الكون كبير جداُ. نحن نعيش في مجرة، مجرة درب التبانة. يوجد نحو مائة بليون نجمة في مجرة درب التبانة. و لو أخذت كاميرا و وجهتها نحو أي جزء من السماء عشوائياً، و أبقيت عدسة الكاميرا مفتوحة، طالما أن كاميراتك متصلة مع تلسكوب هابل الفضائي، سوف ترى شيئا من هذا القبيل. كل واحدة من هذه البقع عبارة عن مجرة بنفس حجم مجرتنا تقريبا-- يوجد مائة بليون نجمة في كل بقعة منها. يوجد ما يقارب مائة بليون مجرة في الكون المرئي. مائة بليون هو الرقم الوحيد الذي تحتاجون معرفته. عمر الكون، بين هذه اللحظة والإنفجار الكبير، هو مائة بليون سنة قياساً بعمر الكلاب. (ضحك) مما يخبركم شيئا عن وضعنا في هذا الكون.
The universe is really big. We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy. There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy. And if you take a camera and you point it at a random part of the sky, and you just keep the shutter open, as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope, it will see something like this. Every one of these little blobs is a galaxy roughly the size of our Milky Way -- a hundred billion stars in each of those blobs. There are approximately a hundred billion galaxies in the observable universe. 100 billion is the only number you need to know. The age of the universe, between now and the Big Bang, is a hundred billion in dog years. (Laughter) Which tells you something about our place in the universe.
هنالك شئ يمكن أن تفعله بصورة كهذه، هو ببساطة أن تعجب بها. إنها جميلة لأبعد الحدود. لطالما تساءلت ، ما هو الضغط التطوري الذي جعل أسلافنا في المروج يتأقلموا و يتطوروا ليصلوا إلى فكرة الإستمتاع الحقيقي بصور المجرات عندما لم يكن لديهم أي منها. و لكننا نريد أيضا أن نفهمها. كعالم كون، أريد أن أسأل ، لماذا الكون هكذا؟ عندنا دليل كبير واحد و هو أن الكون يتغير مع الزمن. إذا نظرتم إلى إحدى هذه المجرات و قمتم بقياس سرعتها، سوف تجدون أنها تتحرك مبتعدة عنكم. و لو نظرتم إلى مجرة أبعد، سوف تجدون أنها تبتعد عنا أسرع. لذلك نقول أن الكون يتمدد.
One thing you can do with a picture like this is simply admire it. It's extremely beautiful. I've often wondered, what is the evolutionary pressure that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve to really enjoy pictures of galaxies when they didn't have any. But we would also like to understand it. As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this? One big clue we have is that the universe is changing with time. If you looked at one of these galaxies and measured its velocity, it would be moving away from you. And if you look at a galaxy even farther away, it would be moving away faster. So we say the universe is expanding.
ما يعنيه ذلك، بالتأكيد، هو أنه في الماضي، كانت الأشياء أقرب لبعضها. في الماضي، كان الكون أكبر كثافة، و كان أيضا أسخن. إذا ضعطت الأشياء مع بعضها ، فإن درجة الحرارة ترتفع. هذا الأمر منطقي بالنسبة لنا. الأمر الغير منظقي بالنسبة لنا بنفس القدر هو أن الكون، في الأزمنة القديمة، قرب زمن الإنفجار الكبير، كان أيضا متجانس، بصورة كبيرة جدا. قد تعتقد أن هذا الامر ليس بالمفاجأة. الهواء في الغرفة متجانس للغاية. قد تقول،" حسن ، ربما الأمور تجانست من تلقاء نفسها" لكن الأحوال قرب الإنفجار الكبير ، مختلفة للغاية ، من حال الهواء في هذه العرفة. بالتحديد الأشياء ، كانت كثافتها أكبر بكثير. سحب الجاذبية للأشياء كان أقوى بكثير قرب الإنفجار الكبير.
What that means, of course, is that, in the past, things were closer together. In the past, the universe was more dense, and it was also hotter. If you squeeze things together, the temperature goes up. That kind of makes sense to us. The thing that doesn't make sense to us as much is that the universe, at early times, near the Big Bang, was also very, very smooth. You might think that that's not a surprise. The air in this room is very smooth. You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out." But the conditions near the Big Bang are very, very different than the conditions of the air in this room. In particular, things were a lot denser. The gravitational pull of things was a lot stronger near the Big Bang.
ما يجب أن تفكر فيه هو أننا نملك كوناً بمائة بليون مجرة، بمائة بليون نجمة لكل مجرة. في الأزمنة السحيقة، المائة بليون مجرة هذه كانت مضغوطة في منطقة بهذا الحجم-- حرفيا، في الأزمنة السحيقة. و لك أن تتخيل عمل هذا الضغط بدون أي خلل، بدون أي نقاط صغيرة تحتوي على عدد أكبر بقليل من الذرات، أكبر من عدد الذرات الموجودة في نقطة أخرى. لأنه لو كانت كذلك، كانت ستنهار تحت سحب الجاذبية داخل ثقب أسود كبير. الإحتفاظ بالكون في غاية التجانس في الأزمنة السحيقة ليس سهلا، إنه ترتيب دقيق. إنه دليل على أن الكون البدائي لم يتم إختياره عشوائياً. هنالك قوة جعلته بهذه الطريقة. نريد أن نعرف ما هي هذه القوة.
What you have to think about is we have a universe with a hundred billion galaxies, a hundred billion stars each. At early times, those hundred billion galaxies were squeezed into a region about this big -- literally -- at early times. And you have to imagine doing that squeezing without any imperfections, without any little spots where there were a few more atoms than somewhere else. Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull into a huge black hole. Keeping the universe very, very smooth at early times is not easy; it's a delicate arrangement. It's a clue that the early universe is not chosen randomly. There is something that made it that way. We would like to know what.
جزء من فهمنا لهذا ،تم إعطاؤه لنا من لدويج بولتزمان، عالم فيزياء نمساوي في القرن التاسع عشر. و مساهمة بولتزمان كانت أنه ساعدنا على فهم الإنتروبيا. سمعتم عن الأنتروبيا. إنها العشوائية، الإضطراب، الفوضوية في بعض الأنظمة. لقد أعطانا بولتزمان معادلة-- محفورة على شاهد قبره اليوم-- و التي حقا تساعد في قياس كمية الأنتروبيا. و هي جوهريا تقول أن الأنتروبيا هي عدد الطرق التي يمكن بها إعادة ترتيب مكونات النظام من دون ملاحظة ذلك التغيير، بحيث تبدو متشابهة بوضوح للعين. إذا أخذنا الهواء في هذه الغرفة، فأنت لا تلاحظ كل ذرة مستقلة. تكوين إنتروبيا منخفض يكون فيه فقط عدد قليل من الترتيبات التي تبدو بهذه الطريقة. ترتيب إنتروبيا مرتفع يوجد فيه عدد كبير من الترتييات التي تبدو بهذه الطريقة. هذه هي نظرة في غاية الأهمية، لأنها تساعدنا على تفسير القانون الثاني للدينميكا الحرارية-- القانون الذي يقول أن الإنتروبيا في تزايد في الكون، أو في جزء معزول من الكون.
So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann, an Austrian physicist in the 19th century. And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy. You've heard of entropy. It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems. Boltzmann gave us a formula -- engraved on his tombstone now -- that really quantifies what entropy is. And it's basically just saying that entropy is the number of ways we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice, so that macroscopically it looks the same. If you have the air in this room, you don't notice each individual atom. A low entropy configuration is one in which there's only a few arrangements that look that way. A high entropy arrangement is one that there are many arrangements that look that way. This is a crucially important insight because it helps us explain the second law of thermodynamics -- the law that says that entropy increases in the universe, or in some isolated bit of the universe.
السبب الذي يجعل الإنتروبيا تتزايد لأنه ببساطة توجد طرق كثيرة لتصبح إنتروبيا مرتفعة أكثر من أن تصبح أنتروبيا منخفضة. هذه نظرة رائعة، لكنها تستبعد شيئا. هذه الفكرة التي تقول أن الإنتروبيا تتزايد، بالمناسبة، هي السبب وراء ما نسمية خط الزمن، الفرق بين الماضي والمستقبل. كل فرق موجود بين الماضي والمستقبل هو بسبب تزايد الأنتروبيا-- حقيقة أنك تستطيع تذكر الماضي، و لكن ليس المستقبل. حقيقة أنك تولد، ثم تعيش، ثم تموت، دائما بهذا الترتيب، هذا بسبب تزايد الإنتروبيا. بولتزمان شرح أنه إذا بدأت بإنتروبيا منخفضة، فإنه من الطبيعي أن تتزايد، لأنه توجد طرق أكثر لتصبح إنتروبيا مرتفعة. ما لم يشرحه هو لماذا كانت الإنتروبيا منخفضة أصلاً في البدء.
The reason why entropy increases is simply because there are many more ways to be high entropy than to be low entropy. That's a wonderful insight, but it leaves something out. This insight that entropy increases, by the way, is what's behind what we call the arrow of time, the difference between the past and the future. Every difference that there is between the past and the future is because entropy is increasing -- the fact that you can remember the past, but not the future. The fact that you are born, and then you live, and then you die, always in that order, that's because entropy is increasing. Boltzmann explained that if you start with low entropy, it's very natural for it to increase because there's more ways to be high entropy. What he didn't explain was why the entropy was ever low in the first place.
حقيقة أن إنتروبيا الكون كانت منخفضة كانت إنعكاسا لحقيقة أن الكون كان في غاية التجانس. نحن نريد فهم ذلك. هذا هو عملنا كعلماء كون. للأسف الشديد ، إنها في الواقع مسألة لم نعطها الكثير من الإهتمام. إنها ليست من الأشياء الأولى التي سيقولها الناس، إذا سألت عالم كون حديث، " ما هي المشاكل التي نحاول أن نعالجها؟" أحد الأشخاص الذين فهموا هذه مشكلة كان ريتشارد فاينمان. من خمسين عاماً، أعطى سلسلة من المحاضرات المتنوعة. أعطى تلك المحاضرات الشائعة التي أصبحت تسمى: " طابع القانون الفيزيائي" لقد أعطى محاضرات لطلبة كالتك الغير متخرجين و أصبحت تسمى " محاضرات فاينمان في الفيزياء" و أعطى محاضرات لطلبة كالتك المتخرجين و أصبحت تسمى " محاضرات فاينمان في الجاذبية" في كل واحد من هذه الكتب ، و كل واحدة من هذه المحاضرات، لقد ركز على هذا اللغز : لماذا كان للكون إنتروبيا منخفضة بهذا الشكل ؟
The fact that the entropy of the universe was low was a reflection of the fact that the early universe was very, very smooth. We'd like to understand that. That's our job as cosmologists. Unfortunately, it's actually not a problem that we've been giving enough attention to. It's not one of the first things people would say, if you asked a modern cosmologist, "What are the problems we're trying to address?" One of the people who did understand that this was a problem was Richard Feynman. 50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures. He gave the popular lectures that became "The Character of Physical Law." He gave lectures to Caltech undergrads that became "The Feynman Lectures on Physics." He gave lectures to Caltech graduate students that became "The Feynman Lectures on Gravitation." In every one of these books, every one of these sets of lectures, he emphasized this puzzle: Why did the early universe have such a small entropy?
و يذهب ليقول--لن أقلد لهجته-- إنه يقول ،" لسبب ما ، الكون ، في لحظة ما، كان له إنتروبيا منخفضة للغاية لمحتوى طاقته، و منذ ذلك الوقت فإن الإنتروبيا في تزايد. خط الزمن لا يمكن فهمه بصورة كاملة حتي يتم فهم بدايات تاريخ الكون و غموضه بصورة أوضح و الإنتقال من التخمينات إلى الفهم الحقيقي" و هذا هو عملنا. نحن نريد أن نعرف-- هذا منذ خمسين سنه،" أنتم بكل تأكيد تفكرون، أكيد لقد حللنا اللغز منذ ذلك الوقت." و هذا ليس حقيقيا أننا حللنا اللغز الآن.
So he says -- I'm not going to do the accent -- he says, "For some reason, the universe, at one time, had a very low entropy for its energy content, and since then the entropy has increased. The arrow of time cannot be completely understood until the mystery of the beginnings of the history of the universe are reduced still further from speculation to understanding." So that's our job. We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking, "we've figured it out by now." It's not true that we've figured it out by now.
السبب الذي جعل المسألة تسوء ، بدلاً من أن تتحسن، أنه في عام 1998 تعلمنا شيئا مصيريا عن الكون لم نكن نعرفه من قبل. لقد تعلمنا أنه يتسارع. الكون لا يتمدد فحسب. إذا نظرت إلى المجرة، فإنها تتحرك مبتعدة. إذا عدت بعد بليون سنة و نظرت مرة أخرى، سوف تكون مبتعدة بصورة أكبر. كل مجرة تتسارع مبتعدة عنا أسرع و أسرع. فنحن نقول الكون يتسارع. خلافاً للإنتروبيا المنخفضة للكون في الزمن الأول، و بالرغم من أننا لا نملك الإجابة لهذا، على الأقل فإننا نملك نظرية جيدة تستطيع تفسير ذلك، إذا كانت هذه النظرية صحيحة، و هذه هي نظرية الطاقة المظلمة. إنها فكرة أن ذلك الفضاء الفارغ يمتلك في نفسه طاقة.
The reason the problem has gotten worse, rather than better, is because in 1998 we learned something crucial about the universe that we didn't know before. We learned that it's accelerating. The universe is not only expanding. If you look at the galaxy, it's moving away. If you come back a billion years later and look at it again, it will be moving away faster. Individual galaxies are speeding away from us faster and faster so we say the universe is accelerating. Unlike the low entropy of the early universe, even though we don't know the answer for this, we at least have a good theory that can explain it, if that theory is right, and that's the theory of dark energy. It's just the idea that empty space itself has energy.
في كل سنتميتر مكعب من الفضاء، بغض النظر عن وجود شئ، بغض النظر عن وجود جسيمات، مادة،إشعاع ، أو أي شئ آخر، فإنه توجد طاقة ، في الفضاء نفسه. و هذه الطاقة وفقاً لآينشتاين، تبذل دفعاً على الكون. إنه دفع أبدي قام بدفع المجرات بعيدا عن بعضها. لأن الطاقة المظلمة، بخلاف المادة و الإشعاع، لا تتخافت مع تمدد الكون. كمية الطاقة في كل سنتميتر مكعب تبقى نفسها، حتى عندما يكبر الكون أكثر و أكثر. هذا يترتب عليه آثار حاسمة على ما سيفعله الكون في المستقبل. الشئ الأول ، أن الكون سوف يتمدد للأبد.
In every little cubic centimeter of space, whether or not there's stuff, whether or not there's particles, matter, radiation or whatever, there's still energy, even in the space itself. And this energy, according to Einstein, exerts a push on the universe. It is a perpetual impulse that pushes galaxies apart from each other. Because dark energy, unlike matter or radiation, does not dilute away as the universe expands. The amount of energy in each cubic centimeter remains the same, even as the universe gets bigger and bigger. This has crucial implications for what the universe is going to do in the future. For one thing, the universe will expand forever.
عندما كنت في عمركم، لم نكن نعرف ما الذي سيفعله الكون. بعض الناس إعتقدوا أن الكون سوف يعود و ينهار في المستقبل. آينشتاين كان مولعاً بهذه الفكرة. لكن إذا كان هنالك طاقة مظلمة ، وهذه الطاقة المظلمة لا تتبدد، فإن الكون سوف يظل يتمدد لأبد الآبدين. أربعة عشر بليون سنة في الماضي، مائة بليون سنة بعمر الكلاب، و لكن برقم غير محدود من السنين في المستقبل. في هذه الأثناء، لمقاصدنا و أغراضنا، فإن الفضاء يبدو محدوداً بالنسبة لنا. الفضاء قد يكون محدوداً أو غير محدود، و لكن لأن الكون يتسارع، هنالك أجزاء منه لا نستطيع رؤيتها و لن نراها أبداً. توجد منطقة محدودة في الفضاء نستطيع الوصول إليها، محاطة بأفق. و بالرغم من أن الزمن مستمر للأبد، الفضاء محدود بالنسبة لنا. أخيرا، الفضاء الفارغ يمتلك درجة حرارة.
Back when I was your age, we didn't know what the universe was going to do. Some people thought that the universe would recollapse in the future. Einstein was fond of this idea. But if there's dark energy, and the dark energy does not go away, the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever. 14 billion years in the past, 100 billion dog years, but an infinite number of years into the future. Meanwhile, for all intents and purposes, space looks finite to us. Space may be finite or infinite, but because the universe is accelerating, there are parts of it we cannot see and never will see. There's a finite region of space that we have access to, surrounded by a horizon. So even though time goes on forever, space is limited to us. Finally, empty space has a temperature.
في سبعينات القرن الماضي ، أخبرنا ستيفن هوكنج أن الثقب الأسود، حتى لو بدا لنا أسوداً، فإنه في الحقيقة ينبعث منه إشعاع، عندما تضع في إعتبارك ميكانيكا الكم. فإن منحنى الفضاء-الزمن حول الثقب الأسود يحي تردد ميكانيكا الكم، و الثقب الأسود يشع. حسابات مماثلة من هوكنج و جاري جيبونز أظهرت ، أنه لو كان لديك طاقة مظلمة في الفضاء الفارغ، فإن الكون كله يشع. طاقة الفضاء الفارغ تحي ترددات الكم. و لذلك و بالرغم من أن الكون سوف يدوم للأبد، والمادة والإشعاع العاديين سوف يتخافتان بعيدا، سوف يكون هنالك دائما بعض الإشعاع، بعض الترددات الحرارية، حتى في الفضاء الفارغ. فما يعنيه ذلك هو أن الكون كصندوق من الغاز يدوم للأبد. فما هي إذن الآثار المترتبة على ذلك ؟
In the 1970s, Stephen Hawking told us that a black hole, even though you think it's black, it actually emits radiation when you take into account quantum mechanics. The curvature of space-time around the black hole brings to life the quantum mechanical fluctuation, and the black hole radiates. A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons showed that if you have dark energy in empty space, then the whole universe radiates. The energy of empty space brings to life quantum fluctuations. And so even though the universe will last forever, and ordinary matter and radiation will dilute away, there will always be some radiation, some thermal fluctuations, even in empty space. So what this means is that the universe is like a box of gas that lasts forever. Well what is the implication of that?
الآثار درست من قبل بولتزمان في القرن التاسع عشر. لقد قال، أن الأنتروبيا تتزايد لأنه توجد طرق كثيرة أكثر بكثير للكون ليصبح بأنتروبيا مرتفعة، من أن يصبح بأنتروبيا منخفضة. لكن هذه عبارة إحتمالية. من المحتمل أن يتزايد، و الإحتمال كبير للغاية. هذا ليس شيئاً يجب أن تقلق بشأنه-- تجمع الهواء في هذه الغرفة في جزء صغير منها ، مما سيؤدي لإختناقنا. إنه أمر غير محتمل على أكثر الفروض. فيما عدا لو قاموا بغلق الأبواب و أبقونا هنا حرفيا للأبد، فإن ذلك سيحدث. كل ما هو مسموح به، كل ترتيب مسموح به من الجزيئات الموجودة في هذه الغرفة، يمكن الحصول عليها في النهاية.
That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century. He said, well, entropy increases because there are many, many more ways for the universe to be high entropy, rather than low entropy. But that's a probabilistic statement. It will probably increase, and the probability is enormously huge. It's not something you have to worry about -- the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us. It's very, very unlikely. Except if they locked the doors and kept us here literally forever, that would happen. Everything that is allowed, every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room, would eventually be obtained.
فبولتزمان يقول، أنظروا، يمكن أن تبدأ بكون بإتزان حراري. لم يكن يعرف عن الإنفجار الكبير . لم يكن يعلم عن تمدد الكون. لقد ظن أن الفضاء والزمن تم شرحهم من قبل إسحق نيوتن-- و هما مطلقان ، و هما عالقان هنالك للأبد. لذا ففكرته عن كون طبيعي كانت جزيئات هوائية موزعة بالتساوي في كل مكان-- الجزيئات هي كل شئ. لكنك لو كنت بولتزمان، أنت تعرف، أنه لو انتظرت فترة كافية، الترددات العشوائية لهذه الجزيئات سوف ترتبهم من حين لآخر بصورة أنتروبيا منخفضة. و بعد ذلك ،بكل تأكيد،المسار الطبيعي للأشياء، سوف تتمدد مرة أخرى. فالأمر ليس أن الأنتروبيا يجب أن تتزايد دائماً-- يمكن أن تحصل على ترددات في الإنتروبيا المنخفضة، حالات أكثر ترتيباً.
So Boltzmann says, look, you could start with a universe that was in thermal equilibrium. He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe. He thought that space and time were explained by Isaac Newton -- they were absolute; they just stuck there forever. So his idea of a natural universe was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere -- the everything molecules. But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough, the random fluctuations of those molecules will occasionally bring them into lower entropy configurations. And then, of course, in the natural course of things, they will expand back. So it's not that entropy must always increase -- you can get fluctuations into lower entropy, more organized situations.
حسن، إذا كان ذلك صحيحاً، بولتزمان يستمر في إبتكار فكرتين حين تسمعهما فهما يوحيان بالحداثة-- الكون المتعدد و المبدأ الأنثروبي. يقول ، أن المشكلة مع التوازن الحراري أننا لا نستطيع أن نعيش هنالك. تذكروا، الحياة نفسها تعتمد على خط الزمن. لم نكن لنقدر على معالجة المعلومات، القيام بعمليات الإستقلاب، المشي و الكلام، لو كنا نعيش في توازن حراري. إذن لو تخيلتم ، كونا كبيرا للغاية، كون بلا حدود، بأجسام تتصادم مع بعضها عشوائياً، سوف يكون هنالك بين الحين و الآخر ترددات صغيرة في حالات الأنتروبيا المنخفضة، ثم سوف تتمدد مرة أخرى. و لكن سيوجد أيضاً ترددات كبيرة. بين حين و آخر ، سوف يتكون كوكب أو نجم أو مجرة أو حتى مئات البلايين من المجرات. إذن فبولتزمان يقول، نحن فقط سنسكن في جزء الأكوان المتعددة، في الجزء الذي به هذه المجموعة الكبيرة من ترددات الأجسام الغير محدودة، حيث الحياة ممكنة. هذه هي المنطقة التي فيها الأنتروبيا منخفضة. ربما كان كوننا أحد هذه الأشياء التي تحدث من مرة إلى أخرى.
Well if that's true, Boltzmann then goes onto invent two very modern-sounding ideas -- the multiverse and the anthropic principle. He says, the problem with thermal equilibrium is that we can't live there. Remember, life itself depends on the arrow of time. We would not be able to process information, metabolize, walk and talk, if we lived in thermal equilibrium. So if you imagine a very, very big universe, an infinitely big universe, with randomly bumping into each other particles, there will occasionally be small fluctuations in the lower entropy states, and then they relax back. But there will also be large fluctuations. Occasionally, you will make a planet or a star or a galaxy or a hundred billion galaxies. So Boltzmann says, we will only live in the part of the multiverse, in the part of this infinitely big set of fluctuating particles, where life is possible. That's the region where entropy is low. Maybe our universe is just one of those things that happens from time to time.
و الآن واجبكم المنزلي هو أن تفكروا حقا في هذا ، و التأمل فيما يعنيه. كارل ساجان قال قولته المشهورة "من أجل أن تصنع فطيرة تفاح، يجب أن تخترع أولا الكون" لكنه لم يكن على صواب. حسب سيناريو بولتزمان ، إذا كنت تريد عمل فطيرة تفاح، تنتظر فقط الحركة العشوائية للذرات لعمل فطيرة تفاح. هذا سيحدث بتكرار أكبر من الحركات العشوائية للذرات تكون لك بستان تفاح و بعض السكر و فرن، و بعد ذلك تكون لك فطيرة التفاح. إذن هذا السيناريو يوفر تنبؤات. و هذه التنبؤات هي أن الترددات التي تصنعنا هي في الحد الأدنى. حتى لو تخيلتم هذه الغرفة التي نحن فيها الآن موجودة و حقيقية و ها نحن ذا ، و لا نملك ذاكرتنا فقط ، و لكن إنطباعاتنا أن في الخارج يوجد شئ ما يدعى كالتك و الولايات المتحدة الأمريكية و مجرة درب التبانة ، إنه من الأسهل أن تتردد كل هذه الإنطباعات عشوائيا في أذهاننا من أن تتردد واقعياً لتصبح كالتك ، الولايات المتحدة و المجرة.
Now your homework assignment is to really think about this, to contemplate what it means. Carl Sagan once famously said that "in order to make an apple pie, you must first invent the universe." But he was not right. In Boltzmann's scenario, if you want to make an apple pie, you just wait for the random motion of atoms to make you an apple pie. That will happen much more frequently than the random motions of atoms making you an apple orchard and some sugar and an oven, and then making you an apple pie. So this scenario makes predictions. And the predictions are that the fluctuations that make us are minimal. Even if you imagine that this room we are in now exists and is real and here we are, and we have, not only our memories, but our impression that outside there's something called Caltech and the United States and the Milky Way Galaxy, it's much easier for all those impressions to randomly fluctuate into your brain than for them actually to randomly fluctuate into Caltech, the United States and the galaxy.
الخبر السار هو أن هذا السيناريو لا يعمل ، إنه غير صحيح. هذا السيناريو يتنبأ أننا يجب أن نكون تردداً أدنى. حتى لو استبعدتم مجرتنا ، لن تحصلوا على مائة بليون مجرة أخرى. و فاينمان فهم ذلك أيضاً. فاينمان يقول ،" من فرضية أن العالم هو تردد، كل التنبؤات هي، أننا لو نظرنا إلى جزء من الكون لم نره من قبل، نجده مضطرب ، و ليس كالجزء الذي نظرنا إليه في-- حالة إنتروبيا مرتفعة. لو كان نظامنا ناتجاً عن تردد ، لن نتوقع النظام في أي مكان سوي في المكان الذي لاحظناه. لذلك نستنتج أن الكون ليس تردداً" حسن ذلك جيد. السؤال هو ما هي إذن الإجابة الصحيحة ؟ إذا كان الكون ليس تردداً، لماذا كان للكون إنتروبيا منخفضة ؟ و أرغب كثيراً أن أخبركم الإجابة ، لكن الزمن بدأ يداهمني.
The good news is that, therefore, this scenario does not work; it is not right. This scenario predicts that we should be a minimal fluctuation. Even if you left our galaxy out, you would not get a hundred billion other galaxies. And Feynman also understood this. Feynman says, "From the hypothesis that the world is a fluctuation, all the predictions are that if we look at a part of the world we've never seen before, we will find it mixed up, and not like the piece we've just looked at -- high entropy. If our order were due to a fluctuation, we would not expect order anywhere but where we have just noticed it. We therefore conclude the universe is not a fluctuation." So that's good. The question is then what is the right answer? If the universe is not a fluctuation, why did the early universe have a low entropy? And I would love to tell you the answer, but I'm running out of time.
(ضحك)
(Laughter)
ها هو الكون الذي نخبركم عنه ، في مقابل الكون الحقيقي الموجود. لقد عرضت لكم هذه الصورة للتو. الكون يتمدد منذ العشر بلايين سنة الماضية. و هو يبرد. و كلنا الآن نعرف ما فيه الكفاية عن مستقبل الكون لقول أكثر من ذلك. إذا استمرت الطاقة المظلمة في التواجد، النجوم من حولنا سوف تستخدم كل طاقتها النووية ، و سوف تتوقف عن الإحتراق. سوف تتهاوي في الثقوب السوداء. سوف نعيش في كون لا شئ فيه سوى الثقوب السوداء. هذا الكون سوف يعيش عشرة أس مائة سنة -- أطول بكثير مما عاشه كوننا الصغير. المستقبل أطول بكثير من الماضي. لكن حتى الثقوب السوداء لا تستمر للأبد. سوف تتبخر، و سوف لن يبقى لنا سوى الفضاء الفارغ. هذا الفضاء الفارغ سوف يدوم للأبد. و لكن ، تلاحظون ، بما أن الفضاء الفارغ ينتج إشعاع ، فإنه توجد ترددات حرارية ، و تدور حول كل الترتيبات الممكنة لدرجات الحرية الموجودة في الفضاء الفارغ. فإذن و بالرغم من أن الكون يدوم للأبد ، يوجد عدد محدود من الأشياء التي من الممكن أن تحدث في الكون. و كلها تحدث في فترة من الزمن تساوي عشرة أس عشرة أس مائة و عشرون عاماً.
Here is the universe that we tell you about, versus the universe that really exists. I just showed you this picture. The universe is expanding for the last 10 billion years or so. It's cooling off. But we now know enough about the future of the universe to say a lot more. If the dark energy remains around, the stars around us will use up their nuclear fuel, they will stop burning. They will fall into black holes. We will live in a universe with nothing in it but black holes. That universe will last 10 to the 100 years -- a lot longer than our little universe has lived. The future is much longer than the past. But even black holes don't last forever. They will evaporate, and we will be left with nothing but empty space. That empty space lasts essentially forever. However, you notice, since empty space gives off radiation, there's actually thermal fluctuations, and it cycles around all the different possible combinations of the degrees of freedom that exist in empty space. So even though the universe lasts forever, there's only a finite number of things that can possibly happen in the universe. They all happen over a period of time equal to 10 to the 10 to the 120 years.
أوجه سؤالين لكم. السؤال الأول :إذا كان الكون يمتد لعشرة أس عشرة أس مائة و عشرون عاماً، لماذا نولد في السنوات الأربعة عشر بليون الأولى منها، في الشفق المريح الدافئ للإنفجار الكبير ؟ لماذ نحن لسنا في الفضاء الفارغ ؟ قد تقولون ، " لأنه لا يوجد شئ حي هنالك " لكن هذا ليس صحيحاً. يمكن أن تكونوا تردداً عشوائياً من لا شئ. لماذا لستم كذلك؟ المزيد من الواجبات المنزلية لكم.
So here's two questions for you. Number one: If the universe lasts for 10 to the 10 to the 120 years, why are we born in the first 14 billion years of it, in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang? Why aren't we in empty space? You might say, "Well there's nothing there to be living," but that's not right. You could be a random fluctuation out of the nothingness. Why aren't you? More homework assignment for you.
إذن كما قلت ، فإني لا أملك حقيقة الإجابة. سوف أعطيكم السيناريو المفضل بالنسبة لي. إما أن الأمر هكذا. لا يوجد تفسير. هذه حقيقة قاسية عن الكون. عليك أن تقبل بها و تتوقف عن الأسئلة. أو ربما الإنفجار الكبير ليس بداية الكون. البيضة ،بيضة غير مكسورة، هو تكوين منخفض الأنتروبيا، و مع ذلك ، عندما نفتح باب الثلاجة، لا تقول ،" هاه، يا للمفاجأة وجدت تكوينا منخفض الأنتروبيا في ثلاجتنا" هذا لأن البيضة ليست منظومة مغلقة ؛ إنها تأتي من الدجاجة. ربما الكون يأتي من دجاجة كونية. ربما يوجد شيئاً طبيعياً عبر نمو قوانين الفيزياء، ينتج عنه كوناً مثل كوننا في تكوين إنتروبيا منخفضة. إذا كان ذلك صحيحاً فسوف يحدث أكثر من مرة؛ سوف نكون جزءاً من أكوان متعددة أكبر بكثير. هذا هو السيناريو المفضل بالنسبة لي.
So like I said, I don't actually know the answer. I'm going to give you my favorite scenario. Either it's just like that. There is no explanation. This is a brute fact about the universe that you should learn to accept and stop asking questions. Or maybe the Big Bang is not the beginning of the universe. An egg, an unbroken egg, is a low entropy configuration, and yet, when we open our refrigerator, we do not go, "Hah, how surprising to find this low entropy configuration in our refrigerator." That's because an egg is not a closed system; it comes out of a chicken. Maybe the universe comes out of a universal chicken. Maybe there is something that naturally, through the growth of the laws of physics, gives rise to universe like ours in low entropy configurations. If that's true, it would happen more than once; we would be part of a much bigger multiverse. That's my favorite scenario.
المنظمون طلبوا مني أن أنهي بتوقع جرئ. توقعي الجرئ هو أنني سوف أجد تبريري تماما -من قبل التاريخ. و خمسون سنة من الآن، كل أفكاري المجنونة سوف يتم قبولها كحقائق من المجتمعين العلمي و الخارجي. سوف نؤمن جميعنا أن كوننا الصغير هو فقط جزء صغير من أكوان متعددة أكبر. و الأفضل من ذلك ، سوف نفهم ما حدث في الإنفجار الكبير كنظرية يمكن مقارنتها مع الملاحظات. هذا تنبؤ.قد أكون مخطئاً. و لكننا ظللنا نفكر كبشرية عن كيف هو الكون، و كيف أصبح على ما هو عليه ، لسنوات طويلة جداً. إنه من المثير أن نفكر أننا ربما نتوصل أخيراً إلى الإجابة في يوم ما.
So the organizers asked me to end with a bold speculation. My bold speculation is that I will be absolutely vindicated by history. And 50 years from now, all of my current wild ideas will be accepted as truths by the scientific and external communities. We will all believe that our little universe is just a small part of a much larger multiverse. And even better, we will understand what happened at the Big Bang in terms of a theory that we will be able to compare to observations. This is a prediction. I might be wrong. But we've been thinking as a human race about what the universe was like, why it came to be in the way it did for many, many years. It's exciting to think we may finally know the answer someday.
شكراً.
Thank you.
(تصفيق)
(Applause)