ABOUT THE SPEAKER
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe.

Why you should listen

Sean Carroll is a theoretical physicist at Caltech in Pasadena, California, where he researches theoretical aspects of cosmology, field theory and gravitation -- exploring the nature of fundamental physics by studying the structure and evolution of the universe.

His book on cosmology and the arrow of time, From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time, was published in 2010. He keeps a regular blog at Cosmic Variance.

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Sean M. Carroll | Speaker | TED.com
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Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse

西恩·凱羅: 遙遠的時間和多重宇宙的徵兆

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在TED加州理工分舵大會,宇宙學家西恩·凱羅以一種有趣並且引人思考的方式,帶領聽眾回顧了時間跟宇宙的屬性,並深入探討了一個貌似很簡單的問題:時間為什麼存在?解釋這個問題,首先需要理解一個令人驚訝的對於宇宙性質的看法,以及對於我們在宇宙中位置的看法。
- Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio

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The universe宇宙
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宇宙
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is really big.
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2000
是浩瀚的
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We live生活 in a galaxy星系, the Milky乳白色 Way Galaxy星系.
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4000
3000
我們生活在宇宙中的一個星系裡 也就是銀河系
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There are about a hundred billion十億 stars明星 in the Milky乳白色 Way Galaxy星系.
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7000
3000
銀河系裡大約有上千億的恆星
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And if you take a camera相機
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如果你拿一個照相機
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and you point it at a random隨機 part部分 of the sky天空,
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隨便對著天空的某一個角落
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and you just keep the shutter快門 open打開,
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2000
打開快門
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as long as your camera相機 is attached to the Hubble哈勃 Space空間 Telescope望遠鏡,
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3000
如果你的照相機連接著一個哈勃天文望遠鏡的話
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it will see something like this.
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19000
2000
你就會看到這樣一幅景象
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Every一切 one of these little blobs斑點
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21000
3000
這一團一團的
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is a galaxy星系 roughly大致 the size尺寸 of our Milky乳白色 Way --
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24000
2000
都是是跟銀河系差不多大小的星系
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a hundred billion十億 stars明星 in each of those blobs斑點.
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3000
就是說這枚一團裡都有上千億的恆星
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There are approximately a hundred billion十億 galaxies星系
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3000
並且在我們可以觀測到的宇宙範圍內
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in the observable可觀察 universe宇宙.
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2000
存在着上千億這樣的團
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100 billion十億 is the only number you need to know.
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上千億——你記住這個數字就可以了
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The age年齡 of the universe宇宙, between之間 now and the Big Bang,
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宇宙的年齡 也就是從宇宙大爆炸至今
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is a hundred billion十億 in dog years年份.
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2000
大概是一千億“狗年”(一狗年約等於八年)
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(Laughter笑聲)
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2000
(笑聲)
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Which哪一個 tells告訴 you something about our place地點 in the universe宇宙.
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3000
我這麼說也是為了告訴你我們在宇宙中的位置
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One thing you can do with a picture圖片 like this is simply只是 admire欣賞 it.
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2000
對於這樣一幅圖像 我們能做什麼呢?也就是純粹的欣賞景仰吧
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It's extremely非常 beautiful美麗.
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2000
多麼美麗的圖像
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I've often經常 wondered想知道, what is the evolutionary發展的 pressure壓力
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3000
我時常會想 在星系的圖像還不存在的時候
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that made製作 our ancestors祖先 in the Veldt大草原 adapt適應 and evolve發展
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3000
是什麼進化壓力 促使我們非洲大草原的的祖先
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to really enjoy請享用 pictures圖片 of galaxies星系
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56000
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不斷地適應 進化
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when they didn't have any.
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並開始欣賞星系?
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But we would also like to understand理解 it.
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2000
但是我們還想試圖理解它們
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As a cosmologist宇宙學家, I want to ask, why is the universe宇宙 like this?
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4000
作為一個宇宙學家 我的疑惑是 為什麼宇宙是這樣的?
01:21
One big clue線索 we have is that the universe宇宙 is changing改變 with time.
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3000
一個線索就是宇宙是隨著時間而不斷變化的
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If you looked看著 at one of these galaxies星系 and measured測量 its velocity速度,
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3000
如果你關注一個星系 並度量這個星系變化的速率
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it would be moving移動 away from you.
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2000
你會發現這個星系是不斷離你遠去的
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And if you look at a galaxy星系 even farther更遠 away,
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74000
2000
如果你再去關註一個更遠距離以外的星系
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it would be moving移動 away faster更快.
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76000
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這個星系會以更快的速度離你遠去
01:33
So we say the universe宇宙 is expanding擴大.
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78000
2000
所以我們說宇宙是在不斷膨脹的
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What that means手段, of course課程, is that, in the past過去,
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2000
這是什麼意思呢?就是說 在過去
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things were closer接近 together一起.
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2000
物質是很緊密的聚合在一起的
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In the past過去, the universe宇宙 was more dense稠密,
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2000
在過去 宇宙是相對更加緊實的
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and it was also hotter.
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86000
2000
並且其溫度也更高
01:43
If you squeeze things together一起, the temperature溫度 goes up.
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2000
你把東西擠壓到一起 溫度自然會升高
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That kind of makes品牌 sense to us.
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2000
這個很好理解
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The thing that doesn't make sense to us as much
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2000
難以令人理解的是
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is that the universe宇宙, at early times, near the Big Bang,
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3000
宇宙在非常早期的時候 也就是大爆炸之後不久
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was also very, very smooth光滑.
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2000
也是非常非常平滑的
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You might威力 think that that's not a surprise.
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你可能想 這沒什麼可驚訝的
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The air空氣 in this room房間 is very smooth光滑.
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2000
這個房間裡的空氣就很平滑
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You might威力 say, "Well, maybe things just smoothed平滑 themselves他們自己 out."
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你也許會說 “可能物質自然就平滑了”
02:01
But the conditions條件 near the Big Bang are very, very different不同
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但是要知道宇宙大爆炸之後初期的情況
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than the conditions條件 of the air空氣 in this room房間.
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109000
2000
與現在這個屋子裡的情況是非常不一樣的
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In particular特定, things were a lot denser更密集.
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2000
具體來說 就是物質都很緊密
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The gravitational引力 pull of things
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2000
這些物質之間的引力
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was a lot stronger near the Big Bang.
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115000
2000
在大爆炸之後初期比現在要強烈得多
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What you have to think about
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117000
2000
你可以這樣想
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is we have a universe宇宙 with a hundred billion十億 galaxies星系,
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119000
2000
我們這個宇宙裡 有上千億的星系
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a hundred billion十億 stars明星 each.
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2000
每個星系裡 有上千億的恆星
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At early times, those hundred billion十億 galaxies星系
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3000
在很早期的時候 這樣的上千億的星系
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were squeezed擠壓 into a region地區 about this big --
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3000
被擠壓到了僅僅這樣大小的一個空間裡
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literally按照字面 -- at early times.
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2000
真的是這樣的 在早期的時候
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And you have to imagine想像 doing that squeezing擠壓
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131000
2000
並且 你要知道 這樣的擠壓必須
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without any imperfections缺陷,
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2000
以一種完美的方式發生
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without any little spots斑點
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2000
沒有任何一處疏鬆
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where there were a few少數 more atoms原子 than somewhere某處 else其他.
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2000
即使僅僅是某一處比另一處多了幾個原子
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Because if there had been, they would have collapsed倒塌 under the gravitational引力 pull
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139000
3000
因為假如有任何疏鬆或不平均的話 整個宇宙就會在引力的作用下垮塌
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into a huge巨大 black黑色 hole.
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142000
2000
從而變成一個巨大的黑洞
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Keeping保持 the universe宇宙 very, very smooth光滑 at early times
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144000
3000
在宇宙早期保證宇宙處於一個非常平滑的狀態
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is not easy簡單; it's a delicate精巧 arrangement安排.
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147000
2000
是很不容易的 需要精心的安排
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It's a clue線索
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149000
2000
這就從一個側面說明了
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that the early universe宇宙 is not chosen選擇 randomly隨機.
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2000
早期的宇宙不是一個隨機的組合
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There is something that made製作 it that way.
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153000
2000
有某種原因的存在導致了這樣的組合的發生
02:50
We would like to know what.
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155000
2000
我們研究就是為了明白這種原因
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So part部分 of our understanding理解 of this was given特定 to us by Ludwig路德維希 Boltzmann玻爾茲曼,
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157000
3000
路德維希 波茲曼 一個生活在19世紀的奧地利物理學家
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an Austrian physicist物理學家 in the 19th century世紀.
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160000
3000
向我們提供了部分的解釋
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And Boltzmann's玻耳茲曼 contribution貢獻 was that he helped幫助 us understand理解 entropy.
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163000
3000
波茲曼的貢獻就在於他幫我們理解了“熵”這個概念
03:01
You've heard聽說 of entropy.
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166000
2000
你應該聽說過熵
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It's the randomness隨機性, the disorder紊亂, the chaoticnesschaoticness of some systems系統.
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168000
3000
熵是指一種存在於某些系統中的隨意性 無序性和混亂性
03:06
Boltzmann玻爾茲曼 gave us a formula --
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171000
2000
波茲曼給出了一個方程式 ——
03:08
engraved on his tombstone墓碑 now --
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173000
2000
這個方程式現在是刻在他的墓碑上的——
03:10
that really quantifies量詞 what entropy is.
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175000
2000
來給熵定量
03:12
And it's basically基本上 just saying
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177000
2000
這個方程式大概就是說
03:14
that entropy is the number of ways方法
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179000
2000
熵是一個值 用來描述在你未發現一個系統
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we can rearrange改編 the constituents成分 of a system系統 so that you don't notice注意,
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181000
3000
產生了變化的前提下 可以對系統進行重組的方式的數目
03:19
so that macroscopically宏觀 it looks容貌 the same相同.
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184000
2000
這裡的變化是指外部大體上的變化
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If you have the air空氣 in this room房間,
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186000
2000
比如說這個屋子裡的空氣
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you don't notice注意 each individual個人 atom原子.
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188000
3000
你不會看到每個原子
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A low entropy configuration組態
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191000
2000
一個低熵值的形態 是指一個
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is one in which哪一個 there's only a few少數 arrangements安排 that look that way.
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193000
2000
只能有少數的組合方式的變化來保證外在沒有變化的形態
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A high entropy arrangement安排
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195000
2000
一個高熵值的組合 是指在這種形態裡
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is one that there are many許多 arrangements安排 that look that way.
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197000
2000
可以有很多種排列組合的方式並不影響其外在沒有變化
03:34
This is a crucially關鍵 important重要 insight眼光
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199000
2000
這是一個非常重要的見解
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because it helps幫助 us explain說明
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201000
2000
因為這個見解可以幫助我們來解釋
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the second第二 law of thermodynamics熱力學 --
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203000
2000
熱力學第二定律
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the law that says that entropy increases增加 in the universe宇宙,
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205000
3000
這個定律告訴我們 宇宙的熵值在不斷提高
03:43
or in some isolated孤立 bit of the universe宇宙.
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208000
2000
或是說宇宙各部分的熵值在各自提高
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The reason原因 why entropy increases增加
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210000
2000
熵值升高的原因很簡單
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is simply只是 because there are many許多 more ways方法
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212000
3000
那就是高熵值的情況下比在低熵值的情況下
03:50
to be high entropy than to be low entropy.
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215000
2000
存在有更多的可能性
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That's a wonderful精彩 insight眼光,
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217000
2000
這是一個很好的觀點
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but it leaves樹葉 something out.
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219000
2000
但是卻不盡全面
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This insight眼光 that entropy increases增加, by the way,
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221000
2000
順便說一下 這個熵值不斷提高的說法
03:58
is what's behind背後 what we call the arrow箭頭 of time,
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223000
3000
就是我們說的單向時間軸 時間之箭
04:01
the difference區別 between之間 the past過去 and the future未來.
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226000
2000
也就是過去與未來的區別
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Every一切 difference區別 that there is
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228000
2000
之所以有這個過去
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between之間 the past過去 and the future未來
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230000
2000
與現在之間的區別
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is because entropy is increasing增加 --
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232000
2000
原因就是不斷上升的熵值
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the fact事實 that you can remember記得 the past過去, but not the future未來.
102
234000
3000
你能記住過去的事情 卻不能對未來的事情有印象
04:12
The fact事實 that you are born天生, and then you live生活, and then you die,
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237000
3000
你出生 生活 然後死亡
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always in that order訂購,
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240000
2000
這些事情都是依次發生的
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that's because entropy is increasing增加.
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242000
2000
原因都是熵值在不斷提高
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Boltzmann玻爾茲曼 explained解釋 that if you start開始 with low entropy,
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244000
2000
博茨曼解釋說 如果一個初始狀態是低熵值
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it's very natural自然 for it to increase增加
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246000
2000
很自然的這個狀態會升高到高熵值
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because there's more ways方法 to be high entropy.
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248000
3000
因為這樣就提供了更多種的存在可能性
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What he didn't explain說明
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251000
2000
但是博茨曼沒有解釋
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was why the entropy was ever low in the first place地點.
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253000
3000
為什麼低熵值是一個初始狀態
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The fact事實 that the entropy of the universe宇宙 was low
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256000
2000
宇宙早期的熵值很低
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was a reflection反射 of the fact事實
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258000
2000
這就反映了
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that the early universe宇宙 was very, very smooth光滑.
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260000
2000
早期的宇宙是非常平滑的
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We'd星期三 like to understand理解 that.
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262000
2000
我們需要理解的就是這一現象
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That's our job工作 as cosmologists宇宙學家.
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264000
2000
我們宇宙學家就是做這個的
04:41
Unfortunately不幸, it's actually其實 not a problem問題
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266000
2000
可惜的是 我們並沒有給予
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that we've我們已經 been giving enough足夠 attention注意 to.
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268000
2000
這個問題足夠的重視
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It's not one of the first things people would say,
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270000
2000
如果你問一個宇宙學家
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if you asked a modern現代 cosmologist宇宙學家,
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272000
2000
”宇宙學界現在在試圖解決的哪些問題?“
04:49
"What are the problems問題 we're trying to address地址?"
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274000
2000
這個問題不會是他最先給你的答案之一
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One of the people who did understand理解 that this was a problem問題
121
276000
2000
認識到這個問題的人之一
04:53
was Richard理查德 Feynman費曼.
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278000
2000
便是理查德·費曼
04:55
50 years年份 ago, he gave a series系列 of a bunch of different不同 lectures講座.
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280000
2000
五十年前 他給了一系列講座
04:57
He gave the popular流行 lectures講座
124
282000
2000
他面向大眾的講座
04:59
that became成為 "The Character字符 of Physical物理 Law."
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284000
2000
被編成了一本書 叫做『物理理論的特性』
05:01
He gave lectures講座 to Caltech加州理工學院 undergrads本科生
126
286000
2000
他給加州理工本科生做的講座
05:03
that became成為 "The Feynman費曼 Lectures講座 on Physics物理."
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288000
2000
變成了『費曼物理講座』一書
05:05
He gave lectures講座 to Caltech加州理工學院 graduate畢業 students學生們
128
290000
2000
他給加州理工研究生做的講座
05:07
that became成為 "The Feynman費曼 Lectures講座 on Gravitation引力."
129
292000
2000
被編成了『費曼引力講座』一書
05:09
In every一切 one of these books圖書, every一切 one of these sets of lectures講座,
130
294000
3000
在每本書 每組講座裡
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he emphasized強調 this puzzle難題:
131
297000
2000
費曼都強調了這個難題
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Why did the early universe宇宙 have such這樣 a small entropy?
132
299000
3000
為什麼宇宙早期有如此低的一個熵值?
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So he says -- I'm not going to do the accent口音 --
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302000
2000
他說——我就不學他的口音了——
05:19
he says, "For some reason原因, the universe宇宙, at one time,
134
304000
3000
他說”出於某種原因 宇宙曾經
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had a very low entropy for its energy能源 content內容,
135
307000
3000
有一個很低的熵值
05:25
and since以來 then the entropy has increased增加.
136
310000
2000
而從那時起 熵值在不斷的升高
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The arrow箭頭 of time cannot不能 be completely全然 understood了解
137
312000
3000
如果宇宙初期歷史這個謎團
05:30
until直到 the mystery神秘 of the beginnings開始 of the history歷史 of the universe宇宙
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315000
3000
沒有被我們從簡單的揣測
05:33
are reduced減少 still further進一步
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318000
2000
帶入到理解這個層次
05:35
from speculation推測 to understanding理解."
140
320000
2000
我們便無法去完全理解時間之箭”
05:37
So that's our job工作.
141
322000
2000
我們就是要解決這個問題
05:39
We want to know -- this is 50 years年份 ago, "Surely一定," you're thinking思維,
142
324000
2000
我們想解決——從五十年前開始 你可能會想 ”那肯定
05:41
"we've我們已經 figured想通 it out by now."
143
326000
2000
這個問題現在肯定已經解決了”
05:43
It's not true真正 that we've我們已經 figured想通 it out by now.
144
328000
2000
但事實並非如此
05:45
The reason原因 the problem問題 has gotten得到 worse更差,
145
330000
2000
這個問題現在更難解決了
05:47
rather than better,
146
332000
2000
而不是更加容易
05:49
is because in 1998
147
334000
2000
原因就是在1998年
05:51
we learned學到了 something crucial關鍵 about the universe宇宙 that we didn't know before.
148
336000
3000
我們對於宇宙有了一個突破性的發現
05:54
We learned學到了 that it's accelerating加速.
149
339000
2000
我們了解到了 宇宙是在加速擴張的
05:56
The universe宇宙 is not only expanding擴大.
150
341000
2000
宇宙不僅是在擴張而已
05:58
If you look at the galaxy星系, it's moving移動 away.
151
343000
2000
如果你看著那個星系 他在離你遠去
06:00
If you come back a billion十億 years年份 later後來 and look at it again,
152
345000
2000
如果你隔了10億年後再回來看
06:02
it will be moving移動 away faster更快.
153
347000
3000
這個星系會離你更遠
06:05
Individual個人 galaxies星系 are speeding超速 away from us faster更快 and faster更快
154
350000
3000
每個星係都是以加速度不斷離我們遠去的
06:08
so we say the universe宇宙 is accelerating加速.
155
353000
2000
所以我們說宇宙是在加速擴張的
06:10
Unlike不像 the low entropy of the early universe宇宙,
156
355000
2000
與早期宇宙低熵值的狀態不同的是
06:12
even though雖然 we don't know the answer回答 for this,
157
357000
2000
儘管我們不知道為什麼宇宙是在加速擴張的
06:14
we at least最小 have a good theory理論 that can explain說明 it,
158
359000
2000
我們有一個還沒有確認的理論
06:16
if that theory理論 is right,
159
361000
2000
如果這個理論是正確的話
06:18
and that's the theory理論 of dark黑暗 energy能源.
160
363000
2000
這就是暗能量理論
06:20
It's just the idea理念 that empty space空間 itself本身 has energy能源.
161
365000
3000
根據這個理論 一個空的空間裡也是有能量的
06:23
In every一切 little cubic立方體 centimeter厘米 of space空間,
162
368000
3000
在空間的每一個立方厘米裡
06:26
whether是否 or not there's stuff東東,
163
371000
2000
不管有沒有東西存在 都是有能量的
06:28
whether是否 or not there's particles粒子, matter, radiation輻射 or whatever隨你,
164
373000
2000
不管有沒有粒子 物質 放射 還是別的什麼
06:30
there's still energy能源, even in the space空間 itself本身.
165
375000
3000
空間 就因為空間本身 也是有能量的
06:33
And this energy能源, according根據 to Einstein愛因斯坦,
166
378000
2000
這個能量 愛因斯坦認為
06:35
exerts發揮 a push on the universe宇宙.
167
380000
3000
會對於宇宙施加一個推力
06:38
It is a perpetual永動的 impulse衝動
168
383000
2000
這個推理是一個永存的推力
06:40
that pushes galaxies星系 apart距離 from each other.
169
385000
2000
推動著星系互相遠去
06:42
Because dark黑暗 energy能源, unlike不像 matter or radiation輻射,
170
387000
3000
這個暗能量 與物質或者放射性不同的是
06:45
does not dilute away as the universe宇宙 expands展開.
171
390000
3000
不會因為宇宙的擴張而被稀釋
06:48
The amount of energy能源 in each cubic立方體 centimeter厘米
172
393000
2000
每立方厘米裡能量
06:50
remains遺跡 the same相同,
173
395000
2000
是不變的
06:52
even as the universe宇宙 gets得到 bigger and bigger.
174
397000
2000
即使宇宙變得越來越大
06:54
This has crucial關鍵 implications啟示
175
399000
3000
這個對於解釋宇宙走向何方
06:57
for what the universe宇宙 is going to do in the future未來.
176
402000
3000
有很關鍵的意義
07:00
For one thing, the universe宇宙 will expand擴大 forever永遠.
177
405000
2000
首先 宇宙將會永遠擴張
07:02
Back when I was your age年齡,
178
407000
2000
當我想你們這個年級的時候
07:04
we didn't know what the universe宇宙 was going to do.
179
409000
2000
我們不知道宇宙將會怎樣
07:06
Some people thought that the universe宇宙 would recollapse坍縮 in the future未來.
180
411000
3000
有人說宇宙將會又一次垮塌
07:09
Einstein愛因斯坦 was fond喜歡 of this idea理念.
181
414000
2000
愛因斯坦很喜歡這個理論
07:11
But if there's dark黑暗 energy能源, and the dark黑暗 energy能源 does not go away,
182
416000
3000
但是 如果有暗能量的話 並且它不會消失的話
07:14
the universe宇宙 is just going to keep expanding擴大 forever永遠 and ever and ever.
183
419000
3000
這個宇宙將不斷 永遠的擴張下去
07:17
14 billion十億 years年份 in the past過去,
184
422000
2000
在過去與的140億年裡
07:19
100 billion十億 dog years年份,
185
424000
2000
也就是一千億狗年
07:21
but an infinite無窮 number of years年份 into the future未來.
186
426000
3000
但是我們不能估計未來還有多少年
07:24
Meanwhile與此同時, for all intents意圖 and purposes目的,
187
429000
3000
同時 不管怎麼看
07:27
space空間 looks容貌 finite有限 to us.
188
432000
2000
空間對於我們都看起來是有限的
07:29
Space空間 may可能 be finite有限 or infinite無窮,
189
434000
2000
空間可能是有限的 也可能是無限的
07:31
but because the universe宇宙 is accelerating加速,
190
436000
2000
但是因為宇宙是加速度擴張的
07:33
there are parts部分 of it we cannot不能 see
191
438000
2000
有一部分宇宙 我們是看不到的
07:35
and never will see.
192
440000
2000
並且永遠都看不到
07:37
There's a finite有限 region地區 of space空間 that we have access訪問 to,
193
442000
2000
我們能夠接觸到的宇宙只是很有限的一部分
07:39
surrounded包圍 by a horizon地平線.
194
444000
2000
在一個有限的視線範圍之內
07:41
So even though雖然 time goes on forever永遠,
195
446000
2000
所以即使時間不斷前行
07:43
space空間 is limited有限 to us.
196
448000
2000
空間對於我們來說仍然是有限的
07:45
Finally最後, empty space空間 has a temperature溫度.
197
450000
3000
最後 空的空間裡是有一個溫度的
07:48
In the 1970s, Stephen斯蒂芬 Hawking霍金 told us
198
453000
2000
在上世紀70年代 史蒂芬·霍金告訴我們
07:50
that a black黑色 hole, even though雖然 you think it's black黑色,
199
455000
2000
黑洞 即使你認為它是黑壓壓的一片
07:52
it actually其實 emits發射 radiation輻射
200
457000
2000
也是有放射性的
07:54
when you take into account帳戶 quantum量子 mechanics機械學.
201
459000
2000
如果你從量子力學的角度來考慮問題
07:56
The curvature曲率 of space-time時空 around the black黑色 hole
202
461000
3000
黑洞周圍的時間-空間曲率
07:59
brings帶來 to life the quantum量子 mechanical機械 fluctuation波動,
203
464000
3000
帶來了量子力學意義上的波動
08:02
and the black黑色 hole radiates輻射.
204
467000
2000
並且黑洞開始具有放射性
08:04
A precisely恰恰 similar類似 calculation計算 by Hawking霍金 and Gary加里 Gibbons吉本斯
205
469000
3000
霍金跟加利 吉布森有一個很類似的計算
08:07
showed顯示 that if you have dark黑暗 energy能源 in empty space空間,
206
472000
3000
這個計算顯示 如果你在一個空的空間裡有暗能量
08:10
then the whole整個 universe宇宙 radiates輻射.
207
475000
3000
那麼整個宇宙都是會有放射性的
08:13
The energy能源 of empty space空間
208
478000
2000
空的空間裡的能量
08:15
brings帶來 to life quantum量子 fluctuations波動.
209
480000
2000
帶來量子波動
08:17
And so even though雖然 the universe宇宙 will last forever永遠,
210
482000
2000
並且即使宇宙永遠存在
08:19
and ordinary普通 matter and radiation輻射 will dilute away,
211
484000
3000
普通物質跟放射性被稀釋
08:22
there will always be some radiation輻射,
212
487000
2000
宇宙中總是會有一些放射性存在的
08:24
some thermal fluctuations波動,
213
489000
2000
還有熱波動
08:26
even in empty space空間.
214
491000
2000
即使是在這樣一個空的空間裡
08:28
So what this means手段
215
493000
2000
這就說明
08:30
is that the universe宇宙 is like a box of gas加油站
216
495000
2000
宇宙就像一個永遠存在的
08:32
that lasts持續 forever永遠.
217
497000
2000
装满的气体的盒子
08:34
Well what is the implication意義 of that?
218
499000
2000
那麼這說明了什麼呢
08:36
That implication意義 was studied研究 by Boltzmann玻爾茲曼 back in the 19th century世紀.
219
501000
3000
博茨曼在19世紀就對此進行了研究
08:39
He said, well, entropy increases增加
220
504000
3000
他說 熵值增加
08:42
because there are many許多, many許多 more ways方法
221
507000
2000
因為相比起低熵值的狀態
08:44
for the universe宇宙 to be high entropy, rather than low entropy.
222
509000
3000
宇宙有更多方式達到一個高熵值的狀態
08:47
But that's a probabilistic概率 statement聲明.
223
512000
3000
但這是一個概率問題
08:50
It will probably大概 increase增加,
224
515000
2000
熵值很有可能升高
08:52
and the probability可能性 is enormously巨大 huge巨大.
225
517000
2000
並且這個可能性是非常巨大的
08:54
It's not something you have to worry擔心 about --
226
519000
2000
但是你不用擔心說
08:56
the air空氣 in this room房間 all gathering蒐集 over one part部分 of the room房間 and suffocating令人窒息 us.
227
521000
4000
這個房間裡所有的空氣將聚集到房間的一個角落 讓我們窒息
09:00
It's very, very unlikely不會.
228
525000
2000
這是非常非常不可能的
09:02
Except if they locked鎖定 the doors
229
527000
2000
除非門被鎖上
09:04
and kept不停 us here literally按照字面 forever永遠,
230
529000
2000
我們真的永遠的在這里呆下去
09:06
that would happen發生.
231
531000
2000
剛才所說的情況才能有可能發生
09:08
Everything that is allowed允許,
232
533000
2000
所有可能發生的情形
09:10
every一切 configuration組態 that is allowed允許 to be obtained獲得 by the molecules分子 in this room房間,
233
535000
3000
所有這個屋子裡的原子所可能形成的所有的組合
09:13
would eventually終於 be obtained獲得.
234
538000
2000
最後總會被實現
09:15
So Boltzmann玻爾茲曼 says, look, you could start開始 with a universe宇宙
235
540000
3000
所以博茨曼說 你看 宇宙可以從一個
09:18
that was in thermal equilibrium平衡.
236
543000
2000
熱平衡的狀態開始發展
09:20
He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion擴張 of the universe宇宙.
237
545000
3000
他不知道宇宙大爆炸理論 更不知道宇宙擴張理論
09:23
He thought that space空間 and time were explained解釋 by Isaac艾薩克 Newton牛頓 --
238
548000
3000
他以為牛頓對於時間空間的解釋是正確的 那就是
09:26
they were absolute絕對; they just stuck卡住 there forever永遠.
239
551000
2000
時間空間是絕對的 永遠不變的
09:28
So his idea理念 of a natural自然 universe宇宙
240
553000
2000
所以博茨曼的自然宇宙的理論
09:30
was one in which哪一個 the air空氣 molecules分子 were just spread傳播 out evenly everywhere到處 --
241
555000
3000
認為空氣分子就是平均分散在各處的
09:33
the everything molecules分子.
242
558000
2000
構成各種東西的分子
09:35
But if you're Boltzmann玻爾茲曼, you know that if you wait long enough足夠,
243
560000
3000
但是如果你是博茨曼 你會想 如果你足夠耐心
09:38
the random隨機 fluctuations波動 of those molecules分子
244
563000
3000
隨意的分子波動
09:41
will occasionally偶爾 bring帶來 them
245
566000
2000
會時不時的把分子
09:43
into lower降低 entropy configurations配置.
246
568000
2000
帶入一個較低熵值的構造
09:45
And then, of course課程, in the natural自然 course課程 of things,
247
570000
2000
當然 之後 按照事物的自然發展規律
09:47
they will expand擴大 back.
248
572000
2000
分子會重新回到之前的狀態
09:49
So it's not that entropy must必須 always increase增加 --
249
574000
2000
所以並不是說熵值必須不斷地增加——
09:51
you can get fluctuations波動 into lower降低 entropy,
250
576000
3000
有可能波動使熵值降低
09:54
more organized有組織的 situations情況.
251
579000
2000
帶來一個更加齊整的情況
09:56
Well if that's true真正,
252
581000
2000
那麼 這個說法是正確的話
09:58
Boltzmann玻爾茲曼 then goes onto invent發明
253
583000
2000
博茨曼進而將會提出
10:00
two very modern-sounding現代冠冕堂皇 ideas思路 --
254
585000
2000
兩個聽起來非常領先的看法
10:02
the multiverse多重宇宙 and the anthropic人為 principle原理.
255
587000
3000
多層宇宙和人擇原理
10:05
He says, the problem問題 with thermal equilibrium平衡
256
590000
2000
他說 熱平衡狀態的問題是
10:07
is that we can't live生活 there.
257
592000
2000
我們無法生活在這個一個平衡的狀態裡
10:09
Remember記得, life itself本身 depends依靠 on the arrow箭頭 of time.
258
594000
3000
你應該還記得 生命本身是依賴於時間軸的存在而存在的
10:12
We would not be able能夠 to process處理 information信息,
259
597000
2000
如果在熱平衡的狀態下
10:14
metabolize代謝, walk步行 and talk,
260
599000
2000
我們將無法處理信息 新陳代謝
10:16
if we lived生活 in thermal equilibrium平衡.
261
601000
2000
走路 說話
10:18
So if you imagine想像 a very, very big universe宇宙,
262
603000
2000
所以你可能想像一個非常非常大的宇宙
10:20
an infinitely無限地 big universe宇宙,
263
605000
2000
一個無限大的宇宙
10:22
with randomly隨機 bumping碰撞 into each other particles粒子,
264
607000
2000
裡面的粒子隨機的互相碰撞
10:24
there will occasionally偶爾 be small fluctuations波動 in the lower降低 entropy states狀態,
265
609000
3000
在這裡宇宙裡將會在較低熵值的狀態中有一些小規模的波動
10:27
and then they relax放鬆 back.
266
612000
2000
然後這些波動會回到原來的狀態
10:29
But there will also be large fluctuations波動.
267
614000
2000
但同時也會有大規模的波動
10:31
Occasionally偶爾, you will make a planet行星
268
616000
2000
時不時的 這些波動會造出一個行星來
10:33
or a star or a galaxy星系
269
618000
2000
或者一個恆星 或者一個星系
10:35
or a hundred billion十億 galaxies星系.
270
620000
2000
或者一千億個星系
10:37
So Boltzmann玻爾茲曼 says,
271
622000
2000
所以博茨曼說
10:39
we will only live生活 in the part部分 of the multiverse多重宇宙,
272
624000
3000
我們只是生活在這個多重宇宙的一個部分裡
10:42
in the part部分 of this infinitely無限地 big set of fluctuating波動 particles粒子,
273
627000
3000
一個無限大的不斷波動的粒子堆裡的一部分
10:45
where life is possible可能.
274
630000
2000
這部分粒子恰巧有可以有生命存在的條件
10:47
That's the region地區 where entropy is low.
275
632000
2000
這個區域也就是有低熵值的一個區域
10:49
Maybe our universe宇宙 is just one of those things
276
634000
3000
可能我們的宇宙 就是偶爾在這個多重宇宙中出現的
10:52
that happens發生 from time to time.
277
637000
2000
這麼一個低熵值的宇宙
10:54
Now your homework家庭作業 assignment分配
278
639000
2000
所以 現在我們來佈置家庭作業
10:56
is to really think about this, to contemplate沉思 what it means手段.
279
641000
2000
那就是認真想這個問題 到底這個多重宇宙與波動意味著什麼
10:58
Carl卡爾 Sagan薩根 once一旦 famously著名 said
280
643000
2000
卡爾·薩根曾經提出過一個很有名的說法
11:00
that "in order訂購 to make an apple蘋果 pie餡餅,
281
645000
2000
那就是 “你要想做一個蘋果派
11:02
you must必須 first invent發明 the universe宇宙."
282
647000
3000
你必須首先做一個宇宙”
11:05
But he was not right.
283
650000
2000
但是他說的不對
11:07
In Boltzmann's玻耳茲曼 scenario腳本, if you want to make an apple蘋果 pie餡餅,
284
652000
3000
在博茨曼的假設情況下 如果你想要做一個蘋果派
11:10
you just wait for the random隨機 motion運動 of atoms原子
285
655000
3000
你只需要耐心等這些隨機的原子
11:13
to make you an apple蘋果 pie餡餅.
286
658000
2000
運動來給你做一個蘋果派
11:15
That will happen發生 much more frequently經常
287
660000
2000
這個要比這些隨即無序的粒子運動
11:17
than the random隨機 motions運動 of atoms原子
288
662000
2000
現在給你造出一個蘋果園
11:19
making製造 you an apple蘋果 orchard果園
289
664000
2000
再給你造出一些糖跟一個火爐
11:21
and some sugar and an oven烤箱,
290
666000
2000
然後用這些東西給你做一個蘋果派
11:23
and then making製造 you an apple蘋果 pie餡餅.
291
668000
2000
更容易發生
11:25
So this scenario腳本 makes品牌 predictions預測.
292
670000
3000
所以這個假設情況下 我們可以做出一些推測
11:28
And the predictions預測 are
293
673000
2000
包括
11:30
that the fluctuations波動 that make us are minimal最小.
294
675000
3000
這些造就了我們的波動是很小的
11:33
Even if you imagine想像 that this room房間 we are in now
295
678000
3000
即使你可以想像 這個我們現在所在的屋子
11:36
exists存在 and is real真實 and here we are,
296
681000
2000
事實上存在著 真實存在著 並且我們也存在著
11:38
and we have, not only our memories回憶,
297
683000
2000
我們不僅有記憶 還有一個感知
11:40
but our impression印象 that outside there's something
298
685000
2000
可以知道在我們的存在之外
11:42
called Caltech加州理工學院 and the United聯合的 States狀態 and the Milky乳白色 Way Galaxy星系,
299
687000
4000
還存在著加州理工 美國 銀河系
11:46
it's much easier更輕鬆 for all those impressions印象 to randomly隨機 fluctuate波動 into your brain
300
691000
3000
比起這些東西真正的隨機波動
11:49
than for them actually其實 to randomly隨機 fluctuate波動
301
694000
2000
組成加州理工 美國 跟銀河系
11:51
into Caltech加州理工學院, the United聯合的 States狀態 and the galaxy星系.
302
696000
3000
更有可能發生的是你腦子裡的這些印象感知隨意波動
11:54
The good news新聞 is that,
303
699000
2000
好消息是
11:56
therefore因此, this scenario腳本 does not work; it is not right.
304
701000
3000
這個假設情況行不通 是不對的
11:59
This scenario腳本 predicts預測 that we should be a minimal最小 fluctuation波動.
305
704000
3000
這個假設情況推測說 我們應該是微微的波動的
12:02
Even if you left our galaxy星系 out,
306
707000
2000
即使你不考慮我們的星系
12:04
you would not get a hundred billion十億 other galaxies星系.
307
709000
2000
你也不會得到一千億個其他的星系
12:06
And Feynman費曼 also understood了解 this.
308
711000
2000
費曼也這樣認為
12:08
Feynman費曼 says, "From the hypothesis假設 that the world世界 is a fluctuation波動,
309
713000
4000
費曼說 “假設世界是波動著的
12:12
all the predictions預測 are that
310
717000
2000
並且我們的推測都是基於這個想法
12:14
if we look at a part部分 of the world世界 we've我們已經 never seen看到 before,
311
719000
2000
那麼如果我們去觀察一個新的區域
12:16
we will find it mixed up, and not like the piece we've我們已經 just looked看著 at --
312
721000
2000
我們將會發現它是混雜的 不像我們剛剛看到的
12:18
high entropy.
313
723000
2000
因為熵值變高了
12:20
If our order訂購 were due應有 to a fluctuation波動,
314
725000
2000
如果我們存在秩序基於這個波動
12:22
we would not expect期望 order訂購 anywhere隨地 but where we have just noticed注意到 it.
315
727000
2000
那我們將不會在除了剛才看到的那個地方之外找到這種秩序
12:24
We therefore因此 conclude得出結論 the universe宇宙 is not a fluctuation波動."
316
729000
4000
這樣 我們就會認為宇宙並不是一個波動的存在
12:28
So that's good. The question is then what is the right answer回答?
317
733000
3000
好的 那麼個問題的答案到底是什麼
12:31
If the universe宇宙 is not a fluctuation波動,
318
736000
2000
如果宇宙不是一個波動的存在
12:33
why did the early universe宇宙 have a low entropy?
319
738000
3000
為什麼早期宇宙有這樣低的一個熵值
12:36
And I would love to tell you the answer回答, but I'm running賽跑 out of time.
320
741000
3000
我很樂意告訴你們這個問題的答案 但是我時間不夠了
12:39
(Laughter笑聲)
321
744000
2000
(笑聲)
12:41
Here is the universe宇宙 that we tell you about,
322
746000
2000
這樣我們就有一個我們給你描述的宇宙 還有
12:43
versus the universe宇宙 that really exists存在.
323
748000
2000
一個真實存在的宇宙
12:45
I just showed顯示 you this picture圖片.
324
750000
2000
我剛剛向你描述了這個圖像
12:47
The universe宇宙 is expanding擴大 for the last 10 billion十億 years年份 or so.
325
752000
2000
宇宙已經在過去的一百億年中不斷的擴張
12:49
It's cooling冷卻 off.
326
754000
2000
宇宙現在在冷卻下來
12:51
But we now know enough足夠 about the future未來 of the universe宇宙
327
756000
2000
但是我們現在對於宇宙的未來知道的足夠多
12:53
to say a lot more.
328
758000
2000
來進行更多的陳述
12:55
If the dark黑暗 energy能源 remains遺跡 around,
329
760000
2000
如果暗能量還是存在
12:57
the stars明星 around us will use up their nuclear fuel汽油, they will stop burning燃燒.
330
762000
3000
如果我們周圍的恆星用完它們的核燃料 它們將會停止燃燒
13:00
They will fall秋季 into black黑色 holes.
331
765000
2000
這個恆星那是將會變成黑洞
13:02
We will live生活 in a universe宇宙
332
767000
2000
我們將會生活在一個·除了黑洞
13:04
with nothing in it but black黑色 holes.
333
769000
2000
什麼都沒有的宇宙裡
13:06
That universe宇宙 will last 10 to the 100 years年份 --
334
771000
4000
宇宙將會持續存在於這樣的狀態裡大概10的100次方年
13:10
a lot longer than our little universe宇宙 has lived生活.
335
775000
2000
比我們的小宇宙存在的時間長很多
13:12
The future未來 is much longer than the past過去.
336
777000
2000
未來 比過去 要長很多
13:14
But even black黑色 holes don't last forever永遠.
337
779000
2000
但是即使是黑洞也不會永遠存在
13:16
They will evaporate蒸發,
338
781000
2000
他們會蒸發掉
13:18
and we will be left with nothing but empty space空間.
339
783000
2000
然後我們就發現宇宙裡除了空無一物的空間之外 什麼也沒有
13:20
That empty space空間 lasts持續 essentially實質上 forever永遠.
340
785000
4000
空的空間可以說是永遠存在的
13:24
However然而, you notice注意, since以來 empty space空間 gives off radiation輻射,
341
789000
3000
但是 你注意到 即使是空的空間 也是有放射性的
13:27
there's actually其實 thermal fluctuations波動,
342
792000
2000
事實上還是有熱波動的
13:29
and it cycles週期 around
343
794000
2000
然後如此循環
13:31
all the different不同 possible可能 combinations組合
344
796000
2000
各種不同的在空的空間中存在的
13:33
of the degrees of freedom自由 that exist存在 in empty space空間.
345
798000
3000
不同程度的”空無一物“的組合
13:36
So even though雖然 the universe宇宙 lasts持續 forever永遠,
346
801000
2000
所以即使宇宙永遠存在
13:38
there's only a finite有限 number of things
347
803000
2000
只有有限的情況
13:40
that can possibly或者 happen發生 in the universe宇宙.
348
805000
2000
會發生在宇宙裡
13:42
They all happen發生 over a period of time
349
807000
2000
這些情況都會發生在
13:44
equal等於 to 10 to the 10 to the 120 years年份.
350
809000
3000
10的10的120次方年的一個時間段裡
13:47
So here's這裡的 two questions問題 for you.
351
812000
2000
我有兩個問題
13:49
Number one: If the universe宇宙 lasts持續 for 10 to the 10 to the 120 years年份,
352
814000
3000
第一個問題 如果宇宙存在了10的10的120次方年
13:52
why are we born天生
353
817000
2000
為什麼我們人類出現在
13:54
in the first 14 billion十億 years年份 of it,
354
819000
3000
初始的一百四十億年裡
13:57
in the warm, comfortable自在 afterglow餘輝 of the Big Bang?
355
822000
3000
在這個溫暖 舒適的宇宙大爆炸的餘輝裡?
14:00
Why aren't we in empty space空間?
356
825000
2000
為什麼我們不是生活在空無一物的空間裡?
14:02
You might威力 say, "Well there's nothing there to be living活的,"
357
827000
2000
你可能會回答說 “那是因為那裡沒有任何東西可以讓我們依賴而生存”
14:04
but that's not right.
358
829000
2000
但是 不是這樣的
14:06
You could be a random隨機 fluctuation波動 out of the nothingness虛無.
359
831000
2000
你可以作為一個隨機的無物的波動的產品
14:08
Why aren't you?
360
833000
2000
你為什麼不是這麼一個東西呢?
14:10
More homework家庭作業 assignment分配 for you.
361
835000
3000
這就是你們另一個家庭作業
14:13
So like I said, I don't actually其實 know the answer回答.
362
838000
2000
就像我說的 我也不知道答案
14:15
I'm going to give you my favorite喜愛 scenario腳本.
363
840000
2000
我可以告訴你我最喜歡的假設
14:17
Either it's just like that. There is no explanation說明.
364
842000
3000
有一個可能的解釋是 沒有任何解釋
14:20
This is a brute畜生 fact事實 about the universe宇宙
365
845000
2000
關於宇宙的一個很難讓人接受的事實
14:22
that you should learn學習 to accept接受 and stop asking questions問題.
366
847000
3000
就是你必須學會接受現實 停止問問題
14:26
Or maybe the Big Bang
367
851000
2000
或者也有可能 宇宙大爆炸
14:28
is not the beginning開始 of the universe宇宙.
368
853000
2000
並不是宇宙的最初開始
14:30
An egg, an unbroken綿綿 egg, is a low entropy configuration組態,
369
855000
3000
一個雞蛋 一個完好無損的雞蛋 是一個低熵值的存在
14:33
and yet然而, when we open打開 our refrigerator冰箱,
370
858000
2000
然而 我們打開冰箱的時候
14:35
we do not go, "Hah, how surprising奇怪 to find
371
860000
2000
我們不會說 “啊哈 這太令人驚訝了
14:37
this low entropy configuration組態 in our refrigerator冰箱."
372
862000
2000
我在冰箱裡發現了這麼一個低熵值的玩意”
14:39
That's because an egg is not a closed關閉 system系統;
373
864000
3000
因為雞蛋不是一個封閉的系統
14:42
it comes out of a chicken.
374
867000
2000
一隻雞下了這個雞蛋
14:44
Maybe the universe宇宙 comes out of a universal普遍 chicken.
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869000
4000
可能宇宙就是一個漁舟雞下的蛋
14:48
Maybe there is something that naturally自然,
376
873000
2000
可能有一東西 很自然的
14:50
through通過 the growth發展 of the laws法律 of physics物理,
377
875000
3000
根據一些物理生長法則
14:53
gives rise上升 to universe宇宙 like ours我們的
378
878000
2000
造就了我們的宇宙
14:55
in low entropy configurations配置.
379
880000
2000
成為一個低熵值的存在
14:57
If that's true真正, it would happen發生 more than once一旦;
380
882000
2000
如果這是真的的話 這樣的情況會發生不止一次
14:59
we would be part部分 of a much bigger multiverse多重宇宙.
381
884000
3000
我們會是一個更大的多重宇宙的一部分
15:02
That's my favorite喜愛 scenario腳本.
382
887000
2000
這是我最喜歡的假設
15:04
So the organizers組織者 asked me to end結束 with a bold膽大 speculation推測.
383
889000
3000
組織者要我以一個大膽的設想來結束我的談話
15:07
My bold膽大 speculation推測
384
892000
2000
我的大膽的設想就是
15:09
is that I will be absolutely絕對 vindicated平反 by history歷史.
385
894000
3000
歷史毫無疑問的將會證明我的理論是無比正確的
15:12
And 50 years年份 from now,
386
897000
2000
從現在起 五十年後
15:14
all of my current當前 wild野生 ideas思路 will be accepted公認 as truths真理
387
899000
3000
我現在的所有瘋狂的理論都會被奉為是真理
15:17
by the scientific科學 and external外部 communities社區.
388
902000
3000
不僅是在科學界 也包括在社會上
15:20
We will all believe that our little universe宇宙
389
905000
2000
我們都會相信我們的小小宇宙
15:22
is just a small part部分 of a much larger multiverse多重宇宙.
390
907000
3000
只是一個更大的多重宇宙的一小部分
15:25
And even better, we will understand理解 what happened發生 at the Big Bang
391
910000
3000
還有更好的 在理論層面上
15:28
in terms條款 of a theory理論
392
913000
2000
我們將會理解宇宙大爆炸的時候發生了什麼
15:30
that we will be able能夠 to compare比較 to observations意見.
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915000
2000
我們就可以跟我們的觀察結果做對比
15:32
This is a prediction預測. I might威力 be wrong錯誤.
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917000
2000
這只是一個推測 我可能猜錯
15:34
But we've我們已經 been thinking思維 as a human人的 race種族
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919000
2000
但是人類已經思考了很多年
15:36
about what the universe宇宙 was like,
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921000
2000
為什麼宇宙是現在這樣的
15:38
why it came來了 to be in the way it did for many許多, many許多 years年份.
397
923000
3000
為什麼它變成現在這樣樣子
15:41
It's exciting扣人心弦 to think we may可能 finally最後 know the answer回答 someday日後.
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926000
3000
令人激動的是 我們可能會在某一天終於找到答案
15:44
Thank you.
399
929000
2000
謝謝大家
15:46
(Applause掌聲)
400
931000
2000
(掌聲)
Translated by Yakun Li
Reviewed by Lily Yichen Shi

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ABOUT THE SPEAKER
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe.

Why you should listen

Sean Carroll is a theoretical physicist at Caltech in Pasadena, California, where he researches theoretical aspects of cosmology, field theory and gravitation -- exploring the nature of fundamental physics by studying the structure and evolution of the universe.

His book on cosmology and the arrow of time, From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time, was published in 2010. He keeps a regular blog at Cosmic Variance.

More profile about the speaker
Sean M. Carroll | Speaker | TED.com