A theory of everything | Garrett Lisi

번역: Hooyoung Jang 검토: Sanghoon Lee

Whoa, dude.

와우, 살인적인 방정식들 좀 보세요. 끝내주네요.

(Laughter)

Check out those killer equations. Sweet.

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

사실 다음 18분 동안 입자물리학의 아름다움을 표현하면서

to describe the beauty of particle physics without equations.

방정식들을 하나도 쓰지 않도록 노력할 생각입니다.

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

산호초들에게선 배울게 굉장히 많죠.

A coral is a very beautiful and unusual animal.

산호는 아주 아름답고 기이한 동물입니다.

Each coral head consists of thousands of individual polyps.

각 산호의 끄트머리는 수천개의 폴립(강장동물)으로 이루어져 있습니다.

These polyps are continually budding and branching

폴립들은 유전적으로 동일한 이웃들로

into genetically identical neighbors.

돋아나고 가지를 칩니다.

If we imagine this to be a hyperintelligent coral,

만약 이것을 매우 지능적인 산호라고 상상한다면

그중 하나를 떼어내서 적절한 질문을 해볼수 있겠지요.

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

어떻게 그놈이 그들 이웃과는 달리 특정한 그 장소에

compared to his neighbors --

위치할 수 있냐는 질문입니다.

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

그냥 우연일까요, 운명일까요, 아니면 뭘까요?

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

일단 그는 너무 기온을 높여 놨다고 우리들을 꾸짖은 후에

우리들의 질문 자체가 바보같다고 말할 겁니다.

he would tell us that our question was completely stupid.

These corals can be kind of mean, you see,

산호들은 꽤 잔인한 놈들이죠, 보시다시피,

and I have surfing scars to prove that.

저한테도 서핑하다 다친 상처들이 있습니다.

But this polyp would continue and tell us

하지만 이 폴립은 계속해서

that his neighbors were quite clearly identical copies of him.

그의 이웃들이 명확하게 그와 동일한 복제품이라고 이야기할 겁니다.

That he was in all these other locations as well,

그가 다른 모든 곳에도 존재하고 있지만

but experiencing them as separate individuals.

체감상 서로 다른 개체라고 말이지요.

For a coral, branching into different copies

산호에게는 다른 복제품으로 분기하는 것이

is the most natural thing in the world.

가장 자연스러운 일입니다.

Unlike us, a hyperintelligent coral

우리와는 다르게, 매우 지능적인 산호들은 양자역학을 이해하도록

would be uniquely prepared to understand quantum mechanics.

특별하게 태어났나봅니다.

The mathematics of quantum mechanics

양자 역학의 수학은 아주 정교하게

very accurately describes how our universe works.

우주의 원리를 설명합니다.

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

우리의 현실은, 마치 산호처럼 지속적으로

다른 가능성을 향해 뻗어나가는 것이지요.

just like a coral.

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

이 사실을 우리가 믿기에는 좀 이상한 일이죠.

since we only ever get to experience one possibility.

우리는 한가지 가능성만을 경험하기 때문입니다.

This quantum weirdness was first described

이 양자의 이상함을 최초로 이야기한 사람은

by Erwin Schrödinger and his cat.

에르빈 슈레딩거와 그의 고양이입니다.

The cat likes this version better.

그 고양이는 이 버전을 더 좋아하죠.

(Laughter)

(웃음)

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

이 설정 하에서, 슈레딩거는 방사능 샘플이 장착된 상자 속에 있습니다.

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

그 상자는 양자역학의 법칙에 의해, 방사선을 방출하거나

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

혹은 그렇지 않은 상태로 분기합니다.

(Laughter)

(웃음)

In the branch in which the sample radiates,

방사선이 방출되는 기로에서는

독이 나오는 장치가 작동되고 슈레딩거는 죽습니다.

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

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

하지만 현실의 다른 기로에서, 그는 여전히 살아있습니다.

These realities are experienced separately by each individual.

이 현실들은 각기 다른 개체에게 각자 따로 체험되는 것입니다.

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

어느 한 쪽이 인식할 수 있다면, 다른쪽은 존재하지 않는 것이지요.

This seems weird to us,

이것은 이상하게 들립니다. 왜냐면 우리 각자는

because each of us only experiences an individual existence,

오직 개별적인 현존만을 경험하기 때문이고,

and we don't get to see other branches.

다른 기로는 볼 수 없기 때문입니다.

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

이것은 우리 각자가, 슈레딩거처럼, 일종의 산호라는 말과 같습니다.

are a kind of coral branching into different possibilities.

다른 가능성으로 분기하는 것이지요.

The mathematics of quantum mechanics tells us

양자역학의 수학은 우리에게 이것이

this is how the world works at tiny scales.

미시 세계의 작동원리란 걸 알려줍니다.

It can be summed up in a single sentence:

이것을 단 한 문장으로 요약할 수 있습니다.

Everything that can happen, does.

일어날 수 있는 모든 일들은, 일어난다.

That's quantum mechanics.

이게 양자역학입니다.

But this does not mean everything happens.

하지만 이건 뭐든지 실현된다는 의미가 아닙니다.

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

물리학의 나머지는 무엇이 일어날 수 있고 무엇이 일어날 수 없는지

설명하는 것입니다.

What physics tells us is that everything comes down to geometry

물리학이 말해주는 것은, 모든 것들이 기하학과

and the interactions of elementary particles.

소립자들의 상호작용으로 귀결된다는 것입니다.

그리고 이 상호작용이 완벽하게 균형을 갖췄을때만

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

무엇이든 발생합니다.

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

지금부터 우리가 어떻게 이 입자들을 알 수 있는지,

그것들은 무엇이며 어떻게 이 균형이 작동하는지 설명하겠습니다.

what they are and how this balance works.

In this machine, a beam of protons and antiprotons

이 기계에서는, 양성자와 반양성자의 한 줄기가

are accelerated to near the speed of light

거의 빛의 속도에 가깝게 가속되고,

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

순수한 에너지의 폭발을 만들면서 충돌로 합쳐집니다.

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

이 에너지는 즉시 아원자 입자를 분출하는 것으로

전환됩니다.

with detectors and computers used to figure out their properties.

탐지기와 컴퓨터는 그것들의 속성을 나타내지요.

This enormous machine --

이 어마어마한 기계, 거대 하드론 충돌기(LHC)는

the Large Hadron Collider at CERN in Geneva --

제네바에 있는 CERN에 있는데요,

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

둘레가 17마일이나 되고

작동할 때면 몬터레이시 전기사용량의

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

다섯 배를 사용합니다.

We can't predict specifically

우리는 개별적인 충돌에서 정확히 어떤 입자가 생성될지

what particles will be produced in any individual collision.

예측할 수 없습니다.

Quantum mechanics tells us all possibilities are realized.

양자 역학은 모든 가능성이 현실화 된다는 것을 말해줍니다.

But physics does tell us what particles can be produced.

하지만 물리학은 어떤 입자가 생성될 수 있는지를 말해줍니다.

These particles must have just as much mass and energy

이 입자들은 분명 양성자와 반양성자가 지녔던 만큼의

as is carried in by the proton and antiproton.

질량과 에너지를 가지고 있겠지요.

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

이 에너지 한계보더 더 질량이 큰 양성자들은

생겨나지 않습니다. 보이지 않는 상태로 남아 있지요.

and remain invisible to us.

This is why this new particle accelerator is so exciting.

이것이 이 새로운 입자 가속기가 흥분되는 이유입니다.

It's going to push this energy limit seven times

그것은 이미 실현된 것의 일곱 배가 넘도록

beyond what's ever been done before,

에너지 한계를 높여줄 것입니다.

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

우리는 새로운 입자들을 곧 보게 되겠지요.

But before talking about what we might see,

하지만 우리가 보게될 것들에 대해 얘기하기 전에

let me describe the particles we already know of.

이미 밝혀진 입자들에 대해 설명해 드리겠습니다.

There's a whole zoo of subatomic particles.

여기 아원자 입자들의 동물원이 있습니다.

Most of us are familiar with electrons.

우리들은 대부분 전자에는 익숙하지요.

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

여기에 있는 많은 사람들이

그것들을 부려먹으면서

잘 살고 계실겁니다.(웃음)

(Laughter)

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

하지만 전자는 중성미자라는 중립적인 파트너를 갖고 있습니다.

with no electric charge and a very tiny mass.

전하가 없고 질량이 매우 작지요.

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

반면에 이 업 쿼크, 다운 쿼크들은 아주 질량이 크고,

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

원자 속에서 셋이 결합하여

양성자와 중성자를 만듭니다.

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

모든 물질입자들은 '왼손잡이'와 '오른손잡이' 변용에 관여하며,

반대 전하를 띄는 반입자 파트너들을 갖고 있습니다.

and have antiparticle partners that carry opposite charges.

These familiar particles

also have less familiar second and third generations,

친숙한 입자들은 또한 덜 친숙한

2세대 3세대를 갖고 있습니다. 1세대와는 전하가 같지만

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

훨씬 큰 질량을 갖고 있지요.

These matter particles all interact with the various force particles.

이 물질입자들은 모두 다양한 힘 입자들과 상호작용합니다.

The electromagnetic force interacts with electrically charged matter

'전자기력'은 광자라고 불리는 입자를 통해서

via particles called photons.

전하를 띈 물질과 상호작용합니다.

There is also a very weak force

또, 상상력이 부족한 이름이지만, '약력'이라는 약한 힘이 있는데

called, rather unimaginatively, the weak force ...

약력은 오로지

(Laughter)

that interacts only with left-handed matter.

왼손잡이 물질하고만 상호작용합니다.

The strong force acts between quarks

'강력'은 색깔 변화라고 불리는, 다른 종류의 전하를 지닌

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

쿼크들 사이에서 활동하는 힘입니다.

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

세가지 변화에 관여하죠: 빨강, 초록, 파랑.

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

이 이름에 대해서는 머레이 겔-만을 탓하세요.

그 사람 잘못입니다.

Finally, there's the force of gravity,

마지막으로 '중력'이 있습니다. 물질의 질량과 스핀을 통해

which interacts with matter via its mass and spin.

물질과 상호작용 합니다.

The most important thing to understand here

여기서 이해를 위해 가장 중요한 것은

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

이 힘들과 조합되는 서로 다른

전하가 있다는 겁니다.

These four different forces interact with matter

이 네가지 힘들은 각 입자들이 상응하는 전하에 따라

according to the corresponding charges that each particle has.

물질과 상호작용합니다.

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

아직 보지는 못했지만, 존재한다고 확신하는 힉스입자는,

이 모든 입자들에게 질량을 줍니다.

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

The main purpose of the Large Hadron Collider

LHC의 주 목적은

힉스 입자를 밝히는 것이고, 아마 그렇게 될 것입니다.

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

But the greatest mystery is what else we might see.

가장 큰 미스테리는 그 외에도 무엇을 보게 될까 하는 것이지요.

And I'm going to show you one beautiful possibility

이 강연 끝날 때쯤에 한 가지 아름다운 가능성을

towards the end of this talk.

보여드리겠습니다.

Now, if we count up all these different particles

이 모든 입자들을

using their various spins and charges,

다양한 스핀과 전하를 사용해서 세어보면 226개입니다.

there are 226.

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

다루어야 할 입자들이 아주 많지요

And it seems strange

자연이 이렇게 많은

that nature would have so many elementary particles.

기초입자들을 갖고 있다는 것은 이상하지요.

But if we plot them out according to their charges,

하지만 그것들을 전하에 따라 늘어놓으면

some beautiful patterns emerge.

아름다운 패턴이 나타납니다.

The most familiar charge is electric charge.

가장 친숙한 전하는 전기 전하지요.

Electrons have an electric charge,

전자는 음전하를 가지고 있습니다.

a negative one,

그리고 쿼크는 세개로 나누어진 전하를 갖고 있습니다.

and quarks have electric charges in thirds.

두개의 업 쿼크와 하나의 다운 쿼크가 합쳐지면

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

양성자가 만들어지고, 그것은 양전하를 띕니다.

it has a total electric charge of plus one.

These particles also have antiparticles, which have opposite charges.

입자들은 그 반대 전하를 띈 반 입자를 가지고 있는 거죠.

Now, it turns out the electric charge

전하는 사실

is actually a combination of two other charges:

두 종류의 전하의 조합이라는 것이 밝혀졌습니다.

hypercharge and weak charge.

초전하와 약한 전하입니다.

If we spread out the hypercharge and weak charge

만약 우리가 초전하와 약한 전하를 펼쳐놓고

이 2차원 공간에 입자들의 전하를 늘어놓으면,

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

the electric charge is where these particles sit

전기 전하는 이 입자들이 있는 곳에서

along the vertical direction.

세로 방향을 따라 나타납니다.

The electromagnetic and weak forces interact with matter

전자기력과 약력은, 초전하와 약한 전하에 따라

according to their hypercharge and weak charge,

물질과 상호작용하는 것입니다.

which make this pattern.

이런 패턴을 만드는 전하들 말이지요.

This is called the unified electroweak model,

이것을 '통일된 약전자기 모델'이라고 부릅니다.

1967년에 통합된 이론입니다.

and it was put together back in 1967.

The reason most of us are only familiar with electric charge

우리가 오직 전기적인 전하에만 익숙하고

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

이 두가지 전하에 익숙하지 않은 건 힉스 입자 때문입니다.

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

여기 왼쪽에 있는 힉스 입자는 질량이 커서

and breaks the symmetry of this electroweak pattern.

이 약전자기 패턴의 대칭성을 파괴합니다.

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

약한 입자에 큰 질량을 줌으로써

약력을 아주 약하게 만들지요.

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

이 도표에서 질량이 큰 힉스입자들이 가로 방향을 따라 있기 때문에

전자기력의 광자는 질량이 없게 되고

the photons of electromagnetism remain massless

and interact with electric charge along the vertical direction

이 공간에서 세로방향의 전기 전하와

in this charge space.

상호작용합니다.

So the electromagnetic and weak forces

따라서 전자기력과 약력은 2차원 공간에서

are described by this pattern of particle charges

이런 패턴으로 설명됩니다.

in two-dimensional space.

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

여기에 강력도 포함시킬수 있습니다.

전하를 두 방향으로 나누고 쿼크 속 힘 입자들의 전하를

and plotting the charges of the force particles in quarks

이 방향을 따라 늘어놓으면요.

along these directions.

The charges of all known particles

알려진 모든 입자들의 전하는 4차원 공간에 배열될 수 있고요

can be plotted in a four-dimensional charge space,

그것들을 2차원 공간에 이런식으로 투영하면

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

우리가 볼 수 있지요.

Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance

입자들이 무엇과 상호작용하든지, 자연은 완벽한 균형을 유지합니다.

along all four of these charge directions.

이 네 가지 전하의 방향을 따라서 말이지요.

If a particle and an antiparticle collide,

만약 입자와 반입자가 충돌한다면, 에너지의 폭발이 발생할테고

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

이 네가지 방향에서 총 0의 전하가 발생할겁니다.

in all four charge directions.

At this point, anything can be created

이 점에서, 같은 에너지와 총 합 0의 전하를 유지하는 한

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

모든 것들이 생성될 수 있는 것입니다.

For example, this weak force particle and its antiparticle

예를들어, 이 약한 힘 입자와 그것의 반입자는

can be created in a collision.

충돌로 발생할수가 있습니다.

In further interactions, the charges must always balance.

장기적인 상호작용에서, 전하들은 반드시 균형을 이룹니다.

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

약한 입자들중 하나는 전자와 반중성미자로

붕괴할 수도 있습니다.

and these three still add to zero total charge.

그래도 이 셋은 여전히 총 전하량은 그대로입니다.

Nature always keeps a perfect balance.

자연은 항상 완벽한 균형을 유지하지요.

So these patterns of charges are not just pretty.

이 전하의 패턴은 단지 그냥 예쁘기만 한 것이 아니라

어떠한 상호작용이 일어날 수 있는지 설명해줍니다.

They tell us what interactions are allowed to happen.

And we can rotate this charge space in four dimensions

우리는 이 4차원의 전하 공간을 돌려 볼수도 있지요

to get a better look at the strong interaction,

이 멋진 6각형 대칭을 가진 강한 상호작용을

더 잘 관찰할수 있어요.

which has this nice hexagonal symmetry.

In a strong interaction, a strong force particle,

강한 상호작용, 즉 이 같은 '강력'입자는

such as this one,

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

색깔 쿼크들과 상호작용합니다. 이 초록색처럼요.

그리고 다른 색깔 전하를 부여하지요- 이 빨간 것으로.

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

And strong interactions are happening millions of times

이 강한 상호작용은 우리 몸의 원자들 안에서

매 초마다 수백만 번씩 일어납니다.

each second in every atom of our bodies,

holding the atomic nuclei together.

원자핵들을 함께 있도록 고정시키고 있는 것입니다.

But these four charges corresponding to three forces

세가지 힘들에 상응하는 네가지 전하들로

are not the end of the story.

이야기가 끝나는게 아닙니다.

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

중력에 상응하는 두가지 전하를

포함시켜야겠지요.

이걸 포함시킬때, 각 물질 입자들은

When we include these,

each matter particle has two different spin charges,

두가지 스핀 전하를 갖고 있습니다. 스핀 업, 스핀 다운입니다.

spin-up and spin-down.

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

그것들 전부를 나누면, 아주 멋진 패턴이지요.

6차원 전하 공간입니다.

We can rotate this pattern in six dimensions

이 6차원 패턴을 돌려보면

상당히 멋지단 걸 확인할 수 있습니다.

and see that it's quite pretty.

Right now, this pattern matches our best current knowledge

이 시점에서, 어떻게 자연이 이 기초 입자들로 만들어져 있는지

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

우리가 가진 현재 최상의 지식과

이 패턴이 일치합니다.

This is what we know for certain.

우리가 확실히 알고 있는 건 여기까지 입니다.

Some of these particles are at the very limit

몇몇 입자들은 우리가 실험을 통해 도달할 수 있는

한계에 근접했습니다.

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

From this pattern

이 패턴 덕택에, 우리는 미세규모의 입자물리학을

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

예측할 수 있었던 거지요.

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

미시세계의 우주가 움직이는 방법은 매우 아름답습니다.

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

지금부터는 우리가 아직 알지 못하는 것에 대한,

about things we don't know yet.

몇몇 이론을 설명해드리겠습니다.

We want to expand this pattern using mathematics alone,

우리는 수학을 이용해서 이 패턴을 확장시켜

아예 모든 걸 다 손에 넣길 바랬습니다.

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

We want to find all the particles and forces

모든 입자와 힘을 찾아서

that make a complete picture of our universe.

우주의 완성된 그림을 그리고 싶었던 거죠.

And we want to use this picture to predict new particles

그리고 우리는 이 그림을 이용해서, 장래의 실험에서 보게 될

that we'll see when experiments reach higher energies.

새로운 입자들을 예측하길 원했습니다.

So there's an old idea in particle physics

입자물리학의 한 오래된 이론은

that this known pattern of charges,

이 '대칭적이지 않은' 전하의 패턴이

which is not very symmetric,

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

'완벽한 패턴'에서 뭔가가 빠진 형태라고 주장합니다.

similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern

전자기력을 설명할 때, 힉스 입자가 약전자기력 패턴에서

to give electromagnetism.

빠져있던 것처럼 말이지요.

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

그러기 위해서는 새로운 전하의 방향을 가진 새로운 힘을

with new charge directions.

도입해야만 합니다.

When we introduce a new direction,

새로운 방향을 도입하면

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

그 방향의 입자에 어떤 전하가 있는지 추측할 수 있고

and then we can rotate it in with the others.

다른 방향들과 함께 회전해 볼수 있을 겁니다.

If we guess wisely, we can construct the standard charges

추측을 잘 한다면, 우리는 불완전한 대칭성의 6차원 전하에서

in six charge dimensions as a broken symmetry

보다 완벽한 7차원 전하 패턴으로

of this more perfect pattern in seven charge dimensions.

표준적인 전하를 구축할수 있겠지요.

This particular choice corresponds to a grand unified theory

이 선택은 1973년 파티와 살람에 의해 제시된

introduced by Pati and Salam in 1973.

'대통일 이론'과 상응합니다.

When we look at this new unified pattern,

이 새로운 통합 이론을 보면

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

입자들이 빠진 것 같은 틈이 몇개 보일겁니다.

This is the way theories of unification work.

통일 이론은 바로 이런 역할을 합니다.

A physicist looks for larger, more symmetric patterns

물리학자는, 기본이 되는 패턴을 구축하는

that include the established pattern as a subset.

더 크고, 더 대칭적인 패턴을 찾습니다.

The larger pattern allows us to predict the existence of particles

그 거대한 패턴은 우리가 보지 못한 입자들의

존재를 예측할수 있게 합니다.

that have never been seen.

This unification model predicts the existence

이 통일 모델은, '약력'보다 더 약하지만 비슷한 역할을 하는

of these two new force particles,

새로운 힘 입자들이 있음을

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

예측하게 합니다.

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

우리는 이 7차원의 전하 모델을 돌려서

물질입자에 대한 이상한 점을 생각해볼수 있습니다

and consider an odd fact about the matter particles:

물질의 2세대와 3세대는

the second and third generations of matter

6차원 전하 공간에서 1세대와 똑같은 전하를

have exactly the same charges in six-dimensional charge space

as the first generation.

가지고 있습니다.

These particles are not uniquely identified by their six charges.

이 입자들은 여섯 전하들로는 구분이 되지 않아요.

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

표준 전하 공간에서 그것들은 서로의 위쪽에 위치합니다.

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

하지만, 8차원의 전하 공간에서 본다면

then we can assign unique new charges to each particle.

우리는 각 입자들에게 새롭고 특별한 전하를 부여할 수 있습니다.

Then we can spin these in eight dimensions

그러면 우린 이것들을 8차원에서 회전시켜

and see what the whole pattern looks like.

전체 패턴이 어떻게 생겼나 볼수 있겠지요.

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

여기서 우린 '삼원성'이라고 불리는 대칭에 의해,

1세대와 연관된, 물질의 2세대와 3세대를 불수 있습니다.

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

This particular pattern of charges in eight dimensions

8차원에서의 이 특별한 패턴은 사실

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

수학에서 가장 아름다운 기하학 구조의 일부지요.

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

'예외적 리(Lie) 그룹'의 가장 큰 E8 패턴입니다.

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

이 ' 리 그룹'은 부드럽게 굴곡진 248면체입니다.

Each point in this pattern corresponds to a symmetry

각 패턴의 모서리들은, 이 복잡하고 아름다운 구조의

of this very complex and beautiful shape.

전체적인 대칭에 상응하고 있습니다.

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

이 E8 구조의 어느 작은 부분은

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

아인슈타인의 일반 상대성 이론이 중력을 설명하는, 시공간의 굴곡을

explaining gravity.

묘사합니다.

Together with quantum mechanics,

양자 역학과 더불어, 이 구조의 기하학은

the geometry of this shape could describe everything

작은 규모에서 우주가 작동하는 원리를

about how the universe works at the tiniest scales.

모두 설명할 수 있습니다.

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

이 8차원 전하 공간의 구조 패턴은

정교하게 아름다울뿐만 아니라,

is exquisitely beautiful,

and it summarizes thousands of possible interactions

수천가지 상호작용의 가능성을 요약합니다.

between these elementary particles,

이 복잡한 구조의 한 면에 불과한

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

입자들 사이에서 말이지요.

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

이걸 돌려보면, 우리는 여기에 포함된 복잡한 패턴들을

contained in this one.

볼 수 있습니다.

And with a particular rotation,

어떤 특정한 방향에서는 대칭축을 따라

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

이 8면체 패턴을 통해서, 모든 입자들을 한눈에

and see all the particles at once.

볼 수도 있습니다.

It's a very beautiful object,

아주 아름다운 물체입니다. 그리고 다른 모든 통일체처럼,

and as with any unification,

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

이 패턴을 통해서 앞으로 필요하게 될 새로운 입자들의 구멍도

발견할 수 있는 것입니다.

There are 20 gaps where new particles should be,

새로운 입자들이 있어야 할 구멍이 20개 있는데,

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

그 중 2개는 파티와 살람 입자에 의해 채워졌죠.

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

이 패턴에서의 위치로 보아, 우리는 새로운 입자들이

should be scalar fields like the Higgs particle,

힉스 입자처럼 스칼라장이지만, 색깔 전하를 가지고 있어서

but have color charge and interact with the strong force.

'강력'과 상호작용해야 한다는걸 알수 있죠.

Filling in these new particles completes this pattern,

새로운 입자를 채워나가면, 이 패턴을 완성시키면서

완전한 E8구조를 얻게 됩니다.

giving us the full E8.

This E8 pattern has very deep mathematical roots.

E8 패턴은 아주 깊은 수학적 뿌리를 가지고 있어요.

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

그 패턴은 수학에서 가장 아름다운 구조로

여겨지곤 합니다.

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

이 엄청난 수학적 아름다움의 구조가

상상할 수 있는 가장 작은 입자들의 진실을 드러낸다는 것은

could describe the truth of particle interactions

환상적인 예측입니다.

at the smallest scales imaginable.

자연이 수학을 통해 드러난다는 아이디어는

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

전혀 새로운게 아니지요.

In 1623, Galileo wrote this:

1623년, 갈릴레오는 이렇게 썼습니다:

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

"우리의 시선 앞에 열려있는 자연의 거대한 책은,

is written in the language of mathematics.

수학이라는 언어로 씌여있다.

Its characters are triangles, circles and other geometrical figures,

그 언어의 문자는 삼각형, 원, 그리고 다른 기하학적 도형이며

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

그것 없이는 인간의 힘으로 자연의 책을

이해할 수 없다.

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

수학없는 인간은 어두운 미로에서 방황하는 것이다."

I believe this to be true,

전 이 말이 사실이라고 믿고

and I've tried to follow Galileo's guidance

갈릴레오를 따라서 오직 삼각형, 원, 기하학적 도형으로

in describing the mathematics of particle physics

입자물리학을 설명해내기 위해

using only triangles, circles and other geometrical figures.

노력해 왔습니다.

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

물론 저나 다른 물리학자들이 실제로 연구를 할때면,

수학이 오히려 어두운 미로가 될 때도 있죠.

the mathematics can resemble a dark labyrinth.

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

하지만, 수학의 핵심이 순수하고 아름다운 기하학이라는 것은

is pure, beautiful geometry.

안심스러운 일입니다.

Joined with quantum mechanics,

양자역학과 합쳐지면서, 수학은 우주가

this mathematics describes our universe as a growing E8 coral,

자라나는 E8 산호초라고 말합니다.

아름다운 패턴을 따라 모든 장소에서 모든 가능한 방식으로

with particles interacting at every location in all possible ways

according to a beautiful pattern.

입자끼리 상호작용 하면서 말이지요.

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

LHC와 같은 새로운 장비들을 사용하면서

like the Large Hadron Collider,

더 많은 패턴들이 등장할테고, 우리는 아마도

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

자연이 E8 패턴을 쓰는지, 아니면 다른 걸 쓰는지 보게 될겁니다.

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

이 발견의 과정은 흥미진진한 모험입니다.

If the LHC finds particles that fit this E8 pattern,

LHC가 E8패턴에 들어맞는 입자를 찾아낸다면

that will be very, very cool.

아주 끝내주는 일이겠죠.

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

LHC가 새로운 입자를 찾아내지만, 이 패턴에 들어맞지 않는다면 --

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

글쎄요, 그것도 재미있을겁니다. E8이론에게는 딱하지만.

And, of course, bad for me personally.

물론, 제게도 개인적으로는 딱한 일이죠.

(Laughter)

(웃음)

Now, how bad would that be?

그게 얼마나 딱하냐구요?

Well, pretty bad.

상당히 딱한 일입니다.

(Laughter)

(웃음)

But predicting how nature works is a very risky game.

하지만 자연의 작동법을 예측하는 것은 확률이 낮습니다.

This theory and others like it are long shots.

이런 이론들은 모험을 건 시도지요.

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

열심히 연구하더라도 누군가는 아마도 자연의 진실에

probably won't end up being true about nature.

접근하지 못할겁니다.

That's what doing theoretical physics is like:

이론물리학은 그렇습니다.

there are a lot of wipeouts.

넘어질 일이 많아요.

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

이런 면에서, 새로운 물리 이론은 신생 기업과 비슷합니다.

As with any large investment,

큰 투자와 마찬가지로, 잘못된 연구를 폐기하는 것은

it can be emotionally difficult to abandon a line of research

감정적으로 굉장히 힘듭니다.

when it isn't working out.

But in science, if something isn't working,

하지만 과학에서는 뭔가가 작동하지 않으면

you have to toss it out and try something else.

던져버리고 다른 걸 시도해야 합니다.

Now, the only way to maintain sanity

이 불확실성 속에서 분별을 갖고 행복을 찾는 유일한 길은

and achieve happiness in the midst of this uncertainty

삶에서 균형을 유지하고

is to keep balance and perspective in life.

멀리 바라보는 것입니다.

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

전 균형잡힌 삶을 살려고 노력해왔습니다.

(Laughter)

(웃음)

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

전 물리학, 사랑, 그리고 서핑을 균형있게 유지하려고 애썼습니다.

my own three charge directions.

저만의 3가지 전하 방향이지요.

(Laughter)

(웃음)

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

제가 연구해온 물리학이 아무것도 아닌 걸로 드러나더라도

전 좋은 인생을 살았다고 여길겁니다.

I still know I've lived a good life.

And I try to live in beautiful places.

그리고 전 아름다운 곳에서 살려고 노력했습니다.

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

지난 10년의 대부분은 마우이섬에서 살았습니다.

a very beautiful place.

아주 아름다운 곳이지요.

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

제 부모님들에게 우주 최고의 미스테리중 하나는

how I managed to survive all that time

제가 직업 비슷한 것 하나도 없이 여태까지

without engaging in anything resembling full-time employment.

어떻게 살아남아 있냐는 것이었죠,

(Laughter)

(웃음)

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

그 비밀을 알려드리겠습니다.

This was a view from my home office on Maui.

이게 마우이의 집에서 본 풍경입니다.

And this is another,

이건 다른 사진이고, 또 다른 사진입니다.

and another.

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

아마 이 아름다운 풍경들이

비슷하지만, 살짝 다른 장소란 걸 눈치채셨을겁니다.

but in slightly different places.

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

왜냐면 이게 저의 집이자 사무실이었기 때문이죠.

(Laughter)

(웃음)

I've chosen a very unusual life.

저는 아주 특별한 삶을 택했습니다.

But not worrying about rent

하지만 제가 사랑하는 일에 시간을 쓰면서

allowed me to spend my time doing what I love.

월세 걱정을 하진 않습니다.

Living a nomadic existence has been hard at times,

유목민적인 삶은 가끔씩 힘들긴 하지만,

but it's allowed me to live in beautiful places

그덕에 전 아름다운 곳에서 살게 되었고,

행복한 삶속에서 균형을 유지하게 되었습니다.

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.

매우 지능적인 산호초들과

놀러다닐 시간도 무척 많지요.

But I also greatly enjoy the company of hyperintelligent people.

하지만 저는 또한 매우 지능적인 사람과 어울리는 걸 즐깁니다.

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

그래서 오늘 여기에 초대 받아서 매우 기쁘게 생각합니다.

Thank you very much.

감사합니다.

(Applause)

(박수)

Chris Anderson: Stay here one second.

(Applause)

I probably understood two percent of that,

아마 2퍼센트 정도 알아들은 것 같긴 하지만

but I still absolutely loved it.

아주 훌륭한 강연이었습니다. 제가 바보처럼 보이겠네요.

So I'm going to sound dumb.

Your theory of everything --

만물 이론은--

Garrett Lisi: I'm used to coral.

전 산호초에 익숙합니다.

CA: That's right.

그렇죠, 지금 흥분한 사람이 몇몇 보이데,

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

만약 말씀하신게 맞다면, 그 학설은

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

중력과 양자 이론을 합쳐놓는군요

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

그러니까 우리는 우주의 핵심, 작은 것들안에는

어쨌든 가능성의 E8 물체가 있다고 봐야한다는

that the smallest things that there are,

are somehow an E8 object of possibility?

그런 말씀이시죠?

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

제말은, 가장 작은 규모 속에도 작은 축소판이

있다고 생각하시는건지...?

GL: Well, right now the pattern I showed you

방금 제가 보여드린, 우리가 알고있는 기초 입자 물리학에

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

호응하는 패턴은, 이미 아주 아름다운 형태와

that already corresponds to a very beautiful shape.

호응하고 있습니다.

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

그게 우리가 알고 있는 확실한 거라고 이야기 했죠.

And that shape has remarkable similarities --

그 형태는 놀라운 유사성을 가지고 있기 때문에, E8구조에

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

끼워 맞추는 방식으로 전체 그림을 그릴수 있을 겁니다.

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

그리고 이 패턴의 꼭지점들은, 보여드린대로

actually represent symmetries of this high-dimensional object

이 다면체의 대칭성을 나타냅니다.

that would be warping and moving and dancing

우리가 느끼는 시간과 공간 전체에서

over the space-time that we experience.

춤추고 움직이고 워프하고 있겠죠.

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

그게 바로 우리가 보는 모든 기초 입자들을

설명해주는 것입니다.

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

하지만 끈이론 지지자들은,

explains electrons in terms of much smaller strings vibrating --

제가 아는한, 전자를 훨씬 더 작은,

'진동하는 끈'으로 설명하던데요.

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

끈 이론을 싫어하시는 것 압니다만.

E8에 관련해서 전자를 어떻게 생각해야할까요?

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

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

E8 구조의 대칭성 중 하나일 겁니다.

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

지금 일어나는 일은, 시공간에 걸쳐 형태가 움직임에 따라

그게 뒤틀리고 있는 겁니다. 그 뒤틀림의 방향이

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

우리가 보는 입자들이겠죠.

So it would be --

E8구조의 크기 말입니다,

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

전자와는 어쩧게 관련되지요?

이미지를 그려봐야 될것 같아서요.

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

더 큽니까, 작습니까?

음, 우리가 아는 한 전자는 점 입자이므로

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

가능한 한 가장 작은 규모로 내려갈겁니다.

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

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

양자장 이론에서 이것들을 설명하는 방식은,

모든 가능성이 동시에 확장되고 발전한다는 것이지요.

all possibilities are expanding and developing at once.

And this is why I use the analogy to coral.

제가 산호초에 비유한 이유가 그것입니다.

And --

이 관점에서 E8 구조가 나타나는 방식은, 시공간에서 각 점끼리

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.

연결되는 형태일 거라는 것입니다.

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

그리고 말했듯이, 형태가 뒤틀리는 방식,

the directional along which way the shape is twisting

이 굴곡진 표면을 움직임에 따라 뒤틀리는

as it moves over this curved surface --

방향을 따라가는 것이

바로 기초 입자들이라는 겁니다.

is what the elementary particles are, themselves.

So through quantum field theory,

양자장 이론을 통해, 그것들은 스스로를

they manifest themselves as points and interact that way.

점과 상호작용으로 드러내는 것이지요.

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

이것보다 더 확실히 설명할수 있을지 모르겠네요.

(Laughter)

(웃음)

CA: It doesn't really matter.

그런건 상관 없습니다.

It's evoking a kind of sense of wonder,

일종의 경이감을 떠오르게 해주네요. 저는 확실히

and I certainly want to understand more of this.

이걸 더 이해하고 싶어졌습니다.

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

아무튼 참석해주셔서 감사합니다. 굉장히 멋진 강연이었습니다.

(박수)

(Applause)