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.
In het jaar 1919, stelde een vrijwel onbekende Duitse wiskundige, Theodor Kaluza, een zeer gewaagd, en op een bepaalde manier, zeer bizar idee voor. Hij stelde voor dat ons universum misschien eigenlijk meer dan de drie dimensies heeft waar we ons bewust van zijn. Dat is behalve links - rechts, voor - achter en boven - beneden, stelde Kaluza voor dat er misschien nog meer ruimtedimensies zijn die we om de één of andere reden nog niet zien. Wanneer iemand een gewaagd en bizar idee heeft, is het soms niet meer dan dat -- gewaagd en bizar, maar het heeft niets te maken met de wereld om ons heen. Dit specifieke idee, echter -- hoewel we niet weten of het klopt of niet en aan het einde zal ik experimenten bespreken die, in de komende paar jaar ons zouden kunnen vertellen of het klopt of niet -- dit idee heeft een enorme invloed gehad op de natuurkunde in de laatste eeuw en blijft veel onderzoek op het scherpst van de snede opleveren.
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.
Dus wil ik jullie iets vertellen over het verhaal van deze extra dimensies. Dus wat gaan we doen? Om te beginnen hebben we wat achtergrond nodig. We gaan naar 1907. Dit is het jaar dat Einstein erg enthousiast is over zijn ontdekking van de speciale relativiteitstheorie en besluit een nieuw project te op te pakken -- proberen om de grootse en alomtegenwoordige zwaartekracht volledig te begrijpen. En op dat moment, zijn er veel mensen die dachten dat dat project al opgelost was. Newton had de wereld in de late 17e eeuw al een zwaartekrachttheorie gegeven die werkt goed, beschrijft de bewegingen van planeten, de beweging van de maan, enzovoorts, de beweging van ongeloofwaardige appels die uit bomen vallen, en mensen op het hoofd raken. Dat kan allemaal worden beschreven met Newton's werk.
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.
Maar Einstein realiseerde zich dat Newton iets had weggelaten uit het verhaal, want zelfs Newton schreef dat, hoewel hij begreep hoe hij het effect van zwaartekracht kon berekenen, hij had niet kunne ontrafelen hoe het precies werkte. Hoe kan het dat de zon, 150 miljoen kilometer ver, op één of andere manier de beweging van de aarde beïnvloedt? Hoe reikt de zon door lege, inerte ruimte en oefent invloed uit? En dat is een taak die Einstein zichzelf heeft gesteld -- uitzoeken hoe zwaartekracht werkt. En ik zal laten zien wat het is dat hij gevonden heeft. Dus Einstein ontdekte dat het medium dat zwaartekracht overdraagt, ruimte zelf is. Het idee is als volgt: stel de ruimte voor als de grondslag van alles.
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 zei dat ruimte mooi vlak is, als er geen materie aanwezig is. Maar als er materie in de omgeving is, zoals de zon, zorgt het ervoor dat de constructie van de ruimte vervormt, kromt. Dat brengt de zwaartekracht over. Zelfs de aarde vervormt de ruimte om zich heen. Kijk nu naar de maan. De maan blijft in een baan, volgens deze ideeën, omdat hij rolt door een vallei in de gekromde omgeving die de zon, de maan en de aarde vormen door hun aanwezigheid. We gaan naar een overzicht hiervan. De aarde zelf blijft in een baan, omdat hij door een vallei rolt in een omgeving die gekromd is door de aanwezigheid van de zon. Dat is dit nieuwe idee over hoe zwaartekracht eigenlijk werkt.
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.
Nu is dit idee in 1919 getest door astronomische observaties. Het werkt echt. Het beschrijft de gegevens. En hierdoor won Einstein aanzien over de hele wereld. En dat is wat Kaluza aan het denken zette. Hij was, zoals Einstein, op zoek naar wat we een "geünificeerde theorie" noemen. Dat is één theorie die misschien alle natuurkrachten kan beschrijven vanuit één verzameling ideeën één verzameling principes, één hoofdvergelijking, zo je wilt. Zo zei Kaluza tegen zichzelf, Einstein kon zwaartekracht te beschrijven in termen van vervormingen en krommingen in de ruimte -- eigenlijk, ruimte en tijd, om precies te zijn. Misschien kan ik hetzelfde trucje toepassen met de andere bekende kracht, die, in die tijd, bekend stond als de elektromagnetische kracht -- we kennen vandaag de dag nog anderen, maar in die tijd was dat de enige andere waar mensen over dachten. Je weet wel, de kracht verantwoordelijk voor elektriciteit en magnetische aantrekking, enzovoort.
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.
Dus zegt Kaluza, misschien kan ik hetzelfde trucje toepassen en de elektromagnetische kracht beschrijven in termen van vervormingen en krommingen. Dat bracht een vraag op: vervormingen en krommingen in wat? Einstein had al ruimte en tijd gebruikt, vervormingen en krommingen, om zwaartekracht te beschrijven. Er leek niets anders te zijn om te vervormen of te krommen. Dus zei Kaluza, misschien zijn er meer ruimtedimensies. Hij zei, als ik één kracht meer wil beschrijven, heb ik misschien één dimensie meer nodig. Dus stelde hij zich voor dat de wereld vier ruimtedimensies had, en niet drie, en stelde zich voor dat elektromagnetisme vervormingen en krommingen in die vierde dimensie is. Nu is het volgende het geval: toen hij de vergelijkingen opschreef die vervormingen en krommingen beschrijven in een ruimte met vier ruimtedimensies, en niet drie, ontdekte hij dat de oude vergelijkingen die Einstein had afgeleid in drie dimensies -- die waren voor de zwaartekracht -- maar hij vond nog één vergelijking vanwege die extra dimensie. En toen hij naar die vergelijking keek. Was het niet anders dan de vergelijking die wetenschappers al lang kende om de elektromagnetische kracht te beschrijven. Verbazingwekkend -- dat kwam er zo maar uit. Hij was zo opgewonden door deze ontdekking dat hij door zijn huis rende en schreeuwde, "Overwinning!" -- omdat hij de geünificeerde theorie had gevonden.
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.
Het moge duidelijk zijn, Kaluza was een man die theorie erg serieus nam. Hij, in feite -- er is een verhaal dat toen hij wilde leren zwemmen, hij een boek las, een verhandeling over zwemmen -- (Gelach) -- en toen de oceaan in dook. Dit is een man die zijn leven op het spel zette voor de theorie. Nu, voor hen onder ons die een beetje meer praktisch ingesteld zijn, doemen er meteen twee vragen op uit zijn observaties. Nummer één: als er meer ruimtedimensie zijn, waar zijn ze dan? We lijken ze niet te zien. En nummer twee: werkt deze theorie ook in detail, wanneer je hem probeert toe te passen op de wereld om ons heen? Nu, de eerste vraag is beantwoord in 1926 door een knaap genaamd Oskar Klein. Hij stelde voor dat dimensies in twee varianten voor zou kunnen komen -- er kunnen grote, makkelijk-te-zien dimensies zijn, maar er kunnen ook kleine, opgekrulde dimensies zijn, zo klein opgekruld, ook al zijn zo overal om ons heen, dat we ze niet zien.
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.
Ik zal dat laten zien. Dus stel je voor dat je ergens naar kijkt bijvoorbeeld een verkeerslicht aan een kabel. Het is in Manhattan. Je bent in Central Park -- dat is irrelevant -- maar de kabel lijkt één dimensionaal vanuit de verte, maar jij en ik weten dat hij een bepaalde dikte heeft. Maar het is wel moeilijk te zien, vanuit de verte. Maar als we inzoomen en het standpunt innemen van, bijvoorbeeld, een kleine rondlopende mier -- kleine mieren zijn zo klein dat ze toegang hebben tot alle dimensies -- de lange dimensie, maar ook deze in de richting van de klok, tegen de klok in, En ik hoop dat jullie dit waarderen. Het kostte zo veel tijd om deze mieren dit te laten doen
(Laughter)
(Gelach)
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 --
Maar dit illustreert in feite dat er twee soorten dimensies zijn: klein en grote. En het idee dat de grote dimensies om ons heen misschien degene zijn die we makkelijk zien, maar er zijn misschien nog meer opgerolde dimensies, zoiets als het ronde deel van die kabel, zo klein dat ze tot nu toe onzichtbaar zijn gebleven. Ik zal laten zien hoe dat er uit zou zien. Dus, als we een kijken naar, bijvoorbeeld, ruimte zelf -- ik kan natuurlijk maar twee dimensies op een scherm laten zien. Enkele van jullie zullen dat ooit oplossen, maar alles dat niet plat is op een scherm is een nieuwe dimensie, wordt kleiner, kleiner, kleiner en helemaal binnenin de microscopische diepte van ruimte zelf -- dit is het idee: zou je nog meer opgerolde dimensies kunnen hebben.
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?
Hier is een kleine cirkelvorm -- zo klein dat we ze niet zien. Maar als je een kleine ultra-microscopische rondlopende mier zou zijn, zou je in de grote dimensies die we allemaal kennen -- dat is zoals het roosterdeel -- maar je zou ook toegang hebben tot de kleine opgerolde dimensie die is zo klein dat we hem niet kunnen zien met het blote oog of zelfs met ons meest verfijnde gereedschap. Maar diep in de constructie van ruimte zelf, zouden er meer dimensies kunnen zijn, is het idee, zoals we hier zien. Nu, dat is een verklaring voor hoe het universum meer dimensies zou kunnen hebben dan die die we zien Maar dan de tweede vraag die ik stelde: werkt de theorie eigenlijk wanneer je hem probeert toe te passen op de echte wereld?
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.
Nou, het blijkt dat Einstein en Kaluza en vele anderen dit raamwerk probeerden te verfijnen en toe te passen op de natuurkunde van het universum zoals dat begrepen werd in die tijd, en in detail werkte het niet. In detail, bijvoorbeeld, konden ze de massa van het elektron niet correct krijgen in deze theorie. Zo veel mensen werkten er aan, maar in de jaren '40, zeker in jaren '50, was dit vreemde maar zeer dwingende idee van het unificeren van de natuurwetten verwenen. Totdat er iets prachtigs gebeurde in onze tijd. In onze tijd, wordt er een nieuwe aanpak voor het unificeren van de natuurwetten gezocht door natuurkundigen zoals ik, en vele anderen over de hele wereld, het heet supersnaartheorie, zoals je weet. En het mooie is dat supersnaartheorie op het eerste gezicht niets van doen heeft met dit idee van extra dimensies, maar wanneer we supersnaartheorie bestuderen, vinden we dat het het idee in een nieuwe vorm laat opleven
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.
Dus ik zal vertellen hoe dat gaat. Supersnaartheorie -- wat is dat? Nou, het is een theorie die de vraag probeert te beantwoorden: wat zijn de basis fundamentele ondeelbare onveranderbare bestanddelen die de wereld om ons heen vormen? het idee is als volgt. Stel je voor dat we naar een bekend voorwerp kijken, gewoon een kaars in een kandelaar, en stel je voor dat we willen weten waar het van gemaakt is. Dus we gaan op reis diep in het voorwerp en onderzoeken de bestanddelen. Dus diep vanbinnen -- we weten allemaal als je diep genoeg gaat, heb je atomen. We weten ook allemaal dat atomen niet het einde van het verhaal zijn. Ze hebben kleine elektronen die rond een centrale kern zwermen met neutronen en protonen. Zelfs de neutronen en protonen hebben kleinere delen in zich, quarks. Dat is waar de gebruikelijke ideeën stoppen.
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.
Hier is het nieuwe idee van snaartheorie. Diep in elk van deze deeltjes, zit iets anders. Dit andere is deze dansende vezel van energie. Het lijkt op een trillende snaar -- dat is waar het idee snaartheorie vandaan komt. En net zoals de trillende snaar die je net zagbij een cello in verschillende patronen kan trillen, kunnen deze ook in verschillende patronen trillen Ze produceren geen verschillende muzieknoten. Maar, ze produceren de verschillende deeltjes die de wereld om ons heen vormen. Dus, als deze ideeën kloppen, dan is ziet het ultra-microscopisch landschap van het universum er zo uit. Het bestaat uit een enorm aantal van deze kleine minivezels van trillende energie, trillend in verschillende frequenties. De verschillende frequenties produceren de verschillende deeltjes. De verschillende deeltjes zijn verantwoordelijk voor alle rijkdom in de wereld om ons heen.
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.
En daar zie je de unificatie, want materiedeeltjes, elektronen en quarks, stralingsdeeltjes, fotonen, gravitonen, zijn allemaal opgebouwd uit één eenheid. Dus materie en de natuurkrachten zijn allemaal samengebracht onder de rubriek trillende snaren. En dat is wat we bedoelen met een geünificeerde theorie Nu, hier is de valkuil. Wanneer je de wiskunde van snaartheorie bestudeerd, vind je dat het niet werkt in een universum met slechts drie ruimtedimensies. Het werkt niet in een universum met vier ruimtedimensies, ook niet met vijf, of zes. Uiteindelijk, kun je de vergelijkingen bestuderen, en aantonen dat het werkt alleen in een universum met 10 ruimtedimensies en één tijddimensie. Het leidt ons meteen terug naar dit idee van Kaluza en Klein -- dat onze wereld, wanneer op de juiste manier beschreven, meer dimensies heeft dan degene die we zien.
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.
Nu denk je daar misschien over en zegt, nou, okee, je weet wel, als je extra dimensies hebt, en ze zijn heel dicht opgekruld, ja, misschien zien we ze niet als ze klein genoeg zijn. Maar als er een kleine minibeschaving van groene mannetjes daarbeneden rondloopt, en je maakt ze klein genoeg en dan zien we hen ook niet, dat is waar. Één van de andere voorspellingen van snaartheorie -- nee, dat is niet één van de andere voorspellingen van snaartheorie.
(Laughter)
(Gelach)
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.
Maar het brengt wel de vraag op: proberen we deze extra dimensies gewoon te verstoppen, of vertellen ze ons echt iets over de wereld? In de resterende tijd, wil ik jullie iets vertellen over twee kenmerken. De eerste is, veel van ons geloven dat deze extra dimensies het antwoord bevatten op wat misschien wel de diepste vraag is in theoretische natuurkunde, in theoretische wetenschap. En dat is de vraag: wanneer we rondkijken in de wereld, zoals wetenschapppers de laatste honderd jaar deden, lijken er zo'n 20 getallen te zijn die ons universum echt beschrijven. dat zijn getallen zoals de massa van de deeltjes, zoals elektronen en quarks, de sterkte van de zwaartekracht, de sterkte van de elektromagnetische kracht -- een lijst van zo'n 20 getallen die gemeten zijn met ongelofelijke nauwkeurigheid, maar niemand heeft een verklaring voor waarom deze getallen precies deze waarde hebben.
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.
Nu, heeft snaartheorie een antwoord? Nog niet. Maar we geloven dat het antwoord op waarom deze getallen deze waarden hebben misschien afhankelijk is van de vorm van de extra dimensies. En het schitterende is, als deze getallen enige andere waarde hadden dan de bekende, het universum zoals wij dat kennen, niet zou bestaan. Dat is een diepe kwestie. Waarom zijne deze getallen zo nauwkeurig afgesteld om sterren te laten schijnen en planeten te laten ontstaan, wanneer we onderkennen dat als je met deze getallen rotzooit --- als ik hier 20 raden had en ik liet jullie naar voren komen om met deze getallen te rotzooien, vrijwel elke verandering zou het universum laten verdwijnen. dus kunnen we deze 20 getallen verklaren? En snaartheorie suggereert dat deze 20 getallen iets te maken hebben met de extra dimensies. Ik zal laten zien hoe. Dus wanneer we het hebben over de extra dimensies in snaartheorie, is het niet één extra dimensie, zoals in de oudere ideeën van Kaluza en Klein. Dit is wat snaartheorie zegt over de extra dimensies. Ze hebben een rijke ineengestrengelde geometrie.
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?
Dit is een voorbeeld van iets dat we kennen als een Calabi-Yau vorm -- de naam is niet zo belangrijk. Maar zoals je kunt zien, vouwen de dimensies in zichzelf en strengelen ze in elkaar in een heel interessante vorm, interessante structuur. En het idee is dat als de extra dimensies er zo uitzien, dan zou het micriscopisch landschap van ons universum om ons heen er zo uit zien op de allerkleinste schaal. Wanneer je met je hand zwaait, zou je deze extra dimensies keer op keer rondbewegen, maar ze zijn zo klein dat we het niet zouden weten. Dus wat is de fysieke implicatie dan, zo belangrijk voor deze 20 getallen?
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.
Neem dit geval. Als je kijkt naar het instrument, een hoorn, valt het op dat de trillingen van de luchtstromen beinvloed worden door de vorm van het instrument. Nu, in snaartheorie, zijn alle getallen reflecties van de manier waarop snaren kunnen trillen. Dus net zoals deze luchtstromen beïnvloed worden door de draaiïngen en bochten in het instrument, worden de snaren zelf beïnvloed door de trilpatronen in de geometrie waarin ze bewegen. Dus ik zal wat snaren in het verhaal brengen. En als je naar deze kleine trillende knapen kijkt -- ze zijn er zo -- daar, merk op dat de manier waarom ze bewegen beïnvloed wordt door de geometrie van de extra dimensies.
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.
Dus als we precies zouden weten die de extra dimensies er uit zouden zien -- dat weten we nog niet, maar als we dat wel wisten -- zouden we de toegestane noten moeten kunnen berekenen, de toegestane trilpatronen. En als de de toegestane trilpatronen konden berekenen, dan konden we deze 20 getallen berekenen. En als het antwoord van deze berekeningen overeenkomt met de waarden van deze getallen zoals ze zijn vastgesteld door gedetailleerde en nauwkeurige experimenten, dan zou dit op veel manieren de eerste fundamentele verklaring zijn voor waarom de structuur van het universum is zoals het is. Nu, het tweede onderwerp waarmee ik af wil ronden is: hoe kunnen we meer direct testen of deze extra dimensies bestaan? Is het slechts een interessante wiskundige structuur die misschien een verklaring geeft voor enkele van de voorheen onverklaarde kenmerken van de wereld, of kunnen we werkelijk het bestaan van deze extra dimensies testen? En we denken -- en dit is, denk ik, heel opwindend -- dat we in de volgende vijf jaar ofzo we misschien kunnen testen of deze extra dimensies bestaan.
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.
Dat gaat zo. In CERN, Genève, Zwitserland, wordt een machine gebouwd, de Large Hadron Collider. Het is een machine die deeltjes rond zal sturen in een tunnel, in tegengestelde richting, bijna op lichtsnelheid. Af en toe zullen deze deeltjes op elkaar gericht zijn, dus er is een frontale botsing. De hoop is dat als de botsing genoeg energie heeft, er misschien wat brokstukken van de botsing vrijkomen uit onze dimensies, die gedwongen worden de andere dimensies binnen te gaan. Hoe weten we dat? Nou, we meten de hoeveelheid energie na de botsing, vergelijken dat met de hoeveelheid energie ervoor, en als er na de botsing minder energie is dan daarvoor, dan is dit bewijs dat de energie afgedreven is. En als het in het juiste patroon afdrijft dan kunnen we berekenen, dit zal bewijs zijn dat de extra dimensies er zijn.
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.
Ik zal het idee visueel tonen. Dus stel je voor dat we een soort deeltje hebben genaamd graviton -- dat is het soort brokstuk waarvan we verwachten ze vrijkomen als de extra dimensies echt zijn. Maar zo zal het experiment gaan. Je neemt deze deeltjes. Je slaat ze op elkaar. Je slaat ze op elkaar, en als we gelijk hebben, iets van de energie van die botsing zal een brokstuk worden dat wegvliegt in deze extra dimensies. Dus dit is het soort experiment waar we naar zullen kijken in de volgende vijf, zeven tot 10 jaar ofzo. En als dit experiment vruchten afwerpt, en als we zo'n soort deeltje zien vrijkomen door op te merken dat er minder energie is in onze dimensies dan waar we mee begonnen, dan toont dat aan dat de extra dimensies echt zijn.
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.
En voor mij is dit echt een merkwaardig verhaal, en een merkwaardige kans. Teruggaan naar Newton met absolute ruimte -- verschafte niets dan een arena, een podium waarop de gebeurtenissen van het universum plaatshebben. Einstein komt voorbij en zegt, nou, ruimte en tijd kunnen vervormen en krommen, dat is zwaartekracht. En nu komt snaartheorie voorbij en zegt, ja, zwaartekracht, quantummechanica, elektromagnetisme -- allemaal samen in één pakket, maar alleen als het universum meer dimensies heeft dan die we zien. En dit is een experiment dat het bestaan ervan kan testen gedurende ons leven. Verbazingwekkende mogelijkheid. Dankejwel.
(Applause)
(Applaus)