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.
תודה ששמתם תמונות של הקולגות שלי כאן. נדבר עליהם היום. אעשה ניסוי עכשיו. בדרך כלל אני לא עושה ניסויים, אני תאורטיקן. מה יקרה אם אלחץ על הכפתור הזה. טוב ויפה. עבדתי בתחום החלקיקים האלמנטרים. מה קורה לחומר שקוצצים אותו לחלקים מאוד קטנים, ממה הוא עשוי? והחוקים של החלקיקים הללו חלים בכל היקום, וקשורים מאוד להיסטוריה שלו.
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?
אנו יודעים המון על ארבעה חוקים כאלו. בטח יש יותר, אך הם נמצאים במרחקים מאוד קטנים, ועדיין לא יצרנו אינטראקציה עמם. הדבר המרכזי שארצה לדבר עליו הוא שבניסיון העשיר שיש לנו בתחום הפיסיקה האלמנטרית היופי הוא קריטריון מאוד מוצלח לתיאוריה נכונה. מדוע זה קורה?
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.
הנה דוגמא מהניסיון האישי שלי. דוגמא די דרמטית. ב-,1957 שלושה או ארבעה מאיתנו, הצענו תיאוריה כמעט מלאה של אחד הכוחות, הכוח החלש. והיא היתה מנוגדת לתוצאות של שבעה! שבעה ניסויים! כולם היו שגויים.
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)
ופירסמנו את התיאוריה לפני שידענו זאת, כי חשבנו שהיא כל כך יפה- היא חייבת להיות נכונה! ושהניסויים חייבים להיות שגויים. והם היו. החבר שלנו שם, אלברט איינשטיין, נהג לא להתייחס כל כך כשאנשים אמרו, "אתה יודע, יש איזה ניסוי שלא עולה בקנה אחד עם תורת היחסות הפרטית. די.סי מילר. מה אתה אומר על זה?" והוא היה אומר, "אהה זה יעבור". (צחוק).
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.
מדוע דברים כאלו עובדים? זאת השאלה. דבר ראשון, למה אנו מתכוונים כשאנו אומרים יפה? אנסה להבהיר זאת. מדוע זה אמור לעבוד, והאם זה קשור לבני אדם? אנסה להציע תשובה לשאלה האחרונה, והיא שזה לא קשור לבני האדם. איפשהו בכוכב לכת אחר הסובב כוכב רחוק מאוד, אולי בגלקסיה אחרת, יתכן שישנן יישויות אינטליגנטיות לפחות כמונו, שמתענינות במדע. זה לא בלתי אפשרי, אני חושב שישנן רבות.
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.
מאוד סביר שאף לא אחת מהן מספיק קרובה כדי ליצור אינטראקציה איתנו. אך עדיין הן יכולות להיות שם. ונניח שיש להן איברי חישה מאוד שונים. יש להם שבע זרועות, וארבע עשרה עיניים קטנות ומצחיקות, ומוח בצורת בייגלה. האם יהיו להן חוקים שונים? רבים חושבים שכן, ואני חושב שזה ממש שטויות. אני חושב שישנם חוקים וכמובן איננו מבינים אותם די הצורך בכל רגע נתון אך אנו מנסים להתקרב יותר ויותר.
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.
ויום אחד, אולי נמצא את התיאוריה הבסיסית האחודה של החלקיקים והכוחות אותה אני מכנה "החוק הבסיסי". יתכן שאנו אפילו לא כל כך רחוקים ממנה. אפילו אם לא נתקל בה בימי חיינו, עדיין אנו יכולים לחשוב שיש אחת כזו, ולהתקרב אליה יותר ויותר. אני חושב שזו הנקודה המרכזית.. אנו מבטאים את הדברים הללו בצורה מתמטית. וכשהמתמטיקה היא מאוד פשוטה- מבוטאת בסימנים מתמטיים פשוטים, לוקחת מעט מקום וללא הרבה סיבוכים- לזה אנו מתכוונים יופי ואלגנטיות.
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.
הנה מה שאמרתי בקשר לחוקים. שהם נמצאים אי שם. ניוטון האמין בזה ללא ספק, וכך הוא אמר: "זהו עסקם של מדעי הטבע למצוא את החוקים הללו". החוק הבסיסי, בואו נניח הנחה שהחוק הבסיסי אכן קיים בצורה של תיאוריה המאחדת את כל החלקיקים. יש אנשים שקוראים לה התיאוריה של הכל. זה שגוי, כי היא תיאוריה במכניקת הקוונטים. ולא אכנס לכל הדברים לגבי מכניקת הקוונטים, איך ומה היא. בלאו הכי שמעתם הרבה דברים שגויים לגביה. (צחוק). יש אפילו סרטים עליה עם המון דברים שגויים.
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.
הדבר המרכזי בה, שהיא מנבאת הסתברויות. לפעמים ההסתברויות הללו הן כמעט וודאויות. ובהרבה מקרים מוכרים, הן כמובן כאלה. במקרים אחרים לא, ויש לנו רק הסתברויות לתוצאים שונים. אז זה אומר שההיסטוריה של היקום אינה נקבעת רק על ידי החוק הבסיסי. יש חוק בסיסי, ושורה ארוכה של מקרים שנוספים עליו.
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.
והתיאוריה הבסיסית אינה כוללת מקרים אלה, אלא הם נוספים עליה. אז זו לא תיאוריה של הכל. ולמעשה, המון מידע מהיקום המקיף אותנו מגיע מאותם מקרים, ולא רק מהחוקים הבסיסיים. לעיתים קרובות אומרים שלהתקרב יותר ויותר לחוקים הבסיסיים על ידי תצפיות באנרגיות נמוכות, ואז גבוהות יותר ויותר, או במרחקים קצרים, ואז קצרים יותר ויותר וכו', זה כמו קילוף קליפות בצל. ואנו ממשיכים לעשות זאת, ובונים מכונות חזקות יותר, ומאיצי חלקיקים. וחודרים עמוק יותר ויותר למבנה החלקיקים, ובזאת מתקרבים לאותו חוק בסיסי.
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.
וכשאנו ממשיכים לעשות זאת, לקלף את קליפות הבצל, להתקרב יותר ויותר לחוק הבסיסי, אנו רואים שלכל קליפה יש משהו משותף עם הקליפה הקודמת, ועם זו שאחריה. אנו כותבים זאת בצורה מתמטית, ורואים שהמתמטיקה מאוד דומה. הן דורשות מתמטיקה מאוד דומה. זה ממש מרשים, וזה מאפיין מרכזי לנושא שרציתי להציג היום. ניוטון קרא לזה... זהו ניוטון דרך אגב.
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.
זה איינשטיין. היי אל! הוא אמר: "הטבע מציית לעצמו"- האניש את הטבע כאשה. אז התופעה החדשה, הקליפה החדשה שהגענו אליה, הקטנה יותר בתוך הבצל דומה לקליפות המעט גדולות יותר. וסוג המתמטיקה שבו השתמשנו בקליפה הקודמת כמעט זהה לזה הנחוץ לקליפה הבאה. זו הסיבה שהמשוואות נראות כה פשוטות. כי אנו משתמשים במתמטיקה שכבר יש לנו.
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.
דוגמא מובנת מאליה: ניוטון מצא את חוק הכבידה, שמתאר את הכבידה כפונקציה של המרחק בין העצמים, בריבוע. בצרפת, קולון מצא שאותו חוק חל על מטענים חשמליים. הרי לכם דוגמא לדימיון. אתם מתבוננים בכבידה ורואים חוק ברור. אז מתבוננים בחשמל ורואים את אותו כלל. זו דוגמא מאוד פשוטה. יש הרבה דוגמאות יותר מתוחכמות. סימטריה מאוד חשובה בדיון הזה. מעגל לדוגמא, סימטרי כשמסובבים אותו על ציר שעובר במרכזו. מסובבים אותו על הציר והמעגל נשאר זהה. לוקחים כדור, בשלושה מימדים, מסובבים סביב מרכזו, וכל הסיבובים הללו משאירים אותו זהה לחלוטין. אלו הן סימטריות של הכדור. אז אנו אומרים באופן כללי שיש סימטריה אם פעולות מסויימות עוזבות תופעה, או את התיאור שלה, ללא שינוי.
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.
משוואות מקסוול הן כמובן סימטריות בסיבוב כל המרחב. לא משנה איך נסובב את המרחב ובאיזו זוית, תופעת החשמל והמגנטיות אינה משתנה. ישנו סימון חדש מהמאה ה-19 שמתאר את זה, וכשמשתמשים בסימון הזה, המשוואות נהיות מאוד פשוטות. ואז איינשטיין, בתורת היחסות הפרטית, התבונן בסט של סימטריות במשוואות מקסוול, ומתוארות ביחסות הפרטית. והסימטריה הזו יוצרת משוואות אפילו יותר קצרות ויותר יפות.
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.
בואו נראה. אינכם צריכים להבין מה כל זה אומר. רק התבוננו בצורה. (צחוק). למעלה, רשימות ארוכות של משוואות עם שלושת מימדי המרחב: x, y, z. ואז באנליזה ווקטורית ושימוש בסימטריה סיבובית מקבלים את הסט הבא. ואז משתמשים בסימטריה של היחסות הפרטית ומקבלים סט פשוט אפילו יותר. כאן למטה אנו רואים שהסימטריה נהיית טובה יותר ויותר. ככל שיש יותר סימטריה, כך ניתן לתאר תיאוריה בצורה יותר פשוטה ואלגנטית.
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.
בשתיים האחרונות, המשוואה הראשונה אומרת שהמטען והזרם החשמלי יוצרים את כל השדות החשמליים והמגנטיים. השניה אומרת שאין מגנטיות מלבד זו. שכל המגנטיות מגיעה ממטען וזרם חשמלי. יתכן שיום יבוא ונמצא חור קטן בטיעון הזה, אך כרגע אלו הם פני הדברים.
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.
הנה התפתחות מרגשת שהרבה אנשים לא שמעו עליה. היו צריכים לשמוע עליה אך היא די מורכבת להסבר, אז לא אעשה זאת. רק אזכיר אותה. (צחוק). צ'ן נינג יאנג, שאנו קוראים לו "פרנק" יאנג (צחוק), ובוב מילס הציעו לפני 50 שנה, הכללה של משוואות מקסוול, עם סימטריה חדשה. סימטריה חדשה לגמרי. המתמטיקה מאוד דומה, אך ישנה סימטריה חדשה לגמרי. הם קיוו שהיא תתרום משהו לפיסיקת החלקיקים, אך היא לא תרמה כשלעצמה.
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.
ואז, כשכמה מאיתנו הכללנו אותה יותר, היא כן תרמה! והיא נתנה תיאור יפהפה של הכח החזק והכח החלש. ושוב אנו אומרים, כמו קודם: כל קליפה בבצל דומה לקליפות הסמוכות. המתמטיקה של קליפות סמוכות מאוד דומה לזו הנחוצה לקליפה הבאה. ולכן זה יפהפה. כי אנו כבר יודעים לכתוב את זה בצורה נאה, ותמציתית.
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.
ולסיכום, אנו מאמינים שישנה תיאוריה אחודה בבסיס כל הדברים הסדורים. הצעדים לעבר האיחוד הזה מציגים פשטות. סימטריה מציגה את הפשטות. יש דימיון עצמי במעבר בין קני מידה שונים, או במילים אחרות, בין קליפת בצל אחת לאחרת. דימיון בין דברים קרובים. אלו הדברים שבזכותם יופי הוא קריטריון מוצלח לבחירת התיאוריה הנכונה.
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.
ניוטון עצמו אמר: "הטבע מאוד הרמוני וצייתן לעצמו". אחד הדברים עליהם חשב הוא משהו שכיום אנו מקבלים כמובן מאליו, אך בימיו זה לא היה כך. יש את הסיפור שמהימנותו לא בטוחה, אך סופר על ידי אנשים רבים. ארבעה מקורות סיפרו אותו. כשהיתה מגפת הדבר בקמברידג', ניוטון הלך לחוות אימו – כי האוניברסיטה נסגרה -- הוא ראה תפוח נופל מהעץ או על הראש שלו או משהו כזה. והוא מיד חשב שהכוח שמשך את התפוח לארץ הוא אותו הכוח שמניע את כוכבי הלכת והירח.
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."
זו היתה הכללה ענקית לאותם ימים, למרות שהיום זה מובן מאליו. אותו כוח המשיכה. הוא אמר שהעקרון שבטבע, ההתאמה: "...כל כך רחוק מההנחות של הפילוסופים, שאני נמנע מלעסוק בו בספר, פן יסתכלו עלי כמשוגע ראוותני..." כולנו צריכים להיזהר מזה. (צחוק). בייחוד כאן. ובכך לשחד את קוראי נגד כל הדברים העיקריים בספר...".
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.
מי היום יטען שזוהי יהירות של התודעה האנושית? שהכוח שמושך את התפוח לארץ הוא אותו כוח שגורם לכוכבי הלכת והירח לחוג? כולם יודעים זאת. זהו כוח המשיכה. זה לא משהו בתודעה האנושית. כמובן שהתודעה יכולה להעריך את זה, ליהנות מזה, להשתמש בזה, אך זה לא נובע מהתודעה. זה נובע מכוח המשיכה. וזה נכון לגבי כל הדברים שדיברנו עליהם. הם מאפיינים של החוק הבסיסי. החוק הבסיסי הוא כך שקליפות הבצל דומות זו לזו, ולכן המתמטיקה של קליפה אחת מאפשרת לתאר בצורה יפה ופשוטה את התופעות בקליפה הבאה.
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.
ניוטון עשה באותה שנה הרבה דברים: כוח המשיכה, חוקי התנועה, חדו"א, האור הלבן המורכב מכל צבעי הקשת. הוא יכול היה לכתוב חיבור גדול על: "מה עשיתי בקיץ האחרון". (צחוק). איננו צריכים להניח שעקרונות אלו הן הנחות מטאפיסיות נפרדות. הן נגזרות מהתיאוריה הבסיסית. אנו מכנים אותן: "תכונות מתהוות". אינכם צריכים משהו נוסף כדי לקבל משהו נוסף. זו הכוונה בהתהוות.
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)
החיים יכולים להתהוות מפיסיקה וכימיה ועוד הרבה צרופי מקרים. התודעה האנושית יכולה להתהוות מנוירוביולוגיה ועוד הרבה צרופי מקרים, באותה צורה שקשר כימי נובע מפיסיקה וצרופי מקרים מסויימים. זה לא גורע מחשיבותם של דברים שהם נובעים ממשהו בסיסי יותר ועוד צרופי מקרים. זהו עקרון בסיסי, וחשוב מאוד להבין אותו. אינכם צריכים משהו נוסף כדי לקבל משהו נוסף. אנשים שבים ושואלים אותי לאחר שהם קוראים את ספרי, "הקווארק והיגואר". "אין משהו נוסף מעבר למה שכתבת שם?" שואלים אותי. הכוונה למשהו על טבעי, אני מניח. בכל אופן, אין משהו נוסף. (צחוק) אינכם צריכים משהו נוסף כדי לקבל משהו נוסף. תודה רבה. (מחיאות כפיים)