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.
Grazie per aver messo queste immagini dei miei colleghi lì sopra. (Risate) Parleremo anche di loro, Ma adesso farò un esperimento. Io non faccio esperimenti, di norma. Sono un teorico. Ma voglio vedere cosa succede se premo questo bottone. OK, abbastanza prevedibile. Ho lavorato nel campo delle particelle elementari. Cosa succede alla materia se la si trita molto finemente? Di cosa è fatta? E le leggi di queste particelle sono valide in tutto l’Universo, e sono fortemente connesse alla storia dell'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?
Sappiamo molto sulle quattro forze. Devono essercene molte altre, ma operano a distanze molto, molto piccole, e non abbiamo ancora interagito molto con loro. La cosa principale di cui voglio parlare é questa, noi abbiamo tutta questa notevole esperienza nel campo della fisica fondamentale secondo la quale la bellezza è un criterio di successo per scegliere la teoria giusta. E perché mai dovrebbe essere così?
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.
Beh, ecco un esempio dalla mia esperienza personale. Un'esperienza piuttosto emozionante, in effetti. Nel 1957, tre o quattro di noi elaborarono una teoria parzialmente completa su una di queste forze, la forza debole. Ed era in disaccordo con sette - contateli - sette esperimenti. Gli esperimenti erano tutti sbagliati.
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)
E noi la pubblicammo prima di saperlo, perché ci immaginammo che se era così bella, doveva essere vera! E gli esperimenti dovevano essere sbagliati, e lo erano. Ora, il nostro amico là sopra, Albert Einstein, di solito prestava pochissima attenzione quando la gente diceva: “Sai, c’é un uomo con un esperimento che sembra contraddire la relatività speciale, D.C.Miller. Che ne dici?” E lui diceva: "Oh, lasciate perdere." (Risate)
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.
Ora, la domanda è: perché avviene qualcosa del genere? E che cosa intendiamo per bello? E' una parte della questione, e cercherò di chiarirlo -- almeno in parte. Perché dovrebbe funzionare, e ha qualcosa a che fare con gli esseri umani? Vi anticipo la risposta all'ultima domanda, che è no: non ha niente a che fare con gli esseri umani. Da qualche parte, in qualche altro pianeta, intorno a qualche stella molto distante, forse in un'altra galassia, potrebbero ben esserci entità intelligenti almeno quanto noi, e interessate alla scienza. Non è impossibile, penso sia probabile che ce ne siano molte.
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.
Molto probabilmente nessuna è abbastanza vicina da interagire con noi, ma è molto facile che siano là fuori. E supponiamo che abbiano un apparato sensoriale molto differente, e così via: sette tentacoli, 14 buffi occhi compositi, ed un cervello a forma di pretzel. Avrebbero davvero leggi differenti? Molte persone lo credono, ma io penso sia sciocco. Penso che ci siano leggi, là fuori, e certamente noi, in ogni momento, non le comprendiamo molto bene, ma ci proviamo. E cerchiamo di avvicinarci sempre più.
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.
E un giorno potremmo davvero scoprire la teoria unificata fondamentale delle particelle e delle forze, quella che io chiamo "legge fondamentale". potremmo perfino non essere tanto distanti. Ma anche se non centreremo l’obiettivo durante le nostre vite, possiamo comunque pensare che ce ne sia una là fuori, e stiamo provando ad andarci sempre più vicino. Penso che quella sia la questione principale. Esprimiamo queste cose matematicamente, e quando la matematica è molto semplice, quando in termini di qualche notazione matematica potete scrivere la teoria in uno spazio molto piccolo, senza molta complicazione, questo è essenzialmente quello che noi intendiamo per bellezza o eleganza.
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.
Ecco quello che volevo dire sulle leggi. Ci sono davvero. Newton certamente lo credeva, e diceva: "E' compito della filosofia naturale trovare queste leggi." La legge di base, possiamo dire - ecco un assunto. l’assunto é che la legge di base prende davvero la forma di una teoria unificata di tutte le particelle. Alcune persone la chiamano una teoria del tutto. E’ sbagliato, perché la teoria è quanto-meccanica. Non entrerò in un sacco di dettagli sulla meccanica quantistica e a cosa somiglia, e così via, tanto voi avrete già sentito un sacco di cose sbagliate al riguardo. (Risate). Ci sono persino dei film a riguardo, con moltissimi errori.
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.
Ma la cosa principale, qui, é che prevede delle probabilità. Ora, a volte quelle probabilità sono quasi delle certezze, e in molti casi familiari, certamente lo sono. Ma altre volte non lo sono, e voi avete solo probabilità per ogni diverso risultato. Il che significa che la storia dell’Universo non è determinata solo dalla legge fondamentale, è la legge fondamentale più questa serie incredibilmente lunga di accidenti, o risultati casuali, che si aggiungono uno sull'altro.
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.
E la teoria fondamentale non include questi risultati casuali, sono un'aggiunta. Quindi non è una teoria del tutto. E infatti una quantità enorme di informazione nell’Universo intorno a noi proviene da questi accidenti, e non solo dalle leggi fondamentali. Ora, spesso si dice che andare sempre più vicino alle leggi fondamentali esaminando i fenomeni alle basse energie, e poi energie superiori, e poi ancora superiori, oppure distanze corte, poi ancora più corte, poi ancora più corte, e così via, è come sfogliare gli strati di una cipolla. E noi continuiamo a farlo, e costruiamo macchine più potenti, acceleratori di particelle. Guardiamo sempre più a fondo nella struttura delle particelle, e in quel modo andiamo probabilmente sempre più vicino a questa legge fondamentale.
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.
Quello che avviene è che facendo ciò, come pelando gli strati della cipolla, e andando sempre più vicino alla legge sottostante, vediamo che ciascuno strato ha qualcosa in comune con quello precedente, e con quello successivo. Li scriviamo matematicamente, e vediamo che usano una matematica molto simile. Richiedono una matematica molto simile. Il che è assolutamente notevole, ed è una caratteristica centrale di ciò che sto cercando di dire oggi. Newton la chiamava -- quello é Newton, tra l’altro -- quello.
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.
Questo é Albert Einstein. Ciao, Al! E comunque, lui disse “Natura affine a sé stessa”, personificando la Natura come una donna. E quindi quello che succeda è che i nuovi fenomeni, i nuovi strati, gli strati più interni del... gli strati più piccoli della cipolla a cui arriviamo assomigliano a quelli più grandi. E il tipo di matematica che avevamo per lo strato precedente é quasi lo stesso che ci serve per lo strato successivo, Ed ecco perché le equazioni sembrano così semplici. Perché usano una matematica che già abbiamo.
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 esempio banale è questo. Newton scoprì la legge di gravità, che varia con uno diviso il quadrato della distanza tra gli oggetti che gravitano. Coulomb, in Francia, trovò la stessa legge per le cariche elettriche. Ecco un esempio di questa somiglianza. Guardate alla gravità e vedete una certa legge, poi guardate all’elettricità. Certamente, la stessa legge. E’ un esempio molto semplice. Ci sono molti esempi più complicati. La simmetria è molto importante in questa discussione. Sapete cosa significa. Un cerchio, per esempio, è simmetrico rispetto alla rotazione attorno al suo centro. Ruotate intorno al centro del cerchio, il cerchio rimane immutato. Prendete una sfera, in tre dimensioni, ruota intorno al centro della sfera, e tutte queste rotazioni lasciano la sfera immutata. Sono simmetrie della sfera. Quindi diciamo, in generale, che c’è una simmetria rispetto a certe operazioni se queste operazioni lasciano il fenomeno, o la descrizione, immutata.
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.
Le equazioni di Maxwell sono certamente simmetriche rispetto alle rotazioni in tutto lo spazio. Non importa se ruotiamo lo spazio di una qualunque angolazione il fenomeno del magnetismo o dell’elettricità non cambia. Nel 19esimo secolo è stata introdotta una nuova notazione per esprimere tutto ciò, e se usate quella notazione, le equazioni si semplificano molto. Poi Einstein, con la sua teoria speciale della relatività, studiò un intero insieme di simmetrie delle equazioni di Maxwell, che sono chiamate relatività speciale. E queste simmetrie rendono le equazioni ancora più compatte, e pertanto ancora più belle.
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.
Guardiamo. Non è necessario sapere cosa significano queste cose, non fa alcuna differenza. Basta guardarne la forma. (Risate). Potete guardarne la forma. Vedete in alto, in cima, una lunga lista di equazioni con tre componenti per le tre direzioni dello spazio x,y, e z. Poi, usando l’analisi vettoriale, usate la simmetria rotazionale, e ottenete questo nuovo set. Poi usate la simmetria della relatività speciale ed ottenete un set ancora più semplice, qui sotto, che mostra come la simmetria emerga sempre meglio- e più simmetria si ha, meglio emerge la semplicità e l'eleganza della teoria.
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.
Quanto alle ultime due, la prima equazione dice che le cariche elettriche e le correnti danno origine a tutti i campi elettrici e magnetici. L'equazione successiva, la seconda, dice che non c’è altro magnetismo oltre a quello. L’unico magnetismo viene dalle correnti e dalle cariche elettriche. Un giorno potremo trovare qualche piccolo buco in questo argomento. Ma per ora, è così.
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.
Ora, c’è uno sviluppo davvero esaltante di cui molte persone non hanno avuto notizia. Avrebbero dovuto sentirlo, ma è un po’ difficile spiegarlo nei dettagli tecnici, quindi non lo farò. Lo menzionerò e basta. (Risate) Ma Chen Ning Yang, chiamato da noi Frank Yang (Risate), e Bob Mills, 50 anni fa sostennero questa generalizzazione delle equazioni di Maxwell, con una nuova simmetria. Una simmetria completamente nuova. Una matematica molto simile, ma una simmetria completamente nuova. Speravano che questo contribuisse in qualche modo alla fisica delle particelle ma non lo fece. Da sola, non lo fece.
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.
Ma poi alcuni di noi generalizzarono ancora di più. E a quel punto lo fece! Diede una descrizione molto elegante della forza forte e della forza debole. Così possiamo dire di nuovo, come abbiamo fatto prima: ciascuno strato della cipolla mostra una somiglianza con gli strati che si aggiungono così la matematica per gli strati precedenti é molto simile a quella necessaria per quelli nuovi. E per questo appare bello. Perché già sappiamo come scriverlo in un modo conciso, gradevole.
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.
Quindi ecco i nostri argomenti. Noi crediamo che ci sia una teoria unificata dietro tutte le regolarità. Ogni passo verso l’unificazione è caratterizzato dalla semplicità. La simmetria è caratterizzata dalla semplicità. E poi c’è auto-somiglianza tra le varie scale - in altre parole, da uno strato della cipolla all'altro. Somiglianza tra gli strati vicini. E questo da valore al fenomeno. Spiega perché la bellezza è considerata un criterio valido per scegliere la giusta teoria.
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.
Ecco cosa disse lo stesso Newton: La Natura é armoniosa e adattabile a sé stessa. E' una cosa che molti di noi oggi danno per scontato, ma nel suo tempo non era dato per scontato. C’è una storia, che non è sicuro sia vera, ma che molti hanno raccontato. L’hanno riferita quattro fonti. Parla di quando arrivò la peste a Cambridge, e lui tornò nella fattoria di sua madre, perché l’Università era chiusa, vide una mela cadere da un albero, o sulla sua testa, o qualcosa di simile, e improvvisamente realizzò che la forza che attirava la mela a terra poteva essere la stessa forza che regola il movimento dei pianeti e della 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."
Fu una grande unificazione per quell’epoca, sebbene oggi la si dia per scontata. Questa è la teoria della gravità. Quindi disse che che questo principio della natura, l'armoniosità: “Questo principio della natura, che è molto lontano dalle idee dei filosofi, mi sono astenuto dal descriverlo in quel libro, per timore che venisse considerato un capriccio stravagante..." Questo è ciò da cui tutti noi ci dobbiamo guardare. (Risate). Specialmente in un meeting come questo. "...e così potesse creare dei pregiudizi nei miei lettori contro tutte quelle cose che erano il principale obiettivo 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.
Ora, chi oggi liquiderebbe tutto questo come un mero artificio della mente umana? Che la forza che fa cadere la mela a terra sia la stessa forza che causa la rotazione dei pianeti e della luna, e così via? Tutti lo sanno. E’ la caratteristica della gravità. Non è qualcosa creato dalla mente umana. Certo, la mente umana può apprezzarla, goderne, usarla, ma non è qualcosa che scaturisce dalla mente umana. Scaturisce dalla natura della gravità. E questo vale per tutte le cose di cui stiamo parlando. Sono caratteristiche della legge fondamentale. La legge fondamentale è tale che gli strati della cipolla assomigliano l'uno all'altro, e quindi la matematica di uno strato ti permette di esprimere in modo semplice e bello il fenomeno dello strato successivo.
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.
Dico qui che Newton fece molte cose quell’anno, la gravità, le leggi del movimento, il calcolo, la luce bianca composta di tutti i colori dell’arcobaleno, e avrebbe potuto scrivere un saggio su “quello che ho fatto nelle vacanze estive” (Risate) Quindi non dobbiamo assumere questi principi come postulati metafisici separati. Provengono dalla teoria fondamentale. Sono ciò che chiamiamo proprietà emergenti. Non ti serve qualcosa di più per avere qualcosa di più. Ecco cosa significa emergenza.
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 vita può emergere dalla fisica e dalla chimica, più un mucchio di casualità. La mente umana può sorgere dalla neurobiologia, e molte altre casualità. Il modo in cui le molecole si legano nasce dalla fisica e da certe casualità, Questo non diminuisce l'importanza di queste materie il sapere che dipendono da alcune cose fondamentali, più casualità. Questa è una regola generale, ed è cruciale rendersene conto. Non ti serve qualcosa di più per avere qualcosa di più. Le perosne continuano a chiedermi, quando leggono il mio libro, il Quark ed il Giaguaro, e dicono “C’è qualcosa di più oltre quello che hai scritto li?” Presumibilmente si riferiscono a qualcosa di soprannaturale. Comunque, non c’è (Risate). Non ti serve qualcosa in più per spiegare qualcosa in più. Grazie mille. (Applausi)