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

Translator: ALEKSANDAR MITEVSKI Reviewer: Charlie Psy

So last year, on the Fourth of July,

Минатата година, на "Четврти Јули,"

experiments at the Large Hadron Collider

експериментите со Големиот Хадронски Колајдер

discovered the Higgs boson.

го открија Хигсовиот бозон.

It was a historical day.

Тоа беше историски ден.

There's no doubt that from now on,

Без сомнение од сега па понатаму,

the Fourth of July will be remembered

"Четврти Јули" ќе биде запомнет

not as the day of the Declaration of Independence,

не како ден на "Декларацијата на Независноста,"

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

туку како ден кога е откриен Хигсовиот бозон.

Well, at least, here at CERN.

Барем, овде во ЦЕРН.

But for me, the biggest surprise of that day

Но за мене, најголемото изненадување тој ден

was that there was no big surprise.

беше тоа дека немаше големо изненадување.

In the eye of a theoretical physicist,

Во очите на теоретскиот физичар,

the Higgs boson is a clever explanation

Хигсовиот бозон е паметно објаснување

of how some elementary particles gain mass,

за тоа како некои елементарни честички стекнуваат маса,

but it seems a fairly unsatisfactory

но се чини дека е прилично незадоволително

and incomplete solution.

и нецелосно решение.

Too many questions are left unanswered.

Премногу прашања остануваат неодговорени.

The Higgs boson does not share the beauty,

Хигсовиот бозон ја нема убавината,

the symmetry, the elegance,

симетријата, елеганцијата

of the rest of the elementary particle world.

својствена за останатите елементарни честички.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Поради оваа причина, мнозинството теоретски физичари

believe that the Higgs boson could not

веруваат дека Хигсовиот бозон не може

be the full story.

да биде целата приказна.

We were expecting new particles and new phenomena

Со Хигсовиот бозон очекувавме да се јават нови честички

accompanying the Higgs boson.

и нови феномени.

Instead, so far, the measurements

Но, досега, резултатите кои доаѓаат

coming from the LHC show no signs of new particles

од ГХК не покажуваат знаци за присуство на нови честички

or unexpected phenomena.

или неочекувани феномени.

Of course, the verdict is not definitive.

Се разбира, пресудата не е конечна.

In 2015, the LHC will almost double

Во 2015, ГХК речиси ќе ја дуплира

the energy of the colliding protons,

енергијата со која протоните влегуваат во колизија,

and these more powerful collisions

а овие помоќни колизии

will allow us to explore further the particle world,

ќе ни овозможат дополнително да го изучиме светот на честичките,

and we will certainly learn much more.

и со сигурност ќе научиме многу повеќе.

But for the moment, since we have found

Но во моментов, бидејќи немаме докази

no evidence for new phenomena, let us suppose

за нови феномени, ајде да претпоставиме

that the particles that we know today,

дека честичките кои денес ни се познати,

including the Higgs boson,

вклучувајќи го и Хигсовиот бозон,

are the only elementary particles in nature,

се единствените елементарни честички во природата,

even at energies much larger

дури и при енергии кои се многу поголеми

than what we have explored so far.

од оние кои досега ги имавме.

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

Ајде да видиме каде ќе нè одведе ваквата хипотеза.

We will find a surprising and intriguing result

Ќе откриеме изненадувачки и интригантен факт

about our universe, and to explain my point,

за нашиот универзум, а за да ви ја објаснам мојата поента,

let me first tell you what the Higgs is about,

дозволете прво да ви кажам каква е улогата на Хигс,

and to do so, we have to go back

а за да го направам тоа, ќе мораме да се вратиме

to one tenth of a billionth of a second

на една десетина од милијардитиот дел на секундата

after the Big Bang.

после Големата Експлозија.

And according to the Higgs theory,

Според теоријата на Хигс,

at that instant, a dramatic event took place

во тој момент, во универзумот се случил

in the universe.

драматичен настан.

Space-time underwent a phase transition.

Просторот и времето претрпиле фазна транзиција.

It was something very similar to the phase transition

Нешто многу слично на фазната транзиција која

that occurs when water turns into ice

се случува кога водата ќе се претвори во мраз

below zero degrees.

под нула степени.

But in our case, the phase transition

Но во нашиот случај, фазната транзиција

is not a change in the way the molecules

не е промена во начинот на кој молекулите

are arranged inside the material,

се наредени во материјалот,

but is about a change

туку е промена во

of the very fabric of space-time.

самата структура на просторот и времето.

During this phase transition, empty space

За време на оваа фазна транзиција, празниот простор

became filled with a substance

бил исполнет со супстанца

that we now call Higgs field.

која сега ја нарекуваме Хигсово поле.

And this substance may seem invisible to us,

Оваа супстанца можеби не ја гледаме,

but it has a physical reality.

но таа има физичка реалност.

It surrounds us all the time,

Постојано нè опкружува,

just like the air we breathe in this room.

исто како и воздухот кој го дишеме во оваа просторија.

And some elementary particles interact

Некои елементарни честички влегуваат во интеракција

with this substance, gaining energy in the process.

со оваа супстанца и на тој начин добиваат енергија.

And this intrinsic energy is what we call

Оваа фундаментална енергија е она што го нарекуваме

the mass of a particle,

маса на честичката,

and by discovering the Higgs boson, the LHC

а преку откривањето на Хигсовиот бозон, ГХК

has conclusively proved that this substance is real,

недвосмислено докажа дека оваа супстанца е реална,

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

бидејќи токму од неа е направен Хигсовиот бозон.

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

И ова, ако сумираме, е суштината на Хигсовата приказна.

But this story is far more interesting than that.

Но оваа приказна е далеку поинтересна.

By studying the Higgs theory,

Студирајќи ја теоријата на Хигс,

theoretical physicists discovered,

теоретските физичари открија,

not through an experiment

не преку експеримент,

but with the power of mathematics,

туку преку моќта на математиката,

that the Higgs field does not necessarily exist

дека Хигсовото поле не постои нужно само

only in the form that we observe today.

во формата која денес ни е позната.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Исто како што материјата може да биде течна и цврста,

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

така и Хигсовото поле, супстанцата која го исполнува просторот и времето,

could exist in two states.

може да постои во две состојби.

Besides the known Higgs state,

Освен моменталната Хигсова состојба,

there could be a second state in which the Higgs field

можна е и друга состојба во која Хигсовото поле

is billions and billions times denser

е милијарди и милијарди пати погусто

than what we observe today,

од она што го гледаме денес,

and the mere existence of another state

а самото тоа што Хигсовото поле може да постои

of the Higgs field poses a potential problem.

во друга состојба ни создава потенцијален проблем.

This is because, according to the laws

Бидејќи, според законите

of quantum mechanics, it is possible

на квантната механика, можно е да

to have transitions between two states,

се јават транзиции помеѓу две состојби,

even in the presence of an energy barrier

дури и во присуство на енергетска бариера

separating the two states,

која ги разделува тие две состојби,

and the phenomenon is called,

а овој феномен се нарекува,

quite appropriately, quantum tunneling.

доста соодветно, квантно тунелирање.

Because of quantum tunneling,

Поради квантното тунелирање,

I could disappear from this room

јас би можел да исчезнам од просторијава

and reappear in the next room,

и да се појавам во соседната просторија,

practically penetrating the wall.

практично пробивајќи го ѕидот.

But don't expect me to actually perform the trick

Но не очекувајте да го изведам трикот

in front of your eyes, because the probability

пред ваши очи, оти веројатноста да го

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

пробијам ѕидот е неверојатно мала.

You would have to wait a really long time

Ќе морате да чекате навистина долго време

before it happens, but believe me,

пред да се случи, но верувајте ми,

quantum tunneling is a real phenomenon,

квантното тунелирање е реален феномен,

and it has been observed in many systems.

и е воочен во многу системи.

For instance, the tunnel diode,

На пример, тунел диодата,

a component used in electronics,

дел користен во електрониката,

works thanks to the wonders

функционира благодарение на

of quantum tunneling.

чудото наречено квантно тунелирање.

But let's go back to the Higgs field.

Но да се навратиме на Хигсовото поле.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Доколку постои ултра-густата Хигсова состојба,

then, because of quantum tunneling,

тогаш, заради квантното тунелирање,

a bubble of this state could suddenly appear

еден меур од ваквата состојба може наеднаш да се појави

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

на одредено место во универзумот, во одредено време,

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

и е аналогно на она што се случува со зовриената вода.

Bubbles of vapor form inside the water,

Меури од пареа се формираат внатре во водата,

then they expand, turning liquid into gas.

кои потоа се шират, претварајќи ја течноста во гас.

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

На истиот начин, еден меур од ултра-густата Хигсова состојба

could come into existence because of quantum tunneling.

би можел да се појави поради квантното тунелирање.

The bubble would then expand at the speed of light,

Меурот потоа би се проширил со брзина на светлината,

invading all space, and turning the Higgs field

заземајќи го целиот простор и преобразувајќи го Хигсовото поле

from the familiar state into a new state.

од познатата состојба во една нова состојба.

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

Дали е ова голем проблем? Да, голем проблем е.

We may not realize it in ordinary life,

Можеби не е очигледно во секојдневието,

but the intensity of the Higgs field is critical

но интензитетот на Хигсовото поле е критичен

for the structure of matter.

за структурата на материјата.

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

Доколку Хигсовото поле е само неколку пати поинтензивно

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

ќе дојде до смалување на атомите, распаѓање на

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

неутроните во атомското јадро, дезинтегрирање на јадрата,

and hydrogen would be

а водородот ќе биде

the only possible chemical element in the universe.

единствениот можен хемиски елемент во универзумот.

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

Ултра-густата Хигсова состојба не е само неколку

is not just a few times more intense than today,

пати поинтензивна од оваа денешнава,

but billions of times,

туку милијарди пати поинтензивна,

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

а ако просторот и времето бидат исполнети со ваквата Хигсовата состојба,

all atomic matter would collapse.

тогаш сета атомска материја ќе се распадне.

No molecular structures would be possible, no life.

Молекуларните структури ќе бидат невозможни, ќе нема живот.

So, I wonder, is it possible

И така, размислувам, можно ли е

that in the future, the Higgs field

во иднината, Хигсовото поле

will undergo a phase transition and,

да претрпи фазна транзиција и,

through quantum tunneling, will be transformed

преку квантно тунелирање, да биде трансформирано

into this nasty, ultra-dense state?

во оваа одвратна, ултра-густа состојба?

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

Со други зборови, се прашувам, каква е судбината

of the Higgs field in our universe?

на Хигсовото поле во нашиот универзум?

And the crucial ingredient necessary

А круцијалната состојка потребна

to answer this question is the Higgs boson mass.

за да одговориме на ова прашање е масата на Хигсовиот бозон.

And experiments at the LHC found that the mass

Експериментите со ГХК утврдија дека масата

of the Higgs boson is about 126 GeV.

на Хигсовиот бозон е околу 126 GeV (гигаелектронволти)

This is tiny when expressed in familiar units,

Ова е незначително ако го изразиме во секојдневните мерни единици,

because it's equal to something like

бидејќи е еднакво на отприлика

10 to the minus 22 grams,

10 на минус 22 грама,

but it is large in particle physics units,

но е многу според мерните единици на квантната физика,

because it is equal to the weight

т.е., тоа е тежината на една

of an entire molecule

цела молекула која

of a DNA constituent.

е составен дел на ДНК.

So armed with this information from the LHC,

Наоружани со информациите од ГХК,

together with some colleagues here at CERN,

заедно со едни колеги одовде од ЦЕРН,

we computed the probability

ја пресметавме веројатноста

that our universe could quantum tunnel

за квантното тунелирање на нашиот универзум

into the ultra-dense Higgs state,

во ултра-густата Хигсова состојба,

and we found a very intriguing result.

и дојдовме до еден многу интригантен резултат.

Our calculations showed

Нашите пресметки покажаа

that the measured value of the Higgs boson mass

дека измерената вредност на масата на Хигсовиот бозон

is very special.

е многу специфична.

It has just the right value

Ја има вистинската вредност

to keep the universe hanging

за да го држи универзумот

in an unstable situation.

во една нестабилна ситуација.

The Higgs field is in a wobbly configuration

Хигсовото поле има нестабилна конфигурација

that has lasted so far

која досега издржала,

but that will eventually collapse.

но најпосле ќе се сруши.

So according to these calculations,

Според овие пресметки,

we are like campers

ние сме како кампери

who accidentally set their tent

кои случајно го поставиле шаторот

at the edge of a cliff.

на работ од стрмна карпа.

And eventually, the Higgs field

И најпосле, Хигсовото поле

will undergo a phase transition

ќе претрпи фазна транзиција

and matter will collapse into itself.

и ќе дојде до распаѓање на материјата.

So is this how humanity is going to disappear?

И зарем вака ќе исчезне човештвото?

I don't think so.

Не мислам.

Our calculation shows that quantum tunneling

Нашите пресметки покажуваат дека квантното тунелирање

of the Higgs field is not likely to occur

на Хигсовото поле нема да се случи

in the next 10 to the 100 years,

во наредните 10 на 100та години,

and this is a very long time.

а ова е многу долго време.

It's even longer than

Дури е подолго и

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

од времето кое ѝ е потребно на Италија за да формира стабилна влада.

(Laughter)

(Смеа)

Even so, we will be long gone by then.

Но и да се случи, нас ќе нè нема дотогаш.

In about five billion years,

За околу пет милијарди години,

our sun will become a red giant,

нашето сонце ќе стане црвен џин,

as large as the Earth's orbit,

голем колку орбитата на Земјата,

and our Earth will be kaput,

нашата Земја ќе биде уништена,

and in a thousand billion years,

а за илјада милијарди години,

if dark energy keeps on fueling

доколку темната енергија продолжи

space expansion at the present rate,

да го забрзува ширењето на просторот со денешнава брзина,

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

нема да можете да видите ни прст пред око,

because everything around you

оти сè околу вас ќе се шири

expands at a rate faster than the speed of light.

со брзина која е поголема од онаа на светлината.

So it is really unlikely

Значи навистина е мала веројатноста

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

дека ќе можеме да го видиме колапсот на Хигсовото поле.

But the reason why I am interested

Но причината поради која ме интересира

in the transition of the Higgs field

транзицијата на Хигсовото поле

is because I want to address the question,

е затоа што сакам да одговорам на ова прашање,

why is the Higgs boson mass so special?

зошто масата на Хигсовиот бозон е толку специфична?

Why is it just right to keep the universe

Зошто е баш толку, колку само да го

at the edge of a phase transition?

држи универзумот на работ на фазна транзиција?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Теоретските физичари секогаш поставуваат "зошто" прашања.

More than how a phenomenon works,

Не ги интересира многу како функционира феноменот.

theoretical physicists are always interested in

Теоретските физичари секогаш ги интересира

why a phenomenon works in the way it works.

зошто феноменот функционира онака како што функционира.

We think that this these "why" questions

Ние сметаме дека овие "зошто" прашања

can give us clues

можат да ни дадат показатели

about the fundamental principles of nature.

за фундаменталните принципи на природата.

And indeed, a possible answer to my question

И навистина, можниот одговор на моето прашање

opens up new universes, literally.

отвара нови универзуми, буквално.

It has been speculated that our universe

Се појавија претпоставки дека нашиот универзум

is only a bubble in a soapy multiverse

е само меур во сапунестиот мултиверзум

made out of a multitude of bubbles,

кој пак е составен од мноштво меури,

and each bubble is a different universe

и секој меур е различен универзум

with different fundamental constants

со поинакви фундаментални константи

and different physical laws.

и поинакви закони на физиката.

And in this context, you can only talk about

И во овој контекст, можете само да зборувате

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

за веројатноста на различните вредности на Хигсовата маса.

Then the key to the mystery

Тогаш клучот за мистеријата

could lie in the statistical properties

можеби се крие во статистичките особености

of the multiverse.

на мултиверзумот.

It would be something like what happens

Тоа функционира отприлка како песочните

with sand dunes on a beach.

дини на плажа.

In principle, you could imagine to find sand dunes

Во принцип, на плажа можете да најдете песочни

of any slope angle in a beach,

дини со секаков нагиб,

and yet, the slope angles of sand dunes

но сепак, нагибот на песочните дини

are typically around 30, 35 degrees.

вообичаено изнесува околу 30, 35 степени.

And the reason is simple:

А причината е едноставна:

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

ветрот го трупа песокот, а гравитацијата го руши.

As a result, the vast majority of sand dunes

Како резултат, повеќето песочни дини

have slope angles around the critical value,

имаат нагиб кој е околу критичната вредност,

near to collapse.

само што не се срушил.

And something similar could happen

И нешто слично може да се случи

for the Higgs boson mass in the multiverse.

со масата на Хигсовиот бозон во мултиверзумот.

In the majority of bubble universes,

Во мнозинството универзуми,

the Higgs mass could be around the critical value,

Хигсовата маса можеби е околу критичната вредност,

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

само што не дошло до космички колапс на Хигсовото поле,

because of two competing effects,

заради двете спротивставени сили,

just as in the case of sand.

исто како во случајот со песокот.

My story does not have an end,

Мојата приказна нема крај,

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

бидејќи сè уште го немаме крајот на приказната.

This is science in progress,

Оваа наука е во прогрес,

and to solve the mystery, we need more data,

а за да ја решиме мистеријата, ни требаат уште податоци,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

и се надевам дека ГХК набргу ќе ни даде нови показатели

to this story.

за оваа приказна.

Just one number, the Higgs boson mass,

Само еден број, масата на Хигсовиот бозон,

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

но сепак, од овој број научивме многу работи.

I started from a hypothesis, that the known particles

Започнав од хипотеза, дека познатите честички

are all there is in the universe,

се сè што постои во универзумот,

even beyond the domain explored so far.

дури и во оној дел кој сè уште не сме го истражиле.

From this, we discovered that the Higgs field

Од ова, откривме дека Хигсовото поле

that permeates space-time may be standing

кое го исполнува просторот и времето можеби

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

лебди над острицата на ножот и само што не се распаднало,

and we discovered that this may be a hint

и откривме дека ова можеби е знак

that our universe is only a grain of sand

дека нашиот универзум е само зрно во песокот

in a giant beach, the multiverse.

на една гигантска плажа, мултиверзумот.

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

Но не знам дали мојата хипотеза е точна.

That's how physics works: A single measurement

Така функционира физиката: Едно единечно мерење

can put us on the road to a new understanding

може да ни го покаже патот за разбирање

of the universe

на универзумот

or it can send us down a blind alley.

или пак може целосно да нè исфрли од колосек.

But whichever it turns out to be,

Но што и да се случи,

there is one thing I'm sure of:

за една работа сум сигурен:

The journey will be full of surprises.

Патувањето ќе биде полно со изненадувања.

Thank you.

Ви благодарам.

(Applause)

(Аплауз)