De kwantumveldentheorie is misschien wel de meest succesvolle wetenschappelijke theorie aller tijden, die experimentele resultaten met verbluffende nauwkeurigheid voorspelt en de studie van hoger-dimensionale wiskunde bevordert. Toch is er ook reden om aan te nemen dat er iets ontbreekt. Steven Strogatz spreekt met David Tong, een theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Cambridge, om de open vragen van deze raadselachtige theorie te onderzoeken.
Luister verder Apple Podcasts, Spotify, Google Podcasts, stikster, TuneIn of je favoriete podcasting-app, of je kunt stream het van Quanta.
Afschrift
Steven Strogatz (00:03): Ik ben Steve Strogatz, en dit is De vreugde van waarom, een podcast van Quantum Magazine die je meeneemt naar enkele van de grootste onbeantwoorde vragen in wiskunde en wetenschap van vandaag.
(00:12) Als je je ooit hebt afgevraagd waar we eigenlijk van gemaakt zijn, ben je waarschijnlijk door een konijnenhol van ontdekkingen gegaan. Net als andere levende wezens zijn we natuurlijk gemaakt van cellen. En cellen zijn op hun beurt gemaakt van moleculen en moleculen zijn gemaakt van atomen. Graaf nog dieper en al snel bevind je je op het niveau van elektronen en quarks. Dit zijn de deeltjes die traditioneel werden beschouwd als het einde van de lijn, de fundamentele bouwstenen van materie.
(00:39) Maar vandaag weten we dat... niet echt het geval. In plaats daarvan vertellen natuurkundigen ons dat op het diepste niveau alles bestaat uit mysterieuze entiteiten, vloeistofachtige substanties die we kwantumvelden noemen. Deze onzichtbare velden gedragen zich soms als deeltjes, soms als golven. Ze kunnen met elkaar interageren. Sommigen van hen kunnen zelfs dwars door ons heen stromen. De theorie van kwantumvelden is betwistbaar de meest succesvolle wetenschappelijke theorie aller tijden. In sommige gevallen maakt het voorspellingen die overeenkomen met experimenten tot maar liefst 12 decimalen. Bovendien heeft de kwantumveldentheorie ook enorm veel licht geworpen op bepaalde vragen in de pure wiskunde, vooral in de studie van vierdimensionale vormen en zelfs hoger dimensionale ruimten. Toch is er ook reden om aan te nemen dat de kwantumveldentheorie iets mist. Het lijkt erop wiskundig onvolledig, waardoor we met veel onbeantwoorde vragen achterblijven.
(01:38) Professor David Tong. David is een theoretisch natuurkundige aan de Universiteit van Cambridge. Zijn specialiteit is kwantumveldentheorie, en hij staat ook bekend als een uitzonderlijk begaafd leraar en uitlegger. Onder zijn vele onderscheidingen ontving hij in 2008 de Adams Prize, een van de meest prestigieuze prijzen die de Universiteit van Cambridge toekent. Hij is ook een Simons Investigator, een prijs van de Simons Foundation aan wetenschappers en wiskundigen om fundamentele vragen te bestuderen. Ook de Simons Stichting financiert deze podcast. David, heel erg bedankt dat je vandaag bij ons bent gekomen.
David Tong (02:15): Hallo, Steve. Heel erg bedankt dat je me hebt.
Strogatz: Ik ben heel blij dat ik de kans krijg om met je te praten. Ik heb met veel plezier uw lezingen op internet gelezen en enkele van uw fantastische lezingen op YouTube bekeken. Dus dit is een geweldige traktatie. Laten we beginnen met de basis. We gaan het vandaag hebben over velden. Vertel ons van wie ze afkomstig zijn. Meestal krijgt Michael Faraday de eer. Wat was zijn idee? En wat ontdekte hij?
Tong (02:37): Het gaat allemaal terug naar Michael Faraday. Faraday was een van de grote experimentele natuurkundigen aller tijden, hij was een zeer experimentele natuurkundige, geen theoreticus. Hij verliet de school op 14-jarige leeftijd. Hij kende in wezen geen wiskunde. En toch nogal wonderbaarlijk, bouwde hij deze intuïtie op voor de manier waarop het universum werkt. Dat betekende dat hij echt een van de belangrijkste bijdragen aan de theoretische natuurkunde heeft geleverd. Gedurende een periode van ongeveer 25 jaar speelde hij met ideeën over elektriciteit en magnetisme. Hij pakte magneten en wikkelde er koperdraad omheen. Hij deed een paar vrij belangrijke dingen, zoals elektromagnetische inductie ontdekken en de elektromotor uitvinden.
(03:19) En na ongeveer 20 jaar hiervan deed hij het zeer gewaagde voorstel dat foto's die hij in zijn hoofd had gemaakt om uit te leggen hoe de dingen werkten, eigenlijk de juiste beschrijving was van het universum waarin we leven.
(03:33) Dus laat me je een voorbeeld geven. Als je een paar staafmagneten neemt en ze tegen elkaar duwt zodat de twee noordpolen elkaar naderen, is het een experiment dat we allemaal hebben gedaan. En terwijl je deze magneten tegen elkaar duwt, voel je de sponsachtige kracht die ze uit elkaar duwt. Faraday deed het zeer gewaagde voorstel dat er eigenlijk iets tussen de magneten zat. Het is verbazingwekkend omdat je naar de magneten kijkt, daar - het is gewoon ijle lucht, er is duidelijk niets daar. Maar Faraday zei dat daar iets was, er was daar wat we nu een magnetisch veld noemen, hij noemde het een krachtlijn. En dat dit magnetische veld net zo echt was als de magneten zelf.
(04:11) Het was dus een heel nieuwe manier van denken over het universum waarin we leven. Hij suggereerde dat er niet alleen deeltjes in het universum zijn, maar dat er bovendien een ander soort object is, een heel ander soort object , een veld dat overal in de ruimte tegelijk bestaat. Hij zei, we zouden nu in moderne taal zeggen, dat er op elk punt in het universum twee vectoren zijn, twee pijlen. En deze vectoren vertellen ons de richting en de grootte van het elektrische en het magnetische veld.
(04:43) Dus liet hij ons dit beeld van het universum achter waarin er een soort dichotomie is dat er twee heel, heel verschillende objecten zijn. Er zijn deeltjes die elektrische en magnetische velden opzetten. En dan zijn deze elektrische en magnetische velden zelf aan het zwaaien en evolueren en vertellen op hun beurt de deeltjes hoe ze moeten bewegen. Er is dus een soort ingewikkelde dans tussen wat deeltjes doen en wat velden doen. En echt, zijn grote bijdrage was om te zeggen dat deze velden echt zijn, ze zijn echt net zo echt als de deeltjes.
Strogatz (05:12): Dus hoe veranderde het concept van velden toen de kwantummechanica werd ontdekt?
Tong (05:18): Dus tegen de tijd dat de kwantummechanica opkwam, is dit nu 1925. En we hebben dit soort eigenaardige kijk op de wereld. We weten dus dat er elektrische en magnetische velden zijn. En we weten dat de rimpelingen van deze elektromagnetische velden zijn wat we licht noemen. Maar daarnaast weten we door de kwantumrevolutie dat licht zelf bestaat uit deeltjes, fotonen.
(05:41) En dus komt er een soort vraag naar voren, namelijk hoe je moet denken aan deze relatie tussen de velden aan de ene kant en de fotonen aan de andere kant. En ik denk dat er twee logische mogelijkheden zijn voor de manier waarop dit zou kunnen werken. Het zou kunnen zijn dat je elektrische en magnetische velden moet zien als bestaande uit heel veel fotonen, zoals een vloeistof bestaat uit heel veel atomen, en jij denk dat de atomen het fundamentele object zijn. Of het kan ook andersom zijn, het kan zijn dat de velden het fundamentele ding zijn. En de fotonen komen van kleine rimpelingen van de velden. Dat waren dus de twee logische mogelijkheden.
(06:18) En de grote ontwikkeling in, nou ja, het begint zo'n beetje in 1927. Maar het duurt zeker 20 of 30 jaar voordat dit volledig wordt gewaardeerd. De grote waardering is dan dat het de velden zijn die echt fundamenteel zijn, dat het elektrische en magnetische veld aan de basis ligt van alles. En kleine rimpelingen van het elektrische en magnetische veld worden omgezet in kleine bundels energie die we dan fotonen noemen vanwege de effecten van de kwantummechanica.
(06:44) En de wonderbaarlijke grote stap, een van de grote verenigende stappen in de geschiedenis van de natuurkunde, is te begrijpen dat hetzelfde verhaal geldt voor alle andere deeltjes. Dat de dingen die we elektronen noemen en de dingen die we quarks noemen zelf niet de fundamentele objecten zijn. In plaats daarvan is er door het hele universum iets dat een elektronenveld wordt genoemd, precies zoals de elektrische en magnetische velden. En de deeltjes die we elektronen noemen, zijn kleine rimpelingen van dit elektronenveld. En hetzelfde geldt voor elk ander deeltje dat je wilt noemen. Er is een quarkveld - in feite zijn er zes verschillende quarkvelden in het universum. Er zijn neutrinovelden, er zijn velden voor gluonen en W bosonen. En telkens wanneer we een nieuw deeltje ontdekken, waarvan het meest recente het Higgs-deeltje is, weten we dat daarmee verbonden een veld is dat eraan ten grondslag ligt, en de deeltjes zijn slechts rimpelingen van het veld.
Strogatz (07:33): Is er een bepaalde naam die we moeten associëren met deze manier van denken?
Tong (07:36): Er is één persoon en hij is een, hij is bijna uit de geschiedenisboeken gewist, omdat hij een zeer fervent lid van de nazi-partij was. En hij was lid van de nazi-partij lang voordat het werd geroepen om lid te worden van de nazi-partij. Zijn naam is Pascal Jordan. En hij was een van de grondleggers van de kwantummechanica. Hij stond op de originele papieren met Heisenberg en anderen. Maar hij was echt de persoon die als eerste besefte dat als je begint met een veld en je de regels van de kwantummechanica toepast, je eindigt met een deeltje.
Strogatz (08:06): Oké, nou, heel goed. Nu, je noemde al deze verschillende - het elektronenveld, quark, W en Z bosonen en de rest. Vertel ons iets over het standaardmodel waar we zoveel over horen.
Tong (08: 18): Het standaardmodel is onze huidige beste theorie van het universum waarin we leven. Het is een voorbeeld van een kwantumveldentheorie. Het zijn eigenlijk alle deeltjes die we al hebben opgesomd. Aan elk van deze is een veld gekoppeld. En het standaardmodel is een formule die beschrijft hoe elk van die velden in wisselwerking staat met de andere. De velden in het spel zijn drie krachtvelden. En een beetje afhankelijk van hoe je 12 materievelden telt, op een manier die ik zal uitleggen. Dus de drie krachtvelden zijn elektriciteit en magnetisme - aangezien we, eigenlijk grotendeels dankzij Faraday, beseffen dat het elektrische veld en het magnetische veld twee kanten van dezelfde medaille zijn, kan het een niet zonder het ander. Dus wij, die tellen we als één. En dan zijn er nog twee kernkrachtvelden, één genaamd het gluonveld dat geassocieerd is met de sterke kernkracht. Dit houdt de kernen bij elkaar in atomen, en de andere velden die verband houden met de zwakke kernkracht. Ze heten de W boson of de Z boson velden. We hebben dus drie krachtvelden.
[VOEG VIDEO IN: Het standaardmodel: de meest succesvolle wetenschappelijke theorie ooit]
(09:20) En dan hebben we een heleboel materievelden, ze komen in drie groepen van vier. De meest bekende zijn een elektronenveld, twee quarkvelden geassocieerd met de up- en de down-quark. Het proton bevat - oh man, ik hoop dat we dit goed hebben - twee boven en beneden en het neutron bevat twee beneden en een boven, denk ik, ik heb dat de goede kant op.
Strogatz (09:41): Je kunt me hoe dan ook voor de gek houden. Ik kan het me nooit herinneren.
Tong (09:43): Ja, maar de luisteraars zullen het weten. En dan een neutrinoveld. Er is dus een verzameling van vier deeltjes die in wisselwerking staan met drie krachten. En toen, om een reden die we echt niet begrijpen, besloot het universum om die materievelden twee keer te herhalen. Er is dus een tweede verzameling van vier deeltjes genaamd de muon, de vreemde de charme en nog een neutrino. We hadden bijna geen goede namen meer voor neutrino's, dus noemen we het gewoon het muon-neutrino. En dan krijg je nog een verzameling van vier: de tau, de top-quark, de onderste quark en, nogmaals, een tau-neutrino. Dus de natuur heeft deze manier om zich te herhalen. En niemand weet precies waarom. Ik denk dat dat een van de grote mysteries blijft. Maar die verzamelingen van 12 deeltjes die in wisselwerking staan met drie krachten vormen het standaardmodel.
(09:43) Oh, en ik heb er een gemist. Degene die ik heb gemist is belangrijk. Het is het Higgs-deeltje. Het Higgs-deeltje verbindt alles als het ware met elkaar.
Strogatz (10:37): Oké, dat is verleidelijk. Misschien moeten we even zeggen wat het Higgs-deeltje doet, welke rol het speelt in het Standaardmodel.
Tong (10:43): Het doet iets heel speciaals. Het geeft een massa aan alle andere deeltjes. Ik zou graag een goede analogie hebben om uit te leggen hoe het massa geeft. Ik kan een slechte analogie geven, maar het is echt een slechte analogie. De slechte analogie is dat dit Higgs-veld zich door de hele ruimte verspreidt, dat is een waarheidsgetrouwe uitspraak. En de slechte analogie is dat het een beetje werkt als stroop of melasse. De deeltjes moeten zich een weg banen door dit Higgs-veld om enige vooruitgang te boeken. En dat vertraagt ze. Ze zouden van nature met de snelheid van het licht reizen en ze worden afgeremd door de aanwezigheid van dit Higgs-veld. En dat is verantwoordelijk voor het fenomeen dat we massa noemen.
(11:22) Een groot deel van wat ik zojuist heb gezegd is in feite een leugen. Ik bedoel, het suggereert een soort van wrijvingskracht in het spel. En dat is niet waar. Maar het is een van die dingen waar de vergelijkingen eigenlijk verrassend eenvoudig zijn. Maar het is nogal moeilijk om een overtuigende analogie te bedenken die deze vergelijkingen weergeeft.
Strogatz (11:36): Het is een verbazingwekkende uitspraak die je hebt gedaan, dat zonder het Higgs-veld of een ander, denk ik, een analoog mechanisme, alles zou bewegen met de snelheid van het licht. Heb ik je goed gehoord?
Tong (11:47): Ja, behalve, zoals altijd, deze dingen, het is ja, met een waarschuwing. De "maar" is dat als het Higgs-veld zou worden uitgeschakeld, het elektron met de snelheid van het licht zou bewegen. Dus weet je, atomen zouden niet bijzonder stabiel zijn. Het neutrino, dat sowieso bijna massaloos is, zou met de snelheid van het licht reizen. Maar het proton of neutron, zo blijkt, zou in principe dezelfde massa hebben als nu. Weet je, de quarks erin zouden massaloos zijn. Maar de massa van de quarks in het proton of neutron is totaal triviaal vergeleken met het proton of neutron - 0.1%, zoiets. Dus het proton of neutron krijgen hun massa eigenlijk van een deel van de kwantumveldentheorie dat we het minst begrijpen, maar wilde fluctuaties van kwantumvelden, is wat er gaande is in het proton of neutron en geeft ze hun massa. Dus de elementaire deeltjes zouden massaloos worden - quarks, elektronen - maar het materiaal waarvan we zijn gemaakt - neutronen en protonen - niet. Ze halen hun massa uit dit andere mechanisme.
Strogatz (12:42): Je zit gewoon vol met interessante dingen. Eens kijken of ik kan zeggen wat ik denk als reactie daarop. En je mag me corrigeren als ik het helemaal fout heb. Dus ik heb deze sterk op elkaar inwerkende quarks in, laten we zeggen, een proton. En ik blijf in mijn gedachten gissen dat er wat is E = mc2 verbinding die hier gaande is, dat de krachtige interacties worden geassocieerd met een grote hoeveelheid energie. En dat vertaalt zich op de een of andere manier in massa. Is het dat, of zijn er virtuele deeltjes die gecreëerd worden en dan verdwijnen? En dat is allemaal energie en dus massa creëren?
Tong (13:16): Het zijn beide dingen die je net zei. Dus we vertellen deze leugen als we op de middelbare school zitten - bij natuurkunde draait alles om het vertellen van leugens als je jong bent en je realiseren dat dingen een beetje ingewikkelder worden naarmate je ouder wordt. De leugen die we vertellen, en ik zei het al eerder, is dat er drie quarks zijn in elk proton en elk neutron. En het is niet waar. De juiste stelling is dat er vele honderden quarks en antiquarks en gluonen in een proton zitten. En de bewering dat er in werkelijkheid drie quarks zijn, is de juiste manier om te zeggen dat er op een gegeven moment drie quarks meer zijn dan antiquarks. Dus er komen er nog drie bij. Maar het is een buitengewoon ingewikkeld object, het proton. Het is niets moois en schoons. Het bevat deze honderden, mogelijk zelfs duizenden verschillende deeltjes die op een zeer gecompliceerde manier op elkaar inwerken. Je zou deze quark-antiquark-paren kunnen zien als zijnde, zoals je zegt, virtuele deeltjes, dingen die gewoon uit het vacuüm komen en weer terug in het proton komen. Of een andere manier om erover na te denken, is dat de velden zelf op een ingewikkelde manier worden opgewonden in het proton of neutron dat ronddraait en dat is wat ze hun massa geeft.
Strogatz (14:20): Eerder liet ik doorschemeren dat dit een zeer succesvolle theorie is en noemde ik iets over 12 decimalen. Kunt u ons daarover vertellen? Omdat dat een van de grote triomfen is, zou ik niet alleen zeggen van de kwantumveldentheorie, of zelfs van de natuurkunde, maar van de hele wetenschap. Ik bedoel, de poging van de mensheid om het universum te begrijpen, dit is waarschijnlijk het beste wat we ooit hebben gedaan. En kwantitatief gezien, wij als soort.
Tong (14:42): Ik denk dat dat precies klopt. Het is een beetje buitengewoon. Ik moet zeggen dat er een paar dingen zijn die we buitengewoon goed kunnen berekenen, als we weten wat we doen, kunnen we echt iets spectaculairs doen.
Strogatz (14:42): Het is genoeg om je een beetje in een filosofische bui te krijgen, deze kwestie van de onredelijke effectiviteit van wiskunde.
Tong (14:52): Dus, het specifieke object of de specifieke hoeveelheid, dat is het uithangbord voor de kwantumveldentheorie, omdat we het heel goed kunnen berekenen, hoewel het vele, vele decennia kost om deze berekeningen uit te voeren, ze zijn niet gemakkelijk. Maar ook belangrijk, we kunnen het experimenteel heel goed meten. Dus het is een nummer genaamd g-2 , het is niet bijzonder belangrijk in het grote geheel van dingen, maar het aantal is het volgende. Als je een elektron neemt, heeft het een spin. Het elektron draait om een as die niet verschilt van de manier waarop de aarde om zijn as draait. Het is meer kwantum dan dat, maar het is geen slechte analogie om in gedachten te houden.
(14:59) En als je het elektron neemt en het in een magnetisch veld plaatst, verandert de richting van die spin in de loop van de tijd, en dit aantal g-2 vertelt je alleen hoe snel het verwerkt, de -2 is een beetje vreemd. Maar je zou naïef denken dat dit nummer 1 zou zijn. En [Paul] Dirac won de Nobelprijs voor een deel voor het aantonen dat dit aantal eigenlijk 2 tot de eerste benadering is. Toen [Julian] Schwinger won de Nobelprijs, samen met [Richard] Feynman en [Sin-Itiro] Tomonaga, om te laten zien dat, weet je, het is niet 2, het is 2-punts-iets-iets-iets. Na verloop van tijd hebben we dat iets-iets-iets gemaakt met nog eens negen iets daarna. Zoals je al zei, het is iets dat we nu extreem goed kennen in theorie en extreem goed experimenteel. En het is gewoon verbazingwekkend om te zien dat deze cijfers, cijfer na cijfer, het met elkaar eens zijn. Het is nogal speciaal.
(15:21) Dit is een van de dingen die je in die richting duwen, namelijk dat het zo goed is. Het is zo goed dat dit geen model voor de wereld is, dit is op de een of andere manier veel dichter bij de werkelijke wereld, deze vergelijking.
Strogatz (16:31): Dus na de lof van de kwantumveldentheorie te hebben gezongen, en het verdient geprezen te worden, moeten we ook erkennen dat het een buitengewoon gecompliceerde en in sommige opzichten problematische theorie of reeks theorieën is. En dus in dit deel van onze discussie, vraag ik me af of je ons kunt helpen begrijpen welke reservering we moeten hebben? Of waar de grens is. Er wordt gezegd dat de theorie onvolledig is. Wat is er onvolledig aan? Wat zijn de grote resterende mysteries over de kwantumveldentheorie?
Tong (17:01): Weet je, het hangt er echt van af waar je op geabonneerd bent. Als je een natuurkundige bent en je wilt dit getal berekenen g-2, dan is er niets onvolledigs aan de kwantumveldentheorie. Als het experiment beter wordt, weet je, berekenen we of doen we het beter. Je kunt echt zo goed doen als je wilt. Hier zijn verschillende assen aan verbonden. Dus laat ik me misschien om te beginnen op één concentreren.
(17:22) Het probleem ontstaat wanneer we met onze zuivere wiskundige vrienden praten, omdat onze zuivere wiskundige vrienden slimme mensen zijn, en we denken dat we deze wiskundige theorie hebben. Maar ze begrijpen niet waar we het over hebben. En het is niet hun schuld, het is de onze. Dat de wiskunde waar we mee te maken hebben niet iets is dat op een rigoureuze basis staat. Het is iets waar we een beetje snel en los spelen met verschillende wiskundige ideeën. En we zijn er vrij zeker van dat we weten wat we doen, zoals deze overeenkomst met experimenten laat zien. Maar het is zeker niet op het niveau van strengheid waar wiskundigen zich zeker bij op hun gemak zouden voelen. En ik denk dat ook wij fysici ons er steeds meer ongemakkelijk bij gaan voelen.
(17:22) Ik moet zeggen dat dit niets nieuws is. Het is altijd zo dat wanneer er nieuwe ideeën zijn, nieuwe wiskundige hulpmiddelen, de natuurkundigen deze ideeën vaak nemen en ermee aan de slag gaan omdat ze dingen kunnen oplossen. En de wiskundigen zijn altijd - ze houden van het woord 'rigor', misschien is het woord 'pedantry' beter. Maar nu gaan ze langzamer dan wij. Ze zetten de puntjes op de i en kruisen de T's. En op de een of andere manier, met de kwantumveldentheorie, voel ik dat, weet je, het zo lang geleden is, er is zo weinig vooruitgang geboekt dat we er misschien verkeerd over denken. Dus dat is een nervositeit is dat het niet wiskundig rigoureus kan worden gemaakt. En het is niet uit willen proberen.
Strogatz (18:33): Nou, laten we proberen de kern van de moeilijkheid te begrijpen. Of misschien zijn het er veel. Maar u sprak eerder over Michael Faraday. En op elk punt in de ruimte hebben we een vector, een grootheid die we zouden kunnen zien als een pijl, het heeft een richting en een grootte, of als we dat liever hebben, kunnen we het zien als drie getallen, misschien als een x, y en z-component van elke vector. Maar in de kwantumveldentheorie zijn de objecten die op elk punt worden gedefinieerd, denk ik, ingewikkelder dan vectoren of getallen.
Tong (18:33): Dat zijn ze. Dus de wiskundige manier om dit te zeggen is dat er op elk afzonderlijk punt een operator is - een of andere, zo je wilt, oneindig-dimensionale matrix die op elk punt in de ruimte zit en inwerkt op een Hilbert-ruimte, die zelf erg gecompliceerd en erg moeilijk te definiëren. Dus de wiskunde is ingewikkeld. En voor een groot deel is het vanwege dit probleem dat de wereld een continuüm is, we denken dat ruimte en tijd, in het bijzonder ruimte, continu is. En dus moet je op elk punt echt iets definiëren. En naast een punt, oneindig dichtbij dat punt, is een ander punt met een andere operator. Er is dus een oneindigheid die verschijnt als je op steeds kleinere afstandsschalen kijkt, geen oneindigheid die naar buiten gaat, maar een oneindigheid die naar binnen gaat.
(19:44) Wat een manier suggereert om er omheen te komen. Een manier om er omheen te komen is door voor deze doeleinden te doen alsof die ruimte niet continu is. In feite zou het heel goed kunnen dat de ruimte niet continu is. Je zou je dus kunnen voorstellen dat je denkt aan een rooster, wat wiskundigen een rooster noemen. Dus in plaats van een continue ruimte te hebben, denk je aan een punt, en dan op een eindige afstand daarvan, een ander punt. En op een eindige afstand daarvan nog een ander punt. Dus je discretiseert de ruimte, met andere woorden, en dan denk je aan wat we de vrijheidsgraden noemen, de dingen die bewegen alsof ze gewoon op deze roosterpunten leven in plaats van in een continuüm te leven. Dat is iets waar wiskundigen veel beter grip op hebben.
(19:44) Maar er is een probleem als we dat proberen. En ik denk dat het eigenlijk een van de diepste problemen in de theoretische natuurkunde is. Het is dat sommige kwantumveldentheorieën we gewoon niet op die manier kunnen discretiseren. Er is een wiskundige stelling die je verbiedt om een discrete versie van bepaalde kwantumveldentheorieën op te schrijven.
Strogatz (20:41): Oh, mijn wenkbrauwen gaan daarbij omhoog.
Tong (20:43): De stelling wordt de Nielsen-Ninomiya-stelling genoemd. Onder de klasse van kwantumveldtheorieën die je niet kunt discretiseren, is degene die ons universum beschrijft, het standaardmodel.
Strogatz (20:52): Geen grapje! Wauw.
Tong (20:54): Weet je, als je deze stelling op het eerste gezicht neemt, zegt het ons dat we niet in de Matrix leven. De manier waarop u iets op een computer simuleert, is door het eerst te discretiseren en vervolgens te simuleren. En toch is er schijnbaar een fundamenteel obstakel voor het discretiseren van de wetten van de fysica zoals we die kennen. Dus we kunnen de wetten van de fysica niet simuleren, maar het betekent dat niemand anders dat ook kan. Dus als je deze stelling echt gelooft, leven we niet in de Matrix.
Strogatz (21:18): Ik heb het echt naar mijn zin, David. Dit is zo, zo interessant. Ik heb nooit de kans gehad om kwantumveldentheorie te studeren. Ik kreeg de kwantummechanica van Jim Peebles van Princeton. En dat was geweldig. En dat vond ik wel heel leuk, maar ben er nooit mee verder gegaan. Dus kwantumveldentheorie, ik ben gewoon in de positie van veel van onze luisteraars hier, die vol bewondering kijken naar alle wonderen die je beschrijft,
Tong (21:41): Ik kan je iets meer vertellen over het exacte aspect van het standaardmodel dat het moeilijk of onmogelijk maakt om op een computer te simuleren. Er is een mooie slogan, die ik kan toevoegen als een Hollywood-slogan. De slogan is: "In de spiegel kunnen dingen gebeuren die in onze wereld niet kunnen gebeuren." In de jaren vijftig, Chien Shiung Wu ontdekte wat we pariteitsschending noemen. Dit is de verklaring dat wanneer je naar iets kijkt dat voor je neus gebeurt, of je kijkt naar het beeld ervan in een spiegel, je het verschil kunt zien, je kunt zien of het in de echte wereld gebeurde of in de spiegel. Het is dit aspect van de natuurwetten, dat wat er gebeurt in een spiegel, anders is dan wat er in werkelijkheid gebeurt, dat problematisch blijkt te zijn. Het is dat aspect dat volgens deze theorie moeilijk of onmogelijk te simuleren is.
Strogatz (22:28): Het is moeilijk te begrijpen waarom ik bedoel, omdat het rooster zelf geen enkel probleem zou hebben om met de pariteit om te gaan. Maar goed, ik weet zeker dat het een subtiele stelling is.
Tong (22:36): Ik kan proberen je een beetje te vertellen waarom elk deeltje in onze wereld - elektronen, quarks. Ze splitsen zich in twee verschillende deeltjes. Ze worden linkshandig en rechtshandig genoemd. En het heeft eigenlijk te maken met hoe hun spin verandert terwijl ze bewegen. De wetten van de fysica zijn zodanig dat de linkshandige deeltjes een andere kracht voelen dan de rechtshandige deeltjes. Dit is wat leidt tot deze pariteitsschending.
(22:59) Nu blijkt dat het een uitdaging is om wiskundige theorieën op te schrijven die consistent zijn en de eigenschap hebben dat linkshandige deeltjes en rechtshandige deeltjes verschillende krachten ervoeren. Er zijn een soort mazen waar je doorheen moet springen. Het wordt anomalieën genoemd, of anomalie-annulering in de kwantumveldentheorie. En deze subtiliteiten, deze mazen waar ze vandaan komen, in ieder geval op bepaalde manieren om het feit te berekenen dat ruimte continu is, je ziet deze mazen alleen als spaties, of deze vereisten wanneer ruimte continu is. Het rooster weet hier dus niets van. Het rooster weet niets over deze fraaie anomalieën.
(23:36) Maar je kunt geen inconsistente theorie op het rooster schrijven. Dus op de een of andere manier moet het rooster zijn kont bedekken, het moet ervoor zorgen dat wat het je ook geeft een consistente theorie is. En de manier waarop het dat doet, is gewoon door geen theorieën toe te staan waarin linkshandige en rechtshandige deeltjes verschillende krachten voelen.
Strogatz (23:50): Oké, ik denk dat ik de smaak ervan begrijp. Het is zoiets als die topologie zorgt voor een aantal van de verschijnselen, deze anomalieën die nodig zijn om te zien wat we zien in het geval van de zwakke kracht, die een discrete ruimte niet zou toestaan. Dat iets over het continuüm de sleutel is.
Tong (24:06): Je zei het eigenlijk beter dan ik. Het heeft allemaal te maken met topologie. Dat klopt precies. Ja.
Strogatz (24:11): Goed. Mooi zo. Dat is eigenlijk een heel mooi vervolg voor ons, waar ik hoopte dat we daarna zouden kunnen gaan, namelijk praten over wat de kwantumveldentheorie heeft gedaan voor de wiskunde, want dat is weer een van de grote succesverhalen. Hoewel, weet je, voor natuurkundigen die om het universum geven, is dat misschien niet de eerste zorg, maar voor mensen in de wiskunde zijn we erg dankbaar en ook verbijsterd over de grote bijdragen die zijn geleverd door na te denken over puur wiskundige objecten , alsof ze hen informeerden met inzichten uit de kwantumveldentheorie. Kun je ons iets vertellen over een deel van dat verhaal dat bijvoorbeeld in de jaren negentig begon?
Tong (24:48): Ja, dit is echt een van de prachtige dingen die voortkomen uit de kwantumveldentheorie. En er is geen kleine ironie hier. Weet je, de ironie is dat we deze wiskundige technieken gebruiken waar wiskundigen extreem achterdochtig over zijn, omdat ze niet denken dat ze dat zijn, ze zijn niet rigoureus. En toch zijn we op de een of andere manier in staat om wiskundigen een stap voor te zijn en ze in bepaalde omstandigheden bijna in hun eigen spel te verslaan, waar we ons kunnen omdraaien en ze resultaten kunnen geven waarin ze geïnteresseerd zijn, in hun eigen gebied van specialiteit, en resultaten die in sommige omstandigheden sommige gebieden van de wiskunde volledig hebben veranderd.
(25:22) Dus ik kan proberen je een idee te geven van hoe dit werkt. Het soort wiskunde waarin dit het meest nuttig is geweest, zijn ideeën die te maken hebben met geometrie. Het is niet de enige. Maar het is, ik denk dat het degene is waar we als natuurkundigen de meeste vooruitgang hebben geboekt in het denken. En natuurlijk is geometrie altijd nauw aan het hart van natuurkundigen geweest. Einsteins algemene relativiteitstheorie vertelt ons in feite dat ruimte en tijd zelf een of ander geometrisch object zijn. Dus wat we doen is dat we nemen wat wiskundigen een veelvoud noemen, het is een geometrische ruimte. In je geest kun je in de eerste plaats denken aan het oppervlak van een voetbal. En dan misschien het oppervlak van een donut, met een gat in het midden. En generaliseer dan naar het oppervlak van een krakeling, waar er een paar gaten in het midden zijn. En dan is de grote stap om dat allemaal te nemen en het naar een aantal hogere dimensies te duwen en te denken aan een hoger dimensionaal object dat om zich heen is gewikkeld met hogere dimensionale gaten, enzovoort.
(26:13) Dus het soort vragen dat wiskundigen ons stellen om objecten als deze te classificeren, om te vragen wat er speciaal is aan verschillende objecten, wat voor soort gaten ze kunnen hebben, welke structuren ze erop kunnen hebben, enzovoort. En als natuurkundigen komen we met wat extra intuïtie.
(26:28) Maar daarnaast hebben we dit geheime wapen van de kwantumveldentheorie. We hebben een soort van twee geheime wapens. We hebben kwantumveldentheorie; we hebben een opzettelijke minachting voor strengheid. Die twee combineren heel, heel mooi. En dus zullen we vragen stellen als, neem een van deze ruimtes, en plaats er een deeltje op, en vraag hoe dat deeltje reageert op de ruimte? Nu met de deeltjes of kwantumdeeltjes, gebeurt er iets heel interessants omdat het een golf van waarschijnlijkheid heeft die zich over de ruimte verspreidt. En dus vanwege deze kwantumaard, heeft het de mogelijkheid om iets te weten te komen over de globale aard van de ruimte. Het kan de hele ruimte in één keer aftasten en uitzoeken waar de gaten zijn en waar de valleien zijn en waar de toppen zijn. En dus kunnen onze kwantumdeeltjes dingen doen zoals vast komen te zitten in bepaalde gaten. En vertel ons op die manier iets over de topologie van de ruimtes.
(27:18) Er zijn dus een aantal zeer grote successen geboekt bij het toepassen van de kwantumveldentheorie. Een van de grootste successen was in het begin van de jaren negentig, iets dat spiegelsymmetrie wordt genoemd, wat een revolutie teweegbracht in een gebied genaamd symplectische geometrie. Een beetje later [Nathan] Seiberg en [Edward] Witten loste een bepaalde vierdimensionale kwantumveldentheorie op, en dat gaf nieuwe inzichten in de topologie van vierdimensionale ruimten. Het is echt een wonderbaarlijk vruchtbaar programma geweest, waarbij natuurkundigen nu al tientallen jaren met nieuwe ideeën uit de kwantumveldentheorie komen, maar ze absoluut niet kunnen bewijzen, vanwege dit gebrek aan nauwkeurigheid. En dan komen er wiskundigen langs, maar het zijn niet alleen puntjes en T's, ze nemen de ideeën en bewijzen ze op hun eigen manier, en introduceren nieuwe ideeën.
(28:02) En die nieuwe ideeën worden vervolgens teruggekoppeld naar de kwantumveldentheorie. En dus is er een werkelijk prachtige harmonieuze ontwikkeling geweest tussen wiskunde en natuurkunde. Het blijkt dat we vaak dezelfde vragen stellen, maar heel andere tools gebruiken en door met elkaar te praten veel meer vooruitgang hebben geboekt dan we anders zouden hebben gedaan.
Strogatz (28:18): Ik denk dat het intuïtieve beeld dat je gaf erg nuttig is om op de een of andere manier over dit concept van een kwantumveld te denken als iets dat gedelokaliseerd is. Weet je, in plaats van een deeltje dat we als puntachtig beschouwen, heb je dit object dat zich over de hele ruimte en tijd verspreidt, als er tijd in de theorie is, of als we gewoon meetkunde doen, denk ik dat we' denk er gewoon aan dat het zich over de hele ruimte verspreidt. Deze kwantumvelden zijn zeer geschikt om globale kenmerken te detecteren, zoals je zei.
(28:47) En dat is geen standaard manier van denken in wiskunde. We zijn gewend te denken aan een punt en de buurt van een punt, de oneindig kleine buurt van een punt. Dat is onze vriend. We zijn als de meest bijziende wezens als wiskundigen, terwijl de natuurkundigen zo gewend zijn te denken aan deze automatisch globaal waarnemende objecten, deze velden die, zoals je zegt, de contouren, de valleien, de pieken, de gehelen van oppervlakken kunnen opsnuiven van mondiale objecten.
Tong (29:14): Ja, dat klopt precies. En een deel van de feedback in de natuurkunde is erg belangrijk geweest. Dus het waarderen dat topologie echt ten grondslag ligt aan veel van onze manieren van denken in de kwantumveldentheorie, dat we globaal zouden moeten denken, zowel in de kwantumveldentheorie als in de geometrie. En weet je, er zijn programma's om bijvoorbeeld kwantumcomputers te bouwen en een van de meest, nou ja, misschien is het een van de meer optimistische manieren om kwantumcomputers te bouwen.
(29:34) Maar als het zou kunnen werken, is een van de krachtigste manieren om een kwantumcomputer te bouwen het gebruik van topologische ideeën van de kwantumveldentheorie, waarbij informatie niet op een lokaal punt wordt opgeslagen, maar wereldwijd wordt opgeslagen. een ruimte. Het voordeel is dat als je het ergens op een punt duwt, je de informatie niet vernietigt omdat het niet op een bepaald punt is opgeslagen. Het is overal tegelijk opgeslagen. Dus, zoals ik al zei, er is echt een wonderbaarlijke wisselwerking tussen wiskunde en natuurkunde die op dit moment aan de gang is.
Strogatz (30:01): Nou, laten we nog een laatste keer terugschakelen van wiskunde naar natuurkunde, en misschien zelfs een klein beetje kosmologie. Dus met betrekking tot het succesverhaal van de fysische theorie, meer van de constellatie van theorieën die we kwantumveldentheorie noemen, hebben we deze experimenten vrij recent bij CERN gehad. Is dit, dat is waar de Large Hadron Collider is, klopt dat?
Tong (30:01): Dat klopt. Het is in Genève.
Strogatz (30:04): Oké. Je had het over de ontdekking van de Higgs die lang zo'n 50, 60 jaar geleden voorspelde, maar ik heb begrepen dat natuurkundigen - nou ja, wat is het juiste woord? Teleurgesteld, chagrijnig, verbaasd. Dat sommige dingen die ze hadden gehoopt te zien in de experimenten bij de Large Hadron Collider, niet zijn uitgekomen. Supersymmetrie, laten we zeggen, één zijn. Vertel ons iets over dat verhaal. Waar hopen we meer van die experimenten te zien? Hoe moeten we ons voelen als we niet meer zien?
Tong (30:53): We hoopten meer te zien. Ik heb geen idee hoe we ons moeten voelen, dat hebben we niet gezien. Ik zou het kunnen, ik kan je het verhaal vertellen.
Tong (31:00): Dus de LHC werd gebouwd. En het werd gebouwd met de verwachting dat het het Higgs-deeltje zou ontdekken, wat het ook deed. Het Higgs-deeltje was het laatste onderdeel van het standaardmodel. En er waren redenen om te denken dat als we het standaardmodel eenmaal hadden voltooid, het Higgs-deeltje ook het portaal zou zijn dat ons leidde naar wat daarna komt, de volgende laag van de realiteit die daarna komt. En er zijn argumenten die je kunt aanvoeren, dat wanneer je het Higgs ontdekt, je ongeveer in dezelfde buurt, dezelfde energieschaal als het Higgs, enkele andere deeltjes zou moeten ontdekken die op de een of andere manier het Higgs-deeltje stabiliseren. Het Higgs-deeltje is bijzonder. Het is het enige deeltje in het standaardmodel dat niet ronddraait. Alle andere deeltjes, het elektron draait, het foton draait, het is wat we de polarisatie noemen. Het Higgs-deeltje is het enige deeltje dat niet ronddraait. In zekere zin is het het eenvoudigste deeltje in het standaardmodel.
(31:00) Maar er zijn theoretische argumenten die zeggen dat een deeltje dat niet ronddraait een zeer zware massa zou moeten hebben. Zeer zwaar betekent naar de hoogst mogelijke energieschaal geduwd. Deze argumenten zijn goede argumenten. We zouden de kwantumveldentheorie in veel andere situaties kunnen gebruiken, in materialen beschreven door de kwantumveldentheorie. Het is altijd waar dat als een deeltje niet draait, het een scalair deeltje wordt genoemd. En het heeft een lichte massa. Er is een reden waarom het massa's licht is.
(32:25) En dus verwachtten we dat er een reden zou zijn waarom het Higgs-deeltje de massa had die het heeft. En we dachten dat die reden zou komen met wat extra deeltjes die zouden verschijnen zodra de Higgs verscheen. En misschien was het supersymmetrie en misschien was het iets dat technicolor werd genoemd. En er waren vele, vele theorieën die er zijn. En we ontdekten dat de Higgs en de LHC - ik denk dat dit belangrijk is om toe te voegen - alle verwachtingen heeft overtroffen als het gaat om de werking van de machine en de experimenten en de gevoeligheid van de detectoren. En deze mensen zijn absolute helden die het experiment doen.
(32:56) En het antwoord is dat er gewoon niets anders is op de energieschaal die we momenteel onderzoeken. En dat is een puzzel. Het is me een raadsel. En voor vele anderen is het een raadsel. We hadden het duidelijk bij het verkeerde eind; we hadden het duidelijk bij het verkeerde eind met de verwachting dat we iets nieuws zouden ontdekken. Maar we weten niet waarom we het mis hebben. Weet je, we weten niet wat er mis was met die argumenten. Ze voelen nog steeds goed, ze voelen nog steeds goed voor mij. Er is dus iets dat we missen aan de kwantumveldentheorie, en dat is opwindend. En weet je, het is goed om ongelijk te hebben op dit gebied van de wetenschap, want alleen als je het mis hebt, kun je eindelijk in de goede richting worden geduwd. Maar het is eerlijk om te zeggen dat we momenteel niet zeker weten waarom we het bij het verkeerde eind hebben.
Strogatz (33:32): Dat is een goede houding om te hebben, juist, dat er zoveel vooruitgang is geboekt door deze paradoxen, door wat op dat moment als teleurstellingen voelde. Maar om er doorheen te leven en om in een generatie te zijn - ik bedoel, nou, ik wil niet zeggen dat je zou kunnen zijn aangespoeld tegen de tijd dat dit is bedacht, maar het is een eng vooruitzicht.
Tong (33:50): Aangespoeld zou prima zijn. Maar ik zou graag willen leven.
Strogatz (33:56): Ja, ik voelde me zelfs slecht om dat te zeggen.
Gaan we van klein naar groot, waarom denken we niet na over enkele van de kosmologische kwesties. Vanwege enkele van de andere grote mysteries, dingen als donkere materie, donkere energie, het vroege heelal. Dus je studeert als een van je eigen interessegebieden, de tijd direct na de oerknal, toen we nog niet echt deeltjes hadden. We hadden net, wat, kwantumvelden?
Tong (34:22): Er was een tijd na de oerknal die inflatie werd genoemd. Het was dus een tijd waarin het heelal heel, heel snel uitdijde. En er waren kwantumvelden in het universum toen dit gebeurde. En wat volgens mij echt een van de meest verbazingwekkende verhalen in de hele wetenschap is, is dat deze kwantumvelden fluctuaties vertoonden. Ze stuiteren altijd op en neer, alleen vanwege kwantumkriebels, weet je. Net zoals het onzekerheidsprincipe van Heisenberg zegt dat een deeltje zich niet op een specifieke plaats kan bevinden omdat het een oneindige impuls zal hebben, dus weet je, het is daar altijd wat onzekerheid. Dat geldt ook voor deze velden. Deze kwantumvelden kunnen niet precies nul of precies een bepaalde waarde zijn. Ze trillen altijd op en neer door kwantumonzekerheid.
(35:02) En wat er gebeurde in deze eerste paar seconden - seconden is veel te lang. Eerste paar 10-30 seconden, laten we zeggen, van de oerknal is het heelal zeer snel uitgebreid. En deze kwantumvelden werden min of meer op heterdaad betrapt, dat ze fluctueerden, maar toen sleepte het universum ze uit elkaar naar enorme schalen. En daar bleven die fluctuaties hangen. Ze konden eigenlijk niet meer fluctueren vanwege causaliteitsredenen, omdat ze nu zo ver verspreid waren dat, weet je, het ene deel van de fluctuatie niet wist wat het andere deed. Dus deze fluctuaties strekken zich uit over het hele universum, lang geleden.
(35:43) En het prachtige verhaal is dat we ze kunnen zien, we kunnen ze nu zien. En we hebben er een foto van gemaakt. De foto heeft dus een vreselijke naam. Het wordt de kosmische microgolfachtergrondstraling genoemd. Je kent deze foto, het zijn de blauwe en rode rimpelingen. Maar het is een foto van de vuurbal die het universum 13.8 miljard jaar geleden vulde, en er zitten rimpelingen in. En de rimpelingen die we kunnen zien, werden veroorzaakt door deze kwantumfluctuaties in de eerste paar fracties van een seconde na de oerknal. En wij kunnen de berekening doen, jij kunt berekenen hoe de kwantumfluctuaties eruit zien. En je kunt de fluctuaties in de CMB experimenteel meten. En ze zijn het er gewoon mee eens. Het is dus een verbazingwekkend verhaal dat we een foto kunnen maken van deze fluctuaties.
(36:30) Maar er is ook een zekere mate van teleurstelling hier. De fluctuaties die we zien zijn vrij vanille, het zijn gewoon de fluctuaties die je zou krijgen van vrije velden. En het zou leuk zijn als we meer informatie zouden kunnen krijgen, als we konden zien - de statistische naam is dat de fluctuaties Gaussiaans zijn. En het zou leuk zijn om wat niet-Gaussianiteit te zien, die ons zal vertellen over de interacties tussen de velden in het zeer, zeer vroege heelal. En dus nogmaals, de Planck-satelliet is, heeft gevlogen en heeft een momentopname van de CMB gemaakt in steeds duidelijker details, en de niet-Gaussianiteiten die er zijn, als die er al zijn, zijn gewoon kleiner dan, dan de Planck satelliet kan detecteren.
(36:52) Dus er is hoop voor de toekomst dat er andere CMB-experimenten zijn, er is ook hoop dat deze niet-Gaussianiteiten zouden kunnen verschijnen in de manier waarop sterrenstelsels zich vormen, de statistische verdeling van sterrenstelsels door het universum bevat ook een herinnering aan deze fluctuaties waarvan we weten dat ze waar zijn, maar dat we daar misschien meer informatie uit kunnen halen. Het is dus echt ongelooflijk dat je deze fluctuaties gedurende 14 miljard jaar kunt volgen, van de allereerste stadia tot de manier waarop de sterrenstelsels nu in het universum zijn verdeeld,
Strogatz (37:36): Nou, dat heeft me veel inzicht gegeven dat ik niet eerder had over de afdruk van deze kwantumfluctuaties op de kosmische microgolfachtergrond. Ik had het me altijd afgevraagd. Je zei dat het de vrije theorie is, wat betekent - wat, vertel ons wat 'vrij' precies betekent? Er is toch niets? Ik bedoel, het is gewoon, het is het vacuüm zelf?
Tong (37:45): Het is niet alleen het vacuüm, want deze velden worden opgewonden als het universum uitdijt. Maar het is gewoon een veld dat geen interactie heeft met andere velden of zelfs met zichzelf, het stuitert in feite gewoon op en neer als een harmonische oscillator. Elk punt stuitert op en neer als een veer. Het is dus het saaiste veld dat je je kunt voorstellen.
Strogatz (38:11): Dat betekent dat we geen bepaald kwantumveld hoefden te postuleren aan het begin van het universum. Het is gewoon, dat is wat je zegt, vanille.
Tong (38:19): Het is vanille. Het zou dus leuk geweest zijn om een beter inzicht te krijgen dat deze interacties plaatsvinden, of deze interacties plaatsvinden, of het veld deze specifieke eigenschap had. En dat lijkt niet - misschien in de toekomst, maar op dit moment zijn we er nog niet.
Strogatz (38:32): Dus misschien moeten we dan afsluiten met uw persoonlijke hoop. Is er een, als je één ding zou moeten uitkiezen dat je persoonlijk zou willen oplossen, in de komende jaren, of voor de toekomst van onderzoek in de kwantumveldentheorie, wat zou dan je favoriet zijn? Als je kon dromen.
Tong (38:48): Er zijn er zoveel -
Strogatz: U kunt meer kiezen.
Tong: Er zijn dingen aan de wiskundige kant. Dus ik zou, aan de wiskundige kant, graag meer willen weten over deze stelling van Nielsen-Ninomiya, het feit dat je bepaalde kwantumveldentheorieën niet kunt discretiseren. En zijn er mazen in de stelling? Zijn er veronderstellingen die we kunnen weggooien en op de een of andere manier erin slagen om het te doen?
(39:07) Weet je, stellingen in de natuurkunde, ze worden meestal 'no-go'-stellingen genoemd. Je kunt dit niet doen. Maar het zijn vaak wegwijzers over waar je moet kijken, want een wiskundige stelling is natuurlijk waar, maar daarom gaat het gepaard met zeer strikte aannames. En dus misschien kun je deze veronderstelling of die veronderstelling weggooien en daarmee vooruitgang boeken. Dus het is aan de wiskundige kant, daar zou ik graag vooruitgang in zien.
(39:28) Aan de experimentele kant, alle dingen waarover we hebben gesproken - een nieuw deeltje, nieuwe hints van wat erachter ligt. En we zien vrij regelmatig hints. De meest recente is dat de massa van de W boson aan jouw kant van de Atlantische Oceaan is anders dan de massa van de W boson aan mijn kant van de Atlantische Oceaan en dat, dat lijkt raar. Hints over donkere materie, of donkere materie. Wat het ook is, het is gemaakt van kwantumvelden. Daar bestaat geen twijfel over.
(39:53) En de donkere energie waarop je zinspeelde dat er voorspellingen zijn, is een te sterk woord, maar er zijn suggesties uit de kwantumveldentheorie. al die fluctuaties van kwantumvelden zouden de uitdijing van het universum moeten aansturen. Maar in zekere zin is dat veel groter dan we in werkelijkheid zien.
(40:07) Dus dezelfde puzzel die er is met de Higgs. Waarom is de Higgs zo licht? Het is er ook met donkere energie. Waarom is de kosmologische versnelling van het heelal zo klein in vergelijking met wat wij denken dat het is. Het is dus een ietwat vreemde situatie om in te verkeren. Ik bedoel, we hebben deze theorie. Het is helemaal geweldig. Maar het is ook duidelijk dat er dingen zijn die we echt niet begrijpen.
Strogatz (40:26): Ik wil je gewoon bedanken, David Tong, voor dit zeer uitgebreide en fascinerende gesprek. Heel erg bedankt dat je vandaag bij me bent gekomen.
Tong (40:33): Graag gedaan. Heel erg bedankt.
Omroeper (40:39): Als je wilt De vreugde van waarom, bekijk de Quanta Magazine Wetenschap Podcast, gehost door mij, Susan Valot, een van de producenten van deze show. Vertel ook je vrienden over deze podcast en geef ons een like of volg waar je luistert. Het helpt mensen vinden De vreugde van waarom podcast.
Steve Strogatz (41: 03): De vreugde van waarom is een podcast van Quanta Magazine, een redactioneel onafhankelijke publicatie ondersteund door de Simons Foundation. Financieringsbeslissingen van de Simons Stichting hebben geen invloed op de selectie van onderwerpen, gasten of andere redactionele beslissingen in deze podcast of in Quanta Magazine. De vreugde van waarom wordt geproduceerd door Susan Valot en Polly Stryker. Onze redacteuren zijn John Rennie en Thomas Lin, met ondersteuning door Matt Carlstrom, Annie Melchor en Leila Sloman. Onze themamuziek is gecomponeerd door Richie Johnson. Ons logo is van Jackie King en het artwork voor de afleveringen is van Michael Driver en Samuel Velasco. Ik ben je gastheer, Steve Strogatz. Als je vragen of opmerkingen voor ons hebt, stuur dan een e-mail naar quanta@simonsfoundation.org. Bedankt voor het luisteren.
