Η κβαντική θεωρία πεδίου μπορεί να είναι η πιο επιτυχημένη επιστημονική θεωρία όλων των εποχών, προβλέποντας πειραματικά αποτελέσματα με εκπληκτική ακρίβεια και προάγοντας τη μελέτη των μαθηματικών υψηλότερων διαστάσεων. Ωστόσο, υπάρχει επίσης λόγος να πιστεύουμε ότι κάτι του λείπει. Ο Steven Strogatz μιλά με τον David Tong, έναν θεωρητικό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, για να διερευνήσει τα ανοιχτά ερωτήματα αυτής της αινιγματικής θεωρίας.
Ακούστε Apple Podcasts, Spotify, Podcasts Google, Ράπτων, Συντονιστείτε ή την αγαπημένη σας εφαρμογή podcasting, ή μπορείτε μεταδώστε το από Quanta.
Αντίγραφο
Στίβεν Στροτζάτζ (00:03): Είμαι ο Steve Strogatz, και αυτό είναι The Joy of Why, ένα podcast από το περιοδικό quantum που σας μεταφέρει σε μερικές από τις μεγαλύτερες αναπάντητα ερωτήματα στα μαθηματικά και τις επιστήμες σήμερα.
(00:12) Αν έχετε αναρωτηθεί ποτέ από τι είμαστε φτιαγμένοι, πιθανότατα βρήκατε τον εαυτό σας να πηγαίνει κάτω από μια τρύπα από λαγουδάκια. Όπως και άλλα έμβια όντα, φυσικά, είμαστε φτιαγμένοι από κύτταρα. Και τα κύτταρα, με τη σειρά τους, αποτελούνται από μόρια και τα μόρια από άτομα. Σκάψτε ακόμα πιο βαθιά και πολύ σύντομα θα βρεθείτε στο επίπεδο των ηλεκτρονίων και των κουάρκ. Αυτά είναι τα σωματίδια που παραδοσιακά θεωρούνταν το τέλος της γραμμής, τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης.
(00:39) Αλλά σήμερα, γνωρίζουμε ότι είναι δεν συμβαίνει στην πραγματικότητα. Αντίθετα, οι φυσικοί μας λένε ότι στο βαθύτερο επίπεδο, τα πάντα αποτελούνται από μυστηριώδεις οντότητες, ουσίες που μοιάζουν με υγρά που ονομάζουμε κβαντικά πεδία. Αυτά τα αόρατα πεδία άλλοτε λειτουργούν σαν σωματίδια, άλλοτε σαν κύματα. Μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους. Μπορούν ακόμη, μερικά από αυτά, να ρέουν ακριβώς μέσα μας. ο θεωρία των κβαντικών πεδίων είναι αναμφισβήτητα η πιο επιτυχημένη επιστημονική θεωρία όλων των εποχών. Σε ορισμένες περιπτώσεις, κάνει προβλέψεις που συμφωνούν με τα πειράματα με εκπληκτικά 12 δεκαδικά ψηφία. Επιπλέον, η κβαντική θεωρία πεδίου έχει επίσης ρίξει τεράστιο φως σε ορισμένα ερωτήματα στα καθαρά μαθηματικά, ειδικά στη μελέτη τετραδιάστατων σχημάτων και ακόμη υψηλότερων διαστάσεων χώρων. Ωστόσο, υπάρχει επίσης λόγος να πιστεύουμε ότι κάτι λείπει από την κβαντική θεωρία πεδίου. Φαίνεται να είναι μαθηματικά ελλιπής, αφήνοντάς μας πολλά αναπάντητα ερωτήματα.
(01:38) Μαζί μου τώρα για να συζητήσουμε όλα αυτά είναι ο καθηγητής Ντέιβιντ Τονγκ. Ο Ντέιβιντ είναι θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ. Η ειδικότητά του είναι η κβαντική θεωρία πεδίου και είναι επίσης γνωστός ως εξαιρετικά ταλαντούχος δάσκαλος και εκθέτης. Μεταξύ των πολλών διακρίσεών του, του απονεμήθηκε το βραβείο Adams το 2008, ένα από τα πιο σημαντικά βραβεία που απονέμει το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ. Είναι επίσης Simons Investigator, ένα βραβείο από το Ίδρυμα Simons σε επιστήμονες και μαθηματικούς για τη μελέτη θεμελιωδών ερωτημάτων. Το Ίδρυμα Simons χρηματοδοτεί επίσης αυτό το podcast. Ντέιβιντ, σε ευχαριστούμε πολύ που ήρθες μαζί μας σήμερα.
Ντέιβιντ Τονγκ (02:15): Γεια, Steve. Ευχαριστώ πολύ που με έχεις.
Strogatz: Είμαι ενθουσιασμένος που έχω την ευκαιρία να μιλήσω μαζί σας. Μου άρεσε να διαβάζω τις διαλέξεις σας στο διαδίκτυο και να παρακολουθώ μερικές από τις φανταστικές ομιλίες σας στο YouTube. Αυτό λοιπόν είναι μια εξαιρετική απόλαυση. Ας ξεκινήσουμε με τα βασικά. Θα μιλήσουμε για χωράφια σήμερα. Πείτε μας ποιος τα δημιούργησε. Συνήθως ο Michael Faraday παίρνει τα εύσημα. Ποια ήταν η ιδέα του; Και τι ανακάλυψε;
Κινέζικη μυστική εταιρία (02:37): Όλα πηγαίνουν πίσω στο Μιχάλης Φαραντέι. Ο Faraday ήταν ένας από τους σπουδαίους πειραματικούς φυσικούς όλων των εποχών, ήταν πολύ πειραματικός φυσικός, όχι θεωρητικός. Παράτησε το σχολείο σε ηλικία 14 ετών. Ουσιαστικά δεν ήξερε μαθηματικά. Και όμως μάλλον θαυμάσια, δημιούργησε αυτή τη διαίσθηση για τον τρόπο που λειτουργεί το σύμπαν. Αυτό σήμαινε ότι έκανε πραγματικά μια από τις πιο σημαντικές συνεισφορές στη θεωρητική φυσική. Σε μια περίοδο περίπου 25 ετών, έπαιζε με τις ιδέες του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού. Έπαιρνε μαγνήτες και τύλιγε γύρω τους χάλκινο σύρμα. Έκανε μερικά αρκετά σημαντικά πράγματα όπως η ανακάλυψη της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής και η εφεύρεση του ηλεκτροκινητήρα.
(03:19) Και μετά από περίπου 20 χρόνια από αυτό, έκανε την πολύ τολμηρή πρόταση ότι οι εικόνες που είχε μαγειρέψει στο μυαλό του για να εξηγήσει τον τρόπο που λειτουργούσαν τα πράγματα ήταν στην πραγματικότητα η σωστή περιγραφή του σύμπαντος στο οποίο ζούμε.
(03:33) Επιτρέψτε μου λοιπόν να σας δώσω ένα παράδειγμα. Εάν πάρετε δύο μαγνήτες ράβδων και τους πιέσετε μεταξύ τους, έτσι ώστε οι δύο βόρειοι πόλοι να πλησιάσουν ο ένας τον άλλον — είναι ένα πείραμα που έχουμε κάνει όλοι. Και καθώς πιέζετε αυτούς τους μαγνήτες μαζί, νιώθετε αυτή τη σπογγώδη δύναμη που τους σπρώχνει μακριά. Ο Faraday έκανε την πολύ τολμηρή πρόταση ότι στην πραγματικότητα υπήρχε κάτι ανάμεσα στους μαγνήτες. Είναι εκπληκτικό γιατί κοιτάζεις τους μαγνήτες, εκεί — είναι απλώς αραιός αέρας, δεν υπάρχει σαφώς τίποτα εκεί. Αλλά ο Faraday είπε ότι υπήρχε κάτι εκεί, υπήρχε αυτό που τώρα ονομάζουμε μαγνητικό πεδίο εκεί, το ονόμασε γραμμή δύναμης. Και ότι αυτό το μαγνητικό πεδίο ήταν τόσο πραγματικό όσο και οι ίδιοι οι μαγνήτες.
(04:11) Επομένως, ήταν ένας πολύ νέος τρόπος σκέψης για το σύμπαν στο οποίο ζούμε. Πρότεινε ότι όχι μόνο υπάρχουν σωματίδια στο σύμπαν, αλλά επιπλέον, υπάρχει αυτό το άλλο είδος αντικειμένου, ένα πολύ διαφορετικό είδος αντικειμένου , ένα πεδίο, που υπάρχει παντού στο διάστημα ταυτόχρονα. Είπε, θα λέγαμε τώρα στη σύγχρονη γλώσσα, ότι σε κάθε σημείο του σύμπαντος, υπάρχουν δύο διανύσματα, δύο βέλη. Και αυτά τα διανύσματα μας λένε την κατεύθυνση και το μέγεθος του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου.
(04:43) Μας άφησε λοιπόν αυτή την εικόνα του σύμπαντος στην οποία υπάρχει μια κάπως διχογνωμία ότι υπάρχουν δύο πολύ, πολύ διαφορετικά αντικείμενα. Υπάρχουν σωματίδια που δημιουργούν ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Και τότε αυτά τα ίδια τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία κυματίζουν και εξελίσσονται και με τη σειρά τους λένε στα σωματίδια πώς να κινηθούν. Υπάρχει λοιπόν αυτό το είδος περίπλοκου χορού ανάμεσα στο τι κάνουν τα σωματίδια και στο τι κάνουν τα πεδία. Και πραγματικά, η μεγάλη του συμβολή ήταν να πει ότι αυτά τα πεδία είναι πραγματικά, είναι πραγματικά εξίσου αληθινά με τα σωματίδια.
Strogatz (05:12): Πώς λοιπόν άλλαξε η έννοια των πεδίων μόλις ανακαλύφθηκε η κβαντική μηχανική;
Κινέζικη μυστική εταιρία (05:18): Όταν λοιπόν εμφανίστηκε η κβαντομηχανική, τώρα είναι το 1925. Και έχουμε αυτού του είδους την περίεργη άποψη του κόσμου. Ξέρουμε λοιπόν ότι υπάρχουν ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία. Και γνωρίζουμε ότι οι κυματισμοί αυτών των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων είναι αυτό που ονομάζουμε φως. Αλλά επιπλέον, λόγω της κβαντικής επανάστασης, γνωρίζουμε ότι το ίδιο το φως αποτελείται από σωματίδια, φωτόνια.
(05:41) Και έτσι προκύπτει ένα είδος ερωτήματος, το οποίο είναι, πώς πρέπει να σκεφτείτε αυτή τη σχέση μεταξύ των πεδίων από τη μια και των φωτονίων από την άλλη. Και νομίζω ότι υπάρχουν δύο λογικές πιθανότητες για τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσε να λειτουργήσει αυτό, θα μπορούσε να είναι ότι θα πρέπει να σκεφτείτε τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία ως αποτελούμενα από πολλά και πολλά φωτόνια, όπως ένα ρευστό που αποτελείται από πολλά και πολλά άτομα, και εσείς σκεφτείτε ότι τα άτομα είναι το θεμελιώδες αντικείμενο. Ή εναλλακτικά, θα μπορούσε να είναι το αντίστροφο, θα μπορούσε να είναι ότι τα πεδία είναι το θεμελιώδες πράγμα. Και τα φωτόνια προέρχονται από μικρούς κυματισμούς των πεδίων. Ήταν λοιπόν οι δύο λογικές πιθανότητες.
(06:18) Και η μεγάλη εξέλιξη στο, λοιπόν, ξεκινά κάπως το 1927. Αλλά χρειάζονται 20 ή 30 χρόνια μέχρι να εκτιμηθεί πλήρως. Η μεγάλη εκτίμηση, λοιπόν, είναι ότι είναι τα πεδία που είναι πραγματικά θεμελιώδη, ότι το ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο βρίσκεται στη βάση των πάντων. Και μικροί κυματισμοί του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου μετατρέπονται σε μικρές δέσμες ενέργειας που στη συνέχεια ονομάζουμε φωτόνια λόγω των επιδράσεων της κβαντικής μηχανικής.
(06:44) Και το υπέροχο μεγάλο βήμα, ένα από τα σπουδαία ενωτικά βήματα στην ιστορία της φυσικής, είναι να καταλάβουμε ότι η ίδια ιστορία ισχύει για όλα τα άλλα σωματίδια. Ότι τα πράγματα που ονομάζουμε ηλεκτρόνια και αυτά που ονομάζουμε κουάρκ δεν είναι τα ίδια τα θεμελιώδη αντικείμενα. Αντίθετα, υπάρχει εξαπλωμένο σε ολόκληρο το σύμπαν κάτι που ονομάζεται ηλεκτρονικό πεδίο, ακριβώς όπως το ηλεκτρικό και το μαγνητικό πεδίο. Και τα σωματίδια που ονομάζουμε ηλεκτρόνια είναι μικροί κυματισμοί αυτού του πεδίου ηλεκτρονίων. Και το ίδιο ισχύει για οποιοδήποτε άλλο σωματίδιο θέλετε να αναφέρετε. Υπάρχει ένα πεδίο κουάρκ — στην πραγματικότητα, υπάρχουν έξι διαφορετικά πεδία κουάρκ σε όλο το σύμπαν. Υπάρχουν πεδία νετρίνων, υπάρχουν πεδία για γκλουόνια και W μποζόνια. Και κάθε φορά που ανακαλύπτουμε ένα νέο σωματίδιο, το πιο πρόσφατο είναι το μποζόνιο Higgs, γνωρίζουμε ότι σχετίζεται με αυτό ένα πεδίο που βρίσκεται κάτω από αυτό, και τα σωματίδια είναι απλώς κυματισμοί του πεδίου.
Strogatz (07:33): Υπάρχει κάποιο συγκεκριμένο όνομα που πρέπει να συνδέσουμε με αυτόν τον τρόπο σκέψης;
Κινέζικη μυστική εταιρία (07:36): Υπάρχει ένα άτομο και είναι ένα, έχει σχεδόν διαγραφεί από τα βιβλία της ιστορίας, επειδή ήταν ένα πολύ δεινό μέλος του Ναζιστικού Κόμματος. Και ήταν μέλος του Ναζιστικού Κόμματος πολύ πριν κληθεί να γίνει μέλος του Ναζιστικού Κόμματος. Το όνομά του είναι Πασκάλ Τζόρνταν. Και ήταν ένας από τους ιδρυτές της κβαντικής μηχανικής. Ήταν στα πρωτότυπα χαρτιά με τον Χάιζενμπεργκ και άλλους. Αλλά ήταν πραγματικά το άτομο που πρώτος εκτίμησε ότι αν ξεκινήσεις με ένα πεδίο και εφαρμόσεις τους κανόνες της κβαντικής μηχανικής, καταλήγεις σε ένα σωματίδιο.
Strogatz (08:06): Εντάξει, καλά, πολύ καλά. Τώρα, αναφέρατε όλα αυτά τα διαφορετικά - το πεδίο ηλεκτρονίων, το κουάρκ, W και Z μποζόνια και τα υπόλοιπα. Πείτε μας λίγα λόγια για το Standard Model για το οποίο ακούμε τόσα πολλά.
Κινέζικη μυστική εταιρία (08: 18): Το Καθιερωμένο Μοντέλο is η τρέχουσα καλύτερη θεωρία μας για το σύμπαν Είναι ένα παράδειγμα μιας κβαντικής θεωρίας πεδίου. Είναι βασικά όλα τα σωματίδια που έχουμε ήδη παραθέσει. Κάθε ένα από αυτά έχει ένα πεδίο που σχετίζεται με αυτό. Και το Τυπικό μοντέλο είναι ένας τύπος που περιγράφει πώς κάθε ένα από αυτά τα πεδία αλληλεπιδρά με τα άλλα. Τα πεδία που παίζονται είναι τρία πεδία δύναμης. Και κάπως ανάλογα με το πώς μετράτε 12 πεδία ύλης, με τρόπο που θα σας εξηγήσω. Έτσι, τα τρία πεδία δύναμης είναι ο ηλεκτρισμός και ο μαγνητισμός - αφού, στην πραγματικότητα σε μεγάλο βαθμό λόγω του Faraday, συνειδητοποιούμε ότι το ηλεκτρικό πεδίο και το μαγνητικό πεδίο είναι περίπου δύο όψεις του ίδιου νομίσματος, δεν μπορείτε να έχετε τη μία χωρίς την άλλη. Εμείς, λοιπόν, τα μετράμε σαν ένα. Και τότε υπάρχουν δύο πεδία πυρηνικής δύναμης, το ένα που ονομάζεται πεδίο γλουονίου που σχετίζεται με την ισχυρή πυρηνική δύναμη. Αυτό συγκρατεί τους πυρήνες μαζί μέσα στα άτομα και τα άλλα πεδία που σχετίζονται με την ασθενή πυρηνική δύναμη. Ονομάζονται το W μποζόνιο ή το Z πεδία μποζονίων. Άρα έχουμε τρία πεδία δύναμης.
[ΕΙΣΑΓΕΤΕ ΒΙΝΤΕΟ: Το Καθιερωμένο Μοντέλο: Η Πιο Επιτυχημένη Επιστημονική Θεωρία Ποτέ]
(09:20) Και μετά έχουμε ένα σωρό πεδία ύλης, έρχονται σε τρεις ομάδες των τεσσάρων. Τα πιο γνωστά είναι ένα πεδίο ηλεκτρονίων, δύο πεδία κουάρκ που σχετίζονται με το πάνω και το κάτω κουάρκ. Το πρωτόνιο περιέχει - ω φίλε, ελπίζω να το καταλάβουμε σωστά - δύο πάνω-κάτω και το νετρόνιο περιέχει δύο κάτω και ένα πάνω, νομίζω ότι το κατάλαβα σωστά.
Strogatz (09:41): Θα μπορούσατε να με ξεγελάσετε με κάθε τρόπο. Δεν μπορώ να θυμηθώ ποτέ.
Κινέζικη μυστική εταιρία (09:43): Ναι, αλλά οι ακροατές θα μάθουν. Και μετά ένα πεδίο νετρίνων. Υπάρχει λοιπόν αυτή η συλλογή τεσσάρων σωματιδίων που αλληλεπιδρούν με τρεις δυνάμεις. Και τότε για έναν λόγο που πραγματικά δεν καταλαβαίνουμε, το σύμπαν αποφάσισε να επαναλάβει αυτά τα πεδία ύλης δύο φορές. Υπάρχει λοιπόν μια δεύτερη συλλογή τεσσάρων σωματιδίων που ονομάζεται μιόνιο, το παράξενο το γούρι και ένα άλλο νετρίνο. Ξεμείναμε από καλά ονόματα για τα νετρίνα, οπότε το ονομάζουμε νετρίνο μιονίων. Και μετά παίρνετε μια άλλη συλλογή τεσσάρων: το ταυ, το επάνω κουάρκ, το κάτω κουάρκ και, πάλι, ένα νετρίνο ταυ. Η φύση λοιπόν έχει αυτόν τον τρόπο να επαναλαμβάνεται. Και κανείς δεν ξέρει πραγματικά γιατί. Νομίζω ότι παραμένει ένα από τα μεγάλα μυστήρια. Αλλά αυτές οι συλλογές των 12 σωματιδίων που αλληλεπιδρούν με τρεις δυνάμεις αποτελούν το Καθιερωμένο Μοντέλο.
(09:43) Α, και μου έλειψε ένα. Αυτό που μου έλειψε είναι σημαντικό. Είναι το μποζόνιο Χιγκς. Το μποζόνιο Χιγκς συνδέει τα πάντα μεταξύ τους.
Strogatz (10:37): Εντάξει, αυτό είναι δελεαστικό. Ίσως θα έπρεπε να πούμε λίγο τι κάνει το μποζόνιο Higgs, τι ρόλο παίζει στο Καθιερωμένο Μοντέλο.
Κινέζικη μυστική εταιρία (10:43): Κάνει κάτι πολύ ιδιαίτερο. Δίνει μάζα σε όλα τα άλλα σωματίδια. Θα ήθελα πολύ να έχω μια καλή αναλογία για να εξηγήσω πώς δίνει μάζα. Μπορώ να δώσω μια κακή αναλογία, αλλά είναι πραγματικά μια κακή αναλογία. Η κακή αναλογία είναι ότι αυτό το πεδίο Higgs είναι απλωμένο σε όλο το διάστημα, αυτό είναι μια αληθινή δήλωση. Και η κακή αναλογία είναι ότι δρα λίγο σαν μπουκάλι ή μελάσα. Τα σωματίδια κάπως πρέπει να σπρώξουν τον δρόμο τους μέσα από αυτό, αυτό το πεδίο Higgs για να κάνουν οποιαδήποτε πρόοδο. Και αυτό τους επιβραδύνει. Θα ταξίδευαν φυσικά με την ταχύτητα του φωτός και επιβραδύνονται από την παρουσία αυτού του πεδίου Higgs. Και αυτό ευθύνεται για το φαινόμενο που ονομάζουμε μάζα.
(11:22) Ένα μεγάλο μέρος αυτών που μόλις είπα είναι βασικά ένα ψέμα. Θέλω να πω, υποδηλώνει κάπως ότι υπάρχει κάποια δύναμη τριβής στο παιχνίδι. Και αυτό δεν είναι αλήθεια. Αλλά είναι ένα από εκείνα τα πράγματα όπου οι εξισώσεις είναι πραγματικά εκπληκτικά εύκολες. Αλλά είναι μάλλον δύσκολο να καταλήξουμε σε μια συναρπαστική αναλογία που να συλλαμβάνει αυτές τις εξισώσεις.
Strogatz (11:36): Είναι μια καταπληκτική δήλωση που κάνατε, ότι χωρίς το πεδίο Higgs ή κάποιον, υποθέτω, κάποιον ανάλογο μηχανισμό, όλα θα κινούνταν με την ταχύτητα του φωτός. Σε άκουσα καλά;
Κινέζικη μυστική εταιρία (11:47): Ναι, εκτός, όπως πάντα, αυτά τα πράγματα, είναι ναι, με μια προειδοποίηση. Το «αλλά» είναι ότι εάν το πεδίο Higgs απενεργοποιηθεί, το ηλεκτρόνιο θα κινείται με την ταχύτητα του φωτός. Ξέρετε, λοιπόν, τα άτομα δεν θα ήταν ιδιαίτερα σταθερά. Το νετρίνο, το οποίο ούτως ή άλλως είναι σχεδόν χωρίς μάζα, θα ταξίδευε με την ταχύτητα του φωτός. Αλλά το πρωτόνιο ή το νετρόνιο, αποδεικνύεται, θα έχουν βασικά τις ίδιες μάζες που έχουν τώρα. Ξέρετε, τα κουάρκ μέσα τους θα ήταν χωρίς μάζα. Αλλά η μάζα των κουάρκ μέσα στο πρωτόνιο ή το νετρόνιο είναι εντελώς ασήμαντη σε σύγκριση με το πρωτόνιο ή το νετρόνιο — 0.1%, κάτι τέτοιο. Έτσι, το πρωτόνιο ή το νετρόνιο παίρνουν στην πραγματικότητα τη μάζα τους από ένα μέρος της θεωρίας του κβαντικού πεδίου που καταλαβαίνουμε λιγότερο, αλλά οι άγριες διακυμάνσεις των κβαντικών πεδίων, είναι αυτό που συμβαίνει μέσα στο πρωτόνιο ή το νετρόνιο και τους δίνει τη μάζα τους. Έτσι, τα στοιχειώδη σωματίδια θα γίνουν χωρίς μάζα - κουάρκ, ηλεκτρόνια - αλλά τα υλικά από τα οποία είμαστε φτιαγμένοι -νετρόνια και πρωτόνια- όχι. Παίρνουν τη μάζα τους από αυτόν τον άλλο μηχανισμό.
Strogatz (12:42): Απλώς είσαι γεμάτος ενδιαφέροντα πράγματα. Ας δούμε αν μπορώ να πω τι σκέφτομαι ως απάντηση σε αυτό. Και μπορείς να με διορθώσεις αν το κατάλαβα εντελώς λάθος. Έχω λοιπόν αυτά τα έντονα αλληλεπιδρώντα κουάρκ μέσα, ας πούμε, σε ένα πρωτόνιο. Και έχω στο μυαλό μου να μαντεύω ότι υπάρχουν κάποια E = mc2 σύνδεση που συμβαίνει εδώ, ότι οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις συνδέονται με κάποια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Και αυτό κατά κάποιο τρόπο μεταφράζεται σε μάζα. Είναι αυτό ή μήπως υπάρχουν εικονικά σωματίδια που δημιουργούνται και μετά εξαφανίζονται; Και όλα αυτά δημιουργούν ενέργεια και συνεπώς μάζα;
Κινέζικη μυστική εταιρία (13:16): Είναι και τα δύο αυτά που μόλις είπατε. Λέμε λοιπόν αυτό το ψέμα όταν είμαστε στο γυμνάσιο — η φυσική έχει να κάνει με το να λες ψέματα όταν είσαι νέος και να συνειδητοποιείς ότι τα πράγματα είναι λίγο πιο περίπλοκα καθώς μεγαλώνεις. Το ψέμα που λέμε, και το είπα ήδη νωρίτερα, είναι ότι υπάρχουν τρία κουάρκ μέσα σε κάθε πρωτόνιο και σε κάθε νετρόνιο. Και δεν είναι αλήθεια. Η σωστή δήλωση είναι ότι υπάρχουν πολλές εκατοντάδες κουάρκ και αντικουάρκ και γκλουόνια μέσα σε ένα πρωτόνιο. Και η δήλωση ότι υπάρχουν πραγματικά τρία κουάρκ, ο σωστός τρόπος να πούμε είναι ότι ανά πάσα στιγμή, υπάρχουν τρία περισσότερα κουάρκ από ό,τι τα αντικουάρκ. Οπότε υπάρχουν άλλα τρία. Αλλά είναι ένα εξαιρετικά περίπλοκο αντικείμενο, το πρωτόνιο. Δεν είναι τίποτα ωραίο και καθαρό. Περιέχει αυτές τις εκατοντάδες, πιθανώς και χιλιάδες διαφορετικά σωματίδια που αλληλεπιδρούν με έναν πολύ περίπλοκο τρόπο. Θα μπορούσατε να σκεφτείτε αυτά τα ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ ως, όπως λέτε, εικονικά σωματίδια, πράγματα που απλώς ξεπροβάλλουν από το κενό και ξαναμπαίνουν μέσα στο πρωτόνιο. Ή ένας άλλος τρόπος σκέψης για αυτό είναι ότι απλώς τα ίδια τα πεδία ενθουσιάζονται με έναν περίπλοκο τρόπο μέσα στο πρωτόνιο ή το νετρόνιο που συντριβεί γύρω και αυτό είναι που τους δίνει τη μάζα τους.
Strogatz (14:20): Νωρίτερα, άφησα να εννοηθεί ότι αυτή είναι μια πολύ επιτυχημένη θεωρία και ανέφερα κάτι για 12 δεκαδικά ψηφία. Μπορείτε να μας πείτε για αυτό; Επειδή αυτός είναι ένας από τους μεγάλους θριάμβους, θα έλεγα όχι μόνο της κβαντικής θεωρίας πεδίου, ή ακόμα και της φυσικής, αλλά όλης της επιστήμης. Θέλω να πω, η προσπάθεια της ανθρωπότητας να κατανοήσει το σύμπαν, αυτό είναι ίσως το καλύτερο πράγμα που έχουμε κάνει ποτέ. Και από ποσοτική άποψη, εμείς ως είδος.
Κινέζικη μυστική εταιρία (14:42): Νομίζω ότι είναι ακριβώς σωστό. Είναι κάτι εξαιρετικό. Πρέπει να πω ότι υπάρχουν μερικά πράγματα που μπορούμε να υπολογίσουμε εξαιρετικά καλά, όταν ξέρουμε τι κάνουμε, μπορούμε πραγματικά να κάνουμε κάτι θεαματικό.
Strogatz (14:42): Αρκεί για να αποκτήσετε μια φιλοσοφική διάθεση, αυτό το ζήτημα της παράλογης αποτελεσματικότητας των μαθηματικών.
Κινέζικη μυστική εταιρία (14:52): Λοιπόν, το συγκεκριμένο αντικείμενο ή η συγκεκριμένη ποσότητα, δηλαδή η αφίσα για την κβαντική θεωρία πεδίου, γιατί μπορούμε να την υπολογίσουμε πολύ καλά, αν και χρειάζονται πολλές, πολλές δεκαετίες για να κάνουμε αυτούς τους υπολογισμούς, δεν είναι εύκολοι. Αλλά επίσης σημαντικό, μπορούμε να το μετρήσουμε πειραματικά πολύ καλά. Οπότε είναι ένας αριθμός που ονομάζεται g-2, δεν είναι ιδιαίτερα σημαντικό στο μεγάλο σχήμα των πραγμάτων, αλλά ο αριθμός είναι ο εξής. Αν πάρετε ένα ηλεκτρόνιο, τότε έχει σπιν. Το ηλεκτρόνιο περιστρέφεται γύρω από κάποιον άξονα που δεν διαφέρει από τον τρόπο που περιστρέφεται η Γη γύρω από τον άξονά της. Είναι πιο κβαντικό από αυτό, αλλά δεν είναι κακή αναλογία να το έχουμε κατά νου.
(14:59) Και αν πάρετε το ηλεκτρόνιο και το βάλετε σε μαγνητικό πεδίο, η κατεύθυνση αυτής της περιστροφής επεξεργάζεται με την πάροδο του χρόνου, και αυτός ο αριθμός gΤο -2 απλώς σας λέει πόσο γρήγορα επεξεργάζεται, το -2 είναι ελαφρώς περίεργο. Αλλά θα νόμιζες αφελώς ότι αυτός ο αριθμός θα ήταν 1. Και [Παύλος] Ντιράκ κέρδισε το βραβείο Νόμπελ εν μέρει επειδή έδειξε ότι στην πραγματικότητα αυτός ο αριθμός είναι 2 προς την πρώτη προσέγγιση. Μετά [Τζούλιαν] Σβίνγκερ κέρδισε το βραβείο Νόμπελ, μαζί με τον [Richard] Feynman και τον [Sin-Itiro] Tomonaga, που έδειξαν ότι, ξέρετε, δεν είναι 2, είναι 2-πόντους-κάτι-κάτι-κάτι. Μετά με τον καιρό, φτιάξαμε αυτό το κάτι-κάτι-κάτι με άλλα εννέα κάτι στη συνέχεια. Όπως είπες, είναι κάτι που πλέον γνωρίζουμε εξαιρετικά καλά θεωρητικά και εξαιρετικά καλά πειραματικά. Και είναι απλά εκπληκτικό να βλέπεις αυτούς τους αριθμούς, ψηφίο μετά ψηφίο, να συμφωνούν μεταξύ τους. Είναι κάτι πολύ ιδιαίτερο.
(15:21) Αυτό είναι ένα από τα πράγματα που σας ωθούν προς αυτή την κατεύθυνση είναι ότι είναι τόσο καλό. Είναι τόσο καλό που αυτό δεν είναι ένα μοντέλο για τον κόσμο, αυτό είναι κάπως πολύ πιο κοντά στον πραγματικό κόσμο, αυτή την εξίσωση.
Strogatz (16:31): Έχοντας λοιπόν τραγουδήσει τους επαίνους της κβαντικής θεωρίας πεδίου, και αξίζει τον έπαινο, θα πρέπει επίσης να αναγνωρίσουμε ότι είναι μια εξαιρετικά περίπλοκη, και κατά κάποιο τρόπο, προβληματική θεωρία ή σύνολο θεωριών. Και σε αυτό το μέρος της συζήτησής μας, αναρωτιέμαι αν θα μπορούσατε να μας βοηθήσετε να καταλάβουμε ποια κράτηση πρέπει να έχουμε; Ή πού είναι τα σύνορα. Όπως, λέγεται ότι η θεωρία είναι ελλιπής. Τι είναι ελλιπές σε αυτό; Ποια είναι τα μεγάλα μυστήρια που απομένουν σχετικά με την κβαντική θεωρία πεδίου;
Κινέζικη μυστική εταιρία (17:01): Ξέρετε, εξαρτάται πραγματικά από το τι έχετε εγγραφεί. Εάν είστε φυσικός και θέλετε να υπολογίσετε αυτόν τον αριθμό g-2, τότε δεν υπάρχει τίποτα ημιτελές σχετικά με την κβαντική θεωρία πεδίου. Όταν το πείραμα γίνεται καλύτερο, ξέρετε, υπολογίζουμε ή κάνουμε καλύτερα. Μπορείτε πραγματικά να κάνετε όσο καλά θέλετε. Υπάρχουν αρκετοί άξονες σε αυτό. Επιτρέψτε μου λοιπόν να επικεντρωθώ σε ένα για αρχή.
(17:22) Το πρόβλημα προκύπτει όταν μιλάμε με τους καθαρούς μαθηματικούς φίλους μας, επειδή οι καθαροί φίλοι μας μαθηματικοί είναι έξυπνοι άνθρωποι και νομίζουμε ότι έχουμε αυτή τη μαθηματική θεωρία. Αλλά δεν καταλαβαίνουν για τι πράγμα μιλάμε. Και δεν φταίνε αυτοί, εμείς. Το ότι τα μαθηματικά με τα οποία ασχολούμαστε δεν είναι κάτι που βασίζεται σε αυστηρές βάσεις. Είναι κάτι όπου παίζουμε γρήγορα και χαλαρά με διάφορες μαθηματικές ιδέες. Και είμαστε σχεδόν σίγουροι ότι ξέρουμε τι κάνουμε, όπως δείχνει αυτή η συμφωνία με τα πειράματα. Αλλά σίγουρα δεν είναι στο επίπεδο αυστηρότητας που, καλά, σίγουρα οι μαθηματικοί θα ένιωθαν άνετα. Και νομίζω ότι όλο και περισσότερο και εμείς οι φυσικοί αισθανόμαστε άβολα.
(17:22) Πρέπει να πω ότι αυτό δεν είναι καινούργιο. Πάντα συμβαίνει όταν υπάρχουν νέες ιδέες, νέα μαθηματικά εργαλεία, που συχνά οι φυσικοί παίρνουν αυτές τις ιδέες και απλώς τρέχουν μαζί τους επειδή μπορούν να λύσουν πράγματα. Και οι μαθηματικοί είναι πάντα — τους αρέσει η λέξη «αυστηρότητα», ίσως η λέξη «παιδομανία» είναι καλύτερη. Αλλά τώρα, πάνε κάπως πιο αργά από εμάς. Σημειώνουν τα i και διασχίζουν τα Τ. Και κατά κάποιο τρόπο, με την κβαντική θεωρία πεδίου, αισθάνομαι ότι, ξέρετε, έχει περάσει τόσος καιρός, υπήρξε τόσο μικρή πρόοδος που ίσως το σκεφτόμαστε λανθασμένα. Αυτό είναι λοιπόν ένα άγχος είναι ότι δεν μπορεί να γίνει μαθηματικά αυστηρό. Και δεν είναι από την επιθυμία να προσπαθήσουμε.
Strogatz (18:33): Λοιπόν, ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε την ουσία της δυσκολίας. Ή ίσως υπάρχουν πολλοί από αυτούς. Αλλά μιλήσατε νωρίτερα για τον Michael Faraday. Και σε κάθε σημείο του χώρου, έχουμε ένα διάνυσμα, μια ποσότητα που θα μπορούσαμε να σκεφτούμε ως βέλος, έχει μια κατεύθυνση και ένα μέγεθος, ή αν προτιμούμε, θα μπορούσαμε να το σκεφτούμε ως τρεις αριθμούς ίσως σαν x, y και z συστατικό κάθε διανύσματος. Αλλά στην κβαντική θεωρία πεδίου, τα αντικείμενα που ορίζονται σε κάθε σημείο είναι, υποθέτω, πιο περίπλοκα από τα διανύσματα ή τους αριθμούς.
Κινέζικη μυστική εταιρία (18:33): Είναι. Έτσι, ο μαθηματικός τρόπος για να το πούμε αυτό είναι ότι σε κάθε σημείο, υπάρχει ένας τελεστής — κάποιοι, αν θέλετε, μήτρα απεριόριστων διαστάσεων που κάθεται σε κάθε σημείο του χώρου και δρα σε κάποιο χώρο Hilbert, που από μόνος του είναι πολύ περίπλοκος και πολύ δύσκολο να οριστεί. Άρα τα μαθηματικά είναι περίπλοκα. Και σε μεγάλο βαθμό, εξαιτίας αυτού του ζητήματος ο κόσμος είναι μια συνέχεια, πιστεύουμε ότι ο χώρος και ο χρόνος, ο χώρος ιδιαίτερα, είναι συνεχής. Και έτσι πρέπει να ορίσετε πραγματικά κάτι σε κάθε σημείο. Και δίπλα σε ένα σημείο, απειροελάχιστα κοντά σε αυτό το σημείο είναι ένα άλλο σημείο με έναν άλλο τελεστή. Υπάρχει λοιπόν ένα άπειρο που εμφανίζεται όταν κοιτάς σε όλο και μικρότερες κλίμακες αποστάσεων, όχι ένα άπειρο που πηγαίνει προς τα έξω, αλλά ένα άπειρο που πηγαίνει προς τα μέσα.
(19:44) Το οποίο προτείνει έναν τρόπο να το ξεπεράσετε. Ένας τρόπος για να το ξεπεράσετε είναι απλώς να προσποιηθείτε για αυτούς τους σκοπούς, ότι ο χώρος δεν είναι συνεχής. Στην πραγματικότητα, μπορεί κάλλιστα ο χώρος να μην είναι συνεχής. Έτσι θα μπορούσατε να φανταστείτε να έχετε ένα πλέγμα, αυτό που οι μαθηματικοί αποκαλούν πλέγμα. Έτσι, αντί να έχετε έναν συνεχή χώρο, σκέφτεστε ένα σημείο, και μετά κάποια πεπερασμένη απόσταση μακριά από αυτό, ένα άλλο σημείο. Και κάποια πεπερασμένη απόσταση από αυτό, ένα άλλο σημείο. Έτσι διακριτοποιείτε το χώρο, με άλλα λόγια, και μετά σκέφτεστε αυτό που ονομάζουμε βαθμούς ελευθερίας, το υλικό που κινείται σαν να ζει απλώς σε αυτά τα δικτυωτά σημεία αντί να ζει σε κάποιο συνεχές. Αυτό είναι κάτι που οι μαθηματικοί το χειρίζονται πολύ καλύτερα.
(19:44) Αλλά υπάρχει πρόβλημα αν προσπαθήσουμε να το κάνουμε αυτό. Και νομίζω ότι είναι ένα από τα βαθύτερα προβλήματα στη θεωρητική φυσική, στην πραγματικότητα. Είναι ότι κάποιες κβαντικές θεωρίες πεδίου, απλά δεν μπορούμε να τις διακριτοποιήσουμε με αυτόν τον τρόπο. Υπάρχει ένα μαθηματικό θεώρημα που σας απαγορεύει να γράψετε μια διακριτή έκδοση ορισμένων θεωριών κβαντικού πεδίου.
Strogatz (20:41): Ω, τα φρύδια μου ανασηκώθηκαν σε αυτό.
Κινέζικη μυστική εταιρία (20:43): Το θεώρημα ονομάζεται θεώρημα Nielsen-Ninomiya. Μεταξύ της κατηγορίας των κβαντικών θεωριών πεδίου που δεν μπορείτε να διακριτοποιήσετε είναι αυτή που περιγράφει το σύμπαν μας, το Καθιερωμένο Μοντέλο.
Strogatz (20:52): Χωρίς πλάκα! Ουάου.
Κινέζικη μυστική εταιρία (20:54): Ξέρετε, αν λάβετε αυτό το θεώρημα στην ονομαστική αξία, μας λέει ότι δεν ζούμε στο Matrix. Ο τρόπος με τον οποίο προσομοιώνετε οτιδήποτε σε έναν υπολογιστή είναι πρώτα να το διακριτοποιείτε και μετά να το προσομοιώνετε. Και όμως υπάρχει ένα θεμελιώδες εμπόδιο φαινομενικά στη διακριτοποίηση των νόμων της φυσικής όπως τους ξέρουμε. Επομένως, δεν μπορούμε να προσομοιώσουμε τους νόμους της φυσικής, αλλά σημαίνει ότι κανείς άλλος δεν μπορεί. Αν λοιπόν αγοράσετε πραγματικά αυτό το θεώρημα, τότε δεν ζούμε στο Matrix.
Strogatz (21:18): Απολαμβάνω πραγματικά, Ντέιβιντ. Αυτό είναι τόσο, τόσο ενδιαφέρον. Δεν είχα ποτέ την ευκαιρία να μελετήσω την κβαντική θεωρία πεδίου. Πήρα την κβαντική μηχανική από τον Jim Peebles στο Πρίνστον. Και αυτό ήταν υπέροχο. Και το χάρηκα πάρα πολύ, αλλά δεν συνέχισα ποτέ. Λοιπόν, η κβαντική θεωρία πεδίου, βρίσκομαι στη θέση πολλών από τους ακροατές μας εδώ, απλώς κοιτάζω με αγωνία όλα τα θαύματα που περιγράφετε,
Κινέζικη μυστική εταιρία (21:41): Μπορώ να σας πω λίγα περισσότερα για την ακριβή πτυχή του Καθιερωμένου Μοντέλου που καθιστά δύσκολη ή αδύνατη την προσομοίωση σε υπολογιστή. Υπάρχει ένα ωραίο tagline, μπορώ να προσθέσω σαν ένα tagline του Χόλιγουντ. Το σύνθημα είναι: «Μπορεί να συμβούν πράγματα στον καθρέφτη που δεν μπορούν να συμβούν στον κόσμο μας». Στη δεκαετία του 1950, Chien-Shiung Wu ανακάλυψε αυτό που ονομάζουμε παραβίαση ισοτιμίας. Αυτή είναι η δήλωση ότι όταν κοιτάς κάτι που συμβαίνει μπροστά σου, ή κοιτάς την εικόνα του στον καθρέφτη, μπορείς να διακρίνεις τη διαφορά, μπορείς να πεις αν συνέβαινε στον πραγματικό κόσμο ή στον καθρέφτη. Είναι αυτή η πτυχή των νόμων της φυσικής, ότι αυτό που συμβαίνει αντανακλάται σε έναν καθρέφτη είναι διαφορετικό από αυτό που συμβαίνει στην πραγματικότητα, που αποδεικνύεται προβληματικό. Είναι αυτή η πτυχή που είναι δύσκολο ή αδύνατο να προσομοιωθεί, σύμφωνα με αυτή τη θεωρία.
Strogatz (22:28): Είναι δύσκολο να καταλάβει κανείς γιατί εννοώ, γιατί το ίδιο το πλέγμα δεν θα είχε κανένα πρόβλημα να αντιμετωπίσει την ισοτιμία. Αλλά ούτως ή άλλως, είμαι σίγουρος ότι είναι ένα λεπτό θεώρημα.
Κινέζικη μυστική εταιρία (22:36): Μπορώ να προσπαθήσω να σας πω λίγα λόγια για το γιατί κάθε σωματίδιο στον κόσμο μας — ηλεκτρόνια, κουάρκ. Χωρίζονται σε δύο διαφορετικά σωματίδια. Τους λένε αριστερόχειρες και δεξιόχειρες. Και έχει να κάνει βασικά με το πώς αλλάζει η περιστροφή τους καθώς κινούνται. Οι νόμοι της φυσικής είναι τέτοιοι που τα αριστερόχειρα σωματίδια αισθάνονται διαφορετική δύναμη από τα δεξιόχειρα σωματίδια. Αυτό είναι που οδηγεί σε αυτήν την παραβίαση ισοτιμίας.
(22:59) Τώρα, αποδεικνύεται ότι είναι δύσκολο να γράψουμε μαθηματικές θεωρίες που είναι συνεπείς και έχουν αυτή την ιδιότητα ότι τα αριστερόχειρα σωματίδια και τα δεξιόχειρα σωματίδια βίωσαν διαφορετικές δυνάμεις. Υπάρχουν κάποιου είδους παραθυράκια που πρέπει να περάσετε. Ονομάζεται ανωμαλίες ή ακύρωση ανωμαλίας στην κβαντική θεωρία πεδίου. Και αυτές οι λεπτότητες, αυτά τα κενά από τα οποία προέρχονται, τουλάχιστον με συγκεκριμένους τρόπους υπολογισμού του γεγονότος ότι ο χώρος είναι συνεχής, βλέπετε αυτά τα κενά μόνο όταν υπάρχουν κενά, ή αυτές οι απαιτήσεις όταν ο χώρος είναι συνεχής. Οπότε το πλέγμα δεν γνωρίζει τίποτα για αυτό. Το πλέγμα δεν γνωρίζει τίποτα για αυτές τις φανταχτερές ανωμαλίες.
(23:36) Αλλά δεν μπορείτε να γράψετε μια ασυνεπή θεωρία στο πλέγμα. Οπότε με κάποιο τρόπο, το πλέγμα πρέπει να καλύψει τον κώλο του, πρέπει να βεβαιωθεί ότι ό,τι σου δίνει είναι μια συνεπής θεωρία. Και ο τρόπος που το κάνει αυτό είναι απλώς το να μην επιτρέπονται θεωρίες όπου τα αριστερόχειρα και τα δεξιόχειρα σωματίδια αισθάνονται διαφορετικές δυνάμεις.
Strogatz (23:50): Εντάξει, νομίζω ότι έχω τη γεύση του. Είναι κάτι σαν ότι η τοπολογία επιτρέπει ορισμένα από τα φαινόμενα, αυτές τις ανωμαλίες που απαιτούνται για να δούμε αυτό που βλέπουμε στην περίπτωση της αδύναμης δύναμης, που ένας διακριτός χώρος δεν θα επέτρεπε. Ότι κάτι για τη συνέχεια είναι το κλειδί.
Κινέζικη μυστική εταιρία (24:06): Το είπες καλύτερα από μένα, στην πραγματικότητα. Όλα έχουν να κάνουν με την τοπολογία. Αυτό ακριβώς είναι. Ναι.
Strogatz (24:11): Εντάξει. Καλός. Αυτό είναι ένα πολύ ωραίο βήμα για εμάς, στο σημείο που ήλπιζα ότι θα μπορούσαμε να πάμε στη συνέχεια, δηλαδή να μιλήσουμε για το τι έχει κάνει η κβαντική θεωρία πεδίου για τα μαθηματικά, γιατί αυτή είναι μια άλλη από τις μεγάλες ιστορίες επιτυχίας. Αν και, ξέρετε, για τους φυσικούς που ενδιαφέρονται για το σύμπαν, αυτό ίσως δεν είναι πρωταρχικό μέλημα, αλλά για τους ανθρώπους στα μαθηματικά, είμαστε πολύ ευγνώμονες και επίσης απογοητευμένοι για τη μεγάλη συνεισφορά που έχει γίνει με τη σκέψη για καθαρά μαθηματικά αντικείμενα , σαν να τους ενημέρωναν με γνώσεις από την κβαντική θεωρία πεδίου. Θα μπορούσατε απλώς να μας πείτε λίγο για κάποια από αυτήν την ιστορία που ξεκίνησε, ας πούμε, τη δεκαετία του 1990;
Κινέζικη μυστική εταιρία (24:48): Ναι, αυτό είναι πραγματικά ένα από τα υπέροχα πράγματα που προκύπτουν από την κβαντική θεωρία πεδίου. Και εδώ δεν υπάρχει μικρή ειρωνεία. Ξέρετε, η ειρωνεία είναι ότι χρησιμοποιούμε αυτές τις μαθηματικές τεχνικές για τις οποίες οι μαθηματικοί είναι εξαιρετικά καχύποπτοι επειδή δεν πιστεύουν ότι, ότι είναι, δεν είναι αυστηροί. Και όμως την ίδια στιγμή, είμαστε κατά κάποιο τρόπο ικανοί να ξεπεράσουμε τους μαθηματικούς και σχεδόν να τους νικήσουμε στο δικό τους παιχνίδι σε ορισμένες περιπτώσεις, όπου μπορούμε να γυρίσουμε και να τους δώσουμε αποτελέσματα που τους ενδιαφέρουν, στη δική τους περιοχή ειδικότητα, και αποτελέσματα που σε ορισμένες περιπτώσεις έχουν μεταμορφώσει εντελώς ορισμένους τομείς των μαθηματικών.
(25:22) Μπορώ λοιπόν να προσπαθήσω να σας δώσω κάποια ιδέα για το πώς λειτουργεί αυτό. Ο τομέας των μαθηματικών στον οποίο αυτό ήταν πιο χρήσιμος είναι οι ιδέες που σχετίζονται με τη γεωμετρία. Δεν είναι το μόνο. Αλλά νομίζω ότι είναι αυτό που έχουμε κάνει τη μεγαλύτερη πρόοδο στο να σκεφτόμαστε ως φυσικοί. Και φυσικά, η γεωμετρία ήταν πάντα κοντά στην καρδιά των φυσικών. Η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν μας λέει πραγματικά ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι οι ίδιοι κάποιο γεωμετρικό αντικείμενο. Έτσι, αυτό που κάνουμε είναι να πάρουμε αυτό που οι μαθηματικοί αποκαλούν πολλαπλότητα, είναι κάποιο γεωμετρικό διάστημα. Στο μυαλό σας, μπορείτε να σκεφτείτε, πρώτα, την επιφάνεια μιας μπάλας ποδοσφαίρου. Και τότε ίσως αν η επιφάνεια ενός ντόνατ, όπου υπάρχει μια τρύπα στη μέση. Και μετά γενικεύστε στην επιφάνεια ενός κουλουράκι, όπου υπάρχουν μερικές τρύπες στη μέση. Και τότε το μεγάλο βήμα είναι να τα κάνουμε όλα αυτά και να τα σπρώξουμε σε κάποιες υψηλότερες διαστάσεις και να σκεφτούμε κάποιο αντικείμενο υψηλότερων διαστάσεων με τυλιγμένο γύρω του με τρύπες υψηλότερων διαστάσεων, και ούτω καθεξής.
(26:13) Και έτσι τα είδη των ερωτήσεων που μας ζητούν οι μαθηματικοί να ταξινομήσουμε αντικείμενα όπως αυτό, να ρωτήσουμε τι είναι το ιδιαίτερο σε διαφορετικά αντικείμενα, τι είδους τρύπες μπορούν να έχουν, τις δομές που μπορούν να έχουν πάνω τους και ούτω καθεξής. Και ως φυσικοί, ερχόμαστε κάπως με κάποια επιπλέον διαίσθηση.
(26:28) Αλλά επιπλέον, έχουμε αυτό το μυστικό όπλο της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Έχουμε δύο μυστικά όπλα. Έχουμε κβαντική θεωρία πεδίου. έχουμε μια ηθελημένη αδιαφορία για την αυστηρότητα. Αυτά τα δύο συνδυάζονται πολύ, πολύ ωραία. Και έτσι θα κάνουμε ερωτήσεις όπως, πάρτε ένα από αυτά τα κενά και βάλτε ένα σωματίδιο πάνω του και ρωτήστε πώς ανταποκρίνεται αυτό το σωματίδιο στο χώρο; Τώρα με τα σωματίδια ή τα κβαντικά σωματίδια, συμβαίνει κάτι αρκετά ενδιαφέρον γιατί έχει ένα κύμα πιθανότητας που εξαπλώνεται στον χώρο. Και έτσι λόγω αυτής της κβαντικής φύσης, έχει την επιλογή να γνωρίζει κατά κάποιο τρόπο την παγκόσμια φύση του χώρου. Μπορεί να αισθανθεί όλο τον χώρο ταυτόχρονα και να καταλάβει πού είναι οι τρύπες και πού είναι οι κοιλάδες και πού είναι οι κορυφές. Και έτσι τα κβαντικά μας σωματίδια μπορούν να κάνουν πράγματα όπως να κολλήσουν σε συγκεκριμένες τρύπες. Και με αυτόν τον τρόπο, πείτε μας κάτι για την τοπολογία των χώρων.
(27:18) Υπήρξε λοιπόν μια σειρά από πολύ σημαντικές επιτυχίες στην εφαρμογή της κβαντικής θεωρίας πεδίου σε αυτή μια από τις μεγαλύτερες επιτυχίες ήταν στις αρχές της δεκαετίας του 1990, κάτι που ονομάζεται συμμετρία καθρέφτη, που έφερε επανάσταση σε μια περιοχή που ονομάζεται συμπλεκτική γεωμετρία. Λίγο αργότερα [Nathan] Seiberg και [Έντουαρντ] Γουίτεν έλυσε μια συγκεκριμένη τετραδιάστατη κβαντική θεωρία πεδίου και αυτό έδωσε νέες γνώσεις για την τοπολογία των τετραδιάστατων χώρων. Ήταν πραγματικά ένα εκπληκτικά γόνιμο πρόγραμμα, όπου αυτό που συμβαίνει εδώ και αρκετές δεκαετίες είναι ότι οι φυσικοί θα βρουν νέες ιδέες από την κβαντική θεωρία πεδίου, αλλά εντελώς ανίκανοι να τις αποδείξουν τυπικά, λόγω αυτής της έλλειψης αυστηρότητας. Και τότε θα έρθουν οι μαθηματικοί, αλλά δεν είναι μόνο το να διασταυρώνονται τα μάτια, αλλά συνήθως παίρνουν τις ιδέες και τις αποδεικνύουν με τον δικό τους τρόπο και εισάγουν νέες ιδέες.
(28:02) Και αυτές οι νέες ιδέες στη συνέχεια ανατροφοδοτούν την κβαντική θεωρία πεδίου. Και έτσι υπήρξε αυτή η πραγματικά υπέροχη αρμονική εξέλιξη μεταξύ μαθηματικών και φυσικής. Όπως αποδεικνύεται, ότι συχνά κάνουμε τις ίδιες ερωτήσεις, αλλά χρησιμοποιώντας πολύ διαφορετικά εργαλεία και μιλώντας ο ένας στον άλλο, έχουμε κάνει πολύ μεγαλύτερη πρόοδο από ό,τι θα κάναμε διαφορετικά.
Strogatz (28:18): Νομίζω ότι η διαισθητική εικόνα που δώσατε είναι πολύ χρήσιμη για να σκεφτόμαστε κατά κάποιον τρόπο αυτήν την έννοια ενός κβαντικού πεδίου ως κάτι που μετατοπίζεται. Ξέρετε, αντί για ένα σωματίδιο που θεωρούμε ότι μοιάζει με σημείο, έχετε αυτό το αντικείμενο που απλώνεται σε ολόκληρο τον χώρο και τον χρόνο, αν υπάρχει χρόνος στη θεωρία ή αν κάνουμε απλώς γεωμετρία, υποθέτω ότι απλά το σκέφτομαι ότι απλώνεται σε ολόκληρο τον χώρο. Αυτά τα κβαντικά πεδία είναι πολύ κατάλληλα για την ανίχνευση παγκόσμιων χαρακτηριστικών, όπως είπατε.
(28:47) Και αυτός δεν είναι τυπικός τρόπος σκέψης στα μαθηματικά. Έχουμε συνηθίσει να σκεφτόμαστε ένα σημείο και τη γειτονιά ενός σημείου, την απειροελάχιστη γειτονιά ενός σημείου. Αυτός είναι ο φίλος μας. Είμαστε σαν τα πιο μυωπικά πλάσματα ως μαθηματικοί, ενώ οι φυσικοί είναι τόσο συνηθισμένοι να σκέφτονται αυτά τα αυτόματα σφαιρικά αισθητήρια αντικείμενα, αυτά τα πεδία που μπορούν, όπως λέτε, να μυρίσουν τα περιγράμματα, τις κοιλάδες, τις κορυφές, τις ολόκληρες επιφάνειες των παγκόσμιων αντικειμένων.
Κινέζικη μυστική εταιρία (29:14): Ναι, αυτό ακριβώς είναι. Και μέρος της ανατροφοδότησης στη φυσική ήταν πολύ σημαντικό. Εκτιμώντας λοιπόν ότι η τοπολογία βρίσκεται πραγματικά πίσω από πολλούς τρόπους σκέψης μας στην κβαντική θεωρία πεδίων που θα πρέπει να σκεφτόμαστε σφαιρικά τόσο στη θεωρία κβαντικών πεδίων όσο και στη γεωμετρία. Και, ξέρετε, υπάρχουν προγράμματα, για παράδειγμα, για την κατασκευή κβαντικών υπολογιστών και ένας από τους πιο, ίσως είναι ένας από τους πιο αισιόδοξους τρόπους κατασκευής κβαντικών υπολογιστών.
(29:34) Αλλά αν μπορούσε να λειτουργήσει, ένας από τους πιο ισχυρούς τρόπους κατασκευής ενός κβαντικού υπολογιστή είναι η χρήση τοπολογικών ιδεών της κβαντικής θεωρίας πεδίου, όπου οι πληροφορίες δεν αποθηκεύονται σε ένα τοπικό σημείο αλλά αποθηκεύονται παγκοσμίως. ένας χώρος. Το πλεονέκτημα είναι ότι αν το σπρώξετε κάπου σε ένα σημείο, δεν καταστρέφετε τις πληροφορίες επειδή δεν αποθηκεύονται σε ένα σημείο. Είναι αποθηκευμένο παντού ταυτόχρονα. Έτσι, όπως είπα, υπάρχει αυτή η υπέροχη αλληλεπίδραση μεταξύ μαθηματικών και φυσικής που συμβαίνει καθώς μιλάμε.
Strogatz (30:01): Λοιπόν, ας αλλάξουμε ταχύτητα για μια τελευταία φορά πίσω από τα μαθηματικά προς τη φυσική και πάλι, και ίσως ακόμη και λίγο την κοσμολογία. Έτσι, όσον αφορά την ιστορία επιτυχίας της φυσικής θεωρίας, περισσότερο από τον αστερισμό των θεωριών που ονομάζουμε κβαντική θεωρία πεδίου, είχαμε αυτά τα πειράματα αρκετά πρόσφατα στο CERN. Είναι αυτό, εκεί είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, έτσι είναι;
Κινέζικη μυστική εταιρία (30:01): Σωστά. Είναι στη Γενεύη.
Strogatz (30:04): Εντάξει. Αναφέρατε για την ανακάλυψη του Higgs που προέβλεψε εδώ και 50, 60 χρόνια πριν, αλλά καταλαβαίνω ότι οι φυσικοί το είχαν — καλά, ποια είναι η σωστή λέξη; Απογοητευμένος, στεναχωρημένος, μπερδεμένος. Ότι μερικά από τα πράγματα που ήλπιζαν να δουν στα πειράματα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων δεν έχουν υλοποιηθεί. Υπερσυμμετρία, ας πούμε, να είσαι ένα. Πες μας λίγα λόγια για αυτήν την ιστορία. Πού ελπίζουμε να δούμε περισσότερα από αυτά τα πειράματα; Πώς πρέπει να νιώθουμε που δεν βλέπουμε περισσότερα;
Κινέζικη μυστική εταιρία (30:53): Ελπίζαμε να δούμε περισσότερα. Δεν έχω ιδέα πώς πρέπει να νιώθουμε όμως, που δεν έχουμε δει. Θα μπορούσα, μπορώ να σας πω την ιστορία.
Κινέζικη μυστική εταιρία (31:00): Κατασκευάστηκε λοιπόν το LHC. Και κατασκευάστηκε με την προσδοκία ότι θα ανακάλυπτε το μποζόνιο Higgs, κάτι που έγινε. Το μποζόνιο Higgs ήταν το τελευταίο μέρος του Καθιερωμένου Μοντέλου. Και υπήρχαν λόγοι να πιστεύουμε ότι μόλις ολοκληρώσαμε το Καθιερωμένο Μοντέλο, το μποζόνιο Higgs θα ήταν επίσης η πύλη που μας οδήγησε σε αυτό που έρχεται μετά, στο επόμενο στρώμα πραγματικότητας σε αυτό που έρχεται μετά. Και υπάρχουν επιχειρήματα που μπορείτε να προβάλετε, ότι όταν ανακαλύπτετε το Higgs, θα πρέπει να ανακαλύψετε περίπου στην ίδια γειτονιά, την ίδια κλίμακα ενέργειας με το Higgs, κάποια άλλα σωματίδια που κατά κάποιο τρόπο σταθεροποιούν το μποζόνιο Higgs. Το μποζόνιο Χιγκς είναι ιδιαίτερο. Είναι το μόνο σωματίδιο στο τυπικό μοντέλο που δεν περιστρέφεται. Όλα τα άλλα σωματίδια, τα ηλεκτρόνια σπιν, τα φωτόνια σπιν, είναι αυτό που λέμε πόλωση. Το μποζόνιο Higgs είναι το μόνο σωματίδιο που δεν περιστρέφεται. Κατά κάποιο τρόπο, είναι το απλούστερο σωματίδιο στο Καθιερωμένο Μοντέλο.
(31:00) Αλλά υπάρχουν επιχειρήματα θεωρητικά επιχειρήματα που λένε ότι ένα σωματίδιο που δεν περιστρέφεται πρέπει να έχει πολύ βαριά μάζα. Πολύ βαριά μέσα που ωθούνται στην υψηλότερη δυνατή κλίμακα ενέργειας. Αυτά τα επιχειρήματα είναι καλά επιχειρήματα. Θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την κβαντική θεωρία πεδίου σε πολλές άλλες καταστάσεις, σε υλικά που περιγράφονται από την κβαντική θεωρία πεδίου. Είναι πάντα αλήθεια ότι αν ένα σωματίδιο δεν περιστρέφεται, ονομάζεται βαθμωτό σωματίδιο. Και έχει ελαφριά μάζα. Υπάρχει λόγος για τον οποίο είναι πολύ φως.
(32:25) Και έτσι περιμέναμε ότι υπήρχε λόγος για τον οποίο το μποζόνιο Χιγκς είχε τη μάζα που έχει. Και πιστεύαμε ότι ο λόγος θα έρθει με κάποια επιπλέον σωματίδια που θα εμφανιστούν κάπως μόλις εμφανιστεί το Higgs. Και ίσως ήταν υπερσυμμετρία και ίσως ήταν κάτι που λέγεται technicolor. Και υπήρχαν πολλές, πάρα πολλές θεωρίες εκεί έξω. Και ανακαλύψαμε ότι ο Higgs και ο LHC —νομίζω ότι είναι σημαντικό να το προσθέσουμε— έχει ξεπεράσει κάθε προσδοκία όσον αφορά τη λειτουργία του μηχανήματος και τα πειράματα και την ευαισθησία των ανιχνευτών. Και αυτοί οι άνθρωποι είναι απόλυτοι ήρωες που κάνουν το πείραμα.
(32:56) Και η απάντηση είναι ότι δεν υπάρχει τίποτα άλλο εκεί στην ενεργειακή κλίμακα που εξερευνούμε αυτήν τη στιγμή. Και αυτό είναι ένα παζλ. Είναι ένα παζλ για μένα. Και είναι ένα παζλ για πολλούς άλλους. Κάναμε προφανώς λάθος. κάναμε προφανώς λάθος σχετικά με την προσδοκία ότι έπρεπε να ανακαλύψουμε κάτι νέο. Αλλά δεν ξέρουμε γιατί κάνουμε λάθος. Ξέρετε, δεν ξέρουμε τι ήταν λάθος με αυτά τα επιχειρήματα. Εξακολουθούν να αισθάνονται καλά, αισθάνονται ακόμα καλά για μένα. Υπάρχει λοιπόν κάτι που μας λείπει από την κβαντική θεωρία πεδίου, το οποίο είναι συναρπαστικό. Και ξέρετε, είναι καλό να κάνεις λάθος σε αυτόν τον τομέα της επιστήμης, γιατί μόνο όταν κάνεις λάθος, μπορείς τελικά να ωθηθείς προς τη σωστή κατεύθυνση. Αλλά είναι δίκαιο να πούμε ότι αυτή τη στιγμή δεν είμαστε σίγουροι γιατί κάνουμε λάθος.
Strogatz (33:32): Αυτή είναι μια καλή στάση να έχουμε, σωστά, ότι έχει σημειωθεί τόση πρόοδος από αυτά τα παράδοξα, από αυτό που φαντάζει σαν απογοήτευση εκείνη τη στιγμή. Αλλά το να το ζεις και να είσαι σε μια γενιά — εννοώ, καλά, δεν θέλω να πω ότι μπορείς να ξεβραστείς μέχρι να το καταλάβεις, αλλά είναι τρομακτική προοπτική.
Κινέζικη μυστική εταιρία (33:50): Θα ήταν μια χαρά. Αλλά θα ήθελα να είμαι ζωντανός.
Strogatz (33:56): Ναι, ένιωσα άσχημα ακόμα και που το είπα.
Πηγαίνοντας από το μικρό στο μεγάλο, γιατί δεν σκεφτόμαστε μερικά από τα κοσμολογικά ζητήματα. Γιατί μερικά από τα άλλα μεγάλα μυστήρια, πράγματα όπως η σκοτεινή ύλη, η σκοτεινή ενέργεια, το πρώιμο σύμπαν. Έτσι μελετάτε ως μια από τις δικές σας περιοχές με μεγάλο ενδιαφέρον, την εποχή αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όταν στην πραγματικότητα δεν είχαμε ακόμη σωματίδια. Απλώς είχαμε, τι, κβαντικά πεδία;
Κινέζικη μυστική εταιρία (34:22): Υπήρξε μια περίοδος μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που ονομαζόταν πληθωρισμός. Ήταν λοιπόν μια εποχή κατά την οποία το σύμπαν επεκτάθηκε πολύ, πολύ γρήγορα. Και υπήρχαν κβαντικά πεδία στο σύμπαν όταν συνέβαινε αυτό. Και αυτό που νομίζω ότι είναι πραγματικά μια από τις πιο εκπληκτικές ιστορίες σε όλη την επιστήμη είναι ότι αυτά τα κβαντικά πεδία είχαν διακυμάνσεις. Πάντα αναπηδούν πάνω-κάτω, μόνο και μόνο λόγω των κβαντικών νευρώσεων, ξέρετε. Ακριβώς όπως η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg λέει ότι ένα σωματίδιο δεν μπορεί, δεν μπορεί να βρίσκεται σε ένα συγκεκριμένο μέρος επειδή θα έχει άπειρη ορμή, έτσι ξέρετε, υπάρχει πάντα κάποια αβεβαιότητα εκεί. Ότι το ίδιο ισχύει και για αυτά τα πεδία. Αυτά τα κβαντικά πεδία δεν μπορούν να είναι ακριβώς μηδέν ή ακριβώς κάποια τιμή. Πάντα τρέμουν πάνω-κάτω μέσα από την κβαντική αβεβαιότητα.
(35:02) Και αυτό που συνέβη σε αυτά τα πρώτα δευτερόλεπτα - τα δευτερόλεπτα είναι πολύ μεγάλα. Τα πρώτα 10-30 δευτερόλεπτα, ας πούμε, της Μεγάλης Έκρηξης είναι ότι το σύμπαν επεκτάθηκε πολύ γρήγορα. Και αυτά τα κβαντικά πεδία κάπως πιάστηκαν στην πράξη, ότι κυμαίνονταν, αλλά μετά το σύμπαν τα έσυρε σε τεράστιες κλίμακες. Και αυτές οι διακυμάνσεις κόλλησαν εκεί. Δεν μπορούσαν να έχουν πια διακυμάνσεις, βασικά, για λόγους αιτιότητας, γιατί τώρα είχαν διαδοθεί τόσο πολύ που, ξέρετε, το ένα μέρος της διακύμανσης δεν ήξερε τι έκανε το άλλο. Έτσι, αυτές οι διακυμάνσεις απλώνονται σε ολόκληρο το σύμπαν, πολύ παλιά.
(35:43) Και η υπέροχη ιστορία είναι ότι μπορούμε να τα δούμε, μπορούμε να τα δούμε τώρα. Και τους τραβήξαμε μια φωτογραφία. Άρα η φωτογραφία έχει τρομερό όνομα. Ονομάζεται κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων. Ξέρετε αυτή τη φωτογραφία, είναι οι μπλε και κόκκινοι κυματισμοί. Αλλά είναι μια φωτογραφία της βολίδας που γέμισε το σύμπαν πριν από 13.8 δισεκατομμύρια χρόνια, και υπάρχουν κυματισμοί εκεί μέσα. Και οι κυματισμοί που μπορούμε να δούμε γεννήθηκαν από αυτές τις κβαντικές διακυμάνσεις στα πρώτα λίγα κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Και μπορούμε να κάνουμε τον υπολογισμό, μπορείτε να υπολογίσετε πώς μοιάζουν οι κβαντικές διακυμάνσεις. Και μπορείτε να μετρήσετε πειραματικά τις διακυμάνσεις στο CMB. Και απλώς συμφωνούν. Είναι λοιπόν μια εκπληκτική ιστορία που μπορούμε να τραβήξουμε μια φωτογραφία αυτών των διακυμάνσεων.
(36:30) Αλλά υπάρχει επίσης ένα επίπεδο απογοήτευσης και εδώ. Οι διακυμάνσεις που βλέπουμε είναι αρκετά βανίλιες, είναι ακριβώς αυτές που θα έπαιρνες από τα ελεύθερα χωράφια. Και θα ήταν ωραίο αν μπορούσαμε να πάρουμε περισσότερες πληροφορίες, αν μπορούσαμε να δούμε — το στατιστικό όνομα είναι ότι οι διακυμάνσεις είναι Gaussian. Και θα ήταν ωραίο να δούμε κάποια μη-Γκαουσιανότητα, η οποία θα μας λέει για τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των πεδίων στο πολύ, πολύ πρώιμο σύμπαν. Και έτσι πάλι, ο δορυφόρος Planck έχει, έχει πετάξει και τράβηξε ένα στιγμιότυπο του CMB με όλο και πιο ξεκάθαρη λεπτομέρεια, και οι μη Gaussianities που υπάρχουν εκεί, αν υπάρχουν καθόλου, είναι απλώς μικρότερες από το Planck ο δορυφόρος μπορεί να ανιχνεύσει.
(36:52) Υπάρχει λοιπόν ελπίδα για το μέλλον ότι υπάρχουν και άλλα πειράματα CMB, υπάρχει επίσης μια ελπίδα ότι αυτές οι μη-Γκαουσιανίες μπορεί να εμφανιστούν με τον τρόπο που σχηματίζονται οι γαλαξίες, η στατιστική κατανομή των γαλαξιών στο σύμπαν κρατά επίσης μια ανάμνηση αυτών διακυμάνσεις που πολλά γνωρίζουμε ότι ισχύουν, αλλά ίσως να λάβουμε περισσότερες πληροφορίες από εκεί. Οπότε είναι πραγματικά απίστευτο ότι μπορείτε να παρακολουθείτε αυτές τις διακυμάνσεις για 14 δισεκατομμύρια χρόνια, από τα πρώτα στάδια μέχρι τον τρόπο που οι γαλαξίες κατανέμονται στο σύμπαν τώρα,
Strogatz (37:36): Λοιπόν, αυτό μου έδωσε πολλές γνώσεις που δεν είχα πριν σχετικά με το αποτύπωμα αυτών των κβαντικών διακυμάνσεων στο κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων. Πάντα αναρωτιόμουν. Αναφέρατε ότι είναι η ελεύθερη θεωρία, δηλαδή —τι, πείτε μας τι σημαίνει ακριβώς το «δωρεάν»; Δεν υπάρχει τίποτα σωστά; Θέλω να πω, απλώς, είναι το ίδιο το κενό;
Κινέζικη μυστική εταιρία (37:45): Δεν είναι μόνο το κενό, γιατί αυτά τα πεδία ενθουσιάζονται καθώς το σύμπαν διαστέλλεται. Αλλά είναι απλώς ένα πεδίο που δεν αλληλεπιδρά με άλλα πεδία ή ακόμα και με τον εαυτό του, απλώς αναπηδά πάνω-κάτω σαν ένας αρμονικός ταλαντωτής, βασικά. Κάθε σημείο αναπηδά πάνω-κάτω σαν ελατήριο. Είναι λοιπόν το πιο βαρετό πεδίο που θα μπορούσατε να φανταστείτε.
Strogatz (38:11): Και έτσι αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάστηκε να υποθέσουμε κάποιο συγκεκριμένο κβαντικό πεδίο στην αρχή του σύμπαντος. Απλώς, αυτό λες, βανίλια.
Κινέζικη μυστική εταιρία (38:19): Είναι βανίλια. Θα ήταν λοιπόν καλό να κατανοήσουμε καλύτερα ότι αυτές οι αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν, ή αυτές οι αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν ή το πεδίο είχε αυτή τη συγκεκριμένη ιδιότητα. Και αυτό δεν φαίνεται — ίσως στο μέλλον, αλλά αυτή τη στιγμή, δεν είμαστε ακόμα εκεί.
Strogatz (38:32): Οπότε ίσως θα έπρεπε να κλείσουμε με τις προσωπικές σας ελπίδες. Υπάρχει ένα, αν έπρεπε να ξεχωρίσετε ένα πράγμα που θα θέλατε να δείτε να λύνεται προσωπικά, τα επόμενα χρόνια, ή για το μέλλον της έρευνας στην κβαντική θεωρία πεδίου, ποιο θα ήταν το αγαπημένο σας; Αν μπορούσες να ονειρευτείς.
Κινέζικη μυστική εταιρία (38:48): Υπάρχουν τόσα πολλά —
Strogatz: Μπορείτε να επιλέξετε περισσότερα.
Κινέζικη μυστική εταιρία: Υπάρχουν πράγματα από τη μαθηματική πλευρά. Θα ήθελα λοιπόν, θα ήθελα πολύ να καταλάβω, από τη μαθηματική πλευρά, περισσότερα για αυτό το θεώρημα Nielsen-Ninomiya, το γεγονός ότι δεν μπορείτε να διακριτοποιήσετε ορισμένες θεωρίες κβαντικού πεδίου. Και υπάρχουν κενά στο θεώρημα; Υπάρχουν υποθέσεις που μπορούμε να απορρίψουμε και με κάποιο τρόπο να το πετύχουμε;
(39:07) Ξέρετε, τα θεωρήματα στη φυσική, συνήθως ονομάζονται θεωρήματα "no-go". Δεν μπορείς να το κάνεις αυτό. Αλλά είναι συχνά καθοδηγήσεις για το πού πρέπει να κοιτάξετε, επειδή ένα μαθηματικό θεώρημα είναι, προφανώς και είναι αλήθεια, αλλά επομένως, συνοδεύεται από πολύ αυστηρές υποθέσεις. Και έτσι ίσως μπορείτε να απορρίψετε αυτήν την υπόθεση ή αυτήν την υπόθεση και να σημειώσετε πρόοδο σε αυτήν. Είναι λοιπόν από τη μαθηματική πλευρά, θα ήθελα πολύ να δω πρόοδο σε αυτό.
(39:28) Από την πειραματική πλευρά, οποιοδήποτε από τα πράγματα για τα οποία έχουμε μιλήσει - κάποιο νέο σωματίδιο, νέοι υπαινιγμοί για το τι βρίσκεται πέρα. Και βλέπουμε υποδείξεις αρκετά τακτικά. Το πιο πρόσφατο είναι ότι η μάζα του W Το μποζόνιο στην πλευρά του Ατλαντικού είναι διαφορετικό από τη μάζα του W μποζόνιο στην πλευρά μου στον Ατλαντικό και αυτό, φαίνεται παράξενο. Συμβουλές για τη σκοτεινή ύλη ή τη σκοτεινή ύλη. Ό,τι κι αν είναι, αποτελείται από κβαντικά πεδία. Δεν υπάρχει καμία αμφιβολία για αυτό.
(39:53) Και η σκοτεινή ενέργεια που αναφέρατε ότι υπάρχουν προβλέψεις είναι πολύ δυνατή λέξη, αλλά υπάρχουν προτάσεις από την κβαντική θεωρία πεδίου. σε όλες αυτές τις διακυμάνσεις των κβαντικών πεδίων θα πρέπει να οδηγούν τη διαστολή του σύμπαντος. Αλλά με έναν τέτοιο τρόπο, πολύ μεγαλύτερο από ό,τι βλέπουμε στην πραγματικότητα.
(40:07) Λοιπόν, το ίδιο παζλ που υπάρχει με τους Higgs. Γιατί το Higgs είναι τόσο ελαφρύ; Είναι επίσης εκεί με σκοτεινή ενέργεια. Γιατί η κοσμολογική επιτάχυνση του σύμπαντος είναι τόσο μικρή σε σύγκριση με αυτή που νομίζουμε ότι είναι. Οπότε είναι λίγο περίεργη η κατάσταση. Θέλω να πω, έχουμε αυτή τη θεωρία. Είναι εντελώς εκπληκτικό. Αλλά είναι επίσης σαφές ότι υπάρχουν πράγματα που πραγματικά δεν καταλαβαίνουμε.
Strogatz (40:26): Θέλω απλώς να σας ευχαριστήσω, Ντέιβιντ Τονγκ, για αυτήν την πραγματικά εκτεταμένη και συναρπαστική συνομιλία. Ευχαριστώ πολύ που ήρθες μαζί μου σήμερα.
Κινέζικη μυστική εταιρία (40:33): Χαρά μου. Ευχαριστώ πάρα πολύ.
Αναγγέλων (40:39): Αν θέλετε The Joy of Why, ελέγξτε το Το περιοδικό Quanta Science Podcast, με παρουσιάστρια εμένα, τη Susan Valot, μια από τις παραγωγές αυτής της εκπομπής. Μιλήστε επίσης στους φίλους σας για αυτό το podcast και κάντε μας ένα like ή ακολουθήστε όπου ακούτε. Βοηθά τους ανθρώπους να βρουν The Joy of Why podcast.
Steve Strogatz (41: 03): The Joy of Why είναι ένα podcast από Quanta Magazine, μια εκδοτικά ανεξάρτητη έκδοση που υποστηρίζεται από το Ίδρυμα Simons. Οι αποφάσεις χρηματοδότησης από το Ίδρυμα Simons δεν επηρεάζουν την επιλογή θεμάτων, προσκεκλημένων ή άλλων συντακτικών αποφάσεων σε αυτό το podcast ή σε Quanta Magazine. The Joy of Why Παράγεται από τη Susan Valot και την Polly Stryker. Οι συντάκτες μας είναι οι John Rennie και Thomas Lin, με την υποστήριξη των Matt Carlstrom, Annie Melchor και Leila Sloman. Η θεματική μας μουσική συντέθηκε από τον Richie Johnson. Το λογότυπό μας είναι του Jackie King και το artwork για τα επεισόδια είναι των Michael Driver και Samuel Velasco. Είμαι ο οικοδεσπότης σου, Steve Strogatz. Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις ή σχόλια για εμάς, στείλτε μας email στο quanta@simonsfoundation.org. Ευχαριστώ που άκουσες.
