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.
جهان واقعا بزرگه. ما در یک کهکشان زندگی می کنیم، کهکشان راه شیری. حدود صد میلیادر ستاره در کهکشان راه شیری وجود دارد و اگر شما یک دوربین بردارید و اون را به هر سمتی از آسمان بگیرید و تنها شاتر دوربین را باز نگه دارید، در صورتیکه دوربین شما به تلسکوپ فضایی هابل وصل باشد، یه چیزی مثل این را خواهد دید. هر کدام از این نقطه ها یک کهکشانی هستند تقریبا هم اندازه کهکشان ما -- صد میلیارد ستاره در هر کدوم از این نقطه ها تقریبا صد میلیارد کهکشان در جهانی که می توانیم ببینیم وجود دارد. صد میلیارد تنها عددی است که نیاز دارید بدونید. سن جهان، از انفجار بزرگ تا به الان صد میلیارد سال سگی است. (خنده حضار) که یه چیزایی در مورد جایگاه ما در این جهان به شما میگه.
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.
یکی از کارهایی که با عکسی مثل این میتونید انجام بدید اینه که خیلی ساده تحسینش کنید. بی اندازه زیباست. من اغلب تعجب می کنم که فشار تکاملی چیه که باعث شده اجداد ما در Veldt (wide open rural spaces of South Africa or southern Africa) تطبیق و تکامل پیدا کنند تا از عکسهای کهکشانها واقعا لذت ببرند زمانی که اونها هیچ کدوم این عکسها را نداشتند. ولی ما همیشه دوست داریم که این را بفهمیم. به عنوان یک کیهان شناس، می خواهم بپرسم که، چرا جهان به این شکل است؟ یک سرنخ بزرگی که ما داریم این است که جهان با زمان تغییر می کند. اگر شما به یکی از این کهکشانها نگاه کنید و سرعتش را اندازه بگیرید، می بینید که اون داره از شما دور میشه. و اگر به یک کهکشان باز هم دورتر نگاه کنید، می بینید که با سرعت بیشتری داره دور میشه. بنابراین ما میگیم که جهان در حال انبساط و گسترده شدنه
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.
این به سادگی این معناست که در گذشته، چیزها به هم نزدیکتر بودند. در گذشته، جهان متراکم تر بود و همچنین داغ تر اگر شما چیزها را به هم بفشارید، دما بالا می رود. این قضیه یه جورایی برای ما منطقی و آشناست. چیزی که خیلی به نظرمون منطقی نمیاد اینه که جهان در زمانهای اولیه، نزدیک انفجار بزرگ، بسیار بسیار یک دست هم بود. شما ممکنه فکر کنید که این قضیه خیلی دور از ذهن نیست. هوای داخل این اتاق بسیار ملایم و یک دست است ممکنه بگید که، "خوب، احتمالا این چیزها پخش شدند و خودشون را یک دست و ملایم کردند" ولی شرایط موقع انفجار بزرگ بسیار بسیار متفاوت از شرایط هوای این اتاق است. به خصوص، همه چیز بسیار متراکم تر بود. کشش گرانشی چیزها نزدیک انفجار بزرگ بسیار قویتر بود.
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.
چیزی که شما بایستی به اون فکر کنید اینه که ما جهانی با صد میلیارد کهکشان داریم، هر کدوم با صد میلیارد ستاره در زمانهای اولیه، اون صد میلیارد کهکشان در فضایی به این اندازه فشرده شده بودند -- دقیقا، در زمانهای اولیه. و شما بایستی این فشرده شدن را بدون هیچ نقصی تصور کنید، بدون هیچ لکه و ناهمواری کوچکی بطوریکه یک جاییش تعداد بیشتری اتم از یه جای دیگه اش داشته باشه وگرنه، تحت فشردگی گرانشی در یک سیاه چاله بزرگ فرو می ریزد. نگه داشتن جهان بصورت بسیار بسیار یک دست در زمانهای اولیه کار آسونی نیست، یک چیدمان ظریف است. این یک سرنخه که جهان اولیه بطور تصادفی انتخاب نشده است. یه چیزی هست که اون را به اون صورت در آورد. ما میخواهیم بدونیم اون چیه.
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.
قسمتی از درک ما در این مورد مدیون "لودویگ بولتزمان" است، فیزیکدان اتریشی قرن ۱۹. کاری که بولتزمان کرد، کمک برای فهم آنتروپی بود. شما در مورد آنتروپی شنیده اید. اون آشفتگی، بی نظمی، تصادفی و غیرقابل پیش بینی بودن یک سیستم است. بولتزمان یک فرمولی ارایه داد -- که الان روی سنگ قبرش حکاکی شده .. این فرمول واقعا آنتروپی را بصورت عددی می سنجه بطور اساسی فقط میگه که آنتروپی تعداد حالاتی است که ما میتوانیم اجزا اصلی تشکیل دهنده سیستم را بچینیم که شما نتونید تفاوتش را تشخیص بدهید، بنابراین در مقیاس بزرگ و کلی یکسان به نظر می رسد. اگر هوای این اتاق را در نظر بگیرید، شما متوجه هر اتم به تنهایی نمی شوید. یک پیکربندی با آنتروپی پایین اونییه که تنها تعداد کمی حالت در اون به این صورت دیده میشه. یک پیکربندی با آنتروپی بالا اونییه که تعداد زیادی حالت در اون به این صورت دیده میشه. این یک بینش بسیار مهمی به ما میده برای اینکه به ما کمک می کنه که قانون دوم ترمودینامیک را توضیح بدهیم -- قانونی که میگه آنتروپی در حال افزایش در جهان است، و یا در قسمت ایزوله ایی از جهان.
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.
دلیلی که آنتروپی در حال افزایش است به سادگیه اینه که تعداد حالات بسیار بیشتری برای آنتروپی بالا وجود داره تا آنتروپی پایین. این یک درک شگفت انگیزه، ولی اون یک چیزی را در بر نمیگیره. درک این که آنتروپی در حال افزایش است، با این همه، همون چیزیه که دلیل بردار زمان شناخته می شود، تفاوت بین گذشته و آینده. هر تفاوتی که بین گذشته و آینده هست برای اینه که آنتروپی در حال افزایش است -- این واقعیت که شما گذشته را به یاد می آورید، اما نه آینده را. این واقعیت که شما به دنیا اومدید، بعد زندگی می کنید، و سپس می میرید، همیشه با همین توالی و ترتیب، بخاطر اینه که آنتروپی در حال افزایش است. بولتزمان توضیح داد که اگر شما با آنتروپی پایین شروع کنید، افزایش اون خیلی طبیعیه برای اینکه حالتهای بیشتری برای افزایش آنتروپی وجود دارد. چیزی که اون توضیح نداد این بود که اصلا چرا آنتروپی در اون مکان اول کم بود.
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?
این واقعیت که آنتروپی جهان کم بوده یک انعکاسی از این واقعیت است که جهان اولیه بسیار بسیار یک دست و هموار بوده. ما دوست داریم این را بفهمیم. بعنوان کیهان شناس این کار ماست. متاسفانه، این واقعا مساله ایی نیست که ما به اندازه کافی بهش توجه کرده باشیم. این یکی از اولین چیزهایی نیست که مردم می پرسند، وقتی که از یک کیهان شناس مدرن می پرسید، "مسايلی که باهاش سر و کار داریم چیه؟" یکی از افرادی که متوجه شد که مساله اینه ریچارد فینمن بود. ۵۰ سال پیش، او یک سری از کلی سخنرانی های متفاوت ارایه داد. او سخنرانی های عمومی ایراد کرد به اسم "کاراکتر قانون فیزیکی". سخنرانی هایی برای دانشجویان دوره لیسانس دانشگاه کل تک به اسم "سخنرانی های فینمن در مورد فیزیک". سخنرانی هایی برای دانشجویان دوره دکترا دانشگاه کل تک به اسم "سخنرانی های فینمن در مورد جاذبه". در هر کدام از این کتاب ها، هر کدام از این مجموعه سخنرانی ها، او روی این مساله عجیب تاکید می کرد: چرا جهان اولیه انقدر آنتروپی کوچکی داشت؟
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.
او می گوید که -- من روی جمله خاصی تاکید نمی کنم -- "بنا به دلایلی، جهان، در یک زمانی، با اون محتوای انرژی اش آنتروپی خیلی پایینی داشته، و از اون موقع تا به الان آنتروپی افزایش داشته است. بردار زمان بطور کامل قابل درک نخواهد بود تا معمای آغازهای تاریخ جهان حتی تا فراتر از حد فهم و تصور کاهش پیدا کند." این کار ماست. ما می خواهیم که بدونیم -- این حرف ۵۰ سال پیش گفته شده، "بطورحتم" شما فکر می کنید که، "ما تا الان این قضیه را فهمیدیم" اینطور نیست که ما این را تا الان فهمیده باشیم.
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.
دلیلٍ این که مساله بدتر شده، بجای اینکه بهتر بشه، اینه که در سال ۱۹۹۸ ما یک نکته مهمی در مورد جهان فهمیدیم که تا قبل از اون نمی دونستیم. ما فهمیدیم که اون در حال شتاب گرفتنه. جهان تنها در حال انبساط نیست. اگر شما به کهکشان نگاه کنید، اون در حال دور شدنه اگر یک میلیارد سال بعد برگردید و دوباره بهش نگاه کنید، می بینید که اون با سرعت بیشتری در حال دور شدن خواهد بود. تک تک کهکشان ها سریعتر و سریعتر در حال دور شدن از ما هستند. بنابراین ما میگوییم که جهان داره شتاب می گیره. برخلاف آنتروپی پایین جهان اولیه، گرچه ما جواب این سوال را نمی دانیم دست کم یک تئوری خوبی داریم که میتونه اون را توضیح بده، اگر این تئوری درست باشه، و اون تئوری انرژی تاریک است. ایده اینکه فضای خالی بخودی خود دارای انرژی است.
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.
در هر سانتیمتر مکعب کوچک از فضا، چیزی در اون باشه یا نه، ذرات، ماده، تشعشع یا هر چیز دیگر، هنوز انرژی در اون هست، حتی در خود فضا. و این انرژی، طبق گفته انیشتین یک نیروی فشار به جهان اعمال می کند. این یک نیروی همیشگی و دایمی است که به کهکشان ها فشار اورده و اونه را از هم دور می کنه برای اینکه انرژی تاریک، برخلاف ماده یا تشعشع، با انبساط جهان رقیق نمی شود. مقدار انرژی در هر سانتیمتر مکعب ثابت باقی می ماند، حتی وقتی که جهان بزرگتر و بزرگتر می شود. این قضیه پیامدهای بحرانی برای آنچه که جهان در آینده انجام خواهد داد داشت. یک مورد، انبساط همیشگی جهان خواهد بود.
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.
زمانی که من همسن و سال شما بودم، ما نمی دونستیم که جهان چه خواهد کرد. بعضی مردم فکر می کردند که جهان در آینده دوباره داخل خودش فرو خواهد ریخت. انیشتین به این ایده علاقه داشت. ولی اگر انرژی تاریک وجود داشته باشد و از بین نرود، جهان برای همیشهُ همیشه به انبساط خود ادامه خواهد داد. ۱۴ میلیارد سال در گذشته، ۱۰۰ میلیارد سال سگی، ولی بی نهایت سال در آینده. البته در عمل، به نظر ما جهان محدود است. جهان ممکنه محدود باشه و یا نباشه، اما چون جهان در حال شتاب گرفتن است، قسمتهایی از اون هست که ما نمی توانیم ببینیم و هیچگاه هم نخواهیم دید. ما به بخش محدودی از فضا دسترسی داریم، که با یک افق احاطه شده بنابراین با اینکه زمان برای همیشه پیش خواهد رفت، فضا برای ما محدود است. در نهایت، فضای خالی یک دمایی دارد.
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?
در دهه ۱۹۷۰، استفان هاوکینگ گفت که یک سیاه چاله، گرچه که شما فکر می کنید سیاه است، در واقع از خود تشعشع ساطع می کند، این در صورتی است که از دید مکانیک کوانتوم به قضیه نگاه کنید. انحنای فضا-زمان در اطراف سیاه چاله نوسان مکانیک کوانتومی را و تشعشع سیاه چاله ایی را مطرح می کند. محاسبات مشابه دقیقی توسط هاوکینگ و گری گیبسون نشان داد که اگر شما انرژی تاریک را در فضای خالی داشته باشید، در این صورت کل جهان تشعشع می کند. انرژی فضای خالی نوسان کوانتومی را مطرح می کند. و اگر چه جهان همیشگی خواهد بود، و مواد معمولی و تشعشع رقیق خواهد شد، با این همه همیشه مقداری تشعشع وجود خواهد داشت، مقداری نوسان حرارتی، حتی در فضای خالی. خوب این به این معناست که جهان مثل یک جعبه گاز میمونه که همیشگیه. خوب این قضیه چه پیامدی داره؟
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.
پیامد این قضیه توسط بولتزمان در قرن ۱۹ بررسی شد. اون میگه که، خوب، آنتروپی افزایش پیدا میکنه برای این که حالتهای بسیار بسیار بیشتری وجود داره که جهان در آنتروپی بالا باشد تا آنتروپی پایین. ولی این یک بیان احتمالاتیه. اون احتمالا افزایش پیدا خواهد کرد، و احتمالش هم فوق العاده بالاست. نیازی به نگرانی نیست -- وقتی همه هوای این اتاق در یک گوشه ایی جمع بشه ما خفه می شویم. این قضیه خیلی خیلی بعیده. مگر اینکه در اتاق را قفل کنند و ما را به معنای کلمه تا ابد اینجا نگه دارند، اونوقت این اتفاق میافته. هر چیزی که محتمل باشه، هر حالتی از چیدمان مولکولهای این اتاق که محتمل باشه، در نهایت اتفاق میافته.
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.
پس بولتزمان میگه که، ببین، تو میتونی از جهان شروع کنی که در تعادل حرارتی بوده. او چیزی درباره انفجار بزرگ نمی دونست، او چیزی درباره انبساط جهان نمی دونست. او فکر می کرد که فضا و زمان توسط ایزاک نیوتن توضیح داده شده -- اونها مطلق گرا بودند; همش به همونها چسبیده بودند. ایده او درباره سرشت جهان شامل این بود که مولکولهای هوا بطور یکسان همه جا پخش شده بودند -- مولکولهای همه چیز. ولی اگر شما جای بولتزمان باشید، میدونید که اگر برای مدت زمان به قدر کافی طولانی منتظر بمونید، نوسان های تصادفی اون مولکول ها گهگاهی اون ها را در حالت آنتروپی پایین قرار خواهد داد. و البته بعد از اون بطور طبیعی اونها دوباره پخش خواهند شد. پس آنتروپی نباید همیشه افزایش پیدا بکنه -- شما میتونید نوسانهایی به سمت آنتروپی پایین داشته باشید، حالتهای منظم تر.
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.
خوب اگر این درست باشه، بولتزمان به سمت ابداع دو مفهوم بسیار جدید رفته - ایده هایی دقیق و درست -- جهان چندگانه و اصل آنتروپی. اون میگه که، مساله تعادل حرارتی اینه که ما نمی تونیم اونجا زندگی کنیم. بخاطر داشته باشید که زندگی خودش به بردار زمان وابسته است. ما نمی تونیم اطلاعات را پردازش کنیم، متابولیز داشته باشیم، راه بریم و حرف بزنیم، اگر در تعادل حرارتی زندگی می کردیم. پس اگر یک جهان خیلی خیلی بزرگ را تصور می کنید، یک جهان بی نهایت بزرگ، با برخوردهای های تصادفی ذرات با یکدیگر، گهگاهی نوسان های کوچکی به حالتهای آنتروپی پایین وجود خواهد داشت، و سپس به حالت استراحت قبلی برمی گردند اما نوسان های بزرگی هم وجود خواهند داشت. گاهی وقتها، سیاره ایی خواهید ساخت یا یک ستاره یا کهکشان یا یک میلیارد کهکشان. بولتزمان میگه که، ما تنها در یک قسمت از جهان چندگانه زندگی می کنیم، در بخشی از این مجموعه بزرگ ذرات نوسانی، جایی که زندگی ممکنه. اینجا منطقه اییه که آنتروپی پایینه. شاید جهان ما تنها یکی از اونهاست که هر چند وقت یکبار اتفاق میافته.
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.
حالا مشق شب شما اینه که واقعا به این قضیه فکر کنید، ببینید معنی اش چیه. کارل ساگان جمله معروفی داره که " برای درست کردن یک پای سیب، اول از همه بایستی جهان را به وجود بیارید." اما او اشتباه می کرد. طبق سناریوی بولتزمان، اگر می خواهید که یک پای سیب درست کنید، شما بایستی منتظر بنشینید که حرکت تصادفی اتم ها یک پای سیب درست کنه. این قضیه بیشتر پیش میاد تا اینکه حرکت تصادفی اتم ها براتون یک باغ سیب بسازه و مقداری شکر و یک اجاق، و بعد براتون یک پای سیب بسازه. بنابراین این سناریو پیش گویی هایی خواهد کرد. و اون پیش گویی ها اینه که نوسان هایی که ما را می سازند کمینه هستند. حتی اگر شما تصور کنید که این اتاقی که الان توش هستیم وجود داره و واقعیه و ما در اون هستیم، و ما نه تنها خاطراتمون را داریم، بلکه این را هم می دونیم که بیرون از اینجا یه چیزایی هست که کل تک و آمریکا و کهکشان راه شیری نامیده می شود، خیلی آسونتر اینه که تمام این فکرها بطور تصادفی در مغز شما نوسان داده شده باشند تا اینکه بطور واقعی نوسان تصادفی یافته باشند در کل تک، آمریکا و کهکشان.
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.
خبر خوب این که پس این سناریو جواب نمیده; درست نیست. این سناریو پیش بینی میکنه که ما بایستی یک نوسان کمینه باشیم. حتی اگر کهکشانمون را کنار بگذارید، یک میلیارد کهکشان دیگر نخواهید داشت. و فینمن هم این را متوجه شد. فینمن میگه که، "با توجه به این فرضیه که دنیا یک نوسان است، تمام پیش گویی ها اینه که، ما به قسمتی از دنیا نگاه کنیم که تا به حال ندیده ایم، برامون گیج کننده خواهد بود، و مثل اون چیزی که همین الان دیدیمش نیست -- آنتروپی بالا. اگر نظم ما بخاطر یک نوسان بود، ما انتظار داریم که ایم نظم فقط در اونجایی که دیدیم باشه نه جای دیگه. بنابراین به این نتیجه می رسیم که جهان یک نوسان نیست." خوب این خوبه. حالا سوال اینه که پس جواب درست چیه؟ اگر جهان یک نوسان نیست، پس چرا جهان اولیه آنتروپی پایینی داشت؟ من خیلی دوست دارم که جواب را بگم، اما وقت من داره تموم میشه.
(Laughter)
(خنده حضار)
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.
این جهانیه که درباره اش حرف می زنیم، در مقابل جهانی که واقعا وجود داره. من همین الان این تصویر را بهتون نشون داده بودم. جهان در طی ۱۰ میلیارد سال گذشته و یا چیزی در این حدود در حال انبساط بوده. اون سرد می شده. ولی ما الان به قدر کافی درباره آینده جهان می دونیم که بیشتر درباره اش حرف بزنیم. اگر انرژی تاریک دور و بر بمونه، ستارگان اطرافمون سوخت هسته شان را تمام می کنند و دست از سوختن بر می دارند. اونها داخل سیاه چاله ها سقوط خواهند کرد. ما در جهانی زندگی خواهیم کرد که هیچ چیزی در اون وجود نداره مگر سیاه چاله ها. این جهان ۱۰ به توان ۱۰۰ سال ادامه خواهد داشت -- بسیار بیشتر از اونی که جهان کوچک ما زندگی کرده است. آینده خیلی طولانی تر از گذشته است. اما حتی سیاه چاله ها هم همیشگی نیستند. اونها بخار خواهند شد، و ما چیزی به جز یک فضای خالی نخواهیم داشت. اون فضای خالی اساسا برای همیشه ادامه خواهد داشت. اگر چه همانطور که متوجه شدید چون فضای خالی تشعشع ساطع میکنه، در عمل نوسان های حرارتی وجود خواهد داشت، و بطور چرخه ای تمام ترکیب های ممکن مختلف از درجات آزادی که در جهان خالی وجود داره را می سازد. بنابراین اگر چه جهان همیشگی است، تنها تعداد محدودی از چیزهاست که امکان داره در جهان اتفاق بیافته. همه اونها در یک بازه زمانی برابر ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۱۲۰ سال اتفاق خواهد افتاد.
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.
حالا ۲ تا سوال از شما یک: اگر جهان برای ۱۰ به توان ۱۰ به توان ۱۲۰ سال خواهد بود، چرا ما در ۱۴ میلیارد سال اول اون به دنیا اومدیم، در گرما و راحتی درخشش پس از انفجار بزرگ؟ چرا ما در فضای خالی نیستیم؟ ممکنه بگید، "خوب اونجا چیزی برای زندگی کردن نیست،" اما این درست نیست. شما می تونید یک نوسان تصادفی از نیستی باشید. چرا نیستید؟ یک مشق شب دیگه برای شما.
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.
همانطورکه گفتم، من واقعا جواب را نمی دونم. من بهتون سناریوی مورد علاقه خودم را میگم. یا مثل این میمونه. هیچ توضیحی وجود نداره. یک واقعیت خشن درباره جهان وجود داره که بایستی یاد بگیرید که قبول کنید و سوال پرسیدن را متوقف کنید. یا شاید انفجار بزرگ سراغاز جهان نیست. یک تخم مرغ، یک تخم مرغ شکسته نشده، یک پیکربندی آنتروپی پایین است، و هنوز هم، وقتی که در یخچال را باز می کنیم، نمیگیم که، "هه، چقدر جالبه که این پیکربندی آنتروپی پایین را در یخچالمون پیدا کردم." این به دلیل اینه که یک تخم مرغ یک سیستم بسته نیست; اون از یک مرغ پدید میاد. شاید جهان از یک مرغ جهانی پدید اومده. شاید یک چیزی هست که بطور طبیعی، از طریق رشد قوانین فیزیکی، منجر به جهانی مثل واسه ما شده در یک پیکربندی آنتروپی پایین. اگر این درست باشه میتونه بیشتر از یکبار اتفاق افتاده باشه; ما میتونیم قسمتی از یک جهان چندگانه خیلی بزرگتر باشیم. این سناریوی مورد علاقه منه.
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.
برگزارکنندگان از من خواستند که برنامه را با یک اندیشه جسورانه تمام کنم. اندیشه جسورانه من اینه که تاریخ کاملا من را تایید خواهد کرد. ۵۰ سال دیگه، همه ایده های طوفانی من به عنوان حقیقت پذیرفته خواهد شد از طرف دانشمندان و انجمن های بیرونی. ما همه اعتقاد پیدا می کنیم که جهان کوچک ما تنها یک قسمت کوچکی از یک جهان چندگانه به مراتب بزرگتر است. و حتی بهتر از اون، ما خواهیم فهمید که چه اتفاقی در انفجار بزرگ افتاده بصورت تئوریک که قادر خواهیم بود با مشاهده ها مقایسه کنیم. این یک پیش بینی است. ممکنه من اشتباه بکنم. اما ما تا به حال به عنوان نسل انسان فکر می کرده ایم که جهان شبیه چیه، چرا به شکلی شده که بوده -- برای سالهای زیادی. خیلی هیجان انگیزه که فکر کنیم که یک روزی بالاخره ممکنه جواب را بدونیم.
Thank you.
متشکرم.
(Applause)
(تشویق حضار)