7 -- 7, забележете, 7 експеримента. Експериментите бяха всички погрешни.
Well, here's an example from my own experience. It's fairly dramatic, actually, to have this happen. Three or four of us, in 1957, put forward a partially complete theory of one of these forces, this weak force. And it was in disagreement with seven -- seven, count them, seven experiments. Experiments were all wrong.
И ние публикувахме преди да знаем това, защото помислихме, че това е толкова красива теория, че трябва да е правилна! Експериментите трябваше да са погрешни; и те бяха. Нашият приятел там горе, Алберт Айнщайн, обръщаше много малко внимание, когато хората казваха: "Знаете ли, има човек с експеримент, който изглежда не е съгласен със специалната теория на относителността, ДС Милър. Какво ще кажете за това?" А той отговаряше: "О, това ще отмине." (Смях)
And we published before knowing that, because we figured it was so beautiful, it's gotta be right! The experiments had to be wrong, and they were. Now our friend over there, Albert Einstein, used to pay very little attention when people said, "You know, there's a man with an experiment that seems to disagree with special relativity. DC Miller. What about that?" And he would say, "Aw, that'll go away." (Laughter)
Сега, защо подобни неща работят? Това е въпросът. Сега, какво разбираме под красиви? Това е едно нещо. Ще се опитам да направя това ясно -- частично ясно. Защо трябва да работи и дали има нещо общо с човешките същества? Аз ще ви предложа моя отговор на последния въпрос и той е, че това няма нищо общо с човешките същества. Вероятно на някаква друга планета, обикаляща около някоя много далечна звезда, може би в една друга галактика, може би има същества, които са поне толкова интелигентни, колкото сме ние, и се интересуват от наука. Това не е невъзможно. Мисля, че има вероятно много.
Now, why does stuff like that work? That's the question. Now, yeah, what do we mean by beautiful? That's one thing. I'll try to make that clear -- partially clear. Why should it work, and is this something to do with human beings? I'll let you in on the answer to the last one that I offer, and that is, it has nothing to do with human beings. Somewhere in some other planet, orbiting some very distant star, maybe in a another galaxy, there could well be entities that are at least as intelligent as we are, and are interested in science. It's not impossible; I think there probably are lots.
Много вероятно, никой не е достатъчно близко, за да си взаимодейства с нас. Но те биха могли да бъдат там, много лесно. И да предположим, че имат много различни сензорни системи, и така нататък. Те имат седем пипала и имат 14 малки смешно изглеждащи сложни очи, и мозък с формата на геврек. Дали наистина ще имат различни закони? Има много хора, които вярват това и мисля, че това са пълни глупости. Мисля, че има закони там, и ние, разбира се, не ги разбираме по всяко време много добре, но се опитваме. И се опитваме да се приближим все по-близо и по-близо.
Very likely, none is close enough to interact with us. But they could be out there, very easily. And suppose they have, you know, very different sensory apparatus, and so on. They have seven tentacles, and they have 14 little funny-looking compound eyes, and a brain shaped like a pretzel. Would they really have different laws? There are lots of people who believe that, and I think it is utter baloney. I think there are laws out there, and we of course don't understand them at any given time very well -- but we try. And we try to get closer and closer.
И някой ден ние може действително да разберем фундаменталната единна теория на частиците и силите, която наричам "фундаменталния закон." Ние дори може да не сме много надалеч от него. Но дори и да не попаднем на него в нашия живот, все още може да си мислим, че такъв съществува, и ние просто се опитваме да достигнем по-близо до него. Мисля, че това е основната точка, която може да бъде направена. Ние изразяваме тези неща математически. И когато математиката е много проста, когато по отношение на някои математически нотации, можете да напишете теория на много малко място, без много усложнения, това е в основни линии, което имаме предвид под красота или елегантност.
And someday, we may actually figure out the fundamental unified theory of the particles and forces, what I call the "fundamental law." We may not even be terribly far from it. But even if we don't run across it in our lifetimes, we can still think there is one out there, and we're just trying to get closer and closer to it. I think that's the main point to be made. We express these things mathematically. And when the mathematics is very simple -- when in terms of some mathematical notation, you can write the theory in a very brief space, without a lot of complication -- that's essentially what we mean by beauty or elegance.
Ето това, което казах за законите. Те наистина съществуват. Нютон определено вярваше това. И той каза, тук: "Това е работа на естествената философия, да намери тези закони." Основният закон, да кажем -- ето едно предположение. Предположението е, че основният закон наистина е под формата на единна теория на всички частици. Сега, някои хора наричат това теория на всичко. Това е погрешно, тъй като теорията е квантово механична. И аз няма да навлизам в много неща за квантовата механика и какво представлява, и така нататък. Вие сте чули много грешни неща за нея, така или иначе. (Смях). Има дори филми за нея с много погрешни неща.
Here's what I was saying about the laws. They're really there. Newton certainly believed that. And he said, here, "It is the business of natural philosophy to find out those laws." The basic law, let's say -- here's an assumption. The assumption is that the basic law really takes the form of a unified theory of all the particles. Now, some people call that a theory of everything. That's wrong because the theory is quantum mechanical. And I won't go into a lot of stuff about quantum mechanics and what it's like, and so on. You've heard a lot of wrong things about it anyway. (Laughter) There are even movies about it with a lot of wrong stuff.
Но най-важното тук е, че тя прогнозира вероятности. Сега, понякога тези вероятности са почти сигурностни. И в много от познатите случаи, те наистина са. Но друг път те не са, и вие имате само вероятности за различните резултати. Така че това означава, че историята на Вселената не се определя само от фундаменталния закон. Това е основният закон и тази невероятно дълга поредица от инциденти или случайни резултати, които са там в допълнение.
But the main thing here is that it predicts probabilities. Now, sometimes those probabilities are near certainties. And in a lot of familiar cases, they of course are. But other times they're not, and you have only probabilities for different outcomes. So what that means is that the history of the universe is not determined just by the fundamental law. It's the fundamental law and this incredibly long series of accidents, or chance outcomes, that are there in addition.
И основната теория не включва тези случайни резултати, те са в допълнение. Така че това не е теория на всичко. И всъщност, огромно количество информация във Вселената около нас идва от тези инциденти, а не само от основните закони. Често се казва, че доближаването все по-близо и по-близо до основните закони, като проучваме явления при ниски енергии, а след това при по-високи енергии, и след това при по-високи енергии или къси разстояния, а след това по-къси разстояния, и след това още по-къси разстояния, и т.н., е като белене на люспите на една глава лук. И ние продължаваме да правим това и изграждаме все по-мощни машини, ускорители на частици. Гледаме все по-дълбоко и по-дълбоко в структурата на частиците и по този начин вероятно се приближаваме все по-близо до този фундаментален закон.
And the fundamental theory doesn't include those chance outcomes; they are in addition. So it's not a theory of everything. And in fact, a huge amount of the information in the universe around us comes from those accidents, and not just from the fundamental laws. Now, it's often said that getting closer and closer to the fundamental laws by examining phenomena at low energies, and then higher energies, and then higher energies, or short distances, and then shorter distances, and then still shorter distances, and so on, is like peeling the skin of an onion. And we keep doing that, and build more powerful machines, accelerators for particles. We look deeper and deeper into the structure of particles, and in that way we get probably closer and closer to this fundamental law.
Сега това, което се случва, докато правим това, докато белим тези люспи от лука, и достигаме все по-близо до основния закон, ние виждаме, че всяка люспа има нещо общо с предишната, и със следващата. Описваме ги математически и виждаме, че те използват много сходна математика. Те изискват много сходна математика. Това е абсолютно забележително и това е основна характеристика на това, което се опитвам да кажа днес. Нютон го нарича -- това е Нютон, между другото -- този тук.
Now, what happens is that as we do that, as we peel these skins of the onion, and we get closer and closer to the underlying law, we see that each skin has something in common with the previous one, and with the next one. We write them out mathematically, and we see they use very similar mathematics. They require very similar mathematics. That is absolutely remarkable, and that is a central feature of what I'm trying to say today. Newton called it -- that's Newton, by the way -- that one.
Това тук е Алберт Айнщайн. Здравей, Ал! И, както и да е, той казва: "природата се съобразява със себе си" -- олицетворявайки природата със жена. И така, това което се случва е, че новите явления, новите слоеве, вътрешните слоеве на малко по-малките люспи на лука, до които достигаме, приличат на малко по-големите. И математиката, която имахме от предходната люспа, е почти същата като тази, от която имаме нужда за следващата люспа. И ето защо уравненията изглеждат толкова прости. Защото те използват математика, която вече имаме.
This one is Albert Einstein. Hi, Al! And anyway, he said, "nature conformable to herself" -- personifying nature as a female. And so what happens is that the new phenomena, the new skins, the inner skins of the slightly smaller skins of the onion that we get to, resemble the slightly larger ones. And the kind of mathematics that we had for the previous skin is almost the same as what we need for the next skin. And that's why the equations look so simple. Because they use mathematics we already have.
Един тривиален пример е следният: Нютон откри закона за гравитацията, който е нещо като едно върху квадрата на разстоянието между нещата, които гравитират. Кулон във Франция откри същия закон за електрически заряди. Ето един пример за това сходство. Наблюдавате гравитацията и ще видите някой закон. След това вижте електричеството. И разбира се -- същото правило. Това е един много прост пример. Има много други по-сложни примери. Симетрията е много важна в тази дискусия. Знаете какво означава това. Кръгът, например, е симетричен при завъртане около центъра на кръга. Когато въртите около центъра на кръга, кръгът остава непроменен. Ако вземете сфера, в три измерения, и завъртите около центъра на сферата, всички тези ротации ще оставят сферата непроменена. Те са симетриите на сферата. Така че ние казваме, най-общо, че има симетрия, при определени операции, ако тези дейности оставят явлението, или неговото описание, без промяна.
A trivial example is this: Newton found the law of gravity, which goes like one over the square of the distance between the things gravitated. Coulomb, in France, found the same law for electric charges. Here's an example of this similarity. You look at gravity, you see a certain law. Then you look at electricity. Sure enough. The same rule. It's a very simple example. There are lots of more sophisticated examples. Symmetry is very important in this discussion. You know what it means. A circle, for example, is symmetric under rotations about the center of the circle. You rotate around the center of the circle, the circle remains unchanged. You take a sphere, in three dimensions, you rotate around the center of the sphere, and all those rotations leave the sphere alone. They are symmetries of the sphere. So we say, in general, that there's a symmetry under certain operations if those operations leave the phenomenon, or its description, unchanged.
Уравненията на Максуел, разбира се, са симетрични при завъртане на цялото пространство. Няма значение, дали ще завъртим цялото пространство на определен ъгъл, няма да напусне -- няма да промени явлението на електричество или магнетизъм. Има нова нотация от 19 век, която изразява това, и ако използвате тази нотация, уравненията стават много по-прости. След това Айнщайн, с неговата Специална теория на относителността, разгледал цял набор от симетрии в уравненията на Максуел, които се наричат специална относителност. И тези симетрии, тогава, правят уравненията още по-кратки, и дори и по-хубави, следователно.
Maxwell's equations are of course symmetrical under rotations of all of space. Doesn't matter if we turn the whole of space around by some angle, it doesn't leave the -- doesn't change the phenomenon of electricity or magnetism. There's a new notation in the 19th century that expressed this, and if you use that notation, the equations get a lot simpler. Then Einstein, with his special theory of relativity, looked at a whole set of symmetries of Maxwell's equations, which are called special relativity. And those symmetries, then, make the equations even shorter, and even prettier, therefore.
Нека да погледнем. Не е нужно да знаете какво означава това, няма никакво значение. Но вие може просто да гледате формата. (Смях). Може да погледнете формата. Вие виждате отгоре, на върха, един дълъг списък от уравнения с три компоненти за трите посоки на пространството: X, Y и Z. След това, използвайки векторен анализ, използвайки ротационна симетрия, ще получите следващите уравнения. След това, използвайки симетрията на специалната относителност, ще получите още по-опростени изрази тук долу, показвайки, че симетрията се изразява все по-добре и по-добре. Колкото повече симетрия имате, толкова по-добре се показва простотата и елегантността на теорията.
Let's look. You don't have to know what these things mean, doesn't make any difference. But you can just look at the form. (Laughter) You can look at the form. You see above, at the top, a long list of equations with three components for the three directions of space: x, y and z. Then, using vector analysis, you use rotational symmetry, and you get this next set. Then you use the symmetry of special relativity and you get an even simpler set down here, showing that symmetry exhibits better and better. The more and more symmetry you have, the better you exhibit the simplicity and elegance of the theory.
Последните две, първото уравнение казва, че електрическите заряди и токове довеждат до всички електрически и магнитни полета. Следващото -- второто -- уравнение показва, че не съществува магнетизъм, различен от този. Единственият магнетизъм идва от електрическите заряди и токове. Някой ден може да намерим някои дребни пролуки в тази теза. Но за момента това е твърдението.
The last two, the first equation says that electric charges and currents give rise to all the electric and magnetic fields. The next -- second -- equation says that there is no magnetism other than that. The only magnetism comes from electric charges and currents. Someday we may find some slight hole in that argument. But for the moment, that's the case.
Сега, ето едно много вълнуващо развитие, за което много хора не са чували. Те трябва да са чували за него, но то е малко трудно за обяснение в технически подробности, така че няма да го направя. Просто ще го спомена. (Смях). Но Чен Нинг Янг, наричан от нас "Франк" Янг -- (Смях) -- и Боб Милс представиха, преди 50 години, това обобщение на уравненията на Максуел, с нова симетрия. Цяла нова симетрия. Математиката е много подобна, но това беше съвсем нова симетрия. Те се надяваха, че това би допринесло по някакъв начин за физиката на елементарните частици. Не го стори. Това не допринесе, само по себе си, към физиката на елементарните частици.
Now, here is a very exciting development that many people have not heard of. They should have heard of it, but it's a little tricky to explain in technical detail, so I won't do it. I'll just mention it. (Laughter) But Chen Ning Yang, called by us "Frank" Yang -- (Laughter) -- and Bob Mills put forward, 50 years ago, this generalization of Maxwell's equations, with a new symmetry. A whole new symmetry. Mathematics very similar, but there was a whole new symmetry. They hoped that this would contribute somehow to particle physics -- didn't. It didn't, by itself, contribute to particle physics.
Но след това някои от нас я обобщиха още. И след това го направи! И това даде много красиво описание на силната и на слабата сила. Така че тук казваме, отново това, което казахме преди: че всяка люспа на лука показва сходство със съседната люспа. Така че математиката на съседната люспа е много подобна на тази, от която имаме нужда за новата. И затова тя изглежда красива. Тъй като ние вече знаем как да я напишем по един прекрасен, кратък начин.
But then some of us generalized it further. And then it did! And it gave a very beautiful description of the strong force and of the weak force. So here we say, again, what we said before: that each skin of the onion shows a similarity to the adjoining skins. So the mathematics for the adjoining skins is very similar to what we need for the new one. And therefore it looks beautiful because we already know how to write it in a lovely, concise way.
Така че тук са темите. Вярваме, че има една единна теория, описваща всички закономерности. Стъпките към обединението показват простота. Симетрията се отличава с простота. И освен това има полуподобие в различните мащаби -- с други думи, от една люспа на лука към друга. Приблизително полусходство. И това е причината за това явление. Това е причината, защо красотата е успешен критерий за избор на правилната теория.
So here are the themes. We believe there is a unified theory underlying all the regularities. Steps toward unification exhibit the simplicity. Symmetry exhibits the simplicity. And then there is self-similarity across the scales -- in other words, from one skin of the onion to another one. Proximate self-similarity. And that accounts for this phenomenon. That will account for why beauty is a successful criterion for selecting the right theory.
Ето какво самият Нютон каза: "Природата е много съгласувана и съобразена със себе си." Едно нещо, за което той си мислил, е нещо, което повечето от нас приемат за даденост днес, но по неговото време не е било прието за даденост. Това е историята, която не е напълно сигурно, че е истина, но много хора са я разказали. Четири източници са я разказали. Че когато са имали чума в Кеймбридж и той се върнал във фермата на майка си, защото университетът бил затворен, видял ябълка да пада от дърво или на главата му, или нещо такова. И изведнъж той разбрал, че силата, която теглела ябълката надолу към земята, би могла да бъде същата като силата, която регулирала движението на планетите и Луната.
Here's what Newton himself said: "Nature is very consonant and conformable to her self." One thing he was thinking of is something that most of us take for granted today, but in his day it wasn't taken for granted. There's the story, which is not absolutely certain to be right, but a lot of people told it. Four sources told it. That when they had the plague in Cambridge, and he went down to his mother's farm -- because the university was closed -- he saw an apple fall from a tree, or on his head or something. And he realized suddenly that the force that drew the apple down to the earth could be the same as the force regulating the motions of the planets and the moon.
Това било голямо обединение за онези дни, въпреки че днес ние го приемаме за даденост. Това е същата теория на гравитацията. И така, той казал, че този принцип на природата, съзвучие: "Този принцип на природата, който е много отдалечен от разбирането на философите, аз се въздържам да опиша в тази книга, за да не бъда счетен за екстравагантен чудак ... " Ето за какво ние всички трябва да внимаваме. (Смях). Особено на тази среща. "... и така да предубедя моите читатели към всички тези неща, които бяха основният дизайн на книгата."
That was a big unification for those days, although today we take it for granted. It's the same theory of gravity. So he said that this principle of nature, consonance: "This principle of nature being very remote from the conceptions of philosophers, I forbore to describe it in that book, lest I should be accounted an extravagant freak ... " That's what we all have to watch out for, (Laughter) especially at this meeting. " ... and so prejudice my readers against all those things which were the main design of the book."
Сега, кой днес ще твърди, че това е просто самонадеяност на човешкия ум? Че силата, която кара ябълката да пада на земята, е същата сила, която кара планетите и Луната да се движат наоколо, и така нататък? Всеки знае това. Това е свойство на гравитацията. Това не е нещо в човешкия ум. Човешкият ум може, разбира се, да го оценява, да му се наслаждава, да го използва, но това не е -- това не произтича от човешкия ум. Това произтича от характера на гравитацията. И това е вярно за всички неща, за които говорим. Те са свойства на фундаменталния закон. Основният закон е такъв, че различните люспи на лука си приличат една на друга, и следователно математиката на една люспа ви дава възможност да изразите красиво и просто свойствата на следващата люспа.
Now, who today would claim that as a mere conceit of the human mind? That the force that causes the apple to fall to the ground is the same force that causes the planets and the moon to move around, and so on? Everybody knows that. It's a property of gravitation. It's not something in the human mind. The human mind can, of course, appreciate it and enjoy it, use it, but it's not -- it doesn't stem from the human mind. It stems from the character of gravity. And that's true of all the things we're talking about. They are properties of the fundamental law. The fundamental law is such that the different skins of the onion resemble one another, and therefore the math for one skin allows you to express beautifully and simply the phenomenon of the next skin.
Мога да кажа, че Нютон направил много неща през тази година: гравитацията, законите за движение, математическия анализ, бялата светлина, съставена от всички цветове на дъгата. И той можел да напише доста дълго есе на тема "Какво направих през лятната си ваканция." (Смях). Така че ние не трябва да приемаме тези принципи като отделни метафизични постулати. Те произтичат от фундаменталната теория. Те са това, което ние наричаме произтичащи свойства. Не е необходимо, не е нужно нещо повече, за да получите нещо повече. Това означава произтичане.
I say here that Newton did a lot of things that year: gravity, the laws of motion, the calculus, white light composed of all the colors of the rainbow. And he could have written quite an essay on "What I Did Over My Summer Vacation." (Laughter) So we don't have to assume these principles as separate metaphysical postulates. They follow from the fundamental theory. They are what we call emergent properties. You don't need -- you don't need something more to get something more. That's what emergence means.
Животът може да произтече от физиката и химията, както и много инциденти. Човешкият ум може да възникне от невробиологията и много инциденти, по начина, по който химична връзка възниква от физиката и някои инциденти. Това не намалява значимоста на тези предмети, да се знае, че те следват от по-фундаментални неща, както и инциденти. Това е общо правило и е критично важно да се разбере. Не е нужно нещо повече, за да се получи нещо повече. Хората продължават да питат, след като прочетат моята книга "Кваркът и ягуарът." И те казват: "Няма ли нещо повече отвъд това, което имаме там?" Вероятно, те имат предвид нещо свръхестествено. Във всеки случай, няма. (Смях). Не е нужно нещо повече, за да се обясни нещо повече. Благодаря ви много. (Ръкопляскания)
Life can emerge from physics and chemistry, plus a lot of accidents. The human mind can arise from neurobiology and a lot of accidents, the way the chemical bond arises from physics and certain accidents. It doesn't diminish the importance of these subjects to know that they follow from more fundamental things, plus accidents. That's a general rule, and it's critically important to realize that. You don't need something more in order to get something more. People keep asking that when they read my book, "The Quark and the Jaguar," and they say, "Isn't there something more beyond what you have there?" Presumably, they mean something supernatural. Anyway, there isn't. (Laughter) You don't need something more to explain something more. Thank you very much. (Applause)