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

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

So I work on trying to understand

אז אני מנסה להבין

how the universe works at the very basic level,

איך היקום עובד ברמה מאוד בסיסית,

the most basic level we can find.

הרמה הכי בסיסית שאפשר למצוא.

So, when you try in your everyday life

אז, כשאתם מנסים בחיי היום יום

to try and work out how something works,

לנסות להבין איך משהו עובד,

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

מה שאתם בעצם עושים זה לחפש

what I call hidden structures.

מה שאני קורא לו מבנים חבויים.

For example, you take something like your cell phone,

לדוגמה, אתם לוקחים משהו כמו הטלפון הסלולרי שלכם,

your smart phone,

הסמארטפון שלכם,

it's a complicated object,

זה אובייקט מורכב,

and you might wonder how it works.

ואתם אולי תוהים איך הוא עובד.

Well, what you can do is go in

ובכן, מה שאתם יכולים לעשות הוא להכנס

and actually take it apart.

ולמעשה לפרק אותו.

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

אתם תפרו את האחריות, אבל זה בסדר.

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

ואתם תכנסו ומה שאתם תמצאו

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

זה שהוא עשוי מרכיבים אלקטרוניים זעירים.

And those electronic components are actually moving around

והרכיבים האלקטרוניים האלה למעשה מזיזים

a certain kind of particle that we know

סוג של חלקיק שאנחנו יודעים

that's called the electron,

שנקרא אלקטרון,

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

ומשם באה המילה אלקטרוניקה.

So if you know the actual rules

אז אם אתם יודעים את הכללים

of how to put those things together,

של איך להרכיב אותם,

you can actually make your smart phone

אתם יכולים למעשה ליצור סמארטפון משלכם

or you could make various other electronic devices as well.

או שאתם יכולים ליצור מכשירים אלקטרוניים שונים אחרים.

So, there are people like myself

אז, יש אנשים כמוני

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

שלמעשה למחייתם, מנסים לעשות דבר כזה

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

לא רק, נגיד, לסלולריים או הרכיבים שלהם,

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

אלא שואלים ממה, נגיד, היד שלכם עשויה,

or the chair you're sitting in,

או הכסא שאתם יושבים עליו,

or the planet Earth,

או כדור הארץ,

the sun,

השמש,

the stars,

the entire universe.

הכוכבים,

היקום כולו.

And so, using various kinds of instruments

וכך, בשימוש במכשירים שונים

and observations

ותצפיות

and experiments,

וניסויים,

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

אנחנו מסוגלים לגשש עמוק יותר ויותר במהלך השנים,

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

ואנחנו יודעים עכשיו שהחומר ממנו אנחנו עשויים

and that we see around us

ומה שאנחנו רואים סביבנו

is actually made of tiny little elementary particles.

למעשה עשוי מחלקיקי יסוד זעירים.

And elementary particles interact with each other

וחלקיקים אלמנטריים פועלים אחד על השני

via the forces of nature,

דרך כוחות הטבע,

but we've also discovered

אבל גם גילינו

that those forces of nature themselves actually operate

שהכוחות האלה בעצמם פועלים

by exchanging elementary particles as well.

על ידי החלפה של חלקיקים בסיסיים.

They're actually particles of force that are exchanged

הם למעשה חלקיקים של כוח שמוחלפים

by the particles of matter.

על ידי חלקיקי החומר.

And you may have heard this year

ואתם אולי שמעתם השנה

that there was big news,

שהיו חדשות גדולות,

a major announcement in this story,

הודעה חשובה בסיפור הזה,

the Large Hadron Collider, the LHC,

מרסק ההדרונים הגדול, ה LHC,

a huge experiment in Europe,

ניסוי ענק באירופה,

has actually uncovered a Higgs boson,

גילה למעשה את בוזון היגס,

and that particle's job is to interact

והתפקיד של החלקיק הזה הוא לתקשר

with the various elementary particles

עם חלקיקים בסיסיים שונים

and give them the masses that we observe.

ולתת להם את המסה שאנחנו מבחינים בה.

So, this exciting picture is analogous

אז, התמונה המרגשת הזו היא אנלוגית

to the one I showed you for the cell phone.

לזו שהראיתי לכם בטלפון הסלולרי.

We have the components

יש לנו חלקים

and we have the rules of particle theory,

ויש לנו חוקים של תאוריית החלקיקים,

as it's called,

כמו שזה נקרא,

by which these all operate

על פיה כולם פועלים

and give rise to the various things.

ונותנים קיום לדברים שונים.

Now, we actually think that we've only just

עכשיו, אנחנו למעשה חושבים שרק

scratched the surface of finding this quantum world,

גרדנו את פני השטח במציאת העולם הקוואנטי,

the hidden structure of our world.

המבנה החבוי של העולם.

Let me give you three examples

אתן לכם שלוש דוגמאות

of the puzzles we're still working on.

של הפאזלים שאנחנו עדיין עובדים עליהם.

So, what I did is I gathered the particles up

אז, מה שעשיתי זה לאסוף את החלקיקים

into the patterns that they tend to form,

לתבניות שהם נוטים ליצור,

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

אבל אנחנו לא יודעים מאין מגיעות התבניות האלו.

We know how to describe the particles,

אנחנו יודעים איך לתאר את החלקיקים,

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

אבל איננו יודעים מהיכן מגיעות התבניות.

When you see patterns in science,

כשאתם רואים תבניות במדע,

you look for a hidden structure,

אתם מחפשים את המבנה החבוי,

so that's one of the things.

אז זה אחד מהדברים.

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

כמו כן, אנחנו יודעים שיש כמות עצומה

more matter out there

של חומר נוסף שם בחוץ

than just the things that I was just talking about.

ממה שכרגע דיברתי עליו.

That stuff is called dark matter.

החומר הזה נקרא חומר אפל.

We don't know what it is,

אנחנו לא יודעים מה זה,

and we'd like to be able to get it

והיינו רוצים להיות מסוגלים להשיג אותו

and experiment with it and figure out what it is.

ולהתנסות איתו ולהבין מה הוא.

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

ואז, הדבר הנוסף שהייתי רוצה לדבר עליו

is the fact that the force of gravity,

הוא העובדה שכוח הכבידה,

perhaps the most familiar force we know,

אולי הכוח המוכר ביותר לנו,

when you get down to the quantum level,

כשאתם מגיעים לרמה הקוואנטית,

it actually doesn't operate

הוא למעשה לא פועל

according to those rules of particle theory.

לפי החוקים של תאורית החלקיקים.

So, given that gravity is actually about the shape

אז, בהתחשב שהכבידה נוגעת לצורה

of space and time as Einstein taught us,

של החלל והזמן כמו שאיינשטיין לימד אותנו,

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

אנחנו, בעבודה על מהו הסיפור של כבידה קוואנטית,

which we call quantum gravity,

שאנחנו קוראים לה כבידה קוואנטית,

we hope to get to groups of questions like,

אנחנו מקווים שיהיו לנו שאלות כמו,

are there particles of space and time itself

האם יש חלקיקים של חלל וזמן עצמו

and how do they fit together?

ואיך הם מתחברים יחד?

What are the rules?

מהם החוקים?

So, this leads us to things

אז, זה מוביל אותנו לדברים

like studying where it all began,

כמו בחינה של היכן הכל החל,

13.7 billion years ago,

לפני 13,7 מיליארד שנים,

the Big Bang.

המפץ הגדול.

We know matter and energy

אנחנו יודעים שהחומר והאנרגיה

as we understand it was created,

כמו שאנחנו מבינים אותם נוצרו,

but also, space and time itself.

אבל גם החלל והזמן עצמו.

So those are the sorts of things

אז אלה סוג הדברים

we study in this quest.

שאנחנו לומדים במסע הזה.

Also, we have things that are around us today,

כמו כן, יש דברים סביבנו היום,

such as black holes,

כמו חורים שחורים,

which are very important clues.

שהם רמזים ממש חשובים.

They're actually holes in space

הם למעשה חורים בחלל

that we'd like to understand.

שהיינו רוצים להבין.

Also, the newly discovered dark energy,

וגם, האנרגיה השחורה שהתגלתה לאחרונה,

which is the tendency of space

שזו הנטיה של החלל

all through the universe to accelerate its expansion.

בכל היקום להאיץ את ההתפשטות שלו.

So scientists are working on these kinds of things,

אז מדענים עובדים על דברים מהסוג הזה,

trying to understand what we think is now the case

מנסים להבין מה אנחנו חושבים שהמקרה הוא עכשיו

that there's not just hidden structures

שיש לא רק מבנה חבוי

of matter and energy,

של חומר ואנרגיה,

but also space and time.

אלא גם של חלל וזמן.

So the question is, what are the rules?

אז השאלה היא, מה הם החוקים?

And there are many approaches to this,

ויש המון גישות לזה,

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

ואחת מהן היא אחת שאולי שמעתם עליה,

called string theory.

שנקראת תיאוריית המיתרים.

And so it is one of many approaches

אז זו אחת מהגישות

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

ואנחנו לא יודעים אם היא הנכונה,

we're not finished developing the theory,

אנחנו לא סיימנו לפתח את התיאוריה,

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

אבל היא נתנה לנו רמזים ממש מרגשים ומפתיעים.

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

הייתי רוצה לספר לכם על כמה מהם.

So, one of them is simply that you take away

אז, אחד מהם הוא פשוט שהם לוקחים

the idea of looking for a tiny quantum particle,

את הרעיון של חיפוש אחר חלקיקים קוואנטיים זעירים,

you look instead for an extended object,

אתם מחפשים במקום אובייקט מורחב,

a string, which can vibrate.

מיתר, שיכול לרטוט.

And it actually gives you some exciting opportunities

והוא למעשה נותן לכם כמה אפשרויות מרגשות

because, for example, it would say

מפני, שלדוגמה, זה יגיד

if we've missed that hidden structure

שאם פיספסנו את המבנה הפנימי החבוי

by not looking closely enough,

בכך שלא הסתכלנו מספיק מקרוב,

we wouldn't realize that many different kinds of particles

לא נבין שחלקיקים שונים רבים

are just different vibrations of the same string,

הם בעצם רטטים שונים של אותו מיתר,

which is a really exciting possibility

שזו אפשרות ממש מרגשת

and a huge simplification.

והפשטה עצומה.

So that's one of the ideas.

אז זה אחד מהרעיונות.

The other thing that's really exciting about string theory

הדבר הנוסף שממש מרגש בתיאורית המייתרים

is that one of those particles it describes

הוא שאחד החלקיקים האלה שהיא מתארת

is actually the missing quantum of gravity

הוא למעשה הקוונטום החסר של הכבידה

that we have been trying to understand.

שניסינו להבין.

And then the other thing is that strings actually,

ואז הדבר הנוסף הוא שמיתרים למעשה,

instead of one wanting just to move in the dimensions,

במקום אחד שרוצה לזוז במימדים,

the three space dimensions that we are familiar with,

שלושת מימדי המרחב שמוכרים לנו,

actually seem to want to move in higher dimensions.

למעשה נראים כאילו הם רוצים לזוז למימדים גבוהים יותר.

So we have this idea, then,

אז יש לנו את הרעיון הזה, אז,

what would it mean for our world,

מה זה יגיד לעולם שלנו,

if this were anything to do with our world,

אם היתה לזה נגיעה לעולם שלנו,

and we don't know that yet?

ואנחנו לא יודעים את זה עדיין?

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

הנה דרך שהעולם שלנו יצא מזה.

You would have our world,

יהיה לכם העולם שלנו,

and then one of the hidden structures

ואז אחד מהמבנים החבויים

would be hidden chunks in space time

יהיו חלקים חבויים של חלל וזמן

that are not visible, those extra dimensions.

שהם בלתי-נראים, המימדים הנוספים האלה.

And then the various particles that we see in the world

ואז החלקיקים השונים שאנחנו רואים בעולם

would come from being vibrations of strings

יגיעו מרטיטות של מיתרים

and those patterns we saw that we can't explain

והתבניות האלו שראינו שאנחנו לא יכולים להסביר

come from the fact that the strings can probe

באות מהעובדה שהמיתרים יכולים לחקור

and feel the shape of those internal dimensions.

ולהרגיש את הצורה של המימדים הפנימיים האלו.

So, one of the things, then, is

אז, אחד מאותם דברים, אז, הוא

can we actually test this?

האם אנחנו יכולים לבדוק את זה?

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

זה רעיון נפלא, אבל איך אנחנו מעמתים אותו

with real experiments and observations

עם ניסויים אמיתיים ותצפיות

because we're doing science here?

מפני שאנחנו עושים מדע פה?

And that's the hard thing.

וזה הדבר הקשה.

We think that the energy you need

אנחנו חושבים שהאנרגיה שצריך

to probe the tiny-enough scales

כדי לחקור את המימדים הזעירים מספיק

to see the strings if they're there,

כדי לראות מיתרים אם הם שם,

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

היא גדולה מכפי שנוכל להגיע אליה בקרוב.

But what we can do is we can look

אבל מה שאנחנו כן יכולים לעשות הוא לחפש

for the consequences of those hidden structures,

את ההשלכות את המבנים החבויים האלה,

we can look for how those things show up in physics

אנחנו יכולים לחפש דברים המופיעים בפיסיקה

that we can get access to.

שאחנו יכולים לגשת אליהם.

So, that's why we study things like

אז, זו הסיבה שאנחנו חוקרים דברים כמו

dark matter,

חומר אפל,

black holes,

חורים שחורים,

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

אנרגיה אפלה,

ואנחנו גם מביטים בשרידים של היקום המוקדם,

the cosmic microwave background that satellites.

קרינת הרקע הקוסמית.

And, importantly, we look for clues

וחשוב מאוד, אנחנו מחפשים רמזים

from the various kinds of particle physics experiments,

מניסויי פיסיקת החלקיקים השונים,

like the LHC.

כמו ה LHC.

So, one last thing, then,

אז, דבר אחד אחרון,

is a new thing that's been going on.

זה דבר חדש שקורה.

String theory may turn out to be useful

תיאורית המיתרים אולי תתברר כיעילה

in other areas of physics.

בתחומים אחרים של פיסיקה.

There are new kinds of experiments

יש ניסויים חדשים

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

שמתחילים, נגיד, עם חברנו האלקטרון,

and actually show that in certain circumstances,

ומראים למעשה שבמצבים מסויימים,

the electrons interact in a way

האלקטרון פועל בדרך

that give you completely new,

שנותנת לכם התנהגות

weird kinds of behavior.

חדשה לחלוטין ומוזרה.

And there are models that show

ויש מודלים שמראים

that string theory's actually the best way.

שתיאורית המיתרים היא למעשה הדרך הטובה ביותר.

In some circumstances,

במקרים מסויימים,

using the rules of string theory,

בשימוש בחוקים של תיאורית המיתרים,

you can actually explain that sort of behavior.

אתם יכולים למעשה להסביר את ההתנהגות הזו.

So this gives us an exciting possibility,

אז זה נותן לנו אפשרות מרגשת,

there's real experiments you can do

יש ניסויים אמיתיים שאתם יכולים לעשות

with these electrons

עם האלקטרונים האלה

that will help us shape the rules

שיעזרו לנו לעצב את החוקים

for what string theory is.

של תיאוריית המיתרים.

And you might go,

ואתם אולי תגידו,

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

"ובכן, אוקיי, זה יתן לנו

maybe some fancy new kind of electronics

אולי מין אלקטרוניקה חדשה ונחמדה

that we can make a better cell phone with."

שאנחנו נוכל ליצור טלפונים סלולריים טובים יותר איתה."

But, what I'm saying that those rules

אבל, מה שאני אומר שהחוקים האלה

may actually be the same rules we're looking for

אולי בסופו של דבר הם אותם חוקים שאנחנו מחפשים

to see if string theory can help us

כדי לראות אם תיאוריית המיתרים יכולה לעזור לנו

with these bigger questions.

עם השאלות הגדולות יותר האלה.

So, at the end of the day,

אז, בסופו של יום,

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

המבנה החבוי של היקום שאנחנו מחפשים,

may, one day, be right under our noses.

אולי, יום אחד, יהיה ממש מתחת לאפנו.

Thank you.

תודה לכם.