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

Teoria strun i ukryte struktury wszechświata - Clifford Johnson

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Tłumaczenie: Agata Kuska Korekta: Rysia Wand

So I work on trying to understand

W pracy staram się zrozumieć

how the universe works at the very basic level,

podstawowe zasady działania wszechświata.

the most basic level we can find.

podstawowe zasady działania wszechświata.

So, when you try in your everyday life

Kiedy na co dzień próbujesz zrozumieć,

to try and work out how something works,

jak coś działa,

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

szukasz ukrytych struktur.

what I call hidden structures.

szukasz ukrytych struktur.

For example, you take something like your cell phone,

Weźmy na przykład smartfona.

your smart phone,

Weźmy na przykład smartfona.

it's a complicated object,

To rzecz skomplikowana

and you might wonder how it works.

i pewnie zastanawiasz się, jak działa.

Well, what you can do is go in

Możesz zdjąć klapkę

and actually take it apart.

i rozebrać go na części.

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

Stracisz gwarancję, ale nie szkodzi.

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

Po zdjęciu klapki odkryjesz,

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

że tworzą go małe elektroniczne elementy.

And those electronic components are actually moving around

które przesyłają między sobą

a certain kind of particle that we know

pewną znaną nam cząstkę,

that's called the electron,

którą nazywamy elektronem.

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

Stąd słowo "elektronika".

So if you know the actual rules

Jeżeli znasz zasady,

of how to put those things together,

na jakich łączy się te elementy,

you can actually make your smart phone

możesz zbudować własny smartfon

or you could make various other electronic devices as well.

albo inne urządzenia elektroniczne.

So, there are people like myself

Ludzie tacy jak ja

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

zarabiają na życie robieniem takich rzeczy.

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

Nie chodzi o telefony i ich części,

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

ale dociekanie, z czego zrobione są ręce

or the chair you're sitting in,

albo krzesła, na których siedzicie,

or the planet Earth,

albo planeta Ziemia, Słońce, gwiazdy,

the sun,

albo planeta Ziemia, Słońce, gwiazdy,

the stars,

the entire universe.

albo planeta Ziemia, Słońce, gwiazdy,

cały wszechświat.

And so, using various kinds of instruments

Używając różnych przyrządów,

and observations

przez obserwacje i eksperymenty,

and experiments,

przez obserwacje i eksperymenty,

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

możemy pogłębiać wiedzę

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

i wiemy już, że materia, która nas tworzy

and that we see around us

i którą widzimy dookoła

is actually made of tiny little elementary particles.

składa się z malutkich cząstek elementarnych.

And elementary particles interact with each other

Cząstki elementarne oddziałują na siebie

via the forces of nature,

poprzez pewne siły,

but we've also discovered

ale odkryliśmy,

that those forces of nature themselves actually operate

że te siły same także działają

by exchanging elementary particles as well.

dzięki wymianie cząstek elementarnych.

They're actually particles of force that are exchanged

Cząstki sił są wymieniane

by the particles of matter.

przez cząstki materii.

And you may have heard this year

Mogliście niedawno słyszeć,

that there was big news,

o pewnej głośnej sprawie:

a major announcement in this story,

o pewnej głośnej sprawie:

the Large Hadron Collider, the LHC,

Wielki Zderzacz Hadronów, LHC,

a huge experiment in Europe,

ogromny europejski eksperyment,

has actually uncovered a Higgs boson,

potwierdził istnienie bozonu Higgsa.

and that particle's job is to interact

Rolą tej cząstki jest oddziaływanie

with the various elementary particles

z różnymi cząstkami elementarnymi

and give them the masses that we observe.

i nadawanie im masy, którą obserwujemy.

So, this exciting picture is analogous

Ten interesujący obrazek

to the one I showed you for the cell phone.

jest analogiczny do tego z komórką.

We have the components

Mamy wszystkie elementy

and we have the rules of particle theory,

i zasady tak zwanej teorii cząstek,

as it's called,

i mamy zasady tzw. teorii cząstek,

by which these all operate

według których wszystkie działają

and give rise to the various things.

i dają początek różnym rzeczom.

Now, we actually think that we've only just

Sądzimy, że to dopiero wierzchołek

scratched the surface of finding this quantum world,

góry lodowej, jaką jest świat kwantów,

the hidden structure of our world.

ukryta struktura naszego świata.

Let me give you three examples

Dam wam trzy przykłady zagadek,

of the puzzles we're still working on.

nad którymi pracujemy.

So, what I did is I gathered the particles up

Zebrałem razem cząstki

into the patterns that they tend to form,

według wzorców, które tworzą,

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

ale nie wiemy, skąd się te wzorce biorą.

We know how to describe the particles,

Wiemy, jak cząstki opisać,

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

ale pochodzenia wzorców nie znamy.

When you see patterns in science,

Kiedy zauważysz jakiś wzorzec,

you look for a hidden structure,

szukasz ukrytej struktury,

so that's one of the things.

to jedna sprawa.

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

Wiemy teraz także, że istnieją

more matter out there

wielkie ilości materii

than just the things that I was just talking about.

poza tym, o czym mówiłem.

That stuff is called dark matter.

Nazywamy to coś ciemną materią.

We don't know what it is,

Nie mamy pojęcia, co to jest,

and we'd like to be able to get it

i chcielibyśmy trochę uzyskać,

and experiment with it and figure out what it is.

poeksperymentować i dowiedzieć się, co to.

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

Kolejną rzeczą, o której chcę powiedzieć

is the fact that the force of gravity,

jest to, że siła ciążenia,

perhaps the most familiar force we know,

chyba najbardziej nam znana,

when you get down to the quantum level,

na poziomie kwantowym nie zachowuje się

it actually doesn't operate

na poziomie kwantowym nie zachowuje się

according to those rules of particle theory.

zgodnie z zasadami teorii cząstek.

So, given that gravity is actually about the shape

Wiedząc, że w grawitacji chodzi

of space and time as Einstein taught us,

o kształt przestrzeni i o czas, jak uczył Einstein,

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

starając się rozpracować grawitację w ujęciu kwantowym,

which we call quantum gravity,

co nazywamy kwantową grawitacją,

we hope to get to groups of questions like,

w końcu docieramy do pytań w rodzaju

are there particles of space and time itself

"Czy istnieją cząstki czasu i przestrzeni

and how do they fit together?

i jak do siebie pasują?

What are the rules?

Jakie są zasady?"

So, this leads us to things

To prowadzi nas do takich rzeczy,

like studying where it all began,

jak badanie, gdzie się wszystko zaczęło

13.7 billion years ago,

13,7 miliarda lat temu

the Big Bang.

podczas Wielkiego Wybuchu.

We know matter and energy

Wiemy, jak powstały

as we understand it was created,

materia i energia,

but also, space and time itself.

ale interesuje nas też czas i przestrzeń.

So those are the sorts of things

Właśnie takie rzeczy

we study in this quest.

tutaj badamy.

Also, we have things that are around us today,

Istnieją pewne zjawiska,

such as black holes,

na przykład czarne dziury,

which are very important clues.

które są bardzo ważnymi wskazówkami.

They're actually holes in space

Są to dziury w przestrzeni,

that we'd like to understand.

które chcielibyśmy zrozumieć.

Also, the newly discovered dark energy,

Jest też nowo odkryta ciemna energia,

which is the tendency of space

czyli tendencja wszechświata

all through the universe to accelerate its expansion.

do coraz szybszego rozszerzania.

So scientists are working on these kinds of things,

Naukowcy pracują nad takimi rzeczami

trying to understand what we think is now the case

i starają się zrozumieć,

that there's not just hidden structures

że istnieją nie tylko ukryte struktury

of matter and energy,

materii i energii,

but also space and time.

ale też czasu i przestrzeni.

So the question is, what are the rules?

Pytanie brzmi: jakie są zasady?

And there are many approaches to this,

Jest wiele metod na wyjaśnienie tego

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

i o jednej może słyszeliście:

called string theory.

jest to teoria strun.

And so it is one of many approaches

Jest to jedna z wielu teorii,

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

jeszcze nie wiemy, czy dobra

we're not finished developing the theory,

i dalej nad nią pracujemy,

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

ale dała nam wiele fascynujących wskazówek.

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

Opowiem wam o kilku z nich.

So, one of them is simply that you take away

Jedna mówi, że należy przestać szukać

the idea of looking for a tiny quantum particle,

malutkich kwantowych cząstek,

you look instead for an extended object,

a zamiast tego szukać czegoś większego:

a string, which can vibrate.

wibrującej struny.

And it actually gives you some exciting opportunities

Daje nam to kilka fajnych możliwości,

because, for example, it would say

bo gdybyśmy nie zwrócili uwagi

if we've missed that hidden structure

na tę ukrytą strukturę,

by not looking closely enough,

na tę ukrytą strukturę,

we wouldn't realize that many different kinds of particles

nie zdalibyśmy sobie sprawy, że różne cząstki

are just different vibrations of the same string,

są różnymi wibracjami tej samej struny.

which is a really exciting possibility

Jest to fascynująca możliwość

and a huge simplification.

i ogromne uproszczenie.

So that's one of the ideas.

i ogromne uproszczenie.

The other thing that's really exciting about string theory

Inną interesującą stroną teorii strun jest to,

is that one of those particles it describes

że jedną z opisywanych cząsteczek

is actually the missing quantum of gravity

jest brakujący kwant pola grawitacyjnego,

that we have been trying to understand.

które staramy się zrozumieć.

And then the other thing is that strings actually,

Co więcej, te struny,

instead of one wanting just to move in the dimensions,

zamiast poruszać się w trzech znanych nam wymiarach,

the three space dimensions that we are familiar with,

zamiast poruszać się w trzech znanych nam wymiarach,

actually seem to want to move in higher dimensions.

dążą do poruszania się w wymiarach wyższych.

So we have this idea, then,

Wiemy, co by ta teoria znaczyła dla naszego świata,

what would it mean for our world,

Wiemy, co by ta teoria znaczyła dla naszego świata,

if this were anything to do with our world,

gdyby miała z naszym światem coś wspólnego.

and we don't know that yet?

gdyby miała z naszym światem coś wspólnego.

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

Można by tak wyjaśnić nasz świat.

You would have our world,

Wtedy w naszym świecie

and then one of the hidden structures

jedną z ukrytych struktur

would be hidden chunks in space time

byłyby ukryte w czasoprzestrzeni

that are not visible, those extra dimensions.

niewidzialne dodatkowe wymiary.

And then the various particles that we see in the world

Wtedy różnego rodzaju cząstki

would come from being vibrations of strings

pochodziłyby z wibracji strun,

and those patterns we saw that we can't explain

a wzorce, których nie umiemy wyjaśnić,

come from the fact that the strings can probe

powstawałyby przez to, że struny mogą wyszukać

and feel the shape of those internal dimensions.

i wyczuć kształt wewnętrznych wymiarów.

So, one of the things, then, is

Pytanie brzmi:

can we actually test this?

czy możemy to sprawdzić?

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

Fajny pomysł, ale jak to skonfrontować

with real experiments and observations

z eksperymentami i obserwacjami,

because we're doing science here?

skoro zajmujemy się nauką?

And that's the hard thing.

Ciężka sprawa.

We think that the energy you need

Uważamy, że energia

to probe the tiny-enough scales

potrzebna do zbadania

to see the strings if they're there,

czegoś tak małego jak struny

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

jest większa, niż możemy uzyskać.

But what we can do is we can look

Ale możemy szukać

for the consequences of those hidden structures,

konsekwencji tych ukrytych struktur,

we can look for how those things show up in physics

i tego, jak uwidaczniają się w fizyce,

that we can get access to.

do której mamy dostęp.

So, that's why we study things like

Dlatego badamy takie rzeczy

dark matter,

jak ciemna materia,

black holes,

czarne dziury,

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

ciemna energia.

Szukamy także pozostałości wczesnego wszechświata

the cosmic microwave background that satellites.

promieniowania tła, które wypełnia wszechświat.

And, importantly, we look for clues

Szukamy też wskazówek

from the various kinds of particle physics experiments,

podczas różnych eksperymentów z cząstkami,

like the LHC.

na przykład w LHC.

So, one last thing, then,

Ostatnio pojawiła się nowa kwestia.

is a new thing that's been going on.

Ostatnio pojawiła się nowa kwestia.

String theory may turn out to be useful

Teoria strun może okazać się użyteczna

in other areas of physics.

dla innych dziedzin fizyki.

There are new kinds of experiments

Są nowe rodzaje eksperymentów,

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

na przykład z naszym kumplem elektronem,

and actually show that in certain circumstances,

które pokazują, że w pewnych okolicznościach

the electrons interact in a way

elektrony oddziałują w sposób,

that give you completely new,

który jest zupełnie nieoczekiwany i dziwny.

weird kinds of behavior.

który jest zupełnie nieoczekiwany i dziwny.

And there are models that show

Niektóre modele pokazują,

that string theory's actually the best way.

że najlepsze wyjaśnienie daje teoria strun.

In some circumstances,

Czasami zasady teorii strun

using the rules of string theory,

Czasami zasady teorii strun

you can actually explain that sort of behavior.

mogą wyjaśnić dziwne zachowanie elektronu.

So this gives us an exciting possibility,

Daje nam to niezwykłą możliwość,

there's real experiments you can do

bo dzięki eksperymentom z elektronami

with these electrons

bo dzięki eksperymentom z elektronami

that will help us shape the rules

możemy ustalić zasady teorii strun.

for what string theory is.

możemy ustalić zasady teorii strun.

And you might go,

I możecie sobie myśleć,

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

że to da nam tylko

maybe some fancy new kind of electronics

jakiś nowy poziom w elektronice,

that we can make a better cell phone with."

żeby robić lepsze telefony.

But, what I'm saying that those rules

Ale te zasady

may actually be the same rules we're looking for

mogą być tymi, których szukamy,

to see if string theory can help us

by sprawdzić, czy teoria strun

with these bigger questions.

pomoże nam w ważniejszych kwestiach.

So, at the end of the day,

Może się kiedyś okazać,

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

że te poszukiwane ukryte struktury

may, one day, be right under our noses.

mamy tuż pod nosem.

Thank you.

Dziękuję.