A theory of everything | Garrett Lisi

گرت لیسی: یک نظریه برای توضیح همه چیز در علم فیزیک نظری

Translator: Peyman Palizi Reviewer: Pedram Pourasgari

Whoa, dude.

اوه پسر. این معادله های پیچیده رو نگاه کن . زیباست

(Laughter)

Check out those killer equations. Sweet.

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

در واقع در طول ۱۸ دقیقه پبش رو، من میخواهم آنچه در توان دارم را بکار بگیرم

to describe the beauty of particle physics without equations.

تا زیبایی فیزیک هسته ای را بدون استفاده از معادلات بیان کنم

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

به نظر میاد که ما خیلی میتونیم از مرجان ها یاد بگیریم

A coral is a very beautiful and unusual animal.

مرجان یک موجود عجیب و زیباست

Each coral head consists of thousands of individual polyps.

هر بازوی مرجان از هزاران بازوی ریز تشکیل شده

These polyps are continually budding and branching

و هر کدام از این بازوها بصورت مستمر انشعاب یافته اند

into genetically identical neighbors.

و بصورت ژنتیکی مانند همسایه خود هستند

If we imagine this to be a hyperintelligent coral,

اگر فرض کنیم که یک مرجان شبکه ای هوشمند در اختیار داریم،

می توانیم از هر یک از اجزایش به صورت جداگانه سوالی منطقی بپرسیم

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

می توانیم بپرسیم چگونه در این مکان به خصوص،

compared to his neighbors --

با توجه به همسایه هایش بوجود آمده

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

آیا شانس یا سرنوشت و یا چه چیزی بوده؟

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

پس از اعتراض به افزایش دمای آب

به ما میگه که سوال ما به کلی احمقانه بوده

he would tell us that our question was completely stupid.

These corals can be kind of mean, you see,

این مرجان ها یک مفهومی را میخواهند برسونند

and I have surfing scars to prove that.

و من می‌توانم آن را ثابت کنم.

But this polyp would continue and tell us

این بازوی مرجان در ادامه میگه

that his neighbors were quite clearly identical copies of him.

که همسایه اش یک نسخه کاملا همسان از اونه

That he was in all these other locations as well,

در اصل خود اون در تمام مکانهای دیگر حضور داره

but experiencing them as separate individuals.

اما اگر بصورت مجزا آنها را در نظر بگیریم

For a coral, branching into different copies

برای یک مرجان که به انشعابهای یکسان کپی شده

is the most natural thing in the world.

یک فرایند کاملا طبیعی در جهان است

Unlike us, a hyperintelligent coral

بر خلاف ما یک مرجان هوشمند

would be uniquely prepared to understand quantum mechanics.

مکانیک کوانتم را خوب میفهمه

The mathematics of quantum mechanics

ریاضیات مکانیک کوانتم خیلی دقیق است

very accurately describes how our universe works.

و توضیح میده که جهان ما چگونه کار میکنه

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

و به ما میگه که واقعیت ما در حال تکثیر و انشعاب

به احتمالات گوناگون است درست مانند مرجان

just like a coral.

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

برای ما انسانها چیز عجیبی و ذهنمون را پریشون میکنه

since we only ever get to experience one possibility.

چون ما تنها یک احتمال زیستن را تجربه کردیم

This quantum weirdness was first described

اولین بار این عجایب کوانتمی

by Erwin Schrödinger and his cat.

بوسیله اروین شرودینگر و گربه اش توضیح داده شد

The cat likes this version better.

گربه، این نسخه را بیشتر دوست دارد.

(Laughter)

(خنده)

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

در این مثال شرودینگر در جعبه است با یک نمونه رادیواکتیو

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

که با قوانین مکانیک کوانتمی به حالتهای مختلف تقسیم میشه

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

در حالت انتشار رادیواکتیو و حالتی که منتشر نشه

(Laughter)

(خنده)

In the branch in which the sample radiates,

در حالتی که نمونه منتشر بشه

ماشه رها شده و سم آزاد میشه و [گربه‌ی] شرودینگر میمیره

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

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

اما در وضعیت دیگر زنده میمونه

These realities are experienced separately by each individual.

این واقعیت ها توسط اشخاص مختلف آزمایش شده.

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

تا آنجایی که هر کدام از ما بگه دیگری وجود نداره.

This seems weird to us,

این به نظر ما عجیبه چون هر کدام از ما

because each of us only experiences an individual existence,

یک زندگی را تجربه کردیم،

and we don't get to see other branches.

و سایر انشعابها رو ندیدیم.

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

مثل این است که هر کدام از ما، مانند شرودینگر، یک نوع مرجان هستیم

are a kind of coral branching into different possibilities.

و به احتمالات فراوان تکثیر می شویم.

The mathematics of quantum mechanics tells us

مکانیک کوانتم به ما میگفت که

this is how the world works at tiny scales.

جهان در ابعاد خیلی کوچک اینگونه کار میکنه.

It can be summed up in a single sentence:

و میتوان در یک جمله گفت:

Everything that can happen, does.

هر چیز که امکان بودن داره بوجود میاد.

That's quantum mechanics.

این مکانیک کوانتمی است.

But this does not mean everything happens.

اما این بدان معنی نیست که همه چیز رخ میده.

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

بقیه فیزیک برای توصیف اونه که چه چیزهای میتونه رخ بده

و چه رخ نمیده.

What physics tells us is that everything comes down to geometry

چیزی که فیزیک میگه اینه که همه چیز به هندسه و نقاط بر میگرده

and the interactions of elementary particles.

و تعامل این ذرات بنیادین.

و چیزی اتفاق میافته اگر این تعاملات

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

کاملا منطبق باشه.

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

حالا من جلوتر میرم و توضیح میدم که ما درباره ذرات زیر اتمی چه میدانیم،

اینکه آنها چه هستند و این همخوانی چگونه شکل گرفته.

what they are and how this balance works.

In this machine, a beam of protons and antiprotons

در این دستگاه یک پرتو پروتون و یک ضد پروتون

are accelerated to near the speed of light

نزدیک به سرعت نور شتاب داده شده اند

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

و با برخورد به یکدیگر یک انرژی خالص پدید میاورند

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

این انرژی بلافاصله به

ذرات زیر اتمی تبدیل میشود،

with detectors and computers used to figure out their properties.

توسط کامپیوترها و آشکار سازهایی که برای تشخیص نوع آنها بکار گرفته میشود.

This enormous machine --

این ماشین عظیم -- برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC)

the Large Hadron Collider at CERN in Geneva --

در سرن (ژنو)

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

محیطی برابر حدودا ۲۷ کیلومتر دارد

و هنگامی که کار میکند ۵ برابر کل توان

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

شهر مونتری مصرف برق دارد

We can't predict specifically

ما دقیقا نمیتوانیم تخمین بزنیم چه ذراتی

what particles will be produced in any individual collision.

در هر برخورد ایجاد میشود.

Quantum mechanics tells us all possibilities are realized.

مکانیک کوانتمی به ما همه احتمالات ممکن را میدهد.

But physics does tell us what particles can be produced.

اما فیزیک نمیگه چه ذراتی می تواند تولید شود.

These particles must have just as much mass and energy

این ذرات به اندازه جرم و انرژی

as is carried in by the proton and antiproton.

پروتون و ضد پروتون هستند.

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

هر ذره ایی که از این حد انرژی بیشتر باشد

تولید نمیشود و از دید ما مخفی است.

and remain invisible to us.

This is why this new particle accelerator is so exciting.

برای همین است که این شتاب دهنده اینقدر هیجان انگیز است.

It's going to push this energy limit seven times

این سطح انرژی را ۷ برابر

beyond what's ever been done before,

فراتر از قبل می برد،

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

بنابراین ما به زودی ذرات جدیدتری مشاهده میکنیم. (قبل از مشاهده هیگز سال ۲۰۱۲. مترجم)

But before talking about what we might see,

اما قبل از آنکه درباره اینکه چه مشاهده میکنیم صحبت کنم،

let me describe the particles we already know of.

اجازه دهید که ذراتی که تا به حال میشناسیم را توصیف کنم.

There's a whole zoo of subatomic particles.

یک جنگل از ذرات ریز اتمی وجود دارد.

Most of us are familiar with electrons.

ما بیشتر با الکترون آشنا هستیم.

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

خیلی از افراد در این سالن زندگی خوبی با

استفاده از انها برای خود ساخته اند.

(خنده)

(Laughter)

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

اما الکترون همچنین یک شریک خنثی به اسم نوترینو دارد،

with no electric charge and a very tiny mass.

بدون بار و با جرم اندک.

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

در مقابل کوارک های بالا و پایین جرم خیلی زیادی دارند،

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

و این سه تشکیل پروتون و نوترون را

در داخل اتم میدهند.

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

تمام این ذرات ماده به انواع دست چپی و دست راستی تقسیم می شوند،

و شرکای ضد ماده دارند که دارای بار مخالف میباشند.

and have antiparticle partners that carry opposite charges.

These familiar particles

also have less familiar second and third generations,

این ذرات آشنا همچنین ذرات نا آشنای

نسل دوم و سومی دارند که همان بار اولی را دارند

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

اما جرمشان بیشتر است.

These matter particles all interact with the various force particles.

این ذرات ماده با ذرات نیرو تعامل دارند.

The electromagnetic force interacts with electrically charged matter

نیروی الکترومغناطیس با مواد باردار

via particles called photons.

از طریق ذراتی بنام فوتون در تعامل است.

There is also a very weak force

همچنین یک نیروی هسته ای ضعیف وجود دارد،

called, rather unimaginatively, the weak force ...

نیروی ضعیف که با

(Laughter)

that interacts only with left-handed matter.

مواد دست چپی در تعامل است.

The strong force acts between quarks

نیروی هسته ای قوی بین کوارک ها که

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

بارهای مختلفی به اسم بار رنگی دارند برقرار است،

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

و به سه رنگ قرمز، سبز و آبی تقسیم میشود.

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

شما میتونید موری جلمن را برای این نامها سرزنش کنید

تقصیر اونه.

Finally, there's the force of gravity,

در اخر یک نیروی جاذبه است که با ماده

which interacts with matter via its mass and spin.

از طریق جرم و چرخش در تعامل است.

The most important thing to understand here

مهمترین چیزی که اینجا میشه فهمید

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

اینه که یک نوع دیگر بار

با هر یک از این نیروها مرتبط است.

These four different forces interact with matter

این چهار نیروی متفاوت با ماده

according to the corresponding charges that each particle has.

برطبق بارهای منطبق با هر یک از ذرات، در تعاملند.

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

یک ذره ای که تا کنون رویت نشده اما ما کاملا مطمئن هستیم وجود دارد،

ذره هیگز است که به هر ذره جرم میبخشد.

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

The main purpose of the Large Hadron Collider

هدف اصلی شتاب‌دهنده بزرگ هادرون،

مشاهده این ذره هیگز است و ما تقریبا مطمئن هستیم که اینطور خواهد شد.

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

But the greatest mystery is what else we might see.

اما بزرگترین چالش اینه که ما چه چیز دیگری ممکن است ببینیم.

And I'm going to show you one beautiful possibility

و من یک احتمال زیبا رو

towards the end of this talk.

تا انتهای سخنانم میخوام بهتون نشون بدم

Now, if we count up all these different particles

حال اگر تمام این ذرات را بشماریم

using their various spins and charges,

با استفاده از بارها و چرخش آنها ۲۲۶ ذره وجود دارد

there are 226.

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

این تعداد خیلی زیادی برای دنبال کردن است.

And it seems strange

و به نظر عجیب میاد که طبیعت

that nature would have so many elementary particles.

اینهمه ذره دارد.

But if we plot them out according to their charges,

اما چنانچه بر اساس بار آنها را رسم کنیم،

some beautiful patterns emerge.

تصاویر زیبایی خلق میشه

The most familiar charge is electric charge.

آشناترین آنها بار الکترون است.

Electrons have an electric charge,

الکترون بار الکتریکی منفی دارد،

a negative one,

و کوارکها بار الکتریکی یک سوم دارند.

and quarks have electric charges in thirds.

بنابراین وقتی دو کوارک بالا و یک کوارک پایین

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

برای ساختن پروتن جمع میشوند یک بار مثبت میسازند.

it has a total electric charge of plus one.

These particles also have antiparticles, which have opposite charges.

این ذرات، پادذره هم دارند که بار مخالف دارد.

Now, it turns out the electric charge

بنابراین بار الکتریکی

is actually a combination of two other charges:

مجموع دو بار دیگر است

hypercharge and weak charge.

بار قوی و ضعیف.

If we spread out the hypercharge and weak charge

اگر ما بار قوی و ضعیف را جدا کنیم

و در محیط دو بعدی فضا - بار رسم کنیم،

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

the electric charge is where these particles sit

بار الکتریکی جایی است که این ذرات جا میگیرند

along the vertical direction.

در طول جهت عمودی.

The electromagnetic and weak forces interact with matter

نیروهای الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف با ماده در تعاملند

according to their hypercharge and weak charge,

بر اساس بار قوی و ضعیف آنها،

which make this pattern.

که این الگو را میسازد

This is called the unified electroweak model,

مدل یکپارچه الکتروضعیف نامیده میشود

این کار در سال ۱۹۶۷ صورت گرفت

and it was put together back in 1967.

The reason most of us are only familiar with electric charge

دلیل اینکه بیشتر ما تنها با بار الکتریکی آشنا هستیم

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

و نه دو نوع بار بخاطر ذره هیگز است.

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

هیگز در اینجا در سمت چپ یک جرم زیاد دارد

and breaks the symmetry of this electroweak pattern.

و تقارن این الگوی الکتروضعیف را میشکند.

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

باعث ضعیف شدن نیروی هسته ای ضعیف

با افزودن جرم آنها میشود.

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

از آنجایی که هیگز سنگین در جهت افقی جا گرفته

در این نمودار فوتونهای الکترومغناطیس بدون جرم باقی میمانند

the photons of electromagnetism remain massless

and interact with electric charge along the vertical direction

و با بارهای الکتریکی جهت عمودی

in this charge space.

در این فضای بار تعامل دارند.

So the electromagnetic and weak forces

بنابراین نیروهای الکترومغناطیس و هسته ای ضعیف

are described by this pattern of particle charges

با این نمودار دو بعدی توضیح داده شدن.

in two-dimensional space.

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

میتوانیم نیروی هسته ای قوی را بگنجانیم

با رسم دو جهت بار آن

and plotting the charges of the force particles in quarks

از ذرات نیرو در کوارک در امتداد این جهت ها.

along these directions.

The charges of all known particles

بار تمام ذرات ناشناخته

can be plotted in a four-dimensional charge space,

در فضای چهاربعدی بار - مکان که در

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

دو بعد نگاشت شده میبینیم.

Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance

هر گاه ذرات تعامل میکنند طبیعت انها را در توازن کامل حفظ میکند

along all four of these charge directions.

در طول هر کدام از این چهار جهت.

If a particle and an antiparticle collide,

اگر ذرات و ضد ذرات برخورد کنند انرژی آزاد میشود

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

و برایند بار صفر پدید میاید.

in all four charge directions.

At this point, anything can be created

در این نقطه هر چیزی که ممکن است امکان بوجود آمدنش میباشد

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

با همان انرژی و برایند بار صفر.

For example, this weak force particle and its antiparticle

برای مثال این ذره نیروی ضعیف و ضد آن

can be created in a collision.

در این برخورد میتواند ایجاد شود.

In further interactions, the charges must always balance.

در تعاملات بعدی بارها باید متوازن باشند.

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

یکی از ذرات ضعیف میتواند به یک الکترون

و یک ضد نوترینو تنزل کند،

and these three still add to zero total charge.

و این سه هنوز برایند بار صفر دارند.

Nature always keeps a perfect balance.

طبیعت همیشه یک توازن کامل برقرار میکند.

So these patterns of charges are not just pretty.

بنابراین این اشکال بار نه تنها زیبا هستند

بلکه به ما میگویند که چه تعاملاتی امکان وقوع دارند

They tell us what interactions are allowed to happen.

And we can rotate this charge space in four dimensions

و ما میتوانیم این فضای چهار بعدی را بچرخانیم تا

to get a better look at the strong interaction,

تعاملات هسته ای قوی را بهتر ببینیم

که این توازن هشت گانه زیبا را نشان میدهد.

which has this nice hexagonal symmetry.

In a strong interaction, a strong force particle,

در تعاملات هسته ای قوی یک ذره نیروی قوی مانند این یکی

such as this one,

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

با کوارک رنگی مانند این سبز رنگ تعامل داره

تا یک کوارک با رنگ متفاوت مانند این قرمز بدهد

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

And strong interactions are happening millions of times

و تعاملات هسته ای قوی میلیون ها بار

در هر ثانیه در هر اتم بدن ما رخ میدهد،

each second in every atom of our bodies,

holding the atomic nuclei together.

و هسته اتم را به هم میچسباند.

But these four charges corresponding to three forces

اما این چهار بار که با این سه نیرو منطبق هستند

are not the end of the story.

پایان ماجرا نیست.

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

ما میتوانیم دو بار الکتریکی دیگر اضافه کنیم

که بر جاذبه منطبق هستند.

وقتی ما اینها را لحاظ میکنیم هر ذره ماده شامل

When we include these,

each matter particle has two different spin charges,

دو چرخش بار بالا و پایین متفاوت میشود.

spin-up and spin-down.

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

بنابراین آنها همه تقسیم شده و یک الگوی زیبا را

در فضای ۶ بعدی پدید میاورد

We can rotate this pattern in six dimensions

ما میتوانیم این نمودار را در ۶ جهت بچرخانیم

و ببینیم که چه زیباست

and see that it's quite pretty.

Right now, this pattern matches our best current knowledge

در حال حاضر این الگو با اطلاعات فعلی ما منطبق است

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

و اینکه چطور طبیعت در ابعاد ریز

از ذرات بنیادین ساخته شده.

This is what we know for certain.

این چیزی است که ما با اطمینان میدانیم

Some of these particles are at the very limit

بعضی از این ذرات در مرز

آنچه که میتوانستیم به وسیله آزمایش برسیم هستند

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

From this pattern

از این الگو ما فیزیک ذرات

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

در ابعاد کوچک را میشناسیم. کار طبیعت در این

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

ابعاد کوچک بسیار زیبا است.

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

اما الان من میخواهم در مورد ایده های قدیمی و جدید صحبت کنم

about things we don't know yet.

درباره چیزهایی که هنوز نمیدانیم.

We want to expand this pattern using mathematics alone,

ما میخواهیم این الگو را تنها بر اساس ریاضیات گسترش دهیم،

و ببینیم که میتونیم به اون برسیم.

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

We want to find all the particles and forces

میخواهیم تمام نیروها و ذرات را پیدا کنیم

that make a complete picture of our universe.

که یک تصویر کامل از دنیا میسازد.

And we want to use this picture to predict new particles

و این تصویر را برای پیش بینی ذرات جدید بکار بگیریم

that we'll see when experiments reach higher energies.

وقتی آزمایشات به سطوح بالاتر انرژی میرسند.

So there's an old idea in particle physics

یک نظریه قدیمی در فیزیک ذرات هست

that this known pattern of charges,

که این الگوی بار شناخته شده که خیلی متقارن نیست،

which is not very symmetric,

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

از یک الگوی کاملتر شکسته شده نشئت گرفته

similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern

مانند ذره هیگز که الگوی الکتروضعیف را شکست

to give electromagnetism.

تا الکترومغناطیس ایجاد شود.

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

برای انجام چنین کاری باید نیروهای جدید معرفی کنیم

with new charge directions.

با جهت بار جدید.

When we introduce a new direction,

وقتی جهت جدیدی معرفی میکنیم باید حدس بزنیم

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

چه بارها و ذراتی در این امتداد هستند،

and then we can rotate it in with the others.

سپس با دیگران میتوان آنها را چرخاند.

If we guess wisely, we can construct the standard charges

اگر خوب حدس بزنیم میتوانیم بارهای استاندارد رو در

in six charge dimensions as a broken symmetry

شش بعد متوازن از مدل

of this more perfect pattern in seven charge dimensions.

کاملتر هفت بعدی بسازیم.

This particular choice corresponds to a grand unified theory

این انتخاب به تئوری یکتایی بزرگ منجر میشه

introduced by Pati and Salam in 1973.

که توسط پتی و سلام در ۱۹۷۳ ارائه شد

When we look at this new unified pattern,

وقتی ما به این الگوی یکسان جدید مینگریم،

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

مشاهده میکنیم که چند جای خالی برای ذرات وجود دارد.

This is the way theories of unification work.

نظریه یکتایی بدین صورت کار میکند

A physicist looks for larger, more symmetric patterns

به عنوان یک فیزیکدان بدنبال تصویری متقارن تر هستیم

that include the established pattern as a subset.

که شامل الگوهای ثبت شده در یک زیرمجموعه باشد.

The larger pattern allows us to predict the existence of particles

تصویر بزرگتر به ما اجازه میده که وجود ذراتی

که دیده نشده اند را پیش بینی کنیم.

that have never been seen.

This unification model predicts the existence

مدل یکتایی، وجود این دو را پیش بینی میکند

of these two new force particles,

ذرات نیروی جدید که مانند نیروی ضعیف عمل میکند،

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

کمی ضعیفتر.

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

حال میتوانیم این مجموعه بارها را بچرخانیم

و یک حقیقت عجیب درباره ذرات ماده را دریابیم:

and consider an odd fact about the matter particles:

که نسل دوم و سوم آنها

the second and third generations of matter

همان بار یکسان را در مدل شش بعدی دارند

have exactly the same charges in six-dimensional charge space

as the first generation.

نسبت به نسل اول.

These particles are not uniquely identified by their six charges.

این ذرات توسط این شش بار کاملا متمایز نمیشوند.

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

آنها در مدل استاندارد بر روی یکدیگر قرار میگیرند.

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

اما اگر در فضای هشت بعدی کار کنیم،

then we can assign unique new charges to each particle.

میتوانیم بارهای جدیدی به ذرات اختصاص بدهیم.

Then we can spin these in eight dimensions

سپس میتوانیم آنرا در هشت بعد بچرخانیم،

and see what the whole pattern looks like.

و ببینیم که کل شکل چگونه به نظر میرسد.

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

در اینجا میتوانیم نسل دوم و سوم ماده را ببینیم

نسبت به نسل اول با تقارنی که "سه گانگی" نامگذاری شده.

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

This particular pattern of charges in eight dimensions

این شکل منحصر به فرد بارها در هشت بعد

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

یکی از زیباترین اشکال هندسی در ریاضیات بحساب میاید

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

الگویی از گروه E8 را شامل میشود.

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

این گروه افقی یک شکل صاف و خمیده با ۲۴۸ بعد دارد

Each point in this pattern corresponds to a symmetry

هر نقطه در این شکل به یک تقارن

of this very complex and beautiful shape.

زیبا و پیچیده منتهی میشود

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

یک قسمت کوچک گروه E8 برای

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

توصیف نمودار فضا زمان نسبیت عام انیشتین بکار میرود

explaining gravity.

توصیف جاذبه و

Together with quantum mechanics,

مکانیک کوانتمی. هندسه آن میتواند هر چیزی را و

the geometry of this shape could describe everything

اینکه جهان چگونه کار میکند را در مقیاس کوچک توضیح دهد.

about how the universe works at the tiniest scales.

اینکه جهان چگونه کار میکند را در مقیاس کوچک توضیح دهد.

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

الگوی این شکل که در فضای بار هشت بعدی قرار دارد

شدیدا زیباست،

is exquisitely beautiful,

and it summarizes thousands of possible interactions

و هزاران واکنش ممکن را

between these elementary particles,

در این ذرات بنیادین خلاصه کرده

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

که هر کدام یک بند از این شکل پیچیده است.

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

وقتی آنرا میچرخانیم میتوانیم صورت پیچیده دیگری

contained in this one.

در آن بیابیم.

And with a particular rotation,

و با یک چرخش منحصر به فرد، ما میتوانیم به این الگو نگاه کنیم

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

در طول محور متقارن آن در هشت بعد

and see all the particles at once.

و تمام ذرات را یکباره ببینیم.

It's a very beautiful object,

این شئ بسیار زیباست و با هر اتحاد،

and as with any unification,

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

مکانهایی که ذرات جدید نیاز است را میتوان یافت.

در این شکل

There are 20 gaps where new particles should be,

۲۰ جای خالی وجود دارد که باید ذرات جدیدی در آنها باشد،

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

۲ تای آن توسط پتی و سلام پُر شدند.

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

از مکانشان در این جا پیداست که این ذرات

should be scalar fields like the Higgs particle,

میدان‌های بی جهت مانند ذرات هیگز هستند،

but have color charge and interact with the strong force.

اما بارهای رنگی دارند و با نیروی قوی در تعاملند.

Filling in these new particles completes this pattern,

پر کردن این جاهای خالی شکل

کامل E8 را میدهد

giving us the full E8.

This E8 pattern has very deep mathematical roots.

این شکل E8 ریشه های ریاضی عمیقی دارد

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

و خیلی ها آنرا زیباترین ساختار در

ریاضیات میدانند.

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

چشم اندازی بسار زیباست که این شکل با

این زیبایی ریاضی آن میتواند حقیقت تعامل ذرات را توضیح دهد

could describe the truth of particle interactions

در کوچکترین مقیاس ممکن.

at the smallest scales imaginable.

این نظریه که طبیعت توسط ریاضیات بیان شده

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

اصلا تازگی ندارد.

In 1623, Galileo wrote this:

در سال ۱۶۲۳ گالیله نوشت:

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

کتاب بزرگ طبیعت که همیشه پیش روی ماست،

is written in the language of mathematics.

به زبان ریاضی نوشته شده است.

Its characters are triangles, circles and other geometrical figures,

کلمات آن مثلث دایره و دیگر شکلهای هندسی هستند،

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

که بدون آنها هیچ بشری امکان درکش را ندارد.

حتی یک کلمه.

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

بدون آن ما در تاریکی محض پرسه میزنیم.

I believe this to be true,

من باور دارم که این درست است و من سعی کردم

and I've tried to follow Galileo's guidance

راه گالیله را در توصیف ریاضیات اشکال هندسی،

in describing the mathematics of particle physics

در فیزیک هسته ای با استفاده از مثلث، دایره

using only triangles, circles and other geometrical figures.

و سایر اشکال هندسی بپیمایم.

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

مشخصا وقتی من یا دیگر همکارانم در این زمینه ها کار میکنیم

ریاضی مانند یک هزارتوی تاریک است

the mathematics can resemble a dark labyrinth.

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

اما مطمئن هستیم که در قلب آن

is pure, beautiful geometry.

زیبایی محض نهفته است.

Joined with quantum mechanics,

همراه با مکانیک کوانتمی، این ریاضیات

this mathematics describes our universe as a growing E8 coral,

جهان ما را بصورت یک مرجان E8 توصیف می کند

با ذراتی که در هر مکان با تمام احتمالات در روبرو هستند

with particles interacting at every location in all possible ways

according to a beautiful pattern.

بر اساس یک الگوی زیبا.

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

و هر چه الگوهای بیشتری دیده میشوند با ماشینهای

like the Large Hadron Collider,

جدیدتری همچون LHC میتوان دریافت که

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

طبیعت از این الگوی E8 پیروی میکند یا متفاوت است

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

این مرحله از اکتشاف بسیار ماجراجویانه و زیباست که در آن شرکت کنیم

If the LHC finds particles that fit this E8 pattern,

اگر LHC ذره ای را که این الگوی E8 در آن گنجانده میشود بیابد،

that will be very, very cool.

خیلی عالی خواهد بود.

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

اگر ذرات جدیدی پیدا کند که در این الگو یافت نشود

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

همچنان جالب است اما برای E8 بد خواهد بود

And, of course, bad for me personally.

و مطمئنا برای شخص من

(Laughter)

(خنده)

Now, how bad would that be?

حالا چقدر بد خواهد بود؟

Well, pretty bad.

خُب، خیلی بد.

(Laughter)

(خنده)

But predicting how nature works is a very risky game.

اما پیشبینی اینکه طبیعت چگونه کار میکند خیلی بازی خطرناکی است

This theory and others like it are long shots.

این تئوری و دیگر تئوریها احتمال موفقیت کمی دارند.

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

کسانی کلی وقت میگذارند و بیشتر ایده ها

probably won't end up being true about nature.

در آینده درست از آب در نمی آید.

That's what doing theoretical physics is like:

این همان فیزیک نظری است:

there are a lot of wipeouts.

کلی شکست در کار است.

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

در مقایسه، تئوریهای جدید مانند شرکتهای نو پا هستند.

As with any large investment,

که با هر سرمایه گذاری بزرگ بسیار سخت خواهد بود

it can be emotionally difficult to abandon a line of research

که هر خط تولید رو که جواب نمیده متوقف کنیم.

when it isn't working out.

But in science, if something isn't working,

اما در علم اگر چیزی جواب نده باید

you have to toss it out and try something else.

آنرا دور بریزیم و چیز جدیدی را آغاز کنیم.

Now, the only way to maintain sanity

حال تنها راه حفظ سلامت و شادمانی در این

and achieve happiness in the midst of this uncertainty

میان رعایت توازن در چشم انداز

is to keep balance and perspective in life.

زندگی است.

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

و من سعی کردم این توازن را حفظ کنم.

(Laughter)

(خنده)

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

سعی کردم بین فیزیک، عشق و موج سواری توازن را رعایت کنم.

my own three charge directions.

سه جهت بار شخصیم!

(Laughter)

(خنده)

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

به این ترتیب اگر در فیزیک به هیچ موفقیتی دست نیابم،

حداقل میدانم که زندگی خوبی داشته ام.

I still know I've lived a good life.

And I try to live in beautiful places.

و سعی میکنم در مکانهای زیبا زندگی کنم

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

برای ۱۰ سال گذشته در جزیره مائوئی زندگی کردم،

a very beautiful place.

یک مکان بسیار زیبا.

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

حال این یکی از بزرگترین عجایب جهان برای والدین من است

how I managed to survive all that time

که چگونه بدون یک کار تمام وقت

without engaging in anything resembling full-time employment.

میتوانم زندگی را مدیریت کنم.

(Laughter)

(خنده)

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

میخوهم رمز کارم را به شما بگویم.

This was a view from my home office on Maui.

این نمایی از دفتر کارم در مائوئی هست.

And this is another,

و این یکی دیگر

and another.

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

و میتونید ببینید که این نماهای زیبا

شبیه به هم است اما در مکانهای متفاوتی است.

but in slightly different places.

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

بخاطر اینکه این خانه و دفتر کار من در مائوئی بود.

(Laughter)

(خنده)

I've chosen a very unusual life.

من یک زندگی غیر متعارف را انتخاب کردم.

But not worrying about rent

اما نگران اجاره نیستم و میتوانم وقتم را طوری که

allowed me to spend my time doing what I love.

میپسندم صرف کنم.

Living a nomadic existence has been hard at times,

این چادرنشینی گاهی دشوار است

but it's allowed me to live in beautiful places

اما اجازه میده که در مکانهای زیبا زندگی کنم

و یک توازنی در زندگی من برقرار میکند که من راضیم.

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.

اجازه میده بیشتر وقتم را با مرجانهای

فوق هوشمند سپری کنم.

But I also greatly enjoy the company of hyperintelligent people.

اما من از اینکه با آدمهای هوشمند باشم هم خوشم میاد.

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

برای همین از TED برای دعوت من به اینجا خوشحالم.

Thank you very much.

خیلی ممنون.

(Applause)

(تشویق)

Chris Anderson: Stay here one second.

(Applause)

I probably understood two percent of that,

کریس اندرسون: من احتمالا ۲ درصد اینها را فهمیدم

but I still absolutely loved it.

خیلی خوشم امد. اما سوالم شاید احمقانه به نظر بیاد.

So I'm going to sound dumb.

Your theory of everything --

این تئوری همه چیز

Garrett Lisi: I'm used to coral.

گرت لیسی: من از مرجانها مثال زدم.

CA: That's right.

کریس: درسته دلیل اینکه چند نفر

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

حداقل هیجان زده شدند، اینه که اگر حق با تو باشه

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

تئوری کوانتم و جاذبه را به هم پیوند میده.

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

بنابراین تو میگی ما باید درباره جهان

و کوچکترین اعضایش اینطور فکر کنیم که

that the smallest things that there are,

are somehow an E8 object of possibility?

یک امکان با شی E8 مانند است؟

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

منظورم اینه که ابعادی در کوچکترین بعد میشه متصور شد

یا ...؟

GL: Well, right now the pattern I showed you

گرت: در حال حاضر الگویی که من نشان دادم منطبق بر

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

آنچه ما درباره ذرات فیزیک میدانیم است

that already corresponds to a very beautiful shape.

که خود منطبق بر یک شکل بسیار زیباست.

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

و این چیزی است که ما با اطمینان میدانیم.

And that shape has remarkable similarities --

و این شکل شباهتهای بی نظیری دارد و مدلی که

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

الگوی E8 میده.

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

و این نقاط میتواند بقیه ماجرا باشد

actually represent symmetries of this high-dimensional object

در حقیقت تقارن این شئی چند بعدی را معرفی میکند

that would be warping and moving and dancing

که در حال حرکت رقص و پیچش

over the space-time that we experience.

در طول فضا - زمان است.

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

و این تمام آنچه ما در مورد ذرات

بنیادین میدانیم را توضیح میدهد.

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

کریس: اما یک تئوریسین نظریه ریسمان،

explains electrons in terms of much smaller strings vibrating --

آنطور که من درک میکنم الکترون را بصورت ریسمانهای

بسیار کوچک لرزان توصیف میکند

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

میدانم شما تئوری ریسمان با لرزش درونی را دوست ندارید.

چگونه باید در مورد یک الکترون در مدل E8 فکر کرد؟

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

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

گرت: نه، این یکی از تقارنهای شکل E8 خواهد بود.

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

اتفاقی که میافته اینه که وقتی بر شکل در فضا-زمان حرکت میکنیم،

میپیچد و جهت ان نیز در حرکت میپیچد

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

این ذراتی است که میبینیم بنابراین باید...

So it would be --

کریس اندرسون: اندازه شکل E8

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

چگونه به الکترون مرتبط میشه؟

برای خودم میخواهم بدونم،

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

آیا بزرگتره یا کوچکتر؟

گرت: تا آنجایی که ما میدانیم الکترون ها ذرات نقطه ای هستند،

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

بنابراین به کوچکترین ابعاد مرتبط هستند.

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

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

اینها در تئوری میدانی کوانتم توضیح داده شده

همه احتمالات ممکن موجود است.

all possibilities are expanding and developing at once.

And this is why I use the analogy to coral.

و به خاطر همین من به شباهت ان به مرجان اشاره کردم.

And --

و در مدل E8

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.

شکلی است که هر نقطه را در فضا-زمان متصل میکند.

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

و همانطور که گفتم طوری که شکل میپیچد،

the directional along which way the shape is twisting

و جهتی که در حال پیچش است

as it moves over this curved surface --

در طول میسر منحنی

همان چیزی است که ذرات بنیادین هستند.

is what the elementary particles are, themselves.

So through quantum field theory,

بنابراین در میدان کوانتم خودشان را

they manifest themselves as points and interact that way.

بصورت نقاط آشکار میکنند.

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

نمیدونم واقعا چیزی روشن تر شد یا نه!

(Laughter)

(خنده)

CA: It doesn't really matter.

کریس: مهم نیست.

It's evoking a kind of sense of wonder,

حس کنجکاویم را تحریک کرد و قطعا

and I certainly want to understand more of this.

میخواهم بیشتر درباره اش بدانم.

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

اما ممنون برای اینکه حضور به هم رساندید و خیلی جالب بود.

(تشویق)

(Applause)