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.
No ano 1919 um virtualmente desconhecido matemático alemão chamado Theodor Kaluza sugeriu um idéia atrevida, de certo modo bizarra. Ele propôs que nosso universo deveria realmente ter mais dimensões do que as três que todos nós já conhecemos. Isto é, em adição à esquerda, direita, trás, frente, cima e baixo, Kaluza propôs que deveriam haver dimensões adicionais de espaço. Que por alguma razão nós não vemos. Agora, quando alguém formula uma idéia atrevida e bizarra, algumas vezes é apenas isso: atrevida e bizarra, mas não tem nada a ver com o mundo à nossa volta. Essa particular idéia, entretanto -- apesar de nós ainda não sabermos se está certa ou errada, e no fim nós iremos discutir experimentos nos quais, nos próximos anos, possam nos dizer se é certa ou errada -- essa idéia teve um impacto majoritário na física no último século e continua a dar informações a muitas pesquisas de ponta.
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.
Então eu gostaria de contar a vocês algo sobre a história dessas dimensões extras. Então, onde vamos nós? Para começar nós precisamos de um pouco de história. Voltemos a 1907. Esse é o ano em que Einstein está radiante por ter descoberto a teoria especial da relatividade e decide embarcar em um novo projeto -- tentar entender completamente a grande e penetrante força da gravidade. E naquele momento, havia muitas pessoas do meio que achavam que o projeto já havia sido resolvido. Newton havia dado ao mundo a teoria da gravidade no fim de 1600 e funciona bem, descreve o movimento dos planetas, o movimento da lua e assim por diante, o movimento de maçãs apócrifas caindo de árvores, acertando pessoas na cabeça. Tudo que poderia ser descrito usando o trabalho de Newton.
But Einstein realized that Newton had left something out of the story, because even Newton had written that although he understood how to calculate the effect of gravity, he'd been unable to figure out how it really works. How is it that the Sun, 93 million miles away, [that] somehow it affects the motion of the Earth? How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence? And that is a task to which Einstein set himself -- to figure out how gravity works. And let me show you what it is that he found. So Einstein found that the medium that transmits gravity is space itself. The idea goes like this: imagine space is a substrate of all there is.
mas Einstein percebeu que Newton deixou algo fora da história, por que Newton tinha escrito que apesar de ele entender como calcular o efeito da gravidade, ele era incapaz de visualizar como ela realmente funciona. Como é que o Sol, a 149 milhões de quilômetros, de certo modo afeta o movimento da Terra? Como o Sol alcança através de um espaço vazio, inerte e exerce influência? E essa é uma tarefa para qual Einstein se colocou: visualizar como a gravidade funciona. E permita-me mostrar-lhes o que ele encontrou. Então Einstein encontrou que o meio que transmite a gravidade é o próprio espaço. A idéia é esta: Imagine que o espaço é um substrato de tudo que existe.
Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present. But if there is matter in the environment, such as the Sun, it causes the fabric of space to warp, to curve. And that communicates the force of gravity. Even the Earth warps space around it. Now look at the Moon. The Moon is kept in orbit, according to these ideas, because it rolls along a valley in the curved environment that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence. We go to a full-frame view of this. The Earth itself is kept in orbit because it rolls along a valley in the environment that's curved because of the Sun's presence. That is this new idea about how gravity actually works.
Einstein disse que o espaço é perfeito e plano, se não há matéria presente. Mas se há matéria no ambiente, como o Sol, isso obriga o tecido do espaço a deformar, a curvar. E isso transmite a força da gravidade. Mesmo a Terra deforma o espaço à sua volta. Agora olhe a Lua. A Lua é mantida em órbita, de acordo com essas idéias, porque ela rola ao longo de um vale no ambiente curvo que o Sol e a Lua e a Terra podem todos criar em virtude da sua presença. Nós temos uma vista no quadro completo disso. A própria Terra é mantida em órbita porque ela rola ao longo de um vale no ambiente que está curvado por causa da presença do Sol. Esta é essa nova idéia de como a gravidade realmente funciona.
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.
Agora, essa idéia foi testada em 1919 através de observações astronômicas. Ela realmente funciona. Ela descreve os dados. E isso elevou a proeminência de Einstein ao redor do mundo. E isso é o que fez Kaluza pensar. Ele, como Einstein, estava na busca de algo que chamamos a "teoria unificada". É a teoria que seja capaz de descrever todas as forças da natureza com um conjunto de idéias, um conjunto de princípios, uma equação mestre, se você quiser. Então Kaluza disse a si mesmo, Einstein foi capaz de descrever a gravidade em termos de deformações e curvas no espaço -- espaço e tempo, de fato, para ser mais preciso. Talvez eu possa jogar o mesmo jogo com a outra força conhecida, que era, naquela época, conhecida como a força eletromagnética -- nós conhecemos outras hoje, mas naquele tempo ela era a única outra em que se pensava. Você sabe, as forças responsáveis pela eletricidade e atração magnética e assim por diante.
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.
Então Kaluza diz, talvez eu possa jogar o mesmo jogo e descrever a força eletromagnética em termos de deformações e curvas. Isso levanta a questão: deformações e curvas em que? Einstein já havia usado o espaço e tempo, deformações e curvas, para explicar a gravidade. Não parecia haver nada mais para deformar ou curvar. Então Kaluza disse, bem, talvez hajam mais dimensões de espaço. Ele disse, se eu quero descrever mais uma força, talvez eu precise de mais uma dimensão. Então ele imaginou que o mundo tivesse quatro dimensões de espaço, não três, e imaginou que o eletromagnetismo era deformações e curvas nessa quarta dimensão. Agora, o negócio é o seguinte: quando ele escreveu as equações descrevendo as deformações e curvas em um universo com quatro dimensões de espaço, não três, ele descobriu que as velhas equações que Einstein havia derivado em três dimensões -- que eram para a gravidade -- mas ele encontrou uma equação a mais por causa da dimensão a mais. E quando ele olhou para aquela equação, ela era nenhuma outra senão a equação que os cientistas já conheciam há muito e que descrevia a força eletromagnética. Estonteante -- ela simplesmente apareceu. Ele ficou tão entusiasmado por essa realização que ele correu por sua casa gritando: "Vitória!" pois ele havia encontrado a teoria unificada.
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.
Agora, claramente, Kaluza era um homem que levava a teoria muito a sério. Ele, de fato -- há uma história de quando ele queria queria aprender a nadar, ele leu um livro, um tratado em natação, [risadas] -- e mergulhou no oceano. Este é um homem que arriscaria sua vida por uma teoria. Agora, mas para aqueles de nós que têm a mente um pouco mais prática, duas questões imediatamente se erguem dessa observação, Nº1: se há mais dimensões de espaço, onde elas estão? Não parece que as vemos. E nº2: a teoria realmente funciona em detalhe, quando você tenta aplicá-la para o mundo à nossa volta? Agora a primeira questão foi respondida em 1926 por um camarada chamado Oskar Klein. Ele sugeriu que essas dimensões deveriam vir em duas variantes -- deveriam haver as dimensões grandes e fáceis de ver, mas deveriam haver também as dimensões pequenas e enroladas, tão enroladas, mesmo à toda nossa volta, que nós não vemos.
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.
Deixem-me mostrar-lhes essa visualmente. Então imagine que você está olhando para algo como um cabo que sustenta um semáforo. É Manhattan. Você está no Central Park -- isso é meio irrelevante -- mas o cabo parece ter apenas uma dimensão de um ponto de vista distante, mas vocês e eu, todos sabemos que ele tem que ter certa espessura. É muito difícil de ver, pois, de longe. Mas se nós ampliamos e tomamos a perspectiva de, digamos, uma pequena formiga andando ao redor -- pequenas formigas são tão pequenas que elas podem acessar todas as dimensões -- o comprimento, mas também essa direção horária e anti-horária. Espero que vocês apreciem. Me tomou muito tempo fazer as formigas andarem assim.
(Laughter)
[risadas]
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 --
Mas isso ilustra o fato de que dimensões podem ser de dois tipos: Grandes e pequenas. E a idéia de que talvez as grandes dimensões à nossa volta são as que nós facilmente podemos ver, mas podem haver dimensões adicionais, enroladas, como a parte circular daquele cabo, tão pequenas que elas ficaram até então invisíveis. Deixem-me mostrar-lhes como elas podem parecer. Se nós dermos uma olhada, digamos, ao próprio espaço - Eu posso apenas mostrar, claro, duas dimensões em uma tela. Alguns de vocês vão consertar isso um dia, mas nada que não seja plano em uma tela é uma nova dimensão, que diminui, diminui, diminui, e muito abaixo nas profundezas microscópicas do próprio espaço -- essa é a idéia: você pode ter dimensões adicionais enroladas.
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?
Aqui está uma pequena forma circular -- tão pequena que nós não vemos. Mas se você fosse uma formiga ultramicroscópica andando por aí, você poderia andar nas grandes dimensões que todos nós conhecemos -- que seria a parte da grade -- mas você pode também acessar as dimensões pequenas e enroladas que são tão pequenas que nós não podemos ver a olho nu ou mesmo com qualquer de nossos equipamentos refinados. Mas profundamente pregada no tecido do próprio espaço, a idéia é que podem haver mais dimensões, como vemos aí. Agora há uma explicação sobre como o universo poderia ter mais dimensões além daquelas que nós vemos. Mas e sobre a segunda questão que eu perguntei: a teoria realmente funciona quando você tenta aplicá-la ao mundo real?
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.
Bem, acontece que Einstein e Kaluza e muitos outros trabalharam em tentar refinar essa grade e aplicá-la à física do universo como era entendido àquele tempo e em detalhe ela não funcionou. Em detalhe, para seu conhecimento, eles não conseguiram que a massa do elétron funcionasse corretamente nessa teoria. Então muitas pessoas trabalharam nisso, mas pelos anos 40, certamente pelos 50, essa idéia estranha, mas muito atraente, de como unificar as leis da física, se foi. Até que algo admirável aconteceu em nossa época. Em nossa era, uma nova tentativa para unificar as leis da física é perseguida por físicos como eu mesmo, muitos ao redor do mundo, é chamada Teoria das Supercordas, como vocês estavam esperando. E a coisa adimirável é que a teoria das supercordas não tinha nada a ver a priori com essa idéia de dimensões extras, mas quando nos estudamos a teoria das supercordas, nós percebemos que ela revive a idéia em uma forma nova e cintilante.
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.
Então deixem-me apenas contar-lhes como ela é. Teoria das supercordas -- o que é isso? Bem, é uma teoria que tenta responder a questão: Qual são os constituintes básicos, fundamentais, indivisíveis, incortáveis fazendo tudo no mundo à nossa volta? A idéia é assim: Então nos imagine olhando a um objeto familiar, apenas uma vela em seu suporte, e imagine que nos queremos visualizar do que isto é feito. Então nós vamos a uma jornada profunda dentro do objeto e examinar seus constituintes. Então lá no fundo -- nós todos sabemos se você for suficientemente dentro, você tem átomos. Nós também sabemos que os átomos não são o fim da história. Eles têm pequenos elétrons que fazem um enxame em volta do núcleo central com nêutrons e prótons. Mesmo os nêutrons e prótons tem partículas menores dentro deles conhecidas como quarks. Neste lugar as idéias convencionais param.
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.
Aqui está a nova idéia da teoria das cordas. Muito dentro de qualquer uma dessas partículas, há algo mais. Esse algo mais é esse filamento dançante de energia. Ele se parece com uma corda vibrando; é daí que a idéia de teoria das cordas vem. E exatamente como as cordas vibrantes que vocês acabaram de ver no violoncelo (apresentação anterior) que podem vibrar em padrões diferentes, estas também podem vibrar em diferentes padrões. Elas não produzem notas musicais diferentes. Ao invés, elas produzem as diferentes partículas que fazem o mundo à nossa volta. Então, se essas idéias estão corretas; isto é como a paisagem ultra-microscópica do universo deve parecer. É construída por um enorme número desses pequenos minúsculos filamentos de energia vibrante, vibrando em frequências diferentes. As frequências diferentes produzem as diferentes partículas; As diferentes partículas são responsáveis por toda riqueza no mundo à nossa volta.
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.
E aí você vê unificação, porque partículas de matéria, elétrons e quarks, partículas de radiação, fótons, grávitons, são todos construídos de uma entidade. Então matéria e as forças da natureza são todas colocadas juntas sob a rubrica de cordas vibrantes. E isso é o que entendemos por uma teoria unificada. Agora aqui está a pegada. Quando você estuda a matemática da teoria das cordas, você descobre que ela não funciona em um universo que tenha apenas três dimensões de espaço. Ela não funciona em um universo com quatro dimensões de espaço, nem cinco, nem seis. Finalmente, você pode estudar as equações, e mostrar que elas funcionam, apenas em um universo que tenha 10 dimensões de espaço. e uma dimensão de tempo. Isso nos leva de volta à idéia de Kaluza e Klein -- que nosso mundo, quando descrito apropriadamente, tem mais dimensões além daquelas que podemos ver.
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.
Agora você pode pensar sobre e dizer, bem, OK, você sabe, se você tem mais dimensões, e elas são realmente bem enroladas, sim, talvez nós não as veremos se elas forem suficientemente pequenas. Mas, se há uma pequena civilização de homenzinhos verdes andando lá, e você faz eles pequenos o suficiente que nós não poderemos vê-los também, isso é verdade. Uma das outras predições da teoria das cordas -- não, isso não é uma das predições da teoria das cordas.
(Laughter)
[risadas]
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.
Mas, isso levanta a questão: estamos nós apenas tentando esconder essas dimensões extras, ou elas dizem algo sobre o mundo? E no tempo que me resta, eu gostaria de contar-lhes duas características delas. A primeira é, muitos de nós acreditam que essas dimensões extras guardam a resposta para o que talvez seja a questão mais profunda na física teórica, ciência teórica. E a questão é esta: quando nós olhamos o mundo à nossa volta, como cientistas têm feito pelos últimos 100 anos, parece haver mais ou menos 20 números que realmente descrevem o universo. São números como a massa das partículas, como elétrons e quarks, a intensidade da gravidade, a intensidade da força eletétromagnética -- uma lista de mais ou menos 20 números que têm sido medidos com uma incrível precisão, mas ninguém tem uma explicação do porque os números têm esses particulares valores que ele têm.
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.
Agora, oferece a teoria das cordas uma resposta? Não ainda. Mas nós acreditamos que a resposta para o porquê desses números terem os valores que têm pode estar na forma dessas dimensões extras. E a coisa admirável é, se esses números tivessem quaisquer outros valores diferentes dos conhecidos, o universo, como nós conhecemos, não existiria. É uma questão profunda. Por que esses números tão finamente sintonizados para permitir as estrelas brilharem e os planetas se formar, quando nós reconhecemos que, se você embaralhar esses números -- se eu tivesse 20 marcações aqui e deixasse você você vir e bagunçar esses números, a mínima bagunça faz o universo desaparecer. Então, podemos nós explicar esses 20 números? E a teoria das cordas sugere que esses 20 números têm a ver com dimensões extras. Deixe-me mostrar-lhes como. Então quando nós falamos de dimensões extras na teoria das cordas, não é apenas uma dimensão extra, como nas velhas idéias de Kaluza e Klein. É isto que a teoria das cordas diz sobre dimensões extra.♫ Elas têm uma muito rica geometria entrelaçada.
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?
Esse é um exemplo de algo conhecido como forma Calabi-Yau -- o nome não é de todo importante. Mas como vocês podem ver, as dimensões extras dobram-se sobre si mesmas e entrelaçam de uma forma muito interessante, uma estrutura interessante. E a idéia é que se é assim que as dimensões extras parecem, então o a paisagem microscópica de todo o universo à nossa volta deve parecer com isso nas escalas minúsculas. Quando você balança sua mão, você estaria se movendo em torno dessas dimensões extras de novo e de novo, mas elas são tão pequenas que nós não poderíamos saber. Então qual é a explicação física, pois, relevante para esses 20 números.
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.
Considerem isso. Se você olha para um instrumento, uma trompa, notem que as vibrações das correntes de ar são afetadas pela forma do instrumento. Agora na teoria das cordas, Todos os números são reflexões de como as cordas podem vibrar. Então exatamente como correntes de ar são afetadas pelas dobras e voltas no instrumento, as cordas em si serão afetadas pelos padrões vibracionais na geometria nas quais elas estão se movendo. Então deixe-me trazer algumas cordas à história. E se você assistir essas pequenas amigas vibrando por aí -- elas estarão aí em um segundo -- logo ali, note que o modo como elas vibram é afetado pela geometria das dimensões extras.
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.
Então se nós soubéssemos exatamente como essas dimensões extras se parecem -- nós não sabemos ainda, mas se soubéssemos -- nós seríamos capazes de calcular as notas permitidas, os padrões vibratórios permitidos, E se nós pudermos calcular os padrões vibratórios permitidos, nós devemos ser capazes de calcular esses 20 números. E se a resposta que nós conseguirmos pelos cálculos concordar com os valores desses números que já foram determinados através de experimentação detalhada e precisa, isto de várias maneiras poderia ser a primeira explicação fundamental para o porquê de a estrutura do universo ser como é. Agora, o segundo problema com o qual eu desejo acabar é: Como podemos testar essas dimensões extras mais diretamente? É apenas uma estrutura matemática interessante que pode ser capaz de explicar algumas características inexplicadas do mundo, ou podemos nós realmente testar essas dimensões extras? E nós pensamos -- isto é, eu penso, muito entusiasmado -- que nos próximos cinco anos ou mais nós sejamos capazes de testar a existência dessas dimensões extras.
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.
O negócio é o seguinte. No CERN, Genebra, Suíça, uma máquina está sendo construída chamada o Grande Colisor de Hádrons (LHC). É uma máquina que vai mandar partículas às voltas em um túnel, em sentidos opostos, próximas à velocidade da luz. Frequentemente essas partículas serão miradas uma à outra, de maneira que haja uma colisão frontal. A esperança é que se a colisão tiver energia suficiente, isso talvez expulse alguns dos escombros da colisão de nossa dimensão, forçando-os a entrar nas outras dimensões. Como nós saberemos isso? Bem, nós vamos medir a quantidade de energia após a colisão, comparar com a quantidade de energia anterior, e se tiver menos energia depois da colisão que antes, isso será evidência de que a energia desgarrou-se. E se desgarrou no padrão correto que nós possamos calcular, isso será evidência de que dimensões extras estão lá.
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.
Deixem-me mostrar-lhes essa idéia visualmente. Então imagine que eu tenho um certo tipo de partícula chamada gráviton -- é um tipo de escombro que nós esperamos ser expelido se as dimensões extras forem reais. Mas é assim que o experimento será. Você pega essas partículas. Você as bate uma à outra. Você as bate uma à outra, e se nós estivermos certos, parte da energia da colisão vai em escombros que voam para dentro dessas dimensões extras. Então esse é o tipo de experimento que nós estaremos vendo nos próximos cinco, sete a 10 anos ou mais. E se esse experimento der frutos, se nós vermos esse tipo de partícula expelida por notar que há menos energia em nossas dimensões que quando começamos, isso irá mostrar que essas dimensões extras são reais.
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.
E para mim isso é uma história realmente notável, e uma oportunidade notável. Voltando a Newton, com o espaço absoluto -- não forneceu nada além de uma arena, um palco nos quais os eventos do universo tomavam lugar. Einstein vem e diz, bem, espaço e tempo podem deformar-se e curvar-se, isso é a gravidade. E agora a teoria das cordas vem e diz, sim, gravidade, mecânica quântica, eletromagnetismo -- todos juntos em um pacote, mas apenas se o universo possuir mais dimensões além daquelas que podemos ver. E esse é um experimento que pode testá-las enquanto ainda vivemos. Uma possibilidade estonteante. Muito obrigado!
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