Have we reached the end of physics? | Harry Cliff

Переводчик: Semyon Fomin Редактор: Anna Kotova

A hundred years ago this month, a 36-year-old Albert Einstein

Сто лет назад 36-летний Альберт Эйнштейн

stood up in front of the Prussian Academy of Sciences in Berlin

выступил в Прусской академии наук в Берлине,

to present a radical new theory of space, time and gravity:

представляя радикально новую теорию пространства, времени и гравитации:

the general theory of relativity.

общую теорию относительности.

General relativity is unquestionably Einstein's masterpiece,

Общая относительность — это, бесспорно, шедевр Эйнштейна,

a theory which reveals the workings of the universe at the grandest scales,

теория, раскрывающая работу Вселенной в величайших масштабах,

capturing in one beautiful line of algebra

запечатлившая в одной красивой формуле всё:

everything from why apples fall from trees to the beginning of time and space.

от причины падения яблок с деревьев до начала времени и пространства.

1915 must have been an exciting year to be a physicist.

1915-й наверняка был захватывающим годом для физиков.

Two new ideas were turning the subject on its head.

Две новые идеи перевернули всё с ног на голову.

One was Einstein's theory of relativity,

Первая — теория относительности Эйнштейна,

the other was arguably even more revolutionary:

вторая — возможно, ещё более революционная:

quantum mechanics,

квантовая механика,

a mind-meltingly strange yet stunningly successful new way

умопомрачительный, и очень удачный новый способ

of understanding the microworld, the world of atoms and particles.

понимания микромира атомов и частиц.

Over the last century, these two ideas have utterly transformed

На протяжении прошлого столетия эти две идеи крайне изменили

our understanding of the universe.

наше понимание Вселенной.

It's thanks to relativity and quantum mechanics

Это благодаря относительности и квантовой механике

that we've learned what the universe is made from,

мы узнали, из чего сделана Вселенная,

how it began and how it continues to evolve.

как она началась и как продолжает развиваться.

A hundred years on, we now find ourselves at another turning point in physics,

Спустя сто лет мы наблюдаем другой переломный момент в физике,

but what's at stake now is rather different.

но ставки изменились.

The next few years may tell us whether we'll be able

В течение ещё нескольких лет мы узнаем, сможем ли мы

to continue to increase our understanding of nature,

дальше пополнять наши знания о природе

or whether maybe for the first time in the history of science,

или, может, в первый раз в истории науки,

we could be facing questions that we cannot answer,

мы столкнёмся с вопросами, на которые не сможем ответить, —

not because we don't have the brains or technology,

не потому что у нас недостаточно мозгов или технологий,

but because the laws of physics themselves forbid it.

а потому что сами законы физики не позволяют этого.

This is the essential problem: the universe is far, far too interesting.

Основная проблема: Вселенная слишком интересна.

Relativity and quantum mechanics appear to suggest

Относительность и квантовая механика предполагают,

that the universe should be a boring place.

что Вселенная должна быть скучной.

It should be dark, lethal and lifeless.

Тёмной, смертельной и безжизненной.

But when we look around us, we see we live in a universe full of interesting stuff,

Но, оглянувшись, мы видим, что живём в интереснейшей Вселенной,

full of stars, planets, trees, squirrels.

полной звёзд, деревьев, белок.

The question is, ultimately,

Вопрос, в первую очередь,

why does all this interesting stuff exist?

почему все эти интересные вещи существуют?

Why is there something rather than nothing?

Почему есть что-то вместо ничто?

This contradiction is the most pressing problem in fundamental physics,

Это противоречие и есть насущнейшая проблема в фундаментальной физике,

and in the next few years, we may find out whether we'll ever be able to solve it.

и за следующие несколько лет мы узнаем, получится ли её решить.

At the heart of this problem are two numbers,

В центре этой проблемы два числа,

two extremely dangerous numbers.

два крайне опасных числа.

These are properties of the universe that we can measure,

Это измеримые свойства Вселенной,

and they're extremely dangerous

и они очень опасны,

because if they were different, even by a tiny bit,

потому что если бы они отличались хоть немного,

then the universe as we know it would not exist.

то Вселенная, какой мы её знаем, не существовала бы.

The first of these numbers is associated with the discovery that was made

Первое число связано с открытием, сделанным

a few kilometers from this hall, at CERN, home of this machine,

в нескольких километрах отсюда, в ЦЕРНе, доме этой машины,

the largest scientific device ever built by the human race,

крупнейшей научной машины, когда-либо построенной человеком,

the Large Hadron Collider.

в Большом адронном коллайдере [БАК].

The LHC whizzes subatomic particles around a 27-kilometer ring,

БАК пускает субатомные частицы по 27-километровому кольцу,

getting them closer and closer to the speed of light

приближая их к скорости света

before smashing them into each other inside gigantic particle detectors.

и сталкивая внутри огромных детекторов частиц.

On July 4, 2012, physicists at CERN announced to the world

4 июля 2012 года физики из ЦЕРНа сообщили миру

that they'd spotted a new fundamental particle

об открытии новой фундаментальной частицы,

being created at the violent collisions at the LHC: the Higgs boson.

созданной во время столкновений в БАК: бозоне Хиггса.

Now, if you followed the news at the time,

Если вы тогда следили за новостями,

you'll have seen a lot of physicists getting very excited indeed,

то видели многих действительно взволнованных физиков,

and you'd be forgiven for thinking

ничего страшного, если вы подумали,

we get that way every time we discover a new particle.

что мы всегда так реагируем, открыв новую частицу.

Well, that is kind of true,

Это отчасти правда,

but the Higgs boson is particularly special.

но бозон Хиггса особенный.

We all got so excited because finding the Higgs

Мы так обрадовались, потому что обнаружение Хиггса

proves the existence of a cosmic energy field.

доказывает существование космического энергетического поля.

Now, you may have trouble imagining an energy field,

У вас могут быть проблемы в понимании энергетического поля,

but we've all experienced one.

но мы все с ним сталкивались.

If you've ever held a magnet close to a piece of metal

Если вы держали магнит рядом с металлом

and felt a force pulling across that gap,

и чувствовали силу, притягивающую их,

then you've felt the effect of a field.

то вы чувствовали эффект поля.

And the Higgs field is a little bit like a magnetic field,

Поле Хиггса напоминает магнитное,

except it has a constant value everywhere.

только у него постоянное значение повсюду.

It's all around us right now.

Оно и сейчас вокруг нас.

We can't see it or touch it,

Нельзя увидеть его или коснуться,

but if it wasn't there,

но если бы его не было,

we would not exist.

мы бы не существовали.

The Higgs field gives mass

Поле Хиггса придаёт массу

to the fundamental particles that we're made from.

фундаментальным частицам, из которых мы сделаны.

If it wasn't there, those particles would have no mass,

Без него частицы не имели бы массы,

and no atoms could form and there would be no us.

атомы не могли бы сформироваться и нас бы не было.

But there is something deeply mysterious about the Higgs field.

Но есть кое-что очень загадочное в поле Хиггса.

Relativity and quantum mechanics tell us that it has two natural settings,

По относительности и квантовой механике, у него есть два состояния,

a bit like a light switch.

как у выключателя.

It should either be off,

Он либо выключен,

so that it has a zero value everywhere in space,

с нулевым значением повсеместно в пространстве,

or it should be on so it has an absolutely enormous value.

либо он должен быть включён, имея непомерно громадное значение.

In both of these scenarios, atoms could not exist,

При любом из этих сценариев атомы не существовали бы,

and therefore all the other interesting stuff

как и все другие интересные вещи,

that we see around us in the universe would not exist.

что окружают нас во Вселенной.

In reality, the Higgs field is just slightly on,

На самом деле, поле Хиггса совсем чуть-чуть активно,

not zero but 10,000 trillion times weaker than its fully on value,

в 10 000 триллионов раз слабее, чем его максимальное значение, но не ноль,

a bit like a light switch that's got stuck just before the off position.

как заклинивший у положения «выкл» выключатель.

And this value is crucial.

И это значение решающее.

If it were a tiny bit different,

Будь оно хоть немного другим,

then there would be no physical structure in the universe.

тогда бы не было физических структур Вселенной.

So this is the first of our dangerous numbers,

Это первое из наших опасных чисел,

the strength of the Higgs field.

сила поля Хиггса.

Theorists have spent decades trying to understand

Теоретики потратили десятилетия, пытаясь понять,

why it has this very peculiarly fine-tuned number,

почему оно имеет это тонко настроенное значение,

and they've come up with a number of possible explanations.

и они пришли к нескольким возможным обоснованиям.

They have sexy-sounding names like "supersymmetry"

Есть такие экзотические названия, как «суперсимметрия»

or "large extra dimensions."

или «сверхбольшие измерения».

I'm not going to go into the details of these ideas now,

Я сейчас не буду вдаваться в подробности этих идей,

but the key point is this:

но суть в следующем:

if any of them explained this weirdly fine-tuned value of the Higgs field,

если бы какая-то из них объясняла это непонятное тонкое значение поля Хиггса,

then we should see new particles being created at the LHC

мы должны были бы видеть новые частицы, созданные в БАК,

along with the Higgs boson.

наряду с бозоном Хиггса.

So far, though, we've not seen any sign of them.

Мы до сих пор не видели никаких признаков их наличия.

But there's actually an even worse example

На самом деле есть и более жуткий пример

of this kind of fine-tuning of a dangerous number,

этих тонко настроенных опасных значений,

and this time it comes from the other end of the scale,

и в этот раз он исходит с другой стороны —

from studying the universe at vast distances.

от изучения Вселенной в громадных расстояниях.

One of the most important consequences of Einstein's general theory of relativity

Одно из наиболее важных последствий общей относительности Эйнштейна —

was the discovery that the universe began as a rapid expansion of space and time

открытие того, что Вселенная началась быстрым расширением пространства и времени

13.8 billion years ago, the Big Bang.

13,8 миллиарда лет назад, называемым Большим взрывом.

Now, according to early versions of the Big Bang theory,

Согласно ранним версиям теории Большого взрыва,

the universe has been expanding ever since

Вселенная всё ещё расширяется,

with gravity gradually putting the brakes on that expansion.

и гравитация постепенно останавливает это расширение.

But in 1998, astronomers made the stunning discovery

Но в 1998 г. астрономы сделали удивительное открытие,

that the expansion of the universe is actually speeding up.

что расширение Вселенной на самом деле ускоряется.

The universe is getting bigger and bigger faster and faster

Вселенная становится больше всё быстрее и быстрее,

driven by a mysterious repulsive force called dark energy.

движимая загадочной отталкивающей силой под названием «тёмная энергия».

Now, whenever you hear the word "dark" in physics,

Когда вы слышите слово «тёмный» в физике,

you should get very suspicious

следует насторожиться,

because it probably means we don't know what we're talking about.

потому что, скорее всего, оно значит, что мы не знаем, о чём мы говорим.

(Laughter)

(Смех)

We don't know what dark energy is,

Мы не знаем, что такое тёмная энергия,

but the best idea is that it's the energy of empty space itself,

но лучшее предположение, что это энергия самогó пустого пространства,

the energy of the vacuum.

энергия вакуума.

Используя старую добрую квантовую механику,

Now, if you use good old quantum mechanics to work out

how strong dark energy should be,

чтобы выяснить силу тёмной энергии,

you get an absolutely astonishing result.

мы получаем совершенно удивительный результат.

You find that dark energy

Тёмная энергия

should be 10 to the power of 120 times stronger

должна быть в 10 в степени 120 раз сильнее значения,

than the value we observe from astronomy.

что мы наблюдаем в астрономии.

That's one with 120 zeroes after it.

Это единица и 120 нулей после.

This is a number so mind-bogglingly huge

Число настолько огромное,

that it's impossible to get your head around.

что невозможно представить его в голове.

We often use the word "astronomical" when we're talking about big numbers.

Мы часто говорим «астрономическое» о больших числах.

Well, even that one won't do here.

Но даже оно тут не подойдёт.

This number is bigger than any number in astronomy.

Это число больше, чем любое в астрономии.

It's a thousand trillion trillion trillion times bigger

Оно в тысячу триллионов триллионов триллионов раз больше,

than the number of atoms in the entire universe.

чем число атомов во Вселенной.

So that's a pretty bad prediction.

Довольно плохой прогноз.

In fact, it's been called the worst prediction in physics,

Фактически, это было названо худшим прогнозом в физике,

and this is more than just a theoretical curiosity.

и это не просто теоретическая любознательность.

If dark energy were anywhere near this strong,

Если бы тёмная энергия была такой сильной,

then the universe would have been torn apart,

Вселенную бы разорвало на части,

stars and galaxies could not form, and we would not be here.

звёзды и галактики не могли бы формироваться и нас бы здесь не было.

So this is the second of those dangerous numbers,

Это второе из тех опасных чисел,

the strength of dark energy,

сила тёмной энергии,

and explaining it requires an even more fantastic level of fine-tuning

и объяснение её требует ещё большего уровня точной настройки,

than we saw for the Higgs field.

чем мы видели у поля Хиггса.

But unlike the Higgs field, this number has no known explanation.

Но в отличие от поля Хиггса, это число не имеет известных объяснений.

The hope was that a complete combination

Была надежда на то, что сочетание

of Einstein's general theory of relativity,

эйнштейновской теории общей относительности,

which is the theory of the universe at grand scales,

описывающей Вселенную в огромной масштабе,

with quantum mechanics, the theory of the universe at small scales,

и квантовой механики — теории о Вселенной в мельчайшем масштабе,

might provide a solution.

может привести к решению.

Einstein himself spent most of his later years

Эйнштейн сам провёл свои поздние годы

on a futile search for a unified theory of physics,

в тщетном поиске универсальной теории физики,

and physicists have kept at it ever since.

и физики продолжают этот поиск до сих пор.

One of the most promising candidates for a unified theory is string theory,

Один из наиболее перспективных кандидатов на универсальную теорию — теория струн.

and the essential idea is,

Основная идея в том,

if you could zoom in on the fundamental particles that make up our world,

что если бы можно было рассмотреть частицы, из которых состоит наш мир,

you'd see actually that they're not particles at all,

то было бы видно, что они вовсе не частицы,

but tiny vibrating strings of energy,

а мельчайшие вибрирующие струны энергии,

with each frequency of vibration corresponding to a different particle,

где каждая частота вибрации отвечает определённой частице,

a bit like musical notes on a guitar string.

как музыкальные ноты на гитарной струне.

So it's a rather elegant, almost poetic way of looking at the world,

Это довольно элегантное, почти поэтическое видение мира,

but it has one catastrophic problem.

но в нём есть одна ужасная проблема.

It turns out that string theory isn't one theory at all,

Выясняется, что теория струн вовсе не одна теория,

but a whole collection of theories.

а множество теорий вместе.

It's been estimated, in fact,

Предположительно,

that there are 10 to the 500 different versions of string theory.

существует от 10 до 500 разных версий теории струн.

Each one would describe a different universe

И каждая описывает свою Вселенную

with different laws of physics.

со своими законами физики.

Now, critics say this makes string theory unscientific.

Критики говорят, что это делает теорию струн ненаучной.

You can't disprove the theory.

Её нельзя опровергнуть.

But others actually turned this on its head

Но другие выворачивают её наизнанку

and said, well, maybe this apparent failure

и говорят, что, может быть, этот явный провал

is string theory's greatest triumph.

и есть величайший триумф теории струн.

What if all of these 10 to the 500 different possible universes

Что, если все эти от 10 до 500 разных возможных Вселенных

actually exist out there somewhere

действительно существуют где-то

in some grand multiverse?

в какой-то огромной мультивселенной?

Suddenly we can understand

Внезапно мы понимаем

the weirdly fine-tuned values of these two dangerous numbers.

эти непонятные тонко настроенные значения двух опасных чисел.

In most of the multiverse,

Обычно в мультивселенной

dark energy is so strong that the universe gets torn apart,

тёмная энергия настолько сильна, что Вселенную разрывает на части,

or the Higgs field is so weak that no atoms can form.

или поле Хиггса такое слабое, что атомы не могут сформироваться.

We live in one of the places in the multiverse

Мы живём в одном из мест мультивселенной,

where the two numbers are just right.

где два числа оптимальны.

We live in a Goldilocks universe.

Мы живём во Вселенной тонкой настройки.

Now, this idea is extremely controversial, and it's easy to see why.

Эта идея крайне противоречива, и понятно почему.

If we follow this line of thinking,

Если мы последуем этой логике,

then we will never be able to answer the question,

тогда мы никогда не сможем ответить на вопрос:

"Why is there something rather than nothing?"

«Почему есть что-то вместо ничто?»

In most of the multiverse, there is nothing,

В основном мультивселенная и состоит из этого ничто,

and we live in one of the few places

а мы живём в одном из нескольких мест,

where the laws of physics allow there to be something.

где законы физики позволяют чему-то быть.

Even worse, we can't test the idea of the multiverse.

Хуже того, мы не можем проверить идею мультивселенной.

We can't access these other universes,

Не можем попасть в эти другие вселенные,

so there's no way of knowing whether they're there or not.

нельзя знать наверняка, существуют они или нет.

So we're in an extremely frustrating position.

Мы в крайне печальном положении.

That doesn't mean the multiverse doesn't exist.

Это не значит, что мультивселенная не существует.

There are other planets, other stars, other galaxies,

Есть другие звёзды, планеты, галактики,

so why not other universes?

почему не может быть других вселенных?

The problem is, it's unlikely we'll ever know for sure.

Проблема в том, что мы вряд ли когда-нибудь узнаем наверняка.

Now, the idea of the multiverse has been around for a while,

Идея мультивселенной существует уже давно,

but in the last few years, we've started to get the first solid hints

но последние несколько лет мы находим подсказки,

that this line of reasoning may get born out.

что эти предположения могут подтвердиться.

Despite high hopes for the first run of the LHC,

Помимо больших надежд первого запуска БАК,

what we were looking for there --

то, что мы там искали, —

we were looking for new theories of physics:

новые теории физики:

supersymmetry or large extra dimensions

суперсимметрию или сверхбольшие измерения,

that could explain this weirdly fine-tuned value of the Higgs field.

которые бы объяснили эту неясную тонкую настройку поля Хиггса.

But despite high hopes, the LHC revealed a barren subatomic wilderness

Но невзирая на надежды, БАК раскрыл бесплодную субатомную пустыню,

populated only by a lonely Higgs boson.

где обитает лишь бозон Хиггса.

My experiment published paper after paper

Мы публиковали работу за работой,

where we glumly had to conclude that we saw no signs of new physics.

в которых мы с горечью заключили, что не нашли признаков новой физики.

The stakes now could not be higher.

Ставки сейчас высоки как никогда.

This summer, the LHC began its second phase of operation

Этим летом БАК начал вторую фазу операции,

with an energy almost double what we achieved in the first run.

с энергией почти вдвое больше, чем мы получили в первый запуск.

What particle physicists are all desperately hoping for

Все физики элементарных частиц отчаянно надеются

are signs of new particles, micro black holes,

обнаружить следы новых частиц, микроскопических чёрных дыр

or maybe something totally unexpected

или, может, чего-то совершенно неожиданного,

emerging from the violent collisions at the Large Hadron Collider.

появившегося в результате столкновений в Большом адронном коллайдере.

If so, then we can continue this long journey

Будь так, мы сможем продолжить этот длинный путь,

that began 100 years ago with Albert Einstein

начатый 100 лет назад Альбертом Эйнштейном,

towards an ever deeper understanding of the laws of nature.

к более полному пониманию законов природы.

But if, in two or three years' time,

Но если в течение двух-трёх лет,

when the LHC switches off again for a second long shutdown,

когда БАК снова выключат для следующего долгого перерыва,

мы не найдём ничего кроме бозона Хиггса,

we've found nothing but the Higgs boson,

then we may be entering a new era in physics:

тогда начнётся новая эра в физике:

an era where there are weird features of the universe that we cannot explain;

эра, в которой мы не можем объяснить тайны Вселенной;

an era where we have hints that we live in a multiverse

эра, где у нас есть подсказки, что мы живём в мультивселенной,

that lies frustratingly forever beyond our reach;

что лежит далеко за нашими границами досягаемости;

an era where we will never be able to answer the question,

эра, в которой мы никогда не сможем ответить на вопрос:

"Why is there something rather than nothing?"

«Почему есть что-то вместо ничто?»

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)

Bruno Giussani: Harry, even if you just said

Бруно Джуссани: Гарри, даже если ты сейчас сказал,

the science may not have some answers,

что наука может не дать некоторых ответов,

I would like to ask you a couple of questions, and the first is:

я бы хотел задать вам пару вопросов, вот первый:

building something like the LHC is a generational project.

постройка чего-то вроде БАК является проектом поколений.

I just mentioned, introducing you, that we live in a short-term world.

Представляя вас, я упомянул, что мы живём в мире коротких сроков.

How do you think so long term,

Как вам удаётся задумываться о долгосрочной перспективе,

projecting yourself out a generation when building something like this?

выходя за рамки поколения, при постройке чего-то подобного?

Harry Cliff: I was very lucky

Гарри Клифф: Мне повезло,

что я присоединился к эксперименту в 2008-м,

that I joined the experiment I work on at the LHC in 2008,

just as we were switching on,

когда мы только начинали,

and there are people in my research group who have been working on it

в моей исследовательской группе были люди, которые работали над ним

for three decades, their entire careers on one machine.

три десятилетия, посвятив свои карьеры одной машине.

So I think the first conversations about the LHC were in 1976,

Думаю, что первые разговоры о БАК начались в 1976 г.,

and you start planning the machine without the technology

и планирование машины началось без технологий,

that you know you're going to need to be able to build it.

которые были нужны для строительства.

So the computing power did not exist in the early '90s

Компьютерные мощности не существовали в начале 90-х,

when design work began in earnest.

когда серьёзно шла разработка.

One of the big detectors which record these collisions,

А в одном из детекторов столкновений —

they didn't think there was technology

они не думали, что была технология,

that could withstand the radiation that would be created in the LHC,

которая бы выдержала радиацию, создаваемую в БАК, —

so there was basically a lump of lead in the middle of this object

так вот посреди него был просто кусок свинца

with some detectors around the outside,

с датчиками снаружи и внутри,

but subsequently we have developed technology.

но позднее мы разработали технологию.

So you have to rely on people's ingenuity, that they will solve the problems,

Нужно рассчитывать на способности людей, что они решат проблемы,

but it may be a decade or more down the line.

но это может быть через десятилетие или даже позднее.

БД: Китай две-три недели назад сообщил,

BG: China just announced two or three weeks ago

that they intend to build

что они намерены построить

a supercollider twice the size of the LHC.

суперколлайдер вдвое больше БАК.

I was wondering how you and your colleagues welcome the news.

Мне интересно, как вы и ваши коллеги относитесь к этим новостям.

HC: Size isn't everything, Bruno. BG: I'm sure. I'm sure.

ГК: Размер не главное, Бруно. БД: Точно, точно.

(Laughter)

(Смех)

It sounds funny for a particle physicist to say that.

Звучит забавно из уст физика частиц.

But I mean, seriously, it's great news.

Но если серьёзно, это отличные новости.

So building a machine like the LHC

Постройка машины вроде БАК

requires countries from all over the world to pool their resources.

требует объединения ресурсов стран по всему миру.

No one nation can afford to build a machine this large,

Никакая нация не может позволить постройку такой машины,

apart from maybe China,

кроме, может, Китая,

because they can mobilize huge amounts of resources,

потому что они могут привлечь огромные ресурсы,

manpower and money to build machines like this.

людей и деньги для постройки такой машины.

So it's only a good thing.

Это исключительно хорошо.

What they're really planning to do is to build a machine

Что они реально планируют, так это сделать машину,

that will study the Higgs boson in detail and could give us some clues

детально изучающую бозон Хиггса и раскрывающую

as to whether these new ideas, like supersymmetry, are really out there,

новые идеи вроде суперсимметрии — реально ли они существуют.

so it's great news for physics, I think.

Отличные новости для физики, я думаю.

BG: Harry, thank you. HC: Thank you very much.

БД: Гарри, спасибо. ГК: Вам большое спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)