Исследование неразрешённых вопросов в физике
-
0:01 - 0:05Кое-что в физике
-
0:05 - 0:09не давало мне покоя с самого детства.
-
0:11 - 0:13Речь идёт о вопросе,
-
0:13 - 0:16которым учёные задаются почти 100 лет
-
0:16 - 0:17и не получают ответа.
-
0:19 - 0:22Как мельчайшие природные объекты,
-
0:22 - 0:24частицы квантового мира,
-
0:24 - 0:27соотносятся с крупнейшими
объектами в природе — -
0:27 - 0:31планетами, звёздами и галактиками,
которые удерживает гравитация? -
0:31 - 0:34В детстве я ломал голову
над подобными вопросами, -
0:34 - 0:37возился с микроскопами и электромагнитами,
-
0:37 - 0:39читал о слабых взаимодействиях
-
0:39 - 0:41и квантовой механике.
-
0:41 - 0:44Я изумлялся, как прекрасно
это описание соответствовало -
0:44 - 0:45нашим наблюдениям.
-
0:46 - 0:48Я смотрел на звёзды и читал о том,
-
0:48 - 0:50насколько хорошо мы понимаем гравитацию;
-
0:50 - 0:54уверенно полагал,
что должен быть изящный способ -
0:54 - 0:56объединить эти две системы.
-
0:57 - 0:58Однако это не так.
-
1:00 - 1:01В книгах говорилось,
-
1:01 - 1:04что мы многое понимаем в каждой
из этих систем по отдельности, -
1:04 - 1:07но при попытке связать их математически
-
1:07 - 1:08всё рушится.
-
1:09 - 1:10В течение 100 лет
-
1:10 - 1:15ни одна из наших идей решения
этой главной физической катастрофы -
1:15 - 1:17не была подкреплена доказательствами.
-
1:18 - 1:20Для меня прежнего —
-
1:20 - 1:22маленького любопытного скептика Джеймса —
-
1:22 - 1:25этот ответ был в высшей степени
неудовлетворительным. -
1:26 - 1:28Так что я всё тот же малыш-скептик.
-
1:28 - 1:32Теперь перенесёмся в декабрь 2015 года,
-
1:33 - 1:36когда я в непосредственной
близости наблюдал, -
1:36 - 1:38как мир физики
переворачивается с ног на голову. -
1:40 - 1:43Дело в том, что мы в ЦЕРН увидели
нечто занимательное в наших данных: -
1:43 - 1:46намёк на новую частицу,
-
1:46 - 1:50которая может стать исключительным
ответом на этот вопрос. -
1:52 - 1:54Оставаясь ребёнком-скептиком,
-
1:54 - 1:56я также являюсь охотником на частицы.
-
1:56 - 2:00Я физик, работающий в ЦЕРН
с Большим адронным коллайдером — -
2:00 - 2:03крупнейшим научным экспериментом
из когда-либо построенных. -
2:04 - 2:07Это 27-километровый тоннель
на границе Франции и Швейцарии, -
2:07 - 2:09расположенный на глубине 100 метров.
-
2:09 - 2:10В этом тоннеле
-
2:10 - 2:12мы используем сверхпроводящие магниты,
-
2:12 - 2:14которые холоднее
космического пространства, -
2:14 - 2:18чтобы разогнать протоны
почти до скорости света -
2:18 - 2:21и заставить их сталкиваться друг с другом
миллионы раз в секунду. -
2:21 - 2:24Затем мы собираем осколки
от этих столкновений -
2:24 - 2:28для поиска новых, неоткрытых
фундаментальных частиц. -
2:29 - 2:31Тысячи физиков со всего мира
десятки лет трудились -
2:31 - 2:34над его разработкой и строительством.
-
2:34 - 2:37Летом 2015 года
-
2:37 - 2:40мы работали без устали, чтобы включить БАК
-
2:40 - 2:45на самой высокой в истории
работы с коллайдерами мощности. -
2:46 - 2:48Высокая мощность важна,
-
2:48 - 2:50потому что для частиц
существует равнозначность -
2:50 - 2:53между энергией и массой частицы,
-
2:53 - 2:55а масса является лишь числом,
присвоенным природой. -
2:56 - 2:57Чтобы открыть новые частицы,
-
2:57 - 2:59необходимо достигнуть этих бо́льших чисел.
-
2:59 - 3:03Для этого мы построили коллайдер,
который быстрее и мощнее предшественников, -
3:03 - 3:05и теперь крупнейшим
и мощнейшим коллайдером в мире -
3:05 - 3:07является Большой адронный коллайдер.
-
3:08 - 3:13Там мы сталкиваем
протоны квадриллионы раз -
3:13 - 3:17и очень медленно, в течение
нескольких месяцев, собираем данные. -
3:19 - 3:23Новые частицы могут появиться в данных
в виде неровностей — -
3:23 - 3:26небольших отклонений от ожидаемых данных,
-
3:26 - 3:30маленьких кластеров, из-за которых
линия становится менее плавной. -
3:30 - 3:32Например, эта неровность:
-
3:33 - 3:36после месяцев сбора данных в 2012 году
-
3:36 - 3:38она привела к обнаружению частицы Хиггса —
-
3:38 - 3:39бозона Хиггса —
-
3:39 - 3:42и к Нобелевской премии
за подтверждение его существования. -
3:44 - 3:48Этот энергетический скачок в 2015 году
-
3:49 - 3:52предоставил лучшую
в истории человечества возможность -
3:52 - 3:53для открытия новых частиц —
-
3:53 - 3:56это новый ответ на давние вопросы,
-
3:56 - 3:58потому что нынешняя мощность
почти в два раза больше той, -
3:59 - 4:01на которой был открыт бозон Хиггса.
-
4:01 - 4:04Многие мои коллеги посвятили этому моменту
всю свою карьеру, и, если честно, -
4:04 - 4:07для меня — любопытного малыша —
-
4:07 - 4:09это был момент, которого я ждал всю жизнь.
-
4:09 - 4:11Итак, в 2015 году пришла пора действовать.
-
4:13 - 4:15В июне 2015 года
-
4:16 - 4:18БАК снова запустили.
-
4:19 - 4:22Я вместе с коллегами
затаил дыхание и кусал ногти, -
4:22 - 4:24а затем мы увидели первое
столкновение протонов, -
4:24 - 4:26на крупнейшей в истории мощности.
-
4:26 - 4:29Аплодисменты, шампанское, празднование.
-
4:29 - 4:32Это было важным событием для науки,
-
4:32 - 4:37и мы понятия не имели,
что обнаружим в новейших данных. -
4:40 - 4:42Через несколько недель
мы обнаружили неровность. -
4:44 - 4:46Она была не очень большой,
-
4:47 - 4:49но достаточной, чтобы заинтересовать нас.
-
4:49 - 4:51По 10-балльной шкале удивительности,
-
4:51 - 4:54где 10 означает открытие новой частицы,
-
4:54 - 4:56наше событие тянет на четвёрочку.
-
4:56 - 4:57(Смех)
-
4:58 - 5:03Я провёл часы, дни, недели
на секретных собраниях, -
5:04 - 5:06споря с коллегами по поводу
маленькой неровности, -
5:06 - 5:09подвергая её самым жёстким экспериментам,
-
5:09 - 5:11чтобы выяснить, выдержит ли она критику.
-
5:12 - 5:15Однако после месяцев лихорадочной работы,
-
5:15 - 5:18когда мы не выбирались домой
и спали в офисах, -
5:18 - 5:20ужинали шоколадными батончиками
-
5:20 - 5:22и вёдрами глушили кофе —
-
5:22 - 5:26физики являются машинами
по преобразованию кофе в диаграммы — -
5:26 - 5:27(Смех)
-
5:27 - 5:30эта маленькая неровность не исчезла.
-
5:31 - 5:33Так что через несколько месяцев
-
5:33 - 5:36мы представили её миру и ясно дали понять:
-
5:36 - 5:40эта неровность интересная,
но неоднозначная, -
5:40 - 5:44поэтому давайте понаблюдаем за ней,
пока не получим больше данных. -
5:44 - 5:46Мы старались вести себя
предельно спокойно. -
5:47 - 5:50В любом случае новость облетела весь мир.
-
5:50 - 5:52СМИ она очень понравилась.
-
5:53 - 5:55Людям это напомнило небольшую неровность,
-
5:55 - 5:59которую представили
перед открытием бозона Хиггса. -
5:59 - 6:02Более того, мои коллеги-теоретики —
-
6:03 - 6:04я их просто обожаю —
-
6:05 - 6:09написали 500 научных статей
об этой маленькой неровности. -
6:09 - 6:10(Смех)
-
6:11 - 6:15Мир физики элементарных частиц
перевернулся с ног на голову. -
6:16 - 6:20Но что же в этой маленькой неровности
-
6:20 - 6:24заставило тысячи физиков
потерять самообладание? -
6:26 - 6:27Она была уникальной
-
6:28 - 6:29и указывала на то,
-
6:30 - 6:33что мы наблюдали неожиданно большое
число столкновений, -
6:33 - 6:36осколки которых состояли
лишь из двух фотонов — -
6:36 - 6:37двух частиц света.
-
6:37 - 6:38А это редкость.
-
6:39 - 6:42Cоударение частиц не похоже
на столкновение автомобилей. -
6:42 - 6:43У них разные правила.
-
6:43 - 6:47Столкновение двух частиц почти на скорости
света переносит их в квантовый мир. -
6:47 - 6:48И в квантовом мире
-
6:48 - 6:52эти две частицы могут
быстро создать новую частицу, -
6:52 - 6:55которая живёт крошечную
долю секунды перед распадом -
6:55 - 6:58на другие частицы,
которые улавливает наш датчик. -
6:58 - 7:01Представьте, что при столкновении
две машины исчезают, -
7:01 - 7:03а на их месте возникает велосипед.
-
7:03 - 7:04(Смех)
-
7:04 - 7:07А затем велосипед
распадается на два скейтборда, -
7:07 - 7:09врезающиеся в датчики.
-
7:09 - 7:09(Смех)
-
7:09 - 7:11Надеюсь, не в буквальном смысле.
-
7:11 - 7:13Датчики очень дорогие.
-
7:14 - 7:18Случаи, когда детектор фиксирует
лишь два фотона, очень редки. -
7:18 - 7:22Из-за особых квантовых свойств фотонов
-
7:22 - 7:25существует очень мало вариантов
потенциальных новых частиц — -
7:26 - 7:27мифических велосипедов, —
-
7:27 - 7:29которые могут породить лишь два фотона.
-
7:30 - 7:33Но один из этих вариантов грандиозный,
-
7:33 - 7:36он связан с давним вопросом о гравитации,
-
7:36 - 7:39который волновал меня с самого детства.
-
7:42 - 7:45Гравитация может показаться
вам очень сильной, -
7:45 - 7:49однако она гораздо слабее
других сил природы. -
7:49 - 7:51Я могу ненадолго преодолеть гравитацию
во время прыжка, -
7:52 - 7:55но не могу вынуть протон из своей руки.
-
7:56 - 8:00Какова сила гравитации по сравнению
с другими силами природы? -
8:00 - 8:03Десять в минус тридцать девятой степени.
-
8:03 - 8:05Это десятичное число,
за которым следуют 39 нулей. -
8:05 - 8:06Кроме того,
-
8:06 - 8:09все другие известные
силы природы прекрасно характеризует -
8:09 - 8:11так называемая Стандартная модель,
-
8:12 - 8:15которая сейчас является лучшим описанием
мельчайших объектов природы, -
8:15 - 8:16и, честно говоря,
-
8:16 - 8:20одним из самых успешных
достижений человечества — -
8:20 - 8:21всё портит гравитация,
-
8:21 - 8:24которая отсутствует в Стандартной модели.
-
8:24 - 8:26Сумасшествие.
-
8:26 - 8:29Словно бо́льшая часть гравитации
пропала без вести. -
8:30 - 8:32Мы слегка ощущаем её,
-
8:32 - 8:34но где всё остальное?
-
8:34 - 8:35Никто не знает.
-
8:36 - 8:40Однако есть теоретическое объяснение,
которое предлагает безумное решение. -
8:42 - 8:43Я и вы —
-
8:43 - 8:45даже сидящие в конце зала —
-
8:45 - 8:47живём в трёх измерениях.
-
8:47 - 8:50Надеюсь, это неоспоримое заявление.
-
8:50 - 8:52(Смех)
-
8:52 - 8:55Все известные частицы также существуют
в трёх измерениях пространства. -
8:55 - 8:57По сути, «частица» —
-
8:57 - 9:00это лишь синоним возбуждения
в трёхмерном пространстве; -
9:00 - 9:02локализованное колебание в пространстве.
-
9:03 - 9:07Куда важнее, что математика,
с помощью которой мы всё это описываем, -
9:07 - 9:10предполагает существование
лишь трёх измерений пространства. -
9:10 - 9:13Но это ведь математика, и мы можем
играть с ней, как пожелаем. -
9:13 - 9:16Люди забавлялись с дополнительными
измерениями пространства -
9:16 - 9:17долгое время,
-
9:17 - 9:20но это всегда было абстрактной
математической концепцией. -
9:20 - 9:23Все вы, оглянитесь:
-
9:24 - 9:26несомненно, существует только три
измерения пространства. -
9:27 - 9:29Но что, если это не правда?
-
9:30 - 9:33Что, если часть гравитации
-
9:33 - 9:36просачивается в дополнительное
пространственное измерение, -
9:36 - 9:38которое невидимо для нас с вами?
-
9:39 - 9:42Что, если бы вы смогли заглянуть
в это дополнительное измерение -
9:42 - 9:46и обнаружить, что гравитация
не слабее других сил, -
9:46 - 9:49а слабой она кажется
только потому, что на нас воздействует -
9:49 - 9:50лишь малая её часть?
-
9:52 - 9:53Будь это правдой,
-
9:53 - 9:56нам пришлось бы расширить
Стандартную модель частиц, -
9:56 - 10:00чтобы включить дополнительную,
гиперпространственную частицу гравитации, -
10:00 - 10:03особый гравитон, существующий
в дополнительных измерениях. -
10:03 - 10:05Я вижу, что выражают ваши лица.
-
10:05 - 10:06Вам следует спросить меня:
-
10:06 - 10:10«Каким образом мы проверим эту безумную
научно-фантастическую идею, -
10:10 - 10:13если мы застряли в трёх измерениях?»
-
10:13 - 10:14Так же, как и всегда —
-
10:14 - 10:16столкнём два протона
-
10:16 - 10:17(Смех)
-
10:17 - 10:20с такой силой, что столкновение отразится
-
10:20 - 10:23в любом дополнительном
пространственном измерении, -
10:23 - 10:25на мгновение создав этот
гиперспространственный гравитон, -
10:25 - 10:30который затем снова защёлкнется
в трёх измерениях БАК -
10:30 - 10:32и оставит два фотона,
-
10:32 - 10:34две частицы света.
-
10:35 - 10:38Этот гипотетический
межпространственный гравитон -
10:38 - 10:42является одной из немногих возможных
гипотетических новых частиц, -
10:42 - 10:44обладающих особыми квантовыми свойствами,
-
10:44 - 10:48которые могут породить нашу маленькую
неровность из двух фотонов. -
10:50 - 10:56Итак, перед нами появилась перспектива
объяснения тайн гравитации -
10:56 - 10:59и открытия дополнительных
измерений пространства — -
10:59 - 11:01возможно, теперь вы понимаете,
-
11:01 - 11:05почему тысячи помешанных на работе физиков
потеряли самообладание перед этой -
11:05 - 11:07маленькой 2-фотонной неровностью.
-
11:07 - 11:10Подобное открытие
заставит переписать учебники. -
11:11 - 11:12Но помните сообщение
-
11:12 - 11:14от нас, экспериментаторов,
-
11:14 - 11:15которые постоянно этим занимаются:
-
11:16 - 11:17нужно больше данных.
-
11:18 - 11:20Большое число данных
-
11:20 - 11:24может либо превратить маленькую неровность
в новенькую Нобелевскую премию, -
11:24 - 11:26(Смех)
-
11:26 - 11:29либо заполнить пространство
вокруг этой неровности -
11:29 - 11:31и вернуть линии плавность.
-
11:32 - 11:34Поэтому мы собрали в 5 раз больше данных,
-
11:34 - 11:35и спустя несколько месяцев
-
11:35 - 11:37наша маленькая неровность
-
11:37 - 11:39превратилась в плавную линию.
-
11:43 - 11:47В новостях сообщили
об «огромном разочаровании», -
11:47 - 11:49о «потере надежды»
и «опечаленных» ядерных физиках. -
11:49 - 11:51После таких заявлений
-
11:51 - 11:55можно подумать, что мы решили
закрыть БАК и разойтись по домам. -
11:55 - 11:56(Смех)
-
11:57 - 11:58Однако мы этого не сделали.
-
12:01 - 12:03Но почему нет?
-
12:04 - 12:07Ведь если я не открыл частицу,
-
12:08 - 12:11почему я сейчас выступаю перед вами?
-
12:11 - 12:14Почему я не пошёл домой,
-
12:14 - 12:15понурив голову?
-
12:19 - 12:23Ядерные физики являются исследователями.
-
12:23 - 12:26В основном мы занимаемся картографией.
-
12:27 - 12:29Позвольте мне сказать следующее:
забудьте о БАК на секунду. -
12:29 - 12:34Представьте: вы космический исследователь,
прибывший на далёкую планету -
12:34 - 12:35в поисках инопланетян.
-
12:35 - 12:37Что вы делаете в первую очередь?
-
12:38 - 12:41Захо́дите на орбиту планеты,
приземляетесь, осматриваетесь -
12:41 - 12:43в поисках очевидных признаков жизни
-
12:43 - 12:45и докладываете на базу.
-
12:45 - 12:47Мы сейчас находимся на этой стадии.
-
12:47 - 12:49Мы впервые заглянули в БАК
-
12:49 - 12:51в поисках новых,
больших и заметных частиц -
12:51 - 12:53и теперь можем сообщить, что таких нет.
-
12:54 - 12:56Мы увидели подозрительный
инородный выступ на горе, -
12:56 - 12:59но, подойдя ближе, увидели,
что это просто камень. -
12:59 - 13:01Но что же делать дальше?
Просто сдаться и улететь? -
13:01 - 13:03Однозначно нет;
-
13:03 - 13:05мы были бы ужасными учёными,
поступив так. -
13:05 - 13:09Нет, следующие пару десятилетий
мы будем исследовать, -
13:09 - 13:10составим карту территории,
-
13:10 - 13:13просеем песок
качественными инструментами, -
13:13 - 13:14заглянем под каждый камень,
-
13:14 - 13:16пробурим поверхность.
-
13:16 - 13:19Новые частицы могут возникнуть внезапно,
-
13:19 - 13:21в виде больших, очевидных неровностей,
-
13:21 - 13:25но они также могут обнаружиться
спустя годы сбора данных. -
13:26 - 13:31Человечество лишь начало исследования
в БАК на высокой мощности, -
13:31 - 13:32и нам предстоят долгие поиски.
-
13:32 - 13:38Но что если через 10 или 20 лет
мы так и не обнаружим новую частицу? -
13:39 - 13:41Мы построим машину побольше.
-
13:41 - 13:42(Смех)
-
13:42 - 13:46Мы будем искать на бо́льших мощностях.
-
13:47 - 13:50Уже идёт планирование
100-километрового тоннеля, -
13:51 - 13:53который будет в 10 раз мощнее БАК.
-
13:53 - 13:56Природа решает, где разместить
новые частицы, а не мы. -
13:56 - 13:58Мы только решаем продолжать поиски.
-
13:58 - 14:01Но что, если даже после строительства
-
14:01 - 14:02туннеля на 100 и 500 километров,
-
14:03 - 14:05или создания 10 000-километрового
коллайдера в космосе -
14:05 - 14:07между Землёй и Луной,
-
14:07 - 14:10мы так и не обнаружим новые частицы?
-
14:12 - 14:14Тогда, возможно, мы неверно
занимаемся физикой частиц. -
14:14 - 14:16(Смех)
-
14:16 - 14:18Возможно, нам нужно многое переосмыслить.
-
14:19 - 14:22Возможно, нам нужно больше ресурсов,
технологий и опыта, -
14:22 - 14:24чем есть сейчас.
-
14:25 - 14:28Мы уже частично используем в БАК
искусственный интеллект -
14:28 - 14:29и техники обучения машин,
-
14:29 - 14:31но представьте эксперимент в физике частиц
-
14:32 - 14:33с такими сложными алгоритмами,
-
14:33 - 14:36что они сами научатся обнаруживать
гиперпространственный гравитон. -
14:36 - 14:37Но что, если?
-
14:37 - 14:40Главный вопрос:
что, если даже искусственный интеллект -
14:40 - 14:42не сможет помочь ответить на наши вопросы?
-
14:42 - 14:44Что, если открытые столетиями вопросы
-
14:44 - 14:47обречены остаться без ответа
в обозримом будущем? -
14:47 - 14:50Что, если проблемы, которые с детства
не давали мне покоя, -
14:50 - 14:53обречены остаться без ответа
до конца моей жизни? -
14:54 - 14:56Тогда...
-
14:56 - 14:58это будет даже более захватывающе.
-
15:00 - 15:03Нам придётся думать в совершенно
новых направлениях, -
15:04 - 15:06придётся вернуться к своим предположениям
-
15:06 - 15:09и поискать в них ошибку.
-
15:09 - 15:13Также необходимо
привлекать в науку больше людей, -
15:13 - 15:16которые смогут взглянуть на эти
вековые проблемы свежим взглядом. -
15:16 - 15:19У меня нет ответов,
но я продолжаю их искать. -
15:19 - 15:21Но кто-то — возможно,
сейчас она учится в школе -
15:21 - 15:23или даже ещё не родилась —
-
15:24 - 15:27сможет в итоге заставить нас
по-новому взглянуть на физику -
15:27 - 15:31и указать, что, возможно, мы просто задаём
неправильные вопросы. -
15:32 - 15:35Это будет не концом физики,
-
15:35 - 15:36а только новым началом.
-
15:37 - 15:38Спасибо.
-
15:38 - 15:41(Аплодисменты)
- Title:
- Исследование неразрешённых вопросов в физике
- Speaker:
- Джеймс Бичем
- Description:
-
Джеймс Бичем ищет ответы на самые важные открытые вопросы физики с помощью крупнейшего из когда-либо проводимых экспериментов — Большого адронного коллайдера ЦЕРН. В этом весёлом и доходчивом выступлении о том, как делается наука, Бичем отправляется с нами в путешествие через дополнительные измерения в поисках неоткрытых фундаментальных частиц (и объяснения тайн гравитации) и подробно описывает продолжение исследований.
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TEDTalks
- Duration:
- 15:54
Anna Kotova approved Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Anna Kotova edited Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Катерина Джусупова accepted Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Катерина Джусупова edited Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Катерина Джусупова edited Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Катерина Джусупова edited Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Катерина Джусупова edited Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics | ||
Катерина Джусупова edited Russian subtitles for How we explore unanswered questions in physics |