A theory of everything | Garrett Lisi

Garrett Lisi über seine Theorie von Allem

Übersetzung: Frank Thürigen Lektorat: Bernhard Umlauf

Whoa, dude.

Wow, Kumpel. Schau Dir diese Mords-Gleichungen an. Hübsch.

(Laughter)

Check out those killer equations. Sweet.

Actually, for the next 18 minutes I'm going to do the best I can

Nein, in den nächsten 18 Minuten werde ich mein Bestes geben,

to describe the beauty of particle physics without equations.

um die Schönheit der Teilchenphysik ohne Gleichungen zu zeigen.

It turns out there's a lot we can learn from coral.

Es zeigt sich, dass wir viel von den Korallen lernen können.

A coral is a very beautiful and unusual animal.

Die Koralle ist ein wunderschönes und ungewöhnliches Tier.

Each coral head consists of thousands of individual polyps.

Jeder Korallenkopf besteht aus tausenden eigenständigen Polypen.

These polyps are continually budding and branching

Diese Polypen knospen und verzweigen sich fortwährend

into genetically identical neighbors.

zu genetisch identischen Nachbarn.

If we imagine this to be a hyperintelligent coral,

Wenn wir uns das als hyperintelligente Koralle vorstellen

können wir jeden Teil auswählen und ihm eine vernünftige Frage stellen.

we can single out an individual and ask him a reasonable question.

We can ask how exactly he got to be in this particular location

Wir können fragen, wie genau er in diese bestimmte Position

compared to his neighbors --

in Bezug auf seine Nachbarn kam –

if it was just chance, or destiny, or what?

war es Zufall oder Schicksal, oder was?

Now, after admonishing us for turning the temperature up too high,

Nachdem er uns ermahnt hat, dass wir die Temperatur zu hoch gedreht haben

würde er uns erklären, dass unsere Frage kompletter Unsinn ist.

he would tell us that our question was completely stupid.

These corals can be kind of mean, you see,

Sehen Sie. Diese Korallen können wirklich gemein sein.

and I have surfing scars to prove that.

Ich habe Narben vom Surfen, die das beweisen.

But this polyp would continue and tell us

Aber dieser Polyp würde fortfahren und uns erzählen,

that his neighbors were quite clearly identical copies of him.

dass seine Nachbarn doch eindeutig identische Kopien von ihm sind.

That he was in all these other locations as well,

Dass er auch an allen anderen Stellen der Koralle sei,

but experiencing them as separate individuals.

aber sie als separate Individuen erfährt.

For a coral, branching into different copies

Für eine Koralle ist das Verzweigen in verschiedene Kopien

is the most natural thing in the world.

das Natürlichste auf der Welt.

Unlike us, a hyperintelligent coral

Im Gegensatz zu uns, wäre eine hyperintelligente Koralle

would be uniquely prepared to understand quantum mechanics.

einzigartig gut vorbereitet, um die Quantenmechanik zu verstehen.

The mathematics of quantum mechanics

Die Mathematik der Quantenmechanik beschreibt sehr akkurat,

very accurately describes how our universe works.

wie unser Universum funktioniert.

And it tells us our reality is continually branching into different possibilities,

Und sie erklärt uns, dass unsere Realität sich fortlaufend

in verschiedene Möglichkeiten verzweigt – genau wie eine Koralle.

just like a coral.

It's a weird thing for us humans to wrap our minds around,

Es ist bizarr, für uns Menschen, das zu verstehen,

since we only ever get to experience one possibility.

da wir immer nur eine Möglichkeit erfahren.

This quantum weirdness was first described

Diese Quantenseltsamkeit wurde zum ersten Mal

by Erwin Schrödinger and his cat.

von Erwin Schrödinger mit seiner Katze beschrieben.

The cat likes this version better.

Die Katze mag diese Version lieber.

(Laughter)

(Lachen)

In this setup, Schrödinger is in a box with a radioactive sample

In diesem Aufbau ist Schrödinger in einer Kiste mit einer radioaktiven Probe,

that, by the laws of quantum mechanics, branches into a state

die sich nach den Gesetzen der Quantenmechanik in einen Zustand verzweigt,

in which it is radiated and a state in which it is not.

in dem sie strahlt und einen Zustand, in welchem sie das nicht tut.

(Laughter)

(Lachen)

In the branch in which the sample radiates,

Auf dem Zweig, auf welchem die Probe abstrahlt

betätigt sie einen Schalter der Gas freisetzt und Schrödinger stirbt.

it sets off a trigger that releases poison and Schrödinger is dead.

But in the other branch of reality, he remains alive.

Auf dem anderen Zweig der Realität bleibt er am Leben.

These realities are experienced separately by each individual.

Diese Realitäten werden separat von jedem der Individuen erfahren.

As far as either can tell, the other one doesn't exist.

Soweit jeder von beiden es sagen kann, existiert der andere nicht.

This seems weird to us,

Das wirkt bizarr auf uns, da jeder von uns

because each of us only experiences an individual existence,

nur eine individuelle Existenz erfährt.

and we don't get to see other branches.

Wir bekommen die anderen Zweige nicht zu sehen.

It's as if each of us, like Schrödinger here,

Es ist so, als wäre jeder von uns, wie Schrödinger hier, eine Art Koralle,

are a kind of coral branching into different possibilities.

die sich in unterschiedliche Wahrscheinlichkeiten verzweigt.

The mathematics of quantum mechanics tells us

Die Mathematik der Quantenmechanik lehrt uns,

this is how the world works at tiny scales.

dass die Welt im kleinsten Maßstab so funktioniert.

It can be summed up in a single sentence:

Es kann zu einem einfachen Satz zusammengefasst werden:

Everything that can happen, does.

Alles, was passieren kann, passiert.

That's quantum mechanics.

Das ist Quantenmechanik.

But this does not mean everything happens.

Aber das heißt nicht, dass alles passiert.

The rest of physics is about describing what can happen and what can't.

Beim Rest der Physik geht es darum zu beschreiben,

was passieren kann und was nicht.

What physics tells us is that everything comes down to geometry

Was uns die Physik lehrt ist, dass sich alles auf Geometrie

and the interactions of elementary particles.

und die Interaktion elementarer Teilchen reduzieren lässt.

Dinge können nur dann passieren, wenn sich diese Interaktionen

And things can happen only if these interactions are perfectly balanced.

in perfektem Gleichgewicht befinden.

Now I'll go ahead and describe how we know about these particles,

Jetzt fahre ich fort zu beschreiben, warum wir über diese Teilchen wissen,

was sie sind und wie dieses Gleichgewicht funktioniert.

what they are and how this balance works.

In this machine, a beam of protons and antiprotons

In dieser Maschine wird je ein Strahl von Protonen und Anti-Protonen

are accelerated to near the speed of light

auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigt

and brought together in a collision, producing a burst of pure energy.

und zur Kollision gebracht, wobei ein Ausbruch purer Energie entsteht.

This energy is immediately converted into a spray of subatomic particles,

Diese Energie wird sofort in einen Sprühregen

von Teilchenbruchstücken verwandelt, deren Eigenschaften

with detectors and computers used to figure out their properties.

von Detektoren erfasst und und von Computern ausgewertet werden.

This enormous machine --

Diese riesige Maschine, der "Große Hadronen Beschleuniger"

the Large Hadron Collider at CERN in Geneva --

(LHC) am CERN in Genf,

has a circumference of 17 miles and, when it's operating,

hat einen Umfang von fast 27 Kilometern

und verbraucht zu seinem Betrieb fünf mal so viel Energie

draws five times as much power as the city of Monterey.

wie die Stadt Monterey.

We can't predict specifically

Man kann nicht vorhersagen, welche Art von Teilchen

what particles will be produced in any individual collision.

bei einer bestimmten Kollision erzeugt werden.

Quantum mechanics tells us all possibilities are realized.

Die Quantenmechanik sagt uns, dass alle Möglichkeiten eintreten werden.

But physics does tell us what particles can be produced.

Aber die Physik sagt uns, welche Teilchen erzeugt werden können.

These particles must have just as much mass and energy

Diese Partikel müssen zusammen genausoviel Masse und Energie

as is carried in by the proton and antiproton.

tragen, wie die ursprünglichen Protonen und Antiprotonen.

Any particles more massive than this energy limit aren't produced,

Partikel, die schwerer sind als diese Energiegrenze,

können nicht erzeugt werden und bleiben daher unsichtbar.

and remain invisible to us.

This is why this new particle accelerator is so exciting.

Das ist der Grund, warum dieser neue Beschleuniger

It's going to push this energy limit seven times

so aufregend ist. Er kann das siebenfache der

beyond what's ever been done before,

früher möglichen Kollisionsenergie erzeugen,

so we're going to get to see some new particles very soon.

also werden wir sehr bald einige neue Teilchen erfassen können.

But before talking about what we might see,

Aber bevor wir darüber reden was wir möglicherweise sehen werden,

let me describe the particles we already know of.

lassen Sie mich beschreiben, von welchen Teilchen wir bisher schon wissen.

There's a whole zoo of subatomic particles.

Es gibt einen ganzen Zoo von Teilchen.

Most of us are familiar with electrons.

Die meisten von uns werden mit dem Elektron vertraut sein.

A lot of people in this room make a good living pushing them around.

Die meisten in diesem Raum leben gut davon,

Elektronen herumzuschubsen.

(Lachen)

(Laughter)

But the electron also has a neutral partner called the neutrino,

Aber das Elektron hat einen neutralen Partner, das Neutrino,

with no electric charge and a very tiny mass.

das elektrisch ungeladen ist und eine sehr geringe Masse hat.

In contrast, the up and down quarks have very large masses,

Im Gegensatz dazu haben die Up und Down Quarks sehr große Massen,

and combine in threes to make the protons and neutrons inside atoms.

und zu je Dreien geordnet, sind sie die Bestandteile des Protons und

des Neutrons, welche wiederum die Bestandteile des Atomkerns sind.

All of these matter particles come in left- and right-handed varieties,

Alle diese Materieteilchen gibt es in rechts- und linkshändigen Varianten,

und sie haben Antiteilchen, die die entgegengesetzte elektrische Ladung tragen.

and have antiparticle partners that carry opposite charges.

These familiar particles

also have less familiar second and third generations,

Von diesen bekannten Teilchen gibt es weniger bekannte

zweite und dritte Generationen, die dieselbe Ladung haben

which have the same charges as the first but have much higher masses.

wie die Erste, aber viel höhere Massen haben. Diese Materieteilchen

These matter particles all interact with the various force particles.

interagieren mit den verschiedenen kräftetragenden Teilchen.

The electromagnetic force interacts with electrically charged matter

Die elektromagnetische Kraft interagiert mit elektrisch geladener Materie

via particles called photons.

über Teilchen die Photonen genannt werden. Es gibt auch eine

There is also a very weak force

sehr schwache Kraft, die etwas phantasielos schwache Kernkraft

called, rather unimaginatively, the weak force ...

genannt wird. Die schwache Kernkraft interagiert

(Laughter)

that interacts only with left-handed matter.

nur mit linkshändiger Materie.

The strong force acts between quarks

Die starke Kernkraft wiederum agiert zwischen Quarks, die

which carry a different kind of charge, called color charge,

eine andere Art der Ladung tragen, die Farbe genannt wird,

and come in three different varieties: red, green and blue.

und in drei Varianten auftritt: rot, grün und blau.

You can blame Murray Gell-Mann for these names -- they're his fault.

Die Schuld für diese Auswahl können Sie auf

Murray Gell-Mann schieben - das ist sein Fehler.

Finally, there's the force of gravity,

Schließlich gibt es noch die Gravitation, die mit Materie

which interacts with matter via its mass and spin.

über deren Masse und Spin wechselwirkt.

The most important thing to understand here

Der Kernpunkt zum Verständnis ist hier,

is that there's a different kind of charge associated with each of these forces.

dass verschiedene Arten von Ladung mit

jeder dieser Kräfte verbunden sind.

These four different forces interact with matter

Die vier verschiedenen Kräfte wechselwirken mit Materie gemäß den

according to the corresponding charges that each particle has.

zugehörigen Ladungen, die diese Teilchen haben. Ein Teilchen,

A particle that hasn't been seen yet, but we're pretty sure exists,

das wir bisher noch nicht gesehen haben - das aber ziemlich sicher existiert -

ist das Higgs-Teilchen, welches all den anderen Teilchen ihre Masse verleiht.

is the Higgs particle, which gives masses to all these other particles.

The main purpose of the Large Hadron Collider

Der Hauptzweck des LHC ist dieses Teilchen zu erfassen,

und man ist sich ziemlich sicher, dass man das wird.

is to see this Higgs particle, and we're almost certain it will.

But the greatest mystery is what else we might see.

Aber das größte Geheimnis ist, was wir noch entdecken könnten.

And I'm going to show you one beautiful possibility

Und ich werde Ihnen am Ende dieses Vortrags

towards the end of this talk.

eine schöne Möglichkeit dafür aufzeigen.

Now, if we count up all these different particles

Wenn wir jetzt alle verschiedenen Teilchen mit ihren verschiedenen

using their various spins and charges,

Spins und Ladungen zusammenzählen, kommen wir auf 226.

there are 226.

That's a lot of particles to keep track of.

Das sind eine Menge, die wir untersuchen müssen.

And it seems strange

Und es scheint seltsam, dass die Natur

that nature would have so many elementary particles.

so viele elementare Teilchen zu brauchen scheint.

But if we plot them out according to their charges,

Wenn wir sie aber in einem Diagramm aufzeichnen,

some beautiful patterns emerge.

dann erscheinen einige schöne Muster.

The most familiar charge is electric charge.

Die bekannteste Ladung ist die elektrische.

Electrons have an electric charge,

Elektronen haben eine negative elektrische Ladung,

a negative one,

und Quarks haben drittel Teile der elektrischen Ladung. Wenn also

and quarks have electric charges in thirds.

zwei Up und ein Down Quark zu einem Proton kombiniert werden,

So when two up quarks and a down quark are combined to make a proton,

dann hat es eine Gesamtladung von plus eins. Diese Teilchen

it has a total electric charge of plus one.

These particles also have antiparticles, which have opposite charges.

haben Antiteilchen, welche die entgegengesetzte Ladung haben.

Now, it turns out the electric charge

Es stellt sich nun heraus, dass elektrische Ladungen in

is actually a combination of two other charges:

Wirklichkeit eine Kombination zweier anderer Ladungen sind,

hypercharge and weak charge.

Hyperladung und schwache Ladung. Wenn wir nun

If we spread out the hypercharge and weak charge

die Hyperladung und die schwache Ladung verteilen

und in unserem zweidimensionalen Diagramm einzeichnen,

and plot the charges of particles in this two-dimensional charge space,

the electric charge is where these particles sit

wird die elektrische Ladung durch den Platz des Teilchens

along the vertical direction.

in der vertikalen Richtung ausgedrückt. Die elektromagnetischen

The electromagnetic and weak forces interact with matter

und schwachen Kernkräfte wechselwirken mit Materie,

according to their hypercharge and weak charge,

je nach deren Hyper- und schwacher Ladung,

which make this pattern.

wodurch dieses Muster entsteht.

This is called the unified electroweak model,

Man nennt es das "Vereinheitlichte elektroschwache Modell",

das schon 1967 postuliert wurde.

and it was put together back in 1967.

The reason most of us are only familiar with electric charge

Der Grund, warum wir nur mit der elektrischen Ladung vertraut sind,

and not both of these is because of the Higgs particle.

aber nicht mit beiden, liegt am Higgs-Teilchen.

The Higgs, over here on the left, has a large mass

Das Higgs, hier drüben auf der linken Seite, hat eine große Masse

and breaks the symmetry of this electroweak pattern.

und bricht damit die Symmetrie des elektroschwachen Musters.

It makes the weak force very weak by giving the weak particles a large mass.

Es macht die schwache Kernkraft sehr schwach,

indem es den schwachen Partikeln eine sehr große Masse gibt.

Since this massive Higgs sits along the horizontal direction in this diagram,

Da das massive Higgs-Teilchen in der waagerechten Richtung im Diagramm liegt,

sind die Photonen des Elektromagnetismus masselos und

the photons of electromagnetism remain massless

and interact with electric charge along the vertical direction

wechselwirken mit der elektrischen Ladung in diesem Ladungsraum

in this charge space.

in vertikaler Richtung.

So the electromagnetic and weak forces

Die elektromagnetischen und schwachen Kernkräfte werden also

are described by this pattern of particle charges

durch dieses Muster im zweidimensionalen Raum beschrieben.

in two-dimensional space.

We can include the strong force by spreading out its two charge directions

Wir können die starke Kernkraft hinzunehmen, indem wir

ihre zwei Ladungsrichtungen auffächern und die Werte

and plotting the charges of the force particles in quarks

der Kräfteteilchen der Quarks in diesen Richtungen eintragen.

along these directions.

The charges of all known particles

Die Ladungen aller bekannten Teilchen können nun

can be plotted in a four-dimensional charge space,

in einem vierdimensionalen Raum eingetragen werden und von dort

and projected down to two dimensions like this so we can see them.

in zwei Dimensionen projiziert werden.

Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance

Wann immer Teilchen interagieren, hält die Natur in allen vier

along all four of these charge directions.

Richtungen alles in perfekter Balance. Wenn also ein Teilchen

If a particle and an antiparticle collide,

und ein Antiteilchen kollidieren, erzeugen sie einen Ausbruch

it creates a burst of energy and a total charge of zero

von Energie, aber eine Gesamtladung von Null in den vier Richtungen.

in all four charge directions.

At this point, anything can be created

An dieser Stelle kann alles erzeugt werden, solange es

as long as it has the same energy and maintains a total charge of zero.

die gleiche Gesamtenergie und eine Gesamtladung von Null hat.

For example, this weak force particle and its antiparticle

Zum Beispiel: Dieses Teilchen der schwachen Kernkraft und sein

can be created in a collision.

Antiteilchen können bei einer Kollision entstehen. In weiteren

In further interactions, the charges must always balance.

Wechselwirkungen müssen sich die Ladungen immer ausgleichen.

One of the weak particles could decay into an electron and an antineutrino,

Eines der schwachen Teilchen könnte in ein Elektron

und ein Anti-Neutrino zerfallen,

and these three still add to zero total charge.

aber alle drei hätten immer noch die Gesamtladung Null.

Nature always keeps a perfect balance.

Die Natur bleibt immer im Gleichgewicht.

So these patterns of charges are not just pretty.

Diese Muster sind also nicht einfach nur schön.

Sie sagen uns, welche Veränderungen erlaubt sind. Außerdem

They tell us what interactions are allowed to happen.

And we can rotate this charge space in four dimensions

können wir diesen Ladungsraum in vier Dimensionen drehen,

to get a better look at the strong interaction,

um einen besseren Eindruck der starken Wechselwirkung zu erhalten,

die diese schöne sechseckige Symmetrie hat.

which has this nice hexagonal symmetry.

In a strong interaction, a strong force particle,

Bei der starken Wechselwirkung ergibt ein Teilchen dieser Kraft,

such as this one,

interacts with a colored quark, such as this green one,

wie dieses, mit einem Farb-Quark, wie diesem Grünen,

ein Quark mit einer neuen Farbladung, nämlich dieses Rote hier.

to give a quark with a different color charge -- this red one.

And strong interactions are happening millions of times

Diese starken Wechselwirkungen passieren millionenmal

pro Sekunde in jedem Atom unseres Körpers

each second in every atom of our bodies,

holding the atomic nuclei together.

und halten dabei die Atomkerne zusammen.

But these four charges corresponding to three forces

Aber die vier Ladungen, aus denen die drei Kräfte zusammengesetzt sind,

are not the end of the story.

sind noch nicht das Ende der Geschichte.

We can also include two more charges corresponding to the gravitational force.

Man kann noch zwei andere Ladungen

zur Beschreibung der Gravitation hinzufügen.

Wenn wir das machen, hat jedes Materieteilchen

When we include these,

each matter particle has two different spin charges,

zwei weitere Spin-Ladungen, nämlich Spin-up und Spin-down.

spin-up and spin-down.

So they all split and give a nice pattern in six-dimensional charge space.

Alles teilt sich und zeigt schöne Muster

im sechsdimensionalen Ladungsraum.

We can rotate this pattern in six dimensions

Wir können dieses Muster im sechsdimensionalen Raum drehen

und erkennen seine besondere Schönheit.

and see that it's quite pretty.

Right now, this pattern matches our best current knowledge

Genau dieses Muster zeigt den aktuellen Stand unseres Wissens

of how nature is built at the tiny scales of these elementary particles.

darüber, wie die Natur im winzigen Maßstab

der Elementarteilchen aufgebaut ist.

This is what we know for certain.

Es ist das, was wir sicher wissen.

Some of these particles are at the very limit

Einige dieser Teilchen liegen an der Grenze dessen,

was wir bisher durch Experimente feststellen konnten.

of what we've been able to reach with experiments.

From this pattern

Aus diesem Muster erkennen wir schon jetzt die Teilchenphysik

we already know the particle physics of these tiny scales --

im winzigen Maßstab. Die Art, wie das Universum

the way the universe works at these tiny scales is very beautiful.

im winzigen Maßstab arbeitet ist sehr schön.

But now I'm going to discuss some new and old ideas

Jetzt werde ich einige neue und alte Ideen vorstellen,

about things we don't know yet.

über Dinge die wir noch nicht wissen.

We want to expand this pattern using mathematics alone,

Wir wollen dieses Muster mit Hilfe der Mathematik erweitern

und herausfinden, ob wir zum Kern der Wahrheit vordringen können.

and see if we can get our hands on the whole enchilada.

We want to find all the particles and forces

Ich will alle Teilchen und Kräfte finden,

that make a complete picture of our universe.

um ein komplettes Abbild des Universums zu erhalten.

And we want to use this picture to predict new particles

Ich werde dieses Bild auch nutzen, um neue Teilchen vorherzusagen,

that we'll see when experiments reach higher energies.

die man sehen wird, wenn die Experimente höhere Energien erreichen.

So there's an old idea in particle physics

Es gibt in der Teilchenphysik ein bekanntes Verfahren,

that this known pattern of charges,

das dieses Muster der Ladungen, das nicht sehr symmetrisch ist,

which is not very symmetric,

could emerge from a more perfect pattern that gets broken --

auf ein perfekteres Muster zurückführt, das gebrochen ist.

similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern

Das ähnelt dem Higgs-Teilchen, welches das elektroschwache Muster

to give electromagnetism.

zerstört, um den Elektromagnetismus herzuleiten.

In order to do this, we need to introduce new forces

Um das zu zeigen, müssen wir neue Kräfte

with new charge directions.

mit neuen Ladungen einführen.

When we introduce a new direction,

Für jede neue Richtung müssen wir

we get to guess what charges the particles have along this direction,

erraten, welche Ladungen die Teilchen in dieser Richtung haben.

and then we can rotate it in with the others.

Dann können wir das Muster mit den bisherigen Ladungen drehen.

If we guess wisely, we can construct the standard charges

Wenn wir gut geraten haben, können wir die Standardladungen

in six charge dimensions as a broken symmetry

in sechs Dimensionen als gebrochene Symmetrie

of this more perfect pattern in seven charge dimensions.

dieses perfekteren, siebendimensionalen Musters erklären.

This particular choice corresponds to a grand unified theory

Dieses Muster gehört zu der großen vereinheitlichten Theorie,

introduced by Pati and Salam in 1973.

die von Pati und Salam 1973 vorgestellt wurde.

When we look at this new unified pattern,

Wenn wir uns dieses neue vereinheitlichte Muster ansehen,

we can see a couple of gaps where particles seem to be missing.

erkennen wir Lücken, wo scheinbar Teilchen fehlen,

This is the way theories of unification work.

aber so funktionieren vereinheitlichte Theorien.

A physicist looks for larger, more symmetric patterns

Der Physiker sucht nach größeren, symmetrischeren Mustern,

that include the established pattern as a subset.

welche die etablierten Muster als Teil enthalten.

The larger pattern allows us to predict the existence of particles

Die größeren Muster erlauben uns, die Existenz

von Teilchen vorherzusagen, die bisher noch nicht gesehen wurden.

that have never been seen.

This unification model predicts the existence

Dieses besondere Vereinheitlichungsmodell sagt diese zwei

of these two new force particles,

neuen Kräfteteilchen voraus, die sehr genau wie die

which should act a lot like the weak force, only weaker.

schwache Kernkraft interagieren sollen, nur noch schwächer.

Now, we can rotate this set of charges in seven dimensions

Wir können nun diesen Satz Ladungen in sieben Dimensionen drehen

und erkennen eine seltsame Eigenschaft der Materie.

and consider an odd fact about the matter particles:

Die zweiten und dritten Teilchengenerationen der Materie

the second and third generations of matter

haben im sechsdimensionalen Ladungsraum genau dieselben Ladungen

have exactly the same charges in six-dimensional charge space

as the first generation.

wie die erste Generation. Diese Teilchen sind

These particles are not uniquely identified by their six charges.

nicht eindeutig durch die sechs Ladungen festgelegt.

They sit on top of one another in the standard charge space.

Sie besetzen im Standardladungsraum denselben Platz.

However, if we work in eight-dimensional charge space,

Wenn wir aber im achtdimensionalen Ladungsraum arbeiten,

then we can assign unique new charges to each particle.

können wir jedem Teilchen ein eindeutiges Ladungsmuster zuordnen.

Then we can spin these in eight dimensions

Dann können wir diese in acht Dimensionen drehen

and see what the whole pattern looks like.

und das Gesamtmuster betrachten.

Here we can see the second and third generations of matter now,

Hier sehen wir eine dreifache Symmetrie zwischen der

ersten, zweiten und dritten Generationen der Materie.

related to the first generation by a symmetry called "triality."

This particular pattern of charges in eight dimensions

Dieses besondere Ladungsmuster in acht Dimensionen ist

is actually part of the most beautiful geometric structure in mathematics.

Teil der schönsten geometrischen Struktur der Mathematik.

It's a pattern of the largest exceptional Lie group, E8.

Es ist ein Muster der größten exzeptionellen Lie-Gruppe E8.

This Lie group is a smooth, curved shape with 248 dimensions.

Diese Lie-Gruppe ist eine glatte, gekrümmte Fläche in 248 Dimensionen.

Each point in this pattern corresponds to a symmetry

Jeder Punkt in diesem Muster gehört zu einer Symmetrie

of this very complex and beautiful shape.

dieser sehr komplexen und schönen Struktur.

One small part of this E8 shape can be used to describe

Ein kleiner Teil der E8 Struktur kann dazu benutzt werden,

the curved space-time of Einstein's general relativity,

die gekrümmte Raumzeit in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie

explaining gravity.

zu beschreiben, um damit die Gravitation zu erklären.

Together with quantum mechanics,

Zusammen mit der Quantentheorie könnte die Geometrie dieser Struktur

the geometry of this shape could describe everything

uns alles darüber erklären, wie das Universum

about how the universe works at the tiniest scales.

im kleinsten Maßstab funktioniert.

The pattern of this shape living in eight-dimensional charge space

Außerdem ist das Muster dieser Struktur im achtdimensionalen

Ladungsraum von höchster Schönheit

is exquisitely beautiful,

and it summarizes thousands of possible interactions

und faßt tausende möglicher Interaktionen

between these elementary particles,

zwischen den Elementarteilchen zusammen - von welchen jedes

each of which is just a facet of this complicated shape.

nur ein Detail der komplexen Struktur ist.

As we spin it, we can see many of the other intricate patterns

Während wir dies drehen, erkennen wir weitere verzwickte Muster,

contained in this one.

die darin enthalten sind. Mit einer bestimmten Drehung

And with a particular rotation,

schauen wir durch dieses Muster entlang

we can look down through this pattern in eight dimensions along a symmetry axis

einer Symmetrieachse in acht Dimensionen

and see all the particles at once.

und sehen gleichzeitig alle Teilchen. Das ist ein sehr

It's a very beautiful object,

schönes Objekt, und wie bei jeder anderen Vereinheitlichungstheorie

and as with any unification,

we can see some holes where new particles are required by this pattern.

können wir Lücken erkennen, wo neue Teilchen nötig sind,

um das Muster zu vervollständigen.

There are 20 gaps where new particles should be,

Es gibt 20 Lücken, wo neue Teilchen sein sollten,

two of which have been filled by the Pati-Salam particles.

von denen zwei durch die Teilchen von Pati und Salam gefüllt wurden.

From their location in this pattern, we know that these new particles

Wegen ihres Platzes in dem Muster wissen wir, dass diese neuen Teilchen

should be scalar fields like the Higgs particle,

skalare Felder wie das Higgs-Teilchen sein müßten, aber eine Farbladung

but have color charge and interact with the strong force.

hätten und mit der starken Kernkraft wechselwirken müßten.

Filling in these new particles completes this pattern,

Wenn wir diese neuen Teilchen einfügen, komplettieren wir das Muster

und erhalten die volle E8 Gruppe.

giving us the full E8.

This E8 pattern has very deep mathematical roots.

Dieses E8 Muster hat sehr tiefe mathematische Wurzeln.

It's considered by many to be the most beautiful structure in mathematics.

Viele halten es für die schönste Struktur

in der Mathematik.

It's a fantastic prospect that this object of great mathematical beauty

Es ist eine fantastische Aussicht, dass dieses Objekt von großer

mathematischer Schönheit, die Wahrheit über die Wechselwirkung von

could describe the truth of particle interactions

Teilchen in den kleinstvorstellbaren Maßstäben beschreiben könnte.

at the smallest scales imaginable.

Dabei ist die Idee, dass die Natur von der Mathematik

And this idea that nature is described by mathematics is not at all new.

beschrieben wird, keinesfalls neu.

In 1623, Galileo wrote this:

1623 schrieb Galileo dies:

"Nature's grand book, which stands continually open to our gaze,

"Das große Buch der Natur, welches unserer Betrachtung ständig offensteht,

is written in the language of mathematics.

wurde in der Sprache der Mathematik geschrieben.

Its characters are triangles, circles and other geometrical figures,

Seine Buchstaben sind Dreiecke, Kreise und andere geometrische Figuren,

without which it is humanly impossible to understand a single word of it;

ohne die es dem Menschen unmöglich wäre,

auch nur ein einziges Wort zu verstehen;

without these, one is wandering around in a dark labyrinth."

ohne diese wandert der Mensch in einem dunklen Labyrinth."

I believe this to be true,

Ich glaube, dass dies wahr ist und habe versucht,

and I've tried to follow Galileo's guidance

Galileos Rat zu folgen

in describing the mathematics of particle physics

und die Mathematik der Teilchenphysik nur mit Dreiecken, Kreisen

using only triangles, circles and other geometrical figures.

und anderen geometrischen Mustern zu beschreiben.

Of course, when other physicists and I actually work on this stuff,

Wenn andere Physiker und ich an diesem Thema arbeiten,

dann kann die Mathematik wie ein dunkles Labyrinth erscheinen.

the mathematics can resemble a dark labyrinth.

But it's reassuring that at the heart of this mathematics

Aber es stimmt hoffnungsvoll, dass die Mathematik im Kern

is pure, beautiful geometry.

pure, schöne Geometrie ist.

Joined with quantum mechanics,

Vereinigt mit der Quantenmechanik, beschreibt diese Mathematik

this mathematics describes our universe as a growing E8 coral,

unser Universum als eine wachsende E8 Koralle

mit Teilchen, die an jeder Stelle auf alle möglichen Arten miteinander

with particles interacting at every location in all possible ways

according to a beautiful pattern.

wechselwirken und einem wunderschönen Muster folgen.

And as more of the pattern comes into view using new machines

Sobald neue Muster sichtbar werden, während wir neue Maschinen

like the Large Hadron Collider,

wie den LHC benutzen, könnte es uns möglich sein zu erkennen,

we may be able to see whether nature uses this E8 pattern or a different one.

ob die Natur dieses E8 Muster oder ein anderes benutzt. Der Vorgang

This process of discovery is a wonderful adventure to be involved in.

dieser Entdeckungen ist ein wundervolles Abenteuer, an dem man teilnehmen möchte.

If the LHC finds particles that fit this E8 pattern,

Wenn der LHC Teilchen findet, die in das E8 Muster passen,

that will be very, very cool.

wird das ein sehr großer Erfolg sein.

If the LHC finds new particles, but they don't fit this pattern --

Findet er neue Teilchen, die nicht in das E8 Muster passen --

well, that will be very interesting, but bad for this E8 theory.

na ja, das wäre sehr interessant, aber schlecht für die E8 Theorie.

And, of course, bad for me personally.

Und, natürlich, auch für mich schlecht.

(Laughter)

(Gelächter)

Now, how bad would that be?

Genauer - wie schlecht wäre es denn?

Well, pretty bad.

Hm - sehr schlecht.

(Laughter)

(Gelächter)

But predicting how nature works is a very risky game.

Aber die Natur vorherzusagen ist ein sehr riskantes Spiel.

This theory and others like it are long shots.

Diese Theorie - wie vergleichbare andere - sind deswegen spekulativ.

One does a lot of hard work knowing that most of these ideas

Man macht sich viel harte Arbeit wohl wissend, dass die meisten dieser Ideen

probably won't end up being true about nature.

schlußendlich vielleicht nicht die wahre Natur widerspiegeln.

That's what doing theoretical physics is like:

So ist die Arbeit theoretischer Physiker.

there are a lot of wipeouts.

Es gibt viele falsche Wege.

In this regard, new physics theories are a lot like start-up companies.

So gesehen ähneln neue physikalische Theorien sehr einer Firmengründung.

As with any large investment,

Wie bei jeder großen Investition kann es sehr schwer fallen,

it can be emotionally difficult to abandon a line of research

einen Forschungszweig einzustellen wenn er zu nichts führt.

when it isn't working out.

But in science, if something isn't working,

Aber in der Wissenschaft muss man alles verwerfen,

you have to toss it out and try something else.

was nicht funktioniert und etwas anderes versuchen.

Now, the only way to maintain sanity

Der einzige Weg seine geistige Gesundheit, inmitten all der Unsicherheit,

and achieve happiness in the midst of this uncertainty

zu erhalten und Glück zu erfahren, liegt darin, die Balance

is to keep balance and perspective in life.

zu bewahren und eine Perspektive im Leben. Ich habe

I've tried the best I can to live a balanced life.

nach bestem Wissen versucht, ein ausgewogenes Leben zu führen.

(Laughter)

(Gelächter)

I try to balance my life equally between physics, love and surfing --

Ich versuche die Waage zu halten zwischen der Physik, der Liebe

my own three charge directions.

und dem Surfen, meinen eigenen drei Ladungsrichtungen.

(Laughter)

(Gelächter)

This way, even if the physics I work on comes to nothing,

Selbst wenn die Physik, an der ich arbeite, zu Nichts wird,

weiß ich immer noch, dass ich ein gutes Leben gelebt habe.

I still know I've lived a good life.

And I try to live in beautiful places.

Und ich versuche an schönen Orten zu leben.

For most of the past ten years I've lived on the island of Maui,

Den Großteil der vergangenen zehn Jahre habe ich auf

a very beautiful place.

der Insel Maui gelebt, einem sehr schönen Ort.

Now, it's one of the greatest mysteries in the universe to my parents

Für meine Eltern ist es das größte Rätsel des Universums,

how I managed to survive all that time

wie ich die ganze Zeit überleben konnte,

without engaging in anything resembling full-time employment.

ohne je eine geregelte Arbeit anzustreben.

(Laughter)

(Gelächter)

I'm going to let you in on that secret.

Ich werde Ihnen das Geheimnis verraten.

This was a view from my home office on Maui.

Dies ist der Blick aus meinem Büro auf Maui.

And this is another,

Hier ist noch ein Bild und noch eins. Vielleicht ist Ihnen

and another.

And you may have noticed that these beautiful views are similar,

aufgefallen, dass diese wunderschönen Ausblicke

ähnlich aussehen, aber an verschiedenen Orten entstanden sind.

but in slightly different places.

That's because this used to be my home and office on Maui.

Das liegt daran, dass dies hier meine Wohnung und mein Büro auf Maui ist.

(Laughter)

(Lachen)

I've chosen a very unusual life.

Ich habe mir ein sehr ungewöhnliches Leben ausgesucht. Aber da ich

But not worrying about rent

mich nie um die Miete kümmern musste, konnte ich meine Zeit

allowed me to spend my time doing what I love.

damit verbringen, zu tun, was ich wirklich mag.

Living a nomadic existence has been hard at times,

Mein Dasein als Nomade war gelegentlich schwierig,

but it's allowed me to live in beautiful places

aber ich konnte an wunderschönen Orten leben

und mir eine Balance im Leben erhalten, mit der ich glücklich bin.

and keep a balance in my life that I've been happy with.

It allows me to spend a lot of my time hanging out with hyperintelligent coral.

Es erlaubt mir, einen Großteil meiner Zeit

mit hyperintelligenten Korallen zu verbringen.

But I also greatly enjoy the company of hyperintelligent people.

Ich genieße aber genauso die Gesellschaft hyperintelligenter Leute.

So I'm very happy to have been invited here to TED.

Ich bin also sehr glücklich, heute hier eingeladen worden zu sein.

Thank you very much.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)

Chris Anderson: Stay here one second.

(Applause)

I probably understood two percent of that,

Chris Anderson: Ich habe vielleicht zwei Prozent davon verstanden,

but I still absolutely loved it.

aber ich finde es absolut faszinierend.

So I'm going to sound dumb.

Your theory of everything --

Deine Theorie von Allem...

Garrett Lisi: I'm used to coral.

Garret Lisi: Ich nenne das Korallen...

CA: That's right.

CA: Richtig. Der Grund dafür, dass sie einigen Leuten

The reason it's got a few people at least excited

zumindest gefällt ist doch, dass im Erfolgsfall

is because, if you're right, it brings gravity and quantum theory together.

die Gravitation und Quantentheorie zusammengebracht werden.

So are you saying that we should think of the universe, at its heart --

Du sagst also, dass wir uns das Universum

auf den kleinsten Maßstäben als

that the smallest things that there are,

are somehow an E8 object of possibility?

E8 Objekt von Möglichkeiten vorstellen können?

I mean, is there a scale to it, at the smallest scale, or ...?

Ich meine, gibt es Deiner Meinung nach einen Maßstab

auf diesen kleinsten Größen?

GL: Well, right now the pattern I showed you

GL: Na ja, im Moment haben wir das gezeigte Muster,

that corresponds to what we know about elementary particle physics --

das unseren Wissenstand in der Teilchenphysik wiedergibt,

that already corresponds to a very beautiful shape.

welches schon jetzt mit einer sehr schönen Struktur in Einklang steht.

And that's the one that I said we knew for certain.

Ich meine das hier, das mit Sicherheit stimmt.

And that shape has remarkable similarities --

Es gibt bemerkenswerte Ähnlichkeiten und die Art, wie es

and the way it fits into this E8 pattern, which could be the rest of the picture.

in das E8 Muster passt, könnte der Rest des Bildes sein.

And these patterns of points that I've shown for you

Die Muster von Punkten, die ich Euch gezeigt habe, beschreiben

actually represent symmetries of this high-dimensional object

tatsächlich Symmetrien dieses höherdimensionalen Gebildes,

that would be warping and moving and dancing

das sich verbiegt, bewegt und

over the space-time that we experience.

auf der erlebbaren Raumzeit tanzt.

And that would be what explains all these elementary particles that we see.

Das alles wäre eine Erklärung

für die bekannten Elementarteilchen.

CA: But a string theorist, as I understand it,

CA: Soweit ich weiß, erklärt aber ein Stringtheoretiker

explains electrons in terms of much smaller strings vibrating --

Elektronen als als viel kleinere

vibrierende Schnüre.

I know, you don't like string theory -- vibrating inside it.

Ich weiß, Du magst die Stringtheorie nicht mit ihren Vibrationen.

Wie also stellen wir uns ein Elektron im Zusammenhang mit E8 vor?

How should we think of an electron in relation to E8?

GL: Well, it would be one of the symmetries of this E8 shape.

GL: Es wäre eine der Symmetrien dieser E8 Struktur.

So what's happening is, as the shape is moving over space-time, it's twisting.

Wenn sich diese Struktur in der Raumzeit bewegt,

verdreht sie sich. Die Art der Drehung

And the direction it's twisting as it moves is what particle we see.

bestimmt, welches Teilchen wir sehen. Also wäre es ...

So it would be --

CA: Die Größe dieser E8 Struktur,

CA: The size of the E8 shape, how does that relate to the electron?

wie verhält die sich zur Größe eines Elektrons?

Ich fühle mich, als bräuchte ich das für meine Vorstellung.

I feel like I need that for my picture. Is it bigger? Is it smaller?

Ist sie größer? Ist sie kleiner?

GL: Bekanntlich sind Elektronen Punktteilchen.

GL: As far as we know, electrons are point particles,

Also ginge das herunter in die kleinstmöglichen Längenskalen.

so this would be going down to the smallest possible scales.

So the way these things are explained in quantum field theory is,

In der Quantenfeldtheorie können sich

alle Möglichkeiten gleichzeitig entwickeln.

all possibilities are expanding and developing at once.

And this is why I use the analogy to coral.

Genau darum nutze ich die Analogie zur Koralle.

And --

So kommt die E8 ins Spiel. Als Muster,

in this way, the way that E8 comes in

is it will be as a shape that's attached at each point in the space-time.

das zu jedem Punkt der Raumzeit gehört.

And, as I said, the way the shape twists --

Die Art wie sich das Muster verdreht,

the directional along which way the shape is twisting

die Richtung in die es sich verdreht,

as it moves over this curved surface --

während es sich über diese gekrümmte Oberfläche bewegt,

ist genau das, was die Elementarteilchen eigentlich sind.

is what the elementary particles are, themselves.

So through quantum field theory,

In der Quantenfeldtheorie erscheinen sie

they manifest themselves as points and interact that way.

als Punkte und verhalten sich auch so.

I don't know if I'll be able to make this any clearer.

Ich weiß nicht, ob ich das noch deutlicher erklären kann.

(Laughter)

(Gelächter)

CA: It doesn't really matter.

CA: Das macht gar nichts.

It's evoking a kind of sense of wonder,

Es erzeugt ein Gefühl für das Wunderbare, und ich würde

and I certainly want to understand more of this.

gerne mehr davon verstehen.

But thank you so much for coming. That was absolutely fascinating.

Trotzdem vielen Dank für Dein Kommen. Das war absolut faszinierend.

(Applaus)

(Applause)