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.
V roku 1919 v podstatne neznámy nemecký matematik menom Theodor Kaluza navrhol veľmi odvážnu a v určitých smeroch veľmi podivnú teóriu. Podľa jeho predstavy by náš vesmír mohol mať v skutočnosti viac ako tri rozmery, ktoré všetci tak dobre poznáme. Teda k doľava-doprava, dopredu-dozadu a hore-dolu by mohli podľa Kaluzu existovať ďalšie priestorové dimenzie, ktoré ale z nejakých dôvodov nevidíme. Keď niekto príde s odvážnou a podivnou myšlienkou, je to niekedy všetko - odvážna a bizarná myšlienka, nemajúca nič spoločné so svetom okolo nás. Avšak táto konkrétna myšlienka - - hoci ešte nevieme, či má pravdu alebo nie, a na konci budeme hovoriť o experimentoch, ktoré, za niekoľko rokov, môžu povedať či ju má alebo nie - - táto myšlienka mala veľký vplyv na fyziku 20. storočia a dodnes z nej vychádza mnoho výskumov, ktoré posúvajú hranice nášho poznania.
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.
Rád by som vám preto povedal niečo o príbehu týchto extra rozmerov. Takže, kde začneme? Na začiatok sa presunieme do histórie, do roku 1907. Je to rok, v ktorom si Einstein užíva slávu za objav špeciálnej teórie relativity a rozhoduje sa pre nový projekt, s cieľom plne pochopiť ohromnú silu gravitácie. V tomto čase existovalo mnoho ľudí, ktorí sa domnievali, že tento projekt už vyriešený bol. Newton dal svetu teóriu gravitácie na konci 17.storočia; Dobre fungujúcu teóriu popisujúcu pohyby planét, pohyby Mesiaca a ďalších telies, aj pohyb mýtických jabĺk padajúcich zo stromov a triafajúcich ľudí do hláv. Všetko toto sa dá opísať Newtonovou prácou. Ale Einstein si uvedomil, že
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.
Newton vo svojej teórii niečo vynechal: pretože aj sám Newton napísal, že hoci rozumie ako vypočítať efekt gravitácie, nie je schopný prísť na to, ako v skutočnosti funguje. Ako je možné, že 93 miliónov míľ vzdialené Slnko nejako ovplyvňuje pohyb Zeme? Ako slnko prekoná prázdny a nereagujúci priestor a realizuje svoj vplyv? A to je úloha, na ktorej riešenie sa Einstein podujal - zistiť, ako gravitácia funguje. Ukážem vám, na čo prišiel. Takže Einstein zistil, že médium, ktoré prenáša gravitáciu, je samotný priestor. Myšlienka je takáto: predstavte si priestor ako substrát všetkého, čo je.
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 vyhlásil, že priestor je plochý, keď v ňom neexistuje hmota. Ale ak sa v ňom hmota nachádza, napríklad naše Slnko, spôsobí, že sa štruktúra vesmíru pokriví, ohne sa. A toto ohnutie prenáša silu gravitácie. Dokonca i Zem ohýba priestor okolo seba. Teraz sa pozrime na Mesiac. Mesiac je držaný na obežnej dráhe podľa tejto myšlienky preto, lebo sa kotúľa po stenách "údolia" v zakrivenom priestore, ktorý Slnko, Mesiac a Zem vytvárajú svojou prítomnosťou. Teraz sa na to pozrieme z väčšej perspektívy. Sama Zem je držaná na obežnej dráhe pretože sa takisto kotúľa po stenách "údolia" v zakrivenom priestore, ktorý vytvára Slnko. Toto je nová predstava o tom, ako gravitácia skutočne funguje.
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.
Táto teória bola testovaná v roku 1919 astronomickými pozorovaniami. Je skutočne správna. Dáta súhlasia s pozorovaniami. A tak získal Einstein celosvetové uznanie. A to isté inšpirovalo Kaluzove úvahy. Podobne ako Einstein, aj on hľadal "teóriu všetkého". Je to jedna teória, ktorá by mala byť schopná popísať všetky prírodné sily jedným myšlienkovým postupom, jednou sadou princípov, jednou majstrovskou rovnicou. Takže Kaluza si povedal; "Einstein bol schopný opísať gravitáciu v reči kriviek a záhybov priestoru" - - vlastne priestoru a času, aby sme boli presnejší. "Možno môžem hrať tú istú hru s inou známou silou," ktorá bola v tom čase známa ako elektromagnetická - - dnes poznáme aj ďalšie, ale v tom čase to bola jediná ďalšia, o ktorej ľudia uvažovali. Viete, tá sila zodpovedná za elektrinu, magnetické priťahovanie a ďalšie.
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.
Takže Kaluza povedal; "Možno môžem hrať tú istú hru a opísať elektromagnetickú silu v termínoch kriviek a záhybov." To ale otvorilo otázku: Kriviek a záhybov v čom? Einstein už použil priestor a čas, krivky a záhyby, na opis gravitácie. Nezdá sa, že by tu bolo ešte niečo iné, čo by sa dalo ohnúť či zvlniť. Takže Kaluza vyhlásil; "Dobre, možno existuje viac rozmerov priestoru." Povedal si: "Ak chcem opísať ďalšiu silu, možno potrebujem ďalší rozmer." Takže si predstavil, že svet má štyri priestorové dimenzie a nie tri, a predstavil si, že elektromagnetizmus sú krivky a záhyby v tejto štvrtej dimenzii. A teraz príde to hlavné: keď zapísal vzorce opisujúce krivky a záhyby vo vesmíre so štyrmi dimenziami, nie tromi, našiel staré rovnice, ktoré už Einstein odvodil pre tri dimenzie - - tie pre gravitáciu - - ale našiel ešte jednu navyše, vďaka dimenzii navyše. A keď sa na túto rovnicu pozrel, bola to presne tá rovnica, ktorú vedci už dlho poznali a ktorá opisovala elektromagnetickú silu. Úžasné - proste len tak vyskočila. Bol touto týmto zistením tak nadšený, že behal po dome kričiac: "Víťazstvo!" - že objavil Teóriu všetkého.
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.
Aby bolo jasné, Kaluza bol muž, ktorý bral teóriu veľmi vážne. On v skutočnosti - - existuje príbeh, že keď sa chcel naučiť plávať, prečítal si knihu, pojednanie o plávaní - (smiech) - a potom sa ponoril do oceánu. Je to muž, ktorý by pre teóriu riskoval svoj život. No pre tých z nás, ktorí sme trochu viac prakticky založení, z jeho pozorovaní vyvstanú okamžite dve otázky. Číslo jedna: Ak existuje v priestore viac dimenzií, kde sú? Nezdá sa, že by sme ich videli. A číslo dva: Skutočne táto teória do detailov funguje, keď sa ju pokúsime aplikovať na svet okolo nás? Prvá otázka bolo zodpovedaná v roku 1926 chlapíkom menom Oskar Klein. Predpokladal, že dimenzie môžu existovať v dvoch variantoch - - môžu to byť veľké, ľahko viditeľné dimenzie, ale môžu tiež byť veľmi malé, stočené, stočené tak veľmi, že aj keď sú všade okolo nás, nevidíme ich.
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.
Ukážem vám to vizuálne Predstavte si, že sa dívate na niečo ako kábel držiaci semafor. Je to na Manhattane. Ste v Central parku - čo nie je podstatné - ale kábel vyzerá zo vzdialeného uhla pohľadu ako jednorozmerný, hoci ja aj vy všetci vieme, že má nejakú hrúbku. Je to však z diaľky veľmi ťažko vidieť. Ale keď sa priblížime a pozrieme naň s pohľadu, povedzme, malého mravca idúceho okolo - - mravce sú tak malé, že majú prístup k obom dimenziám - - dimenzii dĺžky, ale tiež k smeru po a proti pohybu hodinových ručičiek. A dúfam, že to oceňujete. Trvalo hrozne dlho k tomu tie mravce prinútiť.
(Laughter)
(smiech)
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 --
Ale znázorňuje to fakt, že dimenzie môžu byť dvoch druhov: veľké a malé. A tá myšlienka teda je, že možno veľké dimenzie okolo nás sú tie, ktoré dokážeme ľahko vidieť, ale môžu tu byť ďalšie zvinuté dimenzie typu prierezu vyššie spomínaného kábla, ktoré sú tak malé, že dodnes zostali neviditeľné. Ukážem vám, ako by to mohlo vyzerať. Takže, ak sa pozrime, povedzme, na samotný priestor. Dokážem samozrejme na obrazovke ukázať iba 2 dimenzie. Niektorí z vás to jedného dna napravia, ale všetko, čo na obrazovke nie je ploché, je nová dimenzia čoraz menšia a menšia, a hlboko, hlboko v mikroskopických rozmeroch samotného priestoru - - to je tá myšlienka - môžte mať ďalšie zvinuté dimenzie -
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?
to je ten malý tieň krúžku; tak malý, že ho nevidíme. Ale keby ste boli ultramalý mikroskopický mravec idúci okolo, mohli by ste kráčať vo veľkých dimenziách, ktoré všetci poznáme - to je tá časť, ktorá vyzerá ako mriežka - ale mohli by ste tiež dosiahnuť tú malú zvinutú dimenziu, ktorá je tak malá, že ju nedokážeme vidieť voľným okom ale dokonca ani s našou najlepšou technikou. Ale hlboko zastrčené v štruktúre samotného vesmíru, by podľa tejto teórie mohli byť ďalšie dimenzie. Takže to je vysvetlenie, ako môže mať vesmír viac dimenzií ako tie, ktoré vidíme. Ale čo tá druhá otázka, ktorú som položil: Skutočne táto teória funguje, ak sa ju pokúsime použiť na reálny svet?
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.
No, ukazuje sa, že Einstein, Kaluza a mnohí ďalší sa ju pokúšali zdokonaliť a použiť na fyziku vesmíru, ktorá bola známa v ich čase a - v detailoch - to nefungovalo. Konkrétne, napríklad nedokázali vypočítať hmotnosť elektrónu tak, aby im v rámci teórie vychádzali správne výsledky. Pracovalo na tom veľmi veľa ľudí, no v 40-tich a zreteľne v 50-tich rokoch minulého storočia sa táto zvláštna a podnecujúca myšlienka ako zjednotiť zákony fyziky postupne vytratila. Až kým sa v súčasnosti nestalo niečo úžasného. V našej dobe sa objavil nový prístup k zjednoteniu zákonov fyziky, na ktorom pracujú fyzici ako som ja, a mnohí ďalší na celom svete. Volá sa teória superstrún, ako som už naznačil. A nádherná vec je, že táto teória superstrún nemá na prvý pohľad nič spoločné s myšlienkou viacerých dimenzií; ale keď teóriu superstrún skúmame, zisťujeme, že oživuje tento nápad v novej , iskrivej forme.
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.
Nechajte ma to vysvetliť. Teória superstrún - čo to je? Je to teória, ktorá sa pokúša odpovedať na otázku: čo je základnou, fundamentálnou, nedeliteľnou zložkou, ktorá vytvára všetko okolo nás? Myšlienka je takáto: Predstavme si, že sa dívame na známy predmet, povedzme sviečku v svietniku, a predstavujeme si, že chceme zistiť, z čoho sa skladá. Takže sa vydáme na cestu hlboko do tohto predmetu a preskúmame jeho zložky. Hlboko vo vnútri - všetci vieme, už sme sa tam dostali - máme atómy. Takisto všetci vieme, že atómy nie sú koniec príbehu. Majú drobné elektróny, ktoré sa hmýria okolo centrálneho jadra z neutrónov a protónov. Dokonca neutróny a protóny sa skladajú z menších častíc, známych ako kvarky. To je miesto, kde končia štandardné teórie.
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.
A začína tu nová myšlienka teórie strún. Hlboko vo vnútri každej z týchto častíc je ešte niečo. To niečo je tancujúce vlákno energie. Vyzerá ako vibrujúca struna - - preto sa teória volá teória strún. A podobne ako vibrujúce struny, ktoré vidíte na base, dokážu vibrovať v rôznych vzoroch, tieto tiež dokážu vibrovať v rôznych vzoroch. Nevytvárajú však rôzne tóny. Vytvárajú rôzne častice, ktoré tvoria svet okolo nás. Takže ak sú tieto teórie správne, takto vyzerá ultra-mikroskopická krajina nášho vesmíru. Skladá sa z obrovského množstva týchto malých tenkých vlákien vibrujúcej energie, chvejúcich sa v rôznych frekvenciách. Rôzne frekvencie vytvárajú rôzne častice. Rôzne častice sú zodpovedné za všetku tú pestrosť sveta okolo nás.
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.
A tu vidíte zjednotenie, pretože hmotné častice, elektróny a kvarky, vlnové častice, fotóny a gravitóny, všetky tvorí to isté. Takže hmota a prírodné sily sú spoločne začlenené do množiny vibrujúcich strún. A to je to, čo si predstavujeme pod "teóriou všetkého". Je v tom ale háčik. Keď skúmate matematiku teórie strún, zistíte, že nefunguje vo vesmíre, ktorý má iba tri dimenzie. Nefunguje vo vesmíre, ktorý ich má štyri, päť ani šesť. Môžete preskúmať rovnice a nakoniec sa ukáže, že fungujú iba vo vesmíre, ktorý má 10 priestorových dimenzií a jednu dimenziu času. To nás vedie priamo späť k myšlienke Kaluzu a Kleina - že náš svet, keď je správne popísaný, má viac dimenzií ako tie, ktoré vidíme.
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.
Teraz o tom môžete premýšľať a povedať: Dobre, možno tu sú nejaké ďalšie dimenzie a možno sú skutočne veľmi zvinuté, možno ich neuvidíme, pretože naozaj primalé. Ale možno existuje malá civilizácia drobných zelených ľudkov kráčajúcich niekde tam dole, dostatočne malá, aby sme ju nevideli. To je pravda. Jedna z ďalších predpovedí teórie strún --- nie, to nie je jedna z ďalších predpovedí teórie strún.
(Laughter)
(smiech)
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.
Ale vyvoláva otázku: snažíme sa tieto extra dimenzie len odhaliť, alebo nám niečo hovoria o svete? V zostávajúcom čase by som vám rád povedal o ich dvoch vlastnostiach. Po prvé; mnoho z nás verí, že tieto extra dimenzie obsahujú odpoveď na možno najzákladnejšiu otázku teoretickej fyziky, teoretickej vedy. A tou otázkou je: keď sa pozrieme na svet okolo nás, ako to vedci robili posledných sto rokov, ukazuje sa, že existuje cca 20 čísiel, ktoré ho skutočne popisujú. Sú to čísla ako hmotnosť častíc, ako sú elektróny a kvarky, sila gravitácie, sila elektormagnetizmu - - zoznam približne 20 čísiel, ktoré boli odmerané s neuveriteľnou presnosťou, ale nikto nemá vysvetlenie prečo tieto čísla majú také hodnoty ako majú.
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.
Ponúka teória strún odpoveď? Zatiaľ nie. Ale veríme, že odpoveď prečo sú tie čísla také aké sú môže mať súvis s formou tých extra dimenzií. A úžasná vec je, že ak by tieto čísla mali iné hodnoty ako tie, ktoré majú, vesmír tak, ako ho poznáme, by neexistoval. To je zásadná otázka. Prečo sú tieto hodnoty tak jemne vyladené aby umožňovali svietiť hviezdam a vznik planét, keď sme zistili, že ak sa s týmito hodnotami hráme - keby som tu mal 20 číslic a nechal vás sa s nimi pohrať, takmer akákoľvek ich zmena by spôsobila, že vesmír by sa rozplynul. Tak ako dokážeme vysvetliť tých 20 čísiel? Teória strún navrhuje, že týchto 20 čísel má čosi spoločné s dimenziami navyše. Ukážem vám, ako. Keď hovoríme o viacerých dimenziách v teórii strún, nie je to jedna dimenzia navyše, ako u starších predstáv Kaluzu a Kleina. Teória strún hovorí o dimenziách navyše toto: Majú veľmi bohatú, prepletenú geometriu.
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?
Toto je príklad niečoho, čo voláme Calabiho-Youov tvar; názov nie je dôležitý. Ale ako vidíte, dimenzie navyše sa prekladajú a preplietajú do veľmi zaujímavého tvaru, zaujímavej štruktúry. A tá myšlienka je, že ak tie dimenzie navyše vyzerajú nejako takto, potom mikroskopický povrch nášho vesmíru všade okolo nás, bude na tej najmenšej úrovni vyzerať tiež nejako takto. Keď mávnete rukou, budete ňou hýbať okolo týchto dimenzií znovu a znovu, no oni sú tak maličké, že o tom nebudeme vedieť. Takže aký to teda má vzťah k týmto 20 číslam?
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.
Zvážte toto. Ak sa pozriete na hudobný nástroj, lesný roh, všimnete si, že vibrácie vzdušných prúdov sú ovplyvnené tvarom tohto nástroja. No a v teórii strún sú všetky tieto čísla odrazom toho, ako môžu struny vibrovať. Takže rovnako ako vzdušné prúdy sú ovplyvňované skrútením a ohybmi nástroja, struny samotné budú ovplyvnené vibračnými vzormi v geometrii, v ktorej sa pohybujú. Takže mi dovoľte priviesť nejaké struny na pódium. A ak sledujete vibrovanie týchto malých drobcov - - budú tu za sekundu - práve tu, všimnete si, že spôsob ako vibrujú je ovplyvnený geometriou extra dimenzií.
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.
Takže keď presne vieme ako tie extra dimenzie vyzerajú - - zatiaľ to nevieme, ale keby sme vedeli - - mali by sme byť schopní vypočítať možné noty, možné vibračné vzorce. A ak budeme vedieť vypočítať možné vibračné vzorce, mali by sme byť schopní vypočítať tých 20 čísiel. A keď odpoveď, ktorú z našich výpočtov dostaneme bude súhlasiť s hodnotami týchto čísiel, ktoré sme zistili detailnými a precíznymi experimentmi, to bude v mnohých ohľadoch prvé fundamentálne vysvetlenie, prečo je štruktúra vesmíru taká, aká je. Druhý problém, ktorý chcem týmto spôsobom vyriešiť je: Ako môžeme testovať tieto extra dimenzie priamejšie? Je to iba zaujímavý matematický konštrukt, ktorý by mohol byť schopný vysvetliť niektoré predtým nevysvetliteľné vlastnosti sveta, alebo môžme skutočne priamo tieto extra dimenzie študovať? A myslíme si - a to je podľa mňa veľmi vzrušujúce - že v nasledujúcich cca piatich rokoch by sme mohli byť schopní testovať existenciu týchto extra dimenzií.
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.
Robí sa to takto. V CERNe, v Ženeve vo Švajčiarsku, sa stavia stroj, ktorý sa nazýva Large Hadron Collider. Je to stroj, ktorý bude vysielať častice tunelom, v protismere, rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Tieto častice budú mieriť na seba, takže dôjde k ich vzájomnej kolízii. Dúfame, že ak táto kolízia bude mať dostatočnú energiu, môže vyvrhnúť nejaké trosky z našich dimenzií a prinútiť ich vstúpiť do iných. Ako to budeme vedieť? Zmeriame množstvo energie po kolízií, porovnáme ho s množstvom energie pred ňou, a keď bude po kolízii menej energie ako pred ňou, bude to dôkaz, že energia niekam unikla. A keď ten únik bude v určitej forme, ktorú dokážeme vypočítať, bude to dôkaz, že tam niekde sú extra dimenzie.
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.
Ukážem vám tú myšlienku vizuálne. Takže si predstavme, že máme určitý druh častice, známej ako gravitón - - to je druh trosiek, o ktorých predpokladáme, že budú vyvrhnuté, ak sú extra dimenzie skutočné. No tu je ako experiment bude prebiehať. Vezmete tieto častice. Narazíte nimi o seba. Narazíte nimi o seba, a ak máme pravdu, časť energie z tejto kolízie skončí v troskách, ktorý "utečie" do extra dimenzií. Takže toto je druh experimentu, na ktorý sa budeme dívať najbližších 5, 7 či 10 rokov. A ak tento experiment prinesie svoje ovocie, keď uvidíme vyvrhnutý tento typ častice a pritom zachytíme, že je v našich dimenziách menej energie ako keď sme s ním začali, to dokáže, že extra dimenzie sú skutočné.
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.
A pre mňa je toto skutočne mimoriadny príbeh, a mimoriadna príležitosť. Pre Newtona bol absolútny priestor ničím iným, iba javiskom na ktorom sa odohrávali udalosti vesmíru. Šiel okolo Einstein a povedal, priestor a čas sa môžu ohýbať a krútiť - to je gravitácia. A teraz prichádza teória strún a hovorí, áno, gravitácia, kvantová mechanika, elektromagnetizmus, všetko v jednom balíku, ale iba ak má vesmír viac dimenzií ako tie, ktoré vidíme. A toto je experiment, ktorý to môže potvrdiť ešte počas našich životov. Úžasná možnosť. Ďakujem vám!
(Applause)
(potlesk)