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TED2008

Garrett Lisi: An 8-dimensional model of the universe

Garrett Lisi sur la théorie du Tout.

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Physicist and surfer Garrett Lisi presents a controversial new model of the universe that -- just maybe -- answers all the big questions. If nothing else, it's the most beautiful 8-dimensional model of elementary particles and forces you've ever seen.

- Physicist
Physicist Garrett Lisi has proposed a new "theory of everything" -- a grand unified theory that explains all the elementary particles, as well as gravity. Full bio

Whoa, dude. Check out those killer equations. Sweet. (Laughter)
Waoh, mec. Regarde un peu ces équations d'enfer. Cool.
00:21
Actually, for the next 18 minutes I'm going to do the best I can
A vrai dire, pendant les prochaines 18 minutes je vais m'appliquer
00:30
to describe the beauty of particle physics without equations.
à décrire la beauté de la physique, sans équations.
00:34
It turns out there's a lot we can learn from coral.
Les coraux ont beaucoup à nous apprendre.
00:38
Coral is a very beautiful and unusual animal.
Le corail est un animal à la fois très beau et très inhabituel.
00:41
Each coral head consists of thousand of individual polyps.
Chaque tête de corail est constituée de milliers de polypes distincts.
00:44
These polyps are continually budding and branching
Ces polypes bourgeonnent et se ramifient en permanence
00:48
into genetically identical neighbors.
donnant naissance à des voisins génétiquement identiques.
00:50
If we imagine this to be a hyper-intelligent coral,
En imaginant que les coraux sont des êtres hyper-intelligents
00:53
we can single out an individual and ask him a reasonable question.
il est possible d'en choisir un et de lui poser une question tout à fait raisonnable.
00:55
We can ask how exactly he got to be in this particular location
On peut lui demander comment il a fait pour se retrouver en ce lieu précis
00:59
compared to his neighbors --
plutôt qu'à la place d'un de ses voisins.
01:02
if it was just chance, or destiny, or what?
Si c'était juste la chance, le destin, ou autre chose ?
01:04
Now, after admonishing us for turning the temperature up too high,
Après nous avoir reproché le réchauffement planétaire,
01:08
he would tell us that our question was completely stupid.
il nous dirait que notre question est complètement stupide.
01:11
These corals can be quite kind of mean, you see,
Les coraux peuvent être plutôt méchants,
01:15
and I have surfing scars to prove that.
j'ai des cicatrices qui le prouvent.
01:17
But this polyp would continue and tell us
Mais ce polype continuerait et nous dirait
01:20
that his neighbors were quite clearly identical copies of him.
que ses voisins sont des copies clairement identiques à lui-même.
01:21
That he was in all these other locations as well,
Qu'il était dans tous ces autres lieux,
01:25
but experiencing them as separate individuals.
mais qui les vivait à travers les autres.
01:27
For a coral, branching into different copies
Pour un corail, se ramifier en plusieurs copies
01:30
is the most natural thing in the world.
est la chose la plus naturelle du monde.
01:33
Unlike us, a hyper-intelligent coral would be uniquely prepared
Contrairement à nous, un corail super-intelligent serait parfaitement préparé
01:35
to understand quantum mechanics.
à comprendre la mécanique quantique.
01:39
The mathematics of quantum mechanics very accurately
Les mathématiques de la mécanique quantique décrivent très précisément
01:42
describes how our universe works.
la façon dont notre univers fonctionne.
01:44
And it tells us our reality is continually branching
Et elles nous disent que notre réalité bifurque continuellement
01:46
into different possibilities, just like a coral.
vers de nouvelles possibilités ; tout comme le corail.
01:49
It's a weird thing for us humans to wrap our minds around,
C'est quelque chose d'étrange, difficile à imaginer
01:53
since we only ever get to experience one possibility.
puisque nous ne vivons jamais qu'une seule de ces possibilités.
01:55
This quantum weirdness was first described
Cette étrangeté quantique fut d'abord décrite
01:58
by Erwin Schrödinger and his cat.
par Erwin Schrödinger et son chat.
02:00
The cat likes this version better.
Le chat préfère cette version.
02:02
(Laughter)
(Rires)
02:04
In this setup, Schrödinger is in a box with a radioactive sample
Dans cette version, Schrödinger et un échantillon radioactif sont dans une boite.
02:08
that, by the laws of quantum mechanics, branches into a state
L'échantillon, selon les lois de la mécanique quantique, bifurque vers un état
02:11
in which it is radiated and a state in which it is not.
dans lequel il irradie et n'irradie pas.
02:14
(Laughter)
(Rires).
02:18
In the branch in which the sample radiates,
Si l'échantillon irradie
02:22
it sets off a trigger that releases poison and Schrödinger is dead.
il active un interrupteur qui relâche du poison et Schrödinger est mort.
02:23
But in the other branch of reality, he remains alive.
Mais dans une réalité alternative, il reste en vie.
02:27
These realities are experienced separately by each individual.
Ces réalités sont vécues séparément par chaque individu.
02:30
As far as either can tell, the other one doesn't exist.
En ce qui les concerne, l'autre n'existe pas.
02:33
This seems weird to us, because each of us
Cette idée nous semble étrange parce que chacun de nous
02:36
only experiences an individual existence,
ne vit qu'une existence distincte des autres
02:38
and we don't get to see other branches.
et il ne nous est pas offert de voir les autres possibilités.
02:40
It's as if each of us, like Schrödinger here, are a kind of coral
C'est comme si chacun de nous, tel Schrödinger ici, était une sorte de corail
02:42
branching into different possibilities.
se ramifiant vers différentes possibilités.
02:45
The mathematics of quantum mechanics tells us
Les mathématiques de la mécanique quantique nous disent
02:49
this is how the world works at tiny scales.
que le monde fonctionne ainsi au niveau de l'infiniment petit.
02:51
It can be summed up in a single sentence:
Ce qui peut être résumé en une seule phrase :
02:53
Everything that can happen, does.
Tout ce qui peut se produire a lieu.
02:56
That's quantum mechanics.
C'est la mécanique quantique.
02:58
But this does not mean everything happens.
Mais cela ne veut pas dire que tout se produit.
03:00
The rest of physics is about describing what can happen
Le reste des sciences physique décrit ce qui peut se passer
03:02
and what can't.
et ce qui ne peut pas.
03:05
What physics tells us is that everything comes down to geometry
Ce que la physique nous dit, c'est que tout se réduit à la géométrie
03:07
and the interactions of elementary particles.
et aux interactions entre particules élémentaires.
03:10
And things can happen only if these interactions
Et rien ne peut se produire sans que ces interactions
03:12
are perfectly balanced.
soient parfaitement équilibrées.
03:15
Now I'll go ahead and describe how we know about these particles,
Je vais maintenant expliquer comment nous connaissons ces particules,
03:19
what they are and how this balance works.
ce qu'elles sont, et comment cet équilibre fonctionne.
03:21
In this machine, a beam of protons and anti-protons
Dans cette machine, un faisceau de protons et d'anti-protons
03:25
are accelerated to near the speed of light
sont accélérés pour atteindre une vitesse proche de celle de la lumière
03:28
and brought together in a collision, producing a burst of pure energy.
ils entrent en collision ce qui produit une décharge d'énergie pure.
03:30
This energy is immediately converted into a spray
L'énergie est immédiatement convertie en une pulvérisation
03:34
of subatomic particles,
de particules subatomiques
03:36
with detectors and computers used to figure out their properties.
entourées de détecteurs et d'ordinateurs destinés à découvrir leur caractéristiques.
03:38
This enormous machine -- the large Hadron Collider
Cette énorme machine, le Grand Collisionneur de Hadrons [LHC]
03:41
at CERN in Geneva --
est au CERN à Genève.
03:43
has a circumference of 17 miles
Il a une circonférence de 27 kilomètres
03:45
and, when it's operating, draws five times as much power
et, lorsqu'il fonctionne, utilise cinq fois plus d'énergie
03:46
as the city of Monterey.
que la ville de Monterey.
03:48
We can't predict specifically what particles will be produced
Nous ne pouvons pas prévoir précisément quelles particules seront produites lors d'une collision.
03:51
in any individual collision.
Nous ne pouvons pas prévoir précisément quelles particules seront produites lors d'une collision.
03:54
Quantum mechanics tells us all possibilities are realized.
La mécanique quantique nous dit que toutes les possibilités se réaliseront.
03:56
But physics does tell us what particles can be produced.
Mais la physique nous dit quelles sont ces possibilités.
03:59
These particles must have just as much mass and energy
La somme masse-énergie des particules créées
04:03
as is carried in by the proton and anti-proton.
doit être celle du proton et de l'anti-proton combinés.
04:05
Any particles more massive than this energy limit
Toute particule plus massive
04:09
aren't produced, and remain invisible to us.
ne sera pas produite et restera invisible à nos yeux.
04:11
This is why this new particle accelerator is so exciting.
C'est pourquoi ce nouvel accélérateur de particules est si passionnant.
04:15
It's going to push this energy limit seven times
Il va repousser cette limite sept fois
04:18
beyond what's ever been done before,
plus loin que ce qui a été jamais fait auparavant,
04:20
so we're going to get to see some new particles very soon.
donc nous allons voir de nouvelles particules très bientôt.
04:22
But before talking about what we might see,
Mais avant de parler de ce que nous pourrions voir
04:26
let me describe the particles we already know of.
laissez-moi décrire les particules que nous connaissons déjà.
04:27
There's a whole zoo of subatomic particles.
Il y a tout un zoo de particules subatomiques.
04:31
Most of us are familiar with electrons.
La plupart d'entre nous sont familiers des électrons.
04:33
A lot of people in this room make a good living
Beaucoup de gens dans cette pièce gagnent bien leur vie en les faisaint s'agiter.
04:35
pushing them around.
Beaucoup de gens dans cette pièce gagnent bien leur vie en les faisaint s'agiter.
04:36
(Laughter)
(Rires).
04:37
But the electron also has a neutral partner called the neutrino,
Mais l'électron a aussi un partenaire neutre nommé le neutrino,
04:40
with no electric charge and a very tiny mass.
qui n'a pas de charge électrique et a une masse très petite.
04:42
In contrast, the up-and-down quarks have very large masses,
A l'inverse, les quarks up et down sont très massifs,
04:46
and combine in threes to make the protons and neutrons
et se combinent par trois pour faire des protons et des neutrons dans les atomes.
04:49
inside atoms.
et se combinent par trois pour faire des protons et des neutrons dans les atomes.
04:51
All of these matter particles come in left- and right-handed varieties,
Toutes ces particules de matière possèdent des versions gauche et droite,
04:53
and have anti-particle partners that carry opposite charges.
et des antiparticules partenaires porteurs de charges opposées.
04:55
These familiar particles also have less familiar
Ces particulies familières ont aussi des secondes et troisièmes générations,
05:01
second and third generations, which have the same charges as the first
moins familières, qui ont les mêmes charges que les premières
05:02
but have much higher masses.
mais des masses bien supérieures.
05:06
These matter particles all interact with the various force particles.
Ces particules interagissent toutes avec les différentes particules de force.
05:10
The electromagnetic force interacts with electrically charged matter
La force électromagnétique interagit avec la matière chargée électriquement.
05:13
via particles called photons.
via des particules appelées photons.
05:16
There is also a very weak force called, rather unimaginatively,
Il y a aussi une force très faible appelée, sans imagination,
05:18
the weak force, that interacts
la force faible, et qui interagit
05:21
only with left-handed matter.
seulement avec la matière gauche.
05:24
The strong force acts between quarks which carry
La force forte agit entre les quarks qui possèdent
05:27
a different kind of charge, called color charge,
un type de charge différent, nommée charge de couleur,
05:29
and come in three different varieties: red, green and blue.
et il en existe trois variétées: rouge, vert et bleu.
05:31
You can blame Murray Gell-Mann for these names --
Vous pouvez vous en prendre à Murray Gell-Mann pour ces noms - c'est de sa faute.
05:34
they're his fault.
Vous pouvez vous en prendre à Murray Gell-Mann pour ces noms - c'est de sa faute.
05:36
Finally, there's the force of gravity, which interacts with matter
Finalement il y a la force gravitationelle, qui interagit avec la matière
05:38
via its mass and spin.
en fonction de sa masse et son spin.
05:41
The most important thing to understand here
Le plus important est de comprendre
05:44
is that there's a different kind of charge associated
qu'il y a un type de charge différent associé avec
05:46
with each of these forces.
chacune de ces forces.
05:48
These four different forces interact with matter
Ces quatres forces interagissent avec la matière
05:50
according to the corresponding charges that each particle has.
selon les charges que possède chaque particule.
05:52
A particle that hasn't been seen yet, but we're pretty sure exists,
Une particule qui n'a pas encore été vue mais dont nous somme presque certains de l'existence
05:57
is the Higgs particle, which gives masses to all these other particles.
est la particule de Higgs, qui donne leur masse à toutes les autres particules.
05:59
The main purpose of the Large Hadron Collider
La fonction principale du LHC
06:04
is to see this Higgs particle, and we're almost certain it will.
est de voir cette particule de Higgs, et nous somme presque certains qu'il la verra.
06:05
But the greatest mystery is what else we might see.
Mais le plus grand mystère, c'est ce que nous verrons d'autre.
06:09
And I'm going to show you one beautiful possibility
Et je vais vous présenter une magnifique possibilité
06:13
towards the end of this talk.
vers la fin de cette présentation.
06:15
Now, if we count up all these different particles
Bon, si nous comptons toutes les particules
06:19
using their various spins and charges, there are 226.
avec leur spins et leur charges, ça en fait 226.
06:20
That's a lot of particles to keep track of.
Ca fait beaucoup de particules à gérer
06:25
And it seems strange that nature would have
et il semble étrange que la nature aie
06:27
so many elementary particles.
tant de particules élémentaires.
06:29
But if we plot them out according to their charges,
Mais si nous les plaçons sur un graphe, en suivant leur charges
06:32
some beautiful patterns emerge.
de superbes motifs apparaissent.
06:34
The most familiar charge is electric charge.
La charge la plus familière est la charge électrique.
06:38
Electrons have an electric charge, a negative one,
Les électrons ont une charge électrique négative.
06:41
and quarks have electric charges in thirds.
Et les quarks vont toujours par trois.
06:43
So when two up quarks and a down quark are combined
Donc lorsque deux quarks hauts et un quark bas sont combinés
06:45
to make a proton, it has a total electric charge of plus one.
pour faire un proton, celui-ci a une charge électrique totale de plus un.
06:47
These particles also have anti-particles, which have opposite charges.
Les particules ont aussi des antiparticules qui ont des charges opposées.
06:51
Now, it turns out the electric charge is actually
En fait, il se trouve que les charges électriques
06:55
a combination of two other charges:
sont la combinaison de deux autres charges:
06:56
hypercharge and weak charge.
l'hypercharge et la charge faible.
06:59
If we spread out the hypercharge and weak charge
Si nous séparons l'hypercharge et la charge faible
07:02
and plot the charges of particles in this two-dimensional charge space,
et plaçons ces particules chargées dans cet espace à deux dimensions,
07:03
the electric charge is where these particles sit
la charge électrique indique là où ces particules se situent
07:08
along the vertical direction.
le long de l'axe vertical.
07:10
The electromagnetic and weak forces interact with matter
La force électromagnétique et la force faible interagissent avec la matière
07:13
according to their hypercharge and weak charge,
selon leur hypercharge et leur charge faible, ce qui forme ce motif.
07:15
which make this pattern.
selon leur hypercharge et leur charge faible, ce qui forme ce motif.
07:17
This is called the Unified Electroweak Model,
C'est ce qu'on appelle le Modèle Electrofaible Unifié,
07:19
and it was put together back in 1967.
et il fut construit en 1967.
07:20
The reason most of us are only familiar with electric charge
C'est à cause de la particule de Higgs que la plupart d'entre nous
07:24
and not both of these is because of the Higgs particle.
connaissent la charge électrique et non ces deux autres.
07:26
The Higgs, over here on the left, has a large mass
La particule de Higgs, ici à gauche, a une large masse
07:30
and breaks the symmetry of this electroweak pattern.
et brise la symétrie de ce motif électrofaible.
07:33
It makes the weak force very weak
Elle rend la force faible très faible
07:36
by giving the weak particles a large mass.
en donnant aux particules faibles une très grande masse.
07:37
Since this massive Higgs sits along the horizontal direction
Puisque l'énorme Higgs se trouve le long de l'axe horizontal
07:39
in this diagram, the photons of electromagnetism remain massless
dans ce diagramme, les photons de l'électromagnétisme restes sans masse
07:42
and interact with electric charge along the vertical direction
et interagissent avec la charge électrique le long de l'axe vertical
07:46
in this charge space.
dans cet espace des charges.
07:48
So the electromagnetic and weak forces are described
Les forces électromagnétiques et faibles sont donc décrites
07:52
by this pattern of particle charges in two-dimensional space.
dans un espace à deux dimensions par cette disposition de particules chargées.
07:54
We can include the strong force by spreading out
Nous pouvons inclure la force forte en séparant
07:58
its two charge directions and plotting the charges
les deux directions de sa charge et en représentant les charges
08:00
of the force particles in quarks along these directions.
des particules de cette force par des quarks le long de ces directions.
08:03
The charges of all known particles can be plotted
Les charges de toutes les particules connues peuvent être placées
08:07
in a four-dimensional charge space, and projected down
dans un espace de charges à quatre dimensions, et être ensuite projeté
08:09
to two dimensions like this so we can see them.
en deux dimensions, comme cela, afin que nous puissions le voir.
08:12
Whenever particles interact, nature keeps things in a perfect balance
Lorsque les particules interagissent, la nature maintient tout dans un équilibre parfait
08:15
along all four of these charge directions.
le long de ces quatre directions de charges.
08:18
If a particle and an anti-particle collide, it creates a burst of energy
Si une particule et une antiparticule se rencontrent, cela créé une décharge d'énergie
08:21
and a total charge of zero in all four charge directions.
et une charge totale de zéro dans toutes ces directions de charges.
08:24
At this point, anything can be created as long as it has
Lors de cette collision, tout peut être créé tant que
08:28
the same energy and maintains a total charge of zero.
le résultat a la même énergie que celle dégagée et une charge totale de zéro.
08:31
For example, this weak force particle and its anti-particle
Par exemple, cette particule liée à la force faible et cette antiparticule
08:34
can be created in a collision.
peuvent être créées lors d'une collision.
08:37
In further interactions, the charges must always balance.
Les charges doivent aussi s'équilibrer dans toutes les interactions successives.
08:39
One of the weak particles could decay into an electron
L'une des particules faibles pourrait se décomposer en un électron et un antineutrino,
08:42
and an anti-neutrino,
L'une des particules faibles pourrait se décomposer en un électron et un antineutrino,
08:45
and these three still add to zero total charge.
et ces trois là ont toujours une charge totale nulle.
08:47
Nature always keeps a perfect balance.
La nature maintient toujours un équilibre parfait.
08:50
So these patterns of charges are not just pretty.
Ces diagrammes ne sont donc pas seulement beaux à voir.
08:53
They tell us what interactions are allowed to happen.
Ils nous disent quelles interactions peuvent se produire.
08:55
And we can rotate this charge space in four dimensions
Et nous pouvons faire pivoter cette espace de charges à quatre dimensions
08:58
to get a better look at the strong interaction,
pour mieux observer l'interaction forte qui a une belle symétrie hexagonale.
09:01
which has this nice hexagonal symmetry.
pour mieux observer l'interaction forte qui a une belle symétrie hexagonale.
09:03
In a strong interaction, a strong force particle, such as this one,
La force forte fait interagir une particule liée à la force forte, telle que celle-ci,
09:06
interacts with a colored quark, such as this green one,
avec un quark de couleur, tel que le vert, là,
09:10
to give a quark with a different color charge -- this red one.
pour produire un quark avec une nouvelle charge de couleur -- le rouge, ici.
09:13
And strong interactions are happening millions of times
Et des interactions fortes se produisent par millions
09:18
each second in every atom of our bodies,
chaque seconde, dans chaque atome de nos corps,
09:20
holding the atomic nuclei together.
maintenant les noyaux atomiques en cohésion.
09:23
But these four charges corresponding to three forces
Mais ces quatre charges liées à ces trois forces ne terminent pas notre histoire.
09:27
are not the end of the story.
Mais ces quatre charges liées à ces trois forces ne terminent pas notre histoire.
09:30
We can also include two more charges
On peut aussi inclure deux charges de plus correspondant à la force gravitationnelle.
09:32
corresponding to the gravitational force.
On peut aussi inclure deux charges de plus correspondant à la force gravitationnelle.
09:33
When we include these, each matter particle
Lorsque nous les incluions, chaque particule de matière
09:35
has two different spin charges, spin-up and spin-down.
a deux charges de spin, spin-haut et spin-bas.
09:38
So they all split, and give a nice pattern
Elles se divisent donc, et nous donnent un beau motif
09:42
in six-dimensional charge space.
dans un espace de charges à six dimensions.
09:44
We can rotate this pattern in six dimensions,
On peut faire pivoter ce motif dans ses six dimensions
09:46
and see that it's quite pretty.
et voir qu'il est plutôt joli.
09:48
Right now, this pattern matches our best current knowledge
Pour le moment, ce motif correspond à la totalité de notre savoir
09:53
of how nature is built at the tiny scales
sur la façon dont la nature est faite dans l'infiniment petit
09:57
of these elementary particles.
de ces particules élémentaires.
09:59
This is what we know for certain.
C'est ce dont nous sommes certains.
10:01
Some of these particles are at the very limit
Certaines de ces particules constituent l'extrême limite
10:03
of what we've been able to reach with experiments.
de ce que nous avons pu atteindre grâce à l'expérimentation.
10:04
From this pattern, we already know the particle physics
Avec ce motif, nous connaissons la physique des particules
10:07
of these tiny scales. The way the universe works
à des échelles réduites. La façon dont l'univers fonctionne
10:10
with these tiny scales is very beautiful.
à ces petites échelles est vraiment magnifique.
10:13
But now I'm going to discuss some new and old ideas
Je vais à présent parler d'idées, anciennes et nouvelles,
10:17
about things we don't know yet.
au sujet de ce que nous ne savons pas encore.
10:19
We want to expand this pattern using mathematics alone,
Nous voulons étendre ce motif en utilisant seulement les mathématiques,
10:22
and see if we can get our hands on the whole enchilada.
et voir si nous sommes capable de d'attrapper le tortilla sans rien faire tomber.
10:24
We want to find all the particles and forces
Nous voulons trouver toutes les particules et toutes les forces
10:27
that make a complete picture of our universe.
afin de créer une représentation complète de notre univers.
10:29
And we want to use this picture to predict new particles
Et nous voulons utiliser cette représentation pour prédire quelles nouvelles particules
10:32
that we'll see when experiments reach higher energies.
nous observerons lorsque les expérimentations atteindront des niveaux d'énergie supérieurs.
10:34
So there's an old idea in particle physics
Donc il y a une vieille idée en physique des particules
10:39
that this known pattern of charges, which is not very symmetric,
qui dit que ce motif bien connu, qui n'est pas très symétrique,
10:41
could emerge from a more perfect pattern that gets broken --
émergerait peut-être d'un motif plus parfait qui a été brisé
10:45
similar to how the Higgs particle breaks the electroweak pattern
un peu comme la particule de Higgs supprimait la symétrie du diagramme électrofaible pour créer l'électromagnétisme.
10:49
to give electromagnetism.
un peu comme la particule de Higgs supprimait la symétrie du diagramme électrofaible pour créer l'électromagnétisme.
10:51
In order to do this, we need to introduce new forces
Pour cela il nous faut introduire de nouvelles forces
10:53
with new charge directions.
avec de nouvelles directions de charge.
10:56
When we introduce a new direction, we get to guess
Lorsque nous ajoutons une nouvelle direction, nous avons à deviner
11:00
what charges the particles have along this direction,
quelle charge ces particules ont le long de cette direction,
11:02
and then we can rotate it in with the others.
et nous pouvons alors les faire pivoter avec les autres.
11:05
If we guess wisely, we can construct the standard charges
Si nous devinons juste, nous pouvons présenter les charges standard
11:08
in six charge dimensions as a broken symmetry
à six dimensions comme une symétrie brisée
11:11
of this more perfect pattern in seven charge dimensions.
d'un motif plus parfait à sept dimensions.
11:14
This particular choice corresponds to a grand unified theory
Ce choix bien particulier correspond à une grande théorie unifiée
11:18
introduced by Pati and Salam in 1973.
introduite par Pati et Salam en 1973.
11:21
When we look at this new unified pattern,
Lorsque nous observons ce nouveau motif unifié,
11:24
we can see a couple of gaps where particles seem to be missing.
nous pouvons voir quelques trous où les particules semblent manquer.
11:27
This is the way theories of unification work.
C'est ainsi que les théories unificatrices fonctionnent.
11:31
A physicist looks for larger, more symmetric patterns
Un physicien recherche des motifs plus grands, plus symétriques
11:34
that include the established pattern as a subset.
qui contiennent les motifs déjà établis en tant que sous-ensembles.
11:36
The larger pattern allows us to predict the existence
Le motif plus large nous permet de prédire l'existence
11:40
of particles that have never been seen.
de particules qui n'ont jamais été vues.
11:42
This unification model predicts the existence of these two
Ce modèle unifié prédit l'existence de ces deux
11:45
new force particles, which should act a lot like the weak force,
nouvelles particules de force, qui devraient agir en grande partie comme la force faible,
11:48
only weaker.
mais en beaucoup plus faible.
11:52
Now we can rotate this set of charges in seven dimensions
Nous pouvons maintenant faire pivoter cet ensemble de charges dans sept dimensions
11:54
and consider an odd fact about the matter particles:
et observer un fait étranger au sujet des particules de matière:
11:56
the second and third generations of matter
les deuxièmes et troisièmes générations de matière
11:59
have exactly the same charges in six-dimensional charge space
ont exactement les même charges, dans un espace à six dimensions,
12:02
as the first generation.
que celle de la première génération.
12:05
These particles are not uniquely identified by their six charges.
Leur charge ne les identifie pas de façon certaine.
12:08
They sit on top of one another in the standard charge space.
Dans l'espace de charge standard, ils sont assis les uns sur les autres.
12:12
However, if we work in eight-dimensional charge space,
Mais si nous travaillons dans un espace de charge à huit dimensions,
12:16
then we can assign unique new charges to each particle.
nous pouvons alors assigner de nouvelles et uniques charges à chaque particule.
12:19
Then we can spin these in eight dimensions,
Nous pouvons ensuite les faire pivoter dans huit dimensions
12:23
and see what the whole pattern looks like.
et voir à quoi le motif ressemble.
12:26
Here we can see the second and third generations of matter now
Ici, nous pouvons voir que les deuxième et troisièmes générations de matière
12:30
related to the first generation by a symmetry called "triality."
sont maintenant liées à la première génération par une symétrie nommée trialité.
12:32
This particular pattern of charges in eight dimensions is actually
Ce motif à huit dimensions est en fait une partie
12:38
part of the most beautiful geometric structure in mathematics.
de l'une des plus belles structures géométriques des mathématiques.
12:41
It's a pattern of the largest exceptional Lie group, E8.
C'est un motif venu du groupe E8, le plus grand des groupes de Lie.
12:46
This Lie group is a smooth, curved shape with 248 dimensions.
Le groupe de Lie est forme douce et courbe à 248 dimensions.
12:50
Each point in this pattern corresponds to a symmetry
Chaque point de ce motif correspond à une symétrie
12:54
of this very complex and beautiful shape.
contenue dans cette forme à la fois très complexe et très belle.
12:57
One small part of this E8 shape can be used
Une petite partie de cette forme E8 peut être utilisée
13:00
to describe the curved space-time of Einstein's general relativity,
pour décrire l'espace-temps courbe de la relativité générale d'Einstein qui explique la gravité.
13:02
explaining gravity.
pour décrire l'espace-temps courbe de la relativité générale d'Einstein qui explique la gravité.
13:05
Together with quantum mechanics, the geometry of this shape
Avec la mécanique quantique, la géométrie de cette forme
13:07
could describe everything about how the universe works
pourrait tout expliquer du fonctionnement de notre univers
13:10
at the tiniest scales.
aux échelles les plus petites.
13:12
The pattern of this shape living in eight-dimensional charge space
Et le motif de cette forme à huit dimensions
13:14
is exquisitely beautiful,
est incroyablement magnifique
13:17
and it summarizes thousands of possible interactions
et il résume des milliers d'interactions possibles
13:21
between these elementary particles, each of which
entre ces particules élémentaires, chacune d'entre elles
13:23
is just a facet of this complicated shape.
étant juste une facette de cette forme compliquée.
13:25
As we spin it, we can see many of the other intricate patterns
Alors que nous la faisons pivoter, nous pouvons voir de nombreux autres motifs contenu dans celui-ci.
13:30
contained in this one.
Alors que nous la faisons pivoter, nous pouvons voir de nombreux autres motifs contenu dans celui-ci.
13:32
And with a particular rotation, we can look down through this pattern
Et une rotation particulière nous permet de voir au travers de ce motif
13:36
in eight dimensions along a symmetry axis
à huit dimensions le long d'un axe de symétrie
13:38
and see all the particles at once.
et nous voyons toutes les particules en même temps.
13:41
It's a very beautiful object, and as with any unification,
C'est un très bel et objet, et comme dans toute unification
13:44
we can see some holes where new particles are required
on peut observer des trous là où de nouvelles particules sont requises par le motif.
13:47
by this pattern.
on peut observer des trous là où de nouvelles particules sont requises par le motif.
13:49
There are 20 gaps where new particles should be,
Il y a 20 trous où de nouvelles particules devraient se trouver
13:52
two of which have been filled by the Pati-Salam particles.
deux d'entre eux ont été remplis par les particules de Pati et Salam.
13:55
From their location in this pattern, we know that these new particles
D'après leur emplacement sur ce motif on devrait voir que ces nouvelles particules
13:58
should be scalar fields like the Higgs particle,
devraient être des champs scalaires, telle la particule de Higgs,
14:00
but have color charge and interact with the strong force.
mais devraient avoir une charge de couleur et devraient interagir avec la force forte.
14:03
Filling in these new particles completes this pattern,
Ajouter ces nouvelles particules complète le motif,
14:06
giving us the full E8.
ce qui nous donne l'E8 complet.
14:08
This E8 pattern has very deep mathematical roots.
Ce motif E8 a des racines mathématiques très profondes.
14:10
It's considered by many to be the most beautiful structure
Il est considéré par beaucoup comme étant la plus belle structure des mathématiques.
14:13
in mathematics.
Il est considéré par beaucoup comme étant la plus belle structure des mathématiques.
14:16
It's a fantastic prospect that this object of great
La possibilité que cette objet d'une grande
14:17
mathematical beauty could describe the truth of particle interactions
beauté mathématique puisse décrire une vérité au sujet de l'interaction entre les particules
14:20
at the smallest scales imaginable.
au niveau de l'infiniment petit est fantastique.
14:23
And this idea that nature is described by mathematics
Et cette idée selon laquelle la nature est décrite par les mathématiques
14:25
is not at all new.
n'est pas entièrement nouvelle.
14:30
In 1623, Galileo wrote this:
En 1623 Galilée écrivit ceci:
14:32
"Nature's grand book, which stands continually open to our gaze,
"Le grand livre de la nature, continuellement ouvert devant nos yeux,
14:36
is written in the language of mathematics.
est écrit dans le language des mathématiques.
14:39
Its characters are triangles, circles and other geometrical figures,
Ses caractères sont les triangles, les cercles et d'autres figures géométriques,
14:42
without which it is humanly impossible to understand
sans lequelle il est humainement impossible d'en comprendre un seul mot ;
14:45
a single word of it;
sans lequelle il est humainement impossible d'en comprendre un seul mot ;
14:47
without these, one is wandering around in a dark labyrinth."
sans eux l'on ne fait que déambuler dans un sombre labyrinthe."
14:49
I believe this to be true, and I've tried
Je tiens cette phrase pour vraie, j'ai essayé
14:54
to follow Galileo's guidance in describing the mathematics
de suivre la voie de Galilée en décrivant les mathématiques
14:56
of particle physics using only triangles, circles
de la physique des particules en utilisant uniquement des triangles, des cercles
14:58
and other geometrical figures.
et d'autres figures géométriques.
15:01
Of course, when other physicists and I actually work on this stuff,
Bien sûr, lorsque d'autres physiciens et moi travaillons dans ce domaine,
15:03
the mathematics can resemble a dark labyrinth.
les mathématiques ressemblent plus à un sombre labyrinthe.
15:06
But it's reassuring that at the heart of this mathematics
Mais l'idée qu'au coeur de ces mathématiques
15:11
is pure, beautiful geometry.
se trouve une géométrie belle et pure est rassurante.
15:14
Joined with quantum mechanics, this mathematics
Avec la mécanique quantique, ces mathématiques
15:18
describes our universe as a growing E8 coral,
décrivent notre univers comme étant un corail E8 bourgeonnant,
15:20
with particles interacting at every location in all possible ways
aux particules interagissant en tous les lieux et de toutes les façons possibles
15:22
according to a beautiful pattern.
suivant un superbe motif.
15:26
And as more of the pattern comes into view using new machines
Et alors que le motif devient de plus en plus visible grâce à de nouvelles machines
15:30
like the Large Hadron Collider, we may be able to see
tel le Grand Accélérateur de Hadrons, nous pourrions être capable de déterminer
15:32
whether nature uses this E8 pattern or a different one.
si la nature utilise ce motif E8 ou un autre, différent.
15:35
This process of discovery is a wonderful adventure to be involved in.
Ce processus de découverte est une aventure dont il est incroyable de faire partie.
15:40
If the LHC finds particles that fit this E8 pattern,
Si le LHC trouve des particules qui coïncident avec ce motif E8,
15:44
that will be very, very cool.
ce serait très, très cool.
15:47
If the LHC finds new particles, but they don't fit this pattern --
Si le LHC trouve de nouvelles particules mais qu'elle ne coïncident pas avec ce motif --
15:50
well, that will be very interesting, but bad for this E8 theory.
eh bien, ça sera très intéressant, mais mauvais pour cette théorie de l'E8.
15:53
And, of course, bad for me personally.
Et bien sûr mauvais pour moi personellement.
15:58
(Laughter)
(Rires).
16:00
Now how bad would that be?
Mauvais à quel point?
16:03
Well, pretty bad.
Eh bien, plutôt mauvais.
16:04
(Laughter)
(Rires).
16:06
But predicting how nature works is a very risky game.
Mais prédire ce que fait la Nature est un jeu risqué.
16:10
This theory and others like it are long shots.
Cette théorie et d'autres sont très fragiles.
16:13
One does a lot of hard work knowing that most of these ideas
On travaille très dur tout en sachant que la plupart de ces idées
16:17
probably won't end up being true about nature.
sur la nature finiront probablement par être fausses.
16:20
That's what doing theoretical physics is like:
C'est un peu ça, faire de la physique théorique : il y a beaucoup de déchets.
16:22
there are a lot of wipeouts.
C'est un peu ça, faire de la physique théorique : il y a beaucoup de déchets.
16:24
In this regard, new physics theories are a lot like start-up companies.
Sous cet angle, les nouvelles théories de la physique ressemblent beaucoup à des start-ups.
16:26
As with any large investment, it can be emotionally difficult
Comme pour tout investissement conséquent, ça peut être émotionellement difficile
16:32
to abandon a line of research when it isn't working out.
d'abandonner un type de recherche lorsqu'il fonctionne pas.
16:34
But in science, if something isn't working, you have to
Mais en science, si quelque chose ne fonctionne pas, il est impératif
16:37
toss it out and try something else.
de le jeter et d'essayer quelque chose d'autre.
16:39
Now, the only way to maintain sanity and achieve happiness
Et la seule façon de rester sain d'esprit et d'atteindre le bonheur
16:42
in the midst of this uncertainty is to keep balance
dans un environnement si incertain, c'est de conserver un équilibre
16:45
and perspective in life.
et une perspective dans la vie.
16:47
I've tried the best I can to live a balanced life.
Moi, j'ai fait de mon mieux pour vivre une vie équilibrée.
16:51
(Laughter)
(Rires).
16:53
I try to balance my life equally between physics, love and surfing --
J'essaie de donner autant de poids, dans ma vie, à la physique qu'à l'amour ou au surf,
16:56
my own three charge directions.
mes trois directions de charge.
16:59
(Laughter)
(Rires).
17:01
This way, even if the physics I work on comes to nothing,
Comme cela, même si mon travail de physicien ne débouche sur rien,
17:03
I still know I've lived a good life.
je sais que j'aurais quand même vécu une bonne vie.
17:05
And I try to live in beautiful places.
Et j'essaie de vivre dans des endroits magnifiques.
17:08
For most of the past ten years I've lived on the island of Maui,
La majorité de ces dix dernières années, j'ai vécu sur l'île de Maui,
17:10
a very beautiful place.
un très bel endroit.
17:13
Now it's one of the greatest mysteries in the universe to my parents
Pour mes parents, c'est un des plus grands mystères de cet univers :
17:15
how I managed to survive all that time without engaging
comment j'ai réussi à survive tout ce temps sans jamais m'engager
17:18
in anything resembling full-time employment.
dans quoi que ce soit qui ait un rapport avec du travail à plein temps.
17:21
(Laughter)
(Rires).
17:23
I'm going to let you in on that secret.
Je vais vous confier mon secret.
17:27
This was a view from my home office on Maui.
Voici une vue depuis le bureau de mon domicile à Maui.
17:31
And this is another, and another.
En voici une autre, et une autre.
17:35
And you may have noticed that these beautiful views
Et vous avez peut-être remarqué que ces superbes paysages
17:39
are similar, but in slightly different places.
sont similaires, mais venus de lieux légèrement différents.
17:41
That's because this used to be my home and office on Maui.
C'est parce que ceci était mon domicile et mon bureau à Maui.
17:45
(Laughter)
(Rires).
17:48
I've chosen a very unusual life.
J'ai choisi une vie très inhabituelle.
17:50
But not worrying about rent allowed me to spend my time
Mais ne pas avoir à penser au loyer m'a permis de passer mon temps à faire ce que j'aime.
17:53
doing what I love.
Mais ne pas avoir à penser au loyer m'a permis de passer mon temps à faire ce que j'aime.
17:55
Living a nomadic existence has been hard at times,
Vivre une existence nomade a parfois été difficile,
17:57
but it's allowed me to live in beautiful places
mais cela m'a permis de vivre dans des endroits magnifiques
17:59
and keep a balance in my life that I've been happy with.
et de maintenir une équilibre de vie qui me satisfait.
18:01
It allows me to spend a lot of my time hanging out
Cela me permet de passer beaucoup de temps à traîner
18:05
with hyper-intelligent coral.
avec des coraux superintelligents.
18:07
But I also greatly enjoy the company of hyper-intelligent people.
Mais j'apprécie énormément la compagnie des gens superintelligents.
18:11
So I'm very happy to have been invited here to TED.
C'est pourquoi je suis très heureux d'avoir été invité ici, aujourd'hui.
18:14
Thank you very much.
Merci beaucoup.
18:17
(Applause)
(Applaudissements)
18:18
Chris Anderson: I probably understood two percent of that,
Chris Anderson: J'ai probablement compris deux pour cent de ce que vous avez dit
18:31
but I still absolutely loved it. So I'm going to sound dumb.
mais je l'ai néammoins adoré. Je vais donc avoir l'air idiot.
18:32
Your theory of everything --
Votre Théorie du Tout --
18:38
Garrett Lisi: I'm used to coral.
Garrett Lisi: J'ai l'habitude du corail.
18:41
CA: That's right. The reason it's got a few people
CA: C'est cela, la raison pour laquelle elle a rendu quelques personnes
18:42
at least excited is because, if you're right, it brings
assez enthousiastes c'est parce que, si vous êtes tombé juste, elle unifie
18:44
gravity and quantum theory together.
les théories de la gravité et la théorie quantique.
18:47
So are you saying that we should think of the universe,
Donc vous disez que nous devrions penser notre univers
18:50
at its heart -- that the smallest things that there are,
en son coeur, que les objet les plus petits
18:53
are somehow an E8 object of possibility?
sont, d'une certaine façon, un ensemble E8 de possibilités?
18:56
I mean, is there a scale to it, at the smallest scale,
Je veux dire, cela a-t-il une échelle à la plus petite échelle
19:03
or ...?
dans votre esprit ou... ?
19:05
GL: Well, right now the pattern I showed you that corresponds
GL: Eh bien, là le motif que je vous ai montré, qui correspond
19:06
to what we know about elementary particle physics --
à ce que nous savons au sujet de la physique des particules élémentaires,
19:09
that already corresponds to a very beautiful shape.
correspond déjà à une très belle forme.
19:13
And that's the one that I said we knew for certain.
Et c'est celui dont j'ai dit que nous étions certains.
19:16
And that shape has remarkable similarities -- and the way it fits
Et cette forme a des similarités remarquable dans la façon dont elle s'imbrique
19:18
into this E8 pattern could be the rest of the picture.
dans le motif E8 qui pourrait être le reste du puzzle.
19:22
And these patterns of points that I've shown for you
Et ces motifs de points que je vous ai montrés
19:26
actually represent symmetries of this high-dimensional object
représentent en fait des symétries de cet objet à hautes dimensions
19:29
that would be warping and moving and dancing
qui se déformerait, bougerait et dancerait
19:33
over the space time that we experience.
autour de l'espace temps que nous ressentons.
19:36
And that would be what explains all these
Et cela expliquerait
19:39
elementary particles that we see.
toutes ces particules élémentaires que nous voyons.
19:41
CA: But a string theorist,
CA: Mais un théoricien des cordes,
19:42
as I understand it, explains electrons in terms of much smaller
tel que je le comprends, expliquerait les électrons en termes de cordes
19:45
strings vibrating --
bien plus petites, vibrantes, --
19:47
I know you don't like string theory -- vibrating inside it.
Je sais que vous n'aimez pas la théorie des cordes -- vibrant en son sein.
19:48
How should we think of an electron in relation to E8?
Comment devrions nous penser à une électron dans le cadre de E8?
19:51
GL: No, it would be one of the symmetries of this E8 shape.
GL: Non, il serait l'une des symétries de cette forme E8.
19:57
So what's happening is, as the shape is moving over space-time,
Ce qui se passe c'est que, alors que la forme se déplace dans l'espace temps
20:01
it's twisting. And the direction it's twisting as it moves
elle se tord, et la direction dans laquelle elle se tord alors qu'elle bouge
20:05
is what particle we see. So it would be --
constitue la particule que nous voyons. Ce serait donc --
20:09
CA: The size of the E8 shape,
CA: La taille de cette forme E8,
20:11
how does that relate to the electron?
comment se compare-t-elle à celle de l'électron?
20:13
I kind of feel like I need that for my picture.
Je sens que j'ai besoin de ça pour ma représentation mentale.
20:14
Is it bigger? Is it smaller?
Est-ce plus grand, plus petit?
20:16
GL: Well, as far as we know electrons are point particles,
GL: Eh bien, sachant que nous voyons les électrons comme des particules sans volume,
20:17
so this would be going down to the smallest possible scales.
cela nous ferait descendre aux échelles les plus petites.
20:20
So the way these things are explained in quantum field theory
Et la façon dont ces choses sont expliquées dans la théorie quantique des champs
20:24
is, all possibilities are expanding and developing at once.
c'est que toutes les possibilités s'étendent et se développent au même instant.
20:26
And this is why I use the analogy to coral.
Et c'est pourquoi j'utilise l'analogie du corail.
20:30
And in this way, the way that E8 comes in is
Et en un sens, la façon dont E8 s'intègre à cela
20:33
it will be as a shape that's attached at each point in space-time.
c'est comme une forme attachée à chaque point de l'espace-temps.
20:40
And, as I said, the way the shape twists --
Et, comme je l'ai dit, la façon dont la forme se tord,
20:45
the directional along which way the shape is twisting
la direction le long de laquelle elle se tord
20:49
as it moves over this curved surface --
alors qu'elle bouge sur cette surface courbe,
20:51
is what the elementary particles are, themselves.
c'est ce que les particules élémentaires sont, elles-mêmes.
20:52
So through quantum field theory, they manifest themselves
Donc pour la théorie quantique des champs, elles se manifestent
20:56
as points and interact that way.
comme des points et interagissent de cette façon.
21:00
I don't know if I'll be able to make this any clearer.
Je ne sais pas si je serais capable d'être plus clair.
21:02
(Laughter)
(Rires).
21:04
CA: It doesn't really matter.
CA: Ca n'a pas vraiment d'importance.
21:08
It's evoking a kind of sense of wonder, and I certainly
Ca évoque un certain émerveillement, et je veux certainement
21:09
want to understand more of this.
mieux comprendre ceci.
21:13
But thank you so much for coming. That was absolutely fascinating.
Mais merci beaucoup d'être venu. C'était absolument fascinant.
21:16
(Applause)
(Applaudissements)
21:18
Translated by Hermes Hernandez
Reviewed by Clement Genzmer

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About the speaker:

Garrett Lisi - Physicist
Physicist Garrett Lisi has proposed a new "theory of everything" -- a grand unified theory that explains all the elementary particles, as well as gravity.

Why you should listen

Working from principles of differential geometry, physicist Garrett Lisi is developing a new unified theory that purports to explain all the elementary particles, and gravity, in one elegant model. His theory is based on a mathematical shape called E8. With 248 symmetries, E8 is large, complex and beautiful -- and Lisi believes the relationships of its symmetries correspond to known particles and forces, including gravity.

His work, explained in his paper "An Exceptionally Simple Theory of Everything," and in an ongoing discussion on FQXi, is still on science's speculative fringe. But some physicists believe he could be pointing the way toward a truly unified theory.

More profile about the speaker
Garrett Lisi | Speaker | TED.com