TEDxCaltech
Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse
Шон Кэрролл: Далёкое время и намёк на мультивселенную
Filmed:
Readability: 4.2
1,776,253 views
На TEDxCaltech космолог Шон Кэрролл штурмует – в увлекательном и наводящим на размышления путешествии через природу времени и вселенной – обманчиво простой вопрос: почему время вообще существует? Потенциальные ответы указывают на удивительный взгляд на природу вселенной и нашего места в ней.
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
The universe
0
0
2000
Вселенная
00:17
is really big.
1
2000
2000
очень велика.
00:19
We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.
2
4000
3000
Мы живем в галактике, в галактике Млечный Путь.
00:22
There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy.
3
7000
3000
В галактике Млечный Путь около ста миллиардов звёзд.
00:25
And if you take a camera
4
10000
2000
И если вы возьмёте фотокамеру,
00:27
and you point it at a random part of the sky,
5
12000
2000
направите её на любую часть неба
00:29
and you just keep the shutter open,
6
14000
2000
и просто оставите затвор открытым,
00:31
as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope,
7
16000
3000
если ваша фотокамера прикреплена к Космическому Телескопу Хабл,
00:34
it will see something like this.
8
19000
2000
она зафиксирует что-то вроде этого.
00:36
Every one of these little blobs
9
21000
3000
Каждое из этих маленьких пятнышек –
00:39
is a galaxy roughly the size of our Milky Way --
10
24000
2000
это галактика примерно того же размера, что и наш Млечный Путь –
00:41
a hundred billion stars in each of those blobs.
11
26000
3000
сто миллиардов звёзд в каждом из этих пятен.
00:44
There are approximately a hundred billion galaxies
12
29000
3000
В обозримой вселенной
00:47
in the observable universe.
13
32000
2000
примерно сто миллиардов галактик.
00:49
100 billion is the only number you need to know.
14
34000
2000
Вам надо выучить только одно это число – сто миллиардов.
00:51
The age of the universe, between now and the Big Bang,
15
36000
3000
Возраст вселенной между настоящим моментом и Большим Взрывом –
00:54
is a hundred billion in dog years.
16
39000
2000
сто миллиардов в собачьих годах.
00:56
(Laughter)
17
41000
2000
(Смех)
00:58
Which tells you something about our place in the universe.
18
43000
3000
Это кое-что говорит вам о нашем месте во вселенной.
01:01
One thing you can do with a picture like this is simply admire it.
19
46000
2000
Этой фотографией можно просто восхищаться.
01:03
It's extremely beautiful.
20
48000
2000
Она невероятно красива.
01:05
I've often wondered, what is the evolutionary pressure
21
50000
3000
Я часто размышлял, что это было за эволюционное давление,
01:08
that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve
22
53000
3000
которое заставило наших предков в вельде [южноафриканской степи] развиться до такой степени,
01:11
to really enjoy pictures of galaxies
23
56000
2000
чтобы наслаждаться фотографиями галактик:
01:13
when they didn't have any.
24
58000
2000
ведь у них не было таких фотографий.
01:15
But we would also like to understand it.
25
60000
2000
Но мы также хотели бы понять её.
01:17
As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this?
26
62000
4000
Как космолог, я хочу спросить, почему вселенная такова?
01:21
One big clue we have is that the universe is changing with time.
27
66000
3000
У нас есть одна большая подсказка – вселенная меняется со временем.
01:24
If you looked at one of these galaxies and measured its velocity,
28
69000
3000
Если бы вы взяли одну из этих галактик и измерили её скорость,
01:27
it would be moving away from you.
29
72000
2000
оказалось бы, что она удаляется от вас.
01:29
And if you look at a galaxy even farther away,
30
74000
2000
А если бы вы взяли более далёкую галактику,
01:31
it would be moving away faster.
31
76000
2000
оказалось бы, что она удаляется быстрее.
01:33
So we say the universe is expanding.
32
78000
2000
Поэтому мы говорим, что вселенная расширяется.
01:35
What that means, of course, is that, in the past,
33
80000
2000
Это, конечно, означает, что в прошлом
01:37
things were closer together.
34
82000
2000
всё было ближе друг к другу.
01:39
In the past, the universe was more dense,
35
84000
2000
В прошлом вселенная была более плотная,
01:41
and it was also hotter.
36
86000
2000
а также более горячая.
01:43
If you squeeze things together, the temperature goes up.
37
88000
2000
Если вы сжимаете что-то, температура растёт.
01:45
That kind of makes sense to us.
38
90000
2000
Это нам более-менее понятно.
01:47
The thing that doesn't make sense to us as much
39
92000
2000
Что нам не особенно понятно, это то,
01:49
is that the universe, at early times, near the Big Bang,
40
94000
3000
что вселенная на ранних этапах, вскоре после Большого Взрыва,
01:52
was also very, very smooth.
41
97000
2000
была также очень и очень однородной.
01:54
You might think that that's not a surprise.
42
99000
2000
Вы можете подумать, что в этом нет ничего удивительного.
01:56
The air in this room is very smooth.
43
101000
2000
Воздух в этой комнате очень однороден.
01:58
You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out."
44
103000
3000
Вы можете сказать, "Ну, возможно, вещи просто сами становятся однородными".
02:01
But the conditions near the Big Bang are very, very different
45
106000
3000
Но условия вскоре после Большого Взрыва совершенно другие
02:04
than the conditions of the air in this room.
46
109000
2000
по сравнению с условиями воздуха в этой комнате.
02:06
In particular, things were a lot denser.
47
111000
2000
А именно, плотность была гораздо выше.
02:08
The gravitational pull of things
48
113000
2000
Гравитационное притяжение
02:10
was a lot stronger near the Big Bang.
49
115000
2000
было гораздо сильнее сразу после Большого Взрыва.
02:12
What you have to think about
50
117000
2000
Вы должны подумать о том,
02:14
is we have a universe with a hundred billion galaxies,
51
119000
2000
что у нас есть вселенная со ста миллиардами галактик,
02:16
a hundred billion stars each.
52
121000
2000
со ста миллиардами звёзд в каждой.
02:18
At early times, those hundred billion galaxies
53
123000
3000
На ранних этапах эти сто миллиардов галактик
02:21
were squeezed into a region about this big --
54
126000
3000
были сжаты примерно до таких размеров –
02:24
literally -- at early times.
55
129000
2000
буквально, в древнейшие времена.
02:26
And you have to imagine doing that squeezing
56
131000
2000
И представьте себе такое сжатие
02:28
without any imperfections,
57
133000
2000
без каких-либо дефектов,
02:30
without any little spots
58
135000
2000
без каких-либо уплотнений,
02:32
where there were a few more atoms than somewhere else.
59
137000
2000
где было бы больше атомов, чем в других местах.
02:34
Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull
60
139000
3000
Если бы уплотнения были, они бы сжались под действием гравитации
02:37
into a huge black hole.
61
142000
2000
в огромную чёрную дыру.
02:39
Keeping the universe very, very smooth at early times
62
144000
3000
Сохранение однородности вселенной на ранних этапах –
02:42
is not easy; it's a delicate arrangement.
63
147000
2000
это непростая и тонкая вещь.
02:44
It's a clue
64
149000
2000
Это признак того,
02:46
that the early universe is not chosen randomly.
65
151000
2000
что ранняя вселенная не появилась случайно.
02:48
There is something that made it that way.
66
153000
2000
Что-то сделало её такой.
02:50
We would like to know what.
67
155000
2000
Мы бы хотели знать что.
02:52
So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann,
68
157000
3000
Частично такое понимание нам дал Людвиг Больцман,
02:55
an Austrian physicist in the 19th century.
69
160000
3000
австрийский физик 19 века.
02:58
And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy.
70
163000
3000
Вклад Больцмана заключался в том, что он помог нам понять энтропию.
03:01
You've heard of entropy.
71
166000
2000
Вы слышали об энтропии.
03:03
It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems.
72
168000
3000
Это случайность, беспорядочность и хаотичность в некоторых системах.
03:06
Boltzmann gave us a formula --
73
171000
2000
Больцман дал нам формулу,
03:08
engraved on his tombstone now --
74
173000
2000
которая теперь выбита на его могиле
03:10
that really quantifies what entropy is.
75
175000
2000
и которая действительно позволяет измерить энтропию.
03:12
And it's basically just saying
76
177000
2000
По сути формула говорит нам,
03:14
that entropy is the number of ways
77
179000
2000
что энтропия – это число способов
03:16
we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice,
78
181000
3000
перемещения элементов в системе так, чтобы это не было заметно,
03:19
so that macroscopically it looks the same.
79
184000
2000
чтобы макроскопически она выглядела бы так же.
03:21
If you have the air in this room,
80
186000
2000
Если взять воздух в этой комнате,
03:23
you don't notice each individual atom.
81
188000
3000
вы не замечаете каждый отдельный атом.
03:26
A low entropy configuration
82
191000
2000
Конфигурация с низкой энтропией –
03:28
is one in which there's only a few arrangements that look that way.
83
193000
2000
это когда лишь несколько вариантов расположения выглядят таким образом.
03:30
A high entropy arrangement
84
195000
2000
Конфигурация с высокой энтропией –
03:32
is one that there are many arrangements that look that way.
85
197000
2000
это та, где есть много вариантов расположения, которые выглядят таким образом.
03:34
This is a crucially important insight
86
199000
2000
Это критично важное понятие,
03:36
because it helps us explain
87
201000
2000
потому что оно помогает нам объяснить
03:38
the second law of thermodynamics --
88
203000
2000
второй закон термодинамики –
03:40
the law that says that entropy increases in the universe,
89
205000
3000
он гласит, что энтропия увеличивается во вселенной
03:43
or in some isolated bit of the universe.
90
208000
2000
и в каждой отдельной части вселенной.
03:45
The reason why entropy increases
91
210000
2000
Энтропия увеличивается просто потому,
03:47
is simply because there are many more ways
92
212000
3000
что есть гораздо больше способов
03:50
to be high entropy than to be low entropy.
93
215000
2000
быть в состоянии высокой энтропии, чем низкой.
03:52
That's a wonderful insight,
94
217000
2000
Это прекрасный прорыв в понимании,
03:54
but it leaves something out.
95
219000
2000
но он кое-что не учитывает.
03:56
This insight that entropy increases, by the way,
96
221000
2000
Кстати, именно понятие увеличения энтропии
03:58
is what's behind what we call the arrow of time,
97
223000
3000
стоит за тем, что мы называем осью времени,
04:01
the difference between the past and the future.
98
226000
2000
разницей между прошлым и будущим.
04:03
Every difference that there is
99
228000
2000
Любая разница, какая есть
04:05
between the past and the future
100
230000
2000
между прошлым и будущем
04:07
is because entropy is increasing --
101
232000
2000
существует потому, что энтропия увеличивается –
04:09
the fact that you can remember the past, but not the future.
102
234000
3000
тот факт, что вы можете помнить прошлое, но не будущее,
04:12
The fact that you are born, and then you live, and then you die,
103
237000
3000
тот факт, что вы рождаетесь, потом живёте, и потом умираете,
04:15
always in that order,
104
240000
2000
всегда в таком порядке, –
04:17
that's because entropy is increasing.
105
242000
2000
это потому что энтропия увеличивается.
04:19
Boltzmann explained that if you start with low entropy,
106
244000
2000
Больцман объяснил, что если вы начинаете с низкой энтропией,
04:21
it's very natural for it to increase
107
246000
2000
естественно, что она будет увеличиваться,
04:23
because there's more ways to be high entropy.
108
248000
3000
потому что есть больше способов быть в высокой энтропии.
04:26
What he didn't explain
109
251000
2000
Но он не объяснил,
04:28
was why the entropy was ever low in the first place.
110
253000
3000
почему энтропия изначально была низкой.
04:31
The fact that the entropy of the universe was low
111
256000
2000
Тот факт, что энтропия вселенной была низкой,
04:33
was a reflection of the fact
112
258000
2000
было отражением факта,
04:35
that the early universe was very, very smooth.
113
260000
2000
что ранняя вселенная была очень и очень однородной.
04:37
We'd like to understand that.
114
262000
2000
Мы бы хотели понять это.
04:39
That's our job as cosmologists.
115
264000
2000
Это наша задача как космологов.
04:41
Unfortunately, it's actually not a problem
116
266000
2000
К сожалению, мы уделяли
04:43
that we've been giving enough attention to.
117
268000
2000
недостаточно внимания этой проблеме.
04:45
It's not one of the first things people would say,
118
270000
2000
Этот вопрос – далеко не первое, что вы бы услышали,
04:47
if you asked a modern cosmologist,
119
272000
2000
если бы вы спросили современного космолога,
04:49
"What are the problems we're trying to address?"
120
274000
2000
какие проблемы мы пытаемся решить.
04:51
One of the people who did understand that this was a problem
121
276000
2000
Одним из тех людей, которые понимали, что это проблема,
04:53
was Richard Feynman.
122
278000
2000
был Ричард Фейнман.
04:55
50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures.
123
280000
2000
50 лет назад он читал цикл различных лекций.
04:57
He gave the popular lectures
124
282000
2000
Он читал популярные лекции,
04:59
that became "The Character of Physical Law."
125
284000
2000
которые стали книгой "Характер физических законов".
05:01
He gave lectures to Caltech undergrads
126
286000
2000
Он читал лекции студентам КалТеха [Калифорнийского технологического института],
05:03
that became "The Feynman Lectures on Physics."
127
288000
2000
которые стали книгой "Фейнмановские лекции по физике"
05:05
He gave lectures to Caltech graduate students
128
290000
2000
Он читал лекции выпускникам КалТеха,
05:07
that became "The Feynman Lectures on Gravitation."
129
292000
2000
которые стали книгой "Фейнмановские лекции по гравитации".
05:09
In every one of these books, every one of these sets of lectures,
130
294000
3000
В каждой из этих книг, в каждом из этих циклов лекций
05:12
he emphasized this puzzle:
131
297000
2000
он подчеркивал эту загадку:
05:14
Why did the early universe have such a small entropy?
132
299000
3000
Почему у ранней вселенной была такая низкая энтропия?
05:17
So he says -- I'm not going to do the accent --
133
302000
2000
И он говорит – я не буду имитировать акцент –
05:19
he says, "For some reason, the universe, at one time,
134
304000
3000
он говорит, "По какой-то причине вселенная когда-то имела
05:22
had a very low entropy for its energy content,
135
307000
3000
слишком низкую энтропию для той энергии, которую она содержала,
05:25
and since then the entropy has increased.
136
310000
2000
и с того момента энтропия увеличивалась.
05:27
The arrow of time cannot be completely understood
137
312000
3000
Мы не можем полностью понять ось времени,
05:30
until the mystery of the beginnings of the history of the universe
138
315000
3000
пока загадка начала истории вселенной
05:33
are reduced still further
139
318000
2000
не продвинется дальше
05:35
from speculation to understanding."
140
320000
2000
от предположений к пониманию."
05:37
So that's our job.
141
322000
2000
Так что, это наша задача.
05:39
We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking,
142
324000
2000
Это было 50 лет назад, и вы сейчас думаете:
05:41
"we've figured it out by now."
143
326000
2000
"Наверняка мы это уже выяснили".
05:43
It's not true that we've figured it out by now.
144
328000
2000
Но это неправда, ничего мы не выяснили.
05:45
The reason the problem has gotten worse,
145
330000
2000
Проблема стала скорее ещё сложнее,
05:47
rather than better,
146
332000
2000
а не легче,
05:49
is because in 1998
147
334000
2000
потому что в 1998 году
05:51
we learned something crucial about the universe that we didn't know before.
148
336000
3000
мы узнали кое-что важное о вселенной, чего мы не знали прежде.
05:54
We learned that it's accelerating.
149
339000
2000
Мы узнали, что она ускоряется.
05:56
The universe is not only expanding.
150
341000
2000
Вселенная не только расширяется.
05:58
If you look at the galaxy, it's moving away.
151
343000
2000
Если вы посмотрите на галактику, – она удаляется.
06:00
If you come back a billion years later and look at it again,
152
345000
2000
Если вы вернетесь через миллиард лет и посмотрите ещё раз,
06:02
it will be moving away faster.
153
347000
3000
то она будет удаляться быстрее.
06:05
Individual galaxies are speeding away from us faster and faster
154
350000
3000
Отдельные галактики уносятся от нас быстрее и быстрее.
06:08
so we say the universe is accelerating.
155
353000
2000
Поэтому мы говорим, что вселенная ускоряется.
06:10
Unlike the low entropy of the early universe,
156
355000
2000
В отличие от низкой энтропии ранней вселенной,
06:12
even though we don't know the answer for this,
157
357000
2000
хотя мы и не знаем ответа на этот вопрос,
06:14
we at least have a good theory that can explain it,
158
359000
2000
у нас хотя бы есть хорошая теория, которая может объяснить это,
06:16
if that theory is right,
159
361000
2000
если эта теория верна, –
06:18
and that's the theory of dark energy.
160
363000
2000
это теория тёмной энергии. Это идея о том,
06:20
It's just the idea that empty space itself has energy.
161
365000
3000
что пустое пространство само по себе обладает энергией.
06:23
In every little cubic centimeter of space,
162
368000
3000
В каждом маленьком кубическом сантиметре пространства,
06:26
whether or not there's stuff,
163
371000
2000
неважно, есть ли в нём хоть что-то,
06:28
whether or not there's particles, matter, radiation or whatever,
164
373000
2000
неважно, есть ли в нём частицы, материя, излучение или что-либо ещё,
06:30
there's still energy, even in the space itself.
165
375000
3000
всегда есть энергия, даже в пространстве самом по себе.
06:33
And this energy, according to Einstein,
166
378000
2000
И эта энергия, согласно Энштейну,
06:35
exerts a push on the universe.
167
380000
3000
оказывает отталкивающее давление на вселенную.
06:38
It is a perpetual impulse
168
383000
2000
Это постоянный импульс,
06:40
that pushes galaxies apart from each other.
169
385000
2000
который отталкивает галактики друг от друга.
06:42
Because dark energy, unlike matter or radiation,
170
387000
3000
Потому что тёмная энергия, в отличие от материи или излучения,
06:45
does not dilute away as the universe expands.
171
390000
3000
не разбавляется по мере расширения вселенной.
06:48
The amount of energy in each cubic centimeter
172
393000
2000
Количество энергии в каждом кубическом сантиметре
06:50
remains the same,
173
395000
2000
остается тем же,
06:52
even as the universe gets bigger and bigger.
174
397000
2000
даже по мере того, как вселенная становится больше и больше.
06:54
This has crucial implications
175
399000
3000
Этот имеет очень важные следствия
06:57
for what the universe is going to do in the future.
176
402000
3000
о том, как вселенная будет вести себя в будущем.
07:00
For one thing, the universe will expand forever.
177
405000
2000
Одно из них – это то, что вселенная будет расширяться бесконечно.
07:02
Back when I was your age,
178
407000
2000
Когда я был в вашем возрасте,
07:04
we didn't know what the universe was going to do.
179
409000
2000
мы не знали, как будет вести себя вселенная.
07:06
Some people thought that the universe would recollapse in the future.
180
411000
3000
Некоторые считали, что вселенная в будущем снова сожмётся.
07:09
Einstein was fond of this idea.
181
414000
2000
Энштейну нравилась эта идея.
07:11
But if there's dark energy, and the dark energy does not go away,
182
416000
3000
Но если есть тёмная энергия, и тёмная энергия не исчезает,
07:14
the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever.
183
419000
3000
вселенная просто будет расширяться вечно.
07:17
14 billion years in the past,
184
422000
2000
14 миллиардов лет в прошлом,
07:19
100 billion dog years,
185
424000
2000
100 миллиардов собачьих лет,
07:21
but an infinite number of years into the future.
186
426000
3000
но бесконечное число лет в будущем.
07:24
Meanwhile, for all intents and purposes,
187
429000
3000
Пока что, во всех отношениях
07:27
space looks finite to us.
188
432000
2000
пространство кажется нам конечным.
07:29
Space may be finite or infinite,
189
434000
2000
Пространство может быть конечным или бесконечным,
07:31
but because the universe is accelerating,
190
436000
2000
но из-за того, что вселенная ускоряется,
07:33
there are parts of it we cannot see
191
438000
2000
есть части её, которые мы не можем увидеть,
07:35
and never will see.
192
440000
2000
и никогда не увидим.
07:37
There's a finite region of space that we have access to,
193
442000
2000
Есть конечный участок пространства, окруженный горизонтом,
07:39
surrounded by a horizon.
194
444000
2000
к которому у нас есть доступ.
07:41
So even though time goes on forever,
195
446000
2000
Поэтому хотя время и бесконечно,
07:43
space is limited to us.
196
448000
2000
пространство ограничено для нас.
07:45
Finally, empty space has a temperature.
197
450000
3000
В конце концов, пустое пространство имеет температуру.
07:48
In the 1970s, Stephen Hawking told us
198
453000
2000
В 1970-х годах Стивен Хокинг рассказал нам,
07:50
that a black hole, even though you think it's black,
199
455000
2000
что чёрная дыра, хоть вы и думаете, что она чёрная,
07:52
it actually emits radiation
200
457000
2000
вообще-то испускает излучение,
07:54
when you take into account quantum mechanics.
201
459000
2000
если вы учитываете квантовую механику.
07:56
The curvature of space-time around the black hole
202
461000
3000
Искривление пространства-времени вокруг чёрной дыры
07:59
brings to life the quantum mechanical fluctuation,
203
464000
3000
приводит в движение квантово-механическую флуктуацию,
08:02
and the black hole radiates.
204
467000
2000
и чёрная дыра испускает излучение.
08:04
A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons
205
469000
3000
В точности похожие вычисления Хокинга и Гари Гиббонса
08:07
showed that if you have dark energy in empty space,
206
472000
3000
показали, что если в пустом пространстве есть тёмная энергия,
08:10
then the whole universe radiates.
207
475000
3000
то вся вселенная испускает излучение.
08:13
The energy of empty space
208
478000
2000
Энергия пустого пространства
08:15
brings to life quantum fluctuations.
209
480000
2000
приводит в движение квантовые флуктуации.
08:17
And so even though the universe will last forever,
210
482000
2000
И хотя вселенная будет существовать вечно,
08:19
and ordinary matter and radiation will dilute away,
211
484000
3000
а обычная материя и излучение исчезнут,
08:22
there will always be some radiation,
212
487000
2000
всегда будет некоторое излучение,
08:24
some thermal fluctuations,
213
489000
2000
некоторые термические флуктуации,
08:26
even in empty space.
214
491000
2000
даже в пустом пространстве.
08:28
So what this means
215
493000
2000
И это значит,
08:30
is that the universe is like a box of gas
216
495000
2000
что вселенная – как коробка с газом,
08:32
that lasts forever.
217
497000
2000
которая существует вечно.
08:34
Well what is the implication of that?
218
499000
2000
Каковы же следствия этого?
08:36
That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century.
219
501000
3000
Следствия были изучены Больцманом в 19 веке.
08:39
He said, well, entropy increases
220
504000
3000
Он сказал, что энтропия увеличивается,
08:42
because there are many, many more ways
221
507000
2000
потому что есть гораздо больше способов
08:44
for the universe to be high entropy, rather than low entropy.
222
509000
3000
для вселенной иметь высокую энтропию, чем низкую.
08:47
But that's a probabilistic statement.
223
512000
3000
Но это вероятностное утверждение.
08:50
It will probably increase,
224
515000
2000
Она, вероятно, увеличится,
08:52
and the probability is enormously huge.
225
517000
2000
и вероятность этого громадна.
08:54
It's not something you have to worry about --
226
519000
2000
Вам не стоит беспокоиться о том, что воздух
08:56
the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us.
227
521000
4000
вдруг соберётся в одной части этой комнаты, и мы задохнёмся.
09:00
It's very, very unlikely.
228
525000
2000
Это очень и очень маловероятно.
09:02
Except if they locked the doors
229
527000
2000
Но если бы заперли двери
09:04
and kept us here literally forever,
230
529000
2000
и оставили бы нас здесь буквально навечно,
09:06
that would happen.
231
531000
2000
это бы произошло.
09:08
Everything that is allowed,
232
533000
2000
Всё, что возможно,
09:10
every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room,
233
535000
3000
каждая конфигурация, которую могут принять молекулы в этой комнате,
09:13
would eventually be obtained.
234
538000
2000
в конце концов будет достигнута.
09:15
So Boltzmann says, look, you could start with a universe
235
540000
3000
И Больцман говорит, возможно, сначала вселенная
09:18
that was in thermal equilibrium.
236
543000
2000
находилась в температурном равновесии.
09:20
He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe.
237
545000
3000
Он не знал о Большом Взрыве. Он не знал о расширении вселенной.
09:23
He thought that space and time were explained by Isaac Newton --
238
548000
3000
Он думал, что пространство и время были объяснены Исааком Ньютоном, –
09:26
they were absolute; they just stuck there forever.
239
551000
2000
они были абсолютными, они просто останутся вечно.
09:28
So his idea of a natural universe
240
553000
2000
Поэтому его представление о естественной вселенной
09:30
was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere --
241
555000
3000
было таким, в котором молекулы воздуха были равномерно распределены везде,
09:33
the everything molecules.
242
558000
2000
молекулы всего.
09:35
But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough,
243
560000
3000
Но если вы Больцман, вы знаете, что если ждать достаточно долго,
09:38
the random fluctuations of those molecules
244
563000
3000
случайные флуктуации этих молекул
09:41
will occasionally bring them
245
566000
2000
порой могут привести их в конфигурации
09:43
into lower entropy configurations.
246
568000
2000
с более низкой энтропией.
09:45
And then, of course, in the natural course of things,
247
570000
2000
И потом, конечно, в естественном течении вещей,
09:47
they will expand back.
248
572000
2000
они расширятся обратно.
09:49
So it's not that entropy must always increase --
249
574000
2000
Так что энтропия не должна всегда увеличиваться –
09:51
you can get fluctuations into lower entropy,
250
576000
3000
могут быть флуктуации в более низкую энтропию,
09:54
more organized situations.
251
579000
2000
в более организованные ситуации.
09:56
Well if that's true,
252
581000
2000
Итак, если это правда,
09:58
Boltzmann then goes onto invent
253
583000
2000
затем Больцману приходят в голову
10:00
two very modern-sounding ideas --
254
585000
2000
две очень современно звучащие идеи –
10:02
the multiverse and the anthropic principle.
255
587000
3000
мультивселенная и антропный принцип.
10:05
He says, the problem with thermal equilibrium
256
590000
2000
Он говорит, что проблема с температурным равновесием
10:07
is that we can't live there.
257
592000
2000
в том, что мы не можем жить в нём.
10:09
Remember, life itself depends on the arrow of time.
258
594000
3000
Помните, сама жизнь зависит от оси времени.
10:12
We would not be able to process information,
259
597000
2000
Мы не смогли бы обрабатывать информацию,
10:14
metabolize, walk and talk,
260
599000
2000
метаболизировать, ходить и говорить,
10:16
if we lived in thermal equilibrium.
261
601000
2000
если бы мы жили в температурном равновесии.
10:18
So if you imagine a very, very big universe,
262
603000
2000
Поэтому если вы представите очень большую вселенную,
10:20
an infinitely big universe,
263
605000
2000
бесконечно большую вселенную
10:22
with randomly bumping into each other particles,
264
607000
2000
со случайно сталкивающимися друг с другом частицами,
10:24
there will occasionally be small fluctuations in the lower entropy states,
265
609000
3000
иногда будут случаться флуктуации в состояние с более низкой энтропией,
10:27
and then they relax back.
266
612000
2000
и потом они будут развеиваться обратно.
10:29
But there will also be large fluctuations.
267
614000
2000
Но также будут и большие флуктуации.
10:31
Occasionally, you will make a planet
268
616000
2000
Иногда образуется планета,
10:33
or a star or a galaxy
269
618000
2000
или звезда, или галактика,
10:35
or a hundred billion galaxies.
270
620000
2000
или сто миллиардов галактик.
10:37
So Boltzmann says,
271
622000
2000
Поэтому, говорит Больцман,
10:39
we will only live in the part of the multiverse,
272
624000
3000
мы будем жить только в той части мультивселенной,
10:42
in the part of this infinitely big set of fluctuating particles,
273
627000
3000
в той части этого бесконечно большого набора флуктуирующих частиц,
10:45
where life is possible.
274
630000
2000
где возможна жизнь.
10:47
That's the region where entropy is low.
275
632000
2000
Это участок, где энтропия низкая.
10:49
Maybe our universe is just one of those things
276
634000
3000
Может быть, наша вселенная – это одна из тех вещей,
10:52
that happens from time to time.
277
637000
2000
которые случаются время от времени.
10:54
Now your homework assignment
278
639000
2000
Итак, ваше домашнее задание –
10:56
is to really think about this, to contemplate what it means.
279
641000
2000
крепко подумать обо всем этом, обдумать, что это значит.
10:58
Carl Sagan once famously said
280
643000
2000
Карл Саган однажды произнес известную фразу, –
11:00
that "in order to make an apple pie,
281
645000
2000
"для того, чтобы сделать яблочный пирог,
11:02
you must first invent the universe."
282
647000
3000
надо создать вселенную."
11:05
But he was not right.
283
650000
2000
Но он был неправ.
11:07
In Boltzmann's scenario, if you want to make an apple pie,
284
652000
3000
В сценарии Больцмана, если вы хотите приготовить яблочный пирог,
11:10
you just wait for the random motion of atoms
285
655000
3000
вы просто ждёте, пока случайные движения атомов
11:13
to make you an apple pie.
286
658000
2000
приготовят вам яблочный пирог.
11:15
That will happen much more frequently
287
660000
2000
Это будет случаться гораздо чаще,
11:17
than the random motions of atoms
288
662000
2000
чем случайные движения атомов,
11:19
making you an apple orchard
289
664000
2000
которые создадут вам яблоневый сад,
11:21
and some sugar and an oven,
290
666000
2000
немного сахара и духовку,
11:23
and then making you an apple pie.
291
668000
2000
и только потом яблочный пирог.
11:25
So this scenario makes predictions.
292
670000
3000
Этот сценарий делает предсказания.
11:28
And the predictions are
293
673000
2000
И предсказание таково,
11:30
that the fluctuations that make us are minimal.
294
675000
3000
что флуктуации, создающие нас, минимальны.
11:33
Even if you imagine that this room we are in now
295
678000
3000
Даже если представить, что комната, где мы находимся,
11:36
exists and is real and here we are,
296
681000
2000
существует, и она настоящая, и вот мы здесь,
11:38
and we have, not only our memories,
297
683000
2000
и у нас есть не только воспоминания,
11:40
but our impression that outside there's something
298
685000
2000
но и впечатление, что снаружи есть что-то,
11:42
called Caltech and the United States and the Milky Way Galaxy,
299
687000
4000
что называется КалТех, США и галактика Млечный Путь,
11:46
it's much easier for all those impressions to randomly fluctuate into your brain
300
691000
3000
этим впечатлением гораздо проще случайно флуктуировать в ваш мозг,
11:49
than for them actually to randomly fluctuate
301
694000
2000
чем случайно флуктуировать
11:51
into Caltech, the United States and the galaxy.
302
696000
3000
в настоящий КалТех, Соединенные Штаты и галактику.
11:54
The good news is that,
303
699000
2000
Хорошая новость состоит в том,
11:56
therefore, this scenario does not work; it is not right.
304
701000
3000
что, следовательно, этот сценарий не работает, он неверен.
11:59
This scenario predicts that we should be a minimal fluctuation.
305
704000
3000
Этот сценарий предсказывает, что мы должны быть минимальной флуктуацией.
12:02
Even if you left our galaxy out,
306
707000
2000
Даже если забыть о нашей галактике,
12:04
you would not get a hundred billion other galaxies.
307
709000
2000
вы не получите сто миллиардов других галактик.
12:06
And Feynman also understood this.
308
711000
2000
И Фейнман тоже понимал это.
12:08
Feynman says, "From the hypothesis that the world is a fluctuation,
309
713000
4000
Фейнман говорит, "Из гипотезы о том, что мир – это флуктуация,
12:12
all the predictions are that
310
717000
2000
единственное предсказание – это то,
12:14
if we look at a part of the world we've never seen before,
311
719000
2000
что если мы посмотрим на часть мира, которую мы раньше не видели,
12:16
we will find it mixed up, and not like the piece we've just looked at --
312
721000
2000
мы найдем её перемешанной, и не такой, как часть, на которую мы только что посмотрели, –
12:18
high entropy.
313
723000
2000
в состоянии высокой энтропии.
12:20
If our order were due to a fluctuation,
314
725000
2000
Если бы наш порядок происходил от флуктуации,
12:22
we would not expect order anywhere but where we have just noticed it.
315
727000
2000
мы бы не ожидали увидеть порядок где-то еще, кроме как где мы его только что заметили.
12:24
We therefore conclude the universe is not a fluctuation."
316
729000
4000
Таким образом, мы заключаем, что вселенная – это не флуктуация."
12:28
So that's good. The question is then what is the right answer?
317
733000
3000
Хорошо. Тогда вопрос – что же является правильным ответом?
12:31
If the universe is not a fluctuation,
318
736000
2000
Если вселенная не флуктуация,
12:33
why did the early universe have a low entropy?
319
738000
3000
почему ранняя вселенная имела низкую энтропию?
12:36
And I would love to tell you the answer, but I'm running out of time.
320
741000
3000
И я бы с удовольствием сообщил вам ответ, но у меня заканчивается время.
12:39
(Laughter)
321
744000
2000
(Смех)
12:41
Here is the universe that we tell you about,
322
746000
2000
Вот вселенная, о которой мы вам рассказываем,
12:43
versus the universe that really exists.
323
748000
2000
против вселенной, которая действительно существует –
12:45
I just showed you this picture.
324
750000
2000
я вам уже показывал ту картинку.
12:47
The universe is expanding for the last 10 billion years or so.
325
752000
2000
Вселенная расширяется последние 10 миллиардов лет или около того.
12:49
It's cooling off.
326
754000
2000
Она охлаждается.
12:51
But we now know enough about the future of the universe
327
756000
2000
Но сейчас мы знаем достаточно о будущем вселенной,
12:53
to say a lot more.
328
758000
2000
чтобы сказать гораздо больше.
12:55
If the dark energy remains around,
329
760000
2000
Если тёмная энергия не рассеивается,
12:57
the stars around us will use up their nuclear fuel, they will stop burning.
330
762000
3000
всё ядерное топливо в звёздах вокруг нас закончится, и они перестанут гореть.
13:00
They will fall into black holes.
331
765000
2000
Они превратятся в чёрные дыры.
13:02
We will live in a universe
332
767000
2000
Мы будем жить во вселенной,
13:04
with nothing in it but black holes.
333
769000
2000
в которой нет ничего, кроме чёрных дыр.
13:06
That universe will last 10 to the 100 years --
334
771000
4000
Эта вселенная будет существовать 10 в 100-й степени лет –
13:10
a lot longer than our little universe has lived.
335
775000
2000
гораздо дольше, чем существовала наша маленькая вселенная.
13:12
The future is much longer than the past.
336
777000
2000
Будущее гораздо дольше, чем прошлое.
13:14
But even black holes don't last forever.
337
779000
2000
Но даже чёрные дыры не существуют вечно.
13:16
They will evaporate,
338
781000
2000
Они испарятся,
13:18
and we will be left with nothing but empty space.
339
783000
2000
и у нас останется только пустое пространство.
13:20
That empty space lasts essentially forever.
340
785000
4000
Это пустое пространство существует вечно.
13:24
However, you notice, since empty space gives off radiation,
341
789000
3000
Но заметим, что поскольку пустое пространство испускает излучение,
13:27
there's actually thermal fluctuations,
342
792000
2000
есть температурные флуктуации,
13:29
and it cycles around
343
794000
2000
которые циклически повторяют
13:31
all the different possible combinations
344
796000
2000
все возможные различные комбинации
13:33
of the degrees of freedom that exist in empty space.
345
798000
3000
степеней свободы, которые существуют в пустом пространстве.
13:36
So even though the universe lasts forever,
346
801000
2000
Поэтому, хотя вселенная существует вечно,
13:38
there's only a finite number of things
347
803000
2000
есть только конечное число вещей,
13:40
that can possibly happen in the universe.
348
805000
2000
которые могут произойти во вселенной.
13:42
They all happen over a period of time
349
807000
2000
Они все происходят за период времени
13:44
equal to 10 to the 10 to the 120 years.
350
809000
3000
равный 10 в степени 10 в степени 120 лет.
13:47
So here's two questions for you.
351
812000
2000
Итак, у меня к вам два вопроса.
13:49
Number one: If the universe lasts for 10 to the 10 to the 120 years,
352
814000
3000
Первый: если вселенная существует 10 в степени 10 в степени 120 лет,
13:52
why are we born
353
817000
2000
почему мы рождаемся
13:54
in the first 14 billion years of it,
354
819000
3000
в первые 14 миллиардов лет,
13:57
in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang?
355
822000
3000
в теплом, комфортном послесвечении после Большого Взрыва?
14:00
Why aren't we in empty space?
356
825000
2000
Почему мы не в пустом пространстве?
14:02
You might say, "Well there's nothing there to be living,"
357
827000
2000
Вы можете сказать, "Ну, там нет ничего, в чём можно было бы жить",
14:04
but that's not right.
358
829000
2000
но это неправильно.
14:06
You could be a random fluctuation out of the nothingness.
359
831000
2000
Вы могли бы быть случайной флуктуацией из ничего.
14:08
Why aren't you?
360
833000
2000
Почему вы ею не являетесь?
14:10
More homework assignment for you.
361
835000
3000
Это вам ещё одно домашнее задание.
14:13
So like I said, I don't actually know the answer.
362
838000
2000
Итак, как я уже сказал, я вообще-то не знаю ответа.
14:15
I'm going to give you my favorite scenario.
363
840000
2000
Я расскажу вам мой любимый сценарий.
14:17
Either it's just like that. There is no explanation.
364
842000
3000
Либо это просто так есть. Нет никакого объяснения.
14:20
This is a brute fact about the universe
365
845000
2000
Это просто жестокий факт вселенной,
14:22
that you should learn to accept and stop asking questions.
366
847000
3000
который нужно научиться принимать как есть и не задавать вопросов.
14:26
Or maybe the Big Bang
367
851000
2000
Или, возможно, Большой Взрыв –
14:28
is not the beginning of the universe.
368
853000
2000
это не начало вселенной.
14:30
An egg, an unbroken egg, is a low entropy configuration,
369
855000
3000
Не разбитое яйцо – это конфигурация с низким уровнем энтропии,
14:33
and yet, when we open our refrigerator,
370
858000
2000
и тем не менее, когда мы открываем холодильник,
14:35
we do not go, "Hah, how surprising to find
371
860000
2000
мы не восклицаем, "Ха, как удивительно найти
14:37
this low entropy configuration in our refrigerator."
372
862000
2000
эту конфигурацию с низким уровнем энтропии в нашем холодильнике."
14:39
That's because an egg is not a closed system;
373
864000
3000
Это потому что яйцо – не закрытая система,
14:42
it comes out of a chicken.
374
867000
2000
оно появляется из курицы.
14:44
Maybe the universe comes out of a universal chicken.
375
869000
4000
Может быть, вселенная появляется из вселенской курицы.
14:48
Maybe there is something that naturally,
376
873000
2000
Может быть, есть что-то, что естественным образом,
14:50
through the growth of the laws of physics,
377
875000
3000
через развитие законов физики,
14:53
gives rise to universe like ours
378
878000
2000
даёт начало вселенной вроде нашей
14:55
in low entropy configurations.
379
880000
2000
в конфигурации с низким уровнем энтропии.
14:57
If that's true, it would happen more than once;
380
882000
2000
Если это правда, то это бы случилось больше одного раза,
14:59
we would be part of a much bigger multiverse.
381
884000
3000
мы были бы частью еще более обширной мультивселенной.
15:02
That's my favorite scenario.
382
887000
2000
Это мой любимый сценарий.
15:04
So the organizers asked me to end with a bold speculation.
383
889000
3000
Организаторы попросили меня закончить смелым предположением.
15:07
My bold speculation
384
892000
2000
Моё смелое предположение –
15:09
is that I will be absolutely vindicated by history.
385
894000
3000
что я буду полностью оправдан историей.
15:12
And 50 years from now,
386
897000
2000
И 50 лет спустя
15:14
all of my current wild ideas will be accepted as truths
387
899000
3000
все мои текущие сумасшедшие идеи будут приняты за истину
15:17
by the scientific and external communities.
388
902000
3000
научным и прочими сообществами.
15:20
We will all believe that our little universe
389
905000
2000
Мы все будем считать, что наша маленькая вселенная –
15:22
is just a small part of a much larger multiverse.
390
907000
3000
это только небольшая часть более обширной мультивселенной.
15:25
And even better, we will understand what happened at the Big Bang
391
910000
3000
И даже лучше – мы поймём, что произошло во время Большого Взрыва
15:28
in terms of a theory
392
913000
2000
в терминах теории,
15:30
that we will be able to compare to observations.
393
915000
2000
которую мы сможем сравнить с наблюдениями.
15:32
This is a prediction. I might be wrong.
394
917000
2000
Вот вам предсказание. Я могу ошибаться.
15:34
But we've been thinking as a human race
395
919000
2000
Но мы как человечество, много лет размышляли
15:36
about what the universe was like,
396
921000
2000
о том, какова наша вселенная
15:38
why it came to be in the way it did for many, many years.
397
923000
3000
и почему она стала такой, какой она стала.
15:41
It's exciting to think we may finally know the answer someday.
398
926000
3000
Очень волнующе думать, что когда-нибудь мы, возможно, узнаем ответ.
15:44
Thank you.
399
929000
2000
Спасибо.
15:46
(Applause)
400
931000
2000
(Аплодисменты)
ABOUT THE SPEAKER
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologistA physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe.
Why you should listen
Sean Carroll is a theoretical physicist at Caltech in Pasadena, California, where he researches theoretical aspects of cosmology, field theory and gravitation -- exploring the nature of fundamental physics by studying the structure and evolution of the universe.
His book on cosmology and the arrow of time, From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time, was published in 2010. He keeps a regular blog at Cosmic Variance.
Sean M. Carroll | Speaker | TED.com