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.
Durant l'année 1919 Un mathématicien allemand quasiment inconnu, du nom de Théodore Kaluza proposa une idée extrêmement audacieuse, et d'une certaine manière, très étrange Il suggéra que notre univers pourrait avoir en réalité plus de dimensions que les trois que nous connaissons tous C'est-à-dire qu'en plus de gauche, droite, en arrière, en avant, et en haut, en bas Kaluza suggéra qu'il pourrait y avoir des dimensions supplémentaires dans l'espace que pour une raison quelconque nous ne voyons pas encore Bon, quand quelqu'un émet une idée audacieuse et étrange parfois c'est tout ce que c'est: audacieux et étrange mais ça n'a rien à voir avec le monde qui nous entoure Cette idée en particulier, pourtant bien qu'on ne sache pas encore si elle juste ou fausse et à la fin je parlerai des expériences qui, dans quelques années, nous diront peut-être si elle est vraie ou fausse cette idée a eu un impact majeur sur la physique du siècle passé et elle continue à influencer une grande partie de la recherche de pointe.
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.
Et donc j'aimerais vous parler de l'histoire de ces dimensions supplémentaires Alors comment on fait ? Pour commencer il faut faire un peu d'histoire. Retourner en 1907. C'est une année durant laquelle Einstein est auréolé de la découverte de la théorie de la relativité restreinte et il décide de démarrer un nouveau projet pour tenter de comprendre complètement la grande et omniprésente force de la gravité Et à ce moment-là, beaucoup de gens autour de lui pensaient que la question avait déjà été résolue. Newton avait fourni au monde une théorie de la gravitation à la fin du 17è siècle qui fonctionne bien, décrit le mouvement des planètes le mouvement de la Lune, et ainsi de suite le mouvement de pommes apocryphes tombant des arbres sur la tête des gens Tout ça pouvait être décrit d'après le travail de Newton
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.
Mais Einstein se rendit compte que Newton avait oublié quelque chose dans son histoire car Newton lui-même avait écrit que même s'il comprenait comment calculer l'effet de la gravité il avait été incapable d'identifier comment elle fonctionne réellement Comment se fait-il que le Soleil, à 150 millions de km, influence d'une certaine manière le mouvement de la Terre ? Comment le Soleil l'atteint-il à travers l'espace vide et inerte, pour exercer son influence ? Et c'est une tâche à laquelle Einstein s'est attelé pour comprendre comment fonctionne la gravité. Laissez-moi vous montrer ce qu'il a trouvé Donc Einstein a découvert que le medium qui transmet la gravité, c'est l'espace lui-même Voilà l'idée: imaginez que l'espace est un substrat de tout ce qui existe
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.
Einstein dit que l'espace est lisse et plat, si aucune matière n'est présente. Mais si de la matière est présente, comme le Soleil, cela provoque une déformation, une courbe dans la structure de l'espace. Et c'est ça qui transmet la force de la gravité. Même la Terre déforme l'espace autour d'elle Maintenant jetez un oeil à la Lune La Lune reste en orbite, d'après cette théorie, parce qu'elle roule le long d'une vallée dans cet environnement courbé que le Soleil, la Lune et la Terre peuvent tous créer par le simple fait de leur présence Maintenant la vue d'ensemble de tout ça La Terre elle-même est maintenue en orbite parce qu'elle roule le long d'une vallée dans l'environnement qui est courbé du fait de la présence du Soleil Voilà l'idée nouvelle sur le fonctionnement réel de la gravité
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.
Bon, cette idée a été testée en 1919 par des observations astronomiques Ça marche vraiment. Ça décrit les données. Et cela apporta la célébrité à Einstein dans le monde entier Et c'est ce qui a fait réfléchir Kaluza Comme Einstein, il était en quête de ce qu'on appelle une "théorie unifiée" Il s'agit d'une théorie qui serait capable de décrire toutes les forces de la nature à partir d'un ensemble d'idées un ensemble de principes, une équation générale, si vous voulez. Donc Kaluza se dit, "Einstein a réussi à décrire la relativité" "en termes de déformations et de courbes de l'espace" en fait, de l'espace et du temps, pour être plus précis. "Peut-être que je peux faire la même chose avec l'autre force connue" qui était, à l'époque, connue comme la force électromagnétique. On en connaît d'autres aujourd'hui, mais à cette époque c'était la seule autre à laquelle les gens réfléchissaient. Vous savez, la force qui cause l'életricité et l'attraction magnétique, et ainsi de suite
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.
Et donc Kaluza dit, "peut-être que je peux faire la même chose" "et décrire la force électromagnétique en termes de déformations et de courbes" Ça soulève une question: déformations et courbes de quoi ? Einstein avait déjà épuisé l'espace et le temps les déformations et les courbes, pour décrire la gravité Il semblait qu'il n'y avait plus rien à déformer ou courber Donc Kaluza dit, "eh bien, peut-être qu'il y a plus de dimensions de l'espace" Il dit, "si je veux décrire une force supplémentaire" "peut-être que j'ai besoin d'une dimension supplémentaire" Donc il imagina que le monde avait quatre dimensions de l'espace, et non trois, et il imagina que l'électromagnétisme était constitué de déformations et de courbes dans cette quatrième dimension. Maintenant voilà le truc: quand il écrivit les équations décrivant les déformations et les courbes dans un univers avec quatre dimensions d'espace, et non trois, il tomba sur les vieilles équations qu'Einstein avait déjà établies en trois dimensions (celles-là concernaient la gravité) mais il découvrit une équation en plus à cause de la dimension supplémentaire. Et quand il regarda cette équation. Ce n'était autre que l'équation que les scientifiques connaissaient depuis longtemps pour décrire la force électromagnétique Extraordinaire... elle était apparue comme ça. Il était tellement excité lorsqu'il réalisa cela qu'il courut partout dans sa maison en hurlant: "Victoire !" parce qu'il avait trouvé la théorie unifiée.
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.
Manifestement, Kaluza était un homme qui prenait la théorie très au sérieux Et en fait, il... Une anecdote dit que lorsqu'il voulut apprendre à nager il lut un livre, un traité de natation... (Rires) ... et plongea dans l'océan C'est un homme qui jouerait sa vie sur une théorie Maintenant, pour ceux d'entre nous qui ont un petit peu plus de sens pratique, son observation soulève immédiatement deux questions. Numéro un: s'il y a plus de dimensions d'espace, où sont-elles ? On ne semble pas les voir. Et numéro deux: est-ce que cette théorie fonctionne vraiment en détail, quand on essaye de l'appliquer au monde qui nous entoure ? La première question a été résolue en 1926 par un chercheur nommé Oskar Klein. Il suggéra qu'il puisse y avoir deux types de dimensions... il pourrait y avoir les grandes dimensions, faciles à voir, mais il pourrait aussi y avoir des dimension infimes, enroulées enroulées si petites, que bien qu'elles soient tout autour de nous on ne les voit pas.
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.
Laissez-moi vous montrer ça visuellement Donc imaginez que vous regardez quelque chose comme un cable portant un feu de circulation. C'est à Manhattan. Vous êtes dans Central Park (ça n'est pas très important) mais le cable a l'air d'être en une dimension d'un point de vue éloigné pourtant vous et moi savons tous qu'il a une certaine épaisseur. Cela dit c'est très dur de le voir, de loin. Mais si on fait un zoom et que l'on prend le point de vue de, mettons, une petite fourmi qui se promène... les petites fourmis sont si petites qu'elles ont accès à toutes les dimensions la longueur mais aussi cette dimension, dans et contre le sens des aiguilles d'une montre Et j'espère que vous appréciez tout ça Ça a pris tellement de temps de faire faire ça à ces fourmis
(Laughter)
(Rires)
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 --
Mais ça illustre le fait que les dimensions peuvent être de deux types: grandes et petites. Et l'idée que peut-être les grandes dimensions autour de nous sont celles qu'on peut facilement voir, mais qu'il pourrait y avoir des dimensions supplémentaires, enroulées, un peu comme la partie circulaire de ce cable si petites qu'elles sont restées invisibles jusqu'à maintenant. Je vais vous montrer à quoi ça ressemblerait. Si on jette un œil, disons, à l'espace lui-même... Bien sur, je ne peux montrer que deux dimensions sur un écran. Certains d'entre vous corrigeront ça un jour, mais tout ce qui n'est pas plat sur l'écran est une nouvelle dimension on rapetisse encore, et encore, et encore et tout en bas dans les profondeurs microscopiques de l'espace lui-même voilà l'idée: on pourrait avoir des dimensions supplémentaires enroulées.
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?
Là on a la forme d'un petit cercle, si petites qu'on ne les voit pas. Mais si vous étiez une petite fourmi ultra microscopique en balade vous pourriez marcher dans les grandes dimensions que l'on connaît tous (c'est la partie quadrillée) mais vous auriez aussi accès aux infimes dimensions enroulées qui sont si petites qu'on ne peut les voir à l'œil nu ou même avec aucun de nos instruments les plus fins. Mais profondément enfouies dans la structure de l'espace lui-même, l'idée est qu'il pourrait y avoir d'autres dimensions, comme on le voit ici. Voilà une explication sur la façon dont l'univers pourrait avoir plus de dimensions que celles qu'on voit. Mais qu'en est-il de la deuxième question que j'ai posée: est-ce que la théorie marche vraiment quand on essaye de l'appliquer au monde réel ?
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.
Eh bien il s'avère qu'Einstein et Kaluza et beaucoup d'autres ont essayé d'affiner cette structure et de l'appliquer à la physique de l'univers telle qu'on la comprenait à l'époque, et en détail ça ne fonctionnait pas. En détail, par exemple, ils n'arrivaient pas à ce que la masse de l'électron s'intègre correctement dans la théorie. Énormément de gens travaillèrent dessus, mais dans les années 40, de façon sure dans les années 50, cette idée étrange mais tout à fait fascinante sur la manière d'unifier les lois de la physique avait disparu. Jusqu'à ce que quelque chose d'extraordinaire se produise à notre époque. A notre époque, une nouvelle approche pour unifier les lois de la physique est suivie par des physiciens comme moi, et beaucoup d'autres dans le monde, ça s'appelle la Théorie des Supercordes, comme vous le disiez. Et ce qu'il y a d'extraordinaire c'est que la théorie des supercordes n'a rien à voir à première vue avec cette idée de dimensions supplémentaires, mais lorsque l'on étudie la théorie des supercordes on s'aperçoit qu'elle ressuscite l'idée dans une nouvelle forme éclatante.
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.
Je vais vous expliquer comment ça se passe. La théorie des supercordes: qu'est-ce que c'est ? Eh bien c'est une théorie qui tente de répondre à la question: quels sont les éléments basiques, fondamentaux, indivisibles, insécables qui constituent tout ce qui nous entoure dans le monde ? Voilà l'idée. Imaginez qu'on regarde un objet courant, juste une bougie dans un bougeoir, et imaginez qu'on veuille savoir de quoi il est fait. Alors on fait un voyage au plus profond de l'objet et on examine ses constituants. Et donc très profond... on sait tous que si on va suffisamment loin, on trouve les atomes. On sait aussi tous que les atomes ne sont pas la fin du voyage. Ils ont des petits électrons qui grouillent autour d'un noyau central avec des neutrons et des protons. Même les neutrons et les protons contiennent des particules plus petites appelées quarks C'est là que les idées conventionnelles s'arrêtent.
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.
Voici l'idée nouvelle de la théorie des cordes. Au plus profond de n'importe laquelle de ces particules, il y a autre chose. Cette autre chose, c'est ce filament d'énergie qui danse. Ça ressemble à une corde qui vibre c'est de là que vient l'idée de théorie des cordes Et de la même manière que les cordes en vibration que vous venez de voir sur un violoncelle peuvent vibrer selon différents schémas, celles-ci peuvent aussi vibrer selon différents schémas. Elles ne produisent pas différentes notes de musique. En revanche, elles produisent les différentes particules qui constituent le monde qui nous entoure. Donc si ces idées-là sont correctes, voici à quoi le paysage ultra-microscopique de l'univers ressemble. Il est constitué d'un très grand nombre de ces minuscules filaments d'énergie en vibration qui vibrent à différentes fréquences. Les différentes fréquences produisent différentes particules. Les différentes particules sont responsables de toute la richesse du monde qui nous entoure.
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.
Et là vous voyez l'unification, parce que les particules de matière, électrons et quarks, les particules de radiation, photons, gravitons, sont tous construits à partir d'une entité. Donc la matière et les forces de la nature sont toutes réunies sous la rubrique des cordes en vibration. Et c'est ça que l'on entend par théorie unifiée. Maintenant voilà où est le piège. Quand on étudie les mathématiques de la théorie des cordes, on découvre que ça ne marche aps dans un univers qui n'a que trois dimensions d'espace. Ça ne marche pas dans un univers à quatre dimensions d'espace, ni à cinq, ni à six. Finalement, on peut étudier les équations, et montrer que ça ne marche que dans un univers qui a dix dimensions d'espace et une dimension de temps. Ça nous ramène directement à l'idée de Kaluza et Klein selon laquelle notre monde, quand il est correctement décrit, a plus de dimensions que celles que l'on voit.
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.
Maintenant vous pouvez réfléchir à tout ça et vous dire, bon, "OK, vous savez, s'il y a des dimensions supplémentaires, et qu'elles sont vraiment enroulées très serrées, d'accord, peut-être qu'on ne les verra pas si elles sont suffisamment petites. Mais s'il y a une minuscule civilisation de petits hommes verts qui se baladent là-dessous et qu'ils sont suffisamment petits, on ne les verra pas non plus, et c'est vrai. L'une des autres prédictions de la théorie des cordes... non, ce n'est pas une des autres prédictions de la théorie des cordes
(Laughter)
(Rires)
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.
Mais cela soulève la question: est-ce qu'on essaye juste de cacher ces dimensions supplémentaires, ou est-ce qu'elles nous apprennent quelque chose sur le monde ? Dans le temps qu'il reste, j'aimerais vous parler de deux de leurs caractéristiques. La première, c'est que nombre d'entre nous croient que ces dimensions supplémentaires détiennent la réponse à ce qui est peut-être la question la plus profonde en physique théorique, en théorie des sciences. Et cette question c'est: quand on observe le monde comme les scientifiques l'ont fait ces cent dernières années, il semble y avoir environ 20 nombres qui décrivent vraiment notre univers. Ce sont des nombres comme la masse des particules, comme les électrons et les quarks, la puissance de la gravité, la puissance de la force électromagnétique... une liste d'environ 20 nombres qui ont été mesurés avec une précision incroyable, mais personne ne peut expliquer pourquoi ces nombres ont les valeurs particulières qu'ils ont.
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.
Maintenant, est-ce que la théorie des cordes apporte une réponse ? Pas encore. Mais on pense que la raison pour laquelle ces nombres ont les valeurs qu'ils ont dépend peut-être de la forme de ces dimensions. Et ce qui est extraordinaire, c'est que si ces nombres avaient n'importe quelles autres valeurs que celles qu'on connaît, l'univers, tel qu'on le connaît, n'existerait pas. C'est une question profonde. Pourquoi ces nombres sont-ils si finement réglés qu'ils permettent aux étoiles de briller et aux planètes de se former alors qu'on sait que si l'on trafique ces nombres... si j'avais 20 cadrans ici et que je vous laissais venir et bidouiller ces nombres, presque tous les bidouillages feraient disparaître l'univers. Alors peut-on expliquer ces 20 nombres ? Et la théorie des cordes suggère que ces 20 nombres ont quelque chose à voir avec les dimensions supplémentaires. Je vais vous montrer comment. Donc quand on parle des dimensions supplémentaires en théorie des cordes, ce n'est pas une dimension supplémentaire, comme d'après les vieilles idées de Kaluza et Klein. Voici ce que dit la théorie des cordes à propos des dimensions supplémentaires. Elles ont une géométrie entremêlée très complexe.
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?
Ceci est un exemple de ce qu'on appelle une forme de Calabi-Yau... le nom n'est pas très important. Mais comme vous pouvez le voir, les dimensions supplémentaires se replient sur elles-mêmes et elles s'emmêlent dans une forme, une structure très intéressante. et l'idée, c'est que si les dimensions supplémentaires ressemblent à ça, alors le paysage microscopique de notre univers, tout autour de nous, ressemblerait à ça à une échelle microscopique. Quand vous balancez votre main, vous déplaceriez ces dimensions supplémentaires encore et encore, mais elles sont si petites qu'on ne le saurait pas. Mais quelle est l'implication physique, néanmoins, concernant ces 20 nombres ?
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.
Pensez à ça, si vous regardez cet instrument, un cor français, vous notez que les vibrations des courants d'air sont influencées par la forme de l'instrument. Maintenant en théorie des cordes, tous les nombres sont les reflets de la façon dont les cordes peuvent vibrer. Ainsi de même que ces courants d'air sont affectés par les coudes et les virages de l'instrument, les cordes elles-mêmes seront affectées par les schémas de vibration dans la géométrie au sein de laquelle elles se déplacent. Donc je vais ajouter quelques cordes à cette histoire. Et si vous regardez ces petits trucs vibrer dans tous les sens... ils vont arriver dans une seconde - voilà, remarquez que la façon dont ils vibrent est affectée par la géométrie des dimensions supplémentaires.
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.
Donc si on savait exactement à quoi ressemblent les dimensions supplémentaires (on ne sait pas encore, mais si on savait) nous devrions être capable de calculer les notes qui sont possibles, les schémas de vibration possibles. Et si on pouvait calculer les schémas de vibration possibles, on devrait pouvoir calculer ces 20 nombres. Et si la réponse que l'on obtient par nos calculs correspond aux valeurs de ces nombres qui ont été déterminées par des expérimentations précises et détaillées, ce serait de bien des manières la première explication fondamentale de pourquoi la structure de l'univers est tel qu'elle est. Maintenant le deuxième problème avec lequel je voudrais conclure est: comment pourrions-nous tester l'existence de ces dimensions supplémentaires plus directement ? Est-ce que c'est juste une structure mathématique intéressante qui pourrait expliquer certaines caractéristiques du monde jusque-là inexpliquées, ou peut-on véritablement tester l'existence de ces dimensions supplémentaires ? Et on pense (et ça c'est, je trouve, tout à fait passionnant) que dans les cinq prochaines années à peu près, on sera peut-être capable de tester l'existence de ces dimensions supplémentaires.
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.
Voilà comment ça marche. Au CERN, à Genève, en Suisse, on est en train de construire une machine appelée Grand Collisionneur de Hadrons. C'est une machine qui enverra des particules le long d'un tunnel, en direction opposée, quasiment à la vitesse de la lumière. De temps à autre ces particules seront dirigées les unes contre les autres, pour qu'il y ait une collision frontale. L'espoir, c'est que si la collision a suffisamment d'énergie, elle puisse éjecter certains des débris de la collision de nos dimensions, les forçant à entrer dans les autres dimensions. Comment est-ce qu'on le saura ? Eh bien, on mesurera la quantité d'énergie après la collision, on la comparera à la quantité d'énergie avant, et s'il y a moins d'énergie après la collision qu'avant, Ce sera la preuve que l'énergie s'est égarée. Et si elle s'égare d'après le bon schéma que l'on peut calculer, ce sera la preuve que les dimensions supplémentaires sont là.
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.
Laissez-moi vous montrer cette idée visuellement. Donc imaginez qu'on ait un certain type de particule appelée graviton... c'est le genre de débris que l'on s'attend à voir éjecté si les dimensions supplémentaires existent. Mais voilà comment va se dérouler l'expérience. Vous prenez ces particules, vous les cognez l'une contre l'autre. Vous les cognez l'une contre l'autre, et si on a raison, une partie de l'énergie de cette collision ira dans des débris qui s'échappent dans ces dimensions supplémentaires. Donc c'est le genre d'expériences que l'on étudiera dans les cinq, sept ou peut-être dix années à venir. Et si l'expérience porte ses fruits, si l'on voit ce genre de particule être expulsé en remarquant qu'il y a moins d'énergie dans nos dimensions que lorsqu'on a commencé, cela montrera que les dimensions supplémentaires sont réelles.
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.
Et pour moi c'est une histoire véritablement étonnante, et une opportunité exceptionnelle. Si on revient à Newton avec l'espace absolu... ça ne fournissait rien d'autre qu'un stade, une scène sur laquelle les événements de l'univers prenaient place. Einstein débarque et dit, en fait, l'espace et le temps peuvent se déformer et se courber, c'est ça la gravité. Et là la théorie des cordes débarque et dit, oui, la gravité, la mécanique quantique, l'électromagnétisme... tous réunis dans un seul ensemble, mais seulement si l'univers a plus de dimensions que celles qu'on voit Et c'est une expérience qui pourrait tester leur existence de notre vivant. Une possibilité incroyable. Merci beaucoup.
(Applause)
(Applaudissements)