Děkuji za ty podobizny mých kolegů, (Smích). Ještě o nich bude řeč. Teď provedu experiment. Normálně to nedělám, jsem teoretik. Uvidíme, co se stane, pokud stisknu toto tlačítko. To je ono. Pracoval jsem v oboru elementárních částic. Co se stane s hmotou, pokud ji vhodně rozštěpíte? Z čeho se hmota skládá? Zákony chování těchto částic platí v celém vesmíru, a velmi úzce jsou spojeny s historií vesmíru.
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.
Víme hodně o čtyřech silách. Musí jich být mnohem více, působí však na velmi malé vzdálenosti, a doposud jsme se s nimi zřídkakdy dostali do styku. Hlavní téma, o kterém chci mluvit je toto: naše mimořádná zkušenost v této oblasti základní fyziky říká, že krása je velmi úspěšným kritériem pro výběr správné teorie. Ale proč, u všech všudy, tomu tak je?
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?
Posloužím příkladem z vlastní zkušenosti. Zní to docela dramaticky, ale opravdu se to stalo. V roce 1957 tři nebo čtyři z nás, představili zčásti kompletní teorii jedné z těchto sil, a to slabé síly. Ta teorie byla v rozporu se sedmi - považte, sedmi experimenty. Všechny experimenty byly chybné.
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.
Publikovali jsme ji předtím, než se na to přišlo, protože nám došlo, jaká je krásná. Musela být pravdivá! Experimenty musely být špatně, a také že byly. A tady náš přítel, Albert Einstein, věnoval velmi malou pozornost tomu, když mu říkali, "Víte, že nějaký člověk provedl experiment, který odporuje speciální teorií relativity. DC Miller. Co vy na to?" A on odpovídal, "Hm, to časem vyšumí." (Smích).
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)
Proč by ale měl takový princip fungovat? To je otázka. A nyní, co myslíme tím "být krásným?" To je jedna věc. Zkusím to částečně objasnit. Proč by to mělo fungovat a jde snad o něco, co souvisí s lidským bytím? Dovolte mi úvod k odpovědi na to poslední, a to, že to nemá nic společného s lidským bytím. Někde na nějaké jiné planetě, kroužící kolem vzdálené hvězdy, snad v jiné galaxii, mohou docela dobře být tvorové, přinejmenším stejně inteligentní jako my, zajímající o vědu. Není to nemožné. Pravděpodobně jich bude hodně.
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.
Velmi pravděpodobně nejsou blízko, aby došlo k interakci s námi. Ale mohou tam být, proč ne. A dejme tomu, že mají velmi odlišná smyslová ústrojí, a tak dále. Disponují sedmi chapadly, a mají 14 malých, komických kompozitních očí, a mozek ve tvaru preclíku. Budou mít opravdu jiné zákony? Mnoho lidí věří, že ano. Já si však myslím, že je to naprostý nesmysl. Myslím, že tam panují zákony, jimž ovšem nikdy nebudeme dost dobře rozumět, ale zkoušíme to. A zkoušíme se dostat blíže a blíže.
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.
A jednoho dne si snad skutečně můžeme představit základní jednotnou teorii částic a sil, které já říkám "základní zákon." Možná od něj nejsme daleko. Ale i když to nepřekonáme za celou svoji existenci, můžeme si myslet, že to tam je, a my se právě pokoušíme dostat k tomu blíž a blíž. Myslím, že je to to hlavní, se je třeba udělat. Vyjadřujeme tyto věci matematicky. A pokud je ta matematika velmi jednoduchá -- pokud v termínech jistých matematických zápisů lze tu teorii sepsat velmi zkráceně, bez větších komplikovaností -- pak je to to, čím v zásadě míníme krásu nebo eleganci.
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.
Toto jsem říkal o těch zákonech. Skutečně existují. Newton tomu samozřejmě věřil. A řekl toto: "Najít tyto zákony je úkolem přírodní filosofie." Základní zákon, řekněme -- zde je předpoklad. Předpoklad je, že základní zákon skutečně přejímá formu jednotné teorie všech částic. Někteří lidé tomu říkají teorie všeho. To je špatně, protože teorie je kvantově mechanická. Nemíním se příliš zabývat kvantovou mechanikou a o čem to je, atd. Beztak jste o tom slyšeli hodně nesmyslů. (Smích). Jsou o tom dokonce i filmy s mnoha nesmysly.
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.
Ale hlavní je, že predikuje pravděpodobnost. Občas jsou tyto pravděpodobnosti blízko jistotě. A v mnoha známých případech samozřejmě jsou. Ale v ostatních případech nejsou, a vám zbývá ta pravděpodobnost pro rozdílné výstupy. Pak to tedy znamená, že historie vesmíru není předurčena pouze základním zákonem. Je to základní zákon plus ty nekonečné posloupnosti náhod, nebo náhodných výsledků, které jsou tam navíc.
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.
A základní teorie není schopna zahrnout tyto náhodné výsledky, ty jsou navíc. Takže nejde o teorii všeho. A ve skutečnosti obrovské množství informací kolem nás ve vesmíru pochází z těchto náhod, a ne přímo ze základních zákonů. Často se říká, že jak se dostáváme blíž a blíž k základním zákonům, průzkumem jevů při nízkých energiích, a poté při vyšších energiích, a pak vyšších energiích, na krátkých vzdálenostech, a poté na kratších vzdálenostech, a ještě kratších vzdálenostech, atd., že to je jako odlupování slupek cibule. A v tom pokračujeme, stavíme výkonnější stroje, urychlovače částic. Nahlížíme hlouběji a hlouběji do struktury částic, a tak se pravděpodobně dostáváme blíž a blíž k tomu základnímu zákonu.
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.
A zatímco toto provádíme, jak odlupujeme slupky cibule, a dostáváme se blíž a blíž k základnímu zákonu, pozorujeme, že každá slupka má něco společného s tou předchozí, a s tou následující. Popisujeme je matematicky, a vidíme, že nám vychází velmi podobná matematika. Vyžadují velmi podobnou matematiku. To je absolutně neuvěřitelné, ale jedná se o ústřední rys toho, o čem dnes mluvím. Newton tomu říkal -- mimochodem, to je Newton.
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.
Tenhle je Albert Einstein. Zdravím! Mimochodem, on řekl, "příroda je v souladu sama se sebou" -- ztotožňoval tedy přírodu s ženstvím. Stane se tedy to, že nové jevy, nové slupky, vnitřní slupky ze stále se ztenčující cibule které dostáváme, se podobají těm větším. A druh matematiky, který jsme měli pro předchozí slupku je téměř stejný, jako ten pro další slupku. A proto rovnice vypadají tak jednoduše. Protože používají matematiku, která tu již je.
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.
Jednoduchý příklad: Newton objevil gravitační zákon, jenž jako jiné vychází z druhé mocniny vzdálenosti mezi přitahovanými předměty. Ve Francii Coulomb objevil stejný zákon pro elektrické náboje. Zde máme příklad podobnosti. Zkoumáte gravitaci, vidíte jistý zákon. Pak se přesunete k elektřině. Jasná věc. Stejný zákon. Je to velmi jednoduchý příklad. Existují sofistikovanější příklady. V této diskusi je velmi důležitá symetrie. O co jde? Například kruh, je rotačně symetrický podle středu kruhu. Otáčíte-li kolem jeho středu, kruh se nemění. Vezměte si trojrozměrnou kouli. Rotujete-li s ní kolem jejího středu, všechny rotace nám dají zase jen kouli. Toto jsou symetrie koule. Říkáme tedy obecně, že existuje symetrie mezi určitými operacemi, pokud tyto operace ponechají vlastnost nebo její popis nezměněné.
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.
Maxwellovy rovnice jsou pochopitelně symetrické při rotacích ve všech směrech. Nezáleží, pootočíme-li celý prostor pod nějakým úhlem, to neponechá -- nezmění to vlastnost elektřiny nebo magnetismu. 19. století nám dalo nový zápis, který to vyjadřuje, a pokud použijete tento zápis, rovnice se podstatně zjednoduší. Poté Einstein, se svou speciální teorií relativity, vzal celou sadu symetrií Maxwellových rovnic, jimž říkáme speciální teorie relativity. A poté tyto symetrie zkrátily ty rovnice, a učinily je tak i hezčími.
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.
Podívejte se. Nemusíte vědět, co tyto věci znamenají, o to nejde. Jen se ale podívejte na tu formu. (Smích). O formu jde. Úplně nahoře vidíte dlouhou řadu rovnic se třemi prvky pro tři prostorové rozměry: x, y a z. Poté, s využitím vektorové analýzy a rotační symetrie, dostanete další sadu. Pak použijte symetrii speciální teorie relativity a máte dokonce jednodušší sadu úplně dole, což ukazuje, že symetrie nám to podává lepší a lepší. Čím více máte symetrie, tím lépe jste schopni podat jednoduchost a eleganci dané teorie.
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.
U posledních dvou: první rovnice říká, že elektrické náboje a proudy způsobují vznik všech elektrických a magnetických polí. Další -- druhá -- rovnice říká, že neexistuje jiný magnetismus než tento. Magnetismus pochází pouze z elektrických nábojů a proudů. Jednou snad najdeme jisté slabiny v tomto tvrzení. Ale pro tuto chvíli je to ten případ.
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.
A teď, zde máme velmi vzrušující posun, o němž mnozí doposud neslyšeli. Bylo by záhodno to znát, ale je trochu složité vysvětlit to technicky do detailu, takže to nechám. Jenom to zmíním. (Smích). Ale Chen Ning Yang, pro nás "Frank" Yang -- (Smích) -- a Bob Mills navrhli před 50 lety toto zobecnění Maxwellových rovnic s novou symetrií. Zcela novou symetrií. Matematika je velmi jednoduchá, ale je v tom úplně nová symetrie. Doufali, že by to nějak mohlo přispět fyzice částic -- nepřispělo, samo o sobě.
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.
Ale pak to někteří z nás dále zobecnili. A pak to tam bylo! A byl z toho velmi pěkný popis silné síly a slabé síly. Takže znova zopakujme, co už bylo řečeno: tedy, že každá slupka cibule vykazuje podobnost s vedlejší slupkou. Takže matematika pro vedlejší slupky je velmi podobná tomu, co potřebujeme pro novou. Tudíž to také vypadá krásně. Protože my už víme, jak to zapisovat hezkým a stručným způsobem.
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.
Takže zde máme témata. Věříme, že existuje jednotná teorie podpírající všechny zákonitosti. Kroky ve směru sjednocení vyjadřují jednoduchost. Symetrie vyjadřuje jednoduchost. A pak je tu podobnost sama se sebou napříč měřítky -- jinými slovy, z jedné slupky cibule k druhé. Blízká vzájemná podobnost. A to potvrzuje tento fenomén. To vysvětlí, proč je krása úspěšným kritériem pro výběr správné teorie.
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.
Co k tomu řekl sám Newton: "Příroda je velmi v souladu a odpovídající sama sobě." Jedna věc, nad kterou přemýšlel, je něco, co dnes bereme jako hotovou věc, ale v jeho době na tom nebylo nic jistého. Poslyšte příběh, kde vůbec není jisté, zda je pravdivý, ale hodně lidí to říká. Čtyři zdroje to tvrdily. Totiž, že v době morové epidemie v Cambridge, odešel na farmu své matky -- protože univerzita byla uzavřena -- a uviděl jablko, padající ze stromu, nebo snad na jeho hlavu. A on si v mžiku uvědomil, že síla, která shodila jablko dolů na zem by mohla být touž silou, která má na svědomí pohyb planet a Měsíce.
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.
Na tu dobu to bylo obrovské sjednocení, jakkoli to dnes bereme jako hotovou věc. Obojí je teorie gravitace. Takže řekl, že tento přírodní princip, souznění: "Tento přírodní princip je velmi vzdálený koncepcím filosofů, Nebudu to popisovat v té knize, přinejmenším bych mohl být označen za extravagantního fanatika ..." Tohoto bychom si my všichni měli všímat. (Smích). Zvláště při tomto vystoupení. " ... a tak podjatost mých čtenářů proti těmto věcem, jež byly hlavním záměrem knihy."
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."
Tedy, kdo by se dnes k tomu hlásil jako k pouhé domýšlivosti lidské mysli? Že síla, jež způsobuje pád jablka na zem, je stejná síla jako ta, co způsobuje obíhání planet a Měsíce, atd.? Každý to ví. Je to vlastnost gravitace. Neděje se to v mysli člověka. Lidská mysl je samozřejmě schopna si to uvědomovat a bavit se tím, užívat to, ale není to -- nemá to původ v lidské mysli. Vychází to z povahy gravitace. A platí to pro všechny věci, o nichž byla řeč. Jsou to projevy základního zákona. Takový je základní zákon, že různé slupky cibule připomínají jedna druhou, tudíž matematika pro jednu slupku vám dovoluje krásně a jednoduše vyjádřit vlastnosti další slupky.
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.
Připomeňme, že Newton toho roku stihnul mnoho věcí: gravitaci, pohybové zákony, calculus, rozklad bílého světla na všechny barvy duhy. Býval by hezky napsal esej "O mých zážitcích v průběhu letních prázdnin." (Smích). Takže nesmíme pokládat tyto principy za samostatné metafyzické postuláty. Vyplývají z fundamentální teorie. Jsou tím, co nazýváme "vynořené vlastnosti." Nepotřebujeme -- nepotřebujete více, abyste dostali více. To je to, co "vynoření" znamená.
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.
Život se může vynořit z fyziky a chemie, plus množství náhod. Lidská mysl může povstat z neurobiologie a množství náhod, způsob chemické vazby pochází z fyziky a jistých náhod. Nesnižuje to význam těchto objektů, pokud víme, že jsou dílem základních věcí plus náhod. Je to univerzální pravidlo a je kriticky důležité si to uvědomit. Nepotřebujete více k tomu, abyste dostali více. Lidé se na to ptají po přečtení mé knihy "The Quark and the Jaguar" (Kvark a jaguár). A říkají: "Není za tím, co tam máte, něco více?" Patrně mají na mysli něco nadpřirozeného. Prostě není. (Smích). Nepotřebujete více, abyste vysvětlili více. Děkuji vám mnohokrát. (Potlesk)
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)