Have we reached the end of physics? | Harry Cliff

Translator: Kitchka Dyankova Reviewer: Darina Stoyanova

A hundred years ago this month, a 36-year-old Albert Einstein

Този месец се навършват 100 години, откакто 36-годишният Алберт Айнщайн

stood up in front of the Prussian Academy of Sciences in Berlin

се изправил пред Пруската академия на науките в Берлин,

to present a radical new theory of space, time and gravity:

за да представи радикална нова теория за пространството, времето и гравитацията-

the general theory of relativity.

общата теория на относителността.

General relativity is unquestionably Einstein's masterpiece,

Oбщата теория на относителността безспорно е шедьовърът на Айнщайн,

a theory which reveals the workings of the universe at the grandest scales,

теория, която разкрива как функционира вселената в най-голям мащаб,

capturing in one beautiful line of algebra

улавяйки в един красивa алгебра всичко,

everything from why apples fall from trees to the beginning of time and space.

от това защо ябълките падат от дърветата до началото на времето и пространството.

1915 must have been an exciting year to be a physicist.

1915 трябва да е била вълнуваща година за физиците.

Two new ideas were turning the subject on its head.

Две нови идеи са преобръщали предмета из основи.

One was Einstein's theory of relativity,

Едната била теорията на относителността на Айнщайн,

the other was arguably even more revolutionary:

а другата - смятаната от някои за дори по-революционна

quantum mechanics,

квантова механика,

a mind-meltingly strange yet stunningly successful new way

умопобъркващо странен, но изумително успешен начин

of understanding the microworld, the world of atoms and particles.

за разбиране на микросвета, света на атомите и частиците.

Over the last century, these two ideas have utterly transformed

През миналия век тези две идеи изцяло промениха

our understanding of the universe.

разбирането ни за вселената.

It's thanks to relativity and quantum mechanics

Благодарение на относителността и квантовата механика

that we've learned what the universe is made from,

научихме от какво е направена вселената,

how it began and how it continues to evolve.

как е възникнала и как продължава да се развива.

A hundred years on, we now find ourselves at another turning point in physics,

Сега, 100 години по-късно, се намираме в друга повратна точка във физиката,

but what's at stake now is rather different.

но в опасност сега е нещо много по-различно.

The next few years may tell us whether we'll be able

През следващите няколко години може да разберем дали

to continue to increase our understanding of nature,

ще продължим да разширяваме разбирането си за природата

or whether maybe for the first time in the history of science,

или може би за пръв път в историята на науката

we could be facing questions that we cannot answer,

ще се изправим пред въпроси, на които не можем да отговорим,

not because we don't have the brains or technology,

не защото ни липсва ум или технология,

but because the laws of physics themselves forbid it.

а защото самите закони на физиката го забраняват.

This is the essential problem: the universe is far, far too interesting.

Основният проблем е този: Вселената е прекалено интересна.

Relativity and quantum mechanics appear to suggest

Относителността и квантовата механика сякаш предполагат,

that the universe should be a boring place.

че вселената трябва да е скучно място.

It should be dark, lethal and lifeless.

Тъмна, фатална и безжизнена.

But when we look around us, we see we live in a universe full of interesting stuff,

Но ако се огледаме, виждаме, че живеем във вселена, пълна с интересни неща,

full of stars, planets, trees, squirrels.

със звезди, планети, дървета, катерици.

The question is, ultimately,

В края на краищата, въпросът е

why does all this interesting stuff exist?

защо съществуват всички тези интересни неща?

Why is there something rather than nothing?

Защо има нещо вместо да няма нищо?

This contradiction is the most pressing problem in fundamental physics,

Това противоречие е най-належащият проблем във фундаменталната физика

and in the next few years, we may find out whether we'll ever be able to solve it.

и през следващите няколко години ще разберем дали изобщо някога ще можем да го решим.

At the heart of this problem are two numbers,

В сърцевината на проблема са две числа,

two extremely dangerous numbers.

две изключително опасни числа.

These are properties of the universe that we can measure,

Това са свойства на вселената, които можем да измерим

and they're extremely dangerous

и са особено опасни,

because if they were different, even by a tiny bit,

защото ако бяха различни, дори със съвсем мъничко,

then the universe as we know it would not exist.

вселената в сегашния ѝ вид нямаше да съществува.

The first of these numbers is associated with the discovery that was made

Първото число се свързва с откритието, направено на

a few kilometers from this hall, at CERN, home of this machine,

няколко километра от тази зала, в CERN, домът на тази машина -

the largest scientific device ever built by the human race,

най-големият научен апарат, създаван някога от хората,

the Large Hadron Collider.

Големият Хадронен Ускорител.

The LHC whizzes subatomic particles around a 27-kilometer ring,

Той ускорява субатомни частици в един 27-километров пръстен,

getting them closer and closer to the speed of light

доближава ги все повече до скоростта на светлината

before smashing them into each other inside gigantic particle detectors.

преди да ги сблъска еднa с другa в гигантски детектори на частици.

On July 4, 2012, physicists at CERN announced to the world

На 4 юли 2012 г. физиците от CERN съобщиха на света,

that they'd spotted a new fundamental particle

че са наблюдавали как възниква една нова елементарна частица

being created at the violent collisions at the LHC: the Higgs boson.

при яростните сблъсъци в Големия Хадронен ускорител - Хигс бозонът.

Now, if you followed the news at the time,

Ако сте следили новините тогава,

you'll have seen a lot of physicists getting very excited indeed,

сте видели много физици да се вълнуват истински

and you'd be forgiven for thinking

и ви е простено да мислите,

we get that way every time we discover a new particle.

че се държим така всеки път, щом открием нова частица.

Well, that is kind of true,

Това донякъде е вярно,

but the Higgs boson is particularly special.

но Хигс бозонът е особено специален.

We all got so excited because finding the Higgs

Развълнувахме се толкова много, защото откриването на Хигс

proves the existence of a cosmic energy field.

доказва съществуването на космическо енергийно поле.

Now, you may have trouble imagining an energy field,

Може да ви е трудно да си представите енергийно поле,

but we've all experienced one.

но всички познаваме едно такова.

If you've ever held a magnet close to a piece of metal

Ако някога сте държали магнит близо до парче метал и

and felt a force pulling across that gap,

сте усещали притегателната сила помежду им,

then you've felt the effect of a field.

значи познавате въздействието на полето.

And the Higgs field is a little bit like a magnetic field,

Полето на Хигс прилича малко на магнитното поле,

except it has a constant value everywhere.

като изключим това, че има постоянна стойност навсякъде.

It's all around us right now.

Сега то е навсякъде около нас.

We can't see it or touch it,

Не можем да го видим или пипнем,

but if it wasn't there,

но ако го нямаше,

we would not exist.

ние нямаше да съществуваме.

The Higgs field gives mass

Полето на Хигс дава маса

to the fundamental particles that we're made from.

на елементарните частици, които ни изграждат.

If it wasn't there, those particles would have no mass,

Ако то не съществуваше, частиците нямаше да имат маса,

and no atoms could form and there would be no us.

нямаше да се образуват атоми и нас нямаше да ни има.

But there is something deeply mysterious about the Higgs field.

Но има нещо доста загадъчно около Полето на Хигс.

Relativity and quantum mechanics tell us that it has two natural settings,

Относителността и квантовата механика казват, че то има две естествени състояния

a bit like a light switch.

нещо като ключ за лампа.

It should either be off,

Трябва или да е изключено,

so that it has a zero value everywhere in space,

т.е. да има нулева стойност навсякъде в пространството,

or it should be on so it has an absolutely enormous value.

или да е включено, т.е. да има невероятно огромна стойност.

In both of these scenarios, atoms could not exist,

И при двата сценария атомите не могат да съществуват,

and therefore all the other interesting stuff

следователно всички останали интересни неща,

that we see around us in the universe would not exist.

във вселената около нас няма да съществуват.

In reality, the Higgs field is just slightly on,

На практика Полето на Хигс е едва "включено",

not zero but 10,000 trillion times weaker than its fully on value,

не е нула, а 10,000 трилиона пъти по-слабо от пълната си стойност,

a bit like a light switch that's got stuck just before the off position.

нещо като ключ за лампа, който е заял точно преди да изключи.

And this value is crucial.

Тази му стойност е съдбоносна.

If it were a tiny bit different,

Ако беше мъничко по-различна,

then there would be no physical structure in the universe.

нямаше да има физически структури във вселената.

So this is the first of our dangerous numbers,

Това е първото от нашите опасни числа,

the strength of the Higgs field.

силата на Полето на Хигс.

Theorists have spent decades trying to understand

Теоретиците прекараха десетилетия в опити да разберат

why it has this very peculiarly fine-tuned number,

защо то има тази много странна, точно нагласена стойност

and they've come up with a number of possible explanations.

и излязоха с няколко възможни обяснения.

They have sexy-sounding names like "supersymmetry"

Те имат секси имена като "суперсиметрия"

or "large extra dimensions."

или "обширни допълнителни измерения".

I'm not going to go into the details of these ideas now,

Сега няма да навлизам в подробности за тези идеи,

but the key point is this:

но ключовият момент е този:

if any of them explained this weirdly fine-tuned value of the Higgs field,

ако някоя от тях обясняваше странната нагласена стойност на Полето на Хигс,

then we should see new particles being created at the LHC

трябваше да видим появата на нови частици в Големия адронен ускорител

along with the Higgs boson.

заедно с Хигс бозона.

So far, though, we've not seen any sign of them.

Дотук, обаче, няма и следа от тях.

But there's actually an even worse example

Всъщност, има дори един по-лош пример

of this kind of fine-tuning of a dangerous number,

за такова "настройване" на опасно число

and this time it comes from the other end of the scale,

и този път то идва от другия край на мащаба,

from studying the universe at vast distances.

от изучаването на вселената на огромни разстояния.

One of the most important consequences of Einstein's general theory of relativity

Едно от най-важните следствия от общата теория на относителността на Айнщайн

was the discovery that the universe began as a rapid expansion of space and time

бе откритието, че вселената е възникнала като бързо разширение на пространството и времето

13.8 billion years ago, the Big Bang.

преди 13.8 милиарда години, Големия взрив.

Now, according to early versions of the Big Bang theory,

Според ранните версии на Теорията за големия взрив,

the universe has been expanding ever since

вселената се разширява непрестанно оттогава,

with gravity gradually putting the brakes on that expansion.

като гравитацията постепенно слага спирачки на разширяването.

But in 1998, astronomers made the stunning discovery

Но през 1998 астрономите направиха смайващото откритие,

that the expansion of the universe is actually speeding up.

че разширяването на вселената всъщност се ускорява.

The universe is getting bigger and bigger faster and faster

Вселената става все по-голяма все по-бързо и бързо,

driven by a mysterious repulsive force called dark energy.

движена от тайнствена отблъскваща сила, наречена тъмна енергия.

Now, whenever you hear the word "dark" in physics,

Щом чуете думата "тъмен" във физиката,

you should get very suspicious

трябва да сте много подозрителни,

because it probably means we don't know what we're talking about.

защото тя вероятно означава, че не знаем за какво говорим.

(Laughter)

(Смях)

We don't know what dark energy is,

Не знаем какво е тъмна енергия,

but the best idea is that it's the energy of empty space itself,

но най-добрата представа е, че това е енергията на самото празно пространство,

the energy of the vacuum.

енергията на вакуума.

Now, if you use good old quantum mechanics to work out

Ако използваме добрата стара квантова механика, за да разберем

how strong dark energy should be,

колко силна трябва да е тъмната енергия,

you get an absolutely astonishing result.

ще получим удивителен резултат.

You find that dark energy

Ще открием, че тъмната енергия

should be 10 to the power of 120 times stronger

трябва да е 10 на степен 120 пъти по-силна

than the value we observe from astronomy.

от стойността, която познаваме от астрономията.

That's one with 120 zeroes after it.

Това е едно със 120 нули.

This is a number so mind-bogglingly huge

Толкова умопомрачително огромно число,

that it's impossible to get your head around.

че е невъзможно да го възприемем.

We often use the word "astronomical" when we're talking about big numbers.

Често използваме думата "астрономически", когато говорим за големи числа.

Well, even that one won't do here.

Е, дори тя не подхожда тук.

This number is bigger than any number in astronomy.

Числото е по-голямо от всяко друго в астрономията.

It's a thousand trillion trillion trillion times bigger

То е хиляда трилиона трилиона трилиона пъти по-голямо

than the number of atoms in the entire universe.

от броя на атомите в цялата вселена.

So that's a pretty bad prediction.

Това е доста лоша прогноза.

In fact, it's been called the worst prediction in physics,

Всъщност, наречена е "най-лошата прогноза във физиката"

and this is more than just a theoretical curiosity.

и става въпрос за повече от чисто теоретично любопитство.

If dark energy were anywhere near this strong,

Ако тъмната енергия беше толкова силна,

then the universe would have been torn apart,

вселената щеше да се разкъса,

stars and galaxies could not form, and we would not be here.

нямаше да се образуват звезди и галактики и нас нямаше да ни има.

So this is the second of those dangerous numbers,

Това е второто от онези опасни числа,

the strength of dark energy,

силата на тъмната енергия

and explaining it requires an even more fantastic level of fine-tuning

и обяснението му изисква още по-фантастично "настройване"

than we saw for the Higgs field.

от това при Полето на Хигс.

But unlike the Higgs field, this number has no known explanation.

Но за разлика от Полето на Хигс, това число няма никакво обяснение.

The hope was that a complete combination

Имаше надежда, че завършена комбинация

of Einstein's general theory of relativity,

от общата теория на относителността на Айнщайн,

which is the theory of the universe at grand scales,

която е теория за вселената в голям мащаб,

with quantum mechanics, the theory of the universe at small scales,

и квантовата механика, теория за вселената в малък мащаб,

might provide a solution.

би могла да доведе до решение.

Einstein himself spent most of his later years

Самият Айнщайн е прекарал повечето си късни години

on a futile search for a unified theory of physics,

в безплодно търсене на обединена теория във физиката,

and physicists have kept at it ever since.

а физиците продължават да търсят и досега.

One of the most promising candidates for a unified theory is string theory,

Един от най-обещаващите кандидати за обединена теория e теорията на струните,

and the essential idea is,

където основната идея е,

if you could zoom in on the fundamental particles that make up our world,

че ако разгледаме отблизо елементарните частици, изграждащи света ни,

you'd see actually that they're not particles at all,

ще видим, че всъщност те съвсем не са частици,

but tiny vibrating strings of energy,

а мънички вибриращи струни енергия,

with each frequency of vibration corresponding to a different particle,

като всяка честота на вибриране съответства на различна частица -

a bit like musical notes on a guitar string.

нещо като музикални ноти и струна на китара.

So it's a rather elegant, almost poetic way of looking at the world,

Това е доста елегантен, почти поетичен начин да гледаме на света,

but it has one catastrophic problem.

но има един катастрофален проблем.

It turns out that string theory isn't one theory at all,

Оказва се, че струнната теория съвсем не е една теория,

but a whole collection of theories.

а цяла колекция от теории.

It's been estimated, in fact,

Изчислено е, че на практика

that there are 10 to the 500 different versions of string theory.

има от 10 до 500 различни версии на струнната теория.

Each one would describe a different universe

Всяка от тях описва различна вселена

with different laws of physics.

с различни физични закони.

Now, critics say this makes string theory unscientific.

Според критиците това лишава струнната теория от научност.

You can't disprove the theory.

Не можете да я оборите.

But others actually turned this on its head

Но други на практика обръщат това твърдение,

and said, well, maybe this apparent failure

като казват, че очевидният недостатък може би е

is string theory's greatest triumph.

най-големият триумф на струнната теория.

What if all of these 10 to the 500 different possible universes

Ами ако всичките 10 до 500 различни възможни вселени

actually exist out there somewhere

всъщност съществуват някъде там

in some grand multiverse?

в една внушителна мултивселена?

Suddenly we can understand

Изведнъж ще започнем да разбираме

the weirdly fine-tuned values of these two dangerous numbers.

странно настроените стойности на двете опасни числа.

In most of the multiverse,

В по-голяма част от мултивселената

dark energy is so strong that the universe gets torn apart,

тъмната енергия е толкова силна, че вселената бива разкъсана

or the Higgs field is so weak that no atoms can form.

или Полето на Хигс е толкова слабо, че не могат да се образуват атоми.

We live in one of the places in the multiverse

Ние живеем на едно от местата в мултивселената,

where the two numbers are just right.

където двете числа имат точните стойности.

We live in a Goldilocks universe.

Живеем във вселената на Златокоска.

Now, this idea is extremely controversial, and it's easy to see why.

Тази идея е изключително спорна и е лесно да разберем защо.

If we follow this line of thinking,

Ако следваме тoзи начин на мислене,

then we will never be able to answer the question,

никога няма да можем да отговорим на въпроса

"Why is there something rather than nothing?"

"Защо има нещо, вместо да няма нищо?"

In most of the multiverse, there is nothing,

В по-голямата част от мултивселената няма нищо

and we live in one of the few places

и ние живеем на едно от малкото места,

where the laws of physics allow there to be something.

където законите на физиката позволяват да има нещо.

Even worse, we can't test the idea of the multiverse.

Още по-лошо - не можем да проверим идеята за мултивселена.

We can't access these other universes,

Не можем да стигнем до другите вселени

so there's no way of knowing whether they're there or not.

и няма начин да разберем дали ги има или не.

So we're in an extremely frustrating position.

В крайно обезсърчаващо положение сме.

That doesn't mean the multiverse doesn't exist.

Това не означава, че мултивселената не съществува.

There are other planets, other stars, other galaxies,

Има други планети, други звезди, други галактики,

so why not other universes?

защо да няма и други вселени?

The problem is, it's unlikely we'll ever know for sure.

Проблемът е, че е малко вероятно някога да разберем със сигурност.

Now, the idea of the multiverse has been around for a while,

Идеята за мултивселена съществува от известно време,

but in the last few years, we've started to get the first solid hints

но през последните години започнахме да получаваме първите сериозни доказателства,

that this line of reasoning may get born out.

че този начин на разсъждение може да се окаже верен.

Despite high hopes for the first run of the LHC,

Въпреки големите надежди за първото включване на Големия Хадронен Ускорител,

what we were looking for there --

това което търсехме чрез него –

we were looking for new theories of physics:

търсехме нови теории във физиката:

supersymmetry or large extra dimensions

суперсиметрия или обширни допълнителни измерения,

that could explain this weirdly fine-tuned value of the Higgs field.

които да обяснят странно настроената стойност на Хигс полето.

But despite high hopes, the LHC revealed a barren subatomic wilderness

Но въпреки големите надежди, Ускорителят разкри безинтересна субатомна пустош,

populated only by a lonely Higgs boson.

населявана само от самотен Хигс бозон.

My experiment published paper after paper

Моят експеримент публикуваше доклад след доклад,

where we glumly had to conclude that we saw no signs of new physics.

в които трябваше мрачно да заключаваме, че не сме видели следи от нова физика.

The stakes now could not be higher.

Сега залозите не биха могли да са по-високи.

This summer, the LHC began its second phase of operation

Това лято Ускорителят започна втората фаза на работата си

with an energy almost double what we achieved in the first run.

с почти два пъти повече енергия от тази при първото включване.

What particle physicists are all desperately hoping for

Всички физици на елементарните частици отчаяно се надяват

are signs of new particles, micro black holes,

знаци от нови частици, микро черни дупки

or maybe something totally unexpected

или може би нещо съвсем неочаквано

emerging from the violent collisions at the Large Hadron Collider.

да се появи от яростните сблъсъци в Големия Хадронен Ускорител.

If so, then we can continue this long journey

Ако стане така, можем да продължим това дълго пътешествие,

that began 100 years ago with Albert Einstein

започнало преди 100 години с Алберт Айнщайн

towards an ever deeper understanding of the laws of nature.

към едно по-дълбоко разбиране на законите на природата.

But if, in two or three years' time,

Но ако до две-три години,

when the LHC switches off again for a second long shutdown,

когато Ускорителят отново изключи за вторo дългo затваряне,

we've found nothing but the Higgs boson,

не сме открили нищо освен Хигс бозона,

then we may be entering a new era in physics:

може би ще навлезем в нова ера във физиката -

an era where there are weird features of the universe that we cannot explain;

ера, в която има странни особености на вселената, които не можем да обясним,

an era where we have hints that we live in a multiverse

ера, в която имаме свидетелства, че живеем в мултивселена,

that lies frustratingly forever beyond our reach;

която, за наше разочарование, никога няма да достигнем,

an era where we will never be able to answer the question,

ера, в която никога няма да успеем да отговорим на въпроса

"Why is there something rather than nothing?"

"Защо има нещо вместо да няма нищо?"

Thank you.

Благодаря ви.

(Applause)

(Аплодисменти)

Bruno Giussani: Harry, even if you just said

Бруно Джиусани: Хари, въпреки че току-що каза, че

the science may not have some answers,

науката може и да няма някои отговори,

I would like to ask you a couple of questions, and the first is:

бих искал да ти задам два въпроса и първият е:

building something like the LHC is a generational project.

Построяването на нещо като Ускорителя е проект на поколения.

I just mentioned, introducing you, that we live in a short-term world.

Току-що казах, докато те представях, че живеем в краткосрочен свят.

How do you think so long term,

Как мислите толкова дългосрочно,

projecting yourself out a generation when building something like this?

проектирайки се отвъд едно поколение, когато строите нещо подобно?

Harry Cliff: I was very lucky

Хари Клиф: Имах голям късмет,

that I joined the experiment I work on at the LHC in 2008,

че се присъединих към експеримента, по който работя в Ускорителя през 2008,

just as we were switching on,

точно когато го включвахме,

and there are people in my research group who have been working on it

а в изследователската ми група има хора, които работят по него

for three decades, their entire careers on one machine.

от три десетилетия - целите им кариери за една машина.

So I think the first conversations about the LHC were in 1976,

Мисля, че първите разговори за Ускорителя са от 1976

and you start planning the machine without the technology

и започва планирането на машината без технологията,

that you know you're going to need to be able to build it.

която знаем, че ще ни бъде нужна, за да я построим.

So the computing power did not exist in the early '90s

Не е имало изчислителна мощ в началото на 90-те,

when design work began in earnest.

когато е започнала сериозната работа по проектирането.

One of the big detectors which record these collisions,

За един от големите детектори, които записват сблъсъците,

they didn't think there was technology

не са смятали, че има технология,

that could withstand the radiation that would be created in the LHC,

която да удържи радиацията, създадена в Ускорителя,

so there was basically a lump of lead in the middle of this object

затова в общи линии в средата на обекта имало буца олово

with some detectors around the outside,

с няколко детектора около външната част,

but subsequently we have developed technology.

но впоследствие развихме технологията.

So you have to rely on people's ingenuity, that they will solve the problems,

Трябва да разчитаме на находчивостта на хората, че те ще решат проблемите,

but it may be a decade or more down the line.

но може да мине десетилетие или повече.

BG: China just announced two or three weeks ago

БД: Преди две-три седмици Китай обяви,

that they intend to build

че възнамеряват да построят

a supercollider twice the size of the LHC.

супер-ускорител, два пъти по-голям от Големия Хадронен Ускорител.

I was wondering how you and your colleagues welcome the news.

Чудех се как вие и колегите ви посрещате новината.

HC: Size isn't everything, Bruno. BG: I'm sure. I'm sure.

ХК: Големината не е всичко, Бруно. БД: Сигурен съм.

(Laughter)

(Смях)

It sounds funny for a particle physicist to say that.

Забавно е един физик на елементарните частици да каже това.

But I mean, seriously, it's great news.

Но, сериозно, новината е страхотна.

So building a machine like the LHC

Построяването на машина като Ускорителя

requires countries from all over the world to pool their resources.

изисква страни от целия свят да обединят ресурсите си.

No one nation can afford to build a machine this large,

Нито една нация не може да си позволи да построи такава голяма машина,

apart from maybe China,

освен, може би, Китай,

because they can mobilize huge amounts of resources,

защото те могат да мобилизират огромни ресурси,

manpower and money to build machines like this.

човешка сила и пари, за да построят такава машина.

So it's only a good thing.

Само за добро е.

What they're really planning to do is to build a machine

Те в действителност планират да построят машина,

that will study the Higgs boson in detail and could give us some clues

която да проучи в подробности Хигс бозона и да ни даде някакви насоки

as to whether these new ideas, like supersymmetry, are really out there,

за това дали новите идеи, като суперсиметрията, са правдоподобни,

so it's great news for physics, I think.

затова новината е чудесна за физиката.

BG: Harry, thank you. HC: Thank you very much.

БД: Благодаря ти, Хари. ХК: Много благодаря.

(Applause)

(Аплодисменти)