Murray Gell-Mann: Beauty and truth in physics

Murray Gell-Mann falando sobre a beleza e a verdade na física

Tradutor: Vagner Pagotti Revisor: Rui Alão

Thank you for putting up these pictures of my colleagues over here.

Obrigado por colocar essas imagens dos meus colegas aqui.

(Laughter) We'll be talking about them.

(Risos). Nós falaremos deles.

Now, I'm going try an experiment. I don't do experiments, normally. I'm a theorist.

Vou tentar um experimento. Eu não faço isso normalmente, sou um teórico.

But I'm going see what happens if I press this button.

Mas vou ver o que acontece se eu apertar esse botão.

Sure enough. OK. I used to work in this field of elementary particles.

Ótimo. OK. Eu costumo trabalhar nesse campo das partículas elementares.

What happens to matter if you chop it up very fine?

O que acontece com a matéria se você a picar bem fininho?

What is it made of?

De que ela é feita?

And the laws of these particles are valid throughout the universe,

E as leis dessas partículas são válidas por todo universo,

and they're very much connected with the history of the universe.

e elas estão extremamente conectadas com a história do universo.

We know a lot about four forces. There must be a lot more,

Nós sabemos muito sobre as 4 forças. Deve haver muito mais,

but those are at very, very small distances,

mas estas agem em distâncias muito, muito pequenas,

and we haven't really interacted with them very much yet.

e nós não interagimos muito com elas ainda.

The main thing I want to talk about is this:

A coisa principal que eu quero falar é isso:

that we have this remarkable experience in this field of fundamental physics

que nós tivemos essa experiência extraordinária nesse campo da física.

that beauty is a very successful criterion for choosing the right theory.

que a beleza é um critério adequado para escolher a teoria certa.

And why on earth could that be so?

E por que diabos é assim?

Well, here's an example from my own experience.

Bem, aqui está um exemplo da minha própria experiência.

It's fairly dramatic, actually, to have this happen.

É bastante interessante, na verdade, isto ter acontecido.

Three or four of us, in 1957,

Três ou quatro de nós, em 1957, apresentamos

put forward a partially complete theory of one of these forces, this weak force.

uma teoria parcialmente completa de uma das forças, a força fraca.

And it was in disagreement with seven -- seven, count them, seven experiments.

E foi contra a sete -- sete, vejam, sete experimentos.

Experiments were all wrong.

Todos os experimentos estavam errados.

And we published before knowing that,

E nós publicamos antes de saber disso,

because we figured it was so beautiful, it's gotta be right!

porque nós a imaginamos tão bela, que tinha que estar certa!

The experiments had to be wrong, and they were.

Os experimentos tinham que estar errados, e estavam.

Now our friend over there, Albert Einstein,

Agora nosso amigo ali, Albert Einstein,

used to pay very little attention when people said,

Costumava prestar muito pouca atenção quando as pessoas dizem,

"You know, there's a man with an experiment that seems to disagree with special relativity.

"Sabe, tem um cara com um experimento que parece ir contra a relatividade especial.

DC Miller. What about that?" And he would say, "Aw, that'll go away." (Laughter)

um tal de DC Miller. E então?" E ele dizia, "Ah... isso vai desaparecer." (Risos)

Now, why does stuff like that work? That's the question.

Por que este tipo de coisa funciona? Essa é a questão.

Now, yeah, what do we mean by beautiful? That's one thing.

Bem, o que nós queremos dizer com beleza? Essa é uma coisa.

I'll try to make that clear -- partially clear.

Tentarei esclarecer -- parcialmente.

Why should it work, and is this something to do with human beings?

Por que deveria funcionar, e será que isto tem a ver com os seres humanos?

I'll let you in on the answer to the last one that I offer,

Vou deixar a resposta da última que coloquei,

and that is, it has nothing to do with human beings.

e que é, não tem nada a ver com os seres humanos.

Somewhere in some other planet, orbiting some very distant star,

Em algum outro planeta, orbitando alguma estrela distante,

maybe in a another galaxy,

talvez em outra galáxia,

there could well be entities that are at least as intelligent as we are,

devem existir seres que são, pelo menos, tão inteligentes como nós,

and are interested in science. It's not impossible; I think there probably are lots.

e estão interessados em ciência. Não é impossível; provavelmente existem muitos.

Very likely, none is close enough to interact with us.

Provavelmente nenhum deles perto suficiente para interagir conosco.

But they could be out there, very easily.

Mas eles podem estar por lá, certamente.

And suppose they have, you know, very different sensory apparatus, and so on.

E supondo que tenham, sabe, diferentes dispositivos sensoriais, e tudo mais.

They have seven tentacles, and they have 14 little funny-looking compound eyes,

Eles tem sete tentáculos, e tem 14 pequenos olhos engraçados,

and a brain shaped like a pretzel.

e um cérebro no formato de um pretzel.

Would they really have different laws?

Eles deveriam ter leis físicas diferentes?

There are lots of people who believe that, and I think it is utter baloney.

Existem muitas pessoas que acreditam nisso, e eu acho que estão enganadas.

I think there are laws out there,

Acho que existem leis lá fora,

and we of course don't understand them at any given time very well

e nós, é claro, não as entendemos muito bem até agora

-- but we try. And we try to get closer and closer.

mas tentamos. E tentamos chegar cada vez mais perto.

And someday, we may actually figure out the fundamental unified theory

E algum dia, nós deveremos entender a teoria unificada fundamental

of the particles and forces, what I call the "fundamental law."

das partículas e forças, que eu chamo de "lei fundamental".

We may not even be terribly far from it.

Nós não devemos estar tão longe dela.

But even if we don't run across it in our lifetimes,

Mas mesmo se não formos atrás dela nessa vida,

we can still think there is one out there,

podemos ainda pensar que existe uma lá fora,

and we're just trying to get closer and closer to it.

e estamos tentando chegar cada vez mais perto dela.

I think that's the main point to be made.

Eu acho que é o ponto principal.

We express these things mathematically.

Nós expressamos essas coisas matematicamente.

And when the mathematics is very simple --

E quando a matemática é bem simples

when in terms of some mathematical notation,

Quando, em termos de notação matemática,

you can write the theory in a very brief space, without a lot of complication --

você pode escrever a teoria em um pequeno espaço, sem muita complicação --

that's essentially what we mean by beauty or elegance.

é essencialmente o que chamamos de beleza ou elegância.

Here's what I was saying about the laws. They're really there.

É o que eu estava dizendo sobre as leis. Elas estão lá.

Newton certainly believed that.

O Newton certamente acreditava nisso.

And he said, here, "It is the business of natural philosophy to find out those laws."

E dizia, aqui, "Encontrar essas leis é o trabalho da filosofia natural".

The basic law, let's say -- here's an assumption.

A lei básica, digamos -- aqui uma suposição.

The assumption is that the basic law really takes the form

A suposição é que a lei básica realmente tem a forma

of a unified theory of all the particles.

de uma teoria unificada de todas as partículas.

Now, some people call that a theory of everything.

Agora, alguns chamam de Teoria de Tudo.

That's wrong because the theory is quantum mechanical.

Que é errado, porque a teoria é mecânica quântica.

And I won't go into a lot of stuff about quantum mechanics and what it's like, and so on.

E eu não vou entrar em detalhes da mecânica quântica, como ela é, etc.

You've heard a lot of wrong things about it anyway. (Laughter)

De qualquer jeito, já ouviram várias coisas erradas sobre ela. (Risos).

There are even movies about it with a lot of wrong stuff.

Existem até filmes sobre ela com várias coisas erradas.

But the main thing here is that it predicts probabilities.

Mas a parte principal é que ela prevê probabilidades.

Now, sometimes those probabilities are near certainties.

Algumas vezes essas probabilidades são quase certezas.

And in a lot of familiar cases, they of course are.

E em vários casos comuns, com certeza são.

But other times they're not, and you have only probabilities for different outcomes.

Mas outras vezes não são, e temos apenas probabilidades de resultados diferentes.

So what that means is that the history of the universe is not determined just by the fundamental law.

Isso significa que a história do universo não é determinada apenas pela lei fundamental.

It's the fundamental law and this incredibly long series of accidents,

É pela lei fundamental e uma série de inacreditáveis acidentes,

or chance outcomes, that are there in addition.

ou ao acaso, que também estão lá.

And the fundamental theory doesn't include those chance outcomes; they are in addition.

E a teoria fundamental não inclui esses acasos, eles estão a mais.

So it's not a theory of everything. And in fact, a huge amount of the information

Assim não é a teoria de tudo. E, de fato, um monte de informações

in the universe around us comes from those accidents,

no universo à nossa volta vêm desses acidentes,

and not just from the fundamental laws.

e não apenas de leis fundamentais.

Now, it's often said that getting closer and closer

Agora, se fala em chegar mais e mais perto

to the fundamental laws by examining phenomena at low energies, and then higher energies,

das leis fundamentais, examinando fenômenos em energias baixas, e depois em energias altas,

and then higher energies, or short distances, and then shorter distances,

e então em energias mais altas, ou em distâncias curtas, e então em distâncias mais curtas,

and then still shorter distances, and so on, is like peeling the skin of an onion.

e assim por diante, é como descascar uma cebola.

And we keep doing that,

E nós continuamos fazendo isso,

and build more powerful machines, accelerators for particles.

e construímos máquinas mais poderosas, aceleradores de partículas.

We look deeper and deeper into the structure of particles,

Nós olhamos mais e mais fundo, dentro da estrutura das partículas,

and in that way we get probably closer and closer to this fundamental law.

e dessa forma provavelmente cada vez mais perto da lei fundamental.

Now, what happens is that as we do that, as we peel these skins of the onion,

O que acontece é que conforme fazemos isso, conforme descascamos a cebola,

and we get closer and closer to the underlying law,

nós chegamos mais e mais perto da lei básica,

we see that each skin has something in common with the previous one,

nós vemos que cada casca tem algo em comum com a anterior,

and with the next one. We write them out mathematically,

e com a próxima. Nós as escrevemos matematicamente,

and we see they use very similar mathematics.

e vemos que elas são semelhantes.

They require very similar mathematics.

Elas tem uma matemática muito semelhante.

That is absolutely remarkable, and that is a central feature

Isso é absolutamente incrível, e é uma característica central

of what I'm trying to say today.

do que estou tentando dizer hoje.

Newton called it -- that's Newton, by the way -- that one.

Newton chamou isso -- é o Newton, aliás -- aquele ali.

This one is Albert Einstein. Hi, Al! And anyway,

Esse aqui é o Albert Einstein. Olá Al! Enfim,

he said, "nature conformable to herself" -- personifying nature as a female.

ele disse, "a natureza se assemelha a ela mesma" -- personificando a natureza no feminino.

And so what happens is that the new phenomena,

E então o que acontece é que o novo fenômeno,

the new skins, the inner skins of the slightly smaller skins of the onion

as novas cascas, a casca mais interna das menores cascas da cebola

that we get to, resemble the slightly larger ones.

que nós temos, parece ligeiramente com as cascas maiores.

And the kind of mathematics that we had for the previous skin

e o tipo de matemática que temos na casca anterior

is almost the same as what we need for the next skin.

é quase a mesma que precisamos para a próxima casca.

And that's why the equations look so simple.

E é por isso que as equações parecem tão simples.

Because they use mathematics we already have.

Porque usamos uma matemática que já existe.

A trivial example is this: Newton found the law of gravity,

Um exemplo trivial: Newton descobriu a lei da gravidade,

which goes like one over the square of the distance between the things gravitated.

que atua inversamente proporcional ao quadrado da distância das coisas em questão.

Coulomb, in France, found the same law for electric charges.

Coulomb, na França, encontrou a mesma lei nas cargas elétricas.

Here's an example of this similarity.

Aqui está um exemplo dessa semelhança.

You look at gravity, you see a certain law.

Você olha para a gravidade, vê uma certa lei.

Then you look at electricity. Sure enough. The same rule.

Então olha para a eletricidade. Com certeza. A mesma regra.

It's a very simple example.

Esse é um exemplo muito simples.

There are lots of more sophisticated examples.

Existe vários exemplos mais sofisticados.

Symmetry is very important in this discussion.

Simetria é muito importante nessa discussão.

You know what it means. A circle, for example,

Vocês sabem o que significa. Um círculo, por exemplo,

is symmetric under rotations about the center of the circle.

é simétrico na rotação a partir do centro do círculo.

You rotate around the center of the circle, the circle remains unchanged.

Vocês rotacionam o círculo pelo centro, e ele não se modifica.

You take a sphere, in three dimensions, you rotate around the center of the sphere,

Peguem uma esfera, em três dimensões, rodem pelo centro da esfera,

and all those rotations leave the sphere alone.

e todas as rotações não modificam a esfera.

They are symmetries of the sphere.

São simetrias da esfera.

So we say, in general, that there's a symmetry

Assim dizemos, em geral, que existe simetria

under certain operations if those operations leave the phenomenon,

sob certas operações se essas operações mantém o fenômeno,

or its description, unchanged.

ou sua descrição, inalterados.

Maxwell's equations are of course symmetrical

As equações de Maxwell, é claro, são simétricas

under rotations of all of space.

em todas as rotações pelo espaço.

Doesn't matter if we turn the whole of space around by some angle,

Não importa se viramos todo o espaço em algum ângulo,

it doesn't leave the -- doesn't change the phenomenon of electricity or magnetism.

elas não deixam -- não muda o fenômeno da eletricidade ou do magnetismo.

There's a new notation in the 19th century that expressed this,

Há uma nova notação no século XIX que mostra isso,

and if you use that notation, the equations get a lot simpler.

e se vocês usarem essa notação, a equação fica simples.

Then Einstein, with his special theory of relativity,

Então Einstein, com sua teoria especial da relatividade,

looked at a whole set of symmetries of Maxwell's equations,

olhou para o conjunto de simetrias das equações de Maxwell,

which are called special relativity.

e as chamou de relatividade especial.

And those symmetries, then, make the equations even shorter, and even prettier, therefore.

E aquelas simetrias, então, fizeram as equações mais curtas e, portanto, mais belas.

Let's look. You don't have to know what these things mean, doesn't make any difference.

Vejam. Vocês não tem que saber o que isso significa, não faz diferença.

But you can just look at the form. (Laughter) You can look at the form.

Mas podem olhar apenas a forma. (Risos). Podem olhar para a forma.

You see above, at the top, a long list

Ali em cima, no topo, uma lista

of equations with three components for the three directions of space: x, y and z.

de várias equações com 3 componentes em 3 direções do espaço: x, y e z.

Then, using vector analysis, you use rotational symmetry, and you get this next set.

Então, usando análise vetorial, simetria rotacional, temos o próximo conjunto.

Then you use the symmetry of special relativity and you get an even simpler set

Então usando a simetria da relatividade especial temos um conjunto mais simples

down here, showing that symmetry exhibits better and better.

aqui embaixo, mostrando que a simetria deixa cada vez melhor.

The more and more symmetry you have, the better you exhibit the simplicity and elegance of the theory.

Quanto mais simetria, melhor mostramos a simplicidade e elegância da teoria.

The last two, the first equation says that electric charges and currents

As duas últimas, a primeira diz que cargas e correntes elétricas

give rise to all the electric and magnetic fields.

dão origem a todos os campos elétricos e magnéticos.

The next -- second -- equation says that there is no magnetism other than that.

A próxima -- segunda -- equação mostra que não existe outro magnetismo.

The only magnetism comes from electric charges and currents.

O único magnetismo vem de cargas e correntes elétricas.

Someday we may find some slight hole in that argument.

Algum dia podemos achar alguma falha nessa afirmação.

But for the moment, that's the case.

Mas nesse momento, é isso que temos.

Now, here is a very exciting development that many people have not heard of.

Agora, temos um desenvolvimento fabuloso de que muitos não ouviram falar.

They should have heard of it, but it's a little tricky to explain in technical detail,

Eles deviam ter ouvido, mas é um pouco difícil de explicar em detalhe,

so I won't do it. I'll just mention it. (Laughter)

por isso não vou fazer isso. Vou só mencioná-la. (Risos).

But Chen Ning Yang, called by us "Frank" Yang -- (Laughter)

Mas Chen Ning Yang, conhecido por "Frank" Yang -- (Risos)

-- and Bob Mills put forward, 50 years ago,

e Bob Mills apresentaram, 50 anos atrás,

this generalization of Maxwell's equations, with a new symmetry.

essa generalização das equações de Maxwell, com uma nova simetria.

A whole new symmetry.

Um simetria completamente nova.

Mathematics very similar, but there was a whole new symmetry.

Matematicamente parecida, mas tinha toda uma nova simetria.

They hoped that this would contribute somehow to particle physics

Esperavam que, de alguma forma, fosse contribuir para a física de partículas

-- didn't. It didn't, by itself, contribute to particle physics.

-- não... Sozinhas não contribuíram para a física de partículas.

But then some of us generalized it further. And then it did!

Mas alguns de nós a generalizamos mais tarde. E então funcionou.

And it gave a very beautiful description of the strong force and of the weak force.

E isso nos deu uma bela descrição da força forte e da força fraca.

So here we say, again, what we said before:

Dizemos então, novamente, o que dissemos antes:

that each skin of the onion shows a similarity to the adjoining skins.

que cada casca da cebola tem uma semelhança com as adjacentes.

So the mathematics for the adjoining skins is very similar to what we need for the new one.

Então a matemática para cascas adjacentes é parecida com a que precisamos para a nova casca.

And therefore it looks beautiful

E portanto isso demonstra beleza.

because we already know how to write it in a lovely, concise way.

Porque nós já sabemos como escrevê-la de uma forma fascinante e concisa.

So here are the themes. We believe there is a unified theory underlying all the regularities.

Estes são os temas. Acreditamos existir uma teoria unificada escondida em toda essa regularidade.

Steps toward unification exhibit the simplicity.

Os passos em direção à unificação mostram simplicidade.

Symmetry exhibits the simplicity.

Simetria evidencia esta simplicidade.

And then there is self-similarity across the scales -- in other words,

E então há semelhança através das escalas - em outras palavras,

from one skin of the onion to another one.

de uma casca de cebola para a outra.

Proximate self-similarity. And that accounts for this phenomenon.

Semelhança por elementos próximos. E isso responde por esse fenômeno.

That will account for why beauty is a successful criterion for selecting the right theory.

E isto responde sobre a questão porque a beleza é um critério de sucesso para selecionar a teoria certa.

Here's what Newton himself said:

Aqui está o que Newton dizia:

"Nature is very consonant and conformable to her self."

"A natureza é muito uniforme e semelhante a ela mesma".

One thing he was thinking of is something that most of us take for granted today,

O que ele estava pensando é algo que a maioria de nós tem certeza hoje,

but in his day it wasn't taken for granted.

mas no tempo dele não era tido como certo.

There's the story, which is not absolutely certain to be right, but a lot of people told it.

Tem uma história, que certamente não é verdade, mas um monte de gente conta.

Four sources told it. That when they had the plague in Cambridge,

Quatro fontes disseram. Que quando teve a praga em Cambridge,

and he went down to his mother's farm -- because the university was closed --

e ele foi para a fazenda da mãe -- porque a universidade estava fechada --

he saw an apple fall from a tree, or on his head or something.

ele viu uma maçã cair de uma árvore, ou na sua cabeça, ou algo assim.

And he realized suddenly that the force that drew the apple down to the earth

E ele percebeu subitamente que a força que fez a maçã cair

could be the same as the force regulating the motions of the planets and the moon.

poderia ser a mesma que regula o movimento dos planetas e da lua.

That was a big unification for those days, although today we take it for granted.

Uma tremenda unificação para a época, embora hoje seja trivial pra nós.

It's the same theory of gravity.

Essa é a mesma teoria da gravidade.

So he said that this principle of nature, consonance:

Então ele disse que esse princípio da natureza:

"This principle of nature being very remote from the conceptions of philosophers,

"Esse princípio da natureza sendo muito distante da concepção dos filósofos,

I forbore to describe it in that book,

evitei descrevê-lo nesse livro,

lest I should be accounted an extravagant freak ... "

ao menos que eu quisesse ser considerado uma aberração extravagante..."

That's what we all have to watch out for, (Laughter) especially at this meeting.

É com isso que temos que nos preocupar. (Risos). Especialmente nessa palestra.

" ... and so prejudice my readers against all those things which were the main design of the book."

"... e assim causar preconceito em meus leitores quanto ao propósito principal do livro."

Now, who today would claim that as a mere conceit of the human mind?

Atualmente, quem diria que isso é um capricho da mente humana?

That the force that causes the apple to fall to the ground

Que a força que causa a queda da maçã

is the same force that causes the planets and the moon to move around,

é a mesma responsável pelos movimento dos planetas e da lua,

and so on? Everybody knows that. It's a property of gravitation.

e assim por diante? Todos sabem disso. É uma característica da gravitação.

It's not something in the human mind. The human mind can, of course, appreciate it

Não é algo da mente humana. A mente humana pode, é claro, apreciá-la

and enjoy it, use it, but it's not -- it doesn't stem from the human mind.

usá-la, mas não é -- não emana da mente humana.

It stems from the character of gravity.

Ela emana da característica da gravidade.

And that's true of all the things we're talking about.

E essa verdade vale para tudo que falamos.

They are properties of the fundamental law.

Elas são propriedades da lei fundamental.

The fundamental law is such that the different skins of the onion resemble one another,

A lei fundamental é tal que as diferentes cascas da cebola se parecem,

and therefore the math for one skin allows you to express beautifully and simply

e portanto a matemática de uma casca lhe permite representar de maneira bela e simples

the phenomenon of the next skin.

o fenômeno da próxima casca.

I say here that Newton did a lot of things that year:

Eu diria que Newton fez muita coisa naquele ano:

gravity, the laws of motion, the calculus, white light composed of all the colors of the rainbow.

gravidade, leis do movimento, cálculo, luz branca composta de todas as cores do arco-íris.

And he could have written quite an essay on "What I Did Over My Summer Vacation."

E deveria ter escrito um explêndido artigo "O que e fiz nas minhas férias de verão."

(Laughter)

(Risos).

So we don't have to assume these principles as separate metaphysical postulates.

Assim não temos que assumir esses princípios como postulados metafísicos separados.

They follow from the fundamental theory.

Eles são consequência da teoria fundamental.

They are what we call emergent properties.

Eles são o que chamamos de propriedades emergentes.

You don't need -- you don't need something more to get something more.

Você não precisa -- não precisa de algo mais para obter algo a mais.

That's what emergence means.

É o que emergência significa.

Life can emerge from physics and chemistry, plus a lot of accidents.

A vida pode emergir da física e da química, com mais um monte de acidentes.

The human mind can arise from neurobiology and a lot of accidents,

A mente humana pode surgir da neurobiologia e vários acidentes,

the way the chemical bond arises from physics and certain accidents.

do mesmo jeito que as ligações quimicas surgem da física e certos acidentes.

It doesn't diminish the importance of these subjects

Saber que estes assuntos são consequência

to know that they follow from more fundamental things, plus accidents.

de coisas mais fundamentais, mais alguns acidentes, não diminui sua importância.

That's a general rule, and it's critically important to realize that.

É uma regra geral, e extremamente importante para perceber isto.

You don't need something more in order to get something more.

Você não precisa algo mais para obter algo a mais.

People keep asking that when they read my book, "The Quark and the Jaguar,"

As pessoas me questionam isso quando lêem meu livro "O quark e o Jaguar"

and they say, "Isn't there something more beyond what you have there?"

E dizem: "Tem certeza que não mais alguma coisa por trás de tudo?"

Presumably, they mean something supernatural.

Provavelmente, querem dizer algo sobrenatural.

Anyway, there isn't. (Laughter)

De qualquer forma, não há. (Risos).

You don't need something more to explain something more.

Não é preciso algo mais para explicar algo a mais.

Thank you very much. (Applause)

Muito obrigado. (Aplausos)