String theory and the hidden structures of the universe - Clifford Johnson

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

المترجم: nirmin alhashoum المدقّق: Anwar Dafa-Alla

So I work on trying to understand

انا اعمل محاولاً لفهم

how the universe works at the very basic level,

كيف يعمل الكون في أبسط مستوى،

the most basic level we can find.

أي أبسط مستوى نستطيع إيجاده.

So, when you try in your everyday life

لذا عندما تحاول في حياتك اليومية

to try and work out how something works,

تجريب و اكتشاف طريقة عمل شيءٍ ما،

what you're actually doing is you're looking for

فما ستفعله حقاً أنك ستبحث

what I call hidden structures.

عمّا أسميه بنيات مخفية.

For example, you take something like your cell phone,

ستأخذ شيء كهاتفك الخلوي على سبيل المثال،

your smart phone,

أو هاتفك الذكي،

it's a complicated object,

إنه شيء معقد،

and you might wonder how it works.

وقد تتساءل كيف يعمل.

Well, what you can do is go in

ما تستطيع فعله حقاً هو

and actually take it apart.

ان تأخذه و تقوم بتفكيكه.

You'll void the warranty, but that's OK.

ستُلغى الكفالة لكن لا بأس.

And you'll go in and what you'll find

ستفتحه و تجد أنه

is that it's made of tiny little electronic components.

مؤلف من مكونات الكترونية شديدة الصغر،

And those electronic components are actually moving around

و هذه المكونات الالكترونية تتحرك بالفعل

a certain kind of particle that we know

حول جزيء محدد نعرفه

that's called the electron,

و هو ما ندعوه الالكترون،

and that's where the name "electronics" comes from.

و منه أتت تسمية 'الالكترونيات'.

So if you know the actual rules

إن كنت تعرف القوانين

of how to put those things together,

الفعلية لجمع هذه الاشياء معاً

you can actually make your smart phone

فبامكانك صنع هاتفك الذكي

or you could make various other electronic devices as well.

بالإضافة الى عدة أجهزة الكترونية أخرى.

So, there are people like myself

هناك اشخاص مثلي يقومون

who, actually for a living, try and do this sort of thing

بهذا النوع من الاشياء لتأمين المعيشة،

not just for, say, a cell phone or its components,

و لا أقصد فقط الهاتف الذكي و مكوناته،

but asking what, say, your hand is made of,

بل أشياء أخرى كمكونات يدك،

or the chair you're sitting in,

أو مكونات الكرسي الذي تجلس عليه،

or the planet Earth,

أو كوكب الأرض،

the sun,

أو الشمس ،

the stars,

the entire universe.

أو النجوم،

أو الكون بأكمله.

And so, using various kinds of instruments

باستخدام العديد من الآلات

and observations

و الملاحظات

and experiments,

و التجارب،

we've been able to probe deeper and deeper over the years,

تمكنّا أن نتعمق بالبحث أكثر عبر السنوات،

and we now know that the matter that we're made of

و الآن بتنا نعرف المادة التي تكوننا.

and that we see around us

الأشياء من حولنا مكونة

is actually made of tiny little elementary particles.

بالفعل من جزيئات أولية متناهية الصغر.

And elementary particles interact with each other

هذه الجزيئات تتفاعل فيما بينها

via the forces of nature,

بفعل قوى الطبيعة،

but we've also discovered

بل و اكتشفنا كذلك

that those forces of nature themselves actually operate

أن قوى الطبيعة ذاتها تعمل

by exchanging elementary particles as well.

عن طريق تبادل جزيئات أولية ايضا.ً

They're actually particles of force that are exchanged

إنها بالحقيقة جزيئات الدفع متبادلةً

by the particles of matter.

مع جزيئات المادة.

And you may have heard this year

و قد تكون سمعت هذا العام

that there was big news,

أن هناك خبر عظيم

a major announcement in this story,

و إعلان بارز في هذا الشأن

the Large Hadron Collider, the LHC,

هو مسرع الهدرونات الكبير 'م ه ك'

a huge experiment in Europe,

"التجربة العظيمة في أوربا التي

has actually uncovered a Higgs boson,

اكتشفت الجزيء المسمى 'بوزون هيغز'".

and that particle's job is to interact

ووظيفة هذا الجزيء هي التفاعل

with the various elementary particles

مع الجزيئات الأولية المختلفة

and give them the masses that we observe.

و إعطائها الكتل التي نلاحظها.

So, this exciting picture is analogous

اذا ً هذه الصورة المثيرة مشابهة

to the one I showed you for the cell phone.

لصورة الهاتف الخلوي التي أريتكم اياها.

We have the components

لدينا المكونات

and we have the rules of particle theory,

ولدينا القوانين ل 'نظرية الجزيء'،

as it's called,

كما تدعى،

by which these all operate

و التي يدار كل شيء بواسطتها

and give rise to the various things.

و تعطي دفع لعدة اشياء.

Now, we actually think that we've only just

الآن نعتقد أننا قمنا فقط

scratched the surface of finding this quantum world,

بخدش السطح لايجاد هذا العالم الكمي،

the hidden structure of our world.

و البنية المخفية لعالمنا.

Let me give you three examples

دعوني أعطيكم ثلاث أمثلة

of the puzzles we're still working on.

للألغاز التي ما زلنا نعمل عليها.

So, what I did is I gathered the particles up

ما فعلته هو أنني جمعت هذه الجزيئات

into the patterns that they tend to form,

ضمن الأنماط التي تميل لتشكيلها،

but we don't know where those patterns come from.

و التي لا نعرف منشأها.

We know how to describe the particles,

فنحن نعرف صفات الجزيئات،

but we don't know where the patterns come from.

لكنّنا لا نعرف منشأ أنماطها.

When you see patterns in science,

عندما ترى أنماطا في العلم،

you look for a hidden structure,

فانك تبحث عن بنية مخفية،

so that's one of the things.

و هذا أحد الأشياء.

Also, we now know that there's a huge amount

نحن نعلم أيضاً أن هناك مقدار هائل

more matter out there

من المادة في الخارج

than just the things that I was just talking about.

أكثر من اﻻشياء التي كنت أتحدث عنها،

That stuff is called dark matter.

و هذا ما نسميه المادة المظلمة،

We don't know what it is,

التي لا نعلم ماهيتها

and we'd like to be able to get it

و نأمل ان نستطيع الحصول عليها،

and experiment with it and figure out what it is.

و أن نجري تجارب لنكتشف ماهيتها.

And then, the other thing I'd like to talk about

ثم الشيء الآخر الذي أريد التحدث عنه

is the fact that the force of gravity,

هو الحقيقة أن قوة الجاذبية،

perhaps the most familiar force we know,

و هي ربما أكثر قوة مألوفة نعرفها،

when you get down to the quantum level,

عندما تصل الى مستوى الكمية،

it actually doesn't operate

فانها بالحقيقة لا تعمل

according to those rules of particle theory.

حسب قوانين نظرية الجزيء،

So, given that gravity is actually about the shape

أي على أساس أن الجاذبية تتعلق

of space and time as Einstein taught us,

بالحيز و الزمن كما علمنا اينشتاين،

we, in working out what the quantum story of gravity is,

ففي حل مسألة الكتلة المتعلقة بالجاذبية

which we call quantum gravity,

التي نسميها جاذبية الكم

we hope to get to groups of questions like,

نأمل بحل مجموعة مسائل مثل:

are there particles of space and time itself

هل هناك جزيئات مكان و زمن بحد ذاتها؟

and how do they fit together?

و كيف تتناسب مع بعضها؟

What are the rules?

و ما هي القوانين؟

So, this leads us to things

فهذا يقودنا لأشياء

like studying where it all began,

كدراسة منشئها

13.7 billion years ago,

منذ 13.7 مليار سنة

the Big Bang.

و الانفجار العظيم.

We know matter and energy

نحن نعرف المادة و الطاقة

as we understand it was created,

كما ندرك أنه تم انشاؤها،

but also, space and time itself.

و المكان و الزمن نفسه أيضاً،

So those are the sorts of things

فهذا النوع من الأشياء

we study in this quest.

هو ما ندرسه في هذا البحث.

Also, we have things that are around us today,

لدينا أشياء حولنا اليوم أيضاً

such as black holes,

كالثقوب السوداء

which are very important clues.

و هي دلائل مهمة جدا.

They're actually holes in space

إنها ثقوب في الفضاء

that we'd like to understand.

نرغب بفهمها.

Also, the newly discovered dark energy,

كذلك الطاقة المظلمة المكتشفة حديثاً

which is the tendency of space

و هي ميل الفضاء

all through the universe to accelerate its expansion.

عبر الكون ليزيد من تمدده.

So scientists are working on these kinds of things,

العلماء يعملون على هذا النوع من الاشياء.

trying to understand what we think is now the case

هم يحاولون فهم المسألة الحالية كما نراها

that there's not just hidden structures

أنه ليس هناك بنيات مخفية

of matter and energy,

للمادة و الطاقة فقط

but also space and time.

بل للحيز و الزمن أيضاً.

So the question is, what are the rules?

فالسؤال هو : ماهي القوانين؟

And there are many approaches to this,

هناك عدة فرضيات لهذا

and one of them is one you may have heard of,

و قد تكون سمعت بإحداها

called string theory.

وهي 'نظرية الاوتار'.

And so it is one of many approaches

وبذلك هي إحدى الفرضيات

and we don't know if it's right yet,

و لا نعلم مدى صحتها بعد.

we're not finished developing the theory,

نحن لم ننتهي من تطوير النظرية،

but it's given us some really exciting, tantalizing hints.

لكنها أعطتنا إشارات ملفتة و مثيرة.

I'd like to tell you about a few of them.

أود اطلاعكم على بعضها:

So, one of them is simply that you take away

إحداها أن تستبعد ببساطة

the idea of looking for a tiny quantum particle,

فكرة البحث عن جزيئات الكم الصغيرة

you look instead for an extended object,

و تبحث بدل ذلك عن جسم متمدد؛

a string, which can vibrate.

عن وتر يمكنه الاهتزاز.

And it actually gives you some exciting opportunities

و هذا حقيقة ً يعطيك فرص مثيرة

because, for example, it would say

لأنه يخبرك على سبيل المثال

if we've missed that hidden structure

أنك اذا لم تبحث بدقة كافية

by not looking closely enough,

لإيجاد هذه البنيات المخفية

we wouldn't realize that many different kinds of particles

فلن تدرك أن هناك انواع جزيئات مختلفة

are just different vibrations of the same string,

تشكل اهتزازات مختلفة لنفس الوتر،

which is a really exciting possibility

و هذا احتمال مثير حقاً

and a huge simplification.

و تبسيط كبير.

So that's one of the ideas.

و هذه إحدى الأفكار.

The other thing that's really exciting about string theory

هناك شيء آخر ممتع حقاً حول نظرية الأوتار

is that one of those particles it describes

هو أن أحد الجزيئات التي تصفها

is actually the missing quantum of gravity

هو جزيء الجاذبية المفقود

that we have been trying to understand.

و الذي نحاول فهمه.

And then the other thing is that strings actually,

ثم شيء آخر عن هذه الاوتار أنها بالحقيقة

instead of one wanting just to move in the dimensions,

بدل أن تميل للحركة ضمن الأبعاد،

the three space dimensions that we are familiar with,

أي أبعاد الفضاء الثلاثة التي نألفها،

actually seem to want to move in higher dimensions.

فانها تميل للحركة ضمن أبعاد أعلى.

So we have this idea, then,

بعد أن أصبح لدينا هذه الفكرة،

what would it mean for our world,

ما الذي ستعنيه بالنسبة لعالمنا،

if this were anything to do with our world,

اذا كان لها معنى ًفيه،

and we don't know that yet?

و نحن لا نعرفه بعد ؟

Here's a way that our world would arise from that.

هذه طريقة قد يكون عالمنا تكون تبعا ً لها،

You would have our world,

سيتكون عالمنا،

and then one of the hidden structures

ثم ستصبح احدى البنيات المخفية

would be hidden chunks in space time

كتل مخفية في الزمن الفضائي

that are not visible, those extra dimensions.

لا نستطيع رؤيتها و هي الأبعاد الاضافية.

And then the various particles that we see in the world

هذه الجزيئات العديدة التي نراها بالعالم

would come from being vibrations of strings

ستنشأ من كونها اهتزازات أوتار،

and those patterns we saw that we can't explain

و ما رأينا من الأنماط التي لا نستطيع شرحها

come from the fact that the strings can probe

تنشأ من حقيقة أن الأوتار تستطيع التغلغل

and feel the shape of those internal dimensions.

و تتحسس شكل هذه الأبعاد الداخلية.

So, one of the things, then, is

حينها يكون لدينا مسألة أنه:

can we actually test this?

أيمكننا حقا ً اختبار هذا؟

This is a lovely idea, but how do we confront this

إنها فكرة جميلة، لكن كيف نواجه هذا

with real experiments and observations

بالتجارب الحقيقية و الملاحظات،

because we're doing science here?

بما أننا نقوم بأبحاث علمية هنا؟

And that's the hard thing.

هنا تكمن الصعوبة.

We think that the energy you need

نحن نعتقد أن الطاقة التي تحتاجها

to probe the tiny-enough scales

للوصول الى درجات بالصغر الكافي

to see the strings if they're there,

لرؤية هذه الأوتار إن وجدت، هي

is more than we can hope to get any time soon.

أكبر مما يمكننا الحصول عليه في وقت قريب.

But what we can do is we can look

لكن ما نستطيع فعله هو البحث

for the consequences of those hidden structures,

عن نتائج هذه البنيات المخفية،

we can look for how those things show up in physics

يمكننا البحث عن طريقة ظهورها بالفيزياء،

that we can get access to.

التي نستطيع الولوج اليها.

So, that's why we study things like

هذا ما يدفعنا لدراسة أشياء

dark matter,

كالمادة المظلمة

black holes,

و الثقوب السوداء

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

و الطاقة المظلمة،

و كذلك نفحص بقايا الكون البدائي،

the cosmic microwave background that satellites.

و خلفية الامواج الكونية التي تبث،

And, importantly, we look for clues

و الأهم نبحث عن نتائج

from the various kinds of particle physics experiments,

من تجارب الفيزياء الجزيئية المتنوعة

like the LHC.

مثل "م ه ك".

So, one last thing, then,

آخر شيء هو

is a new thing that's been going on.

شيء جديد الحصول

String theory may turn out to be useful

أن نظرية الأوتار قد تصبح مفيدة

in other areas of physics.

في مجالات فيزيائية أخرى،

There are new kinds of experiments

فهناك أنواع جديدة للتجارب

that start out, say, with our friend the electron,

تبدأ بصديقنا 'الالكترون' لنقل،

and actually show that in certain circumstances,

و تظهر أنه ضمن ظروف محددة

the electrons interact in a way

فإن الالكترونات تتفاعل

that give you completely new,

بطريقة ما لتعطيك تصرفات غريبة

weird kinds of behavior.

جديدة كليا.ً

And there are models that show

و هناك أنماط تظهر أن

that string theory's actually the best way.

نظرية الأوتار بالفعل أفضل حل،

In some circumstances,

فباستخدام قوانين نظرية الأوتار

using the rules of string theory,

ضمن ظروف محددة

you can actually explain that sort of behavior.

يمكنك شرح هذه التصرفات.

So this gives us an exciting possibility,

و هذا ما يعطينا احتمالات مثيرة

there's real experiments you can do

أنه يمكنك اجراء تجارب على

with these electrons

هذه الالكترونات

that will help us shape the rules

تساعدنا في وضع قوانين

for what string theory is.

لتوضيح نظرية الأوتار،

And you might go,

و يمكنك القول أننا

"Well, OK, that's going to give us

بذلك سنحصل على

maybe some fancy new kind of electronics

الكترونيات جديدة مبهرة

that we can make a better cell phone with."

تمكنّنا من صنع هواتف خلوية أفضل.

But, what I'm saying that those rules

لكن ما أقوله أن هذه القوانين

may actually be the same rules we're looking for

قد تكون نفس القوانين التي نبحث عنها

to see if string theory can help us

لاختبار قدرة نظرية الأوتار

with these bigger questions.

في مساعدتنا لفهم المسائل الأكبر،

So, at the end of the day,

ففي آخر المطاف قد

the hidden structures of the universe we're looking for,

تكون البنيات المخفية التي نبحث عنها

may, one day, be right under our noses.

في الكون أمام ناظرنا.

Thank you.

شكراً لكم.