I året 1919 kom en så godt som ukendt tysk matematiker ved navn Theodor Kaluza med en meget dristig og på nogle måder en meget bizar idé. Han foreslog, at vores univers måske egentlig har flere end de tre dimensioner, som vi alle kender til. Det vil sige ud over venstre, højre, frem, tilbage og op, ned, Kaluza foreslog, at der kunne være yderligere rumdimensioner, som vi af en eller anden årsag ikke ser endnu. Nå, når nogen kommer med en dristig og bizar idé, er det nogle gange alt, den er -- dristig og bizar, men den har intet at gøre med verden omkring os. Lige præcis denne idé -- selvom vi endnu ikke ved, om den er rigtig eller forkert, og til slut vil jeg diskutere eksperimenter, der i de næste par år måske vil sige os, om den er rigtig eller forkert -- har denne idé haft en stor indflydelse på fysik i det sidste århundrede og fortsætter med at præge en masse banebrydende forskning.
In the year 1919, a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea. He proposed that our universe might actually have more than the three dimensions that we are all aware of. That is in addition to left, right, back, forth and up, down, Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space that for some reason we don't yet see. Now, when someone makes a bold and bizarre idea, sometimes that's all it is -- bold and bizarre, but it has nothing to do with the world around us. This particular idea, however -- although we don't yet know whether it's right or wrong, and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years, may tell us whether it's right or wrong -- this idea has had a major impact on physics in the last century and continues to inform a lot of cutting-edge research.
Så jeg vil fortælle jer noget om disse ekstra dimensioners historie. Så hvor starter vi? Til at begynde med har vi brug for lidt baggrundshistorie. Tag til 1907. Dette er et år, hvor Einstein soler sig i at have opdaget den specielle relativitetsteori og beslutter sig for at gå i gang med et nyt projekt for til fulde at prøve at forstå tyngdekraftens prægtige, gennemtrængende kraft. Og i det øjeblik er der mange folk, der troede, at det projekt allerede var blevet løst. Newton havde givet verden en gravitationsteori i slutningen af 1600'erne, der virker godt, beskriver planeternes bevægelse, månens bevægelse og så videre, bevægelsen af opdigtede æbler, der falder fra træer og rammer folk i hovedet. Alt det kunne beskrives ved at benytte Newtons arbejde.
So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions. So where do we go? To begin we need a little bit of back story. Go to 1907. This is a year when Einstein is basking in the glow of having discovered the special theory of relativity and decides to take on a new project, to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity. And in that moment, there are many people around who thought that that project had already been resolved. Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s that works well, describes the motion of planets, the motion of the moon and so forth, the motion of apocryphal of apples falling from trees, hitting people on the head. All of that could be described using Newton's work.
Men Einstein indså, at Newton havde udeladt noget fra historien, for selv Newton havde skrevet, at selvom han forstod, hvordan man udregnede tyngdekraftens effekt, havde han været ude af stand til at finde ud af, hvordan den virkelig virker. Hvordan er det, at Solen, 150 millioner km væk, [at] den på en eller anden måde påvirker Jordens bevægelse? Hvordan rækker Solen ud over tomt, ubevægeligt rum og udøver påvirkning? Og det er en opgave, til hvilken Einstein dedikerede sig selv -- at finde ud af, hvordan tyngdekraften virker. Og lad mig vise jer, hvad det er, han fandt. Så Einstein fandt ud af, at mediet, som tyngdekraften virker gennem, er rummet selv. Idéen går som følger: forestil jer rummer er et substrat af alt, der er.
But Einstein realized that Newton had left something out of the story, because even Newton had written that although he understood how to calculate the effect of gravity, he'd been unable to figure out how it really works. How is it that the Sun, 93 million miles away, [that] somehow it affects the motion of the Earth? How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence? And that is a task to which Einstein set himself -- to figure out how gravity works. And let me show you what it is that he found. So Einstein found that the medium that transmits gravity is space itself. The idea goes like this: imagine space is a substrate of all there is.
Einstein sagde, rummet er dejligt fladt, hvis der ikke er noget stof til stede. Men hvis der er stof i nærheden, som Solen, får det rummets struktur til at forvrides, til at kurve. Og det kommunikerer tyngdekraftens kraft. Selv Jorden forvrider rummet omkring sig. Se nu på Månen. Månen bliver holdt i kredsløb ifølge idéerne, fordi den ruller langs en dal i det kurvede miljø, som Solen og Månen og Jorden alle kan skabe i kraft af deres tilstedeværelse. Vi går til et helbillede af dette. Jorden selv bliver holdt i kredsløb, fordi den ruller langs en dal i miljøet, der er kurvet på grund af Solens tilstedeværelse. Dette er denne nye idé om, hvordan tyngdekraften egentlig virker.
Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present. But if there is matter in the environment, such as the Sun, it causes the fabric of space to warp, to curve. And that communicates the force of gravity. Even the Earth warps space around it. Now look at the Moon. The Moon is kept in orbit, according to these ideas, because it rolls along a valley in the curved environment that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence. We go to a full-frame view of this. The Earth itself is kept in orbit because it rolls along a valley in the environment that's curved because of the Sun's presence. That is this new idea about how gravity actually works.
Nå, denne idé blev testet i 1919 gennem astronomiske observationer. Den virker virkelig. Den beskriver dataene. Og dette vandt Einstein berømmelse verden over. Og det er det, der fik Kaluza til at tænke. Han, som Einstein, ledte efter det, vi kalder en forenet teori. Det er én teori, der kunne være i stand til at beskrive alle naturens kræfter ud fra ét sæt idéer, ét sæt principper, én mesterligning, om man vil. Så Kaluza sagde til sig selv, Einstein har været i stand til at beskrive tyngdekraften ud fra forvridninger og kurver i rummet -- egentlig rum og tid for at være mere præcis. Måske kan jeg spille det samme spil med den anden kendte kraft, som på det tidspunkt var kendt som den elektromagnetiske kraft -- vi kender til andre i dag, men på den tid var den den eneste anden folk tænkte på. I ved, kraften, der er skyld i elektricitet og magnetisk tiltrækning og så videre.
Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations. It really works. It describes the data. And this gained Einstein prominence around the world. And that is what got Kaluza thinking. He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory. That's one theory that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas, one set of principles, one master equation, if you will. So Kaluza said to himself, Einstein has been able to describe gravity in terms of warps and curves in space -- in fact, space and time, to be more precise. Maybe I can play the same game with the other known force, which was, at that time, known as the electromagnetic force -- we know of others today, but at that time that was the only other one people were thinking about. You know, the force responsible for electricity and magnetic attraction and so forth.
Så Kaluza siger, måske kan jeg spille det samme spil og beskrive elektromagnetisk kraft ud fra forvridninger og kurver. Det rejste et spørgsmål: forvridninger og kurver i hvad? Einstein havde allerede opbrugt rum og tid, forvridninger og kurver, til at beskrive tyngdekraft. Der lod ikke til at være noget andet at forvride og kurve. Så Kaluza sagde, nå, måske er der flere dimensioner af rum. Han sagde, hvis jeg vil beskrive en kraft mere, behøver jeg måske en dimension mere. Så han forestille sig, at verden havde fire rumdimensioner, ikke tre, og forestillede sig, at elektromagnetisme var forvridninger og kurver i denne fjerde dimension. Nå her er det smarte: da han nedskrev ligningerne, der beskrev forvridninger og kurver i et univers med fire rumdimensioner, ikke tre, fandt han de gamle ligninger, som Einstein allerede havde udledt i tre dimensioner -- de var om tyngdekraften -- men han fandt en ligning mere på grund af den ekstra dimension. Og da han så på den ligning, var det ingen anden end ligningen, som videnskabsmænd længe havde vidst beskrev den elektromagnetiske kraft. Fantastisk -- den sprang bare frem. Han blev så ophidset af denne erkendelse, at han løb rundt i huset og skreg, "Sejr!" -- at han havde fundet den forenede teori.
So Kaluza says, maybe I can play the same game and describe electromagnetic force in terms of warps and curves. That raised a question: warps and curves in what? Einstein had already used up space and time, warps and curves, to describe gravity. There didn't seem to be anything else to warp or curve. So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space. He said, if I want to describe one more force, maybe I need one more dimension. So he imagined that the world had four dimensions of space, not three, and imagined that electromagnetism was warps and curves in that fourth dimension. Now here's the thing: when he wrote down the equations describing warps and curves in a universe with four space dimensions, not three, he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions -- those were for gravity -- but he found one more equation because of the one more dimension. And when he looked at that equation, it was none other than the equation that scientists had long known to describe the electromagnetic force. Amazing -- it just popped out. He was so excited by this realization that he ran around his house screaming, "Victory!" -- that he had found the unified theory.
Nu var Kaluza tydeligvis en mand, der tog teori meget alvorligt. Faktisk så -- der er en historie, at da han ville lære at svømme, læste han en bog, en afhandling om svømning -- (Latter) -- så dykkede han i havet. Dette er en mand, der ville risikere sit liv på teori. Nå, men for dem af os, der er et lidt mere praktisk sindelag, rejser to spørgsmål sig straks fra hans observation. Nummer et: hvis der er flere dimensioner i rummet, hvor er de? Vi ser dem ikke. Og nummer to: virker denne teori virkelig i detaljerne, når man prøver at bruge den på verden omkring os? Nå, det første spørgsmål blev besvaret i 1926 af en fyr ved navn Oskar Klein. Han foreslog, at dimensioner måske findes i to variationer -- der kunne være store, lette-at-se dimensioner, men der kunne også være små, sammenrullede dimensioner. rullet så småt sammen, at selvom de er overalt omkring os, ser vi dem ikke.
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously. He, in fact -- there is a story that when he wanted to learn how to swim, he read a book, a treatise on swimming -- (Laughter) -- then dove into the ocean. This is a man who would risk his life on theory. Now, but for those of us who are a little bit more practically minded, two questions immediately arise from his observation. Number one: if there are more dimensions in space, where are they? We don't seem to see them. And number two: does this theory really work in detail, when you try to apply it to the world around us? Now, the first question was answered in 1926 by a fellow named Oskar Klein. He suggested that dimensions might come in two varieties -- there might be big, easy-to-see dimensions, but there might also be tiny, curled-up dimensions, curled up so small, even though they're all around us, that we don't see them.
Lad mig vise jer den billedligt. Så, forestil jer, I ser på noget, som et kabel, der holder et trafiklys. Det er i Manhattan. I er i Central Park -- det er ret irrelevant -- men kablet ser en-dimensionelt ud fra et fjernt synspunkt, men vi ved alle, at det har nogen tykkelse. Det er dog meget svært at se det langt fra. Men hvis vi zoomer ind og indtager perspektivet at, lad os sige, en lille myre, der går rundt -- små myrer er så små, at de har adgang til alle dimensionerne -- den lange dimension, men også denne retning med og mod uret. Og jeg håber, I værdsætter dette. Det tog så lang tid at få disse myrer til at gøre dette.
Let me show you that one visually. So, imagine you're looking at something like a cable supporting a traffic light. It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant -- but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint, but you and I all know that it does have some thickness. It's very hard to see it, though, from far away. But if we zoom in and take the perspective of, say, a little ant walking around -- little ants are so small that they can access all of the dimensions -- the long dimension, but also this clockwise, counter-clockwise direction. And I hope you appreciate this. It took so long to get these ants to do this.
(Latter)
(Laughter)
Men dette illustrerer, at dimensionerne kan være at to slags: store og små. Og den idé, at måske er de store dimensioner omkring os dem, som vi let ser, men der kunne være yderligere dimensioner krøllet sammen, lidt som den runde del af det kabel, så småt, at de indtil videre er forblevet usynlige. Lad mig vise jer, hvordan det ville se ud. Så, hvis vi tager et kig, lad os sige, på rummet selv -- jeg kan selvfølgelig kun vise jer to dimensioner på en skærm. Nogle af jer vil klare den en skønne dag, men alt det, der ikke er fladt på en skærm, er en ny dimenison, bliver mindre, mindre, mindre, og dybt nede i de mikroskopiske dybder af rummet selv, er det idéen, man kunne have yderligere sammenkrøllede dimensioner --
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts: big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us are the ones that we can easily see, but there might be additional dimensions curled up, sort of like the circular part of that cable, so small that they have so far remained invisible. Let me show you what that would look like. So, if we take a look, say, at space itself -- I can only show, of course, two dimensions on a screen. Some of you guys will fix that one day, but anything that's not flat on a screen is a new dimension, goes smaller, smaller, smaller, and way down in the microscopic depths of space itself, this is the idea, you could have additional curled up dimensions --
her er en lille form af en cirkel -- så lille, at vi ikke ser dem. Men hvis man var en lille ultramikroskopisk myre, der gik rundt, kunne man gå i de store dimensioner, som vi alle kender til -- det er gitter-delen -- men man kunne også komme ind i den lille sammenkrøllede dimension, der er så lille, at vi ikke kan se den med det blotte øje eller endda men noget af vores fineste udstyr. Men dybt stukket ind i rummets indre struktur, er idéen, der kunne være flere dimensioner, som vi ser der. Nå, det er en forklaring på, hvordan universet kunne have flere dimensioner end dem, som vi ser. Men hvad men det andet spørgsmål, som jeg stillede: virker teorien egentlig, når man forsøger at bruge den på den virkelige verden?
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them. But if you were a little ultra microscopic ant walking around, you could walk in the big dimensions that we all know about -- that's like the grid part -- but you could also access the tiny curled-up dimension that's so small that we can't see it with the naked eye or even with any of our most refined equipment. But deeply tucked into the fabric of space itself, the idea is there could be more dimensions, as we see there. Now that's an explanation about how the universe could have more dimensions than the ones that we see. But what about the second question that I asked: does the theory actually work when you try to apply it to the real world?
Altså, det viser sig, at Einstein og Kaluza og mange andre arbejdede på at prøve at forfine denne ramme og bruge den på det af universets fysik, som man forstod på den tid, og i detaljer virkede den ikke. I detaljer, for eksempel kunne de ikke få elektronens masse til at hænge rigtigt sammen i denne teori. Så mange arbejdede på den, men i 40'erne, helt sikkert i 50'erne, var denne underlige, men meget overbevisende, idé, om hvordan man kunne samle fysikkens love forsvundet. Indtil noget fantastisk skete i vores tidsalder. I vores æra bliver en ny tilgang til at forene fysikkens love fulgt af fysikere som jeg selv, mange andre verden over, den hedder superstrengteori, som I indikerede. Og den fantastiske ting er, at superstrengteori intet har at gøre med ved første øjekast med denne idé om ekstra dimensioner, men når man studerer superstrengteori, opdager man, at den genopliver idéen i en glitrende, ny form.
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others worked on trying to refine this framework and apply it to the physics of the universe as was understood at the time, and, in detail, it didn't work. In detail, for instance, they couldn't get the mass of the electron to work out correctly in this theory. So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s, this strange but very compelling idea of how to unify the laws of physics had gone away. Until something wonderful happened in our age. In our era, a new approach to unify the laws of physics is being pursued by physicists such as myself, many others around the world, it's called superstring theory, as you were indicating. And the wonderful thing is that superstring theory has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions, but when we study superstring theory, we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
Så, lad mig lige fortælle jer, hvordan det går an. Superstrengteori -- hvad er det? Altså, det er en teori, der forsøger at besvare spørgsmålet: hvad er de basale, fundamentale, udelelige, uskærlige bestanddele, som alt i verden omkring os består af? Idéen er som følger. Så, forestil jer, vi ser på et kendt objekt, bare et lys i en stage, og forestil jer, at vi vil finde ud af, hvad det er lavet af. Så vi tager på en rejse dybt ind i objektet og undersøger bestanddelene. Så dybt inde -- vi ved alle, går man langt nok ned, har man atomer. Vi ved også, at atomer ikke er enden på historien. De har små elektroner, der sværmer omkring en kerne i midten med neutroner og protoner. Selv neutroner og protoner har mindre partikler inden i dem kendt som kvarker. Det er her, koncentionelle idéer stopper.
So, let me just tell you how that goes. Superstring theory -- what is it? Well, it's a theory that tries to answer the question: what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents making up everything in the world around us? The idea is like this. So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder, and imagine that we want to figure out what it is made of. So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents. So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms. We also all know that atoms are not the end of the story. They have little electrons that swarm around a central nucleus with neutrons and protons. Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks. That is where conventional ideas stop.
Her er strengteoriens nye idé. Dybt inde i enhver af disse partikler, er der noget andet. Dette noget andet er dette dansende fiber af energi. Det ligner en vibrerende streng -- det er her, idéen superstrengteori kommer fra. Og ligesom de vibrerende strenge, som I lige så i en cello, kan vibrere i forskellige mønstre, kan disse også vibrere i forskellige mønstre. De producerer ikke forskellige musikalske toner. I stedet producerer de de forskellige partikler, som verden omkring os er opbygget af. Så hvis disse idéer er korrekte, er det sådan her, universets ultramikroskopiske landskab ser ud. Det er opbygget af et enormt antal af disse bittesmå fibre af vibrerende energi, der vibrerer med forskellige frekvenser. De forskellige frekvenser producerer de forskellige partikler. De forskellige partikler er ansvarlige for mangfoldigheden i verden omkring os.
Here is the new idea of string theory. Deep inside any of these particles, there is something else. This something else is this dancing filament of energy. It looks like a vibrating string -- that's where the idea, string theory comes from. And just like the vibrating strings that you just saw in a cello can vibrate in different patterns, these can also vibrate in different patterns. They don't produce different musical notes. Rather, they produce the different particles making up the world around us. So if these ideas are correct, this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like. It's built up of a huge number of these little tiny filaments of vibrating energy, vibrating in different frequencies. The different frequencies produce the different particles. The different particles are responsible for all the richness in the world around us.
Og der ser I samlingen, for stofpartikler, elektroner og kvarker, strålingspartikler, fotoner, gravitoner, er alle opbygget af denne ene størrelse. Så stof og naturens kræfter bliver alle sat sammen under overskriften vibrerende strenge. Og det er det, vi mener med en samlet teori. Nå, her er hagen. Når man studerer strengteoriens matematik, opdager man, at den ikke virker i et univers, der kun har tre rumdimensioner. Den virker ikke i et univers med fire rumdimensioner, eller fem, eller seks. Endelig kan man studere ligningerne og vise, at den virker kun i et univers, der har 10 rumdimensioner og en tidsdimension. Det leder os lige tilbage til Kaluzas og Kleins idé -- at vores verden, når ordnetligt beskrevet, har flere dimensioner end dem, vi ser.
And there you see unification, because matter particles, electrons and quarks, radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity. So matter and the forces of nature all are put together under the rubric of vibrating strings. And that's what we mean by a unified theory. Now here is the catch. When you study the mathematics of string theory, you find that it doesn't work in a universe that just has three dimensions of space. It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six. Finally, you can study the equations, and show that it works only in a universe that has 10 dimensions of space and one dimension of time. It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein -- that our world, when appropriately described, has more dimensions than the ones that we see.
Nu kan man tænke over det og sige, altså, OK, jamen, hvis man har ekstra dimensioner, og de er virkelig sammenkrøllede, jah, ser vi dem måske ikke, hvis de er små nok. Men hvis der er en lillebitte civilisation af grønne folk, der går rundt dernede, og man gør dem små nok, og man heller ikke kan se dem. Det er sandt. En af strengteoriens andre forudsigelser -- nej, det er ikke en af de andre af strengteoriens forudsigelser.
Now you might think about that and say, well, OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up, yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough. But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there, and you make them small enough, and we won't see them either. That is true. One of the other predictions of string theory -- no, that's not one of the other predictions of string theory.
(Latter)
(Laughter)
Men det rejser spørgsmålet: forsøger vi bare at skjule disse ekstra dimensioner, eller fortæller de os noget om verden? I den resterende tid vil jeg gerne fortælle jer om to egenskaber ved dem. Den første er, mange af os tror, at disse ekstra dimensioner holder på svaret på, hvad måske er det dybeste spørgsmål i teoretisk fysik, teoretisk videnskab. Og det spørgsmål er dette: når vi ser rundt i verden, som videnskabsmænd har gjort i de sidste hundrede år, lader der til at være omkring 20 tal, der virkelig beskriver vores univers. Disse er tal som massen af partiklerne, som elektroner og kvarker, tyngdekraftens styrker, den elektromagnetiske krafts styrke -- en liste med omkring 20 tal, der er blevet målt med utrolig præcision, men ingen har en forklaring på, hvorfor tallene lige præcis har de værdier, de har.
But it raises the question: are we just trying to hide away these extra dimensions, or do they tell us something about the world? In the remaining time, I'd like to tell you two features of them. First is, many of us believe that these extra dimensions hold the answer to what perhaps is the deepest question in theoretical physics, theoretical science. And that question is this: when we look around the world, as scientists have done for the last hundred years, there appear to be about 20 numbers that really describe our universe. These are numbers like the mass of the particles, like electrons and quarks, the strength of gravity, the strength of the electromagnetic force -- a list of about 20 numbers that have been measured with incredible precision, but nobody has an explanation for why the numbers have the particular values that they do.
Nå, tilbyder strengteori et svar? Ikke endnu. Men vi tror, svaret på, hvorfor de tal har de værdier, de har, kan være afhængig af de ekstra dimensioners form. Og den vidunderlige ting er, hvis de tal havde andre værdier end de kendte, ville universet, som vi kender det, ikke eksistere. Dette er et dybt spørgsmål. Hvorfor er de tal så fint tilpassede til at tillade stjerner at skinne og planeter at formes, når vi indser, at hvad man roder med de tal -- hvis jeg havde 20 knapper heroppe, og hvis jeg lod jer komme op og rode med de tal, ville næsten enhver roden få universet til at forsvinde. Så kan vi forklare de 20 tal? Og strengteorien foreslår, at de 20 tal har noget at gøre med de ekstra dimensioner. Lad mig vise jer hvordan. Så når man taler om strengteoriens ekstra dimensioner, er det ikke én ekstra dimension som i Kaluzas og Kleins gamle idéer. Det er det, strengteori siger om de ekstra dimensioner. De har en meget rig, sammenflettet geometri.
Now, does string theory offer an answer? Not yet. But we believe the answer for why those numbers have the values they do may rely on the form of the extra dimensions. And the wonderful thing is, if those numbers had any other values than the known ones, the universe, as we know it, wouldn't exist. This is a deep question. Why are those numbers so finely tuned to allow stars to shine and planets to form, when we recognize that if you fiddle with those numbers -- if I had 20 dials up here and I let you come up and fiddle with those numbers, almost any fiddling makes the universe disappear. So can we explain those 20 numbers? And string theory suggests that those 20 numbers have to do with the extra dimensions. Let me show you how. So when we talk about the extra dimensions in string theory, it's not one extra dimension, as in the older ideas of Kaluza and Klein. This is what string theory says about the extra dimensions. They have a very rich, intertwined geometry.
Dette er et eksempel på noget kendt som en Calabi-Yau form -- navnet er ikke så vigtigt. Men som I kan se, folder de ekstra dimensioner sammen om hinanden og snor sig sammen i en meget interessant form, interessant struktur. Og idéen er, at hvis det er sådan, de ekstra dimensioner ser ud, så ville vores univers' mikroskopiske landskab omkring os se sådan ud på allermindste skala. Når man svinger sin hånd, vil man bevæge sig om disse ekstra dimensioner igen og igen, men de er så små, at man ikke ville opdage det. Så hvad er den fysiske implikation med hensyn til de 20 tal?
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape -- name isn't all that important. But, as you can see, the extra dimensions fold in on themselves and intertwine in a very interesting shape, interesting structure. And the idea is that if this is what the extra dimensions look like, then the microscopic landscape of our universe all around us would look like this on the tiniest of scales. When you swing your hand, you'd be moving around these extra dimensions over and over again, but they're so small that we wouldn't know it. So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
Overvej dette. Hvis I ser på instrumentet, et valdhorn, bemærk, at luftstrømmenes vibrationer bliver påvirket af instrumentets form. I strengteori afspejler alle tallene måderne, hvorpå strenge kan vibrere. Så ligesom de luftstrømme bliver påvirket af snoningerne og drejningerne i instrumentet, vil strenge selv blive påvirket af geometriens vibrationsmønstre, i hvilke de bevæger sig. Så lad mig bringe nogle strenge ind i historien. Og hvis I ser på disse små fyre, der vibrerer rundt -- de er der om et sekund -- lige der, bemærk, at den måde, de vibrerer bliver påvirket af de ekstra dimensioners geometri.
Consider this. If you look at the instrument, a French horn, notice that the vibrations of the airstreams are affected by the shape of the instrument. Now in string theory, all the numbers are reflections of the way strings can vibrate. So just as those airstreams are affected by the twists and turns in the instrument, strings themselves will be affected by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving. So let me bring some strings into the story. And if you watch these little fellows vibrating around -- they'll be there in a second -- right there, notice that they way they vibrate is affected by the geometry of the extra dimensions.
Så, hvis vi præcist vidste, hvordan de ekstra dimensioner ser ud -- det gør vi ikke endnu, men hvis nu -- burde vi være i stand til at beregne de tilladte toner, de tilladte vibrationsmønstre. Og hvis vi kunne beregne de tilladte vibrationsmønstre, burde vi være i stand til at beregne de 20 tal. Og hvis svaret, som vi får fra vores beregninger, stemmer overens med de tals værdier, der er blevet fastslået gennem detaljerede og præcise eksperimenter, ville dette på mange måder være den første fundamentale forklaring på, hvorfor universets struktur er, som den er. Nå, det andet, som jeg gerne vil afslutte med, er dette: hvordan kan vi teste for disse ekstra dimensioner mere direkte? Er dette bare en interessant matematisk struktur, der måske kunne forklare nogle tidligere uforklarede egenskaber ved verden, eller kan vi faktisk teste for disse ekstra dimensioner? Og vi tror -- og dette er, synes jeg, meget spændende -- at i de næste fem år cirka bliver vi måske i stand til at teste for disse ekstra dimensioners eksistens.
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like -- we don't yet, but if we did -- we should be able to calculate the allowed notes, the allowed vibrational patterns. And if we could calculate the allowed vibrational patterns, we should be able to calculate those 20 numbers. And if the answer that we get from our calculations agrees with the values of those numbers that have been determined through detailed and precise experimentation, this in many ways would be the first fundamental explanation for why the structure of the universe is the way it is. Now, the second issue that I want to finish up with is: how might we test for these extra dimensions more directly? Is this just an interesting mathematical structure that might be able to explain some previously unexplained features of the world, or can we actually test for these extra dimensions? And we think -- and this is, I think, very exciting -- that in the next five years or so we may be able to test for the existence of these extra dimensions.
Sådan her bliver det. Ved CERN, Geneve, Schweiz, bliver en maskine bygget ved navn Large Hadron Collider. Den er en maskine, der vil sende partikler rundt i en tunnel, modsatte retninger, nær lysets hastighed. Med jævne mellemrun bliver de partikler rettet mod hinanden, så der sker en frontalkollision. Håbet er, at hvis kollisionen har energi nok, vil den slynge nogle af stumperne fra kollisionen fra vores dimension og tvinge dem ind i de andre dimensioner. Hvordan ville vi vide det? Altså vi vil måle mængden af energi efter kollisionen, sammenligne den med mængden af energi før, og hvis der er mindre energi efter kollisionen end før, vil dette være bevis for, at energien er drevet væk. Og hvis den driver væk i det rigtige mønster, som vi kan beregne, vil dette være bevis for, at de ekstra dimensioner er der.
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland, a machine is being built called the Large Hadron Collider. It's a machine that will send particles around a tunnel, opposite directions, near the speed of light. Every so often those particles will be aimed at each other, so there's a head-on collision. The hope is that if the collision has enough energy, it may eject some of the debris from the collision from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions. How would we know it? Well, we'll measure the amount of energy after the collision, compare it to the amount of energy before, and if there's less energy after the collision than before, this will be evidence that the energy has drifted away. And if it drifts away in the right pattern that we can calculate, this will be evidence that the extra dimensions are there.
Lad mig vise jer den idé visuelt. Så, forestil jer, vi har en bestemt type partikel kaldet en graviton -- det er den slags stumper, vi forventer vil blive slynget ud, hvis de ekstra dimensioner er virkelige. Men her er, hvordan eksperimentet vil forløbe. Man tager disse partikler. Man slår dem sammen. Man slår dem sammen, og hvis vi har ret, vil noget af den kollisions energi blive slået i stumper, der flyver ud i disse ekstra dimensioner. Så dette er den type eksperiment, som vi vil se på i de næste fem, syv til 10 år cirka. Og hvis dette eksperiment bærer frugt, hvis vi ser den type partikel blive slynget ud ved at bemærke, at der er mindre energi i vores dimensioner, end da vi begyndte, vil dette vise, at de ekstra dimensioner findes.
Let me show you that idea visually. So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton -- that's the kind of debris we expect to be ejected out, if the extra dimensions are real. But here's how the experiment will go. You take these particles. You slam them together. You slam them together, and if we are right, some of the energy of that collision will go into debris that flies off into these extra dimensions. So this is the kind of experiment that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so. And if this experiment bears fruit, if we see that kind of particle ejected by noticing that there's less energy in our dimensions than when we began, this will show that the extra dimensions are real.
Og for mig er dette en virkelig usædvanlig historie og en usædvanlig mulighed. Tilbage til Newton med absolut rum -- gav ikke andet end en arena, en scene, på hvilken universets begivenheder finder sted. Einstein kommer forbi og siger, altså, rum og tid kan forvride sig og kurve, det er det, der er tyngdekraften. Og nu kommer strengteori forbi og siger, ja, tyngdekraften, kvantemekanik, elektromagnetisme -- alt sammen i én pakke, men kun hvis universet har flere dimensioner end dem, som vi ser. Og dette er et eksperiment, som kan teste for dem i vores livstid. Utrolig mulighed. Mange tak.
And to me this is a really remarkable story, and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space -- didn't provide anything but an arena, a stage in which the events of the universe take place. Einstein comes along and says, well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is. And now string theory comes along and says, yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism, all together in one package, but only if the universe has more dimensions than the ones that we see. And this is an experiment that may test for them in our lifetime. Amazing possibility. Thank you very much.
(Bifald)
(Applause)