Why our universe might exist on a knife-edge | Gian Giudice

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Anton Hikov

So last year, on the Fourth of July,

На 4 юли миналата година

experiments at the Large Hadron Collider

експериментите в Големия адронен ускорител

discovered the Higgs boson.

откриха Хигс бозона.

It was a historical day.

Беше един исторически ден.

There's no doubt that from now on,

Няма съмнение, че от сега нататък

the Fourth of July will be remembered

4 юли ще се помни

not as the day of the Declaration of Independence,

не като деня на Декларацията за независимост,

but as the day of the discovery of the Higgs boson.

а като деня на откриването на Хигс бозона.

Well, at least, here at CERN.

Е, поне тук, в CERN (Европейския център за ядрени изследвания).

But for me, the biggest surprise of that day

Но най-голямата изненада в този ден за мен

was that there was no big surprise.

беше, че всъщност нямаше голяма изненада.

In the eye of a theoretical physicist,

В очите на един физик - теоретик

the Higgs boson is a clever explanation

Хигс бозонът е сполучливо обяснение на начина,

of how some elementary particles gain mass,

по който някои елементарни частици получават маса,

but it seems a fairly unsatisfactory

но той сякаш е едно незадоволително

and incomplete solution.

и незавършено решение.

Too many questions are left unanswered.

Прекалено много въпроси остават без отговор.

The Higgs boson does not share the beauty,

Хигс бозонът не притежава красотата,

the symmetry, the elegance,

симетрията, елегантността

of the rest of the elementary particle world.

на останалата част от света на елементарните частици.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Затова, повечето физици - теоретици

believe that the Higgs boson could not

мислят, че Хигс бозонът не може да е

be the full story.

пълното обяснение.

We were expecting new particles and new phenomena

Очаквахме нови частици и нови явления

accompanying the Higgs boson.

да съпътстват Хигс бозона.

Instead, so far, the measurements

Вместо това, измерванията от Големия адронен ускорител

coming from the LHC show no signs of new particles

до този момент не показват следи от нови частици

or unexpected phenomena.

или неочаквани явления.

Of course, the verdict is not definitive.

Разбира се, присъдата не е окончателна.

In 2015, the LHC will almost double

През 2015 Големият адронен ускорител ще увеличи почти двойно

the energy of the colliding protons,

енергията на сблъскващите се протони

and these more powerful collisions

и тези по-мощни сблъсъци

will allow us to explore further the particle world,

ще ни позволят да изследваме още света на частиците

and we will certainly learn much more.

и със сигурност ще научим много повече.

But for the moment, since we have found

Но за момента, тъй като не сме открили

no evidence for new phenomena, let us suppose

доказателствa за нови явления, нека предположим,

that the particles that we know today,

че частиците, които познаваме днес,

including the Higgs boson,

включително Хигс бозона,

are the only elementary particles in nature,

са единствените елементарни частици в природата,

even at energies much larger

дори при много по-големи енергии

than what we have explored so far.

от проучените досега.

Let's see where this hypothesis is going to lead us.

Да видим докъде ще ни доведе тази хипотеза.

We will find a surprising and intriguing result

Ще открием изненадващa и интригуващa последица

about our universe, and to explain my point,

за нашата Вселена и за да обясня позицията си,

let me first tell you what the Higgs is about,

нека първо да ви разкажа за Хигс бозона,

and to do so, we have to go back

а за да го направя, трябва да се върнем

to one tenth of a billionth of a second

до една десета от милиардната част от секундата

after the Big Bang.

след Големия взрив.

And according to the Higgs theory,

Според теорията на Хигс,

at that instant, a dramatic event took place

в този миг се е случило едно драматично събитие

in the universe.

във Вселената.

Space-time underwent a phase transition.

Пространство-времето е претърпяло фазов преход.

It was something very similar to the phase transition

Приличало е много на фазовия преход,

that occurs when water turns into ice

който настъпва при превръщането на водата в лед

below zero degrees.

под нула градуса.

But in our case, the phase transition

Но в нашия случай фазовият преход

is not a change in the way the molecules

не е промяна в начина, по който са подредени

are arranged inside the material,

молекулите във вътрешността на материята,

but is about a change

а е промяна на

of the very fabric of space-time.

самата тъкан на пространство-времето.

During this phase transition, empty space

По време на този преход празното пространство

became filled with a substance

се запълва със субстанция,

that we now call Higgs field.

която сега наричаме полето на Хигс.

And this substance may seem invisible to us,

Тази субстанция може да е невидима за нас,

but it has a physical reality.

но тя има физическа реалност.

It surrounds us all the time,

Тя ни заобикаля през цялото време

just like the air we breathe in this room.

точно както въздуха, който дишаме в тази стая.

And some elementary particles interact

Някои елементарни частици взаимодействат

with this substance, gaining energy in the process.

с тази субстанция, добивайки енергия в процеса на взаимодействие.

And this intrinsic energy is what we call

Тази вътрешна енергия е това, което наричаме

the mass of a particle,

маса на частицата

and by discovering the Higgs boson, the LHC

и с откриването на Хигс бозона, Големият адронен ускорител

has conclusively proved that this substance is real,

окончателно доказа, че тази субстанция е реална,

because it is the stuff the Higgs bosons are made of.

защото тя е материалът, от който са направени Хигс бозоните.

And this, in a nutshell, is the essence of the Higgs story.

Това е, накратко, историята на Хигс.

But this story is far more interesting than that.

Но тази история е далеч по-интересна.

By studying the Higgs theory,

Изучавайки теорията на Хигс,

theoretical physicists discovered,

физиците - теоретици откриха

not through an experiment

не експериментално,

but with the power of mathematics,

а чрез възможностите на математиката,

that the Higgs field does not necessarily exist

че полето на Хигс не съществува непременно

only in the form that we observe today.

само във формата, която наблюдаваме днес.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Също както материята може да е течна или твърда,

so the Higgs field, the substance that fills all space-time,

така и полето на Хигс - субстанцията, която изпълва цялото пространство-време,

could exist in two states.

може да съществува в две състояния.

Besides the known Higgs state,

Освен познатото Хигс състояние,

there could be a second state in which the Higgs field

би могло да има второ състояние, при което полето на Хигс

is billions and billions times denser

е милиарди пъти по-плътно

than what we observe today,

от наблюдаваното днес

and the mere existence of another state

и самото съществуване на друго състояние

of the Higgs field poses a potential problem.

на Хигс полето представлява потенциален проблем.

This is because, according to the laws

Това е защото, според законите

of quantum mechanics, it is possible

на квантовата механика, е възможно

to have transitions between two states,

да има преходи между две състояния

even in the presence of an energy barrier

дори в присъствието на енергийна бариера,

separating the two states,

разделяща двете състояния

and the phenomenon is called,

и явлението се нарича,

quite appropriately, quantum tunneling.

съвсем уместно, тунелен преход.

Because of quantum tunneling,

Заради тунелния преход

I could disappear from this room

бих могъл да изчезна от тази стая

and reappear in the next room,

и да се появя в съседната,

practically penetrating the wall.

на практика пробивайки стената.

But don't expect me to actually perform the trick

Но не очаквайте да направя фокуса в действителност

in front of your eyes, because the probability

пред очите ви, защото вероятността

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

да пробия стената е смешно малка.

You would have to wait a really long time

Ще трябва да почакате доста дълго

before it happens, but believe me,

преди да се случи, но повярвайте,

quantum tunneling is a real phenomenon,

тунелният преход е реален феномен

and it has been observed in many systems.

и е наблюдаван в много системи.

For instance, the tunnel diode,

Например, тунелният диод -

a component used in electronics,

един компонент, използван в електрониката,

works thanks to the wonders

работи благодарение на чудесата

of quantum tunneling.

на тунелния преход.

But let's go back to the Higgs field.

Но да се върнем към полето на Хигс.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Ако ултра-плътното състояние на Хигс съществува,

then, because of quantum tunneling,

тогава, заради тунелния ефект,

a bubble of this state could suddenly appear

един мехур от това състояние би могъл внезапно да се появи

in a certain place of the universe at a certain time,

на определено място във Вселената в някакъв момент

and it is analogous to what happens when you boil water.

и се случва нещо подобно на завирането на вода.

Bubbles of vapor form inside the water,

Във водата се образуват мехури от пара,

then they expand, turning liquid into gas.

после се уголемяват, превръщайки течността в газ.

In the same way, a bubble of the ultra-dense Higgs state

По същия начин един мехур ултра-плътно състояние на Хигс

could come into existence because of quantum tunneling.

би могъл да се появи заради тунелния ефект.

The bubble would then expand at the speed of light,

После мехурът ще се разшири със скоростта на светлината,

invading all space, and turning the Higgs field

завладявайки цялото пространство и изпращайки полето на Хигс

from the familiar state into a new state.

от познатото му състояние в ново състояние.

Is this a problem? Yes, it's a big a problem.

Това проблем ли е? Да, голям проблем.

We may not realize it in ordinary life,

Ние може да не го осъзнаваме в обичайния си живот,

but the intensity of the Higgs field is critical

но плътността на Хигс полето е критична

for the structure of matter.

за структурирането на материята.

If the Higgs field were only a few times more intense,

Ако полето на Хигс беше само няколко пъти по-силно,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

щяхме да видим атомите да се свиват, неутроните да се разлагат

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

в атомното ядро, ядрото да се разпада

and hydrogen would be

и водородът би бил

the only possible chemical element in the universe.

единственият възможен химичен елемент във Вселената.

And the Higgs field, in the ultra-dense Higgs state,

А полето на Хигс, в ултра-плътното си състояние,

is not just a few times more intense than today,

не е само няколко пъти по-силно от настоящото,

but billions of times,

а милиарди пъти

and if space-time were filled by this Higgs state,

и ако пространство-времето беше изпълнено от това състояние на Хигс,

all atomic matter would collapse.

цялата атомна материя би рухнала.

No molecular structures would be possible, no life.

Няма да са възможни молекулни структури, нито живот.

So, I wonder, is it possible

Затова се чудя възможно ли е

that in the future, the Higgs field

в бъдеще полето на Хигс

will undergo a phase transition and,

да претърпи фазов преход и

through quantum tunneling, will be transformed

чрез тунелен ефект да се трансформира

into this nasty, ultra-dense state?

в това противно ултра-плътно състояние?

In other words, I ask myself, what is the fate

С други думи, питам се, каква е съдбата

of the Higgs field in our universe?

на Хигс полето в нашата Вселена?

And the crucial ingredient necessary

И съдбоносният компонент, необходим

to answer this question is the Higgs boson mass.

за отговора на този въпрос е масата на Хигс бозона.

And experiments at the LHC found that the mass

Експериментите в Големия адронен ускорител установиха,

of the Higgs boson is about 126 GeV.

че масата на Хигс бозона е около 126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

Тя е много малка, превърната в обичайните единици за мярка,

because it's equal to something like

защото е равна на нещо като

10 to the minus 22 grams,

10 на минус 22-ра степен грама,

but it is large in particle physics units,

но в мерните единици на елементарните частици е голяма,

because it is equal to the weight

защото е равна на теглото

of an entire molecule

на една цяла молекула

of a DNA constituent.

от състава на ДНК.

So armed with this information from the LHC,

И така, въоръжени с тази информация от Големия адронен ускорител,

together with some colleagues here at CERN,

заедно с няколко колеги тук, в CERN,

we computed the probability

изчислихме вероятността

that our universe could quantum tunnel

нашата Вселена да се озове чрез тунелния ефект

into the ultra-dense Higgs state,

в ултра-плътното Хигс състояние

and we found a very intriguing result.

и получихме много любопитен резултат.

Our calculations showed

Изчисленията ни показаха,

that the measured value of the Higgs boson mass

че измерената стойност за масата на Хигс бозона

is very special.

е много специална.

It has just the right value

Тя е точно тази стойност,

to keep the universe hanging

която държи Вселената

in an unstable situation.

в едно нестабилно състояние.

The Higgs field is in a wobbly configuration

Полето на Хигс е в една непостоянна конфигурация,

that has lasted so far

която е издържала досега,

but that will eventually collapse.

но в края на краищата ще се разпадне.

So according to these calculations,

Според тези изчисления

we are like campers

ние сме като къмпингуващи,

who accidentally set their tent

които случайно са опънали палатката си

at the edge of a cliff.

на ръба на скала.

And eventually, the Higgs field

В края на краищата Хигс полето

will undergo a phase transition

ще претърпи фазов преход

and matter will collapse into itself.

и материята ще се разпадне в себе си.

So is this how humanity is going to disappear?

Така ли ще изчезне човечеството?

I don't think so.

Не мисля.

Our calculation shows that quantum tunneling

Нашето изчисление показва, че тунелният преход

of the Higgs field is not likely to occur

на Хигс полето няма вероятност да се случи

in the next 10 to the 100 years,

през следващите 10 на степен 100 години,

and this is a very long time.

а това е много дълго време.

It's even longer than

Дори по-дълго от времето, необходимо

the time it takes for Italy to form a stable government.

на Италия да състави стабилно правителство.

(Laughter)

(Смях)

Even so, we will be long gone by then.

И така да е, дотогава отдавна ще сме изчезнали.

In about five billion years,

След около пет милиарда години

our sun will become a red giant,

Слънцето ни ще стане червен гигант,

as large as the Earth's orbit,

голям колкото орбитата на Земята

and our Earth will be kaput,

и с нашата Земя ще бъде свършено.

and in a thousand billion years,

А след един трилион години,

if dark energy keeps on fueling

ако тъмната енергия продължава да подхранва

space expansion at the present rate,

разширение на пространството със сегашното темпо,

you will not even be able to see as far as your toes,

няма да можете да видите дори пръстите на краката си,

because everything around you

защото всичко около вас

expands at a rate faster than the speed of light.

ще се разширява по-бързо от скоростта на светлината.

So it is really unlikely

Затова, наистина е малко вероятно

that we will be around to see the Higgs field collapse.

да бъдем наоколо, за да видим как Хигс полето се разпада.

But the reason why I am interested

Но причината да се интересувам

in the transition of the Higgs field

от прехода на Хигс полето е,

is because I want to address the question,

че искам да задам въпроса

why is the Higgs boson mass so special?

защо масата на Хигс бозона е толкова специална?

Why is it just right to keep the universe

Защо тя е точно тази, която държи Вселената

at the edge of a phase transition?

на ръба на фазовия преход?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Физиците-теоретици винаги питат "защо".

More than how a phenomenon works,

Повече от начина, по който се случва едно явление,

theoretical physicists are always interested in

физиците-теоретици винаги се интересуват

why a phenomenon works in the way it works.

защо едно явление се случва по определен начин.

We think that this these "why" questions

Ние мислим, че тези въпроси "защо"

can give us clues

могат да ни подскажат

about the fundamental principles of nature.

фундаменталните принципи на природата.

And indeed, a possible answer to my question

И наистина, един възможен отговор на моя въпрос

opens up new universes, literally.

буквално открива нови вселени.

It has been speculated that our universe

Обмисля се варианта нашата Вселена

is only a bubble in a soapy multiverse

да е само мехурче в една сапунена мулти-вселена,

made out of a multitude of bubbles,

изградена от множество мехури,

and each bubble is a different universe

като всеки мехур е отделна вселена

with different fundamental constants

с различни основни константи

and different physical laws.

и различни физични закони.

And in this context, you can only talk about

И в този контекст можем да говорим само за

the probability of finding a certain value of the Higgs mass.

вероятността да открием определена стойност на масата на Хигс.

Then the key to the mystery

Тогава ключът към мистерията

could lie in the statistical properties

би могъл да се намира в статистическите свойства

of the multiverse.

на мулти-вселената.

It would be something like what happens

Би било нещо подобно на това, което се случва

with sand dunes on a beach.

с пясъчните дюни на брега.

In principle, you could imagine to find sand dunes

По принцип очакваме да намерим пясъчни дюни

of any slope angle in a beach,

с всякакъв наклон на един бряг

and yet, the slope angles of sand dunes

и все пак, ъгълът на наклона при дюните

are typically around 30, 35 degrees.

обикновено е около 30-35 градуса.

And the reason is simple:

Причината е проста -

because wind builds up the sand, gravity makes it fall.

вятърът натрупва пясъка, гравитацията го събаря.

As a result, the vast majority of sand dunes

В резултат, огромна част от пясъчните дюни

have slope angles around the critical value,

имат наклон около критичната стойност,

near to collapse.

близо до срутването.

And something similar could happen

Нещо подобно би могло да се случи

for the Higgs boson mass in the multiverse.

с масата на Хигс бозона в мулти-вселената.

In the majority of bubble universes,

В повечето вселени-мехури

the Higgs mass could be around the critical value,

масата на Хигс може да е около критичната стойност -

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

близо до космическо разпадане на Хигс полето

because of two competing effects,

заради двата противоположни ефекта,

just as in the case of sand.

точно както при пясъка.

My story does not have an end,

Разказът ми няма край,

because we still don't know the end of the story.

защото все още не знаем края.

This is science in progress,

Науката се развива и за да

and to solve the mystery, we need more data,

разрешим загадката, се нуждаем от още информация.

and hopefully, the LHC will soon add new clues

Надяваме се, че Големият адронен ускорител скоро

to this story.

ще добави нови следи към историята.

Just one number, the Higgs boson mass,

Само от едно число, масата на Хигс бозона,

and yet, out of this number we learn so much.

научаваме толкова много.

I started from a hypothesis, that the known particles

Започнах от една хипотеза - че във Вселената съществуват

are all there is in the universe,

само познатите ни частици,

even beyond the domain explored so far.

дори и отвъд областта, изследвана досега.

From this, we discovered that the Higgs field

От това последва откритието, че Хигс полето,

that permeates space-time may be standing

което изпълва пространство-времето, може би

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

се намира на ръба на оцеляването и е готово за космически колапс.

and we discovered that this may be a hint

Разбрахме, че това може би загатва,

that our universe is only a grain of sand

че нашата Вселена е само зрънце пясък

in a giant beach, the multiverse.

на един гигантски плаж, мулти-вселената.

But I don't know if my hypothesis is right.

Но не знам дали хипотезата ми е вярна.

That's how physics works: A single measurement

Ето как работи физиката: едно измерване

can put us on the road to a new understanding

може да ни изпрати към ново разбиране

of the universe

на Вселената

or it can send us down a blind alley.

или в задънена улица.

But whichever it turns out to be,

Но каквото и да се окаже,

there is one thing I'm sure of:

в едно нещо съм сигурен -

The journey will be full of surprises.

пътешествието ще бъде пълно с изненади.

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)