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.
היקום הוא באמת גדול. אנו חיים בגלקסיה, גלקסיית שביל החלב. ישנם כ-100 מיליארד כוכבים בגלקסיית שביל החלב. אם מכוונים באופן אקראי מצלמה לאזור כלשהו בשמיים, משאירים את הצמצם פתוח, וכל עוד המצלמה מחוברת לטלסקופ החלל האבל, זה ייראה בערך כך. כל אחד מהגושים הקטנים הללו, הוא גלקסיה שגודלה כשל הגלקסיה שלנו -- 100 מיליארד כוכבים בכל אחד מהגושים האלה. ישנן כ-100 מיליארד גלקסיות ביקום הנראה לעין. מאה מיליארד הוא המספר היחיד שצריך לדעת. גיל היקום, מהמפץ הגדול להיום, הוא 100 מיליארד בשנות כלב. (צחוק) דבר האומר לנו משהו לגבי מקומנו ביקום. מה שניתן
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.
לעשות עם תמונה זו הוא פשוט להעריץ אותה. היא יפה בצורה בלתי רגילה. תהיתי לעיתים קרובות, מהי הסיבה האבולוציונית שגרמה לאבותינו בערבות-הדשא, להסתגל ולהתפתח כך שאנו כל-כך נהנים מתמונות של גלקסיות בעוד שהם עצמם אף פעם לא חזו בהן. אבל אנו גם רוצים להבין את כל זה. בתור קוסמולוג ברצוני לשאול, מדוע היקום הוא כמות שהוא? רמז אחד גדול שיש לנו הוא שהיקום משתנה כל הזמן. אם מסתכלים על אחת מהגלקסיות הללו ומודדים את מהירותה, נמצא שהיא מתרחקת מאיתנו. ואם מסתכלים על גלקסיה יותר רחוקה, היא תתרחק מאיתנו יותר מהר. לכן אנו אומרים שהיקום מתפשט.
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.
מה שזה אומר שבעבר, העצמים היו קרובים אחד לשני. בעבר, היקום היה צפוף יותר, וגם חם יותר. אם מצופפים דברים ביחד, הטמפרטורה עולה. זה די מובן לנו. מה שלא מובן לנו כל-כך הוא שהיקום, בזמנים קדומים, בסמיכות זמנים למפץ הגדול, היה גם מאוד, מאוד אחיד. אתם עשויים לחשוב שזה ברור מאליו. האויר באולם זה הוא מאוד אחיד. אתם תאמרו, "אולי הדברים החליקו את עצמם." אבל התנאים מייד אחרי המפץ הגדול היו מאוד, מאוד שונים מאשר התנאים של האויר באולם זה. בייחוד, הכל היה הרבה יותר צפוף. משיכת הכבידה בין העצמים היתה הרבה יותר חזקה בסמוך למפץ הגדול.
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.
מה שצריך לחשוב עליו זה שיש לנו יקום עם 100 מיליארד גלקסיות, 100 מיליארד כוכבים בכל אחת. בזמנים קדומים, 100 מיליארד גלקסיות הללו היו דחוסות באזור בגודל כזה -- ממש כך, בזמנים הקדומים. וצריך לזכור שצפיפות זו היתה ללא שום פגמים, ללא שום נקודות זעירות שבהן היו קצת יותר אטומים מאשר במקום אחר. וזה מפני שאם היו נקודות כאלו, היתה שם קריסה תחת משיכת הכבידה והיה נוצר חור שחור ענקי. קיום של יקום מאוד, מאוד אחיד בזמנים הקדומים אינו דבר קל, זהו איזון עדין. זהו רמז שהיקום המוקדם לא נוצר באופן אקראי. יש משהו שעשה אותו כזה. היינו רוצים לדעת מה זה.
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.
חלק מההבנה שלנו לגבי זה מגיעה מלודויג בולצמן, פיזיקאי אוסטרי מן המאה ה-19. התרומה של בולצמן היתה בכך שהוא סייע לנו להבין אנטרופיה. שמעתם על אנטרופיה. זוהי האקראיות, חוסר-הסדר, הערבוביה בכמה מערכות. בולצמן נתן לנו נוסחה -- החרוטה על המצבה שלו -- שממש מכמתת את האנטרופיה. והיא בעיקרון אומרת שאנטרופיה זה מספר הדרכים בהן ניתן לסדר מרכיבי מערכת מבלי שנוכל להבחין בהבדל, כך שבמאקרו היא נראית אותו הדבר. אם ניקח את האויר בחדר, אנו לא מבחינים בכל אטום בנפרד. מערך בעל אנטרופיה נמוכה הוא זה אשר יש בו רק מעט סידורים הנראים זהים. מערך בעל אנטרופיה גבוהה הוא זה אשר יש בו הרבה סידורים הנראים זהים. זוהי תובנה חשובה באופן קריטי, מאחר והיא עוזרת לנו להסביר את החוק השני של תרמודינמיקה -- החוק האומר שאנטרופיה עולה ביקום, או באזור מבודד של היקום.
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.
הסיבה שהאנטרופיה עולה היא בגלל שיש יותר דרכים כדי להיות במצב של אנטרופיה גבוהה מאשר נמוכה. זוהי תובנה נפלאה, אבל היא מחסירה משהו. התובנה שהאנטרופיה עולה, עומדת בבסיס מה שאנו מכנים "חץ הזמן", ההבדל בין העבר לעתיד. כל הבדל שקיים בין העבר לעתיד נובע מעליה באנטרופיה -- עובדה היא שאנו יכולים לזכור את העבר, אבל לא את העתיד. העובדה שאנו נולדים, ואז חיים ובסוף מתים, תמיד בסדר הזה, זה בגלל שהאנטרופיה עולה. בולצמן הסביר שאם מתחילים באנטרופיה נמוכה, זה אך טבעי שהיא תעלה, מפני שיש יותר דרכים בהן ניתן להיות באנטרופיה גבוהה. מה שהוא לא הסביר זה מדוע מלכתחילה האנטרופיה היתה בכלל נמוכה.
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?
העובדה שהאנטרופיה של היקום היתה נמוכה היא השתקפות של העובדה שהיקום הקדום היה מאוד, מאוד אחיד. היינו רוצים להבין זאת. זוהי עבודתנו בתור קוסמולוגים. אבל לצערי, אנו לא מקדישים מספיק תשומת לב לבעיה זו. זה לא אחד מהדברים הראשונים שיגידו לכם, אם הייתם שואלים קוסמולוגים עכשוויים, "אלו בעיות אנו מנסים כיום לפתור?" אחד האנשים שכן הבין שזו אכן הבעיה היה ריצ'רד פיינמן. לפני 50 שנה, הוא נתן סדרות של הרצאות שונות. הוא נתן את ההרצאות המפורסמות שהפכו ל"הטבע של חוק פיזיקלי". הוא נתן הרצאות בפני תלמידי תואר ראשון בקלטק שהפכו ל "הרצאות פיינמן על פיזיקה". הוא נתן הרצאות לבוגרי קלטק שהפכו ל"הרצאות פיינמן על כבידה". בכל אחד מהספרים האלה, בכל אחת מהקבוצות של ההרצאות הללו, הוא הדגיש את החידה הבאה: מדוע ליקום הקדמוני היתה אנטרופיה כה נמוכה?
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.
הוא אמר -- אני לא הולך לחקות אותו -- הוא אמר, "מסיבה כלשהי, היקום היה פעם בעל אנטרופיה מאוד נמוכה יחסית לכמות האנרגיה שבו, ומאז האנטרופיה עלתה. לא ניתן להבין עד הסוף את חץ הזמן עד שהתעלומה של תחילת ההיסטוריה של היקום תפוצח, כך שנעבור מהשערה להבנה." אז זו העבודה שלנו. זה היה לפני 50 שנה. אתם בטח חושבים שהספקנו כבר לפצח את זה. אז לא נכון שפיצחנו את זה.
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.
במקום להיפתר, הבעיה רק החריפה והסיבה לכך היא שבשנת 1998 למדנו משהו קריטי על היקום, משהו שלא ידענו קודם. למדנו שהיקום מאיץ. היקום אינו רק מתפשט. אם מסתכלים על גלקסיה, היא מתרחקת מאיתנו. אם נבוא עוד מיליארד שנה ונסתכל עליה, נמצא שהיא מתרחקת מאיתנו יותר מהר. כל גלקסיה בנפרד מתרחקת מאיתנו יותר ויותר מהר. לכן אנו אומרים שהיקום מאיץ. אבל שלא כמו האנטרופיה הנמוכה של היקום הקדמון, אף על-פי שאנו לא יודעים את התשובה לכך, לפחות יש לנו תאוריה טובה שתוכל להסביר זאת. אם התאוריה נכונה, זו התאוריה של אנרגיה שחורה. הרעיון הוא שלחלל הריק עצמו יש אנרגיה.
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.
בכל סמ"ק של חלל, בין אם יש או אין שם חומר, בין אם יש שם חלקיקים, חומר, קרינה, ובין שאין, עדיין קיימת שם אנרגיה, ממש בחלל עצמו. ואנרגיה זו, על-פי איינשטיין, מפעילה כח דחיפה על היקום. זהו דחף תמידי אשר דוחף את הגלקסיות הרחק אחת מהשניה. אנרגיה שחורה, שלא כמו חומר או קרינה, אינה דועכת ככל שהיקום מתפשט. כמות האנרגיה בכל סמ"ק נשארת קבועה, גם כאשר היקום מתפשט. יש לכך השלכות קריטיות על מה שהיקום יעשה בעתיד. קודם כל, היקום יתפשט לעד.
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.
פעם כאשר הייתי בגילכם, לא ידענו מה היקום הולך לעשות. היו כאלה שחשבו שהיקום יקרוס בעתיד בחזרה. איינשטיין חיבב רעיון זה. אבל אם קיימת אנרגיה שחורה, והאנרגיה השחורה לא נעלמת, היקום הולך להתפשט לעד. 14 מיליארד שנה של העבר, 100 מיליארד שנות חיי-כלב, אבל מספר אין-סופי של שנות עתיד. בינתיים, מכל הבחינות, החלל נראה לנו כסופי. חלל יכול להיות סופי או אין-סופי, אבל מאחר והיקום מתפשט, יש אזורים בחלל שאנו לא יכולים לראות וגם לעולם לא נראה. יש לנו גישה לאזור של חלל, שגודלו סופי, אשר מוקף באופק. כף שאפילו אם הזמן יתקיים לנצח, החלל עבורנו הוא מוגבל. ואחרון, לחלל ריק יש טמפרטורה.
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?
בשנות ה-70, סטפן הוקינג סיפר לנו שחור שחור, גם אם נדמה לנו שהוא שחור, הוא למעשה פולט קרינה, אם מתחשבים במכניקה קוונטית. עקמומיות החלל-זמן סביב החור השחור מעוררת לחיים את האי-יציבות הנובעת מהמכניקה הקוונטית, וכך החור השחור פולט קרינה. חישוב דומה להפליא שבוצע על-ידי הוקינג וגארי גיבונס הראה שאם קיימת אנרגיה שחורה בחלל ריק, אז כל היקום פולט קרינה. האנרגיה של חלל ריק מעוררת לחיים תנודות קוונטיות. וכך, אפילו אם היקום יתקיים לעד, וחומר וקרינה רגילים יתפוגגו, תמיד תישאר קרינה כלשהי, כמה תנודות תרמיות, אפילו בחלל ריק. מה שזה אומר הוא שהיקום הוא כמו קופסה המכילה גז המתקיימת לעד. אז מהי ההשלכה של זה?
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.
השלכה זו נחקרה על-ידי בולצמן במאה ה-19. הוא אמר, אנטרופיה עולה מכיוון שיש הרבה יותר דרכים ליקום כדי להימצא באנטרופיה גבוהה, מאשר באנטרופיה נמוכה. אבל זוהי הצהרה הסתברותית. היא ככל הנראה תעלה, וההסתברות היא ענקית במידה עצומה. זה לא משהו שצריך לדאוג בגללו -- שהאויר באולם זה יצטבר פתאום בפינה אחת של האולם ויגרום לנו לחנק. זה מאוד, מאוד בלתי-סביר. אלא אם ננעל את הדלתות ונישאר כאן לנצח, אז זה יכול לקרות. כל מה שאפשרי, כל סידור שהמולקולות באולם זה יכולות להשיג, יווצר בסופו של דבר.
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.
בולצמן טען שיקום יכול להתחיל במצב של שיווי-משקל תרמי. הוא לא ידע אז על המפץ הגדול. הוא לא ידע על התפשטות היקום. הוא חשב שהחלל והזמן הוסברו היטב על-ידי ניוטון -- שהם מוחלטים; שהם יישארו שם לנצח. כך שרעיונו על יקום טבעי היה כזה שבו מולקולות אויר היו פזורות באופן אחיד בכל מקום -- המולקולות הכל-יכולות. אבל בולצמן גם ידע שאם ממתינים מספיק זמן, התנודות האקראיות של מולקולות הללו יביאו אותן מפעם לפעם למבנים של אנטרופיה יותר נמוכה. ואז, במהלך העניינים הטבעי, הן תתפשטנה שוב. זה אומר שלא תמיד האנטרופיה חייבת לעלות -- ניתן לקבל תנודות שיגרמו להיווצרות אנטרופיה יותר נמוכה, מצבים יותר מאורגנים.
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.
אם זה נכון, בולצמן ממשיך וממציא שני רעיונות שנשמעים מודרניים -- יקומים מקבילים והעיקרון האנטרופי. הוא טוען שהבעיה עם שיווי-משקל תרמי היא שאנו לא יכולים לחיות בו. צריך לזכור שהחיים עצמם תלויים בחץ הזמן. לא היינו מסוגלים לעבד מידע, לבצע חילוף-חומרים, ללכת ולדבר, אם היינו חיים בשיווי-משקל תרמי. כך שאם מדמיינים יקום מאוד, מאוד גדול, יקום אין-סופי, שבו חלקיקים מתנגשים אקראית האחד בשני, תהיינה לפעמים תנודות קטנות אל עבר מצבי אנטרופיה נמוכה, ואז חזרה למצב השכיח יותר. אבל תהיינה גם תנודות גדולות. מפעם לפעם, יווצר כוכב-לכת, או כוכב או גלקסיה או 100 מיליארד גלקסיות. בולצמן טוען שאנו נחיה רק באותו חלק של יקומים מקבילים, באותו חלק של המערך האין-סופי של חלקיקים מתנודדים, ששם החיים אפשריים. זה האזור בו האנטרופיה נמוכה. אולי היקום שלנו הוא פשוט אחד מאותם תרחישים שקורים מפעם לפעם.
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.
שיעורי-הבית שלכם הם לחשוב על זה, להרהר במשמעות של זה. טיעון אחד מפורסם של קרל סייגן הוא שכדי להכין עוגת תפוחים, חובה קודם ליצור את היקום. אבל הוא טעה. לפי תסריט בולצמן, אם רוצים להכין עוגת תפוחים, צריך רק להמתין שהתנועה האקראית של אטומים תיצור את עוגת התפוחים. זה יקרה לעיתים יותר קרובות מאשר שהתנועה האקראית של אטומים תיצור מטע תפוחים וסוכר ותנור, ואז תיצור את עוגת התפוחים. כך שתסריט זה מנבא משהו. לפי אותו תסריט, התנודות שיוצרות אותנו הן מינימליות. גם אם מדמיינים שאולם זה שאנו נמצאים בו קיים והוא אמיתי, ויש לנו לא רק הזכרונות, אבל גם את הרושם שאכן קיים משהו בחוץ הנקרא קלטק וארה"ב וגלקסיית שביל-החלב, זה הרבה יותר קל להתרשמויות השונות להתקיים במוחנו מאשר שהתנודות האקראיות אכן תתגשמנה לצורה של קלטק, ארה"ב והגלקסיה.
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.
החדשות הטובות הן שלכן תסריט זה אינו עובד; הוא לא נכון. התסריט מנבא שאנו צריכים להיות תנודה מינימלית. נניח שקיבלנו את הגלקסיה שלנו, לא נקבל את מאה מיליארד הגלקסיות האחרות. גם פיינמן הבין זאת. פיינמן אמר, "מההנחה שהעולם הוא תנודה, כל התחזיות הן שאם נסתכל על חלק מסויים של העולם שלא ראינו קודם, נגלה שהוא חסר סדר, ולא כמו האזור שראינו קודם -- שהוא בעל אנטרופיה גבוהה. אם הסדר שלנו הוא בגלל תנודה, אין לצפות לסדר בכל מקום אחר אלא רק באותו מקום שראינו. לכן אנו מסיקים שהיקום אינו תנודה." טוב. השאלה עכשיו היא מהי התשובה הנכונה? אם היקום אינו תנודה, מדוע ליקום הקדמוני היתה אנטרופיה נמוכה? הייתי מאוד רוצה להגיד את התשובה, אבל זמני אוזל.
(Laughter)
(צחוק)
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.
הנה היקום שאני מדבר עליו, כנגד היקום שקיים בפועל. הראתי לכם רק את התמונה הזו. היקום מתפשט במשך 10 מיליארד השנים האחרונות. הוא בתהליך של התקררות. אבל אנו יודעים מספיק על עתיד היקום כך שנוכל לומר הרבה יותר. אם האנרגיה השחורה תמשיך להתקיים, הכוכבים סביבנו יכלו את הדלק הגרעיני שלהם ויפסיקו לבעור. הם יקרסו ויהפכו לחורים שחורים. נחיה ביקום שלא יהיה בו כלום מלבד חורים שחורים. יקום זה יתקיים 10 בחזקת 100 שנים -- הרבה יותר ממה שהיקום שלנו התקיים עד עתה. העתיד הרבה יותר ארוך מהעבר. אבל אפילו החורים שחורים לא מתקיימים עד אין-קץ. הם יתאדו, ונישאר עם שום דבר מלבד חלל ריק. החלל הריק יתקיים לנצח. עם זאת, מאחר וחלל ריק פולט קרינה, למעשה יש תנודות תרמיות, והוא עובר בין כל הצירופים השונים האפשריים של דרגות החופש אשר קיימות בחלל ריק. לכן למרות שהיקום מתקיים לנצח, יש רק מספר סופי של דברים שיכולים להתרחש ביקום. הם כולם קורים במשך תקופת זמן השווה ל-10 בחזקת 10 בחזקת 120 שנים.
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.
אז הנה שתי שאלות בשבילכם. 1: אם היקום מתקיים 10 בחזקת 10 בחזקת 120 שנים, מדוע נולדנו ב-14 מיליארד השנים הראשונות שלו, בדמדומים החמים והנעימים שלאחר המפץ הגדול? מדוע לא נולדנו בחלל ריק? אתם תאמרו, "כי אין שם ממה לחיות." אבל זה לא נכון. היינו יכולים להיות תנודה אקראית מתוך האפסות. מדוע אנחנו לא? עוד משימה בשבילכם לבית.
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.
וכפי שאמרתי, אני לא יודע את התשובה. אספר לכם את מה שאני חושב. או שזה ככה וזהו. אין הסבר. שזוהי עובדת-חיים של היקום ושעליכם ללמוד לקבלה ולהפסיק לשאול שאלות. או שאולי המפץ הגדול הוא לא ההתחלה של היקום. ביצה, ביצה שלמה, היא מערך בעל אנטרופיה נמוכה, ובכל זאת, כאשר אנו פותחים מקרר, אנו לא מופתעים למצוא את המערך הזה בעל אנטרופיה נמוכה במקרר. זה בגלל שהביצה אינה מערכת סגורה; היא יוצאת מתרנגולת. אולי היקום שלנו יצא מתרנגולת אוניברסלית. אולי קיים משהו שבאופן טבעי, באמצעות התפתחות חוקי הפיזיקה, הוליד יקום כמו שלנו במצב של אנטרופיה נמוכה. אם זה נכון, זה יתרחש יותר מפעם אחת; אנו עשויים להיות חלק מיקום מקבילי הרבה יותר גדול. זה התסריט החביב עליי.
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.
מארגני הכנס ביקשו ממני לסיים עם השערה נועזת. השערתי הנועזת היא שההיסטוריה תוכיח שצדקתי לגמרי. ש-50 שנה מהיום, כל הרעיונות הפרועים שלי יתקבלו כאמיתות על-ידי הקהילייה המדעית ואחרים. כולנו נאמין שיקומנו הקטן הוא רק חלק קטן מיקום מקבילי הרבה יותר גדול. ויותר מזה, נבין את מה שקרה במפץ הגדול במונחים תאורטיים, ושנוכל להשוות אותם לתצפיות. זהו הניבוי. אולי אני טועה. אבל אנו חושבים מנקודת מבט אנושית, על מה שהיקום היה, ומדוע הוא הפך להיות למה שהוא במשך שנים כה רבות. זה נותן השראה לחשוב שאולי בסוף נדע את התשובה יום אחד.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)