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.
Дякую, що повісили тут портрети моїх колег. (Сміх). Ми про них поговоримо. Зараз я збираюсь спробувати один експеримент. Я не роблю експериментів, зазвичай. Я --- теоретик. Але я збираюсь подивитись, що станеться як я натисну оцю кнопку. Те що треба. Гаразд. Колись я працював в цій галузі, галузі елементарних частинок. Що трапляється з матерією, коли її добряче рубанути? Із чого вона складається? І закони цих частинок вірні повсюди у Всесвіті, і вони дуже сильно пов'язані із історією Всесвіту.
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?
Ми знаємо багацько про чотири сили. Їх має бути значно більше, але ці діють на дуже, дуже маленьких відстанях, і поки що ми ще не дуже багато взаємодіяли з ними. Основне, про що я хочу поговорити це ось що: у нас є той видатний досвід в цій галузі фундаментальної фізики, що краса --- це дуже успішний критерій для вибору правильної теорії. І чому б в біса це так?
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.
Ну, ось приклад із мого власного досвіду. Досить драматично, взагалі-то, що таке сталося. Троє чи четверо нас, у 1957, висунули напівзавершену теорію однієї із цих сил, цієї слабкої сили. І вона не погоджувалась із сімома --- сімома, порахуйте, сімома експериментами. Всі експерименти були невірними.
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)
І ми опублікувались не знаючи цього, бо ми зрозуміли, що вона настільки красива, що має бути правильною! Експерименти мали бути неправильними, і вони виявились такими. Ось оцей наш друг отамо, Альберт Енштейн, свого часу не зертав багато уваги на те, коли люди говорили, "Знаєш, один чоловік зробив експеримент, який, схоже, не погоджується із спеціальною теорією відносності. Д. К. Міллер. Як із цим?" І він говорив тоді, "А, та це пройде." (Сміх).
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.
Отже, чому ж такі штуки спрацьовують? Ось питання. Отже... Так, що ж ми маємо на увазі під "красивим"? Це по-перше. Я намагатимусь прояснити це --- чи напівпрояснити. Чому це повинно спрацьовувати, і чи має це відношення до людських істот? Я розкрию вам свою відповідь на останнє запитання: так от, це не має ніякого відношення до людських істот. Десь на іншій планеті, що крутиться навколо страшенно далекої зірки, може й в іншій галактиці, цілком можуть існувати сутності, принаймні такі ж розумні як і ми, і такі що цікавляться наукою. Це не неможливо; я думаю таких чималенько існує.
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.
Дуже схоже, що жодні не знаходяться достатньо близько щоб взаємодіяти із нами. Але вони можуть бути десь там, запросто. І припустимо, вони мають, знаєте, зовсім інакший сенсорний апарат, і все таке. Вони мають сім щупалець, і у них 14 маленьких кумедних фасеткових очей, і мозок у формі кренделя. Чи дійсно у них будуть інші закони? Багато людей вірять що так, а я думаю, що це казки баби Параски. Я думаю, що існують закони, і ми зараз, звичайно ж, не розуміємо їх як слід --- але намагаємось зрозуміти. І намагаємось підібратись все ближче і ближче.
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.
І коли-небудь ми може і знайдемо фундаментальну об'єднану теорію частинок і сил, яку я називаю "фундаментальним законом". Може ми й не так далеко від цього. Але навіть якщо ми не наткнемося на нього протягом наших життів, ми все ж можемо думати що він такий існує і ми просто намагаємось підібратись до нього все ближче і ближче. Думаю, це основне, що треба сказати. Ці речі ми виражаємо математикою. І коли математика дуже проста --- коли у вигляді якихось математичних записів ви можете записати теорію дуже коротко, без великої кількості ускладнень, --- саме це я і маю на увазі, коли говорю про красу чи елегантність.
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.
Ось що я говорив про закони. Вони справді існують. Звісно ж Ньютон у це вірив. І він казав, ось, "Це справа натуральної філософії --- знайти ці закони". Щодо найпростішого закону, тут зробимо одне припущення. Припущення, що найпростіший закон дійсно має вигляд об'єднаної теорії всіх частинок. Зараз дехто називає це теорією всього. Це неправильно, тому що теорія є квантово механічною. І я не влізатиму у численні речі, пов'язані із квантовою механікою, і на що вона схожа, і інше. Все одно ви вже чули про це чимало неправильного. (Сміх). Є навіть фільми про це, з купою всього невірного.
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.
Але основне тут те, що вона передбачає вірогідності. Так, інколи ці вірогідності є майже достовірностями. І у багатьох знайомих випадках це, звісно ж, так. Але іншим разом --- ні, і тоді ви маєте лише імовірності різних завершеннь [процесів]. Тож що це значить, це те що історія Всесвіту не визначається самим фундаментальним законом. Це є сума фундаментального закону і неймовірно довгої послідовністі подій, які є випадковостями.
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.
І фундаментальна теорія не включає ці випадкові завершення; вони є додатком. Тож вона не є теорією всього. І, фактично, величезна кількість інформації у Всесвіті навколо нас утворилась із цих випадковостей, а не просто із фундаментальних законів. Отже, часто говорять, що коли ми підбираємось ближче і ближче до фундаментальних законів, досліджуючи явища на низьких енергіяїх, і потім на вищих енергіях, і потім на ще вищих енергіях, чи малих відстанях, і потім на ще менших відстанях, і потім на ще менших відстанях, і так далі, то це схоже на те, як чистять шкірку цибулі. І ми продовжуємо це робити, і будувати все потужніші машини, прискорювачі частинок, Ми заглядаємо глибше і глибше до структури частинок, і таким чином ми, мабуть, підбираємось все ближче і ближче до цього фундаментального закону.
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.
Отже, що відбувається: коли ми це робимо, коли ми знімаємо шкірочки із цибулини, і наближаємось все ближче і ближче до фундаментального закону, ми бачимо, що кожна шкірочка дещо схожа із попередньою, і з наступою. Ми записуємо іх за допомогою математики, і бачимо, що у записах використовується дуже схожа математика. Вони вимагають дуже схожої математики. Це зовсім незвичнайно, і це родзинка того, що я хочу розказати сьогодні. Ньютон називав це --- оце Ньютон, доречі --- ось цей.
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.
Це Альберт Енштейн. Привіт, Ал! В усякому разі, він говорив, "природа, що самоузгоджена" --- обособлюючи природу як жінку. Тож відбвуається те, що нові явища, нові шкірочки, ті внутрішні шкірочки, трохи менші шкірочки цибулини до яких ми дістаємось, нагадують трохи більші шкірки. І наша математика для минулої шкірки майже така ж сама, яка потрібна нам для наступної шкурки. І саме тому рівняння мають такий простий вигляд. Тому що вони використовують математику, яка вже в нас є.
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.
Найпростіший приклад: Ньютон відкрив закон тяжіння, яке змінюється як обернений квадрат відстані між тілами, що притягаються. Кулон, у Франції, відкрив такий же закон для електричних зарядів. От вам і приклад цієї схожості. Коли ви розглядаєте гравітацію, то маєте певний закон. Тоді дивитесь на електрику і, ну звісно, те ж правило. Це дуже простий приклад. Існує багато більш хитрих прикладів. Симетрії відіграють значну роль у нашому обговоренні. Ви знаєте що це означає. Наприклад, коло симетричне відносно обертань навколо свого центру. Ви обертаєте [площину] кругом центру кола, коло лишається незмінним. Візміть сферу, у трьохвимірному просторі, обертайте навколо центру сфери, і всі обертання її не зачіпають. Це симетрії сфери. Отже, взагалі, ми говоримо про симетрію відносно деяких операцій якщо ці операції лишають явище, чи його опис, незмінним.
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.
Рівняння Максвелла, звісно, симетричні віносно обертань усього простору вцілому. Неважливо, чи повернемо ми увесь простір на деякий кут, це все одно не залишає... не змінює електричних чи магнітних явищ. У XIX столітті з'явилась нова форма запису, що виражала це, і якщо використати його, то рівняння стануть значно простіше. Тоді Ейнштейн, із своєю спеціальною теорією відносності, звернув увагу на цілий набір симетрій рівняннь Максвелла, які називаються симетріями спеціальної відносності. І тому ці симетрії, в свою чергу, скорочують рівняння і роблять їх ще красивішими.
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.
Поглянемо на це. Вам не потрібно знати, що значать всі ці речі, це не має значення. Але ви можете просто дивитись на них. (Сміх). Ви бачите їх форму. Ви бачите вище, нагорі, довгий список рівняннь із трьома компонентами для трьох напрямів у просторі: x, y, і z. Тоді, використовуючи векторний аналіз, ви враховуєте симетрію обертань, і отримуєте ось цей, наступний набір. Тоді ви використовуєте симетрії спеціальної відносності і маєте навіть простіший набір ось тут нижче, що демонструє симетрію все краще і краще. Чим більше у вас симетрій, тим краще ви показуєте простоту і елегантність теорії.
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.
Останні два: перше рівняння говорить, що електричні заряди і струми породжують електричні і магнітні поля. Наступне --- друге --- рівняння твердить, що іншого магнетизму не буває. Єдино можливий магнетизм викликається електричними зарядами і струмами. Колись ми, можливо, знайдемо шпаринку у цьому твердженні. Але насьогодні, все саме так.
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.
Далі --- захоплююча розробка, про яку чуло небагато людей. Вони мали б про неї чути, та її важкувато пояснити у деталях, тож я цього не робитиму. Я просто скажу про неї. (Сміх). Але Чен Нінг Янг, якого ми називаємо "Френком" Янгом --- (Сміх) --- і Боб Мілз 50 років тому запропонували ось це узагальнення теорії Максвелла, із новою симетрією. Цілою новою симетрією. Дуже схожа математика, але тут була ціла нова симетрія. Вони сподівались, що ця розробка знадобиться десь у фізиці елементарних частинок --- але ні. Сама по собі вона не знадобилась у фізиці елементарних частинок.
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.
Але тоді дехто з нас узагальнив її далі. От тоді вона і пригодилась! І дала дуже красиве пояснення сильної взаємодії і слабкої взаємодії. Тож повторимо вже сказане: кожна шкірка цибулини виявляє схожість із сусідніми шкірками. Тож математика прилеглих шкірок дуже схожа на те що нам потрібно для нової шкірки. Тому математика і має красивий вигляд. Адже ми вже знаємо як записати її у гарненькому, короткому вигляді.
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.
Отже, основні мотиви. Ми віримо, що існує об'єднана теорія, яка є основою усіх закономірностей. Кроки у напрямку об'єднання показують простоту. Симетрії показують простоту. І, потім, існує "самосхожість", що проходить крізь маштаби --- іншими словами, від шкурочки до шкурочки нашої цибулини. Наближена самосхожість. Ось що пояснює це явище. Це пояснює, чому краса є успішним критерієм для вибору правильної теорії.
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.
Сам Ньютон говорив наступне: "Природа дуже співзвучна і самоузгоджена сама із собою" Дещо з того, про що він думав, більшість із нас насьогодні вважає самоочевидним, але в його час це не вважалось самоочевидним. Є одна відома історія, не можна бути повнісю впевненим що вона правдива, але багато хто її розповідає. Вона дається у чотирьох джерелах. Що коли була чума у Кебріджі, і він виїхав на ферму своєї матері --- бо університет було закрито --- він побачив як яблуко падає із дерева, йому на голову, чи щось таке. І несподівано він зрозумів, що сила яка притягує яблуко до землі може бути тією ж силою, що керує рухом планет і місяця.
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."
Це було великим об'єднанням для тих часів, хоча сьогодні ми вважаємо це очевидним. Тут одна і та ж теорія гравітації. Тож він сказав, що цей принцип природи, самоузгодженність: "Цей принцип природи є дуже далеким від концепцій філософів, я відмовляюсь описувати його у цій книзі, вважатимусь щонайменше екстравагантним придурком..." Тут нам всім потрібно пильнувати. (Сміх). Особливо на цій зустрічі. "... тож мої читачі матимуть упередження щодо всіх тих речей, що лежать в головному задумі книги."
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.
Хто сьогодні вважатиме це просто зарозумілістю людського розуму? Що та сила, яка змушує яблоко падати додолу, --- це та ж сила, що змушує обертатись планети і місяць, і так далі? Всі це знають. Це властивість гравітації. Це не щось у людському розумі. Звичайно, розум може цінувати і насолоджіватись цим, використовувати це, але це не... воно має витоки не в людському розумі. Воно має витоки в особливостях гравітації. І це правда для всього, про що ми говоримо. Це властивості фундаментального закону. Фундаментальний закон в тому, що різні шкірки цибулини нагадують одна одну, і тому математика однієї шкурочки дозволяє вам виразити красиво і просто явище із наступної шкірки.
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.
Тут я говорю, що Ньютон зробив багацько того року: гравітація, закони руху, математичний аналіз, те що біле світло складається із усіх кольорів веселки. І він міг би написати оповідання на тему "Як я провів літо". (Сміх). Тож непотрібно припускати ці принципи як окремі метафізичні постулати. Вони випливають із фундаментальної теорії. Це те що ми називаємо емерджентними властивостями. [Тобто, властивостями, що виникли із простіших властивостей.] Не потрібно --- не потрібно чогось більшого, щоб отримати щось більше. Ось що означає емерджентність.
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)
Життя можна з'явитись із фізики і хімії, плюс купа випадковостей. Людський розум може виникнути із нейробіології і купи випадковостей, характер хімічних зв'язків виникає із фізики і певних випадковостей. Знання що вони випливають із більш фундаментальних речей і випадковостей не зменшує важливості цих наук. Ось загальне правило, і це конче важливо розуміти. Не потрібно чогось більшого, щоб більше отримати. Люди, що прочитали мою книжку, "Кварк і ягуар" продовжують задавати питання. Вони говорять, "А чи нема чогось більшого, чогось поза цим всім?" Можна припустити, що вони мають на увазі щось надприродне. Тим не менш, немає. (Сміх). Непотрібно чогось більшого, щоб більше пояснити. Дякую вам дуже. (Оплески).