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. gadā tikpat kā nezināms vācu matemātiķis vārdā Teodors Kaluca izteica ļoti pārdošu un savā ziņā ļoti savādu domu. Viņš ierosināja, ka mūsu Visumā varbūt īstenībā ir vairāk nekā trīs mums zināmās dimensijas. Papildus tam, kas ir pa kreisi, pa labi, atpakaļ, uz priekšu, uz augšu un leju, Kaluca izteica domu, ka pastāv vēl papildu telpu dimensiju, ko mēs kāda iemesla dēļ neredzam. Cilvēkam izsakot tik pārdrošu un savādu domu, nereti tā arī nav nekas vairāk kā pārdroša un savāda, taču tam nav nekāda sakara ar mums apkārt esošo pasauli. Tomēr tieši šī doma, lai arī mēs vēl nezinām, vai tā ir pareiza vai aplama, beigās es vēl parunāšu par eksperimentiem, kas nākamajos gados varētu mums sniegt atbildi par tās pareizību, šai domai ir bijusi milzu ietekme uz pēdējā gadsimta fiziku un tā turpina ietekmēt arī lielu daļu jaunāko pētījumu.
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.
Tādēļ es vēlētos jums pastāstīt par šīm papildu dimensijām. Tātad ar ko lai sāku? Sākumā ir jāmin īsa priekšvēsture. Dosimies uz 1907. gadu. Tas ir gads, kad Einšteins plūc savas speciālās relativitātes teorijas atklāšanas slavas laurus un nolemj uzsākt jaunu projektu, censties pilnībā izprast granziozo un visuresošo gravitācijas spēku. Tobrīd daudzi apkārtējie cilvēki uzskatīja, ka uz šo lietu jau sniegta atbilde. Ņūtons jau 1600. gadu beigās pasaulei bija sniedzis saprātīgu gravitācijas teoriju, kurā aprakstīta planētu, mēness un visu pārējo debesu spīdekļu kustība, kā arī apšaubāmā ierosme āboliem no ābelēm krist, trāpot cilvēkiem pa galvu. Visu to varēja aprakstīt ar Ņūtona darba augļiem.
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.
Taču Einšteins saprata, ka Ņūtons bija kaut ko palaidis garām, jo pat pats Ņūtons bija rakstījis, ka lai arī viņš saprata, kā aprēķināt gravitācijas efektu, viņš nebija spējīgs izprast to, kā tā patiešām strādāja. Kā gan tas varēja būt, ka 93 miljonu jūdžu attālā Saule kaut kādā veidā ietekmēja Zemes kustību? Kā gan Saule caur šo tukšo un inerto telpu var kaut ko ietekmēt? Tas bija mērķs, ko Einšteins sev nosprauda — izprast gravitācijas darbības principus. Ļaujiet man jums parādīt, ko viņš atklāja. Einšteins atklāja, ka starpnieks, kas nodod tālāk gravitāciju, ir pati telpa. Doma bija apmēram šāda: iedomājieties telpu kā visa pamatu.
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.
Einšteins apgalvoja, ka telpa, gadījumā, kad tajā nav matērijas, ir vienkārši plakana. Taču, ja vidē ir matērija, piemēram Saule, tas izraisa telpas struktūras savīšanos, deformēšanos. Un tas arī izplata gravitācijas spēku. Pat Zeme deformē ap sevi esošo telpu. Nu paskatīsimies uz Mēnesi. Saskaņā ar šīm idejām, Mēness noturas orbītā, jo tas ripo pa ieliektas vides iedobi, ko tik vien kā ar savu klātbūtni ir radījusi Saule, Mēness un Zeme. Paskatīsimies uz kopainu. Pati Zeme noturas orbītā, jo tā ripo pa Saules klātbūtnes deformētās vides iedobi. Tā ir šī jaunā doma par to, kā īstenībā strādā gravitācija,
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.
Šī doma 1919. gadā ar astronomisku novērojumu palīdzību tika pārbaudīta. Tā tas arī notika. To aprakstīja dati. Un tas Einšteinam sniedza vispasaules atzinību. Tas arī bija tas, kas lika Kalucam aizdomāties. Viņš, tāpat kā Einšteins, arī meklēja mūsu tā saukto vienoto teoriju. Tā bija viena teorija, ar kuru no viena skatpunkta, viena principu kopuma, sauciet kā gribat, bija iespējams izskaidrot visus dabas spēkus. Tā nu Kaluca sev teica, Einšteins spēja izskaidrot gravitāciju kā telpas, laiktelpas, ja vēlamies būt precīzi, savijumus un deformācijas. Varbūt es varu izmantot tādu pašu pieeju citam zināmam spēkam, kas tobrīd bija pazīstams kā elektromagnētiskais spēks. Mūsdienās mēs zinām arī par citiem, taču tajā laikā tas bija vienīgais citais spēks, ko cilvēki zināja. Proti, spēku, kas atbildīgs par elektrības un magnētisko pievilkšanos un tā tālāk.
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.
Tā nu Kaluca domā, varbūt es varu izmantot to pašu pieeju elektromagnētiskā spēka aprakstīšanā ar savijumu un deformāciju palīdzību. Tas raisīja jautājumu: kā savijumi un deformācija? Einšteins telpu un laiku, savijumus un deformāciju jau bija izmantojis gravitācijas aprakstīšanai. Nešķita, ka būtu palicis vēl kas kam vīties un deformēties. Tā nu Kaluca teica, labi, varbūt ir vairākas telpas dimensijas. Viņš teica, ja es vēlos aprakstīt vēl vienu spēku, varbūt man vajadzīga vēl viena dimensija. Tā nu viņš iztēlojās, ka pasaulei būtu četras telpas dimensijas triju vietā, un iztēlojās arī to, ka elektromagnētisms bija šīs ceturtās dimensijas savijumi un deformācija. Tomēr lieta tāda: viņam triju telpu dimensiju Visuma vietā uzrakstot četru telpu dimensiju Visuma aprakstošos vienādojumus, viņš ieguva vecos Einšteina no triju dimensiju atvasinātos vienādojumus, tos, kas bija paredzēti gravitācijai, taču viņš papildu dimensijas dēļ ieguva vēl vienu vienādojumu. Paskatoties uz šo vienādojumu, viņš saprata, ka tas nav nekas cits, kā vienādojums, ko zinātnieki jau ilgu laiku bija izmantojuši elektromangnētiskā spēka aprakstīšanai. Apbrīnojami, tas vienkārši iznira no nekurienes. Viņš bija tik saviļņots par šo atklāsmi, ka izskrēja ārā no savas mājas, kliegdams: „Uzvara!” Viņš bija atklājis vienotu teoriju.
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.
Kā noprotams, Kaluca bija cilvēks, kurš teoriju uztvēra ļoti nopietni. Viņš pat, ir stāsts par to, kā viņš nolēma iemācīties peldēt, viņš izlasīja grāmatu, peldēšanas teoriju, (Smiekli) un tad ienira okeānā. Viņš ir cilvēks, kurš, paļaudamies uz teoriju, riskētu ar savu dzīvību. Taču tiem, kas ir nedaudz praktiskāk domājoši, par šiem novērojumiem tūliņ rastos divi jautājumi. Pirmais: ja ir vairāk telpu dimensiju, kur tās ir? Mēs tās kaut kā neredzam. Un otrais: vai šī teoriju tiešām strādā arī tādos sīkumos, kā cenšoties to piemērot apkārtējai pasaulei? Uz pirmo jautājumu 1926. gadā atbildēja puisis vārdā Oskars Kleins. Viņš rosināja domāt, ka dimensijas ir divos paveidos, ka, iespējams, ir lielas un viegli redzamas dimensijas, taču varētu būt arī sīciņas un savijušās dimensijas, kas par spīti tam, ka atrodas mums visapkārt, savijušās tik ļoti, ka mēs tās neredzam.
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.
Ļaujiet to man jums vizuāli parādīt. Iedomājieties, ka skatāties uz kaut ko līdzīgu kabelim, kas pievienots luksoforam, Manhetenā. Jūs esat Centrālajā parkā, nedaudz ne pa tēmu, taču no tālāka skatpunkta kabelis izskatās viendimensionāls, taču gan jūs, gan es zinām, ka tam ir kaut kāds biezums. Atrodoties lielā attālumā, to redzēt gan ir ļoti grūti. Taču, ja mēs pietuvinām un skatāmies no, teiksim, mazas skudriņas perspektīvas. Skudriņas ir tik mazas, ka tās piekļūst visām dimensijām, garajai dimensijai, taču reizē arī pulksteniskajam un pretpulksteniskajam virzienam Ceru, ka jūs to novērtējat. Jo skudru piespiešana uz ko tādu prasīja labu laiku.
(Laughter)
(Smiekli)
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 --
Taču tas ilustrē apgalvojumu, ka dimensijas var būt diva veida: lielas un mazas. Un doma, ka varbūt mums apkārt esošās dimensijas ir tieši tās, kuras mēs viegli redzam, taču, ka iespējama arī papildu dimensiju esamība, kas savijušās līdzīgi kā kabeļa apaļā daļa, kas ir tik mazas, ka joprojām ir palikušas neieraudzītas. Ļaujiet man jums parādīt kā tas izskatītos. Ja mēs paskatāmies, teiksim, uz pašu telpu, es uz ekrāna, protams, varu parādīt tikai divas dimensijas. Gan daži no jums to kādudien atrisinās, taču viss pārējais, kas nav plakans uz ekrāna, ir jauna dimensija, kas samazinās, samazinās, samazinās līdz pat pašas telpas mikroskopiskām dzīlēm, šāda ir doma, varētu būt papildu savjušās dimensijas,
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?
lūk, maza apļa forma, kas ir tik mazas, ka mēs tās neredzam. Taču, ja jūs būtu ļoti mikroskopiska skudra, jūs varētu staigāt pa visām mums zināmajām lielajām dimensijām, tā ir šī režģa daļa, taču jūs varētu arī piekļūt sīciņajai savijušamies dimensijai, kas ir tik maza, ka mēs to nevaram redzēt ar neapbruņotu aci vai pat ar mūsu visprecīzāko aprīkojumu. Dziļi jo dziļi ievijušās pašas telpas struktūrā, doma ir, ka varētu pastāvēt vairāk dimensiju, par tām, kuras mēs redzam. Tas ir izskaidrojums tam, kā Visumā varētu būt vairāk dimensiju par tām, ko varam redzēt. Taču kā ir ar otro manis uzdoto jautājumu: vai šī teorija patiesi strādā to attiecinot arī uz reālo pasauli?
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.
Kā izrādās, Einšteins, Kaluca un daudzi citi centās pielāgot šo priekšstatu un piemērot to Visuma fizikai, kas kā jau tajā laikā bija zināms, arī sīkumos, neizdevās. Precīzāk, piemēram, šajā teorijā elektrona masa kaut kā negāja kopā ar visu pārējo. Tā daudz cilvēki pie tās strādāja, taču līdz 40. gadiem un noteikti līdz 50. gadiem šī dīvainā, taču saistošā doma par to, kā apvienot fizikas likumus, vienkārši pagaisa. Līdz mūsu gadsimtā notika kas brīnumains. Mūsu laikmetā daudzi fiziķi kā es visā pasaulē ir pieņēmuši jaunu pieeju fizikas likumu vienošanai. To sauc par superstīgu teoriju, kā jau norādījāt. Brīnumjaukā lieta superstīgu teorijā ir, ka pirmajā brīdī šķiet, ka tai nav nekāda sakara ar papildu dimensijām, taču, mums iedziļinoties superstīgu teorijā, mēs atklājam, ka tā augšāmceļ šo domu jaunā, mirdzošā veidolā.
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.
Ļaujiet man pastāstīt, kā tas notiek. Superstīgu teoriju, kas tā tāda ir? Tā ir teorija, kas cenšas atbildēt uz jautājumu: kas ir nedalāmās un būtiskās pamatsastāvdaļas, kas veido visu pasaulē apkārt esošo? Doma ir šāda. Iedomājieties, ka skatāties uz pazīstamu priekšmetu, sveci svečturī un iedomājieties, ka mēs vēlamies uzzināt, kas to veido. Tā nu mēs dodamies dziļi, dziļi iekšā priekšmetā un izpētām tās sastāvu. Dziļi dziļi, kā jau mēs zinām, ja jūs dodaties gana dziļi, mums ir atomu. Mēs arī zinām, ka ar atomiem nekas nebeidzās. Ap centrālo kodolu, kuram ir neitroni un protoni, čum un mudž mazi elektroni. Pat neitronos un protonos iekšā ir mazākas daļiņas, ko mēs pazīstam kā kvarkus. Šeit arī vispārpieņemtā zinātne apstājas.
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.
Lūk, stīgu teorijas jaunā doma. Dziļi jebkurās no šīm daļiņām ir vēl kas cits. Šis kaut kas cits ir kūsājošas enerģijas pavedieni. Tie izskatās kā svārstoša stīga, lūk, no kurienes nāk doma, stīgu teorija. Tieši tāpat kā redzētā čella svārstošās stīgas var svārstīties dažādos biežumos, arī tie var svārstīties dažādi. Tie nerada atšķirīgas muzikālās notis. Tie drīzāk rada dažādās daļiņas, kas veido mums apkārt esošo pasauli. Ja šīs idejas ir patiesas, lūk, kā kāda ir super mikroskopiska Visuma ainava. To veido milzīgs skaits šo maz mazītiņo svārstošo enerģijas pavedieniņu, kas svārstās dažādos biežumos. Dažādas frekvences rada dažādas daļiņas. Dažādās daļiņas ir atbildīgas par mūsu apkārtējās pasaules bagātīgumu.
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.
Lūk, ir arī vienošana, jo matērijas daļiņas, elektronus un kvarkus, izstarotās daļiņas, fotonus, gravitonus, visas šīs lietas veido viena un tā pati lieta, Tā nu matērija un dabas spēki tiek ielikti vienā maisā ar svārstošajām stīgām. Lūk, ko mēs domājam ar vienotu teoriju, Lieta tāda. Jums pētot stīgu teorijas matemātisko daļu, jums saprotat, ka tā nestrādā Visumā ar tikai trim telpas dimensijām. Tas nestrādā Visumā ar četrām telpas dimensijām, nedz piecām, nedz sešām. Visbeidzot, jūs varat pētīt vienādojumus, kas liek saprast, ka tas strādā tikai Visumā ar 10 telpas dimensijām un vienu laika dimensiju. Tas mūs noved atpakaļ pie Kalucas un Kleina domas, ka mūsu pasaulē, to pienācīgi aprakstot, ir vairāk dimensiju, nekā tās, kuras mēs redzam.
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.
Jūs varētu par to aizdomāties un teikt: Labi, ziniet, ja mums patiešām ir papildu dimensijas, kas ir rūpīgi savītas, jā, iespējams mēs tās neredzēsim, ja tās ir pietiekami mazas. Taču, ja tur lejā staigā mazmazītiņa zaļu cilvēciņu civilizācija, kura ir gana maza, lai mēs to neredzētu. Tā ir tiesa. Viena no citām stīgu teorijas prognozēm, nē, tā nav viena no citām stīgu teorijas prognozēm.
(Laughter)
(Smiekli)
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.
Taču tas raisa jautājumu: vai ne bez iemesla šīs papildu dimensijas ir apslēptas vai varbūt tās mums var pavēstīt kaut ko par šo pasauli? Turpmākajā laikā, es vēlētos jums pastāstīt par divām tās īpatnībām. Pirmkārt, daudzi no mums uzskata, ka šīs papildu dimensijas sniegs atbildi uz teorētiskās fizikas, teorētiskās zinātnes iespējams būtiskāko jautājumu. Jautājums ir šāds: mums paskatoties apkārt uz pasauli, kā zinātnieki to pēdējos simts gadu ir darījuši, tā vien šķiet, ka ir apmēram 20 skaitļi, kas patiesi apraksta mūsu Visumu. Šie skaitļi ir, piemēram, masa tādām daļiņām kā elektroni un kvarki, gravitācijas spēks, elektromagnētiskais spēks, kopā apmēram 20 skaitļu uzskaitījums, kuri ir noteikti ar apbrīnojamu precizitāti, taču neviens nav spējis izskaidrot, kādēļ šiem attiecīgajiem skaitļiem ir tieši tādas vērtības.
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.
Tātad vai stīgu teorija piedāvā atbildi? Vēl ne. Taču mēs uzskatam, ka šo skaitļu vērtību izskaidrojumu varētu sniegt papildu dimensiju forma. Brīnišķīgākais ir, ka, ja šo skaitļu zināmo vērtību vietā būtu citas, Visums, kādu mēs to pazīstam, nepastāvētu. Šis ir nopietns jautājums. Kādēļ šie skaitļi ir tik ļoti pielāgoti tam, lai zvaigznes varētu spīdēt un planētas veidoties, zinot, ka, ja kāds ar šiem skaitļiem sāktu niekoties, ja pa rokai būtu 20 skaitļi un ja es ļautu jums uznākt uz skatuves un sākt niekoties ar šiem skaitļiem, tikpat kā jebkuras izmaiņas tajos sagrautu Visumu. Vai mēs spējam izskaidrot šos 20 skaitļus? Stīgu teoriju rosina domāt, ka šiem 20 skaitļiem ir saistība ar papildu dimensijām. Ļaujiet man jums parādīt kā. Tiklīdz mēs stīgu teorijā runājam par papildu dimensijām, runa nav par tikai vienu papildu dimensiju, kā tas bija vecākajās Kalucas un Kleina idejās. Lūk, ko stīgu teorija saka par papildu dimensijām. Tām ir ļoti bagātīga, starpsaistīta ģeometrija.
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?
Lūk, piemērs, kam tādam, ko pazīstam kā Kalabi Jau forma, nosaukums nav tik svarīgs. Taču, kā redzat, papildu dimensijas salokās pašas sevī un starpsaistās ļoti interesantā formā un struktūrā. Doma ir tāda, ka, ja šādi arī izskatās šīs papildu dimensijas, tad mūsu apkārt esošā Visuma mikroskopiskā ainava vismazākajā mērogā izskatītos šādi. Jums pavicinot roku, jūs atkal un atkal līdzi kustinātu arī šīs papildu dimensijas, taču tās ir tika mazas, ka mēs tās neievērotu. Kādi ir šiem 20 skaitļiem atbilstošā fiziskā saistība?
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.
Padomājiet tā. Ja apskatāties uz instrumentu, mežragu, pievērsiet uzmanību tam, kā gaisa plūsmas svārstības ir atkarīgas no instrumenta formas. Stīgu teorijā visi skaitļi ataino to, kā stīgas var svārstīties. Tāpat kā šīs gaisa plūsmas ietekmē instrumenta ieliekumi un izliekumi, pašas stīgas ietekmē to svārstību kustības ģeometrija. Ļaujiet man stāstā iesaistīt stīgas. Ja jūs pavērojat, kā tās svārstās, tūlīt būs, ir, ievērosit, ka tas, kā tās svārstās, ietekmē papildu dimensiju ģeometrija.
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.
Tā kā, ja mēs zinātu kā tieši izskatās šīs papildu dimensijas, mēs to nezinām, taču ja zinātu, mums būtu iespējams izskaitļot pieļaujamās notis, pieļaujamos svārstību veidus. Un ja mums izdotos izskaitļot pieļaujamos svārstību veidus, mums vajadzētu varēt aprēķināt šos 20 skaitļus. Un, ja mūsu aprēķinos iegūtie skaitļi būs tādi paši, kā šo skaitļu zināmās vērtības, kas iegūtas detalizētā un precīzā eksperimentēšanā, tas daudzējādā ziņā būtu mūsu pirmais būtiskais izskaidrojums tam, kādēļ Visuma uzbūve ir tāda, kāda tā ir. Otrā lieta, ko vēlos izrunāt ir: kā tiešākā veidā mēs varētu pārbaudīt šīs papildu dimensijas? Vai tā ir tikai interesanta matemātiska struktūra, kas, iespējams, var izskaidrot vairākas iepriekš neizskaidrotas pasaules īpatnības vai mēs patiešām varam pārbaudīt šo papildu dimensiju esamību? Manuprāt, tas, ka nākamajos piecos gados mums būs iespēja pārbaudīt šo papildu dimensiju esamību, ir ļoti aizraujoši.
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.
Lūk, kā tas notiek, Ženēvā, Šveicē, CERN tiek būvēta ierīce, kas tiek saukta par Lielo hadronu pretkūļu paātrinātāju. Šī ierīce ātrumā, kas ļoti tuvs gaismas ātrumam, pretējos virzienos pa tuneli virzīs daļiņas. Nereti šīs daļiņas tiek tēmētas viena pret otru, tādēļ tās iestiecas viena otrā. Ir cerība, ka, ja sadursme notiks ar pietiekamu spēku, tās rezultātā varētu rasties atdalījumi, kas no mūsu dimensijām nokļūtu citās dimensijās. Kā gan mēs to varētu zināt? Mēs izmērītu enerģijas daudzumu pēc sadursmes un salīdzinātu to ar enerģijas daudzumu pirms tās, un, ja pēc sadursmes enerģija būtu mazāka, nekā pirms tam, tas būtu pierādījums enerģijas pazušanai. Un ja tā pazūd pēc atbilstoša un aprēķināma parauga, tas pierādītu, ka pastāv papildu dimensijas.
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.
Ļaujiet man jums vizuāli atainot šo ideju. Tātad, iedomājieties, ka mums ir konkrēta daļiņa, gravitons, kas ir viens no paredzamajiem šāda veida atdalījumiem gadījumā, ja pastāv papildu dimensijas. Taču, lūk, kā norisinātos eksperiments. Mēs paņemam šīs daļiņas. Satriecam tās kopā. Satriecam tās kopā, un, ja mums ir taisnība, daļa no šīs sadursmes enerģijas kļūs par atdalījumiem, kas nokļūs šajās papildu dimensijās. Šis ir tāda veida eksperiments, kuru mēs redzēsim apmēram nākamos piecus, septiņus līdz desmit gadus. Ja šis eksperiments nesīs augļus, ja mēs novērosim šāda veida daļiņu izdalīšanos, beigu beigās pāri paliekot mazāk enerģijai, nekā eksperimenta sākumā, tas parādīs, ka papildu dimensijas ir reālas.
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.
Man šis ir patiesi ievērojams stāsts un ievērojama iespēja. Atgriežoties pie Ņūtona ar absolūto telpu, tas nedeva neko vairāk kā arēnu, skatuvi, kurā norisinās Visuma notikumi. Einšteins iet garām un saka: „Telpa un laiks var savīties un deformēties, tā ir gravitācija.” Garām iet stīgu teorija un saka: „Jā, gravitācija, kvantu mehānika, elektromagnētisms, viss vienā komplektā, taču tikai tāda gadījumā, ja mums ir vairāk dimensiju par tām, kuras redzam.” Un šis ir eksperiments, kura rezultātus mēs iespējams uzzināsim sava mūža laikā. Apbrīnojama iespēja. Liels paldies.
(Applause)
(Aplausi)