Murray Gell-Mann: Beauty and truth in physics

Перекладач: Andriy Sokolov Утверджено: Andriy Drozd

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

Дякую, що повісили тут портрети моїх колег.

(Laughter) We'll be talking about them.

(Сміх). Ми про них поговоримо.

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

Зараз я збираюсь спробувати один експеримент. Я не роблю експериментів, зазвичай. Я --- теоретик.

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

Але я збираюсь подивитись, що станеться як я натисну оцю кнопку.

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

Те що треба. Гаразд. Колись я працював в цій галузі, галузі елементарних частинок.

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

Що трапляється з матерією, коли її добряче рубанути?

What is it made of?

Із чого вона складається?

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

І закони цих частинок вірні повсюди у Всесвіті,

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

і вони дуже сильно пов'язані із історією Всесвіту.

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

Ми знаємо багацько про чотири сили. Їх має бути значно більше,

but those are at very, very small distances,

але ці діють на дуже, дуже маленьких відстанях,

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

і поки що ми ще не дуже багато взаємодіяли з ними.

The main thing I want to talk about is this:

Основне, про що я хочу поговорити це ось що:

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

у нас є той видатний досвід в цій галузі фундаментальної фізики,

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

що краса --- це дуже успішний критерій для вибору правильної теорії.

And why on earth could that be so?

І чому б в біса це так?

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

Ну, ось приклад із мого власного досвіду.

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

Досить драматично, взагалі-то, що таке сталося.

Three or four of us, in 1957,

Троє чи четверо нас, у 1957,

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

висунули напівзавершену теорію однієї із цих сил, цієї слабкої сили.

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

І вона не погоджувалась із сімома --- сімома, порахуйте, сімома експериментами.

Experiments were all wrong.

Всі експерименти були невірними.

And we published before knowing that,

І ми опублікувались не знаючи цього,

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

бо ми зрозуміли, що вона настільки красива, що має бути правильною!

The experiments had to be wrong, and they were.

Експерименти мали бути неправильними, і вони виявились такими.

Now our friend over there, Albert Einstein,

Ось оцей наш друг отамо, Альберт Енштейн,

used to pay very little attention when people said,

свого часу не зертав багато уваги на те, коли люди говорили,

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

"Знаєш, один чоловік зробив експеримент, який, схоже, не погоджується із спеціальною теорією відносності.

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

Д. К. Міллер. Як із цим?" І він говорив тоді, "А, та це пройде." (Сміх).

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

Отже, чому ж такі штуки спрацьовують? Ось питання.

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

Отже... Так, що ж ми маємо на увазі під "красивим"? Це по-перше.

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

Я намагатимусь прояснити це --- чи напівпрояснити.

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

Чому це повинно спрацьовувати, і чи має це відношення до людських істот?

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

Я розкрию вам свою відповідь на останнє запитання:

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

так от, це не має ніякого відношення до людських істот.

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

Десь на іншій планеті, що крутиться навколо страшенно далекої зірки,

maybe in a another galaxy,

може й в іншій галактиці,

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

цілком можуть існувати сутності, принаймні такі ж розумні як і ми,

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

і такі що цікавляться наукою. Це не неможливо; я думаю таких чималенько існує.

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

Дуже схоже, що жодні не знаходяться достатньо близько щоб взаємодіяти із нами.

But they could be out there, very easily.

Але вони можуть бути десь там, запросто.

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

І припустимо, вони мають, знаєте, зовсім інакший сенсорний апарат, і все таке.

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

Вони мають сім щупалець, і у них 14 маленьких кумедних фасеткових очей,

and a brain shaped like a pretzel.

і мозок у формі кренделя.

Would they really have different laws?

Чи дійсно у них будуть інші закони?

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

Багато людей вірять що так, а я думаю, що це казки баби Параски.

I think there are laws out there,

Я думаю, що існують закони,

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

і ми зараз, звичайно ж, не розуміємо їх як слід

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

--- але намагаємось зрозуміти. І намагаємось підібратись все ближче і ближче.

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

І коли-небудь ми може і знайдемо фундаментальну об'єднану теорію

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

частинок і сил, яку я називаю "фундаментальним законом".

We may not even be terribly far from it.

Може ми й не так далеко від цього.

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

Але навіть якщо ми не наткнемося на нього протягом наших життів,

we can still think there is one out there,

ми все ж можемо думати що він такий існує

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

і ми просто намагаємось підібратись до нього все ближче і ближче.

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

Думаю, це основне, що треба сказати.

We express these things mathematically.

Ці речі ми виражаємо математикою.

And when the mathematics is very simple --

І коли математика дуже проста ---

when in terms of some mathematical notation,

коли у вигляді якихось математичних записів

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

ви можете записати теорію дуже коротко, без великої кількості ускладнень, ---

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

саме це я і маю на увазі, коли говорю про красу чи елегантність.

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

Ось що я говорив про закони. Вони справді існують.

Newton certainly believed that.

Звісно ж Ньютон у це вірив.

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

І він казав, ось, "Це справа натуральної філософії --- знайти ці закони".

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

Щодо найпростішого закону, тут зробимо одне припущення.

The assumption is that the basic law really takes the form

Припущення, що найпростіший закон дійсно має вигляд

of a unified theory of all the particles.

об'єднаної теорії всіх частинок.

Now, some people call that a theory of everything.

Зараз дехто називає це теорією всього.

That's wrong because the theory is quantum mechanical.

Це неправильно, тому що теорія є квантово механічною.

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

І я не влізатиму у численні речі, пов'язані із квантовою механікою, і на що вона схожа, і інше.

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

Все одно ви вже чули про це чимало неправильного. (Сміх).

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

Є навіть фільми про це, з купою всього невірного.

But the main thing here is that it predicts probabilities.

Але основне тут те, що вона передбачає вірогідності.

Now, sometimes those probabilities are near certainties.

Так, інколи ці вірогідності є майже достовірностями.

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

І у багатьох знайомих випадках це, звісно ж, так.

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

Але іншим разом --- ні, і тоді ви маєте лише імовірності різних завершеннь [процесів].

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

Тож що це значить, це те що історія Всесвіту не визначається самим фундаментальним законом.

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

Це є сума фундаментального закону і неймовірно довгої послідовністі подій,

or chance outcomes, that are there in addition.

які є випадковостями.

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

І фундаментальна теорія не включає ці випадкові завершення; вони є додатком.

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

Тож вона не є теорією всього. І, фактично, величезна кількість інформації

in the universe around us comes from those accidents,

у Всесвіті навколо нас утворилась із цих випадковостей,

and not just from the fundamental laws.

а не просто із фундаментальних законів.

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

Отже, часто говорять, що коли ми підбираємось ближче і ближче

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

до фундаментальних законів, досліджуючи явища на низьких енергіяїх, і потім на вищих енергіях,

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

і потім на ще вищих енергіях, чи малих відстанях, і потім на ще менших відстанях,

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

і потім на ще менших відстанях, і так далі, то це схоже на те, як чистять шкірку цибулі.

And we keep doing that,

І ми продовжуємо це робити,

and build more powerful machines, accelerators for particles.

і будувати все потужніші машини, прискорювачі частинок,

We look deeper and deeper into the structure of particles,

Ми заглядаємо глибше і глибше до структури частинок,

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

і таким чином ми, мабуть, підбираємось все ближче і ближче до цього фундаментального закону.

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

Отже, що відбувається: коли ми це робимо, коли ми знімаємо шкірочки із цибулини,

and we get closer and closer to the underlying law,

і наближаємось все ближче і ближче до фундаментального закону,

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

ми бачимо, що кожна шкірочка дещо схожа із попередньою,

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

і з наступою. Ми записуємо іх за допомогою математики,

and we see they use very similar mathematics.

і бачимо, що у записах використовується дуже схожа математика.

They require very similar mathematics.

Вони вимагають дуже схожої математики.

That is absolutely remarkable, and that is a central feature

Це зовсім незвичнайно, і це родзинка

of what I'm trying to say today.

того, що я хочу розказати сьогодні.

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

Ньютон називав це --- оце Ньютон, доречі --- ось цей.

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

Це Альберт Енштейн. Привіт, Ал! В усякому разі,

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

він говорив, "природа, що самоузгоджена" --- обособлюючи природу як жінку.

And so what happens is that the new phenomena,

Тож відбвуається те, що нові явища,

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

нові шкірочки, ті внутрішні шкірочки, трохи менші шкірочки цибулини

that we get to, resemble the slightly larger ones.

до яких ми дістаємось, нагадують трохи більші шкірки.

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

І наша математика для минулої шкірки

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

майже така ж сама, яка потрібна нам для наступної шкурки.

And that's why the equations look so simple.

І саме тому рівняння мають такий простий вигляд.

Because they use mathematics we already have.

Тому що вони використовують математику, яка вже в нас є.

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

Найпростіший приклад: Ньютон відкрив закон тяжіння,

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

яке змінюється як обернений квадрат відстані між тілами, що притягаються.

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

Кулон, у Франції, відкрив такий же закон для електричних зарядів.

Here's an example of this similarity.

От вам і приклад цієї схожості.

You look at gravity, you see a certain law.

Коли ви розглядаєте гравітацію, то маєте певний закон.

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

Тоді дивитесь на електрику і, ну звісно, те ж правило.

It's a very simple example.

Це дуже простий приклад.

There are lots of more sophisticated examples.

Існує багато більш хитрих прикладів.

Symmetry is very important in this discussion.

Симетрії відіграють значну роль у нашому обговоренні.

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

Ви знаєте що це означає. Наприклад, коло

is symmetric under rotations about the center of the circle.

симетричне відносно обертань навколо свого центру.

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

Ви обертаєте [площину] кругом центру кола, коло лишається незмінним.

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

Візміть сферу, у трьохвимірному просторі, обертайте навколо центру сфери,

and all those rotations leave the sphere alone.

і всі обертання її не зачіпають.

They are symmetries of the sphere.

Це симетрії сфери.

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

Отже, взагалі, ми говоримо про симетрію

under certain operations if those operations leave the phenomenon,

відносно деяких операцій якщо ці операції лишають явище,

or its description, unchanged.

чи його опис, незмінним.

Maxwell's equations are of course symmetrical

Рівняння Максвелла, звісно, симетричні

under rotations of all of space.

віносно обертань усього простору вцілому.

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

Неважливо, чи повернемо ми увесь простір на деякий кут,

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

це все одно не залишає... не змінює електричних чи магнітних явищ.

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

У XIX столітті з'явилась нова форма запису, що виражала це,

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

і якщо використати його, то рівняння стануть значно простіше.

Then Einstein, with his special theory of relativity,

Тоді Ейнштейн, із своєю спеціальною теорією відносності,

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

звернув увагу на цілий набір симетрій рівняннь Максвелла,

which are called special relativity.

які називаються симетріями спеціальної відносності.

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

І тому ці симетрії, в свою чергу, скорочують рівняння і роблять їх ще красивішими.

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

Поглянемо на це. Вам не потрібно знати, що значать всі ці речі, це не має значення.

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

Але ви можете просто дивитись на них. (Сміх). Ви бачите їх форму.

You see above, at the top, a long list

Ви бачите вище, нагорі, довгий список

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

рівняннь із трьома компонентами для трьох напрямів у просторі: x, y, і z.

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

Тоді, використовуючи векторний аналіз, ви враховуєте симетрію обертань, і отримуєте ось цей, наступний набір.

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

Тоді ви використовуєте симетрії спеціальної відносності і маєте навіть простіший набір

down here, showing that symmetry exhibits better and better.

ось тут нижче, що демонструє симетрію все краще і краще.

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

Чим більше у вас симетрій, тим краще ви показуєте простоту і елегантність теорії.

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

Останні два: перше рівняння говорить, що електричні заряди і струми

give rise to all the electric and magnetic fields.

породжують електричні і магнітні поля.

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

Наступне --- друге --- рівняння твердить, що іншого магнетизму не буває.

The only magnetism comes from electric charges and currents.

Єдино можливий магнетизм викликається електричними зарядами і струмами.

Someday we may find some slight hole in that argument.

Колись ми, можливо, знайдемо шпаринку у цьому твердженні.

But for the moment, that's the case.

Але насьогодні, все саме так.

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

Далі --- захоплююча розробка, про яку чуло небагато людей.

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

Вони мали б про неї чути, та її важкувато пояснити у деталях,

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

тож я цього не робитиму. Я просто скажу про неї. (Сміх).

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

Але Чен Нінг Янг, якого ми називаємо "Френком" Янгом --- (Сміх)

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

--- і Боб Мілз 50 років тому запропонували

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

ось це узагальнення теорії Максвелла, із новою симетрією.

A whole new symmetry.

Цілою новою симетрією.

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

Дуже схожа математика, але тут була ціла нова симетрія.

They hoped that this would contribute somehow to particle physics

Вони сподівались, що ця розробка знадобиться десь у фізиці елементарних частинок

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

--- але ні. Сама по собі вона не знадобилась у фізиці елементарних частинок.

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

Але тоді дехто з нас узагальнив її далі. От тоді вона і пригодилась!

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

І дала дуже красиве пояснення сильної взаємодії і слабкої взаємодії.

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

Тож повторимо вже сказане:

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

кожна шкірка цибулини виявляє схожість із сусідніми шкірками.

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

Тож математика прилеглих шкірок дуже схожа на те що нам потрібно для нової шкірки.

And therefore it looks beautiful

Тому математика і має красивий вигляд.

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

Адже ми вже знаємо як записати її у гарненькому, короткому вигляді.

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

Отже, основні мотиви. Ми віримо, що існує об'єднана теорія, яка є основою усіх закономірностей.

Steps toward unification exhibit the simplicity.

Кроки у напрямку об'єднання показують простоту.

Symmetry exhibits the simplicity.

Симетрії показують простоту.

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

І, потім, існує "самосхожість", що проходить крізь маштаби --- іншими словами,

from one skin of the onion to another one.

від шкурочки до шкурочки нашої цибулини.

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

Наближена самосхожість. Ось що пояснює це явище.

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

Це пояснює, чому краса є успішним критерієм для вибору правильної теорії.

Here's what Newton himself said:

Сам Ньютон говорив наступне:

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

"Природа дуже співзвучна і самоузгоджена сама із собою"

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

Дещо з того, про що він думав, більшість із нас насьогодні вважає самоочевидним,

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

але в його час це не вважалось самоочевидним.

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

Є одна відома історія, не можна бути повнісю впевненим що вона правдива, але багато хто її розповідає.

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

Вона дається у чотирьох джерелах. Що коли була чума у Кебріджі,

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

і він виїхав на ферму своєї матері --- бо університет було закрито ---

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

він побачив як яблуко падає із дерева, йому на голову, чи щось таке.

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

І несподівано він зрозумів, що сила яка притягує яблуко до землі

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

може бути тією ж силою, що керує рухом планет і місяця.

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

Це було великим об'єднанням для тих часів, хоча сьогодні ми вважаємо це очевидним.

It's the same theory of gravity.

Тут одна і та ж теорія гравітації.

So he said that this principle of nature, consonance:

Тож він сказав, що цей принцип природи, самоузгодженність:

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

"Цей принцип природи є дуже далеким від концепцій філософів,

I forbore to describe it in that book,

я відмовляюсь описувати його у цій книзі,

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

вважатимусь щонайменше екстравагантним придурком..."

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

Тут нам всім потрібно пильнувати. (Сміх). Особливо на цій зустрічі.

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

"... тож мої читачі матимуть упередження щодо всіх тих речей, що лежать в головному задумі книги."

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

Хто сьогодні вважатиме це просто зарозумілістю людського розуму?

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

Що та сила, яка змушує яблоко падати додолу, ---

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

це та ж сила, що змушує обертатись планети і місяць,

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

і так далі? Всі це знають. Це властивість гравітації.

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

Це не щось у людському розумі. Звичайно, розум може цінувати

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

і насолоджіватись цим, використовувати це, але це не... воно має витоки не в людському розумі.

It stems from the character of gravity.

Воно має витоки в особливостях гравітації.

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

І це правда для всього, про що ми говоримо.

They are properties of the fundamental law.

Це властивості фундаментального закону.

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

Фундаментальний закон в тому, що різні шкірки цибулини нагадують одна одну,

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

і тому математика однієї шкурочки дозволяє вам виразити красиво і просто

the phenomenon of the next skin.

явище із наступної шкірки.

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

Тут я говорю, що Ньютон зробив багацько того року:

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

гравітація, закони руху, математичний аналіз, те що біле світло складається із усіх кольорів веселки.

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

І він міг би написати оповідання на тему "Як я провів літо".

(Laughter)

(Сміх).

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

Тож непотрібно припускати ці принципи як окремі метафізичні постулати.

They follow from the fundamental theory.

Вони випливають із фундаментальної теорії.

They are what we call emergent properties.

Це те що ми називаємо емерджентними властивостями. [Тобто, властивостями, що виникли із простіших властивостей.]

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

Не потрібно --- не потрібно чогось більшого, щоб отримати щось більше.

That's what emergence means.

Ось що означає емерджентність.

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

Життя можна з'явитись із фізики і хімії, плюс купа випадковостей.

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

Людський розум може виникнути із нейробіології і купи випадковостей,

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

характер хімічних зв'язків виникає із фізики і певних випадковостей.

It doesn't diminish the importance of these subjects

Знання що вони випливають із більш фундаментальних речей і випадковостей

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

не зменшує важливості цих наук.

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

Ось загальне правило, і це конче важливо розуміти.

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

Не потрібно чогось більшого, щоб більше отримати.

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

Люди, що прочитали мою книжку, "Кварк і ягуар" продовжують задавати питання.

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

Вони говорять, "А чи нема чогось більшого, чогось поза цим всім?"

Presumably, they mean something supernatural.

Можна припустити, що вони мають на увазі щось надприродне.

Anyway, there isn't. (Laughter)

Тим не менш, немає. (Сміх).

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

Непотрібно чогось більшого, щоб більше пояснити.

Thank you very much. (Applause)

Дякую вам дуже. (Оплески).