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

Translator: Ieva G Reviewer: Gabrielė Andriūnaitė

So last year, on the Fourth of July,

Taigi, praėjusiais metais liepos ketvirtąją

experiments at the Large Hadron Collider

eksperimentų Didžiajame hadronų greitintuve metu,

discovered the Higgs boson.

buvo atrastas Higso bozonas.

It was a historical day.

Tai buvo istorinė diena.

There's no doubt that from now on,

Be abejonės, nuo šiol

the Fourth of July will be remembered

liepos ketvirtoji bus prisimenama

not as the day of the Declaration of Independence,

ne tik kaip Nepriklausomybės deklaracijos diena,

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

bet ir kaip diena, kai buvo atrastas Higso bozonas.

Well, at least, here at CERN.

Na, bent jau CERN'e.

But for me, the biggest surprise of that day

Tačiau man, didžiausia dienos staigmena buvo tai,

was that there was no big surprise.

kad nebuvo jokios didelės staigmenos.

In the eye of a theoretical physicist,

Fizikos teoretiko akimis,

the Higgs boson is a clever explanation

Higso bozonas yra gudrus paaiškinimas,

of how some elementary particles gain mass,

kaip kai kurios elementariosios dalelės įgauna masę,

but it seems a fairly unsatisfactory

bet jis atrodo nepakankamas

and incomplete solution.

ir negalutinis sprendimas.

Too many questions are left unanswered.

Liko per daug neatsakytų klausimų.

The Higgs boson does not share the beauty,

Higso bozonui nebūdingas

the symmetry, the elegance,

grožis, simetrija ir elegancija,

of the rest of the elementary particle world.

būdingi likusiam elementariųjų dalelių pasauliui.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Dėl šios priežasties, dauguma fizikų teoretikų

believe that the Higgs boson could not

yra įsitikinę, kad Higso bozonas

be the full story.

yra tik viena pasakojimo pusė.

We were expecting new particles and new phenomena

Mes tikimės naujų dalelių ir naujų reiškinių,

accompanying the Higgs boson.

kurie lydėtų Higso bozoną.

Instead, so far, the measurements

Vietoje to, kol kas, duomenys,

coming from the LHC show no signs of new particles

gauti iš LHC nerodo jokių naujų dalelių

or unexpected phenomena.

ar netikėtų reiškinių.

Of course, the verdict is not definitive.

Žinoma, nuosprendis nėra galutinis.

In 2015, the LHC will almost double

2015 metais, LHC beveik padvigubins

the energy of the colliding protons,

susiduriančių protonų energiją,

and these more powerful collisions

o šie dar galingesni susidūrimai

will allow us to explore further the particle world,

leis giliau patyrinėti dalelių pasaulį

and we will certainly learn much more.

ir mes neabejotinai išmoksime daug daugiau.

But for the moment, since we have found

Bet kol kas, kol neradome

no evidence for new phenomena, let us suppose

naujų fenomenų įrodymų, manykime,

that the particles that we know today,

kad dalelės, kurias žinome šiandien,

including the Higgs boson,

taip pat ir Higso bozonas,

are the only elementary particles in nature,

yra vienintelės elementariosios dalelės gamtoje,

even at energies much larger

netgi esant didesnei energijai,

than what we have explored so far.

negu yra iki šiol ištirta.

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

Pažiūrėkime, kur ši hipotezė mus nuves.

We will find a surprising and intriguing result

Mes gausime stebinantį ir intriguojantį atsakymą

about our universe, and to explain my point,

apie mūsų visatą, o kad paaiškinčiau savo mintį,

let me first tell you what the Higgs is about,

pirmiausiai papasakosiu, kas yra Higsas,

and to do so, we have to go back

o kad tai padaryčiau, turime grįžti atgal į

to one tenth of a billionth of a second

vieną dešimtąją milijardinės sekundės dalies

after the Big Bang.

po Didžiojo sprogimo.

And according to the Higgs theory,

Pagal Higso teoriją,

at that instant, a dramatic event took place

tą akimirką visatoje įvyko

in the universe.

dramatiškas įvykis.

Space-time underwent a phase transition.

Erdvėlaikis patyrė fazinį virsmą.

It was something very similar to the phase transition

Tai buvo labai panašu į fazinį virsmą,

that occurs when water turns into ice

kai vanduo virsta į ledą

below zero degrees.

žemesnėje negu 0 laipsnių temperatūroje.

But in our case, the phase transition

Bet mūsų atveju, fazinis virsmas

is not a change in the way the molecules

yra ne molekulių išsidėstymo medžiagoje

are arranged inside the material,

pokytis,

but is about a change

bet pokytis pačioje

of the very fabric of space-time.

erdvėlaikio medžiagoje.

During this phase transition, empty space

Per šį fazinį virsmą, tuščia erdvė

became filled with a substance

prisipildė substancijos,

that we now call Higgs field.

žinomos kaip Higso laukas.

And this substance may seem invisible to us,

Ir nors ši substancija mums nematoma,

but it has a physical reality.

ji turi fizikinį tikrumą.

It surrounds us all the time,

Ji mus visada supa,

just like the air we breathe in this room.

kaip oras, kuriuo kvėpuojame šioje patalpoje.

And some elementary particles interact

Kai kurios elementariosios dalelės sąveikauja

with this substance, gaining energy in the process.

su šia substancija, procese įgydamos energiją.

And this intrinsic energy is what we call

Šią esminę energiją ir vadiname

the mass of a particle,

dalelės mase,

and by discovering the Higgs boson, the LHC

o, atradęs Higso bozoną, LHC

has conclusively proved that this substance is real,

galiausiai įrodė, kad ši substancija yra tikra,

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

nes ji yra medžiaga, iš kurios yra sudaryti Higso bozonai.

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

Ir tai, trumpai sakant, yra Higso istorijos esmė.

But this story is far more interesting than that.

Bet ši istorija yra kur kas įdomesnė, negu vien tai.

By studying the Higgs theory,

Studijuodami Higso teoriją,

theoretical physicists discovered,

fizikai teoretikai atrado,

not through an experiment

ne eksperimento būdu,

but with the power of mathematics,

bet matematikos galia,

that the Higgs field does not necessarily exist

kad Higso laukas nebūtinai egzistuoja

only in the form that we observe today.

vien forma, kurią galima stebėti šiandien.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Kaip medžiaga gali būti skysta arba kieta,

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

taip ir Higso laukas, medžiaga, kuri užpildo visą erdvėlaikį,

could exist in two states.

gali būti dviejų būsenų.

Besides the known Higgs state,

Be žinomos Higso būsenos

there could be a second state in which the Higgs field

dar gali būti ir antra būsena, kurioje Higso laukas yra

is billions and billions times denser

milijardus kartų tankesnis

than what we observe today,

negu tai, ką matome šiandien,

and the mere existence of another state

ir vien kitos Higso lauko būklės egzistavimas

of the Higgs field poses a potential problem.

kelia potencialų uždavinį.

This is because, according to the laws

Taip yra todėl, kad pagal

of quantum mechanics, it is possible

kvantinės mechanikos dėsnius, yra įmanomi

to have transitions between two states,

perėjimai tarp dviejų būsenų

even in the presence of an energy barrier

net jeigu yra energijos barjeras

separating the two states,

skiriantis tas dvi būkles,

and the phenomenon is called,

ir tas reiškinys vadinamas,

quite appropriately, quantum tunneling.

visai tinkamai, kvantiniu tuneliavimu.

Because of quantum tunneling,

Dėl kvantinio tuneliavimo,

I could disappear from this room

aš galėčiau dingti iš šios patalpos

and reappear in the next room,

ir atsirasti kitoje,

practically penetrating the wall.

faktiškai pereidamas kiaurai sieną.

But don't expect me to actually perform the trick

Bet nesitikėkite, kad iš tiesų atliksiu šį triuką

in front of your eyes, because the probability

prieš jūsų akis, nes tikimybė,

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

jog pereičiau kiaurai sieną yra juokingai maža.

You would have to wait a really long time

Jūs turėtumėte labai ilgai laukti, kol tai atsitiks,

before it happens, but believe me,

bet, patikėkite,

quantum tunneling is a real phenomenon,

kvantinis tuneliavimas yra tikras reiškinys,

and it has been observed in many systems.

kuris buvo pastebėtas daugybėje sistemų.

For instance, the tunnel diode,

Pavyzdžiui, tunelinis diodas,

a component used in electronics,

elektronikoje naudojamas komponentas,

works thanks to the wonders

veikia kvantinio tuneliavimo

of quantum tunneling.

stebuklų dėka.

But let's go back to the Higgs field.

Bet grįžkime prie Higso lauko.

If the ultra-dense Higgs state existed,

jeigu egzistuotų ultratanki Higso būklė,

then, because of quantum tunneling,

tada, dėl kvantinio tuneliavimo,

a bubble of this state could suddenly appear

staiga gali atsirasti šios būklės burbulas,

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

tam tikroje visatos vietoje tam tikru laiku

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

ir tai yra analogiška tam, kas vyksta užverdant vandeniui.

Bubbles of vapor form inside the water,

Vandenyje susiformuoja garų burbulai,

then they expand, turning liquid into gas.

tada jie plečiasi, skystį paversdami dujomis.

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

Tokiu pačiu būdu ultratankios Higso būklės burbulas

could come into existence because of quantum tunneling.

gali atsirasti dėl kvantinio tuneliavimo.

The bubble would then expand at the speed of light,

Tas burbulas tada plėsis šviesos greičiu,

invading all space, and turning the Higgs field

užplūsdamas visą erdvę ir paverstų Higso lauką

from the familiar state into a new state.

iš žinomos būklės į naują.

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

Ar tai problema? Taip, tai didelė problema.

We may not realize it in ordinary life,

Kasdieniniame gyvenime net nesusimastome apie tai,

but the intensity of the Higgs field is critical

tačiau Higso lauko intensyvumas yra labai svarbus

for the structure of matter.

materijos struktūrai.

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

Jeigu Higso laukas būtų nors kelis kartus intensyvesnis,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

atomai susitrauktų, neutronai pradėtų irti

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

atomo branduoliuose, kurie pradėtų skilti patys,

and hydrogen would be

o vandenilis būtų

the only possible chemical element in the universe.

vienintelis visatoje įmanomas cheminis elementas.

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

Higso laukas ultratankiojoje savo lauko buklėje

is not just a few times more intense than today,

yra ne šiaip sau kelis kartus intensyvesnis negu šiandieninis,

but billions of times,

bet milijardus kartų intensyvesnis,

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

ir jeigu erdvėlaikis butu užpildytas šio Higso lauko,

all atomic matter would collapse.

visa atominė materija suirtų.

No molecular structures would be possible, no life.

Nebūtų įmanomi jokie molekuliniai dariniai, jokia gyvybė.

So, I wonder, is it possible

Taigi, aš galvoju, ar gali būti,

that in the future, the Higgs field

kad ateityje Higso laukas

will undergo a phase transition and,

patirs fazinį virsmą ir

through quantum tunneling, will be transformed

dėl kvantinio tuneliavimo transformuosis

into this nasty, ultra-dense state?

į šią bjaurią ultratankią būklę?

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

Kitaip tariant, aš mąstau, kokia lemtis laukia

of the Higgs field in our universe?

Higso lauko mūsų visatoje?

And the crucial ingredient necessary

Lemiamas ingredientas, reikalingas

to answer this question is the Higgs boson mass.

šio klausimo atsakymui yra Higso bozono masė.

And experiments at the LHC found that the mass

Experimentai LHC parodė, kad

of the Higgs boson is about 126 GeV.

Higso bozono masė yra apytikslė 126 gigaelektronvoltams.

This is tiny when expressed in familiar units,

Tai yra mažai pagal mums žinomų vienetų išraišką,

because it's equal to something like

nes tai vertė, panaši į

10 to the minus 22 grams,

10 minus 22 laipsniu gramų,

but it is large in particle physics units,

tačiau tai yra milžiniška dalelių fizikos vienetais,

because it is equal to the weight

nes tai yra lygu

of an entire molecule

visam vienos DNR sudedamosios dalies

of a DNA constituent.

molekulės svoriui.

So armed with this information from the LHC,

Taigi, apsiginklavę šia informacija iš LHC,

together with some colleagues here at CERN,

kartu su kolegomis iš CERN

we computed the probability

apskaičiavome tikimybę,

that our universe could quantum tunnel

kad mūsų visata galėtu kvantiniu tuneliu

into the ultra-dense Higgs state,

įgyti ultratankią Higso buklę

and we found a very intriguing result.

ir gavome intriguojantį rezultatą.

Our calculations showed

Mūsų skaičiavimai parodė,

that the measured value of the Higgs boson mass

kad Išmatuota skaitinė Higso bozono masės vertė

is very special.

yra labai ypatinga.

It has just the right value

Ji yra kaip tik tokio dydžio,

to keep the universe hanging

kad palaikytų visatą

in an unstable situation.

nestabilioje situacijoje.

The Higgs field is in a wobbly configuration

Higso laukas yra svirduliuojančios konfigūracijos,

that has lasted so far

kuri iki šiol laikosi,

but that will eventually collapse.

bet ilgainiui sugrius.

So according to these calculations,

Taigi, pagal šiuos apskaičiavimus,

we are like campers

mes esame kaip stovyklautojai,

who accidentally set their tent

netyčia pasistatę palapinę

at the edge of a cliff.

prie pat skardžio krašto.

And eventually, the Higgs field

Galiausiai, Higso laukas

will undergo a phase transition

pereis fazinį virsmą

and matter will collapse into itself.

ir materija suirs.

So is this how humanity is going to disappear?

Tačiau ar šitaip ir išnyks žmonija?

I don't think so.

Nemanau.

Our calculation shows that quantum tunneling

Mūsų skaičiavimai rodo, kad nėra tikėtina,

of the Higgs field is not likely to occur

jog kvantinis Higso lauko tuneliavimas

in the next 10 to the 100 years,

įvyks per artimiausius 10 ar 100 metų,

and this is a very long time.

o tai yra labai ilgas laikas.

It's even longer than

Tai netgi ilgiau,

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

negu prireiktų Italijai suformuoti stabilią valdžią.

(Laughter)

(Juokas)

Even so, we will be long gone by then.

Tačiau iki tol, mūsų jau seniai nebebus.

In about five billion years,

Po beveik penkių milijardų metų,

our sun will become a red giant,

mūsų saulė taps raudonąja milžine,

as large as the Earth's orbit,

tokio dydžio, kaip Žemės orbita

and our Earth will be kaput,

ir mūsų Žemei bus kaput,

and in a thousand billion years,

o po tūkstančio milijardų metų,

if dark energy keeps on fueling

jeigu tamsioji energija ir toliau taip skatins

space expansion at the present rate,

kosmoso didėjimą, kaip dabar,

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

jūs net nebematysite savo kojų pirštų,

because everything around you

nes viskas aplink jus

expands at a rate faster than the speed of light.

plėsis didesniu, negu šviesos greičiu.

So it is really unlikely

Taigi, tikrai nepanašu,

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

kad mes kada nors pamatysime Higso lauko griuvimą.

But the reason why I am interested

Bet aš domiuosi

in the transition of the Higgs field

Higso lauko virsmu

is because I want to address the question,

todėl, kad noriu išspręsti klausimą,

why is the Higgs boson mass so special?

kodėl Higso bozono masė yra tokia ypatinga?

Why is it just right to keep the universe

Kodėl ji yra kaip tik tokia, kad palaikytų visatą

at the edge of a phase transition?

ant fazinio virsmo slenksčio?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Fizikai teoretikai visada klausia „Kodėl?“.

More than how a phenomenon works,

Labiau negu tuo, kaip veikia koks nors reiškinys,

theoretical physicists are always interested in

fizikai teoretikai domisi,

why a phenomenon works in the way it works.

kodėl tas reiškinys veikia taip, kaip veikia.

We think that this these "why" questions

Mes manome, kad visi šie „Kodėl?“

can give us clues

gali duoti užuominų

about the fundamental principles of nature.

apie esminius gamtos dėsnius.

And indeed, a possible answer to my question

Ir iš tiesų, galimas atsakymas į mano klausimą

opens up new universes, literally.

atveria naujas visatas, tiesiogine prasme.

It has been speculated that our universe

Buvo daug spėliojama, kad mūsų visata

is only a bubble in a soapy multiverse

tėra burbulas muilo multivisatoje,

made out of a multitude of bubbles,

susidedančioje iš daugybės burbulų,

and each bubble is a different universe

o kiekvienas burbulas – atskira visata

with different fundamental constants

su skirtingomis universaliomis konstantomis

and different physical laws.

ir skirtingais fizikiniais dėsniais.

And in this context, you can only talk about

Šiame kontekste, galima kalbėti tik apie

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

tikimybę rasti tam tikrą Higso bozono masės dydį.

Then the key to the mystery

Tada paslapties raktas

could lie in the statistical properties

slypėtų statistinėse

of the multiverse.

multivisatos savybėse.

It would be something like what happens

Tai būtų kažkas panašaus į

with sand dunes on a beach.

smėlio kopas paplūdimyje.

In principle, you could imagine to find sand dunes

Teoriškai, galima įsivaizduoti, kad paplūdimyje

of any slope angle in a beach,

galima rasti bet kokio šlaito kampo smėlio kopas,

and yet, the slope angles of sand dunes

Bet vis dėlto, smėlio kopų šlaitų nuolydžio kampai

are typically around 30, 35 degrees.

paprastai yra apie 30, 35 laipsnius.

And the reason is simple:

Priežastis paprasta –

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

vėjas supusto smėlį, gravitacija jį verčia žemyn.

As a result, the vast majority of sand dunes

Dėl to, didžiosios smėlio kopų dalies

have slope angles around the critical value,

šlaitų kampai yra daugmaž kritiško dydžio,

near to collapse.

arti griuvimo.

And something similar could happen

Kažkas panašaus galėtų nutikti

for the Higgs boson mass in the multiverse.

su Higso bozonų mase multivisatoje.

In the majority of bubble universes,

Daugumoje burbulinių visatų

the Higgs mass could be around the critical value,

Higso masė gali būti beveik kritinio dydžio,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

netoli kosminio Higso lauko kolapso,

because of two competing effects,

dėl dviejų besivaržančių efektų,

just as in the case of sand.

lygiai kaip ir smėlio kopose.

My story does not have an end,

Mano pasakojimas neturi pabaigos,

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

nes mes vis dar jos nežinome.

This is science in progress,

Tai yra dar tebevykstantis mokslinis tyrimas

and to solve the mystery, we need more data,

ir kad išsiaiškintume paslaptį, mums reikia daugiau duomenų.

and hopefully, the LHC will soon add new clues

Tikėkimės, kad LHC greitai atras naujų detalių

to this story.

šiai istorijai.

Just one number, the Higgs boson mass,

Tik vienas skaičius, Higso bozono masė,

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

o iš jo išmokstame tiek daug.

I started from a hypothesis, that the known particles

Aš pradėjau nuo hipotezės, kad žinomos dalelės

are all there is in the universe,

yra viskas, ką galima rasti visatoje,

even beyond the domain explored so far.

netgi už iki šiol ištirtos srities ribų.

From this, we discovered that the Higgs field

Nuo tol, mes atradome, kad Higso laukas,

that permeates space-time may be standing

kuris persmelkęs erdvėlaikį, gali balansuoti

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

ant peilio ašmenų, pasiruošęs kosminiam griūvimui

and we discovered that this may be a hint

ir mes atradome, kad tai gali būti užuomina,

that our universe is only a grain of sand

kad mūsų visata yra tik smėlio grūdelis

in a giant beach, the multiverse.

milžiniškame multivisatos paplūdimyje.

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

Bet aš nežinau, ar mano hipotezė teisinga.

That's how physics works: A single measurement

Taip fizika ir veikia: vienas matmuo

can put us on the road to a new understanding

gali mus nuvesti link naujo

of the universe

visatos supratimo,

or it can send us down a blind alley.

arba į akligatvį.

But whichever it turns out to be,

Bet, kad ir kuris kelias tai pasirodytų esąs,

there is one thing I'm sure of:

dėl vieno dalyko esu tikras:

The journey will be full of surprises.

kelionė bus pilna staigmenų.

Thank you.

Ačiū.

(Applause)

(Plojimai)