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

Fordító: Sándor Nagy Lektor: Laszlo Kereszturi

So last year, on the Fourth of July,

Tavaly, 2012. július 4-én,

experiments at the Large Hadron Collider

a Nagy Hadronütköztetőben [LHC] végzett kísérletekkel

discovered the Higgs boson.

kimutatták a Higgs-bozon létezését.

It was a historical day.

Történelmi nap volt ez.

There's no doubt that from now on,

Nem vitás, hogy mostantól fogva

the Fourth of July will be remembered

július negyedikéről nem az Amerikai Egyesült Államok

not as the day of the Declaration of Independence,

függetlenségi nyilatkozata jut majd először az eszünkbe,

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

hanem az, hogy ezen a napon felfedezték fel a Higgs-bozont.

Well, at least, here at CERN.

Vagy legalábbis itt, a CERN-ben, így lesz.

But for me, the biggest surprise of that day

Számomra azonban annak a napnak a legnagyobb meglepetése

was that there was no big surprise.

az volt, hogy nem volt semmilféle nagy meglepetés.

In the eye of a theoretical physicist,

Egy elméleti fizikus szemével

the Higgs boson is a clever explanation

a Higgs-bozon csak ügyes magyarázat arra,

of how some elementary particles gain mass,

mitől van tömege bizonyos elemi részecskéknek,

but it seems a fairly unsatisfactory

ám ez nem tűnik igazán kielégítő

and incomplete solution.

és teljes magyarázatnak.

Too many questions are left unanswered.

Túl sok kérdést hagy megválaszolatlanul.

The Higgs boson does not share the beauty,

A Higgs-bozon nem rendelkezik azzal a szépséggel,

the symmetry, the elegance,

szimmetriával és eleganciával,

of the rest of the elementary particle world.

ami a többi elemi részecske sajátja.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Ezért az elméleti fizikusok többsége

believe that the Higgs boson could not

úgy véli, hogy a Higgs-bozon nem jelentheti

be the full story.

a történet végét.

We were expecting new particles and new phenomena

Arra számítottunk, hogy új részecskék és új jelenségek

accompanying the Higgs boson.

kísérik majd a Higgs-bozont.

Instead, so far, the measurements

De az eddigi mérések

coming from the LHC show no signs of new particles

az LHC-ben nyomát sem mutatják új részecskéknek

or unexpected phenomena.

vagy váratlan jelenségeknek.

Of course, the verdict is not definitive.

Persze az ítélet nem végleges.

In 2015, the LHC will almost double

2015-re az LHC csaknem megduplázza

the energy of the colliding protons,

az ütköző protonok energiáját,

and these more powerful collisions

és az erőteljesebb ütközések

will allow us to explore further the particle world,

segítségével mélyebbre hatolhatunk a részecskék világába,

and we will certainly learn much more.

és bizonyára sokkal többet megtudunk.

But for the moment, since we have found

De pillanatnyilag, mivel nem találtuk

no evidence for new phenomena, let us suppose

semmi jelét új jelenségeknek, feltételezhető,

that the particles that we know today,

hogy a ma ismert részecskék,

including the Higgs boson,

beleértve a Higgs-bozont,

are the only elementary particles in nature,

az egyedüli elemi részecskék a természetben,

even at energies much larger

még sokkal nagyobb energiáknál is,

than what we have explored so far.

mint amit eddig vizsgálni tudtunk.

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

Nézzük meg, hogy ez a hipotézis hová fog vezetni bennünket.

We will find a surprising and intriguing result

Meglepő és izgalmas következtetésre fogunk jutni

about our universe, and to explain my point,

az univerzummal kapcsolatban, és hogy ez érthető legyen,

let me first tell you what the Higgs is about,

hadd beszéljek először arról, hogy mi is a Higgs,

and to do so, we have to go back

de ehhez vissza kell mennünk az időben

to one tenth of a billionth of a second

az egytized milliárdod másodpercig

after the Big Bang.

az ősrobbanás után.

And according to the Higgs theory,

Mert a Higgs-elmélet szerint

at that instant, a dramatic event took place

ebben a pillanatban drámai esemény következett be

in the universe.

az univerzumban.

Space-time underwent a phase transition.

A téridő fázisátalakuláson ment keresztül.

It was something very similar to the phase transition

Ez a dolog hasonlított ahhoz a fázisátmenethez,

that occurs when water turns into ice

ami a víz jéggé alakulását eredményezi

below zero degrees.

nulla Celsius-fok alatt.

But in our case, the phase transition

De ebben az esetben a fázisátalakulás

is not a change in the way the molecules

nem olyan változás, mely a molekulák [vagy atomok]

are arranged inside the material,

átrendeződését jelenti az adott anyagban.

but is about a change

A változás ezúttal

of the very fabric of space-time.

magát a téridő szövetét érinti.

During this phase transition, empty space

Ebben a fázisátalakulásban az üres tér

became filled with a substance

egy anyaggal telt meg,

that we now call Higgs field.

melyet ma Higgs-térnek hívunk.

And this substance may seem invisible to us,

Ez az anyag láthatatlan ugyan számunkra,

but it has a physical reality.

de fizikailag létezik.

It surrounds us all the time,

Mindig és mindenütt körülvesz minket,

just like the air we breathe in this room.

akárcsak a levegő, melyet ebben a teremben belélegzünk.

And some elementary particles interact

Bizonyos elemi részecskék kölcsönhatnak

with this substance, gaining energy in the process.

ezzel az anyaggal, energiát nyerve ezáltal.

And this intrinsic energy is what we call

És ez a belső energia az, melyet úgy hívunk, hogy

the mass of a particle,

a részecske tömege.

and by discovering the Higgs boson, the LHC

A Higgs-bozon felfedezésével az LHC

has conclusively proved that this substance is real,

egyértelműen bebizonyította, hogy ez az anyag létezik,

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

mert ez az, amelyből a Higgs-bozon felépül.

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

Dióhéjban ennyi a Higgs-sztori lényege.

But this story is far more interesting than that.

De azért a történet ennél sokkal izgalmasabb.

By studying the Higgs theory,

A Higgs-elmélet tanulmányozása közben

theoretical physicists discovered,

az elméleti fizikusok felfedezték --

not through an experiment

nem kísérletileg, hanem

but with the power of mathematics,

a matematika erejével --,

that the Higgs field does not necessarily exist

hogy a Higgs-tér nem feltétlenül csak

only in the form that we observe today.

abban a formában létezhet, amelyben ma megfigyelhető.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Ahogy az anyag folyadékként és szilárd testként is létezhet,

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

úgy a Higgs-tér, az egész téridőt kitöltő anyag is

could exist in two states.

két állapotban létezhet.

Besides the known Higgs state,

Az ismert Higgs-állapoton kívül

there could be a second state in which the Higgs field

létezhet egy másik állapot is, melyben a Higgs-tér

is billions and billions times denser

milliárdszor és milliárdszor sűrűbb,

than what we observe today,

mint amit ma látunk,

and the mere existence of another state

és már a puszta lehetősége annak, hogy létezik

of the Higgs field poses a potential problem.

egy másik Higgs-állapot, potenciális problémát vet fel.

This is because, according to the laws

Azért van ez, mert

of quantum mechanics, it is possible

a kvantummechanika törvényei megengedik

to have transitions between two states,

az átmenetet két állapot között

even in the presence of an energy barrier

akkor is, ha egy nagy energiagát

separating the two states,

választja el azokat.

and the phenomenon is called,

Ezt a jelenséget hívják találó módon

quite appropriately, quantum tunneling.

kvantummechanikai alagúteffektusnak.

Because of quantum tunneling,

Ilyen alagúthatás folytán

I could disappear from this room

eltűnhetnék ebből a teremből,

and reappear in the next room,

és előbukkanhatnék a szomszédosban,

practically penetrating the wall.

gyakorlatilag áthatolva a válaszfalon.

But don't expect me to actually perform the trick

De ne számítsanak arra, hogy bemutatom ezt a mutatványt

in front of your eyes, because the probability

önök előtt, mert a valószínűség,

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

hogy áthatolok a falon, nevetségesen kicsi.

You would have to wait a really long time

Jó sokáig kéne várniuk arra,

before it happens, but believe me,

hogy ez megtörténjen, de elhihetik nekem,

quantum tunneling is a real phenomenon,

hogy az alagúthatás létező jelenség,

and it has been observed in many systems.

melyet sok rendszerben megfigyeltek már.

For instance, the tunnel diode,

Például az alagútdióda működése --

a component used in electronics,

egy elektronikai alkatrészről van szó --

works thanks to the wonders

azon a csodán alapszik, melyet

of quantum tunneling.

alagúthatásnak hívnak.

But let's go back to the Higgs field.

De térjünk most vissza a Higgs-térre.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Ha az ultrasűrű Higgs-állapot létezne,

then, because of quantum tunneling,

akkor az alagúthatás miatt

a bubble of this state could suddenly appear

ennek az állapotnak egy buborékja hirtelen megjelenhetne

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

az univerzum valamely helyén, valamely pillanatban,

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

hasonlóan ahhoz, ami a víz forralásakor történik.

Bubbles of vapor form inside the water,

A víz belsejében gőzbuborékok keletkeznek,

then they expand, turning liquid into gas.

majd tovább növekednek, és a víz gázzá alakul.

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

Az ultrasűrű Higgs-állapot egy buboréka

could come into existence because of quantum tunneling.

szintén létrejöhet alagúthatás révén.

The bubble would then expand at the speed of light,

Ez a buborék aztán fénysebességgel tágulva,

invading all space, and turning the Higgs field

átbillentené az egész teret

from the familiar state into a new state.

a megszokott állapotából az új állapotba.

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

Probléma ez? Az bizony, nagy probléma.

We may not realize it in ordinary life,

A hétköznapi életben nem is gondolunk rá,

but the intensity of the Higgs field is critical

de a Higgs-tér intenzitása kritikus

for the structure of matter.

az anyag szerkezete szempontjából.

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

Ha a Higgs-tér néhányszor intenzívebb volna,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

az atomok összezsugorodnának, a neutronok elbomlanának

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

az atommagban, a magok szétesnének,

and hydrogen would be

és a hidrogén lenne

the only possible chemical element in the universe.

az egyetlen lehetséges elem az univerzumban.

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

Márpedig a Higgs-tér az ultrasűrű Higgs-állapotban

is not just a few times more intense than today,

nem csupán néhányszor intenzívebb a mostaninál,

but billions of times,

hanem több milliárdszor,

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

és ha a téridőt ez a Higgs-állapot töltené ki,

all atomic matter would collapse.

akkor minden atomos anyag összeomlana.

No molecular structures would be possible, no life.

Nem léteznének molekulák, és nem volna élet.

So, I wonder, is it possible

Lehetséges volna,

that in the future, the Higgs field

hogy egyszer csak a Higgs-tér fogja magát,

will undergo a phase transition and,

fázisváltozáson megy át, és

through quantum tunneling, will be transformed

alagúthatás révén átalakul

into this nasty, ultra-dense state?

ebbe a kellemetlen, ultrasűrű állapotba?

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

Vagy kérdezzük így: Mi lesz a sorsa

of the Higgs field in our universe?

a Higgs-térnek ebben az univerzumban?

And the crucial ingredient necessary

Nos, a kritikus támpont

to answer this question is the Higgs boson mass.

a kérdés megválaszolásához a Higgs-bozon tömege.

And experiments at the LHC found that the mass

Az LHC-s kísérletek szerint

of the Higgs boson is about 126 GeV.

a Higgs-bozon tömege kb. 126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

Ez hétköznapi egységben kifejezve parányi,

because it's equal to something like

hiszen nagyjából csak

10 to the minus 22 grams,

10 a mínusz 22-iken grammról van szó,

but it is large in particle physics units,

ám részecskefizikai értelemben óriási,

because it is equal to the weight

hiszen ekkora a tömege

of an entire molecule

egy egész timinmolekulának is,

of a DNA constituent.

a DNS egyik összetevőjének.

So armed with this information from the LHC,

Az LHC-tól kapott információ birtokában,

together with some colleagues here at CERN,

néhány kollégával itt a CERN-ben,

we computed the probability

kiszámítottuk annak a valószínűségét, hogy

that our universe could quantum tunnel

univerzumunk átalagutazzon

into the ultra-dense Higgs state,

az ultrasűrű Higgs-állapotba,

and we found a very intriguing result.

és izgalmas eredmény jött ki.

Our calculations showed

Számításaink azt mutatták,

that the measured value of the Higgs boson mass

hogy a Higgs-bozon tömegére kapott érték

is very special.

nagyon különleges.

It has just the right value

Éppen akkora ez az érték,

to keep the universe hanging

hogy az univerzumot függőben tartsa

in an unstable situation.

egy instabil helyzetben.

The Higgs field is in a wobbly configuration

A Higgs-térnek ez a labilis konfigurációja

that has lasted so far

kitartott eddig,

but that will eventually collapse.

de végül össze fog omlani egyszer.

So according to these calculations,

Tehát a számításaink szerint

we are like campers

úgy vagyunk, mint a turista,

who accidentally set their tent

aki a sátrát véletlenül

at the edge of a cliff.

egy szakadék szélén verte fel.

And eventually, the Higgs field

A végén tehát a Higgs-tér

will undergo a phase transition

fázisátalakulást szenved,

and matter will collapse into itself.

és az anyag magába omlik.

So is this how humanity is going to disappear?

Így végzi tehát az emberiség?

I don't think so.

Nem hiszem.

Our calculation shows that quantum tunneling

Számításaink szerint az alagúthatás bekövetkezése

of the Higgs field is not likely to occur

a Higgs-tér esetében nemigen várható

in the next 10 to the 100 years,

10 a 100-adikon éven belül,

and this is a very long time.

ami nagyon hosszú idő.

It's even longer than

Még annál is hosszabb,

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

amennyi Olaszországnak kéne ahhoz, hogy stabil kormánya legyen.

(Laughter)

(Nevetés)

Even so, we will be long gone by then.

Akkorra már régen eltűntünk a színről.

In about five billion years,

Úgy 5 milliárd éven belül

our sun will become a red giant,

a Nap vörös óriássá válik,

as large as the Earth's orbit,

akkora lesz, mint a Föld pályája,

and our Earth will be kaput,

és a Földnek annyi.

and in a thousand billion years,

És 1000 milliárd éven belül,

if dark energy keeps on fueling

ha a sötét energia továbbra is

space expansion at the present rate,

azzal az elánnal tágítja a teret, mint most,

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

a lábujjunkig sem fogunk ellátni,

because everything around you

mert körülöttünk minden

expands at a rate faster than the speed of light.

a fénynél sebesebben tágul majd.

So it is really unlikely

Tehát igazán nem valószínű,

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

hogy tanúi leszünk a Higgs-tér összeomlásának.

But the reason why I am interested

Azért érdekel engem mégis

in the transition of the Higgs field

a Higgs-tér átmenete,

is because I want to address the question,

mert izgat a kérdés,

why is the Higgs boson mass so special?

hogy mért ennyire speciális a Higgs-bozon tömege.

Why is it just right to keep the universe

Mért éppen akkora, hogy az univerzumot

at the edge of a phase transition?

a fázisátmenet peremén tartsa?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Az elméleti fizikusok kérdései mindig "miért"-tel kezdődnek.

More than how a phenomenon works,

A "Hogy működik ez a jelenség?"-nél

theoretical physicists are always interested in

jobban érdekli az elméleti fizikust a

why a phenomenon works in the way it works.

"Mért működik ez a jelenség úgy, ahogy működik?" típusú kérdés.

We think that this these "why" questions

Úgy véljük, hogy ezek a "miért" kérdések

can give us clues

adják a kulcsot

about the fundamental principles of nature.

a természetet vezérlő alapelvekhez.

And indeed, a possible answer to my question

Márpedig az egyik lehetséges válasz

opens up new universes, literally.

új univerzumokat tár fel, mégpedig szó szerint.

It has been speculated that our universe

Spekulációk tárgya, hogy ez a mi univerzumunk itt

is only a bubble in a soapy multiverse

talán csak egy buborék a multiverzum habjában,

made out of a multitude of bubbles,

melyet buborékok sokasága alkot,

and each bubble is a different universe

ahol mindegyik buborék egy másik univerzum --

with different fundamental constants

más fizikai állandókkal

and different physical laws.

és más fizikai törvényekkel.

And in this context, you can only talk about

Ebben a kontextusban csak arról van értelme beszélni, hogy

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

mi a valószínűsége annak, hogy a Higgs-tömeg egy bizonyos értékű legyen.

Then the key to the mystery

Így a rejtély kulcsát

could lie in the statistical properties

a multiverzum statisztikus tulajdonságai

of the multiverse.

szolgáltatják.

It would be something like what happens

Olyasmi ez, mint amit

with sand dunes on a beach.

a parti homokdűnék esetében látunk.

In principle, you could imagine to find sand dunes

Elvileg mindenféle lejtésszögű homokdűne

of any slope angle in a beach,

előfordulhat a parton,

and yet, the slope angles of sand dunes

ám a homokdűnék lejtésszöge

are typically around 30, 35 degrees.

tipikusan 30-35 fokos.

And the reason is simple:

A magyarázat egyszerű:

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

a szél felhordja a homokot, a gravitáció pedig leviszi.

As a result, the vast majority of sand dunes

Ezért a dűnék túlnyomó részén

have slope angles around the critical value,

a lejtésszög a kritikus érték körül van,

near to collapse.

közel a leomláshoz.

And something similar could happen

Hasonló lehet a helyzet

for the Higgs boson mass in the multiverse.

a Higgs-bozon tömegével is a multiverzumban.

In the majority of bubble universes,

Az univerzumbuborékok többségében

the Higgs mass could be around the critical value,

a Higgs-tömeg a kritikus érték körüli lehet,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

közel a Higgs-tér kozmikus összeomlásához,

because of two competing effects,

melyet két ellenkező hatás okoz,

just as in the case of sand.

akárcsak a homok esetében.

My story does not have an end,

De a történetnek nincs vége ezzel,

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

mert a történet vége még nem ismeretes előttünk.

This is science in progress,

A tudomány fejlődése már csak ilyen.

and to solve the mystery, we need more data,

Ahhoz, hogy a rejtélyt megfejtsük, több adat kell,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

és remélem, az LHC hamarosan új támpontokkal szolgál

to this story.

a történet folytatásához.

Just one number, the Higgs boson mass,

Csak egy szám -- a Higgs-bozon tömege --,

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

és lám, ebből az egy számból mennyi mindent megtudhatunk.

I started from a hypothesis, that the known particles

Kiindultam egy hipotézisből, miszerint az ismerteken kívül

are all there is in the universe,

nincs más elemi részecske az univerzumban

even beyond the domain explored so far.

az eddig feltárt részeken túl sem.

From this, we discovered that the Higgs field

Ebből rájöttünk, hogy a Higgs-tér,

that permeates space-time may be standing

mely az egész téridőt áthatja, talán

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

pengeélen táncol, készen a kozmikus összeomlásra,

and we discovered that this may be a hint

és rájöttünk, hogy ez arra utalhat,

that our universe is only a grain of sand

hogy univerzumunk talán csak egy homokszem

in a giant beach, the multiverse.

egy hatalmas parton, melyet multiverzumnak hívnak.

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

Azt persze nem tudom, hogy igaz-e a hipotézisem.

That's how physics works: A single measurement

Mert a fizika így működik: Egyetlen mérés

can put us on the road to a new understanding

a megértés új útjára vezethet bennünket

of the universe

az univerzumot illetően,

or it can send us down a blind alley.

ám ugyanúgy zsákutcába is vihet.

But whichever it turns out to be,

De akárhogy dől el a végén,

there is one thing I'm sure of:

egyben biztos vagyok:

The journey will be full of surprises.

Az utazás tele lesz meglepetéssel.

Thank you.

Köszönöm.

(Applause)

(Taps)