A theory of everything | Garrett Lisi

מתרגם: Shlomo Adam מבקר: arnon hadas

Whoa, dude.

וואו, חביבי! איזה משוואות קטלניות! (צחוק)

(Laughter)

Check out those killer equations. Sweet.

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

למעשה, ב-18 הדקות הקרובות אעשה כמיטב יכולתי

to describe the beauty of particle physics without equations.

לתאר את יופיה של פיזיקת החלקיקים בלי משוואות.

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

מסתבר שיש לנו הרבה ללמוד מן האלמוגים.

A coral is a very beautiful and unusual animal.

האלמוג הינו בעל-חיים יפהפה וייחודי.

Each coral head consists of thousands of individual polyps.

כל ראש של אלמוג מורכב מאלפי פוליפים נפרדים.

These polyps are continually budding and branching

פוליפים אלה מנצים ומסתעפים בהתמדה

into genetically identical neighbors.

לשכנים זהים מבחינה גנטית.

If we imagine this to be a hyperintelligent coral,

אם נדמיין לעצמנו שזהו אלמוג סופר-תבוני

נוכל לבודד פרט יחיד ולהציג לו שאלה סבירה:

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

איך בדיוק הגיע להימצא במיקום המסוים הזה

compared to his neighbors --

בהשוואה לשכניו --

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

במקרה, כגזירת-גורל או מה?

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

ואחרי שיאשים אותנו בהגברת הטמפרטורה,

הוא יאמר לנו ששאלתנו מטופשת לחלוטין.

he would tell us that our question was completely stupid.

These corals can be kind of mean, you see,

האלמוגים הללו יכולים להיות די מרושעים,

and I have surfing scars to prove that.

ויש עלי צלקות-גלישה המוכיחות זאת.

But this polyp would continue and tell us

אך הפוליפ הזה יאמר לנו

that his neighbors were quite clearly identical copies of him.

שברור ששכניו הם עותקים זהים לו.

That he was in all these other locations as well,

שהוא נמצא בו-זמנית בכל המקומות,

but experiencing them as separate individuals.

אך חווה אותם כפרטים נפרדים.

For a coral, branching into different copies

מבחינת האלמוג, ההסתעפות לעותקים נפרדים

is the most natural thing in the world.

היא הדבר הטבעי בעולם.

Unlike us, a hyperintelligent coral

שלא כמונו, אלמוג סופר-תבוני יהיה במיוחד מוכן

would be uniquely prepared to understand quantum mechanics.

להבנת מכניקת הקוונטים.

The mathematics of quantum mechanics

המתמטיקה של מכניקת הקוונטים

very accurately describes how our universe works.

מתארת מאד במדויק כיצד פועל יקומנו

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

ומספרת לנו שהמציאות שלנו מסתעפת בהתמדה

לאפשרויות שונות, ממש כמו אלמוג.

just like a coral.

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

עבורנו כבני-אדם, זהו אתגר שיכלי משונה,

since we only ever get to experience one possibility.

כי לנו מזדמן לחוות רק אפשרות אחת.

This quantum weirdness was first described

מוזרות הקוונטום הזו תוארה לראשונה

by Erwin Schrödinger and his cat.

ע"י ארווין שרדינגר וחתולו.

The cat likes this version better.

החתול אוהב יותר את הגירסה הזו.

(Laughter)

[צחוק]

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

במערך הזה, שרדינגר הוא זה שנמצא בתיבה עם דגימה רדיואקטיבית

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

שלפי חוקי מכניקת הקוונטים, מסתעפת למצב

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

שבו היא קורנת, ולמצב שבו היא לא.

(Laughter)

[צחוק]

In the branch in which the sample radiates,

בהסתעפות שבה הדגימה קורנת,

היא מפעילה הדק המשחרר רעל, ושרדינגר מת.

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

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

אך בהסתעפות האחרת של המציאות, הוא נותר בחיים.

These realities are experienced separately by each individual.

מציאויות אלה נחוות בנפרד ע"י כל אחד ואחד.

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

וככל שזה נוגע לכל אחד, האחר איננו קיים.

This seems weird to us,

לנו זה נראה משונה, כי כל אחד מאיתנו

because each of us only experiences an individual existence,

חווה קיום אחד ויחיד,

and we don't get to see other branches.

ואיננו זוכים לראות את ההסתעפויות האחרות.

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

זה כאילו שכל אחד מאיתנו, כמו שרדינגר, הוא מעין אלמוג

are a kind of coral branching into different possibilities.

המסתעף לאפשרויות שונות.

The mathematics of quantum mechanics tells us

המתמטיקה של מכניקת הקוונטים אומרת לנו

this is how the world works at tiny scales.

שהעולם פועל כך בקני-מידה זעירים.

It can be summed up in a single sentence:

ניתן לסכם זאת במשפט אחד:

Everything that can happen, does.

כל מה שיכול לקרות, קורה.

That's quantum mechanics.

זוהי מכניקת הקוונטים.

But this does not mean everything happens.

אלא שאין זה אומר שהכל אכן קורה.

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

שאר הפיזיקה עוסקת בתיאור מה שיכול לקרות

ומה שלא.

What physics tells us is that everything comes down to geometry

מה שהפיזיקה אומרת לנו הוא שהכל עניין של גיאומטריה

and the interactions of elementary particles.

ושל האינטראקציות בין חלקיקי היסוד.

ודברים יכולים לקרות רק אם אינטראקציות אלה

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

מאוזנות לחלוטין.

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

כעת אתאר כיצד אנו יודעים על קיום חלקיקים אלה,

מהם, וכיצד איזון זה פועל.

what they are and how this balance works.

In this machine, a beam of protons and antiprotons

במכונה זו, קרן של פרוטונים ושל אנטי-פרוטונים

are accelerated to near the speed of light

מואצת עד קרוב למהירות האור

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

מובאת לכלל התנגשות ומפיקה פרץ אנרגיה טהורה.

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

אנרגיה זו מומרת מיד לרסס

של חלקיקים אטומיים-למחצה,

with detectors and computers used to figure out their properties.

כשגלאים ומחשבים משמשים לקביעת תכונותיהם.

This enormous machine --

מכונה עצומה זו, מאיץ ההדרונים הגדול,

the Large Hadron Collider at CERN in Geneva --

שבמכון המחקר הגרעיני האירופי שבז'נבה --

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

היקפה הוא 27 ק"מ,

וכשהיא פועלת היא מנצלת פי 5 חשמל

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

מהעיר מונטריי.

We can't predict specifically

איננו יכולים לחזות במדויק אילו חלקיקים יופקו

what particles will be produced in any individual collision.

בכל התנגשות והתנגשות.

Quantum mechanics tells us all possibilities are realized.

מכניקת הקוונטים אומרת לנו שכל האפשרויות מתממשות.

But physics does tell us what particles can be produced.

אך הפיזיקה אומרת לנו מהם החלקיקים שניתן להפיק.

These particles must have just as much mass and energy

לחלקיקים אלה צריכות להיות בדיוק אותן מסה ואנרגיה

as is carried in by the proton and antiproton.

שנושאים הפרוטון והאנטי-פרוטון.

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

כל חלקיק שמסתו גדולה ממגבלת אנרגיה זו,

לא יופק, ויישאר מבחינתנו בלתי-נראה.

and remain invisible to us.

This is why this new particle accelerator is so exciting.

ולכן מאיץ החלקיקים החדש הזה הוא כה מלהיב.

It's going to push this energy limit seven times

הוא עתיד לדחוק את מגבלת האנרגיה פי שבע

beyond what's ever been done before,

מעבר לכל מה שנעשה עד כה,

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

כך שבקרוב נזכה לראות כמה חלקיקים חדשים.

But before talking about what we might see,

אך לפני שנדבר על מה שאולי נראה,

let me describe the particles we already know of.

הבה ואתאר את החלקיקים שכבר ידועים לנו.

There's a whole zoo of subatomic particles.

יש גן-חיות שלם של חלקיקים תת-אטומיים.

Most of us are familiar with electrons.

מרביתנו מכירים את האלקטרונים.

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

מרבית הנוכחים באולם מתפרנסים לא רע

מלהזיז אותם לכאן ולשם.

[צחוק]

(Laughter)

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

אך לאלקטרון יש שותף נייטרלי בשם נויטרינו,

with no electric charge and a very tiny mass.

שהוא נטול מטען חשמלי ובעל מסה זעירה ביותר.

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

לעומתו, לקווארקי ה"מעלה-מטה" מסות גדולות מאד,

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

והם מצטרפים בשלשות ליצירת הפרוטונים והנויטרונים

בתוך אטומים.

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

כל חלקיקי החומר הללו באים בווריאציות ימניות ושמאליות,

ויש להם אנטי-חלקיקים שותפים הנושאים מטען מנוגד.

and have antiparticle partners that carry opposite charges.

These familiar particles

also have less familiar second and third generations,

לחלקיקים מוכרים אלה יש דורות פחות מוכרים,

שני ושלישי, שנושאים אותו מטען חשמלי כמו הראשון

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

אך מסתם הרבה יותר גבוהה.

These matter particles all interact with the various force particles.

כל חלקיקי חומר אלה פועלים באינטראקציה עם חלקיקי הכוח השונים.

The electromagnetic force interacts with electrically charged matter

הכוח האלקטרומגנטי פועל באינטראקציה עם חומר בעל מטען חשמלי

via particles called photons.

באמצעות חלקיקים הקרויים פוטונים.

There is also a very weak force

יש גם כוח חלש מאד הקרוי - בחוסר-דמיון מסוים -

called, rather unimaginatively, the weak force ...

הכוח החלש, שפועל באינטראקציה

(Laughter)

that interacts only with left-handed matter.

רק עם החומר השמאלי.

The strong force acts between quarks

הכוח החזק פועל בין קווארקים, שנושאים

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

סוג אחר של מטען, המכונה "מטען צבע",

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

והוא קיים בשלוש ואריאציות שונות: אדום, ירוק וכחול.

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

תאשימו את מאריי גלן-מאן בשמות האלה --

הוא אשם בהם.

Finally, there's the force of gravity,

לבסוף, ישנו כוח הכבידה שפועל באינטראקציה עם החומר

which interacts with matter via its mass and spin.

באמצעות מסתו וסיבובו.

The most important thing to understand here

מה שהכי חשוב להבין כאן הוא

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

שסוג שונה של מטען מקושר

עם כל אחד מהכוחות הללו.

These four different forces interact with matter

ארבעה כוחות שונים אלה פועלים באינטראקציה עם החומר

according to the corresponding charges that each particle has.

בהתאם למטענים שיש לכל חלקיק.

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

חלקיק שטרם נצפה, אך אנו די בטוחים בקיומו,

הוא חלקיק היגס, המספק מסות לכל יתר החלקיקים האלה.

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

The main purpose of the Large Hadron Collider

מטרתו העיקרית של מאיץ ההדרונים הגדול

הוא לראות את חלקיק היגס, ואנו כמעט בטוחים שיצליח.

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

But the greatest mystery is what else we might see.

אך התעלומה הגדולה היא מה עוד אנו עשויים לראות.

And I'm going to show you one beautiful possibility

בהמשך, אציג בפניכם אפשרות יפהפיה אחת

towards the end of this talk.

לקראת סוף ההרצאה.

Now, if we count up all these different particles

כעת, אם נמנה את כל החלקיקים השונים האלה

using their various spins and charges,

על פי סיבובם ומטעניהם, מספרם 226.

there are 226.

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

אלו הרבה חלקיקים שצריך לעקוב אחריהם.

And it seems strange

ונראה מוזר שלטבע

that nature would have so many elementary particles.

יש חלקיקי-יסוד כה רבים.

But if we plot them out according to their charges,

אך אם נתווה אותם לפי מטעניהם,

some beautiful patterns emerge.

מופיעות כמה תבניות יפהפיות

The most familiar charge is electric charge.

המטען המוכר ביותר הוא המטען החשמלי.

Electrons have an electric charge,

לאלקטרונים יש מטען חשמלי שלילי,

a negative one,

ולקווארקים יש מטען חשמלי בשלישיות.

and quarks have electric charges in thirds.

אז כשמצרפים שני קווארקי מעלה וקווארק מטה אחד

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

כדי ליצור פרוטון, יש לו מטען חשמלי של פלוס אחד.

it has a total electric charge of plus one.

These particles also have antiparticles, which have opposite charges.

לחלקיקים יש גם אנטי-חלקיקים עם מטענים הפוכים.

Now, it turns out the electric charge

ומסתבר שבמטענים חשמליים

is actually a combination of two other charges:

יש צירופים של עוד שני מטענים:

hypercharge and weak charge.

מטען-על ומטען חלש,

If we spread out the hypercharge and weak charge

אם נפרוש את מטען-העל ואת המטען החלש

ונתאר את מטעני החלקיקים במרחב-מטענים דו-מימדי זה,

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

the electric charge is where these particles sit

המטען החשמלי נמצא היכן שיושבים החלקיקים האלה,

along the vertical direction.

בכיוון האנכי,

The electromagnetic and weak forces interact with matter

הכוחות האלקטרומגנטי והחלש פועלים באינטראקציה עם החומר

according to their hypercharge and weak charge,

בהתאם למטעניהם, מטען-העל והמטען החלש,

which make this pattern.

שיוצרים תבנית זו.

This is called the unified electroweak model,

זה נקרא "המודל האלקטרו-חלש האחיד",

הוא הורכב עוד ב-1967.

and it was put together back in 1967.

The reason most of us are only familiar with electric charge

הסיבה שמרביתנו מכירים רק את המטען החשמלי

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

ולא את שני אלה, היא בגלל חלקיק היגס.

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

להיגס, כאן משמאל, יש מסה גדולה

and breaks the symmetry of this electroweak pattern.

והוא שובר את סימטריית התבנית האלקטרו-חלשה הזו.

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

הוא מחליש מאד את הכוח החלש

ע"י הענקת מסה גדולה לחלקיקים החלשים

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

מאחר וההיגס המסיבי יושב בכיוון האופקי בשרטוט זה,

פוטוני האלקטרומגנטיות נותרים נטולי-מסה

the photons of electromagnetism remain massless

and interact with electric charge along the vertical direction

ופועלים באינטראקציה עם המטען החשמלי בכיוון האנכי

in this charge space.

במרחב-המטענים הזה.

So the electromagnetic and weak forces

כך שהכוחות האלקטרומגנטי והחלש מתוארים בתבנית זו

are described by this pattern of particle charges

של מטעני חלקיקים במרחב דו-מימדי.

in two-dimensional space.

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

נוכל לכלול את הכוח החזק ע"י פרישת

שני כיווני המטען שלו והתוויית המטענים

and plotting the charges of the force particles in quarks

של חלקיקי הכוח בקווארקים בכיוונים אלה.

along these directions.

The charges of all known particles

ניתן להתוות את מטעני כל החלקיקים

can be plotted in a four-dimensional charge space,

במרחב-מטענים ארבע-מימדי, ולהטילם מטה

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

בשני מימדים, כך, כדי שנוכל לראותם.

Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance

כשחלקיקים פועלים באינטראקציה, הטבע שומר על איזון מושלם

along all four of these charge directions.

בכל ארבעת כיווני המטען האלה.

If a particle and an antiparticle collide,

בהתנגשות בין חלקיק ואנטי-חלקיק נוצר פרץ אנרגיה

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

וסך-מטען של אפס בכל ארבעת כיווני המטען.

in all four charge directions.

At this point, anything can be created

בנקודה זו כל דבר יכול להיווצר, כל עוד יש לו

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

אותה אנרגיה, והוא שומר על סך-מטען של אפס.

For example, this weak force particle and its antiparticle

למשל, חלקיק כוח-חלש זה והאנטי-חלקיק שלו

can be created in a collision.

ניתנים ליצירה באמצעות התנגשות.

In further interactions, the charges must always balance.

באינטראקציות-המשך, על המטענים להתאזן תמיד.

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

אחד החלקיקים החלשים עשוי לדעוך לכדי אלקטרון

ואנטי-נויטרינו,

and these three still add to zero total charge.

ושלושת אלה עדיין מסתכמים באפס-מטען

Nature always keeps a perfect balance.

הטבע שומר תמיד על איזון מושלם.

So these patterns of charges are not just pretty.

כך שתבניות מטען אלה אינן סתם יפות:

הן אומרות לנו אילו אינטראקציות רשאיות להתרחש.

They tell us what interactions are allowed to happen.

And we can rotate this charge space in four dimensions

וביכולתנו לסובב מרחב-מטען זה בארבעה מימדים

to get a better look at the strong interaction,

כדי לזכות בתצפית טובה יותר על האינטראקציה החזקה,

בעלת הסימטריה המשושה היפה הזו.

which has this nice hexagonal symmetry.

In a strong interaction, a strong force particle,

באינטראקציה חזקה, חלקיק כוח-חזק כגון זה,

such as this one,

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

פועל הדדית עם קווארק צבע, כמו הירוק הזה,

כדי להפיק קווארק עם מטען-צבע שונה -- האדום הזה.

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

And strong interactions are happening millions of times

ואינטראקציות חזקות מתרחשות מיליוני פעמים

בכל שניה, בכל אטום בגופנו,

each second in every atom of our bodies,

holding the atomic nuclei together.

ומצמידות את גרעיני האטומים יחד.

But these four charges corresponding to three forces

אך ארבעת המטענים האלה שתואמים לשלושה כוחות

are not the end of the story.

אינם סוף הסיפור.

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

נוכל לכלול עוד שני מטענים

התואמים לכוח הכבידה.

כשאנו כוללים אותם, יש לכל חלקיק חומר

When we include these,

each matter particle has two different spin charges,

שני מטעני סחרור שונים: סחרור-מעלה וסחרור-מטה.

spin-up and spin-down.

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

כך שכולם מתפצלים ומספקים תבנית יפה

במרחב-מטענים שש-מימדי.

We can rotate this pattern in six dimensions

ביכולתנו לסובב תבנית זו בשישה מימדים

ולראות שהיא יפה למדי.

and see that it's quite pretty.

Right now, this pattern matches our best current knowledge

לעת עתה, תבנית זו תואמת למיטב הידע הנוכחי שלנו

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

כיצד הטבע בנוי בקני-המידה הזעירים

של חלקיקי היסוד האלה.

This is what we know for certain.

זה מה שאנו יודעים לבטח.

Some of these particles are at the very limit

אחדים מחלקיקים אלה מצויים ממש על הגבול

אליו הצלחנו להגיע בניסויים.

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

From this pattern

לפי תבנית זו אנו כבר מכירים את פיזיקת החלקיקים

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

בקני-המידה הזעירים האלה. הדרך בה פועל היקום

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

בקני-מידה זעירים אלה היא יפהפיה.

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

אך כעת אעסוק בכמה רעיונות חדשים וישנים

about things we don't know yet.

בנוגע לדברים שעדיין איננו יודעים.

We want to expand this pattern using mathematics alone,

ברצוננו להרחיב תבנית זו רק בעזרת המתמטיקה,

ולראות אם נוכל לגרוף את כל הקופה.

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

We want to find all the particles and forces

ברצוננו לגלות את כל החלקיקים והכוחות

that make a complete picture of our universe.

שמספקים תמונה שלמה של היקום שלנו.

And we want to use this picture to predict new particles

וברצוננו לנצל תמונה זו כדי לנבא חלקיקים חדשים

that we'll see when experiments reach higher energies.

אותם נראה כשהניסויים יגיעו לאנרגיות גבוהות יותר.

So there's an old idea in particle physics

אז בפיזיקת החלקיקים יש רעיון ישן

that this known pattern of charges,

שתבנית מוכרת זו של מטענים, שאינה מאד סימטרית,

which is not very symmetric,

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

נובעת אולי מתבנית שלמה יותר, שנקטעה --

similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern

כמו שחלקיק היגס שובר את התבנית האלקטרו-חלשה

to give electromagnetism.

כדי ליצור אלקטרומגנטיות.

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

כדי לעשות זאת עלינו להכניס כוחות חדשים

with new charge directions.

עם כיווני-מטען חדשים.

When we introduce a new direction,

כשאנו מכניסים כיוון חדש, באפשרותנו לנחש

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

אילו מטענים יהיו לחלקיקים באותו כיוון,

and then we can rotate it in with the others.

ואז אנו יכולים לסובב ולשלב אותו עם האחרים.

If we guess wisely, we can construct the standard charges

אם ננחש בחוכמה, נוכל לבנות את המטענים הסטנדרטיים

in six charge dimensions as a broken symmetry

בשישה מימדי מטען כסימטריה מקוטעת

of this more perfect pattern in seven charge dimensions.

של אותה תבנית שלמה יותר בשבעה מימדי מטען.

This particular choice corresponds to a grand unified theory

ברירה מסוימת זו מתאימה לתיאוריה המאוחדת הגדולה

introduced by Pati and Salam in 1973.

שהציגו פאטי וסאלם ב-1973.

When we look at this new unified pattern,

כשאנו מביטים בתבנית מאוחדת חדשה זו,

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

אנו רואים כמה פערים היכן שכנראה חסרים חלקיקים.

This is the way theories of unification work.

זו דרכן של תיאוריות מאחדות.

A physicist looks for larger, more symmetric patterns

הפיזיקאי מחפש תבניות גדולות יותר, סימטריות יותר

that include the established pattern as a subset.

שמכילות את התבנית המבוססת כמערך-משנה.

The larger pattern allows us to predict the existence of particles

התבנית הגדולה יותר מאפשרת לנו לחזות את קיומם

של חלקיקים שמעולם לא ניצפו.

that have never been seen.

This unification model predicts the existence

המודל המאוחד מנבא את קיום שני חלקיקי-כוח חדשים אלה,

of these two new force particles,

שאמורים לפעול מאד בדומה לכוח החלש,

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

אבל חלש יותר.

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

כעת נוכל לסובב מערך מטענים זה ב-7 מימדים

ולשקול עובדה מוזרה בנוגע לחלקיקי החומר:

and consider an odd fact about the matter particles:

לדורות השני והשלישי של החומר

the second and third generations of matter

יש בדיוק אותם מטענים במרחב-מטענים 6 מימדי

have exactly the same charges in six-dimensional charge space

as the first generation.

כמו לדור הראשון.

These particles are not uniquely identified by their six charges.

חלקיקים אלה אינם מזוהים ייחודית על-פי ששת מטעניהם.

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

הם יושבים זה על גבי זה במרחב-המטענים הסטנדרטי.

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

אך אם נעבוד במרחב-מטענים שמונה-מימדי,

then we can assign unique new charges to each particle.

נוכל להקצות מטען חדש וייחודי לכל חלקיק.

Then we can spin these in eight dimensions

כעת נוכל לסובב אותם בשמונה מימדים,

and see what the whole pattern looks like.

ולראות איך נראית כל התבנית כולה.

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

כאן אנו רואים את דורות-החומר השני והשלישי, שכעת

מתייחסים לדור הראשון בסימטריה הקרויה "טריאליות".

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

This particular pattern of charges in eight dimensions

תבנית מסוימת זו של מטענים ב-8 מימדים היא בעצם

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

חלק מהמבנה הגיאומטרי היפה ביותר במתמטיקה.

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

זאת תבנית "קבוצת לי", "אי-8", החריגה והגדולה ביותר.

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

"קבוצת לי" היא צורה חלקה ומפותלת בת 248 מימדים.

Each point in this pattern corresponds to a symmetry

כל נקודה בתבנית זו מקבילה לסימטריה מסוימת

of this very complex and beautiful shape.

בצורה המאד מורכבת והיפה הזו.

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

ניתן להשתמש בחלק קטן של צורת "אי-8" זו לתיאור

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

המרחב-זמן המעוקם בתורת היחסות הכללית של איינשטיין,

explaining gravity.

המסבירה את הכבידה.

Together with quantum mechanics,

יחד עם מכניקת הקוונטים, גיאומטריית צורה זו

the geometry of this shape could describe everything

יכולה להסביר הכל בנוגע לאופן פעולת היקום

about how the universe works at the tiniest scales.

בקני-המידה הזעירים ביותר.

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

ותבנית צורה זו, המתקיימת במרחב-מטענים 8 מימדי,

היא יפה להפליא,

is exquisitely beautiful,

and it summarizes thousands of possible interactions

והיא מסכמת אלפי אינטראקציות אפשריות

between these elementary particles,

בין חלקיקי יסוד אלה, שכל אחד מהם

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

הוא רק פיאה אחת של צורה מסובכת זו.

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

כשנסובב אותה, נוכל לראות רבות משאר התבניות המורכבות

contained in this one.

הכלולות בתבנית יחידה זו.

And with a particular rotation,

ובזווית סיבוב מסוימת, ביכולתנו להביט דרך התבנית

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

בשמונה מימדים לאורך ציר סימטריה יחיד

and see all the particles at once.

ולראות את כל החלקיקים בבת-אחת.

It's a very beautiful object,

זהו אובייקט יפה מאד, וכמו בכל האחדה,

and as with any unification,

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

ניתן לראות כמה חללים היכן שחסרים חלקיקים חדשים

עבור תבנית זו.

There are 20 gaps where new particles should be,

ישנם 20 פערים בהם אמורים להימצא חלקיקים חדשים,

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

שניים מהם מולאו ע"י חלקיקיהם של פאטי וסאלם.

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

לפי מיקומם בתבנית, אנו יודעים שחלקיקים חדשים אלה

should be scalar fields like the Higgs particle,

צריכים להיות שדות סקלריים כמו חלקיק היגס,

but have color charge and interact with the strong force.

אך יש להם מטען-צבע והם פועלים הדדית עם הכוח החזק.

Filling in these new particles completes this pattern,

מילוי חלקיקים חדשים אלה ישלים תבנית זו,

וייתן לנו את ה"אי-8" השלם.

giving us the full E8.

This E8 pattern has very deep mathematical roots.

לתבנית ה"אי-8" שורשים מתמטיים עמוקים מאד.

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

רבים רואים בה את המבנה היפה ביותר

במתמטיקה/

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

יש סיכוי פנטסטי שאובייקט זה של יופי מתמטי

עשוי לתאר את האמת אודות אינטראקציות החלקיקים

could describe the truth of particle interactions

בקני-המידה הקטנים ביותר שניתן להעלות על הדעת.

at the smallest scales imaginable.

ורעיון זה, לפיו הטבע מתואר ע"י המתמטיקה,

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

איננו חדש כלל.

In 1623, Galileo wrote this:

ב-1623 כתב גלילאו:

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

"הספר הגדול של הטבע, שניצב לעד פתוח לנגד עינינו,

is written in the language of mathematics.

כתוב בשפת המתמטיקה.

Its characters are triangles, circles and other geometrical figures,

אותיותיו - משולשים, עיגולים ושאר צורות גאומטריות,

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

שלולא הן לא יוכל האדם להבין

ולו מילה ממנו;

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

ללא אלה, ננדוד לעד במבוך אפל."

I believe this to be true,

אני מאמין שזו אמת, ומאז ומתמיד השתדלתי

and I've tried to follow Galileo's guidance

ללכת בעקבות גלילאו בתיאור המתמטיקה

in describing the mathematics of particle physics

של פיזיקת החלקיקים, רק בעזרת משולשים, עיגולים

using only triangles, circles and other geometrical figures.

ושאר צורות גאומטריות.

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

מובן שכשפיזיקאים אחרים ואני עובדים על דברים אלה

המתמטיקה עשויה להיראות כמבוך אפל.

the mathematics can resemble a dark labyrinth.

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

אך מרגיע לדעת שבלב המתמטיקה הזו

is pure, beautiful geometry.

יש סימטריה טהורה ויפה.

Joined with quantum mechanics,

יחד עם מכניקת הקוונטים, מתמטיקה זו

this mathematics describes our universe as a growing E8 coral,

מתארת את יקומנו כאלמוג "אי-8" גדל והולך,

עם חלקיקים הפועלים באינטראקציה בכל אתר ובכל דרך אפשרית

with particles interacting at every location in all possible ways

according to a beautiful pattern.

על פי תבנית יפהפיה.

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

וככל שנחשף עוד מן התבנית, בעזרת מכונות חדשות

like the Large Hadron Collider,

כמו מאיץ ההדרונים הגדול, ייתכן שנוכל לראות

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

האם הטבע משתמש בתבנית "אי-8" זו או בתבנית אחרת.

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

תהליך זה של גילוי הינו השתתפות בהרפתקה נהדרת.

If the LHC finds particles that fit this E8 pattern,

אם מאיץ ההדרונים יגלה חלקיקים המתאימים לתבנית "אי-8",

that will be very, very cool.

זה יהיה מאד מאד מעולה

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

ואם יגלה חלקיקים חדשים, שלא מתאימים לתבנית זו --

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

זה יהיה מעניין מאד, אך גרוע מבחינת תיאוריית ה"אי-8".

And, of course, bad for me personally.

וכמובן, גרוע מבחינתי האישית.

(Laughter)

[צחוק]

Now, how bad would that be?

כמה גרוע זה עלול להיות?

Well, pretty bad.

ובכן, גרוע למדי.

(Laughter)

[צחוק]

But predicting how nature works is a very risky game.

אך ניבוי אופן פעולת הטבע הוא עסק מסוכן ביותר.

This theory and others like it are long shots.

תיאוריות אלה ואחרות כמותן הן הימורים רציניים.

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

עובדים קשה מאד ויודעים שמרבית רעיונות אלה

probably won't end up being true about nature.

בנוגע לטבע אולי יתגלו כשגויים.

That's what doing theoretical physics is like:

כזה הוא העיסוק בפיזיקה תיאורטית:

there are a lot of wipeouts.

יש הרבה מחיקות.

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

בהיבט זה, תאוריות חדשות בפיזיקה הן כמו חברות הזנק.

As with any large investment,

כבכל השקעה גדולה, זה עלול להיות קשה רגשית

it can be emotionally difficult to abandon a line of research

לזנוח כיוון-מחקר שאיננו מעשי.

when it isn't working out.

But in science, if something isn't working,

אך במדע, כשמשהו לא עובד,

you have to toss it out and try something else.

יש להשליכו ולנסות משהו אחר.

Now, the only way to maintain sanity

והדרך היחידה לשמור על שפיות ולמצוא אושר

and achieve happiness in the midst of this uncertainty

בתוך האי-ודאות הזו, היא לשמור על איזון

is to keep balance and perspective in life.

ופרספקטיבה בחיים.

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

אני מנסה כמיטב יכולתי לחיות חיים מאוזנים

(Laughter)

[צחוק]

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

אני משתדל לאזן את חיי בין פיזיקה, אהבה וגלישה --

my own three charge directions.

שלושת כיווני המטען שלי.

(Laughter)

[צחוק]

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

כך שגם אם הפיזיקה שאני עובד עליה תסתיים בלא-כלום,

עדיין אדע שחייתי חיים טובים.

I still know I've lived a good life.

And I try to live in beautiful places.

אני גם משתדל לגור במקומות יפים.

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

משך רוב 10 השנים האחרונות אני חי באי מאווי,

a very beautiful place.

מקום יפה ביותר.

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

עבור הורי, אחת התעלומות הגדולות בעולם היא

how I managed to survive all that time

איך הצלחתי להתקיים כל הזמן הזה בלי לעסוק

without engaging in anything resembling full-time employment.

בשום דבר שמזכיר תעסוקה קבועה.

(Laughter)

[צחוק]

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

אגלה לכם את הסוד.

This was a view from my home office on Maui.

זהו הנוף הנשקף ממשרדי הביתי במאווי

And this is another,

וזה עוד אחד, ועוד אחד.

and another.

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

ואולי שמתם לב שהנופים היפים האלה

דומים, אבל נמצאים במקומות שונים מעט.

but in slightly different places.

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

זה בגלל שזה היה ביתי ומשרדי במאווי.

(Laughter)

[צחוק]

I've chosen a very unusual life.

בחרתי בחיים מאד יוצאי-דופן.

But not worrying about rent

אך העדר הדאגה לשכר-דירה איפשר לי לבלות את זמני

allowed me to spend my time doing what I love.

בעשיית מה שאני אוהב.

Living a nomadic existence has been hard at times,

חיי נווד היו לעתים קשים,

but it's allowed me to live in beautiful places

אך זה איפשר לי לחיות במקומות יפים

ולקיים בחיי איזון שמספק אותי.

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.

זה איפשר לי לבלות חלק גדול מזמני

בחברת אלמוגים סופר-תבוניים.

But I also greatly enjoy the company of hyperintelligent people.

אבל אני נהנה מאד גם מחברת אנשים סופר-תבוניים.

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

כך ששמחתי מאד שהוזמנתי לכאן היום

Thank you very much.

תודה רבה לכם.

(Applause)

[מחיאות כפיים]

Chris Anderson: Stay here one second.

(Applause)

I probably understood two percent of that,

כריס אנדרסון: הבנתי אולי 2 אחוזים מכל זה,

but I still absolutely loved it.

אך בהחלט אהבתי את זה. אז אני עומד להישמע מטומטם.

So I'm going to sound dumb.

Your theory of everything --

התיאוריה שלך על הכל...

Garrett Lisi: I'm used to coral.

גארט ליזי: אני רגיל לאלמוגים.

CA: That's right.

כ"א: נכון. הסיבה שזה ריגש לפחות כמה אנשים

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

היא, שאם אתה צודק, זה משלב ביחד

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

את תורת הכבידה ואת תיאוריית הקוונטים.

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

אז האם אתה אומר שעלינו לחשוב על היקום

כאילו שהדברים הקטנים ביותר שיש בו

that the smallest things that there are,

are somehow an E8 object of possibility?

הם איכשהו יעד לאפשרויות של "אי-8"?

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

כלומר, האם יש קנה-מידה לכך בסדר הגודל הקטן ביותר,

לדעתך, או...?

GL: Well, right now the pattern I showed you

ג"ל: כרגע, התבנית שהצגתי, שמתאימה

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

למה שאנו יודעים על פיזיקת חלקיקי היסוד --

that already corresponds to a very beautiful shape.

תואמת כבר לצורה יפה ביותר.

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

ועליה אמרתי שאנו יודעים זאת לבטח

And that shape has remarkable similarities --

ולצורה זו קווי-דמיון בולטים, והדרך בה היא מתאימה

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

לתבנית "אי-8" זו, עשויה להוות את יתר התמונה.

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

ותבניות אלה של הנקודות שהראיתי לכם,

actually represent symmetries of this high-dimensional object

מייצגות למעשה סימטריות של אובייקט רב-מימדי זה

that would be warping and moving and dancing

שאמור להתפתל ולנוע ולרקוד

over the space-time that we experience.

בכל המרחב-זמן אותו אנו חווים.

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

וזה אולי מה שיסביר

את כל חלקיקי היסוד האלה שאנו רואים.

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

כ"א: אך מי שדוגל בתאוריית המיתרים,

explains electrons in terms of much smaller strings vibrating --

כפי שאני מבין אותה, מסביר את האלקטרונים במונחים

של מיתרים הרבה יותר קטנים, שרוטטים --

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

אני יודע שאינך אוהב את תאוריית המיתרים -- רוטטים בפנים.

איך עלינו לחשוב על האלקטרון ביחס ל"אי-8"?

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

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

ג"ל: לא, זו אמורה להיות אחת הסימטריות של צורת ה"אי-8".

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

מה שקורה הוא שכאשר הצורה נעה על פני המרחב-זמן,

היא מסתובבת, וכיוון הסיבוב תוך כדי התנועה

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

הוא החלקיק שאנו רואים. כך שזה צריך להיות --

So it would be --

כ"א: גודל צורת ה"אי-8",

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

מה היחס בינו לבין האלקטרון?

אני מרגיש שזה חסר לי כדי להשלים את התמונה.

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

האם היא גדולה יותר? קטנה יותר?

ג"ל: ככל שאנו יודעים, האלקטרונים הם חלקיקים נקודתיים,

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

כך שזה יורד לקני-המידה הקטנים ביותר.

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

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

והדרך בה דברים אלה מוסברים בתאוריית השדה הקוונטי

היא שכל האפשרויות מתרחבות ומתפתחות בבת-אחת.

all possibilities are expanding and developing at once.

And this is why I use the analogy to coral.

ולכן אני משווה זאת לאלמוג.

And --

ובאופן זה, הדרך בה משתלב ה"אי-8"

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.

היא כצורה שמחוברת בכל נקודה במרחב-זמן.

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

וכפי שאמרתי, האופן שבו הצורה מסתובבת --

the directional along which way the shape is twisting

הכיווניות בה הצורה מסתובבת

as it moves over this curved surface --

כשהיא נעה על פני המשטח המעוקם הזה --

היא מה שחלקיקי היסוד הינם בעצמם.

is what the elementary particles are, themselves.

So through quantum field theory,

ודרך תאוריית השדה הקוונטי הם מציגים עצמם

they manifest themselves as points and interact that way.

כנקודות, ופועלים כך באינטראקציה.

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

איני יודע אם אוכל להבהיר זאת יותר.

(Laughter)

[צחוק]

CA: It doesn't really matter.

כ"א: זה לא ממש חשוב.

It's evoking a kind of sense of wonder,

זה מעורר תחושה של פליאה, ולפחות אני

and I certainly want to understand more of this.

רוצה להבין זאת יותר.

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

אבל תודה רבה שבאת. זה היה ממש מרתק.

[מחיאות כפיים]

(Applause)