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.
Het heelal is echt groot. We leven in een sterrenstelsel, de melkweg. Er zijn ongeveer honderd miljard sterren in de melkweg. Als je een camera neemt en je richt die op een willekeurig deel van de hemel en je laat de sluiter openstaan - tenminste als je camera aan de Hubble Space Telescope bevestigd is - dan krijg je iets als dit te zien. Elk van deze kleine vlekjes is een melkwegstelsel van ongeveer de grootte van onze melkweg - honderd miljard sterren in elk van die vlekjes. Er zijn ongeveer honderd miljard melkwegstelsels in het waarneembare heelal. 100 miljard is het enige te onthouden getal. De leeftijd van het heelal tussen nu en de oerknal is honderd miljard in hondenjaren (ong. 14 miljard). (Gelach) Dat vertelt je iets over onze plaats in het universum.
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.
Een foto als deze moet je gewoon bewonderen. Ze is zeer mooi. Ik heb me vaak afgevraagd wat de evolutionaire druk is die onze voorouders in de savannes ertoe bracht om zich aan te passen en te evolueren, om echt te kunnen genieten van foto's van melkwegstelsels als ze die nog niet hadden. Maar wij zouden het ook graag begrijpen. Als kosmoloog vraag ik me af waarom het universum is zoals het is? Een grote aanwijzing die we hebben is dat het universum verandert in de tijd. Als je kijkt naar een van deze sterrenstelsels en je meet de snelheid ervan dan zou je vinden dat het van je weg beweegt. Als je kijkt naar een sterrenstelsel dat nog verder weg is dan beweegt dat nog sneller van je weg. Daarom zeggen we dat het heelal uitdijt.
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.
Dat houdt natuurlijk in dat in het verleden alles veel dichter bij elkaar zat. In het verleden was het universum dichter en ook warmer. Als je dingen samenperst, gaat de temperatuur omhoog. Dat begrijpen we. Wat we veel minder begrijpen is dat het universum vroeger, net na de oerknal ook overal gelijk was. Je zou kunnen denken dat dat geen verrassing is. De lucht in deze kamer is ook overal gelijk. Je zou kunnen zeggen: "Misschien hebben de dingen zichzelf zo gelijk gemaakt." Maar de omstandigheden net na de oerknal zijn zeer, zeer verschillend van de toestand van de lucht in deze kamer. In het bijzonder waren de dingen een stuk dichter. De zwaartekracht van die dingen was een stuk sterker net na de oerknal.
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.
Je moet bedenken dat we een universum hebben met honderd miljard melkwegstelsels elk met honderd miljard sterren. Vroeger waren die honderd miljard sterrenstelsels samengeperst in een zo grote ruimte - echt waar. En je moet je voorstellen dat dat samenpersen gebeurde zonder enige onvolkomenheden zonder enige plekjes waar er een paar atomen meer waren dan elders. Want als dat zo zou zijn geweest dan zouden ze door de zwaartekracht samengeklapt zijn tot een groot zwart gat. Het heelal net na de oerknal zo gelijk verdeeld houden is niet gemakkelijk. Het is een delicaat evenwichtsspel. Het is een aanwijzing dat het vroege heelal niet zomaar willekeurig tot stand is gekomen. Er is iets dat het zo heeft gemaakt. Wij willen graag weten wat.
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.
Een deel van de verklaring werd ons gegeven door Ludwig Boltzmann, een Oostenrijks fysicus uit de 19e eeuw. Boltzmanns bijdrage was dat hij ons hielp 'entropie' te begrijpen. Je hebt wel al gehoord van entropie. Het is de willekeur, de wanorde, het chaotische van systemen. Boltzmann gaf ons een formule - nu op zijn grafsteen gegraveerd - die het begrip entropie duidelijk maakt. Het wil eigenlijk gewoon zeggen dat entropie het aantal manieren is waarop we de bestanddelen van een systeem kunnen herschikken, zonder dat je het merkt. Zodat het er macroscopisch hetzelfde blijft uitzien. In de lucht in deze kamer merk je elk individueel atoom niet op. Een lage entropieconfiguratie is er een waarin er slechts een paar schikkingen zijn die er zo uitzien. Een hoge entropieconfiguratie is er een waarin er vele schikkingen zijn die er zo uitzien. Dit is een zeer belangrijk inzicht omdat het ons de tweede wet van de thermodynamica helpt te verklaren - de wet die zegt dat de entropie toeneemt in het universum of in een geïsoleerd stukje van het universum.
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.
De reden waarom de entropie toeneemt, is simpelweg omdat er veel meer manieren zijn om een hoge entropie te hebben dan om een lage entropie te hebben. Dat is een prachtig inzicht maar het laat iets buiten beschouwing. Dit inzicht dat de entropie toeneemt, is overigens wat er achter het idee van 'de pijl van de tijd' zit. Het verschil tussen verleden en toekomst. Elk verschil dat er is tussen het verleden en de toekomst is er omdat de entropie toeneemt - het feit dat je je het verleden kan herinneren, maar niet de toekomst. Het feit dat je geboren bent, leeft en dan doodgaat, altijd in die volgorde, is zo omdat de entropie toeneemt. Boltzmann legde uit dat als je begint met een lage entropie het heel natuurlijk is dat ze toeneemt omdat er meer manieren zijn om hoge entropie te hebben. Wat hij niet uitlegde was de reden waarom de entropie in de eerste plaats ooit laag was.
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?
Het feit dat de entropie van het universum laag was, was een weerspiegeling van het feit dat het vroege heelal heel erg eenvormig was. We willen dat graag begrijpen. Dat is onze taak als kosmologen. Helaas, het is eigenlijk een probleem waar we niet voldoende aandacht aan geven. Het is niet een van de eerste dingen die mensen zouden zeggen als je aan een moderne kosmoloog vroeg: "Wat zijn de problemen die we proberen aan te pakken?" Een van de mensen die dit probleem wel inzag, was Richard Feynman. 50 jaar geleden gaf hij een reeks lezingen. Hij gaf de populaire lezingen die later als "The Character of Physical Law" werden uitgegeven. Hij gaf lezingen aan Caltech ondergegradueerden, die later "The Feynman Lectures on Physics" werden. En lezingen voor Caltech gegradueerden die de "The Feynman Lectures on Gravitation" werden. In elk van deze boeken en elke reeks lezingen benadrukte hij dit vraagstuk: "Waarom had het vroege heelal zo'n kleine entropie?"
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.
Dus hij zegt - ik ben niet van plan om zijn accent na te bootsen - "Om de een of andere reden had het universum ooit een zeer lage entropie voor zijn energie-inhoud en sindsdien is die entropie toegenomen. De pijl van de tijd kan niet volledig worden begrepen voordat het mysterie van het begin van de geschiedenis van het heelal beter wordt begrepen." Dat is onze taak. Daar zijn we al 50 jaar mee bezig en je zou denken dat dat probleem nu van de baan is. Niets is minder waar.
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.
Het probleem werd groter in plaats van kleiner, omdat we in 1998 iets cruciaals over het heelal zijn te weten gekomen. De uitdijing versnelt! Het heelal dijt niet alleen uit. Als je kijkt naar een melkwegstelsel, dan gaat het van ons weg. Kijk je een miljard jaar later opnieuw dan zal het nog sneller van ons weg bewegen. Individuele sterrenstelsels verwijderen zich steeds sneller en sneller van elkaar. Dus zeggen we dat het heelal versneld uitdijt. Waarom de entropie van het vroege heelal laag was, weten we nog niet. Maar we hebben op zijn minst een goede theorie die dat kan verklaren. Als die theorie juist is dan is dat de theorie van de donkere energie. Het is het idee dat lege ruimte zelf energie bezit.
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.
In elke kleine kubieke centimeter ruimte, of daar al of niet iets inzit, of er al dan niet deeltjes, materie, straling of wat dan ook in voorkomt, is er nog steeds energie, zelfs in de ruimte zelf. Deze energie oefent volgens Einstein een druk uit op het universum. Het is een eeuwigdurende impuls die sterrenstelsels uit elkaar duwt. Omdat donkere energie in tegenstelling tot materie of straling niet verdunt als het heelal uitdijt. De hoeveelheid energie in elke kubieke centimeter blijft hetzelfde zelfs als het universum groter en groter wordt. Dit heeft cruciale gevolgen voor wat het universum gaat doen in de toekomst. Het heelal zal eeuwig blijven uitdijen.
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.
Toen ik jullie leeftijd had wisten we niet wat het universum zou gaan doen. Sommige mensen dachten dat het universum in de toekomst terug zou instorten. Einstein was dol op dit idee. Maar als er donkere energie bestaat en ze niet verdwijnt, dan zal het universum voor eeuwig en altijd blijven uitdijen. 14 miljard jaar of 100 miljard hondenjaren zijn voorbij maar een oneindig aantal jaren liggen in het verschiet. Ondertussen ziet de ruimte er voor ons eindig uit. Ruimte kan eindig of oneindig zijn maar omdat het heelal steeds sneller uitdijt bestaan er delen die we niet kunnen zien en nooit zullen zien. We hebben slechts toegang tot een eindig deel van de ruimte dat omgeven is door een horizon. Dus hoewel de tijd eeuwig gaat duren is de ruimte voor ons beperkt. Ten slotte heeft de lege ruimte een temperatuur.
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?
In de jaren '70 vertelde Stephen Hawking ons dat een zwart gat, ook al denk je dat het alleen maar zwart is, straling uitzendt, als je rekening houdt met de kwantummechanica. De kromming van de ruimte-tijd rond het zwarte gat roept kwantummechanische fluctuaties op en het zwarte gat straalt. Een nauwkeurig gelijkaardige berekening door Hawking en Gary Gibbons toonde aan dat, als je in de lege ruimte donkere energie hebt, het hele universum straling produceert. De energie van de lege ruimte roept kwantumfluctuaties op. Dus zelfs als het heelal eeuwig zou blijven bestaan en gewone materie en straling weg zullen verdunnen dan zal er zelfs in die lege ruimte altijd wat straling, wat thermische fluctuaties, overblijven. Dit betekent dat het heelal eruitziet als een eeuwigdurende doos vol gas. Wat houdt dat in?
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.
Dat werd door Boltzmann al in de 19e eeuw bestudeerd. Hij zei dat de entropie toeneemt want er zijn veel veel meer manieren voor het universum om een hoge entropie te hebben, eerder dan een lage entropie. Maar dat is een probabilistische verklaring. Ze zal waarschijnlijk toenemen en de kans erop is enorm groot. Iets waar je je geen zorgen over hoeft te maken is dat de lucht in deze zaal zich in één hoek van de zaal zal verzamelen, zodat we zullen stikken. Dat is zeer, zeer onwaarschijnlijk. Behalve als ze de deuren op slot hielden en ons hier letterlijk voor eeuwig binnenhielden, zal dat ooit gebeuren. Alles wat is toegestaan elke configuratie die de moleculen in deze kamer kunnen innemen zal zich uiteindelijk ooit voordoen.
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.
Boltzmann zegt dat je kan beginnen met een universum in thermisch evenwicht. Hij wist nog niets over de oerknal. Hij wist niets over de uitdijing van het heelal. Hij dacht dat ruimte en tijd werden verklaard door Isaac Newton - ze waren absoluut; ze zouden er voor altijd zijn. Dus zijn idee van een natuurlijk universum was er een waarin de luchtmoleculen gewoon gelijkmatig verspreid waren - - alle moleculen overigens. Maar als je Boltzmann bent, dan weet je dat als je maar lang genoeg wacht, de willekeurige fluctuaties van deze moleculen hen zo nu en dan in lagere entropieconfiguraties zullen brengen. Maar dat ze zich daarna in de natuurlijke loop der dingen terug zullen verspreiden. Het is dus niet zo dat entropie altijd moet toenemen - je kan fluctuaties naar lagere entropie, naar meer georganiseerde situaties hebben.
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.
Als dat waar is komt Boltzmann vervolgens op twee zeer modern klinkende ideeën: het multiversum en het antropisch principe. Het probleem met een thermisch evenwicht is dat daarin geen leven mogelijk is. Vergeet niet dat het leven zelf afhankelijk is van de pijl van de tijd. We zouden niet in staat zijn om informatie te verwerken, te metaboliseren, te lopen en te praten als we in thermisch evenwicht zouden verkeren. Stel je een zeer, zeer groot universum voor, een oneindig groot heelal, met willekeurig tegen elkaar aan botsende deeltjes. Af en toe zullen daarin kleine fluctuaties naar lagere entropiestaten ontstaan om dan weer te verdwijnen. Maar er zullen ook grote schommelingen voorkomen. Af en toe krijg je een planeet, een ster, een melkwegstelsel of honderd miljard sterrenstelsels. Dus zegt Boltzmann dat wij alleen maar in dat deel van het multiversum kunnen voorkomen, waar zich deze immens grote reeks van fluctuaties heeft voorgedaan, waar leven mogelijk is. En dat is de plaats waar de entropie laag is. Misschien is ons universum slechts één van die dingen die af en toe gebeuren.
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.
Als huiswerk moeten jullie eens nadenken wat dit betekent. Een beroemde uitspraak van Carl Sagan was dat je "om een appeltaart te maken je eerst een universum moest uitvinden." Maar dat klopt niet. In Boltzmanns scenario moet je om een appeltaart te krijgen gewoon wachten tot de willekeurige beweging van atomen je een appeltaart oplevert. Dat zal veel vaker gebeuren dan dat de willekeurige bewegingen van atomen je een appelboomgaard, alle ingrediënten en een oven opleveren waarmee je vervolgens een appeltaart kan maken. Dit scenario maakt voorspellingen. En de voorspellingen zijn dat de schommelingen, die ons doen ontstaan, minimaal zijn. Stel je voor dat de zaal waarin we ons nu bevinden echt bestaat en wij hier zijn en dat we niet alleen onze eigen herinneringen hebben, maar ook het idee dat er daarbuiten zoiets als Caltech, de Verenigde Staten en de melkweg bestaan. Het is veel eenvoudiger dat al die indrukken willekeurig in je hersenen rondzweven dan dat de dingen daadwerkelijk zo willekeurig fluctueren dat Caltech, de Verenigde Staten en de melkweg echt ontstaan.
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.
Het goede nieuws is dat dit scenario daarom niet werkt; het klopt niet. Dit scenario voorspelt dat we een minimale schommeling moeten zijn. Zelfs als je ons melkwegstelsel erbuiten laat, ga je geen honderd miljard andere sterrenstelsels krijgen. Dat had Feynman ook begrepen. Feynman zegt: "Vanuit de hypothese dat de wereld een fluctuatie is geven alle voorspellingen aan dat als we naar een deel van de wereld, dat we nog nooit eerder hebben gezien, kijken, we het chaotisch moeten vinden en niet zo geordend als we het net hebben gezien - met hoge entropie dus. Als onze orde te wijten was aan een fluctuatie, zouden we nergens anders orde verwachten, behalve waar we ze zojuist hebben opgemerkt. We concluderen daarom dat het universum geen fluctuatie is." Dat is goed. Maar wat is dan het juiste antwoord? Als het universum geen fluctuatie is waarom had het vroege heelal dan een lage entropie? Ik zou het jullie graag vertellen maar mijn tijd zit er bijna op.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Hier is het universum waar we het over hadden versus het universum dat echt bestaat. Ik liet net dit beeld zien. Het heelal dijt al zo'n 10 miljard jaar uit. Het koelt af. Maar we weten nu genoeg over de toekomst van het heelal om nog veel meer te kunnen zeggen. Als de donkere energie echt zal blijken te bestaan zullen de sterren om ons heen hun nucleaire brandstof opgebruiken en uitdoven. Ze zullen tot zwarte gaten vervallen. Er zal dan een universum met alleen maar zwarte gaten zijn. Dat universum zal zo'n 10 tot de 100ste jaar blijven bestaan - veel langer dan dat ons kleine universum al heeft bestaan. De toekomst gaat veel langer duren dan het verleden. Maar zelfs zwarte gaten zijn niet voor eeuwig. Zij zullen verdampen en er zal niets dan lege ruimte overblijven. Die lege ruimte zou eeuwig blijven bestaan. Maar doordat lege ruimte straling afgeeft zullen er zich thermische schommelingen voordoen. Alle verschillende mogelijke combinaties van graden van vrijheid, die er in de lege ruimte bestaan, zullen zich voordoen. Dus zelfs als het universum eeuwig duurt, is er slechts een eindig aantal dingen dat daarin mogelijk zal kunnen gebeuren. Ze zullen allemaal gebeuren over een tijdsduur van 10 tot de 10e tot de 120ste jaar.
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.
Hier zijn twee vragen voor jullie. Nummer één: Als het universum 10 tot de 10e tot de 120ste jaar duurt waarom zijn wij dan geboren in de eerste 14 miljard jaar van het warme, comfortabele nagloeien van de oerknal? Waarom bestaan wij niet in de lege ruimte? Je zou kunnen zeggen "Nou, daar is niets om leven mogelijk te maken." maar dat is geen goed antwoord. Je kon een toevallige fluctuatie van het niets zijn. Waarom ben je dat niet? Nog meer huiswerk voor je.
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.
Zoals ik al zei ken ik het antwoord ook niet. Maar ik ga jullie mijn favoriete scenario vertellen. Ofwel is het gewoon zo en is er geen uitleg. Dat is nu eenmaal een rauw feit over het heelal dat je moet leren aanvaarden en ophouden met vragen te stellen. Of misschien is de oerknal niet het begin van het universum. Een ei, een heel ei, heeft een lage entropieconfiguratie en toch roepen wij bij het openen van onze koelkast niet: "Ach kijk, nooit gedacht zo'n lage entropieconfiguratie in onze koelkast aan te treffen." Dat komt omdat een ei geen gesloten systeem is; het komt uit een kip. Misschien komt het universum uit een universele kip. Misschien is er iets dat van nature door de evolutie van de wetten van de natuurkunde, aanleiding geeft tot een universum als het onze, in lage entropieconfiguraties. Als dat waar is, zou het meer dan eens moeten gebeuren; wij zouden dan een deel van een veel groter multiversum zijn. Dat is mijn favoriete scenario.
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.
De organisatoren vroegen me om te eindigen met een gewaagde speculatie. Mijn gewaagde speculatie is dat de geschiedenis mij gelijk zal geven. Binnen 50 jaar zullen al mijn huidige wilde ideeën als waarheden aanvaard worden door de wetenschappelijke en overige gemeenschappen. We zullen allemaal geloven dat ons kleine universum slechts een klein onderdeel is van een veel groter multiversum. Nog beter, we zullen begrijpen wat er gebeurd is bij de oerknal in termen van een theorie die met de observaties overeen komt. Dit is een voorspelling. Ik kan het mis hebben. Maar we hebben als menselijk ras nagedacht over wat het universum was, waarom het werd wat het nu al zolang is. Het is spannend om te denken dat we het antwoord ooit zullen kennen.
Thank you.
Dank je.
(Applause)
(Applaus)