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.
Nel 1919, Theodor Kaluza, un matematico Tedesco quasi sconosciuto, propose un'ardita quanto bizzarra teoria. Avanzò infatti l'ipotesi che il nostro Universo potesse avere in realtà più dimensioni rispetto alle tre che noi tutti conosciamo. In aggiunta a sinistra/destra, dietro/davanti e sopra/sotto, Kaluza teorizzò che potessero esserci ulteriori dimensioni dello spazio che per qualche ragione non riusciamo ancora a vedere. Ora, quando uno propone una teoria ardita e bizzarra, di solito é solo questo: una teoria ardita e bizzarra, che nulla ha a che fare col mondo che ci circonda. Ma questa teoria in particolare, benché ancora non si sappia se è giusta o sbagliata, (e verso la fine vi spiegherò gli esperimenti che, nei prossimi anni, potrebbero dirci se è giusta o sbagliata) ha avuto un grosso impatto sui fisici in questo ultimo secolo e continua ad ispirare numerose ricerche all'avanguardia.
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.
Vorrei dunque raccontarvi qualcosa sulla storia di queste dimensioni aggiuntive. Da dove cominciamo? Per iniziare, ci servono un paio di nozioni di base. Andiamo al 1907. In quell'anno, Einstein si godeva la fama conquistata scoprendo la Teoria della Relatività e decideva di cominciare un nuovo progetto, ossia cercare di comprendere appieno la potente e pervasiva forza di gravità. E a quel tempo, erano in molti a credere che quel progetto fosse già stato concluso. Newton aveva donato al mondo una teoria della gravità alla fine del XVII secolo che funzionava bene, descrivendo il moto dei pianeti, il moto della luna ed anche la storia delle mele che cadono dagli alberi colpendo le persone in testa. Tutto ciò poteva essere descritto usando la teoria di 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.
Ma Einstein si accorse che Newton aveva tralasciato qualcosa, poiché anche Newton stesso scrisse che nonostante avesse capito come calcolare l'effetto della gravità, non era stato in grado di capire come realmente funzionasse. Com'è possibile che il Sole, distante 93 milioni di miglia, riesca a influenzare il moto della Terra? Come riesce il Sole ad estendere la sua influenza attraverso lo spazio vuoto e inerte? Fu l'obiettivo che Einstein si prefisse, capire come funziona la gravità. E lasciate che vi mostri cosa scoprì. Einstein scoprì che il mezzo che trasmette la gravità è lo spazio stesso. L'idea é questa: immaginate lo spazio come un substrato di tutto ciò che esiste.
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 disse che lo spazio, in assenza di materia, è come una tavola piatta. Ma nel caso ci sia materia nello spazio, come ad esempio il Sole, le "fibre" dello spazio vengono deformate, curvate. Ed è quello che trasmette la forza di gravità. Anche la Terra deforma lo spazio circostante. Ora guardate la Luna. Secondo questa teoria, la Luna rimane in orbita perché rotola lungo una "valle" nello spazio curvato che il Sole, la Luna e la Terra creano in virtù della loro presenza. Guardiamole insieme. La Terra stessa è tenuta in orbita poiché rotola lungo una "valle" nello spazio, curvato dalla presenza del Sole. Questa è la nuova teoria sul funzionamento della gravità.
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.
Ora, questa teoria fu testata nel 1919 con osservazioni astronomiche. Funziona veramente, e avvalora i dati. Diede nuova fama ad Einstein in tutto il mondo. Ed è questo che diede da pensare a Kaluza. Come Einstein, Kaluza era in cerca di una "teoria unificata". Una sola teoria in grado di descrivere tutte le forze della natura con un solo insieme di idee, di principi, una "equazione madre", se volete. Kaluza si disse che, se Einstein era stato in grado di descrivere la gravità in termini di deformazioni e curvature nello spazio (spazio e tempo, per essere più precisi), allora forse lui poteva utilizzare lo stesso stratagemma con l'altra forza conosciuta, che all'epoca era la forza elettromagnetica. (al giorno d'oggi ne conosciamo altre, ma all'epoca quella era l'unica a cui tutti pensavano). Sapete, quella forza responsabile dell'elettricità, dell'attrazione magnetica e così via.
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.
Dunque Kaluza si disse che forse poteva utilizzare lo stesso stratagemma e descrivere la forza elettromagnetica con deformazioni e curvature. Da qui la fatidica domanda: deformare e curvare...che cosa? Einstein aveva già usato lo spazio, il tempo, deformazioni e curvature per descrivere la gravità. Non sembrava esserci nient'altro da deformare o curvare. Allora Kaluza pensò che forse lo spazio avesse più dimensioni. Pensò che se avesse voluto descrivere un'altra forza, avrebbe avuto bisogno di una dimensione aggiuntiva. Allora immaginò che il mondo avesse 4 dimensioni dello spazio, non tre, e che anche l'elettromagnetismo fosse un insieme di deformazioni e curvature in quella quarta dimensione. Ma ecco il punto chiave: quando scrisse le equazioni per descrivere le deformazioni e le curvature in un Universo con quattro dimensioni, e non tre, egli trovò le vecchie equazioni che Einstein aveva già applicato alle tre dimensioni (erano quelle per la gravità) ma riuscì a identificare anche un'equazione aggiuntiva da applicare alla quarta dimensione. E quando osservò quell'equazione, essa non era altro che l'equazione che gli scienziati da tempo conoscevano per descrivere la forza elettromagnetica. Saltò fuori da sola. Straordinario. Era talmente esaltato dalla scoperta che corse in giro per casa urlando "Vittoria!" poiché aveva trovato la teoria unificata.
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.
Chiaramente, Kaluza era un uomo che prendeva la teoria molto seriamente. Infatti gira voce che quando volle imparare a nuotare, prima lesse un libro, un saggio sul nuoto (Risate) e solo dopo si tuffò nell'oceano. Questo è un uomo che rischierebbe la propria vita per una teoria. Ma per quelli come noi, che sono un pò più "pratici", due domande sorgono spontanee da queste osservazioni. Prima domanda: se lo spazio ha più dimensioni, dove sono? Sembra che non riusciamo a vederle. Seconda domanda: questa teoria funziona veramente in dettaglio, se applicata al mondo che ci circonda? La prima domanda ottenne risposta nel 1926 da un uomo di nome Oskar Klein. Klein ipotizzò l'esistenza di due tipi di dimensioni: dimensioni grandi, e facili da vedere, ma anche dimensioni piccole e raggomitolate, talmente piccole che, nonostante ci circondino, non riusciamo a vederle.
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.
Lasciate che ve lo mostri visivamente. Immaginate di guardare qualcosa, come un cavo che sostiene un semaforo. Si trova a Manhattan. Siete a Central Park -- questo non è rilevante -- Il cavo sembra avere un'unica dimensione guardandolo da distante, ma noi tutti sappiamo che ha un suo spessore. È comunque difficile da vedere, così da lontano. Ma se ci avviciniamo e prendiamo la prospettiva di, per esempio, una piccola formica che ci passeggia sopra, le formiche sono talmente piccole che hanno accesso a tutte le dimensioni -- la lunghezza, ma anche questa direzione oraria e anti-oraria. Spero vi piaccia. Abbiamo impiegato parecchio tempo per convincerle a farlo.
(Laughter)
(Risate)
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 --
Ma questo dimostra l'esistenza di due tipi di dimensioni: grandi e piccole. E anche l'ipotesi che, forse, le grandi dimensioni che ci circondano sono le sole che possiamo facilmente vedere, ma possono essercene altre raggomitolate, tipo la sezione circolare di quel cavo, talmente piccole da essere tutt'ora invisibili. Lasciate che vi mostri come potrebbe essere. Se diamo un'occhiata, diciamo, allo spazio stesso (ovviamente sullo schermo posso mostrarvi solo due dimensioni. Un giorno qualcuno di voi ovvierà a questo problema) considerando che tutto ciò che non è piatto su uno schermo è una nuova dimensione, rimpicciolendo sempre di più scendendo fino ai dettagli microscopici dello spazio stesso... questa è l'idea: potrebbero esserci altre dimensioni raggomitolate.
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?
Ecco la piccola figura di un cerchio -- così piccola che non riusciamo a vederla. Ma se foste una piccola microscopica formica che gironzola, potreste sia camminare nelle grandi dimensioni che noi tutti conosciamo, rappresentate dalla griglia, sia accedere a quella piccola dimensione raggomitolata, talmente piccola da non poter essere vista ad occhio nudo e nemmeno dai nostri strumenti più sofisticati. Ma l'idea è che ci possano essere più dimensioni nascoste nelle profondità delle "fibre" dello spazio, come vediamo qui. Questo é un modo di spiegare come l'Universo possa avere più dimensioni oltre a quelle che vediamo. Passiamo alla seconda domanda che ci siamo posti: la teoria funziona davvero, quando viene applicata al mondo reale?
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.
Beh, sembra che Einstein, Kaluza e molti altri abbiano cercato di lavorare su questo punto applicandola alle teorie fisiche sull'Universo conosciute all'epoca, e in alcuni dettagli questa teoria non funzionò. Uno dei dettagli, per esempio, fu che non riuscirono a elaborare correttamente, con questa teoria, la massa degli elettroni. Tantissime persone hanno lavorato al progetto, ma forse già negli anni 40, e sicuramente negli anni 50, quest'ipotesi tanto strana quanto affascinante su come unificare le leggi della fisica, venne scartata. Finchè qualcosa di stupendo successe nella nostra epoca. Nella nostra era, un nuovo approccio per unificare le leggi della fisica viene nuovamente ricercato da fisici come me, e da molti altri in tutto il mondo, chiamato, come dicevate, teoria delle superstringhe. La cosa stupenda è che la teoria delle superstringhe, a prima vista, non ha nulla a che fare con l'idea di dimensioni aggiuntive, ma studiandola a fondo, dona a quella teoria una nuova smagliante forma.
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.
Lasciate che vi dica come funziona. Cos'é la teoria delle superstringhe? Beh, è una teoria che cerca di dare risposta alla seguente domanda: quali sono i costituenti base fondamentali, indivisibili e non tagliabili, di tutto ciò che ci circonda nel mondo? L'idea è questa. Immaginate di osservare un oggetto familiare, una candela in un portacandele, e immaginate di voler sapere di cosa essa è fatta. Cominceremo un viaggio all'interno dell'oggetto per esaminarne i costituenti. Quindi all'interno... sappiamo tutti che in profondità ci sono gli atomi. Sappiamo anche che gli atomi non sono la fine della storia. Hanno dei piccoli elettroni che sciamano attorno ad un nucleo centrale, con neutroni e protoni. Anche neutroni e protoni contengono particelle più piccole, chiamati quark. E qui le idee convenzionali si fermano.
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.
Ecco la nuova idea della teoria delle stringhe. All'interno di queste particelle, c'è qualcos'altro. Questo "altro" è un insieme di filamenti d'energia vibranti. Sembrano delle corde vibranti, da cui il nome della teoria. E proprio come le corde vibranti di un violoncello possono vibrare in toni differenti, anche queste possono vibrare con toni diversi. Non producono differenti note musicali. Piuttosto, producono differenti particelle, creando il mondo che ci circonda. Quindi se queste ipotesi sono corrette, il paesaggio ultra-microscopico dell'Universo appare così. È formato da un numero enorme di questi piccoli filamenti di energia vibrante, che vibrano a diverse frequenze. Frequenze diverse producono particelle diverse. E le differenti particelle sono la causa della varietà di cose del mondo.
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.
Ed è qui che otteniamo l'unità, poichè particelle di materia, elettroni e quarks, particelle radioattive, fotoni e gravitoni sono tutti nati da una sola entità. Così, sia la materia che le forze della natura sono unite sotto il segno delle stringhe vibranti. Ed è questo che intendiamo per teoria unificata. Ma c'é un problema. Quando si studia la matematica della teoria delle stringhe, ci si accorge che non funziona in un Universo composto da tre sole dimensioni. Non funziona neanche in un Universo con quattro dimensioni, nemmeno con cinque o sei. È possibile studiare l'equazione, e dimostrarne la veridicità, solo in un Universo con 10 dimensioni spaziali ed una temporale. Tutto questo ci riporta alle idee di Kaluza e Klein: il nostro mondo, quando descritto adeguatamente, ha più dimensioni di quelle che vediamo.
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.
Ora, potreste pensare che, beh, d'accordo, se ci sono dimensioni aggiuntive, ma sono talmente raggomitolate, talmente piccole, probabilmente non riusciremo a vederle. Ma se ci fosse una piccola civilizzazione di piccoli omini verdi che camminano là dentro, li rendessimo abbastanza piccoli e non riuscissimo a vedere neanche loro, la teoria sarebbe giusta. Una delle altre previsioni della Teoria delle Stringhe... no, non è una delle altre previsioni della Teoria delle Stringhe.
(Laughter)
(Risate)
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.
Ma solleva comunque una domanda: stiamo per caso cercando di nascondere queste dimensioni aggiuntive, oppure ci dicono davvero qualcosa del mondo? Nel tempo che ci rimane, vorrei parlarvi di due loro caratteristiche. La prima è che molti di noi credono che queste dimensioni aggiuntive contengano la risposta alla domanda forse più profonda della fisica teorica, della scienza teorica: quando osserviamo il mondo, come gli scienziati hanno fatto negli ultimi cento anni, sembrano esserci circa 20 numeri che descrivono bene il nostro Universo. Questi sono numeri come la massa delle particelle, gli elettroni e i quark, la forza di gravità, la potenza della forza elettromagnetica -- una lista di circa 20 numeri misurati con incredibile precisione, ma nessuno sa spiegarsi perché questi numeri abbiano i particolari valori che hanno.
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.
La teoria delle stringhe ci dà una risposta? Non ancora. Ma noi crediamo che la risposta al perché quei numeri hanno il valore che hanno potrebbe essere legata alla teoria delle dimensioni aggiuntive. E la cosa stupenda è che, se quei numeri avessero avuto altri valori rispetto a quelli che hanno, l'Universo, come lo conosciamo, non esisterebbe. Questa è la domanda profonda. Perché quei numeri sono così finemente sintonizzati da permettere alle stelle di brillare e ai pianeti di formarsi, sappiamo che se si giocherella con quei numeri -- se avessi 20 manopoline qui sopra e vi facessi venire qui a giocherellare con quei numeri, quasi ogni modifica farebbe scomparire l'Universo. Quindi, possiamo spiegare questi 20 numeri? La teoria delle stringhe suggerisce che quei 20 numeri abbiano a che fare con le dimensioni aggiuntive. Lasciate che vi mostri come. Quando parliamo di dimensioni aggiuntive nella teoria delle stringhe, non si tratta di una sola dimensione aggiuntiva, come nelle vecchie teorie di Kaluza e Klein. Questo è ciò che la teoria delle stringhe ci dice sulle dimensioni aggiuntive. Hanno una geometria molto ricca e intrecciata.
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?
Questo è un esempio di una cosa nota come "forma Calabi-Yau" -- il nome non è così importante. Ma come potete vedere, le dimensioni aggiuntive si piegano su sé stesse e si intrecciano in modo da creare una struttura molto interessante. E l'idea è che se è così che appaiono le dimensioni aggiuntive, allora il paesaggio microscopico dell'Universo che ci circonda apparirebbe così. Nel momento in cui agitate la mano, sballottereste in continuazione queste dimensioni aggiuntive, ma sarebbero talmente piccole che nemmeno ve ne accorgereste. Qual'è dunque l'applicazione pratica di questa teoria, in relazione a quei 20 numeri?
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.
Considerate questo. Se osservate questo strumento musicale, un corno francese, noterete che le vibrazioni delle correnti d'aria sono influenzate dalla forma dello strumento. Ora, nella Teoria delle Stringhe, tutti i numeri sono il risultato di come le stringhe possono vibrare. Quindi, proprio come quelle correnti d'aria sono influenzate dalle pieghe e curve dello strumento, così le stringhe stesse sono influenzate dai vari tipi di vibrazione nelle linee geometriche in cui esse si muovono. Fatemi introdurre un pò di stringhe nell'animazione. Se osservate questi piccoli amici vibrare -- appariranno a breve, noterete che il modo in cui vibrano è influenzato dalla geometria delle dimensioni aggiuntive.
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.
Quindi, se conoscessimo esattamente la forma di queste dimensioni aggiuntive -- ancora non la conosciamo, ma se la conoscessimo -- saremmo in grado di calcolare le "note" e i tipi di vibrazione permessi. E se riuscissimo a calcolare i tipi di vibrazione permessi, dovremmo essere in grado di calcolare quei 20 numeri. E se la risposta che otteniamo dai nostri calcoli coincidesse con i valori di quei numeri, che sono stati determinati attraverso esperimenti dettagliati e precisi, questa sarebbe per molti versi la prima spiegazione fondamentale del perché la struttura dell'Universo appare così com'è. La questione con cui voglio concludere è: come possiamo ricercare queste dimensioni aggiuntive in maniera più diretta? Si tratta solo di una struttura matematica interessante che potrebbe spiegarci alcune caratteristiche del mondo prima ignote, oppure possiamo realmente cercare queste dimensioni aggiuntive? Pensiamo (e lo trovo esaltante) che, nei prossimi cinque anni circa, potremmo essere realmente in grado di ricercare l'esistenza di queste dimensioni aggiuntive.
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.
Ecco come. Al CERN, a Ginevra, in Svizzera, stanno costruendo una macchina chiamata Large Hadron Collider. È una macchina che invierà particelle in un tunnel, in direzioni opposte, quasi alla velocità della luce. Ogni tanto queste particelle verranno messe in traiettoria per farle scontrare. La speranza è che, se la collisione avrà abbastanza energia, alcuni detriti saranno espulsi dalla nostra dimensione, finendo in un'altra. Come faremo a saperlo? Beh, misureremo la quantità di energia dopo la collisione, la paragoneremo alla quantità precedente lo schianto, e se noteremo un calo di energia, questa sarà la prova che dell'energia è stata dispersa. E se verrà dispersa secondo lo schema che possiamo calcolare, questa sarà la prova dell'esistenza di ulteriori dimensioni.
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.
Lasciate che vi dia una dimostrazione visiva. Immaginate di avere un tipo di particella, chiamata gravitone (questo è il tipo di detriti che ci aspettiamo venga espulso se le dimensioni aggiuntive esistono veramente). Ma ecco come funziona l'esperimento. Prendete queste particelle. Le fate schiantare tra loro. Se abbiamo ragione, una parte dell'energia creata dalla collisione si trasformerà in detriti che verranno catapultati nella dimensione aggiuntiva. Questo è il tipo di esperimento a cui assisteremo nei prossimi cinque, sette o dieci anni circa. E se l'esperimento porterà i suoi frutti, se vedremo espulsa quel tipo di particella, osservando la diminuzione di energia nella nostra dimensione rispetto a quella iniziale, ciò dimostrerà l'esistenza di dimensioni aggiuntive.
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.
Trovo questa storia degna di nota, e un'importante opportunità. Newton considerava lo spazio "assoluto", nient'altro che una "arena", un palco dove gli eventi dell'Universo hanno luogo. Poi sopraggiunge Einstein e dice, "Beh, lo spazio e il tempo possono deformarsi e curvarsi, la gravità é questo." E ora sopraggiunge la Teoria delle Stringhe che dice: "Sì, gravità, meccanica quantistica, elettromagnetismo sono tutte unite in un unico blocco teorico, ma solo se l'Universo possiede più dimensioni rispetto a quelle che vediamo." E questo esperimento potrebbe scoprirle nel corso della nostra vita. Un'opportunità straordinaria. Grazie mille.
(Applause)
(Applausi)