Murray Gell-Mann: Beauty and truth in physics

Tradutor: Carlos Portela Revisora: Bernardo Ramirez

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

Obrigado por terem colocado aqui estas imagens de colegas meus.

(Laughter) We'll be talking about them.

(Risos)

Havemos de falar neles.

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

Vou tentar fazer uma experiência.

Usualmente não faço experiências. Sou um teórico.

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

Mas vou descobrir o que sucede se carregar neste botão.

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

OK.

Eu trabalhei neste campo das partículas elementares.

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

O que acontece à matéria se a dividirmos em pedaços muitos pequenos?

What is it made of?

De que é feita a matéria?

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

As leis que governam estas partículas são universalmente válidas,

e estão intimamente ligadas à história do universo.

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

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

Sabemos muita coisa sobre quatro forças.

Mas deve haver muitas mais, a distâncias muito, muito pequenas.

but those are at very, very small distances,

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

Ainda não interagimos muito com elas.

The main thing I want to talk about is this:

O fundamental desta palestra é o seguinte:

Temos uma experiência notável neste campo da física fundamental,

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

ou seja, a beleza é um critério bem-sucedido para escolher a teoria certa.

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

Porque é que será?

And why on earth could that be so?

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

Vou dar-vos um exemplo da minha experiência.

É realmente surpreendente que isto tenha acontecido.

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

Three or four of us, in 1957,

Em 1957, três ou quatro de nós,

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

formulámos uma teoria parcial de uma destas forças, a força fraca.

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

Estava em desacordo com sete — sete, contem-nas — sete experiências.

Experiments were all wrong.

As experiências estavam todas erradas.

And we published before knowing that,

Nós publicámos a teoria antes de o saber,

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

porque achámos que era tão bela que tinha que estar correta!

The experiments had to be wrong, and they were.

As experiências tinham que estar erradas, e estavam mesmo.

Now our friend over there, Albert Einstein,

O nosso amigo que ali está, Albert Einstein,

used to pay very little attention when people said,

não prestava grande atenção quando as pessoas diziam:

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

"Há um cientista que realizou uma experiência

"que parece estar em desacordo com a relatividade restrita.

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

"É DC Miller. O que é que diz a isto?"

E ele respondia, "Ah, isso há de passar."

(Risos)

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

Porque é que este tipo de teorias funciona? A questão é esta.

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

O que é queremos dizer quando falamos em beleza?

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

Vou tentar esclarecer este ponto — esclarecê-lo em parte.

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

Porque é que funciona? O que tem a ver com os seres humanos?

Vou-vos fornecer já a resposta à última pergunta:

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

não tem nada a ver com os seres humanos.

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

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

Algures num outro planeta, na órbita de qualquer estrela muito distante,

maybe in a another galaxy,

provavelmente noutra galáxia,

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

poderá haver seres que sejam, pelo menos, tão inteligentes como nós,

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

e estejam interessados na ciência.

Não é impossível, penso que provavelmente há muitos.

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

Muito provavelmente,

nenhum está suficientemente perto para interagir connosco.

But they could be out there, very easily.

Mas podem estar por aí, muito provavelmente.

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

Suponham que eles têm um aparelho sensorial muito diferente.

Têm sete tentáculos, têm 14 olhos compostos muito engraçados

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

e um cérebro com a forma de um "pretzel".

and a brain shaped like a pretzel.

Would they really have different laws?

Será que eles têm leis diferentes?

Há muitas pessoas que acreditam nisso,

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

mas eu penso que estão totalmente enganados.

I think there are laws out there,

Penso que há leis neste mundo,

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

e claro, não as compreendemos muito bem, neste momento, mas tentamos.

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

Tentamos aproximarmo-nos delas cada vez mais.

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

Um dia, talvez possamos descobrir a teoria unificada fundamental

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

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

Podemos até não estar muito longe de o conseguir.

We may not even be terribly far from it.

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

Mesmo que não cheguemos lá durante a nossa vida,

we can still think there is one out there,

podemos continuar a pensar que ela existe.

Estamos apenas a tentar chegar lá cada vez mais perto.

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

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

Penso que esta é a questão fundamental.

We express these things mathematically.

Nós exprimimos estas coisas matematicamente.

And when the mathematics is very simple --

Quando a matemática é muito simples,

when in terms of some mathematical notation,

quando, em termos de qualquer notação matemática,

conseguimos escrever a teoria de modo sintético,

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

sem grandes complicações,

é essencialmente a isso que chamamos beleza ou elegância.

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

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

Foi isso que eu quis dizer sobre as leis.

Elas existem mesmo.

Newton certainly believed that.

Certamente que Newton acreditava nisso e disse:

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

"O propósito da filosofia natural é descobrir essas leis."

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

A lei fundamental — isto é uma suposição.

The assumption is that the basic law really takes the form

A suposição é que a lei fundamental assume a forma

of a unified theory of all the particles.

de uma teoria unificada de todas as partículas.

Há pessoas que lhe chamam "teoria de tudo".

Now, some people call that a theory of everything.

Isso é incorreto, porque esta teoria é mecânica quântica.

That's wrong because the theory is quantum mechanical.

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

Não vou discorrer sobre mecânica quântica, qual o seu significado, etc.

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

Aliás, já devem ter ouvido muitas coisas erradas sobre mecânica quântica.

(Risos)

Até há filmes sobre ela com muitas coisas erradas.

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

Mas o principal é que ela prevê probabilidades.

But the main thing here is that it predicts probabilities.

Now, sometimes those probabilities are near certainties.

Por vezes essas probabilidades são quase certezas.

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

E em muitos casos familiares, claro que o são.

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

Outras vezes não são, e só temos probabilidades para diferentes resultados.

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 a lei fundamental mais uma série incrivelmente longa de acasos,

ou de resultados aleatórios, por acréscimo.

or chance outcomes, that are there in addition.

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

A teoria fundamental não inclui esses resultados aleatórios,

eles vêm por acréscimo.

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

Por isso não é uma teoria de tudo.

Na realidade, há uma quantidade gigantesca de informações

in the universe around us comes from those accidents,

no universo à nossa volta que resultam desses acasos,

e não apenas da lei fundamental.

and not just from the fundamental laws.

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

Diz-se, com frequência, que estamos cada vez mais perto

das leis fundamentais ao examinarmos fenómenos a baixas energias

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

e, de seguida, a energias mais altas, e ainda mais altas,

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

ou distâncias mais curtas e, a seguir, ainda mais curtas

e de novo distâncias ainda mais curtas, etc.,

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

É como descascar as camadas de uma cebola.

And we keep doing that,

Continuamos a fazê-lo,

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,

Procuramos a estrutura das partículas a um nível cada vez mais profundo.

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

Desse modo, ficaremos provavelmente cada vez mais próximos da lei fundamental.

Sucede que, quando fazemos isto,

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

consoante vamos descascando as camadas da cebola

and we get closer and closer to the underlying law,

e nos aproximamos cada vez mais da lei de base,

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

verificamos que cada camada

tem algo em comum com a anterior, e com a seguinte.

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

Podemos escrevê-lo matematicamente,

and we see they use very similar mathematics.

e verificamos que a matemática é muito semelhante.

As diferentes camadas requerem uma matemática semelhante.

They require very similar mathematics.

That is absolutely remarkable, and that is a central feature

Isto é absolutamente notável, e é um aspeto principal

of what I'm trying to say today.

daquilo que estou a tentar dizer.

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

A propósito, aquele ali é Newton.

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

Este é Albert Einstein. Olá, Al!

(Risos)

Newton disse:

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

"A natureza é semelhante a si mesma"

— personificando a natureza no feminino.

And so what happens is that the new phenomena,

O que sucede é que os novos fenómenos,

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

as novas camadas, as camadas interiores

das camadas ligeiramente menores da cebola

that we get to, resemble the slightly larger ones.

que atingimos, parecem-se com as ligeiramente maiores.

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

O tipo de matemática de que necessitámos para a camada anterior

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

é quase o mesmo de que necessitamos para a camada seguinte.

É por isso que as equações parecem tão simples.

And that's why the equations look so simple.

Because they use mathematics we already have.

Porque usam a matemática que já temos.

Um exemplo trivial é este.

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

Newton descobriu a lei da gravitação,

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

que é proporcional ao inverso do quadrado da distância entre coisas que se atraem.

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

Coulomb, em França, descobriu a mesma lei para as cargas elétricas.

Este é um exemplo dessa semelhança.

Here's an example of this similarity.

You look at gravity, you see a certain law.

Analisamos a gravidade e vemos uma certa lei.

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

A seguir analisamos a eletricidade e obtemos a mesma regra.

It's a very simple example.

Este é um exemplo muito simples

There are lots of more sophisticated examples.

Há muitos outros exemplos mais complexos.

Symmetry is very important in this discussion.

A simetria é muito importante nesta análise.

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

Sabem o que significa.

Por exemplo, uma circunferência é simétrica

is symmetric under rotations about the center of the circle.

segundo as rotações em torno do seu centro.

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

Roda-se a circunferência em torno do centro,

a circunferência permanece na mesma.

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

Em três dimensões, se rodarmos uma esfera em torno do centro,

and all those rotations leave the sphere alone.

todas as rotações deixam a esfera na mesma.

São simetrias da esfera.

They are symmetries of the sphere.

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

Em geral, dizemos que há uma simetria

under certain operations if those operations leave the phenomenon,

perante certas operações, se essas operações deixam o fenómeno,

or its description, unchanged.

ou a sua descrição, inalterada.

Maxwell's equations are of course symmetrical

Obviamente, as equações de Maxwell são simétricas

quanto às rotações de todo o espaço.

under rotations of all of space.

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

Nada altera se rodarmos todo o espaço segundo um certo ângulo,

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

não altera o fenómeno da eletricidade ou do magnetismo.

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

No século XIX surge uma nova notação para exprimir isto.

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

Se usarmos essa notação, as equações ficam muito mais simples.

A seguir Einstein, com a sua teoria da relatividade restrita,

Then Einstein, with his special theory of relativity,

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

debruçou-se sobre um novo conjunto de simetrias das equações de Maxwell,

which are called special relativity.

que se designam por relatividade restrita.

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

Assim, essas simetrias tornam as equações ainda mais curtas e mais belas.

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

Vamos ver.

Não precisam de saber o significado de tudo isto, não faz nenhuma diferença.

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

(Risos)

Podem ver a forma.

You see above, at the top, a long list

Vemos em cima uma longa lista de equações

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

com três componentes para as três direções do espaço:

x, y e z.

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

Usando a análise vetorial, usamos a simetria de rotação,

e obtemos este novo conjunto.

A seguir usamos a simetria da relatividade restrita

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

e obtemos um conjunto ainda mais simples, aqui em baixo,

down here, showing that symmetry exhibits better and better.

mostrando que a simetria se revela cada vez melhor.

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

Quanto mais simetria tivermos,

melhor se revela a simplicidade e a elegância da teoria.

Nas últimas duas, a primeira equação diz-nos

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

que as cargas elétricas e as correntes

give rise to all the electric and magnetic fields.

originam todos os campos elétricos e magnéticos.

A última equação diz-nos que esse é o único magnetismo que existe.

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

Todo o magnetismo resulta das cargas e das correntes elétricas.

The only magnetism comes from electric charges and currents.

Someday we may find some slight hole in that argument.

Talvez um dia encontremos alguma falha neste argumento.

Mas por enquanto, isto é o que vale.

But for the moment, that's the case.

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

Há, agora, uma evolução excitante de que muitos ainda não ouviram falar.

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

Deviam ouvir falar disso,

mas é um pouco complicado para explicar com pormenor técnico,

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

por isso não o vou fazer, vou apenas referi-lo.

(Risos)

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

Foram Chen Ning Yang, a quem chamamos "Frank" Yang ...

(Risos)

... e Bob Mills que a formularam, há 50 anos,

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

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

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

Uma simetria completamente nova.

A whole new symmetry.

Uma matemática muito similar, mas com uma simetria totalmente nova.

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

They hoped that this would contribute somehow to particle physics

Eles esperavam que isso contribuísse, de algum modo,

para a física de partículas, mas não.

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

Não contribuiu, por si só, para a física de partículas.

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

Mas, depois disso, outros generalizaram essa simetria. E aí sim.

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

Resultou numa descrição muito bela da força forte e da força fraca.

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

Por isso dizemos, de novo, o que já dissemos antes.

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

Cada camada da cebola mostra uma semelhança com as camadas adjacentes.

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

A matemática para as camadas adjacentes é muito semelhante

à que necessitamos para a nova camada.

And therefore it looks beautiful

Por isso é muito bela.

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

Porque já a sabemos escrever de modo conciso e sedutor.

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

Os temas são estes.

Acreditamos que há uma teoria unificada na base de todas as regularidades.

Os passos na direção da unificação mostram a simplicidade.

Steps toward unification exhibit the simplicity.

A simetria demonstra a simplicidade.

Symmetry exhibits the simplicity.

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

Há também uma auto-semelhança entre escalas,

por outras palavras, de uma camada da cebola para outra.

from one skin of the onion to another one.

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

Auto-semelhança de proximidade.

Isso também vale para este fenómeno.

Isso justifica porque é que a beleza é um critério bem-sucedido

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

para escolher a teoria correta.

Newton disse:

Here's what Newton himself said:

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

"A Natureza é muito semelhante e consonante consigo mesma."

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

Ele estava a pensar numa coisa que a maioria de nós nem discute

mas, no tempo dele, não era uma coisa que fosse reconhecida.

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

Há uma história — não sabemos se é verdadeira —

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

que muitas pessoas contam.

Vem referida em quatro fontes.

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

Quando a praga atingiu Cambridge, Newton foi para a quinta da mãe

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

— porque a universidade foi encerrada —

e viu uma maçã a cair de uma árvore, ou em cima da cabeça ou algo do género.

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

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

Repentinamente percebeu que a força que fizera cair a maçã no chão

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

podia ser a mesma força que regulava os movimentos dos planetas e da lua.

Isso foi uma unificação enorme para aquele tempo,

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

embora atualmente a consideremos como um dado adquirido.

É a mesma teoria da gravidade.

It's the same theory of gravity.

Por isso ele disse que este princípio da natureza, a consonância:

So he said that this principle of nature, consonance:

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

"Como este princípio da natureza está muito distante das conceções dos filósofos,

I forbore to describe it in that book,

"evitei descrevê-lo neste livro,

"porque, no mínimo, eu seria considerado como um lunático extravagante ..."

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

— todos temos que ter cuidado com isso...

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

(Risos)

... sobretudo nesta reunião —

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

" ... e desse modo predispor os meus leitores contra todas as coisas

"que são o propósito fundamental do livro."

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

Quem é que hoje pode argumentar que isto é um mero conceito do espírito humano?

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

Que a força que faz com que a maçã caia no chão

é a mesma força que origina as órbitas dos planetas e da lua?

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

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

Toda a gente sabe. É uma propriedade da gravitação.

Não é uma coisa que exista no espírito do homem.

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

Obviamente, o espírito humano pode apreciá-la e tirar prazer dela,

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

utilizá-la, mas não resulta do espírito humano.

Resulta do carácter da gravidade.

It stems from the character of gravity.

Isso é verdade para todas as coisas de que temos estado a falar.

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

They are properties of the fundamental law.

Há 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 diversas camadas da cebola

são parecidas umas com as outras.

Por esse motivo a matemática para uma camada

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

permite que se exprima, de modo simples e belo,

the phenomenon of the next skin.

o fenómeno da camada seguinte.

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

Já disse que nesse ano, Newton fez uma série de coisas:

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

a teoria da gravitação, as leis do movimento, o cálculo,

a luz branca composta por todas as cores do arco-íris.

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

Podia ter escrito um ensaio sobre "O que fiz nas minhas férias de verão."

(Risos).

(Laughter)

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

Não devemos assumir estes princípio como postulados metafísicos separados.

They follow from the fundamental theory.

Eles resultam da teoria fundamental.

São aquilo que designamos por propriedades emergentes.

They are what we call emergent properties.

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

Não precisamos de mais uma coisa para obter mais outra coisa.

É esse o significado de emergência.

That's what emergence means.

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

A vida pode emergir da física e da química,

acrescidas de um conjunto enorme de acasos.

O espírito humano pode surgir da neurobiologia

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

acrescida de um conjunto de acasos,

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

a ligação química resulta da física, e de alguns acasos.

It doesn't diminish the importance of these subjects

A importância destes assuntos não diminui

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

por sabermos que eles resultam

de coisas mais fundamentais, mais os acasos.

Esta é uma regra geral, e é muito importante termos consciência disso.

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

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

Não necessitamos de mais coisas para obter mais coisas.

Quando as pessoas leem o meu livro, "O Quark e o Jaguar", perguntam sempre:

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

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

"Não existe mais nada para além do que lá está?"

Presumably, they mean something supernatural.

Provavelmente, estão a pensar numa coisa sobrenatural.

Anyway, there isn't. (Laughter)

De qualquer modo, não há.

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

(Risos)

Não precisamos de mais coisas para explicar mais coisas.

Thank you very much. (Applause)

Muito obrigado.

(Aplausos)