TEDxBerlin
James Beacham: How we explore unanswered questions in physics
Джеймс Бічем: Як ми досліджуємо нерозв'язані питання у фізиці
Filmed:
Readability: 4.5
1,572,345 views
Джеймс Бічем шукає відповіді на актуальні невирішені питання фізики в межах найбільшого в світі наукового експерименту - Великого адронного колайдера ЦЕРН (Європейського центру з ядерних досліджень). У своєму виступі Бічем дотепно й доступно розповідає про наукові дослідження, запрошуючи нас у подорож понадпросторовими вимірами у пошуках ще не відкритих фундаментальних частинок і пояснення таємниць гравітації; він розмірковує, чому науковий пошук ніколи не припиняється.
James Beacham - Experimental particle physicist
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider. Full bio
James Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
There is something about physics
0
1087
4185
У фізиці є одна проблема,
00:17
that has been really bothering me
since I was a little kid.
since I was a little kid.
1
5296
4000
якою я дуже переймаюся
із самого дитинства.
із самого дитинства.
00:23
And it's related to a question
2
11010
1809
Вона пов'язана з питанням,
00:24
that scientists have been asking
for almost 100 years,
for almost 100 years,
3
12843
3244
що його задають науковці
вже майже 100 років
вже майже 100 років
00:28
with no answer.
4
16111
1169
і не знаходять відповіді.
00:31
How do the smallest things in nature,
5
19108
3010
Яким чином найдрібніші об'єкти природи -
00:34
the particles of the quantum world,
6
22142
2153
частинки квантового світу -
00:36
match up with the largest
things in nature --
things in nature --
7
24319
3031
співвідносяться з найбільшими
об'єктами в природі -
об'єктами в природі -
00:39
planets and stars and galaxies
held together by gravity?
held together by gravity?
8
27374
3247
планетами, зірками і галактиками, яких
тримає разом сила гравітації?
тримає разом сила гравітації?
00:43
As a kid, I would puzzle
over questions just like this.
over questions just like this.
9
31250
2773
У дитинстві я намагався розібратися
з цим питанням наступним чином.
з цим питанням наступним чином.
00:46
I would fiddle around
with microscopes and electromagnets,
with microscopes and electromagnets,
10
34047
2892
Я вовтузився з
мікроскопами й електромагнітами,
мікроскопами й електромагнітами,
00:48
and I would read
about the forces of the small
about the forces of the small
11
36963
2195
читав про різновиди взаємодії
між частинками,
між частинками,
00:51
and about quantum mechanics
12
39182
1334
про квантову механіку
00:52
and I would marvel at how well
that description matched up
that description matched up
13
40540
3564
і дивувався тому, наскільки точно
ті пояснення збігалися
ті пояснення збігалися
00:56
to our observation.
14
44128
1170
з моїми спостереженнями.
00:58
Then I would look at the stars,
15
46220
1583
А ще я цікавився зірками,
00:59
and I would read about how well
we understand gravity,
we understand gravity,
16
47827
2524
читав про те, наскільки добре
ми розуміємо гравітацію,
ми розуміємо гравітацію,
01:02
and I would think surely,
there must be some elegant way
there must be some elegant way
17
50375
3350
і вірив, що має існувати
якесь просте і досконале рішення
якесь просте і досконале рішення
01:05
that these two systems match up.
18
53749
2645
того, як ці дві системи співвідносяться.
01:09
But there's not.
19
57021
1401
Але рішення не існує.
01:11
And the books would say,
20
59673
1160
Книжки демонструють,
01:12
yeah, we understand a lot
about these two realms separately,
about these two realms separately,
21
60857
3183
що ми багато розуміємо про
ці два світи окремо один від одного,
ці два світи окремо один від одного,
01:16
but when we try to link
them mathematically,
them mathematically,
22
64064
2610
але коли ми намагаємося
поєднати їх математично,
поєднати їх математично,
01:18
everything breaks.
23
66698
1330
нічого не виходить.
01:20
And for 100 years,
24
68674
1310
І вже протягом 100 років
01:22
none of our ideas as to how to solve
this basically physics disaster,
this basically physics disaster,
25
70008
5028
жодна з пропонованих ідей щодо
вирішення цієї, по суті фізичної, проблеми
вирішення цієї, по суті фізичної, проблеми
01:27
has ever been supported by evidence.
26
75060
1814
не отримала найменшого
підтвердження.
підтвердження.
01:30
And to little old me --
27
78271
1654
І для маленького мене -
01:31
little, curious, skeptical James --
28
79949
1810
допитливого, скептичного Джеймса -
01:33
this was a supremely unsatisfying answer.
29
81783
2868
це було вкрай незадовільною відповіддю.
01:38
So, I'm still a skeptical little kid.
30
86011
2233
Я досі залишаюся скептичним хлопчаком.
01:40
Flash-forward now
to December of 2015,
to December of 2015,
31
88268
3810
А зараз перенесемося у грудень 2015 року,
01:45
when I found myself smack in the middle
32
93029
2474
коли я опинився у самому вирі подій
01:47
of the physics world
being flipped on its head.
being flipped on its head.
33
95527
2940
світової фізики, які перевернули
існуючі до того уявлення.
існуючі до того уявлення.
01:51
It all started when we at CERN
saw something intriguing in our data:
saw something intriguing in our data:
34
99999
3320
Лабораторія фізики високих енергій (ЦЕРН)
отримала надзвичайні дані -
отримала надзвичайні дані -
01:55
a hint of a new particle,
35
103343
2274
натяк на існування нової частинки,
01:57
an inkling of a possibly extraordinary
answer to this question.
answer to this question.
36
105641
4216
надію на унікальне
розв'язання цього питання.
розв'язання цього питання.
02:03
So I'm still a skeptical
little kid, I think,
little kid, I think,
37
111777
2127
Я досі той самий скептичний хлопчак,
02:05
but I'm also now a particle hunter.
38
113928
2133
але відтепер я ще й мисливець за частинками.
02:08
I am a physicist at CERN's
Large Hadron Collider,
Large Hadron Collider,
39
116085
3463
Я - фізик, працюю на
Великому адронному колайдері у ЦЕРН.
Великому адронному колайдері у ЦЕРН.
02:11
the largest science
experiment ever mounted.
experiment ever mounted.
40
119572
3471
Це наймасштабніший науковий
експеримент у світі.
експеримент у світі.
02:15
It's a 27-kilometer tunnel
on the border of France and Switzerland
on the border of France and Switzerland
41
123877
3535
Колайдер знаходиться у 27-кілометровому
тунелі на кордоні Франції зі Швейцарією
тунелі на кордоні Франції зі Швейцарією
02:19
buried 100 meters underground.
42
127436
1850
під землею на глибині 100 метрів.
02:21
And in this tunnel,
43
129310
1154
У цьому тунелі ми помістили
02:22
we use superconducting magnets
colder than outer space
colder than outer space
44
130488
3953
надпровідні магніти, температура яких
нижча, ніж в абсолютному космосі.
нижча, ніж в абсолютному космосі.
02:26
to accelerate protons
to almost the speed of light
to almost the speed of light
45
134465
3061
Вони розганяють протони майже
до швидкості світла
до швидкості світла
02:29
and slam them into each other
millions of times per second,
millions of times per second,
46
137550
3877
і зіштовхують їх мільйони
разів на секунду,
разів на секунду,
02:33
collecting the debris of these collisions
47
141451
2826
реєструючи наслідки таких зіштовхувань
02:36
to search for new, undiscovered
fundamental particles.
fundamental particles.
48
144301
3971
у пошуках нових, ще не відкритих
фундаментальних частинок.
фундаментальних частинок.
02:40
Its design and construction
took decades of work
took decades of work
49
148727
2464
Над проектуванням і створенням колайдера
кілька десятиліть
кілька десятиліть
02:43
by thousands of physicists
from around the globe,
from around the globe,
50
151215
3032
працювали тисячі фізиків з усього світу.
02:46
and in the summer of 2015,
51
154271
2541
І ось влітку 2015 року
02:48
we had been working tirelessly
to switch on the LHC
to switch on the LHC
52
156836
3424
ми безупинно працювали над тим,
щоби Великий адронний колайдер
щоби Великий адронний колайдер
02:52
at the highest energy that humans
have ever used in a collider experiment.
have ever used in a collider experiment.
53
160284
4467
прискорював частинки до енергій,
які досі були недосяжними в експериментах.
які досі були недосяжними в експериментах.
02:57
Now, higher energy is important
54
165735
2523
Висока енергія розгону дуже важлива,
03:00
because for particles,
there is an equivalence
there is an equivalence
55
168282
2187
тому що у випадку елементарних частинок
03:02
between energy and particle mass,
56
170493
2201
енергія і маса - еквівалентні,
03:04
and mass is just a number
put there by nature.
put there by nature.
57
172718
2461
маса - лише кількісний показник,
даний від природи.
даний від природи.
03:08
To discover new particles,
58
176068
1318
Щоби відкрити нові частинки,
03:09
we need to reach these bigger numbers.
59
177410
2122
нам потрібно досягнути вищих показників.
03:11
And to do that, we have to build
a bigger, higher energy collider,
a bigger, higher energy collider,
60
179556
3254
Для цього необхідно побудувати більший
колайдер з вищими енергіями розгону,
колайдер з вищими енергіями розгону,
03:14
and the biggest, highest
energy collider in the world
energy collider in the world
61
182834
2565
а найбільший у світі колайдер із
найвищими енергіями є
найвищими енергіями є
03:17
is the Large Hadron Collider.
62
185423
1466
Великий адронний
колайдер (ВАК).
колайдер (ВАК).
03:20
And then, we collide protons
quadrillions of times,
quadrillions of times,
63
188271
4899
Далі ми розганяємо протони
у квадрильйони разів
у квадрильйони разів
03:25
and we collect this data very slowly,
over months and months.
over months and months.
64
193194
4284
і повільно - місяць за місяцем -
збираємо дані.
збираємо дані.
03:30
And then new particles might show up
in our data as bumps --
in our data as bumps --
65
198813
4335
Нові частинки виявляють себе,
коли на графіку з'являються опуклості -
коли на графіку з'являються опуклості -
03:35
slight deviations from what you expect,
66
203172
2445
невеликі відхилення від
очікуваного результату,
очікуваного результату,
03:37
little clusters of data points
that make a smooth line not so smooth.
that make a smooth line not so smooth.
67
205641
3967
або кластери показників, через які
крива вже не утворює плавної лінії.
крива вже не утворює плавної лінії.
03:42
For example, this bump,
68
210379
1721
Наприклад, ця опуклість на графіку,
03:45
after months of data-taking in 2012,
69
213010
2533
що відображає дані кількох місяців 2012 р.,
03:47
led to the discovery
of the Higgs particle --
of the Higgs particle --
70
215567
2129
призвела до відкриття частинки Хіггса -
03:49
the Higgs boson --
71
217720
1205
бозона Хіггса -
03:50
and to a Nobel Prize
for the confirmation of its existence.
for the confirmation of its existence.
72
218949
3365
і до отримання Нобелівської премії
за підтвердження її існування.
за підтвердження її існування.
03:55
This jump up in energy in 2015
73
223972
3558
Високі енергії розгону,
що їх ми намагалися досягти в 2015 р.,
що їх ми намагалися досягти в 2015 р.,
04:00
represented the best chance
that we as a species had ever had
that we as a species had ever had
74
228628
3292
стали найкращим шансом в історії людства
04:03
of discovering new particles --
75
231944
1477
відкрити нові частинки
04:05
new answers to these
long-standing questions,
long-standing questions,
76
233445
2112
і новою можливістю
відповісти на старі питання,
відповісти на старі питання,
04:07
because it was almost
twice as much energy as we used
twice as much energy as we used
77
235581
3097
тому що тепер потужність
експерименту мала вдвічі перевищити
експерименту мала вдвічі перевищити
04:10
when we discovered the Higgs boson.
78
238702
1922
енергію, використану
під час відкриття частинки Хіггса.
під час відкриття частинки Хіггса.
04:12
Many of my colleagues had been working
their entire careers for this moment,
their entire careers for this moment,
79
240648
3741
Багато моїх колег чекали на цей момент
протягом усієї наукової кар'єри,
протягом усієї наукової кар'єри,
04:16
and frankly, to little curious me,
80
244413
2076
і, чесно кажучи, допитливий хлопчак
04:18
this was the moment
I'd been waiting for my entire life.
I'd been waiting for my entire life.
81
246513
2910
усередині мене чекав на це
все своє життя.
все своє життя.
04:21
So 2015 was go time.
82
249447
1731
Отже, 2015 рік мав стати вирішальним.
04:24
So June 2015,
83
252654
2210
У червні 2015-го
04:27
the LHC is switched back on.
84
255722
2659
ВАК запустили знову.
04:31
My colleagues and I held our breath
and bit our fingernails,
and bit our fingernails,
85
259040
2877
Ми з колегами затамували подих
і нервово гризли нігті на руках.
і нервово гризли нігті на руках.
04:33
and then finally we saw
the first proton collisions
the first proton collisions
86
261941
2511
Нарешті ми засвідчили
перші зіштовхування протонів
перші зіштовхування протонів
04:36
at this highest energy ever.
87
264476
1956
на надвисоких швидкостях розгону.
04:38
Applause, champagne, celebration.
88
266456
2076
Оплески, шампанське, святкування!
04:40
This was a milestone for science,
89
268556
3596
Подія стало віхою в науці,
04:44
and we had no idea what we would find
in this brand-new data.
in this brand-new data.
90
272176
4622
а ми жодного уявлення не мали,
що знайдемо в принципово нових даних.
що знайдемо в принципово нових даних.
04:51
And then a few weeks later,
we found a bump.
we found a bump.
91
279990
2178
І ось кілька тижнів потому
ми побачили відхилення.
ми побачили відхилення.
04:56
It wasn't a very big bump,
92
284192
1676
Воно не було дуже великим,
04:58
but it was big enough to make
you raise your eyebrow.
you raise your eyebrow.
93
286952
2512
але достатнім для того,
щоби зробити великі очі.
щоби зробити великі очі.
05:01
But on a scale of one to 10
for eyebrow raises,
for eyebrow raises,
94
289488
2251
Але якщо ті "великі очі"
міряти за шкалою від 1 до 10,
міряти за шкалою від 1 до 10,
05:03
if 10 indicates that you've
discovered a new particle,
discovered a new particle,
95
291763
2610
де 10 означає відкриття нової частинки,
05:06
this eyebrow raise is about a four.
96
294397
1727
то наші "великі очі" тягнуть десь на 4.
05:08
(Laughter)
97
296148
1150
(Сміх)
05:10
I spent hours, days, weeks
in secret meetings,
in secret meetings,
98
298432
5211
Я провів години, дні й тижні
в таємних зустрічах,
в таємних зустрічах,
05:15
arguing with my colleagues
over this little bump,
over this little bump,
99
303667
2360
сперечаючись із колегами
щодо природи цих відхилень,
щодо природи цих відхилень,
05:18
poking and prodding it with our most
ruthless experimental sticks
ruthless experimental sticks
100
306051
3236
вивчаючи їх за допомогою точних
експериментальних інструментів,
експериментальних інструментів,
05:21
to see if it would withstand scrutiny.
101
309311
1977
піддаючи їх найсуворішій критиці.
05:23
But even after months
of working feverishly --
of working feverishly --
102
311988
3461
Але навіть після кількох місяців
напруженої роботи -
напруженої роботи -
05:27
sleeping in our offices
and not going home,
and not going home,
103
315473
2432
коли ми спали в кабінетах,
не ходили додому,
не ходили додому,
05:29
candy bars for dinner,
104
317929
2077
їли шоколадки на обід,
05:32
coffee by the bucketful --
105
320030
1570
пили каву відрами
05:33
physicists are machines
for turning coffee into diagrams --
for turning coffee into diagrams --
106
321624
4243
(фізики - це такі собі машини з
перетворення кави на графіки), -
перетворення кави на графіки), -
05:37
(Laughter)
107
325891
1399
(Сміх)
05:39
This little bump would not go away.
108
327314
2536
це невеличке відхилення даних не зникло.
05:42
So after a few months,
109
330704
2138
Отже, через кілька місяців
05:44
we presented our little bump to the world
with a very clear message:
with a very clear message:
110
332866
3710
ми представили його світу
з дуже чітким поясненням:
з дуже чітким поясненням:
05:49
this little bump is interesting
but it's not definitive,
but it's not definitive,
111
337457
2711
це відхилення у потоці даних
є цікавим, але не визначеним,
є цікавим, але не визначеним,
05:52
so let's keep an eye on it
as we take more data.
as we take more data.
112
340192
3329
отже, ми будемо спостерігати далі
і збирати більше даних.
і збирати більше даних.
05:55
So we were trying to be
extremely cool about it.
extremely cool about it.
113
343872
2291
Ми повідомили про це дуже стримано,
05:59
And the world ran with it anyway.
114
347463
2188
але новина швидко розлетілася світом.
06:02
The news loved it.
115
350383
1632
Вона була хітом новин.
06:04
People said it reminded
them of the little bump
them of the little bump
116
352735
2555
Люди говорили, що ситуація нагадує їм
06:07
that was shown on the way
toward the Higgs boson discovery.
toward the Higgs boson discovery.
117
355314
3423
те невеличке відхилення, що призвело до
відкриття бозона Хіггса.
відкриття бозона Хіггса.
06:10
Better than that,
my theorist colleagues --
my theorist colleagues --
118
358761
3128
І навіть більше -
мої колеги теоретики
мої колеги теоретики
06:14
I love my theorist colleagues --
119
362548
2317
(я люблю теоретиків!)
06:16
my theorist colleagues wrote
500 papers about this little bump.
500 papers about this little bump.
120
364889
3612
написали 500 наукових
робіт про це маленьке відхилення.
робіт про це маленьке відхилення.
06:20
(Laughter)
121
368525
1455
(Сміх)
06:22
The world of particle physics
had been flipped on its head.
had been flipped on its head.
122
370574
3966
Світ фізики елементарних частинок
перевернувся з ніг на голову.
перевернувся з ніг на голову.
06:27
But what was it about this particular bump
123
375745
4242
Але що ж такого в цьому відхиленні даних,
06:32
that caused thousands of physicists
to collectively lose their cool?
to collectively lose their cool?
124
380011
4090
що тисячі фізиків
одномоментно втратили спокій?
одномоментно втратили спокій?
06:37
This little bump was unique.
125
385596
1436
Це відхилення унікальне.
06:40
This little bump indicated
126
388198
1369
Воно вказує на те, що
06:41
that we were seeing an unexpectedly
large number of collisions
large number of collisions
127
389591
3022
відбулася неочікувано велика
кількість зіштовхувань частинок,
кількість зіштовхувань частинок,
06:44
whose debris consisted
of only two photons,
of only two photons,
128
392637
3331
чиї уламки складаються
лише з двох фотонів,
лише з двох фотонів,
06:47
two particles of light.
129
395992
1244
двох частинок світла.
06:49
And that's rare.
130
397260
1237
Це рідкісне явище.
06:51
Particle collisions are not
like automobile collisions.
like automobile collisions.
131
399069
2620
Зіштовхування частинок
не схоже на зіткнення автомобілів.
не схоже на зіткнення автомобілів.
06:53
They have different rules.
132
401713
1519
Там діють інші правила.
06:55
When two particles collide
at almost the speed of light,
at almost the speed of light,
133
403256
2650
Коли зіштовхуються дві частинки
майже на швидкості світла,
майже на швидкості світла,
06:57
the quantum world takes over.
134
405930
1421
працюють закони квантової фізики.
06:59
And in the quantum world,
135
407375
1260
У квантовому світі
07:00
these two particles
can briefly create a new particle
can briefly create a new particle
136
408659
3193
ці дві частинки можуть
швидко утворити нову частинку,
швидко утворити нову частинку,
07:03
that lives for a tiny fraction of a second
137
411876
2780
яка існуватиме мізерну частину секунди,
07:06
before splitting into other particles
that hit our detector.
that hit our detector.
138
414680
2881
а потім розпадеться на інші частинки,
які ми й зареєструємо.
які ми й зареєструємо.
07:09
Imagine a car collision
where the two cars vanish upon impact,
where the two cars vanish upon impact,
139
417585
3405
Уявіть, як два автомобілі
зіштовхуються й щезають,
зіштовхуються й щезають,
07:13
a bicycle appears in their place --
140
421014
2269
а на їхньому місці з'являється велосипед.
07:15
(Laughter)
141
423307
1071
(Сміх)
07:16
And then that bicycle explodes
into two skateboards,
into two skateboards,
142
424402
2461
Потім цей велосипед вибухає,
і з'являються два скейтборди,
і з'являються два скейтборди,
07:18
which hit our detector.
143
426887
1181
які влучають у наші детектори.
07:20
(Laughter)
144
428092
1379
(Сміх)
07:21
Hopefully, not literally.
145
429495
1953
Сподіваюся, такого не станеться.
07:23
They're very expensive.
146
431472
1342
Вони дуже дорогі.
07:26
Events where only two photons
hit out detector are very rare.
hit out detector are very rare.
147
434191
3748
Випадки, коли два фотони "влучали"
в наші детектори, були нечастими.
в наші детектори, були нечастими.
07:29
And because of the special
quantum properties of photons,
quantum properties of photons,
148
437963
3722
А через особливі квантові
характеристики фотонів
характеристики фотонів
07:33
there's a very small number
of possible new particles --
of possible new particles --
149
441709
3788
існує мала ймовірність
утворення нових частинок -
утворення нових частинок -
07:37
these mythical bicycles --
150
445521
1497
цих уявних велосипедів -
07:39
that can give birth to only two photons.
151
447042
2243
які б могли дати життя
лише двом фотонам.
лише двом фотонам.
07:41
But one of these options is huge,
152
449812
2836
Проте існує велика ймовірність
зареєструвати інше явище,
зареєструвати інше явище,
07:44
and it has to do with
that long-standing question
that long-standing question
153
452672
2836
яке пов'язане з тим
старим як світ питанням,
старим як світ питанням,
07:47
that bothered me as a tiny little kid,
154
455532
2522
що мучить мене з дитинства, -
07:50
about gravity.
155
458078
1360
питанням про гравітацію.
07:53
Gravity may seem super strong to you,
156
461946
2672
Ви вважаєте гравітацію потужною силою,
07:56
but it's actually crazily weak
compared to the other forces of nature.
compared to the other forces of nature.
157
464642
4100
але насправді вона неймовірно слабка
у порівнянні з іншими силами природи.
у порівнянні з іншими силами природи.
08:00
I can briefly beat gravity when I jump,
158
468766
2631
Я легко долаю гравітацію, підстрибнувши,
08:04
but I can't pick a proton out of my hand.
159
472390
2843
але я не можу вирвати протон з руки.
08:08
The strength of gravity compared
to the other forces of nature?
to the other forces of nature?
160
476463
3216
Якою є сила гравітації в порівнянні з
іншими силами природи?
іншими силами природи?
08:12
It's 10 to the minus 39.
161
480480
2190
Це 10 у мінус 39 ступені.
08:14
That's a decimal with 39 zeros after it.
162
482694
2537
Тобто, десятковий дріб
із 39-ма нулями після коми.
із 39-ма нулями після коми.
08:17
Worse than that,
163
485255
1157
Треба ще додати,
08:18
all of the other known forces of nature
are perfectly described
are perfectly described
164
486436
3027
що всі інші відомі сили природи
чудово описані
чудово описані
08:21
by this thing we call the Standard Model,
165
489487
2037
у Стандартній моделі - теорії,
яку сьогодні вважають
яку сьогодні вважають
08:23
which is our current best description
of nature at its smallest scales,
of nature at its smallest scales,
166
491548
3435
найкращим поясненням природних
явищ на рівні елементарних частинок,
явищ на рівні елементарних частинок,
08:27
and quite frankly,
167
495007
1156
і яка, на мою думку,
08:28
one of the most successful
achievements of humankind --
achievements of humankind --
168
496187
4177
є одним із найвидатніших
досягнень людства.
досягнень людства.
08:32
except for gravity, which is absent
from the Standard Model.
from the Standard Model.
169
500388
4012
Так от гравітації у
Стандартній моделі немає.
Стандартній моделі немає.
08:36
It's crazy.
170
504424
1150
Це божевілля!
08:38
It's almost as though most
of gravity has gone missing.
of gravity has gone missing.
171
506046
3100
Виглядає так, ніби здебільшого
силу гравітації не враховано.
силу гравітації не враховано.
08:42
We feel a little bit of it,
172
510394
1667
Невеличку частину її ми відчуваємо,
08:44
but where's the rest of it?
173
512085
1676
але де поділася решта?
08:45
No one knows.
174
513785
1282
Ніхто не знає.
08:48
But one theoretical explanation
proposes a wild solution.
proposes a wild solution.
175
516003
4403
Але існує одне теоретичне припущення,
що пропонує сміливе рішення.
що пропонує сміливе рішення.
08:54
You and I --
176
522120
1339
Ви і я -
08:55
even you in the back --
177
523483
1578
навіть ви на задніх рядах -
08:57
we live in three dimensions of space.
178
525085
2145
живемо у тривимірному просторі.
08:59
I hope that's a
non-controversial statement.
non-controversial statement.
179
527254
2557
Сподіваюся, це доводити не треба.
09:01
(Laughter)
180
529835
1829
(Сміх)
09:03
All of the known particles also live
in three dimensions of space.
in three dimensions of space.
181
531688
3438
Усі відомі частинки також існують
у тривимірному просторі.
у тривимірному просторі.
09:07
In fact, a particle is just another name
182
535150
2190
По суті, "частинка" - лише інший термін
09:09
for an excitation
in a three-dimensional field;
in a three-dimensional field;
183
537364
3009
на позначення збудження
тривимірного поля,
тривимірного поля,
09:12
a localized wobbling in space.
184
540397
1920
або локального коливання в космосі.
09:15
More importantly, all the math
that we use to describe all this stuff
that we use to describe all this stuff
185
543288
3529
Що важливо, використання математичного
інструментарію для опису цих явищ
інструментарію для опису цих явищ
09:18
assumes that there are only
three dimensions of space.
three dimensions of space.
186
546841
3073
базується на переконанні,
що у простору є лише три виміри.
що у простору є лише три виміри.
09:21
But math is math, and we can play
around with our math however we want.
around with our math however we want.
187
549938
3381
Але математика така наука, що дозволяє,
за потреби, "гратися" з ідеями.
за потреби, "гратися" з ідеями.
09:25
And people have been playing around
with extra dimensions of space
with extra dimensions of space
188
553343
3166
Отже, люди граються з ідеєю
додаткових вимірів простору
додаткових вимірів простору
09:28
for a very long time,
189
556533
1155
вже давно.
09:29
but it's always been an abstract
mathematical concept.
mathematical concept.
190
557712
2585
Але ця ідея завжди була абстрактною
математичною концепцією.
математичною концепцією.
09:32
I mean, just look around you --
you at the back, look around --
you at the back, look around --
191
560321
3172
Я маю на увазі, якщо роздивитися навколо -
ось ви на задніх рядах, озирніться -
ось ви на задніх рядах, озирніться -
09:35
there's clearly only
three dimensions of space.
three dimensions of space.
192
563517
2281
ми чітко бачимо лише три виміри простору.
09:38
But what if that's not true?
193
566954
1559
А що, якщо це не є істиною?
09:42
What if the missing gravity is leaking
into an extra-spatial dimension
into an extra-spatial dimension
194
570109
6255
Якщо та неврахована гравітація просочується
у якійсь понадпросторовий вимір,
у якійсь понадпросторовий вимір,
09:48
that's invisible to you and I?
195
576388
1956
невидимий мені і вам?
09:51
What if gravity is just as strong
as the other forces
as the other forces
196
579355
3094
А раптом гравітація виявилася б
такою ж потужною, як інші сили,
такою ж потужною, як інші сили,
09:54
if you were to view it in this
extra-spatial dimension,
extra-spatial dimension,
197
582473
3141
якщо б нам вдалося заглянути у цей
понадпросторовий вимір,
понадпросторовий вимір,
09:57
and what you and I experience
is a tiny slice of gravity
is a tiny slice of gravity
198
585638
2900
а те, що ми з вами відчуваємо,
є всього лише дрібною її часткою,
є всього лише дрібною її часткою,
10:00
make it seem very weak?
199
588562
1897
що примушує нас вірити,
що гравітація слабка.
що гравітація слабка.
10:04
If this were true,
200
592158
1175
Якщо це так,
10:05
we would have to expand
our Standard Model of particles
our Standard Model of particles
201
593357
2748
нам доведеться розширити Стандартну
модель елементарних частинок
модель елементарних частинок
10:08
to include an extra particle,
a hyperdimensional particle of gravity,
a hyperdimensional particle of gravity,
202
596129
4086
і включити в неї додаткову частинку -
"гіпервимірну" частинку гравітації,
"гіпервимірну" частинку гравітації,
10:12
a special graviton that lives
in extra-spatial dimensions.
in extra-spatial dimensions.
203
600239
2995
такий собі гравітон, що існує
у понадпросторових вимірах.
у понадпросторових вимірах.
10:15
I see the looks on your faces.
204
603258
1465
Я бачу вирази ваших облич.
10:16
You should be asking me the question,
205
604747
1819
Ви ніби запитуєте:
10:18
"How in the world are we going to test
this crazy, science fiction idea,
this crazy, science fiction idea,
206
606590
3644
"Як, скажіть на милість, перевірити цю
ідею з області наукової фантастики,
ідею з області наукової фантастики,
10:22
stuck as we are in three dimensions?"
207
610258
2491
коли ми не можемо вийти за межі
тривимірного простору?"
тривимірного простору?"
10:24
The way we always do,
208
612773
1282
Так, як ми завжди робимо -
10:26
by slamming together two protons --
209
614079
2139
зіштовхнути два протони
10:28
(Laughter)
210
616242
1152
(Сміх)
10:29
Hard enough that
the collision reverberates
the collision reverberates
211
617418
2564
із такою силою, щоби наслідки
зіткнення проявилися
зіткнення проявилися
10:32
into any extra-spatial dimensions
that might be there,
that might be there,
212
620006
2691
в якомусь із імовірних
понадпросторових вимірів,
понадпросторових вимірів,
10:34
momentarily creating
this hyperdimensional graviton
this hyperdimensional graviton
213
622721
2599
моментально створюючи
"гіперпросторовий" гравітон,
"гіперпросторовий" гравітон,
10:37
that then snaps back
into the three dimensions of the LHC
into the three dimensions of the LHC
214
625344
4380
а потім проявилися вже
у тривимірному просторі ВАК
у тривимірному просторі ВАК
10:41
and spits off two photons,
215
629748
1822
і викинули два фотони -
10:44
two particles of light.
216
632278
1338
дві частинки світла.
10:47
And this hypothetical,
extra-dimensional graviton
extra-dimensional graviton
217
635417
2910
Наразі цей гіпотетичний
понадпросторовий гравітон
понадпросторовий гравітон
10:50
is one of the only possible,
hypothetical new particles
hypothetical new particles
218
638351
3707
є єдино можливою,
гіпотетичною новою частинкою,
гіпотетичною новою частинкою,
10:54
that has the special quantum properties
219
642082
2135
що має особливі квантові характеристики,
10:56
that could give birth to our little,
two-photon bump.
two-photon bump.
220
644241
4236
які б могли породити наші маленькі
двофотонні сплески.
двофотонні сплески.
11:02
So, the possibility of explaining
the mysteries of gravity
the mysteries of gravity
221
650000
5820
Отже, з'явилася можливість
пояснити таємницю гравітації
пояснити таємницю гравітації
11:07
and of discovering extra
dimensions of space --
dimensions of space --
222
655844
3498
і відкрити додаткові виміри простору -
11:11
perhaps now you get a sense
223
659366
1592
зараз, напевно, ви розумієте,
11:12
as to why thousands of physics geeks
collectively lost their cool
collectively lost their cool
224
660982
4124
чому тисячі "схиблених"
фізиків одночасно втратили спокій
фізиків одночасно втратили спокій
11:17
over our little, two-photon bump.
225
665130
1882
через наш маленький двофотонний сплеск.
11:19
A discovery of this type
would rewrite the textbooks.
would rewrite the textbooks.
226
667036
2900
Через відкриття такого штибу
переписують підручники.
переписують підручники.
11:22
But remember,
227
670739
1152
Але пам'ятаймо,
11:23
the message from us experimentalists
228
671915
1724
що ми, експериментатори,
11:25
that actually were doing
this work at the time,
this work at the time,
229
673663
2239
які реально провели
таку роботу в свій час,
таку роботу в свій час,
11:27
was very clear:
230
675926
1154
висловилися досить чітко:
11:29
we need more data.
231
677104
1174
нам потрібно більше даних.
11:30
With more data,
232
678302
1519
З більшим масивом даних
11:31
the little bump will either turn into
a nice, crisp Nobel Prize --
a nice, crisp Nobel Prize --
233
679845
4024
той маленький сплеск або перетвориться
на чудову "хрустку" Нобелівку,
на чудову "хрустку" Нобелівку,
11:35
(Laughter)
234
683893
1760
(Сміх)
11:37
Or the extra data will fill in
the space around the bump
the space around the bump
235
685677
2964
або додаткові дані перетворять
наше відхилення на графіку
наше відхилення на графіку
11:40
and turn it into a nice, smooth line.
236
688665
1866
у чудову гладеньку криву.
11:43
So we took more data,
237
691515
1218
Отже, ми накопичували дані,
11:44
and with five times the data,
several months later,
several months later,
238
692757
2577
і коли кілька місяців потому
обсяг даних виріс вп'ятеро,
обсяг даних виріс вп'ятеро,
11:47
our little bump
239
695358
1690
наш маленький сплеск на графіку
11:49
turned into a smooth line.
240
697072
2348
перетворився у гладеньку криву.
11:55
The news reported on a "huge
disappointment," on "faded hopes,"
disappointment," on "faded hopes,"
241
703217
3484
У новинах писали про "велике розчарування"
та про "згаслі надії",
та про "згаслі надії",
11:58
and on particle physicists "being sad."
242
706725
2510
а ще про те, що фізики "дуже засмутилися".
12:01
Given the tone of the coverage,
243
709259
1811
Зважаючи на тон публікацій,
12:03
you'd think that we had decided
to shut down the LHC and go home.
to shut down the LHC and go home.
244
711094
3488
хтось, можливо, подумав, що ми вирішили
вирубати ВАК та роз'їхатися по домівках.
вирубати ВАК та роз'їхатися по домівках.
12:06
(Laughter)
245
714606
1150
(Сміх)
12:08
But that's not what we did.
246
716628
1603
Але ми цього не зробили.
12:13
But why not?
247
721057
2014
Чому ні?
12:16
I mean, if I didn't discover
a particle -- and I didn't --
a particle -- and I didn't --
248
724475
2845
Ну, якщо я не відкрив нову
частинку - а я таки нічого не відкрив,
частинку - а я таки нічого не відкрив,
12:20
if I didn't discover a particle,
why am I here talking to you?
why am I here talking to you?
249
728209
3029
якщо я не відкрив частинку,
про що я тут взагалі розмовляю?
про що я тут взагалі розмовляю?
12:23
Why didn't I just hang my head in shame
250
731262
2437
Чому я не знітився від сорому
12:25
and go home?
251
733723
1224
і не пішов додому?
12:31
Particle physicists are explorers.
252
739169
3351
Фізики, що працюють із частинками,
є дослідниками.
є дослідниками.
12:35
And very much of what we do
is cartography.
is cartography.
253
743421
2952
І левову частку нашої роботи
складає картографія.
складає картографія.
12:39
Let me put it this way: forget
about the LHC for a second.
about the LHC for a second.
254
747468
2852
Іншими словами - на секунду
забудьте про ВАК -
забудьте про ВАК -
12:42
Imagine you are a space explorer
arriving at a distant planet,
arriving at a distant planet,
255
750344
3382
уявіть, що ви дослідник космосу,
який прибув на віддалену планету
який прибув на віддалену планету
12:45
searching for aliens.
256
753750
1325
у пошуках інопланетян.
12:47
What is your first task?
257
755099
1522
Яким буде ваше перше завдання?
12:49
To immediately orbit the planet,
land, take a quick look around
land, take a quick look around
258
757931
3076
Вийти на орбіту планети, приземлитися,
швидко роззирнутися навколо,
швидко роззирнутися навколо,
12:53
for any big, obvious signs of life,
259
761031
1886
реєструючи очевидні ознаки життя,
12:54
and report back to home base.
260
762941
1819
і відзвітувати на базу.
12:56
That's the stage we're at now.
261
764784
1624
Ми зараз на подібній стадії.
12:59
We took a first look at the LHC
262
767269
1487
За допомогою ВАК ми шукали
13:00
for any new, big,
obvious-to-spot particles,
obvious-to-spot particles,
263
768780
2284
будь-які нові великі помітні частинки,
13:03
and we can report that there are none.
264
771088
1950
і можемо відзвітувати, що таких немає.
13:05
We saw a weird-looking alien bump
on a distant mountain,
on a distant mountain,
265
773631
2673
Ми побачили дивну незрозумілу
опуклість на віддаленій горі,
опуклість на віддаленій горі,
13:08
but once we got closer,
we saw it was a rock.
we saw it was a rock.
266
776328
2170
але підійшовши ближче,
ми побачили, що то камінь.
ми побачили, що то камінь.
13:10
But then what do we do?
Do we just give up and fly away?
Do we just give up and fly away?
267
778816
2640
І що ж нам робити? Здатися
і полетіти геть?
і полетіти геть?
13:13
Absolutely not;
268
781480
1287
Аж ніяк!
13:14
we would be terrible scientists if we did.
269
782791
2305
Нікчемними були б ми науковцями!
13:17
No, we spend the next couple
of decades exploring,
of decades exploring,
270
785120
3613
Ні, наступні кілька десятиліть
ми проведемо у дослідженнях,
ми проведемо у дослідженнях,
13:20
mapping out the territory,
271
788757
1480
ми будемо картографувати,
13:22
sifting through the sand
with a fine instrument,
with a fine instrument,
272
790261
2365
просіювати пісок,
13:24
peeking under every stone,
273
792650
1458
заглядати під кожен камінець,
13:26
drilling under the surface.
274
794132
1554
бурити поверхню.
13:28
New particles can either
show up immediately
show up immediately
275
796106
2593
Нови частинки або негайно проявлять себе
13:30
as big, obvious-to-spot bumps,
276
798723
2133
як великі й очевидні
опуклості на графіках,
опуклості на графіках,
13:32
or they can only reveal themselves
after years of data taking.
after years of data taking.
277
800880
3941
або ми їх відкриємо лише
через роки накопичення даних.
через роки накопичення даних.
13:38
Humanity has just begun its exploration
at the LHC at this big high energy,
at the LHC at this big high energy,
278
806103
4410
Людство тільки розпочало свої розвідки
за допомогою ВАК із такими високими енергіями,
за допомогою ВАК із такими високими енергіями,
13:42
and we have much searching to do.
279
810537
1791
і ще треба багато зробити.
13:44
But what if, even after 10 or 20 years,
we still find no new particles?
we still find no new particles?
280
812352
5825
А якщо, скажімо, ми так і не знайдемо
нових частинок ані через 10, ані через 20 років?
нових частинок ані через 10, ані через 20 років?
13:51
We build a bigger machine.
281
819053
1695
Ми побудуємо більший пристрій.
13:52
(Laughter)
282
820772
1574
(Сміх)
13:54
We search at higher energies.
283
822370
1690
Ми застосуємо потужніші енергії.
13:56
We search at higher energies.
284
824476
1570
Ми застосуємо потужніші енергії.
13:58
Planning is already underway
for a 100-kilometer tunnel
for a 100-kilometer tunnel
285
826946
3053
Вже планується побудова 100-км тунелю,
14:02
that will collide particles
at 10 times the energy of the LHC.
at 10 times the energy of the LHC.
286
830612
2976
який розганятиме частинки з енергією
у 10 разів вищою за енергію ВАК.
у 10 разів вищою за енергію ВАК.
14:05
We don't decide where
nature places new particles.
nature places new particles.
287
833612
2337
Ми не можемо вирішувати, де
розміщено нові частинки.
розміщено нові частинки.
14:08
We only decide to keep exploring.
288
836366
1646
Ми можемо вирішити
продовжити шукати.
продовжити шукати.
14:10
But what if, even after
a 100-kilometer tunnel
a 100-kilometer tunnel
289
838036
2558
Що буде, якщо ані
100-кілометровий тунель,
100-кілометровий тунель,
14:12
or a 500-kilometer tunnel
290
840618
1860
ані 500-кілометровий тунель,
14:14
or a 10,000-kilometer
collider floating in space
collider floating in space
291
842502
2841
ані 10 000-кілометровий колайдер,
що ширятиме у космосі
що ширятиме у космосі
14:17
between the Earth and the Moon,
292
845367
1578
між Землею та Місяцем,
14:18
we still find no new particles?
293
846969
3062
не допоможе відкрити нові частинки?
14:23
Then perhaps we're doing
particle physics wrong.
particle physics wrong.
294
851597
2694
Тоді можна припустити, що фізика
елементарних частинок не працює.
елементарних частинок не працює.
14:26
(Laughter)
295
854315
1791
(Сміх)
14:28
Perhaps we need to rethink things.
296
856130
1957
І нам доведеться думати по-новому.
14:31
Maybe we need more resources,
technology, expertise
technology, expertise
297
859127
3262
Можливо, знадобиться більше ресурсів,
технологій, досвіду у порівнянні
технологій, досвіду у порівнянні
14:34
than what we currently have.
298
862413
1508
і з тим, що маємо зараз.
14:36
We already use artificial intelligence
and machine learning techniques
and machine learning techniques
299
864610
3341
Ми вже використовуємо штучний інтелект
і технології машинного навчання
і технології машинного навчання
14:39
in parts of the LHC,
300
867975
1153
у деяких відділах ВАК,
14:41
but imagine designing
a particle physics experiment
a particle physics experiment
301
869152
2406
а лишень уявіть експеримент у галузі
елементарних частинок
елементарних частинок
14:43
using such sophisticated algorithms
302
871582
1669
із використанням таких
надскладних алгоритмів,
надскладних алгоритмів,
14:45
that it could teach itself to discover
a hyperdimensional graviton.
a hyperdimensional graviton.
303
873275
3168
що ВАК сам зможе навчитися шукати
гіперпросторовий гравітон.
гіперпросторовий гравітон.
14:48
But what if?
304
876467
1157
Задамо
14:49
What if the ultimate question:
305
877648
1445
вічне питання:
14:51
What if even artificial intelligence
can't help us answer our questions?
can't help us answer our questions?
306
879117
3473
А якщо навіть штучний інтелект
не допоможе знайти відповідь?
не допоможе знайти відповідь?
14:54
What if these open questions,
for centuries,
for centuries,
307
882614
2111
І ці питання, що їх задають
століттями,
століттями,
14:56
are destined to be unanswered
for the foreseeable future?
for the foreseeable future?
308
884749
2669
приречені залишитися
в майбутньому без відповіді?
в майбутньому без відповіді?
14:59
What if the stuff that's bothered me
since I was a little kid
since I was a little kid
309
887442
2929
А якщо проблема, яка не дає мені спокою
з дитинства,
з дитинства,
15:02
is destined to be unanswered
in my lifetime?
in my lifetime?
310
890395
2523
так і залишиться нерозв'язаною
за моє життя?
за моє життя?
15:06
Then that ...
311
894395
1156
Тоді...
15:08
will be even more fascinating.
312
896282
2094
буде ще цікавіше.
15:12
We will be forced to think
in completely new ways.
in completely new ways.
313
900144
3225
Це нас змусить думати абсолютно по-новому.
15:16
We'll have to go back to our assumptions,
314
904361
2058
Нам доведеться повернутися
до старих припущень
до старих припущень
15:18
and determine if there was
a flaw somewhere.
a flaw somewhere.
315
906443
2339
і визначити, де були помилки.
15:21
And we'll need to encourage more people
to join us in studying science
to join us in studying science
316
909401
3395
Доведеться заохочувати більше людей
займатися наукою,
займатися наукою,
15:24
since we need fresh eyes
on these century-old problems.
on these century-old problems.
317
912820
3062
адже буде потрібен свіжий погляд
на старі як світ проблеми.
на старі як світ проблеми.
15:27
I don't have the answers,
and I'm still searching for them.
and I'm still searching for them.
318
915906
3134
Я не маю відповідей,
я все ще їх шукаю.
я все ще їх шукаю.
15:31
But someone -- maybe
she's in school right now,
she's in school right now,
319
919064
2329
Але хтось (можливо, це дитя
ще вчиться в школі,
ще вчиться в школі,
15:33
maybe she's not even born yet --
320
921417
1684
або ще й не народилося)
15:35
could eventually guide us to see physics
in a completely new way,
in a completely new way,
321
923783
3133
зможе вказати нам
новий шлях у фізиці
новий шлях у фізиці
15:38
and to point out that perhaps
we're just asking the wrong questions.
we're just asking the wrong questions.
322
926940
4268
і показати, що ми, можливо,
ставимо не ті питання.
ставимо не ті питання.
15:44
Which would not be the end of physics,
323
932112
2410
І це не буде кінцем фізики,
15:46
but a novel beginning.
324
934546
1406
а стане її новітнім початком.
15:49
Thank you.
325
937204
1150
Дякую.
15:50
(Applause)
326
938378
2541
(Оплески)
ABOUT THE SPEAKER
James Beacham - Experimental particle physicistJames Beacham is an experimental high-energy particle physicist working with the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider.
Why you should listen
As part of the ATLAS collaboration at CERN's Large Hadron Collider, one of the teams that discovered the Higgs boson in 2012, James Beacham is on the hunt for evidence of new particles -- dark photons, gravitons, dark matter and exotic Higgs bosons among them.
Previously, Beacham was part of a small team of researchers who, in 2009, searched for the Higgs boson in an unlikely place: data taken by the ALEPH experiment at CERN's Large Electron-Positron collider, nine years after it had stopped running. He has also worked with the APEX collaboration, a groundbreaking search for dark photons using existing particle physics facilities designed for very different purposes.
Beacham completed his PhD at New York University in 2014 and is currently a post-doctoral researcher with the ATLAS experiment group of the Ohio State University. He has been a guest on NPR's "Science Friday," participated in documentaries on the BBC and the Discovery Channel and talked particle physics with the New York Times and WIRED.
In addition to his ongoing research, Beacham is dedicated to making particle physics accessible to all. He has communicated science to the public with Symmetry Magazine, US/LHC, the Science Museum in London, the Institute of Physics, the World Science Fair and on the Web.
In 2015, Beacham organized Ex/Noise/CERN, a project colliding particle physics with experimental music to celebrate the LHC’s switch on to 13 trillion electron volts.
James Beacham | Speaker | TED.com