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.
Gracias por poner estas fotos de mis colegas aquí. (Risas). Estaremos hablando de ellos. Ahora, voy a intentar un experimento. Normalmente no hago experimentos. Soy un teórico. Pero voy a ver qué sucede si presiono este botón. Efectivamente. Bueno. Yo solía trabajar en este campo de las partículas elementales. ¿Qué le pasa a la materia si la cortas muy fina? ¿De qué está hecha? Y las leyes de estas partículas son válidas a lo largo y ancho del universo, y están sumamente conectadas con la historia del universo.
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?
Sabemos mucho sobre cuatro fuerzas. Deben haber muchas más, pero esas existen a distancias muy, muy pequeñas, y en verdad, todavía no hemos interactuado mucho con ellas. El tema principal del que quiero hablar es éste: que tenemos esta notable experiencia, en este campo de la física fundamental: la belleza es un criterio muy exitoso para elegir la teoría correcta. Y, ¿por qué diablos será esto así?
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.
Bueno, aquí tenemos un ejemplo de mi propia experiencia. Que esto ocurra, de hecho, es bastante espectacular. En 1957, tres o cuatro de nosotros propusimos una teoría parcialmente completa de una de estas fuerzas, la fuerza débil. Y estaba en desacuerdo con siete (siete, cuéntenlos), siete experimentos. Los experimentos estaban todos mal.
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)
Y publicamos antes de saber eso, pues pensamos que era tan bello, ¡tiene que estar bien! Los experimentos debían estar mal, y lo estaban. Ahora, nuestro amigo de allá, Albert Einstein, solía prestar poca atención cuando la gente decía: "Sabe usted, hay un señor con un experimento que al parecer no está de acuerdo con la relatividad especial. D. C. Miller. ¿Qué piensa de eso?" Y él respondía: "Eh, eso va a desaparecer". (Risas).
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.
Bien, ¿Por qué funciona algo así? Esa es la pregunta. Ahora, claro, ¿qué queremos decir con bello? Esa es una cosa. Trataré de dejar eso en claro... parcialmente claro. ¿Por qué debería funcionar?, y ¿tiene algo que ver con los seres humanos? Les daré una pista para la respuesta que ofrezco para la última, y es que no tiene nada que ver con los seres humanos. En algún lugar en algún otro planeta, orbitando alguna estrella muy distante, quizás en otra galaxia, podría muy bien haber entidades al menos tan inteligentes como nosotros, y están interesados en la ciencia. No es imposible; creo que probablemente hay muchos.
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.
Muy probablemente ninguno está tan cerca como para interactuar con nosotros. Pero podrían estar ahí afuera, muy fácilmente. Y supongan que tienen, digamos, muy diferentes aparatos sensoriales, etc. Tienen siete tentáculos, y tienen 14 pequeños ojos compuestos de aspecto gracioso, y un cerebro en forma de pretzel. ¿De verdad tendrían ellos leyes diferentes? Hay muchas personas que creen que sí, y yo pienso que es pura tontería. Creo que hay leyes allá afuera, y claro que, en cualquier momento dado, no las entendemos muy bien... pero lo intentamos. Y tratamos de acercarnos cada vez más.
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.
Y algún día quizá podamos efectivamente descifrar una teoría fundamental unificada de las partículas y de las fuerzas, lo que yo llamo "la ley fundamental". Incluso puede que no estemos demasiado lejos de ella. Pero aunque no nos crucemos con ella en nuestras vidas aún podemos pensar que hay una allí afuera, y nosotros simplemente estamos tratando de acercarnos a ella más y más. Creo que ese es el punto más importante a dejar en claro. Nosotros expresamos estas cosas matemáticamente. Y cuando la matemática es muy simple (cuando en términos de alguna notación matemática, puedes escribir la teoría en un espacio muy pequeño, sin mucha complicación) eso es esencialmente lo que queremos decir con belleza o elegancia.
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.
Aquí lo que estaba diciendo de las leyes. Realmente están allí. Newton ciertamente creía eso. Y dijo aquí: "Es el trabajo de la filosofía natural el descubrir esas leyes". La ley básica, digamos... aquí hay una suposición. La suposición es que la ley básica realmente toma la forma de una teoría unificada de todas las partículas. Ahora, algunas personas llaman a eso la teoría del todo. Eso es incorrecto, porque la teoría es mecánico-cuántica. Y no voy a entrar en detalle sobre la mecánica cuántica y sobre cómo es, y demás. Ustedes, de todas formas, ya han escuchado muchas cosas equivocadas sobre ella. (Risas). Incluso hay películas sobre ella con muchas cosas equivocadas.
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.
Pero lo importante aquí es que predice probabilidades. Ahora bien, algunas veces esas probabilidades son casi certezas. Y en muchos casos familiares, por supuesto que lo son. Pero otras veces no lo son, y sólo se tienen probabilidades para diferentes resultados. Entonces lo que esto significa es que la historia del universo no está determinada sólo por la ley fundamental. Es la ley fundamental y esta increíblemente larga serie de accidentes, o resultados aleatorios, los que adicionalmente están allí.
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.
Y la teoría fundamental no incluye esos resultados del azar; ellos son adicionales. Así que no es una teoría sobre todo. Y de hecho, una enorme cantidad de información del universo que nos rodea proviene de esos accidentes, y no sólo de las leyes fundamentales. Ahora, se suele decir que acercarse más y más a las leyes fundamentales examinando los fenómenos a bajas energías, y luego a energías superiores, y luego a mayores energías, o a distancias cortas, y luego distancias más cortas, y luego aún más cortas, y así sucesivamente, es como pelar las capas de una cebolla. Y seguimos haciendo eso, y construimos máquinas más poderosas, aceleradores de partículas. Miramos cada vez más profundamente dentro de la estructura de las partículas, y de esa manera probablemente nos acercamos más y más a esta ley fundamental.
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.
Ahora, lo que ocurre es que mientras hacemos eso, mientras pelamos estas capas de la cebolla y nos acercamos más y más a la ley subyacente, vemos que cada capa tiene algo en común con la anterior, y con la siguiente. Las escribimos matemáticamente. y vemos que usan matemáticas muy similares. Requieren matemáticas muy similares. Eso es absolutamente extraordinario, y es una característica central de lo que estoy tratando de decir hoy. Newton la llamó... (ese es Newton, por cierto... ése).
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.
Este es Albert Einstein. ¡Hola Al! Y bueno, él dijo: "la Naturaleza conforme consigo misma", personificando a la Naturaleza en femenino. Y lo que ocurre es que el nuevo fenómeno, las nuevas capas, las interiores, las más pequeñas a las que llegamos en la cebolla, se parecen a las que son un poco más grandes. Y el tipo de matemáticas que teníamos para la capa anterior es casi igual al que necesitamos para la siguiente. Y es por eso que las ecuaciones se ven tan simples. Porque usan matemáticas que ya poseemos.
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.
Un ejemplo trivial es éste: Newton encontró la ley de la gravedad, que es: uno sobre la raíz cuadrada de la distancia entre los objetos que gravitan. Coulomb, en Francia, encontró la misma ley para las cargas eléctricas. Aquí hay un ejemplo de esta semejanza. Miras la gravedad y ves cierta ley. Luego miras la electricidad. Efectivamente. La misma regla. Es un ejemplo muy simple. Hay muchos ejemplos más sofisticados. La simetría es muy importante en esta discusión. Ustedes saben lo que significa. Un círculo, por ejemplo, es simétrico bajo rotaciones sobre el centro del círculo. Uno rota alrededor del centro del círculo, y el círculo permanece inalterado. Uno toma una esfera, en tres dimensiones, rota alrededor del centro de la esfera, y ninguna de esas rotaciones la afecta. Son simetrías de la esfera. Así que decimos, en general, que hay una simetría bajo ciertas operaciones, si esas operaciones dejan al fenómeno o a su descripción, inalterados.
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.
Las ecuaciones de Maxwell son, por supuesto, simétricas bajo rotaciones de todo el espacio. No importa si le damos una vuelta a todo el espacio en cierto ángulo, no deja... no cambia el fenómeno de la electricidad o del magnetismo. En el siglo XIX aparece una nueva notación que expresaba esto, y si usan esa notación, las ecuaciones se vuelven mucho más simples. Luego Einstein, con su teoría especial de la relatividad, observó todo un conjunto de simetrías de las ecuaciones de Maxwell, que son llamadas relatividad especial. Y esas simetrías, entonces, hacen las ecuaciones aún más cortas, y por lo tanto, aún más bonitas.
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.
Veamos. No necesitan saber qué significan estas cosas, no marca ninguna diferencia. Pero pueden tan sólo mirar su forma. (Risas). Pueden mirar la forma. Ven arriba, en la cima, una larga lista de ecuaciones con tres componentes para las tres direcciones del espacio: "x", "y", y "z". Luego, usando análisis vectorial, usan simetría rotacional, y obtienen el siguiente conjunto. Luego usan la simetría de la relatividad especial y obtienen un conjunto aún más simple aquí abajo, mostrando que la simetría exhibe cada vez mejor. Mientras se tiene más y más simetría, mejor se exhibe la simplicidad y la elegancia de la teoría.
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.
Las últimas dos, la primera ecuación dice que las cargas y corrientes eléctricas dan origen a todos los campos eléctricos y magnéticos. La siguiente (segunda) ecuación dice que no existe otro magnetismo salvo ese. El único magnetismo proviene de las cargas y corrientes eléctricas. Algún día quizás encontremos algún pequeño agujero en ese argumento. Pero por el momento, ese es el caso.
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.
Ahora, he aquí un desarrollo muy apasionante del cual no mucha gente ha oído. Deberían haberlo oído, pero es un poco complicado explicarlo con sus detalles técnicos, así que no lo haré. Sólo lo mencionaré. (Risas). Pero Chen Ning Yang, llamado por nosotros "Frank" Yang... (Risas) ... y Bob Mills plantearon, hace 50 años, esta generalización de las ecuaciones de Maxwell, con una nueva simetría. Toda una nueva simetría. Matemáticas muy similares, pero había una simetría completamente nueva. Ellos esperaban que esto contribuiría de alguna manera a la física de partículas. No lo hizo; no contribuyó, por sí mismo, a la física de partículas.
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.
Pero luego algunos de nosotros lo generalizamos aún más. ¡Y entonces sí lo hizo! Y brindó una descripción muy bella de la fuerza fuerte y de la fuerza débil. Así que decimos aquí, de nuevo, lo que dijimos antes: que cada capa de la cebolla muestra una similitud con las contiguas. Así que las matemáticas para las capas contiguas son muy similares a las que necesitamos para la nueva. Y por lo tanto, se ve hermoso. Porque ya sabemos cómo escribirlo de una manera bella y concisa.
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.
Así que aquí están los temas. Creemos que hay una teoría unificada tras todas las regularidades. Avances hacia la unificación exhiben la simplicidad. La simetría exhibe la simplicidad. Y luego está la autosemejanza a través de las escalas. En otras palabras, desde una capa de la cebolla hacia otra. Autosemejanza por proximidad. Y eso explica este fenómeno. Eso explicará por qué la belleza es un criterio exitoso para seleccionar la teoría correcta.
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.
Aquí tenemos lo que dijo el mismo Newton: "La Naturaleza es muy consonante y conforme consigo misma". Una cosa en la que él estaba pensando es algo que muchos de nosotros damos por sentado hoy, pero que en su tiempo no era tomado así. Allí está el relato, del cual no hay absoluta certeza, pero mucha gente lo contó. Cuatro fuentes lo contaron. Que cuando tenían la plaga en Cambridge, y él fue a la granja de su madre (porque la universidad estaba cerrada), vio una manzana caer de un árbol, o sobre su cabeza, algo así. Y de pronto se dio cuenta de que la fuerza que hizo descender la manzana hacia la Tierra podría ser la misma fuerza que regula los movimientos de los planetas y de la Luna.
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."
Esa era una gran unificación para esos días, a pesar que hoy la damos por sentado. Es la misma teoría de la gravedad. Él dijo que este principio de la Naturaleza, la consonancia: "Estando este principio de la Naturaleza muy distante de las nociones de los filósofos, me abstuve de describirlo en ese libro, no fuese yo a ser tomado como un bicho raro extravagante..." De eso es de lo que tenemos que cuidarnos todos nosotros. (Risas). Especialmente en esta reunión. " ... y así predisponer a mis lectores contra todas las cosas que eran el diseño principal del libro".
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.
Ahora bien, ¿quién alegaría hoy en día que esa fue una mera presunción de la mente humana, que la fuerza que hace que la manzana caiga al suelo es la misma fuerza que causa el movimiento de los planetas y de la Luna, etcétera? Todo el mundo sabe eso. Es una propiedad de la gravitación. No es algo de la mente humana. La mente humana puede, por supuesto, apreciarla y disfrutarla, usarla, pero no es... no es producto de la mente humana. Es producto del carácter de la gravedad. Y eso es cierto para todas las cosas de las que estamos hablando. Son propiedades de la ley fundamental. La ley fundamental es tal que las diferentes capas de la cebolla se parecen unas a otras, y por lo tanto, las matemáticas para una capa permiten expresar bella y simplemente el fenómeno de la próxima capa.
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.
Aquí digo que Newton hizo muchas cosas ese año: la gravedad, las leyes del movimiento, el cálculo, la luz blanca compuesta por todos los colores del arcoíris. Pudo haber escrito todo un ensayo sobre "Lo que hice en mis vacaciones de verano". (Risas). Así que no tenemos que adoptar estos principios como postulados metafísicos por separado. Son una consecuencia de la teoría fundamental. Son lo que llamamos propiedades emergentes. No se necesita… no se necesita algo más para obtener algo más. Eso es lo que significa el acto de emerger.
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)
La vida puede emerger de la física y de la química, más muchos accidentes. La mente humana puede surgir de la neurobiología y de muchos accidentes, la forma en que el enlace químico surge de la física y de ciertos accidentes. No le resta importancia a estas cuestiones el saber que son consecuencia de cosas más fundamentales, más los accidentes. Esa es una regla general, y es de importancia crítica caer en cuenta de ello. No se necesita algo más para obtener algo más. Las personas siguen preguntándome eso cuando leen mi libro, "El Quark y el Jaguar". Y dicen: "¿No hay algo más allá de lo que tiene allí?" Es de suponer que quieren decir algo sobrenatural. En todo caso, no lo hay. (Risas). No necesitas algo más para explicar algo más. Muchas gracias. (Aplausos).