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.
Obrigado por colocar essas imagens dos meus colegas aqui. (Risos). Nós falaremos deles. Vou tentar um experimento. Eu não faço isso normalmente, sou um teórico. Mas vou ver o que acontece se eu apertar esse botão. Ótimo. OK. Eu costumo trabalhar nesse campo das partículas elementares. O que acontece com a matéria se você a picar bem fininho? De que ela é feita? E as leis dessas partículas são válidas por todo universo, e elas estão extremamente conectadas com a história do 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?
Nós sabemos muito sobre as 4 forças. Deve haver muito mais, mas estas agem em distâncias muito, muito pequenas, e nós não interagimos muito com elas ainda. A coisa principal que eu quero falar é isso: que nós tivemos essa experiência extraordinária nesse campo da física. que a beleza é um critério adequado para escolher a teoria certa. E por que diabos é assim?
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.
Bem, aqui está um exemplo da minha própria experiência. É bastante interessante, na verdade, isto ter acontecido. Três ou quatro de nós, em 1957, apresentamos uma teoria parcialmente completa de uma das forças, a força fraca. E foi contra a sete -- sete, vejam, sete experimentos. Todos os experimentos estavam errados.
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 nós publicamos antes de saber disso, porque nós a imaginamos tão bela, que tinha que estar certa! Os experimentos tinham que estar errados, e estavam. Agora nosso amigo ali, Albert Einstein, Costumava prestar muito pouca atenção quando as pessoas dizem, "Sabe, tem um cara com um experimento que parece ir contra a relatividade especial. um tal de DC Miller. E então?" E ele dizia, "Ah... isso vai desaparecer." (Risos)
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.
Por que este tipo de coisa funciona? Essa é a questão. Bem, o que nós queremos dizer com beleza? Essa é uma coisa. Tentarei esclarecer -- parcialmente. Por que deveria funcionar, e será que isto tem a ver com os seres humanos? Vou deixar a resposta da última que coloquei, e que é, não tem nada a ver com os seres humanos. Em algum outro planeta, orbitando alguma estrela distante, talvez em outra galáxia, devem existir seres que são, pelo menos, tão inteligentes como nós, e estão interessados em ciência. Não é impossível; provavelmente existem muitos.
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.
Provavelmente nenhum deles perto suficiente para interagir conosco. Mas eles podem estar por lá, certamente. E supondo que tenham, sabe, diferentes dispositivos sensoriais, e tudo mais. Eles tem sete tentáculos, e tem 14 pequenos olhos engraçados, e um cérebro no formato de um pretzel. Eles deveriam ter leis físicas diferentes? Existem muitas pessoas que acreditam nisso, e eu acho que estão enganadas. Acho que existem leis lá fora, e nós, é claro, não as entendemos muito bem até agora mas tentamos. E tentamos chegar cada vez mais perto.
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 algum dia, nós deveremos entender a teoria unificada fundamental das partículas e forças, que eu chamo de "lei fundamental". Nós não devemos estar tão longe dela. Mas mesmo se não formos atrás dela nessa vida, podemos ainda pensar que existe uma lá fora, e estamos tentando chegar cada vez mais perto dela. Eu acho que é o ponto principal. Nós expressamos essas coisas matematicamente. E quando a matemática é bem simples Quando, em termos de notação matemática, você pode escrever a teoria em um pequeno espaço, sem muita complicação -- é essencialmente o que chamamos de beleza ou elegância.
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.
É o que eu estava dizendo sobre as leis. Elas estão lá. O Newton certamente acreditava nisso. E dizia, aqui, "Encontrar essas leis é o trabalho da filosofia natural". A lei básica, digamos -- aqui uma suposição. A suposição é que a lei básica realmente tem a forma de uma teoria unificada de todas as partículas. Agora, alguns chamam de Teoria de Tudo. Que é errado, porque a teoria é mecânica quântica. E eu não vou entrar em detalhes da mecânica quântica, como ela é, etc. De qualquer jeito, já ouviram várias coisas erradas sobre ela. (Risos). Existem até filmes sobre ela com várias coisas erradas.
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.
Mas a parte principal é que ela prevê probabilidades. Algumas vezes essas probabilidades são quase certezas. E em vários casos comuns, com certeza são. Mas outras vezes não são, e temos apenas probabilidades de resultados diferentes. Isso significa que a história do universo não é determinada apenas pela lei fundamental. É pela lei fundamental e uma série de inacreditáveis acidentes, ou ao acaso, que também estão lá.
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 a teoria fundamental não inclui esses acasos, eles estão a mais. Assim não é a teoria de tudo. E, de fato, um monte de informações no universo à nossa volta vêm desses acidentes, e não apenas de leis fundamentais. Agora, se fala em chegar mais e mais perto das leis fundamentais, examinando fenômenos em energias baixas, e depois em energias altas, e então em energias mais altas, ou em distâncias curtas, e então em distâncias mais curtas, e assim por diante, é como descascar uma cebola. E nós continuamos fazendo isso, e construímos máquinas mais poderosas, aceleradores de partículas. Nós olhamos mais e mais fundo, dentro da estrutura das partículas, e dessa forma provavelmente cada vez mais perto da lei 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.
O que acontece é que conforme fazemos isso, conforme descascamos a cebola, nós chegamos mais e mais perto da lei básica, nós vemos que cada casca tem algo em comum com a anterior, e com a próxima. Nós as escrevemos matematicamente, e vemos que elas são semelhantes. Elas tem uma matemática muito semelhante. Isso é absolutamente incrível, e é uma característica central do que estou tentando dizer hoje. Newton chamou isso -- é o Newton, aliás -- aquele ali.
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.
Esse aqui é o Albert Einstein. Olá Al! Enfim, ele disse, "a natureza se assemelha a ela mesma" -- personificando a natureza no feminino. E então o que acontece é que o novo fenômeno, as novas cascas, a casca mais interna das menores cascas da cebola que nós temos, parece ligeiramente com as cascas maiores. e o tipo de matemática que temos na casca anterior é quase a mesma que precisamos para a próxima casca. E é por isso que as equações parecem tão simples. Porque usamos uma matemática que já existe.
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.
Um exemplo trivial: Newton descobriu a lei da gravidade, que atua inversamente proporcional ao quadrado da distância das coisas em questão. Coulomb, na França, encontrou a mesma lei nas cargas elétricas. Aqui está um exemplo dessa semelhança. Você olha para a gravidade, vê uma certa lei. Então olha para a eletricidade. Com certeza. A mesma regra. Esse é um exemplo muito simples. Existe vários exemplos mais sofisticados. Simetria é muito importante nessa discussão. Vocês sabem o que significa. Um círculo, por exemplo, é simétrico na rotação a partir do centro do círculo. Vocês rotacionam o círculo pelo centro, e ele não se modifica. Peguem uma esfera, em três dimensões, rodem pelo centro da esfera, e todas as rotações não modificam a esfera. São simetrias da esfera. Assim dizemos, em geral, que existe simetria sob certas operações se essas operações mantém o fenômeno, ou sua descrição, 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.
As equações de Maxwell, é claro, são simétricas em todas as rotações pelo espaço. Não importa se viramos todo o espaço em algum ângulo, elas não deixam -- não muda o fenômeno da eletricidade ou do magnetismo. Há uma nova notação no século XIX que mostra isso, e se vocês usarem essa notação, a equação fica simples. Então Einstein, com sua teoria especial da relatividade, olhou para o conjunto de simetrias das equações de Maxwell, e as chamou de relatividade especial. E aquelas simetrias, então, fizeram as equações mais curtas e, portanto, mais belas.
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.
Vejam. Vocês não tem que saber o que isso significa, não faz diferença. Mas podem olhar apenas a forma. (Risos). Podem olhar para a forma. Ali em cima, no topo, uma lista de várias equações com 3 componentes em 3 direções do espaço: x, y e z. Então, usando análise vetorial, simetria rotacional, temos o próximo conjunto. Então usando a simetria da relatividade especial temos um conjunto mais simples aqui embaixo, mostrando que a simetria deixa cada vez melhor. Quanto mais simetria, melhor mostramos a simplicidade e elegância da 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.
As duas últimas, a primeira diz que cargas e correntes elétricas dão origem a todos os campos elétricos e magnéticos. A próxima -- segunda -- equação mostra que não existe outro magnetismo. O único magnetismo vem de cargas e correntes elétricas. Algum dia podemos achar alguma falha nessa afirmação. Mas nesse momento, é isso que temos.
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.
Agora, temos um desenvolvimento fabuloso de que muitos não ouviram falar. Eles deviam ter ouvido, mas é um pouco difícil de explicar em detalhe, por isso não vou fazer isso. Vou só mencioná-la. (Risos). Mas Chen Ning Yang, conhecido por "Frank" Yang -- (Risos) e Bob Mills apresentaram, 50 anos atrás, essa generalização das equações de Maxwell, com uma nova simetria. Um simetria completamente nova. Matematicamente parecida, mas tinha toda uma nova simetria. Esperavam que, de alguma forma, fosse contribuir para a física de partículas -- não... Sozinhas não contribuíram para a 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.
Mas alguns de nós a generalizamos mais tarde. E então funcionou. E isso nos deu uma bela descrição da força forte e da força fraca. Dizemos então, novamente, o que dissemos antes: que cada casca da cebola tem uma semelhança com as adjacentes. Então a matemática para cascas adjacentes é parecida com a que precisamos para a nova casca. E portanto isso demonstra beleza. Porque nós já sabemos como escrevê-la de uma forma fascinante e 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.
Estes são os temas. Acreditamos existir uma teoria unificada escondida em toda essa regularidade. Os passos em direção à unificação mostram simplicidade. Simetria evidencia esta simplicidade. E então há semelhança através das escalas - em outras palavras, de uma casca de cebola para a outra. Semelhança por elementos próximos. E isso responde por esse fenômeno. E isto responde sobre a questão porque a beleza é um critério de sucesso para selecionar a teoria certa.
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.
Aqui está o que Newton dizia: "A natureza é muito uniforme e semelhante a ela mesma". O que ele estava pensando é algo que a maioria de nós tem certeza hoje, mas no tempo dele não era tido como certo. Tem uma história, que certamente não é verdade, mas um monte de gente conta. Quatro fontes disseram. Que quando teve a praga em Cambridge, e ele foi para a fazenda da mãe -- porque a universidade estava fechada -- ele viu uma maçã cair de uma árvore, ou na sua cabeça, ou algo assim. E ele percebeu subitamente que a força que fez a maçã cair poderia ser a mesma que regula o movimento dos planetas e da lua.
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."
Uma tremenda unificação para a época, embora hoje seja trivial pra nós. Essa é a mesma teoria da gravidade. Então ele disse que esse princípio da natureza: "Esse princípio da natureza sendo muito distante da concepção dos filósofos, evitei descrevê-lo nesse livro, ao menos que eu quisesse ser considerado uma aberração extravagante..." É com isso que temos que nos preocupar. (Risos). Especialmente nessa palestra. "... e assim causar preconceito em meus leitores quanto ao propósito principal do livro."
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.
Atualmente, quem diria que isso é um capricho da mente humana? Que a força que causa a queda da maçã é a mesma responsável pelos movimento dos planetas e da lua, e assim por diante? Todos sabem disso. É uma característica da gravitação. Não é algo da mente humana. A mente humana pode, é claro, apreciá-la usá-la, mas não é -- não emana da mente humana. Ela emana da característica da gravidade. E essa verdade vale para tudo que falamos. Elas são propriedades da lei fundamental. A lei fundamental é tal que as diferentes cascas da cebola se parecem, e portanto a matemática de uma casca lhe permite representar de maneira bela e simples o fenômeno da próxima casca.
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.
Eu diria que Newton fez muita coisa naquele ano: gravidade, leis do movimento, cálculo, luz branca composta de todas as cores do arco-íris. E deveria ter escrito um explêndido artigo "O que e fiz nas minhas férias de verão." (Risos). Assim não temos que assumir esses princípios como postulados metafísicos separados. Eles são consequência da teoria fundamental. Eles são o que chamamos de propriedades emergentes. Você não precisa -- não precisa de algo mais para obter algo a mais. É o que emergência significa.
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)
A vida pode emergir da física e da química, com mais um monte de acidentes. A mente humana pode surgir da neurobiologia e vários acidentes, do mesmo jeito que as ligações quimicas surgem da física e certos acidentes. Saber que estes assuntos são consequência de coisas mais fundamentais, mais alguns acidentes, não diminui sua importância. É uma regra geral, e extremamente importante para perceber isto. Você não precisa algo mais para obter algo a mais. As pessoas me questionam isso quando lêem meu livro "O quark e o Jaguar" E dizem: "Tem certeza que não mais alguma coisa por trás de tudo?" Provavelmente, querem dizer algo sobrenatural. De qualquer forma, não há. (Risos). Não é preciso algo mais para explicar algo a mais. Muito obrigado. (Aplausos)