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

מתרגם: Yubal Masalker מבקר: Ido Dekkers

So last year, on the Fourth of July,

בשנה שעברה, ב-4 ביולי,

experiments at the Large Hadron Collider

ניסויים במאיץ החלקיקים הגדול

discovered the Higgs boson.

גילו את בוזון היגס.

It was a historical day.

היה זה יום היסטורי.

There's no doubt that from now on,

אין ספק שמעתה והלאה,

the Fourth of July will be remembered

ה-4 ביולי ייזכר

not as the day of the Declaration of Independence,

לא כיום הכרזת העצמאות,

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

אלא כיום הגילוי של בוזון היגס.

Well, at least, here at CERN.

לפחות כאן ב-סרן.

But for me, the biggest surprise of that day

אבל עבורי, ההפתעה הכי גדולה באותו יום

was that there was no big surprise.

היתה שלא היו הפתעות גדולות.

In the eye of a theoretical physicist,

בעיני פיזיקאי תיאורטי,

the Higgs boson is a clever explanation

הבוזון היגס הוא הסבר חכם

of how some elementary particles gain mass,

על כיצד החלקיקים האלמנטריים מקבלים מסה,

but it seems a fairly unsatisfactory

אבל הסבר זה אינו מספק

and incomplete solution.

והוא פיתרון לוקה בחסר.

Too many questions are left unanswered.

יותר מדי שאלות נותרו בלתי פתורות.

The Higgs boson does not share the beauty,

לבוזון היגס אין את היופי, הסימטריה

the symmetry, the elegance,

והאלגנטיות של עולם

of the rest of the elementary particle world.

החלקיקים האלמנטריים.

For this reason, the majority of theoretical physicists

מסיבה זו, רוב הפיזיקאים התיאורטיים

believe that the Higgs boson could not

מאמינים שבוזון היגס

be the full story.

אינו כל הסיפור.

We were expecting new particles and new phenomena

אנו חוזים חלקיקים חדשים ותופעות חדשות

accompanying the Higgs boson.

אשר יתלוו לבוזון היגס.

Instead, so far, the measurements

אבל, נכון לעכשיו, המדידות המגיעות

coming from the LHC show no signs of new particles

ממאיץ LHC, לא מראות סימנים לחלקיקים חדשים

or unexpected phenomena.

או לתופעות בלתי צפויות.

Of course, the verdict is not definitive.

ברור שהמסקנות עדיין אינן סופיות.

In 2015, the LHC will almost double

ב-2015, מאיץ ה-LHC כמעט יכפיל את אנרגיית

the energy of the colliding protons,

הפרוטונים המתנגשים,

and these more powerful collisions

והתנגשויות עוצמתיות tלו

will allow us to explore further the particle world,

יאפשרו לנו לחדור עמוק יותר אל תוך עולם החלקיקים,

and we will certainly learn much more.

ואין ספק שנלמד עוד הרבה.

But for the moment, since we have found

אבל כרגע, מאחר ולא מצאנו ראיות

no evidence for new phenomena, let us suppose

לתופעות חדשות, הבה נניח

that the particles that we know today,

שהחלקיקים שאנו יודעים עליהם היום,

including the Higgs boson,

כולל בוזון היגס,

are the only elementary particles in nature,

הם החליקיקים האלמנטריים היחידים בטבע,

even at energies much larger

אפילו באנרגיות הרבה יותר גבוהות

than what we have explored so far.

מאלו שאיתן חקרנו עד היום.

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

הבה נראה לאן מוליכה אותנו הנחה זו.

We will find a surprising and intriguing result

נגיע למסקנה מסקרנת ומפתיעה

about our universe, and to explain my point,

בקשר ליקומנו, וכדי להסביר זאת,

let me first tell you what the Higgs is about,

תחילה אספר לכם מה כל העניין עם ההיגס.

and to do so, we have to go back

כדי לעשות זאת, עלינו לחזור אחורה

to one tenth of a billionth of a second

לעשירית המיליארדית של השניה

after the Big Bang.

שלאחר המפץ הגדול.

And according to the Higgs theory,

לפי תאוריית היגס,

at that instant, a dramatic event took place

באותו שבריר שניה, התרחש אירוע

in the universe.

דרמטי ביקום.

Space-time underwent a phase transition.

זמן-מרחב עבר שינוי פזה.

It was something very similar to the phase transition

זה היה מאוד דומה לשינוי פזה

that occurs when water turns into ice

שמתרחש כאשר מים הופכים לקרח

below zero degrees.

מתחת לאפס מעלות.

But in our case, the phase transition

אבל במקרה שלנו, שינוי הפזה

is not a change in the way the molecules

אינו מתבטא באופן בו המולקולות

are arranged inside the material,

מסתדרות בתוך החומר,

but is about a change

אלא בשינוי

of the very fabric of space-time.

במארג של זמן-מרחב.

During this phase transition, empty space

במהלך שינוי פזה זה, חלל ריק

became filled with a substance

התמלא בתוכן

that we now call Higgs field.

שהיום אנו מכנים אותו שדה היגס.

And this substance may seem invisible to us,

תוכן זה עשוי להיות בלתי נראה עבורנו,

but it has a physical reality.

אבל יש לו ממשות פיזיקלית.

It surrounds us all the time,

הוא מקיף אותנו כל הזמן,

just like the air we breathe in this room.

בדיוק כמו האויר שאנו נושמים.

And some elementary particles interact

וכמה חלקיקים אלמנטריים מגיבים

with this substance, gaining energy in the process.

איתו וסופגים אנרגיה בתהליך זה.

And this intrinsic energy is what we call

ואנרגיה פנימית זו היא מה שאנו מכנים

the mass of a particle,

מסת חלקיק,

and by discovering the Higgs boson, the LHC

ובגילוי בוזון היגס, מאיץ ה-LHC

has conclusively proved that this substance is real,

הוכיח סופית שהתוכן (שדה היגס) הוא אמיתי,

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

כי זה ה"חומר" ממנו עשויים בוזוני היגס.

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

וזהו על קצה המזלג עיקר סיפורו של היגס.

But this story is far more interesting than that.

אבל הסיפור הרבה יותר מעניין מזה.

By studying the Higgs theory,

על-ידי התעמקות בעניין,

theoretical physicists discovered,

פיזיקאים תאורטיים גילו,

not through an experiment

לא באמצעות ניסוי,

but with the power of mathematics,

אלא בעזרת כוחה של מתמטיקה,

that the Higgs field does not necessarily exist

ששדה היגס אינו מתקיים בהכרח

only in the form that we observe today.

אך ורק בצורה הקיימת היום.

Just like matter can exist as liquid or solid,

בדיוק כמו שחומר יכול להתקיים כנוזל או מוצק,

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

כך שדה היגס, התוכן הממלא את כל זמן-מרחב,

could exist in two states.

יכול להתקיים בשני מצבים.

Besides the known Higgs state,

מלבד המצב הידוע של השדה,

there could be a second state in which the Higgs field

יכול להיות מצב נוסף שבו השדה

is billions and billions times denser

צפוף פי מילארדים על גבי מיליארדים

than what we observe today,

ממה שהוא היום,

and the mere existence of another state

והקיום של המצב האחר

of the Higgs field poses a potential problem.

של השדה מציב בעיה אפשרית.

This is because, according to the laws

זה כי, לפי חוקי מכניקת הקוונטים,

of quantum mechanics, it is possible

אפשר שיתרחש מעבר

to have transitions between two states,

ממצב אחד למצב האחר,

even in the presence of an energy barrier

גם אם קיים מחסום אנרגיה

separating the two states,

המפריד בין שני המצבים,

and the phenomenon is called,

ותופעה זו נקראת,

quite appropriately, quantum tunneling.

די בצדק, מנהור קוונטי.

Because of quantum tunneling,

בגלל מנהור קוונטי,

I could disappear from this room

אני יכול להיעלם מתוך האולם

and reappear in the next room,

ולהופיע בחדר הסמוך,

practically penetrating the wall.

על-ידי מעבר דרך הקיר.

But don't expect me to actually perform the trick

אבל אל תצפו ממני לבצע זאת באמת

in front of your eyes, because the probability

מול עיניכם, כי הסבירות

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

שאצליח לחדור את הקיר היא מזערית עד כדי גיחוך.

You would have to wait a really long time

יהיה עליכם להמתין זמן ממש ארוך

before it happens, but believe me,

לפני שזה יקרה, אבל האמינו לי,

quantum tunneling is a real phenomenon,

מנהור קוונטי הוא תופעה ממשית,

and it has been observed in many systems.

והוא נצפה במערכות רבות.

For instance, the tunnel diode,

לדוגמא, דיודת המנהרה,

a component used in electronics,

רכיב המשמש באלקטרוניקה,

works thanks to the wonders

פועלת הודות לפלאי

of quantum tunneling.

המנהור הקוונטי.

But let's go back to the Higgs field.

אבל הבה נחזור לשדה היגס.

If the ultra-dense Higgs state existed,

אם שדה היגס בצפיפות המאוד גבוהה היה קיים,

then, because of quantum tunneling,

אז, בגלל מנהור קוונטי,

a bubble of this state could suddenly appear

היתה יכולה להופיע פתאום בועה אחת ממצב זה

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

במקום ובזמן מסויימים ביקום,

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

וזה אנלוגי למה שקורה כאשר מרתיחים מים.

Bubbles of vapor form inside the water,

נוצרות בועות של אדים בתוך המים

then they expand, turning liquid into gas.

ואז הן מתפשטות כאשר הנוזל הופך לגז.

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

באותו אופן, בועת היגס במצב של צפיפות-על

could come into existence because of quantum tunneling.

יכולה להיווצר בגלל המנהור הקוונטי.

The bubble would then expand at the speed of light,

ואז הבועה תתפשט במהירות האור,

invading all space, and turning the Higgs field

על-פני כל החלל, ותעביר את שדה היגס

from the familiar state into a new state.

מהמצב המוכר לנו למצב חדש.

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

האם זו בעיה? כן, זו בעיה רצינית.

We may not realize it in ordinary life,

אנו עשויים שלא להרגיש זאת בשיגרה,

but the intensity of the Higgs field is critical

אבל עוצמת שדה היגס היא המפתח

for the structure of matter.

לקיום מבנה החומר.

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

אם שדה היגס היה אפילו חזק יותר רק פי כמה,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

היינו רואים אטומים מתכווצים,

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

ניוטרונים דועכים בתוך גרעיני חומר, גרעינים מתפרקים,

and hydrogen would be

והמימן היה

the only possible chemical element in the universe.

היסוד הכימי היחידי האפשרי ביקום.

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

ושדה היגס, במצב של צפיפות-על,

is not just a few times more intense than today,

לא יהיה רק פי כמה יותר צפוף מאשר כיום,

but billions of times,

אלא פי מיליארדים יותר צפוף,

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

ואם זמן-מרחב אכן יתמלאו בשדה היגס צפוף שכזה,

all atomic matter would collapse.

כל החומר האטומי יקרוס.

No molecular structures would be possible, no life.

לא יתאפשרו שום מבנים מולקולריים, שום חיים.

So, I wonder, is it possible

לכן אני תוהה, האם אפשר שבעתיד,

that in the future, the Higgs field

שדה היגס

will undergo a phase transition and,

יעבור שינוי פזה,

through quantum tunneling, will be transformed

ובאמצעות מנהור קוונטי ישתנה

into this nasty, ultra-dense state?

למצב הארור הזה של צפיפות-העל?

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

במילים אחרות, אני שואל את עצמי,

of the Higgs field in our universe?

מהו גורל שדה היגס ביקומנו?

And the crucial ingredient necessary

והמרכיב הקריטי הדרוש

to answer this question is the Higgs boson mass.

כדי לענות על שאלה זו הוא מסת בוזון היגס.

And experiments at the LHC found that the mass

ניסויים במאיץ ה-LHC גילו שמסת

of the Higgs boson is about 126 GeV.

הבוזון היגס היא כ-126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

היא זעירה ביחידות המוכרות לנו,

because it's equal to something like

כי היא שוות-ערך

10 to the minus 22 grams,

למשהו כמו 10 בחזקת 22- גרם,

but it is large in particle physics units,

אבל זה הרבה בעולם של פיזיקת חלקיקים,

because it is equal to the weight

כי היא שווה למסת

of an entire molecule

מולקולה אחת

of a DNA constituent.

בתוך DNA.

So armed with this information from the LHC,

מצוייד במידע זה ממאיץ ה-LHC,

together with some colleagues here at CERN,

ביחד עם כמה עמיתים כאן ב-סרן,

we computed the probability

חישבנו את הסבירות

that our universe could quantum tunnel

שיקומנו יעבור באמצעות מנהור קוונטי

into the ultra-dense Higgs state,

למצב של שדה היגס בצפיפות-על,

and we found a very intriguing result.

והגענו לתוצאה מאוד מעניינת.

Our calculations showed

חישובנו הראו

that the measured value of the Higgs boson mass

שהערך המדוד של מסת בוזון היגס

is very special.

הוא מאוד מיוחד.

It has just the right value

יש לבוזון בדיוק הערך הנכון

to keep the universe hanging

כדי לשמור את היקום תלוי על בלימה

in an unstable situation.

במצב לא יציב.

The Higgs field is in a wobbly configuration

שדה היגס הוא מבנה לא יציב

that has lasted so far

אשר החזיק מעמד

but that will eventually collapse.

עד עכשיו אבל שיקרוס בסופו של דבר.

So according to these calculations,

לכן לפי חישובים אלה,

we are like campers

אנו כמו המחנאים

who accidentally set their tent

שבמקרה הקימו מאהל

at the edge of a cliff.

על קצה צוק.

And eventually, the Higgs field

לבסוף, שדה היגס

will undergo a phase transition

יעבור שינוי פזה

and matter will collapse into itself.

והחומר יקרוס לתוך עצמו.

So is this how humanity is going to disappear?

האם כך האנושות הולכת להיעלם?

I don't think so.

איני סבור כך.

Our calculation shows that quantum tunneling

חישובנו מראים שמנהור קוונטי

of the Higgs field is not likely to occur

של שדה היגס כנראה לא יתרחש

in the next 10 to the 100 years,

ב-10 בחזקת 100 השנים הבאות,

and this is a very long time.

וזהו זמן מאוד ארוך.

It's even longer than

הוא אפילו יותר ארוך

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

מהזמן שלוקח באיטליה להקים ממשלה יציבה.

(Laughter)

(צחוק)

Even so, we will be long gone by then.

וגם ככה, ניעלם זמו רב לפני כן.

In about five billion years,

בתוך כ-5 מליארד שנה,

our sun will become a red giant,

השמש שלנו תהפוך לענק אדום,

as large as the Earth's orbit,

שמימדיו כמימדי מסלול הארץ סביב השמש,

and our Earth will be kaput,

וכך כוכב הלכת שלנו יהיה גמור,

and in a thousand billion years,

ובתוך 1000 מיליארד שנה,

if dark energy keeps on fueling

אם האנרגיה האפלה תמשיך להאיץ

space expansion at the present rate,

את התפשטות החלל בקצב הנוכחי,

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

אפילו לא נוכל לראות למרחק של אצבעות רגלינו,

because everything around you

כי הכל סביבנו

expands at a rate faster than the speed of light.

יתפשט במהירות העולה על מהירות האור.

So it is really unlikely

כך שזה ממש לא סביר

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

שנהיה בסביבה כאשר שדה היגס יקרוס.

But the reason why I am interested

אבל הסיבה שאני מתעניין

in the transition of the Higgs field

בשינוי של שדה היגס

is because I want to address the question,

היא בגלל שברצוני להתיחס לשאלה,

why is the Higgs boson mass so special?

מדוע מסת בוזון היגס היא כה מיוחדת?

Why is it just right to keep the universe

מדוע היא מספיקה בדייוק מתאימה כדי

at the edge of a phase transition?

להחזיק את היקום על גבול שינוי הפזה?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

פיזיקאים תאורטיים תמיד שואלים "מדוע".

More than how a phenomenon works,

יותר מאיך תופעה פועלת,

theoretical physicists are always interested in

פיסיקאים תאורטיים תמיד מתעניינים

why a phenomenon works in the way it works.

בלמה תופעה עובדת כמו שהיא עובדת.

We think that this these "why" questions

אנו סבורים ששאלות ה"מדוע" הללו יכולות

can give us clues

לתת רמזים

about the fundamental principles of nature.

לגבי העקרונות הבסיסיים של הטבע.

And indeed, a possible answer to my question

ואכן, תשובה אפשרית לשאלתי

opens up new universes, literally.

פותחת יקומים חדשים, פשוטו כמשמעו.

It has been speculated that our universe

נהוג לשער שהיקום שלנו

is only a bubble in a soapy multiverse

הוא רק בועה בתוך רב יקום סבוני

made out of a multitude of bubbles,

העשויי מבועות מרובות,

and each bubble is a different universe

כאשר כל בועה היא יקום נפרד

with different fundamental constants

עם קבועים בסיסיים אחרים

and different physical laws.

וחוקי פיזיקה אחרים.

And in this context, you can only talk about

ובהקשר זה, ניתן רק לדבר על

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

הסבירות למציאת ערך מסויים של מסת היגס.

Then the key to the mystery

ולכן המפתח לתעלומה

could lie in the statistical properties

יימצא בתכונות הסטטיסטיות

of the multiverse.

של היקומים המרובים.

It would be something like what happens

זה יהיה מעין מה שקורה

with sand dunes on a beach.

עם דיונת חול בחוף-ים.

In principle, you could imagine to find sand dunes

בעיקרון, אפשר לחשוב שניתן למצוא

of any slope angle in a beach,

דיונות חול בחוף עם כל מיני זויות שיפוע,

and yet, the slope angles of sand dunes

אבל בפועל, זויות השיפוע של דיונות חול

are typically around 30, 35 degrees.

הן בדרך-כלל רק בסביבות 30, 35 מעלות.

And the reason is simple:

והסיבה היא פשוטה:

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

הרוח עורמת את החול, כח-המשיכה גורם לו ליפול.

As a result, the vast majority of sand dunes

וכתוצאה מזה, לרוב דיונות החול

have slope angles around the critical value,

יש זויות שיפוע בסביבות הערך הקריטי,

near to collapse.

והן קרובות לקריסה.

And something similar could happen

דבר דומה עשוי להתרחש

for the Higgs boson mass in the multiverse.

עם מסת הבוזון היגס ביקומים מרובים.

In the majority of bubble universes,

במרבית היקומים, מסת היגס

the Higgs mass could be around the critical value,

יכולה להיות קרוב לערך הקריטי,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

קרוב לקריסה קוסמית של שדה היגס,

because of two competing effects,

בגלל שני אפקטים מנוגדים,

just as in the case of sand.

בדיוק כמו במקרה של חול.

My story does not have an end,

לסיפור שלי חסר הסוף,

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

כי עדיין אין אנו יודעים את סוף הסיפור.

This is science in progress,

זהו מדע הנמצא בעיצומו של תהליך,

and to solve the mystery, we need more data,

וכדי לפתור את התעלומה, יש צורך בעוד נתונים,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

וכולנו תקווה שמאיץ ה-LHC יספק בקרוב רמזים נוספים

to this story.

על פרשה זו.

Just one number, the Higgs boson mass,

רק מספר אחד, מסת בוזון היגס,

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

וכבר מתוך מספר זה אנו לומדים כה הרבה.

I started from a hypothesis, that the known particles

התחלתי בהשערה, שהחלקיקים הידועים לנו

are all there is in the universe,

הינם כל מה שיש ביקום,

even beyond the domain explored so far.

אפילו מעבר לתחום הידוע עד כה.

From this, we discovered that the Higgs field

מכאן, גילינו ששדה היגס החודר

that permeates space-time may be standing

לזמן-מרחב כולו, עשוי להיות

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

על עברי פי פחת של קריסה קוסמית,

and we discovered that this may be a hint

וגילינו שזה עשוי להיות רמז

that our universe is only a grain of sand

שיקומנו הוא רק גרגיר אחד של חול

in a giant beach, the multiverse.

בחוף-ים ענקי של יקומים מרובים.

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

אבל איני יודע אם ההשערה שלי נכונה.

That's how physics works: A single measurement

כך הפיזיקה עובדת: מדידה יחידה

can put us on the road to a new understanding

יכולה לשים אותנו על נתיב חדש של הבנה

of the universe

לגבי היקום

or it can send us down a blind alley.

או שהיא יכולה לשלוח אותנו לסמטה חשוכה.

But whichever it turns out to be,

אבל לא משנה איזה מהם

there is one thing I'm sure of:

יתברר כנכון, בדבר אחד אני בטוח:

The journey will be full of surprises.

המסע יהיה מלא הפתעות.

Thank you.

תודה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)