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

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Переводчик: Liubov Gruchina Редактор: Natalia Savvidi

So I work on trying to understand

Моя работа состоит в том, чтобы понять,

how the universe works at the very basic level,

как работает Вселенная на сáмом базовом элементарном уровне,

the most basic level we can find.

который мы только можем обнаружить.

So, when you try in your everyday life

Когда в повседневной жизни вы пробуете понять, как что-то работает, —

to try and work out how something works,

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

на самом деле вы ищете то, что я называю скрытыми структурами.

what I call hidden structures.

For example, you take something like your cell phone,

Скажем, вы взяли свой мобильный телефон.

your smart phone,

Ваш смартфон — это сложный объект, и вам может стать интересно, как он устроен.

it's a complicated object,

and you might wonder how it works.

Well, what you can do is go in

Вы можете «залезть» в него, то есть разобрать на части;

and actually take it apart.

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

гарантия, правда, аннулируется, но ничего.

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

Вот вы разобрали и видите, что он состоит из крошечных электронных компонентов.

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

Эти электронные компоненты на самом деле есть повсюду,

And those electronic components are actually moving around

a certain kind of particle that we know

мы даже знаем конкретную частицу — электрон;

that's called the electron,

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

вот откуда взялось название «электроника».

So if you know the actual rules

Если вы знаете действенные правила соединения частей друг с другом,

of how to put those things together,

you can actually make your smart phone

то можете собрать свой смартфон.

or you could make various other electronic devices as well.

С таким же успехом можно собрать и другие электронные устройства.

So, there are people like myself

Есть люди, как я, чья работа заключается в этом же,

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

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

но уже касается не телефона или его деталей:

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

мы задаёмся вопросом, из чего состоит ваша рука,

or the chair you're sitting in,

или стул, на котором вы сидите,

or the planet Earth,

или планета Земля, Солнце, звёзды, Вселенная.

the sun,

the stars,

the entire universe.

And so, using various kinds of instruments

С помощью различных инструментов, экспериментов и наблюдений

and observations

and experiments,

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

всё это время нам удавалось пробираться всё глубже и глубже, и теперь мы знаем:

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

мы и то, что нас окружает,

and that we see around us

на самом деле состоим из крошечных элементарных частиц.

is actually made of tiny little elementary particles.

And elementary particles interact with each other

Эти элементарные частицы взаимодействуют друг с другом

via the forces of nature,

через силы природы.

but we've also discovered

Но мы также обнаружили, что эти силы природы и сами работают

that those forces of nature themselves actually operate

by exchanging elementary particles as well.

путём обмена элементарными частицами.

They're actually particles of force that are exchanged

Это на самом деле частицы силы, которыми обмениваются частицы материи.

by the particles of matter.

And you may have heard this year

В этом году вы наверняка слышали важную новость —

that there was big news,

a major announcement in this story,

главное в этой истории заявление, —

the Large Hadron Collider, the LHC,

что в глобальном европейском эксперименте на БАКе

a huge experiment in Europe,

has actually uncovered a Higgs boson,

фактически обнаружили бозон Хиггса, функция которого —

and that particle's job is to interact

with the various elementary particles

взаимодействовать с другими элементарными частицами

and give them the masses that we observe.

и придавать им массу, которую мы наблюдаем.

So, this exciting picture is analogous

Такая необычная картина мира — аналог примера с телефоном:

to the one I showed you for the cell phone.

We have the components

у нас есть детали и правила теории элементарных частиц,

and we have the rules of particle theory,

as it's called,

по которым всё это работает

by which these all operate

and give rise to the various things.

и приводит к возникновению ряда вещей.

Now, we actually think that we've only just

Но нам кажется, что мы только слегка коснулись поверхности

scratched the surface of finding this quantum world,

реального квантового мира —

the hidden structure of our world.

скрытых структур нашей Вселенной.

Let me give you three examples

Я приведу три примера загадок, над которыми мы ещё бьёмся.

of the puzzles we're still working on.

So, what I did is I gathered the particles up

Я систематизировал частицы

into the patterns that they tend to form,

по наблюдаемым у них свойствам.

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

Мы не знаем, почему это так.

Мы знаем, как описывать частицы,

We know how to describe the particles,

но не понимаем, откуда берутся закономерности.

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

When you see patterns in science,

Если в науке наблюдается система, то за этим стоят скрытые структуры.

you look for a hidden structure,

so that's one of the things.

Это первый пример.

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

Также мы знаем, что существует огромное количество материи

more matter out there

и её больше, чем тех вещей, о которых я до этого говорил.

than just the things that I was just talking about.

That stuff is called dark matter.

Она называется тёмной материей.

We don't know what it is,

Мы не знаем, что это такое,

and we'd like to be able to get it

но нам хочется получить её для эксперимента,

and experiment with it and figure out what it is.

чтобы выяснить, что она собой представляет.

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

Есть ещё кое-что:

is the fact that the force of gravity,

доказано, что сила гравитации — наверно, самая знакомая всем нам —

perhaps the most familiar force we know,

when you get down to the quantum level,

при переходе на квантовый уровень перестаёт работать,

it actually doesn't operate

according to those rules of particle theory.

согласно тем правилам теории элементарных частиц.

So, given that gravity is actually about the shape

Учитывая, что гравитация связана с формой пространства и времени,

of space and time as Einstein taught us,

как учил нас Эйнштейн,

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

мы в работе над квантовой трактовкой гравитации,

which we call quantum gravity,

называемой квантовой гравитацией,

we hope to get to groups of questions like,

надеемся ответить на следующие вопросы:

are there particles of space and time itself

имеют ли пространство и время собственные частицы

and how do they fit together?

и как они взаимосвязаны?

What are the rules?

Каковы правила?

So, this leads us to things

Это приводит нас к изучению того, где всё начиналось,

like studying where it all began,

13.7 billion years ago,

то есть к Большому взрыву 13,7 миллиардов лет тому назад.

the Big Bang.

We know matter and energy

Мы знаем, что тогда появились материя и энергия

as we understand it was created,

в той форме, в какой мы их себе представляем,

but also, space and time itself.

а также пространство и время.

So those are the sorts of things

Это как раз то, что мы изучаем.

we study in this quest.

Also, we have things that are around us today,

А как насчёт того, что окружает нас и сегодня?

such as black holes,

Так, например, чёрные дыры — очень важные зацепки.

which are very important clues.

They're actually holes in space

Это настоящие дыры в пространстве, и нам хочется их исследовать.

that we'd like to understand.

Also, the newly discovered dark energy,

К тому же есть недавно обнаруженная тёмная энергия,

which is the tendency of space

посредством которой пространство стремится ускорить расширение Вселенной.

all through the universe to accelerate its expansion.

So scientists are working on these kinds of things,

Учёные работают над такими вещами, пытаясь обнаружить,

trying to understand what we think is now the case

что мы имеем дело не только со скрытыми структурами материи и энергии,

that there's not just hidden structures

of matter and energy,

but also space and time.

но и пространства и времени.

So the question is, what are the rules?

Вопрос тот же: каковы правила?

And there are many approaches to this,

Существует множество подходов, и об одном из них вы, наверно, слышали —

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

called string theory.

это теория струн.

And so it is one of many approaches

Мы не знаем, верна ли она,

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

we're not finished developing the theory,

так как её разработка ещё не закончена,

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

но она дала нам заманчивые подсказки.

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

Я хочу рассказать о некоторых из них.

So, one of them is simply that you take away

Во-первых, если мы откажемся от поиска элементарных квантовых частиц,

the idea of looking for a tiny quantum particle,

you look instead for an extended object,

а вместо этого посмотрим на растянутый объект —

a string, which can vibrate.

на некую струну, способную колебаться, —

And it actually gives you some exciting opportunities

это даст интересные возможности.

because, for example, it would say

Так например, если мы не видим этой скрытой структуры,

if we've missed that hidden structure

потому что рассматриваем её недостаточно близко,

by not looking closely enough,

we wouldn't realize that many different kinds of particles

мы не поймём, что разные виды частиц —

are just different vibrations of the same string,

это просто разные вибрации одной струны.

which is a really exciting possibility

Такая возможность очень интересна, и это большое упрощение.

and a huge simplification.

So that's one of the ideas.

Это одна из идей.

The other thing that's really exciting about string theory

Другое, что захватывает в теории струн,

is that one of those particles it describes

это то, что одна из описываемых ею частиц является

is actually the missing quantum of gravity

отсутствующим квантом гравитации, которую мы хотим понять.

that we have been trying to understand.

And then the other thing is that strings actually,

А ещё то, что стрýны, вместо того, чтобы колебаться

instead of one wanting just to move in the dimensions,

the three space dimensions that we are familiar with,

в знакомых нам трёх измерениях,

actually seem to want to move in higher dimensions.

предпочитают колебаться в бо́льшем числе измерений.

So we have this idea, then,

Если это так, то что это может означать для нашей Вселенной?

what would it mean for our world,

if this were anything to do with our world,

Вдруг она так и устроена, и мы пока этого не знаем?

and we don't know that yet?

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

Таким образом мог возникнуть наш мир.

You would have our world,

То есть есть наш мир, и есть некие скрытые структуры —

and then one of the hidden structures

would be hidden chunks in space time

скрытые кусочки в пространстве и времени,

that are not visible, those extra dimensions.

невидимые для нас дополнительные измерения.

And then the various particles that we see in the world

Различные частицы, наблюдаемые нами, являются вибрациями струн,

would come from being vibrations of strings

and those patterns we saw that we can't explain

и те закономерности, которые мы видим и не можем объяснить,

come from the fact that the strings can probe

могут существовать из-за того, что струны могут ощущать

and feel the shape of those internal dimensions.

форму внутренних измерений.

So, one of the things, then, is

Тогда вопрос: можем ли мы это проверить?

can we actually test this?

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

Это чудесная идея, но как мы подойдём к ней

with real experiments and observations

с точки зрения экспериментов и наблюдений?

because we're doing science here?

Мы ведь занимаемся наукой.

And that's the hard thing.

Это непростая вещь.

We think that the energy you need

Мы думаем, что энергия,

to probe the tiny-enough scales

необходимая для исследования достаточно малых масштабов, —

to see the strings if they're there,

чтобы увидеть струны, если они есть, —

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

больше той, которую мы надеемся достичь в ближайшее время.

But what we can do is we can look

Но мы можем посмотреть на следствия, к которым приводят эти скрытые структуры.

for the consequences of those hidden structures,

we can look for how those things show up in physics

Их можно обнаружить

при помощи доступной нам на данный момент физики.

that we can get access to.

Вот почему мы изучаем такие вещи,

So, that's why we study things like

dark matter,

как тёмная материя, чёрные дыры и тёмная энергия,

black holes,

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

а также смотрим на следы,

оставшиеся от ранних этапов эволюции Вселенной,

the cosmic microwave background that satellites.

то есть на космическое микроволновое фоновое излучение.

And, importantly, we look for clues

Стóит отметить, что мы ищем зацепки

from the various kinds of particle physics experiments,

в различных экспериментах физики элементарных частиц.

like the LHC.

как например, на БАКе.

So, one last thing, then,

В завершение я расскажу о том новом, что уже происходит.

is a new thing that's been going on.

String theory may turn out to be useful

Теория струн может оказаться полезной и в других областях физики.

in other areas of physics.

There are new kinds of experiments

Существуют новые эксперименты с тем же старым добрым электроном,

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

and actually show that in certain circumstances,

которые показывают, что при некоторых условиях

the electrons interact in a way

поведение электронов при взаимодействии

that give you completely new,

бывает совершенно новым и необычным.

weird kinds of behavior.

And there are models that show

Есть модели, показывающие,

that string theory's actually the best way.

что, используя правила теории струн,

In some circumstances,

можно объяснить это поведение наилучшим образом.

using the rules of string theory,

you can actually explain that sort of behavior.

So this gives us an exciting possibility,

Это открывает перед нами великолепные возможности:

there's real experiments you can do

есть реальные эксперименты с такими электронами,

with these electrons

that will help us shape the rules

которые помогут сформулировать правила теории струн.

for what string theory is.

And you might go,

Вы скажете:

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

«Ну, хорошо, это может привести нас

maybe some fancy new kind of electronics

к появлению новой крутой электроники,

that we can make a better cell phone with."

и наши мобильные телефоны станут лучше».

But, what I'm saying that those rules

Я же утверждаю, что эти правила могут оказаться тем, что мы ищем,

may actually be the same rules we're looking for

чтобы понять, может ли теория струн помочь нам

to see if string theory can help us

with these bigger questions.

в этих больших вопросах.

So, at the end of the day,

В конце концов, скрытые структуры Вселенной, которые мы ищем,

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

may, one day, be right under our noses.

могут однажды оказаться прямо перед нашим носом.

Thank you.

Спасибо.