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.
1919-ben egy gyakorlatilag ismeretlen német matematikus, Theodor Kaluza egy nagyon merész és bizonyos szempontból nagyon furcsa ötlettel állt elő. Azt indítványozta hogy a Világmindenség valójában nem csak azzal a három dimenzióval rendelkezik, mint amiről tudomásunk van. A balra-jobbra, hátra-előre és a fel-le mellett Kaluza azt feltételezte, hogy további térdimenziók is létezhetnek, melyeket valamilyen okból nem vagyunk képesek érzékelni. Nos, ha valaki előáll egy merész és furcsa ötlettel, akkor az néha nem is több mint egy merész és furcsa ötlet, de semmi köze a minket körülvevő valósághoz. Ez a bizonyos ötlet azonban, bár még nem tudjuk hogy helyes vagy helytelen-e, - és az előadás végén beszélek néhány kísérletről, melyek a következő években esetlegesen eldönthetik hogy az ötlet helyes vagy helytelen-e - ez az ötlet nagy befolyással volt a utobbi évszázad fizikatudományára és még manapság is forrása számtalan élvonalbeli kutatásnak.
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.
Így hát szeretnék egy kicsit mesélni ezen extradimenziók történetéről. Hol is kezdjem? Hogy elkezdhessük kell egy kis háttérismeret. Menjünk 1907-be. Ez az az év, mikor Einstein dicsfényben fürdik a speciális relativitáselmélet felfedezése miatt, és elhatározza hogy új fába vágja a fejszéjét -- megpróbálja megérteni a gravitáció hatalmas, mindent átfogó erejét. Abban az időszakban sok olyan ember volt aki úgy gondolta hogy a feladat már eleve megoldottnak tekinthető. Newton már megajándékozta a világot a korai 1600-as években a gravitációelmélettel mely jól működik, leírja a bolygók mozgását, a Hold mozgását és így tovább, valamint kétségbevonható almák leesését fákról, emberek fejét találva el. Mindez megmagyarázható Newton munkájának felhasználásával.
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.
De Einstein rájött hogy Newton kihagyott valamit a történetből, hiszen még Newton is elismerte hogy bár rájött hogyan számítsa ki a gravitáció hatását, arra nem volt képes, hogy rájöjjön igazából hogyan is működik. Hogyan lehetséges az, hogy a 93 millió mérföldnyire lévő Nap valahogy befolyásolja a Föld mozgását? Hogyan lehetséges az hogy a Nap áthidalja az üres, közömbös teret és valahogyan hatást fejt ki? Einstein a következő feladatot tűzte ki maga elé: rájönni hogy a gravitáció miként is működik. Hadd mutassam meg hogy mire jött rá. Einstein rájött, hogy maga az űr az a közeg mely a gravitációt közvetíti. Az ötlet a következő: képzeljük el hogy az űr az alapja mindennek.
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 szerint az űr sima és sík, jelenlévő anyag hiányában. De ha anyag is van a környezetben, mint például a Nap, akkor ez az űr szövetének vetemedését, görbülését okozza. És ez közvetíti a gravitációs erőt. Még a Föld is meggörbíti a teret maga körül. Most nézzék a Holdat! A Hold azon oknál fogva marad pályán, mert mintegy a mélyedes falán gördül a görbült környezetben melyet a Nap és a Hold valamint a Föld hoznak létre puszta jelenlétükkel. Nézzük meg a teljes képet. A Föld azért marad pályán mert a mélyedés falán gördül végig a görbült környezetben, melyet a Nap jelenléte hoz létre. Ez a gravitáció működését magyarázó új elmélet.
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.
Nos, ezt az elméletet 1919-ben csillagászati megfigyelések útján bizonyították. Tényleg működik. Leírja az észlelt adatokat. Ez pedig világhírűvé tette Einsteint. Ez gondolkodásra késztette Kaluzát. Kaluza, Einstenhez hasonlóan, egy elméleten dolgozott amit mi "egyesített elmélet" - nek hívunk. Ez egy elmélet ami megmagyarázhatja az összes természeti erőt egy maréknyi ötletből, egy maréknyi alapelvből, egy mesteregyenletből kiindulva, ha úgy tetszik. Igy hát Kaluza azt mondta magában, Einsteinnek sikerült leírnia a gravitációt a tér vetemedései és görbületei alapján-- Igazából a tér és idő vetemedései alapján, hogy pontosak legyünk. Talán eljátszhatom ugyanezt a másik ismert erővel melyet abban az időben elektromágneses erőként ismertek-- mi más erőket is ismerünk manapság, de akkoriban ez volt az egyetlen további erő melyről az embereknek tudomása volt. Tudják, az az erő, ami az elektromosságért és a mágneses vonzásért felel, stb.
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.
Kaluza azt mondta, talán megismételheti ugyanezt a játékot és leírhatja az elektromágneses erőt vetemedések és görbületek alapján. Ez felvetette a következő kérdést: minek a vetemedései és görbületei? Einstein már felhasználta a teret és az időt, a vetemedéseket és görbületeket hogy leírja a gravitációt. Nem úgy tünt hogy más is vetemedne vagy görbülne. Kaluza azt mondta, rendben, talán a térnek több dimenziója is létezhet. Azt mondta: ha le akarok írni egy további erőt talán egy további dimenzióra van szükségem. Tehát azt feltételezte hogy négy - nem három térdimenzió - létezik és az elektromágnesesség abban a negyedik térdimenzióban történő vetemedések és görbülések útján létezik. És itt ugrik a majom a vízbe: amikor felvázolta az egyenleteket melyek leírják a vetemedéseket és görbületeket egy négy- és nem háromdimenziós Világegyetemre vonatkoztatva, szembetalálkozott azokkal a régen ismert egyenletekkel, melyeket Einstein a három térdimenzióra vezetett le, azokkal melyek a gravitaciót írják le-- de Kaluza a negyedik térdimenzió figyelembevétele miatt egy további egyenletet is talált. És amikor megvizsgálta ezt az egyenletet, rájött hogy az nem más, mint az az egyenlet, melyet a tudósok régóta az elektromágnesesség leírására használtak. Bámulatos -- egyszerűen előkerült. Annyira lázba jött a felismeréstől, hogy körbefutotta a házát azt kiabálva hogy "Győzelem!" -- mivel megtalálta az egyesített elméletet.
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.
Egyértelmű hogy Kaluza nagyon komolyan vette az elméleteket. Tény, hogy létezik egy törtenet arról hogy amikor meg akart tanulni úszni: elolvasott egy könyvet mely az úszást tárgyalta (nevetés) --aztán belevetette magát az óceánba. Ez az ember elméletekre bízta az életét. Nos, azokban közülünk akik kicsit gyakorlatiasabban gondolkodnak azonnal két kérdés merül fel. Egy: ha több térdimenzió létezik, akkor hol vannak ezek? Nem látjuk őket. Kettő: részleteiben is működik-e ez az elmélet, ha alkalmazzuk a körülöttünk lévő világra? Nos, az első kérdés 1926-ban került megválaszolásra egy Oscar Klein nevű kolléga által. Azt javasolta hogy a dimenzióknak két fajtája létezhet -- létezhetnek nagy, könnyen érzekelhető dimenziók és parányi feltekeredett dimenziók, Annyira feltekeredett dimenziók, hogy hiába vesznek körül minket nem vagyunk képesek érzékelni őket.
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.
Hadd szemléltessem. Képzeljék el hogy megfigyelnek valamit, olyasmit mint egy kábelt mely egy közlekedési lámpát tart. Manhattan-ben, a Central Park-ban vagyunk - ez most igazábol lényegtelen -- és ez a kábel egydimenziósnak néz ki a távolból, de mindannyian tisztában vagyunk vele hogy van némi vastagsága. Bár nagyon nehezen kivehető messziről. Ha azonban közelítünk hozzá és más szemszögből nézzük, mondjuk egy parányi rohangáló hangyáéból -- a hangyák annyira kicsik hogy hozzáférnek az összes dimenzióhoz -- a hosszúság dimenziójához, de az óra járásával megegyező és ellentétes irányú dimenzióihoz is. Remélem értékelik ezt. Nagyon sok időt vett igénybe rávenni erre a hangyákat.
(Laughter)
(Nevetés)
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 --
Ez a példa azonban szemlélteti hogy két fajta dimenzió létezhet, nagy és parányi. Továbbá azt hogy a nagy dimenziók lehetnek azok melyeket könnyen észlelhetünk, de létezhetnek további feltekeredett dimenziók, hasonlóan a kábel körkörös részéhez, melyek olyan parányiak hogy ezeddig láthatatlanok maradtak. Hadd mutassam meg hogy hogyan is képzeljük ezt el. Ha megvizsgáljuk magát a teret -- Természetesen csak két dimenzióban mutathatom a képernyőn. Valamelykőtök ezt is megoldja a jövőben, de minden ami nem sík egy képernyőn az egy újabb dimenzió, kicsinyítünk, még jobban, még jobban, es megérkezünk az tér mikroszkópikus mélységeibe -- az ötlet a következő: létezhetnek parányi feltekeredett dimenziók.
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?
Íme egy kis köralak -- annyira parányi hogy nem érzékeljük. Ha azonban kis mirkroszkópikus hangyák lennénk akkor mozoghatnánk az ismert nagy dimenziókban-- melyet a négyzetrácsos terület jelképez,-- de eppúgy haladhatnánk az apró, feltekeredett dimenzióban, ami annyira parányi hogy nem láthatjuk szabad szemmel, és még legkifinomultabb műszereinkkel sem. De mélyen beleágyazva az tér szövetébe több dimenzió is létezhet mint amit érzékelünk. Nos, ez egy magyarazat arra hogy hogyan létezhet több dimenzió - mint amiket érzékelünk - az Univerzumban. Mi van a másik kérdéssel amit feltettem: tényleg működik ez az elmélet ha megpróbáljuk alkalmazni a valós világra?
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.
Nos, kiderült hogy mikor Einstein, Kaluza és sokan mások azon dolgoztak hogy finomítsanak az alapötleten és az Univerzum fizikájára alkalmazzák - ahogyan azt akkoriban értelmezték -, részleteiben nem működött ez az elmélet. Részletesen, például nem tudták az elektron tömegét ezen elmélet alapján helyesen levezetni. Sokan dolgoztak rajta, de a negyvenes- és bizonyosan az ötvenes években ez a furcsa de lenyűgöző ötlet a természeti törvények egyesítéséről felejtésbe merült. Amíg valami csodalatos dolog történt a mi korunkban. Manapság az egyesített elmélet új megközelítését keresik a hozzám hasonló fizikusok, és sokan mások világszerte, Szuperhúrelméletnek hívják, mint ahogyan már sejthették. A csodálatos dolog a szuperhúrelméletben az, hogy első látásra semmi köze további dimenziókhoz, de ha tanulmányozzuk a szuperhúrelméletet rájövünk hogy felkarolja a több dimenzió ötletét egy új, üditő formában.
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.
Hadd magyarázzam el hogyan is működik. Mi is az a szuperhúrelmélet? Nos, ez egy elmélet mely választ keres a következő kérdésre: mik azok az alapvető, láthatatlan, oszthatatlan alkotóelemek, melyek felépítik a körulöttünk lévo világot? Az ötlet a következő: Képzeljük el hogy egy hétköznapi tárgyat szemlélünk, egy gyergyát a gyertyatartóban, és meg szeretnénk tudni hogy miből áll. Így hát útnak indulunk mélyen a tárgy belsejébe és megvizsgáljuk az összetevőit. Annyira mélyre --mindannyian tudjuk hogy ha eléggé mélyre jutunk atomokkal találkozunk. Azt is tudjuk hogy az atomok nem az út végét jelentik. Parányi elektronok raja veszi körül az atommagokat, amik neutronokból es protonokbol állnak. Még a neutronok és protonok is kisebb részecskékből állnak össze, amiket kvarkoknak hívunk. Itt ér véget a hagyományos elmélet.
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.
Íme a húrelmélet új ötlete. Mindezen részecskék mélyén van valami más is. Ez a valami egy táncoló energiaszál. Úgy néz ki mint egy vibráló húr -- innen származik a húrelmélet elnevezés. Hasonlóan egy cselló vibráló húrjaihoz, amik különböző minta szerint képesek vibrálni, a húrok is ugyanúgy képesek különböző minta szerint vibrálni. Nem képeznek különböző hangjegyeket. Inkább különböző részecskéket hoznak létre, melyek a körülöttünk létező világ alapjai. Ha ezek az ötlek helyesek, akkor mikroszkópikus szinten az Világegyetem így nézne ki. Nagyszámú parányi táncoló energiaszálból áll, melyek különböző frekvenciákon rezegnek. A különböző frekvenciák képezik a különböző részecskéket. Az így létrehozott részecskék felelősek a körülöttünk létező világ gazdagságáért.
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.
Ezt értjük egyesítés alatt, mert az anyagi részecskék, elektronok és kvarkok, sugárrészecskék, fotonok, gravitonok és minden természeti erő ugyanazon alapegységből áll. Tehát az anyagi részecskék és a természeti erők mind a vibráló húrok ötletének fedele alatt egyesülnek. Ezt értjük egyesített elmélet alatt. És itt van a kutya elásva: Ha tanulmányozzuk a húrelmélet matematikáját azt látjuk hogy nem működik egy olyan Univerzumban melyben csak 3 térdimenzió létezik. Nem működik négydimenziós, sem ötdimenziós, sem hatdimenziós Univerzumban. Ha tanulmányozzuk az egyenleteket, rájövünk hogy csak tíz térdimenziós, és egy idődimenziós világegyetemben működik. Visszatérünk Kaluza és Klein ötletéhez-- a világ, megfelelő módon ábrázolva, több dimenzióval rendelkezik mint amennyit érzékelünk.
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.
Elgondolkodva ezen azt mondhatják: nos, rendben, ha léteznek további dimenziók és tényleg parányiak és felcsavarodottak, talán tényleg nem láthatjuk őket ha elég kicsik. No de ha létezik egy pindurka zöld emberkékből álló civilizáció és lekicsinyítjük őket annyira hogy nem láthatjuk őket, az is ugyanúgy igaz lehet. Ez a húrelmélet másik előrejelzése-- nem, ez nem tartozik a húrelmélet előrejelzései közé.
(Laughter)
(Nevetés)
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.
De felveti a kérdést: csak megpróbáljuk elrejteni ezeket a további dimenziókat, vagy levezethetünk belőlük valamit a valóságról. A hátralévő időt szeretnem arra felhasználni hogy bemutassam az extradimenzók két jellegzetességét. Az első, hogy sokan közülünk hisznek abban hogy ezek az extradimenziók képesek megmagyarázni a talán legalapvetőbb kérdést amire azt elméleti fizika és a tudomány választ keresnek. A kérdés a következő: ha megvizsgáljuk a körülöttünk létező világot, ahogy azt a tudósok tették az elmúlt néhány 100 évben, akkor feltűnik hogy létezik kb. 20 szám, melyek ténylegesen leírják az Univerzum tulajdonságait. Ezek a számok, mint például a részecskék tömege, olyanoké mint az elektronok és quarkok, vagy a gravitáció erőssége, az elektromágneses erő erőssége -- kb. 20 olyan szám melyeket hihetetlen pontosságal határoztak meg, de senki nem tudja megmagyarázni hogy ezek a számok miért pontosan ezeket az értékeket veszik fel.
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.
Nos, a húrelmélelet tartogat erre a kérdésre valamilyen magyarázatot? Még nem. Azonban úgy gondoljuk hogy ezek a számok azért veszik fel a rájuk jellemző értékeket, mert az extradimenziók alakja formálja őket. A legcsodálatosabb az, hogy ha ezek a számok más értékeket vennének fel mint amiket valójában felvesznek, az általunk ismert Univerzum nem létezhetne. Ez egy alapvető kérdés. Miért ennyire finomhangoltak ezek a számok, annak érdekeben hogy ragyoghassanak a csillagok és bolygók formálódhassanak? Ha belegondolunk hogy eljátszva ezekkel a számokkal -- - mondjuk ha rendelkeznék 20 tárcsával es hagynám hogy tetszés szerint babráljanak a számokkal, majdnem minden változtatás a Világegyetem eltünését okozná. Szóval meg tudjuk magyarázni ezt a 20 számot? A húrelmélet szerint ennek a 20 számnak köze van az extradimenziókhoz. Nézzük meg hogyan! Ha extradimenzióról beszélünk a húrelmélet kapcsán, akkor nem csak egy dimenzióról van szó, mint Kaluza és Klein elmélete esetében. A húrelmélet szerint a további dimenziók eképp néznek ki: Nagyon bonyolult és átszőtt alakjuk van.
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?
Íme egy példa valamire, amit mi Calabi-Yau formának nevezünk - Az elnevezés most nem lényeges. Amint láthatják az extradimenziók önmagukba hajlanak és érdekes alakban, struktúrában szövik át egymást. A lényeg az hogy ha az extradimenziók így néznek ki, akkor a minket körülvevő Univerzum mikroszópikus szinten hasonlóképpen nézne ki. Ha meglendítjük a karunkat, akkor ezen extradimenziók mentén mozog újra meg újra, de ezek annyira parányiak hogy észre sem vesszük őket. Mi lehet ennek a felismerésnek a fizikai kihatása a 20 számra?
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.
Gondoljanak bele. Ha megnézik ezt a hangszert, egy kürtöt, akkor láthatják hogy a levegőáramlat rezgései a hangszer alakjátol függenek. A húrelmélet esetében pedig az összes szám a húrok vibrálásának tükröződése. Mint ahogyan a levegőáramlatokra hatással vannak a hangszer fordulatai és kanyarulatai, ugyanúgy a húrokat a vibráló geometriai minták befolyásolják, amelyekben mozognak. Hadd adjak hozzá a történethez néhany húrt. Ha megnézik hogy kis pajtásaink hogyan vibrálnak -- megjelennek mindjárt -- már ott is vannak, figyeljék meg hogy a vibrálásukat befolyásolja az extradimenziók geometriája.
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.
Ha tehát pontosan tudnánk hogy hogyan néznek ki az extradimenziók -- még nem tudjuk, de ha tudnánk -- képesek lennénk kiszámolni a lehetséges hangjegyeket, a lehetséges rezgési mintákat. Ha pedig ki tudnánk számolni a lehetséges rezgési mintákat, akkor képesnek kell lennünk arra, hogy kiszámoljuk a 20 számot. Ha pedig az eredmény amit kapunk egybeesik azon számok értékeivel, melyeket már meghatároztak részletes és pontos kísérletekkel, az sok szempontból az első és alapvető magyarázata lenne annak hogy miért is olyan az Univerzum szerkezete, amilyen. Nos, a második kérdés, mellyel be is fejezném, a következő: hogyan tudnánk közvetlenül bizonyítani ezen további dimenziók létezését? Több-e ez az elmélet mint egy érdekes matematikai építmény mely képes lehet megmagyarázni a világ néhány előtte megmagyarázhatatlan tulajdonságát, vagy ténylegesen be tudjuk bizonyítani az extradimenziók létezését? Mi azt gondoljuk -- és úgy hiszem ez egy nagyon izgalmas dolog -- hogy a következő kb. öt évben be tudjuk bizonyítani ezeknek az extradimenzióknak a létezését.
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.
A következőképpen fogjuk bebizonyítani: a svájci Genfben található CERN kutatóintézetben egy Large Hadron Colider nevű szerkezetet építenek. Ebben a gépben részecskéket küldenek egy alagúton át egymással ellenkező irányban, megközelítőleg fénysebességgel. Néha ezeket a részecskéket ütközőpályára állítják, hogy aztán frontálisan ütköznek. Abban reménykedünk, hogy az ütközésnek elég energiája lesz ahoz, hogy az ütközés közben keletkezett törmelékből kilökődjön valamennyi a mi dimenzióinkból, rákényszerülve hogy más dimenziókba távozzon. Hogyan fogjuk ezt észlelni? Nos, megmérjük az ütközés utáni energiamennyiséget, összehasonlítjuk az ütközés előttivel, és ha kevesebb az energia mint az ütközés előtt, ez azt bizonyítja hogy az energia távozott. Ha pedig abban a megfelelő mintában távozik mint amit előtte már ki tudtunk számolni, akkor ez bizonyítani fogja hogy léteznek extradimenziók.
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.
Hadd mutassam meg hogyan néz ki. Képzeljenek el egy bizonyos részecskét melyet gravitonnak hívunk -- ilyen részecskére számítunk távozó törmelékként, ha az extradimenziók tényleg léteznek. Lássuk hogy néz ki a kísérlet. Fogjuk ezeket a részecskéket és összeütköztetjük. Összeütköztetjük, és ha igazunk van, az ütközés energiájának egy része törmelék formájában jelenik meg, mely eltávozik az extra dimenziókba. Ilyen típusú kísérletre várunk a következő 5-10 évben. Ha pedig ez a kísérlet sikerül, ha észleljük hogy ez a részecske kilökődik érzékelve hogy kevesebb energia van a mi dimenziónkban mint amikor elkezdtük a kísérlelet, akkor az bizonyítani fogja hogy az extradimenziók valóban léteznek.
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.
Számomra ez egy igen figyelemreméltó történet, és egy figyelemreméltó lehetőség. Visszatekintve Newton abszolút terére -- mely csak egy aréna, egy színpad, melyben az Univerzum eseményei zajlanak. Aztán megjelenik Einstein és azt mondja hogy az űr vetemedik és görbül, és ez a gravitáció. Most pedig megjelenik a húrelmélet és azt állítja hogy képes a gravitációt, a kvantummechanikát és az elektromágnesességet egybegyúrni egy csomaggá, de csak akkor ha az Univerzum több dimenzióval rendelkezik mint amennyit érzékelünk. Ez a kísérlet pedig bebizonyíthatja mindezt még a mi életünk folyamán. Lenyűgöző lehetőség. Nagyon köszönöm a figyelmüket.
(Applause)
(Taps)