In the year 1919, a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea. He proposed that our universe might actually have more than the three dimensions that we are all aware of. That is in addition to left, right, back, forth and up, down, Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space that for some reason we don't yet see. Now, when someone makes a bold and bizarre idea, sometimes that's all it is -- bold and bizarre, but it has nothing to do with the world around us. This particular idea, however -- although we don't yet know whether it's right or wrong, and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years, may tell us whether it's right or wrong -- this idea has had a major impact on physics in the last century and continues to inform a lot of cutting-edge research.
1919 senesinde, adı-sanı duyulmamış Alman matematikçi Theodor Kaluza, oldukça cüretkar ve biraz da acayip bir düşünce ortaya attı. Dediğine göre evrenimiz, hepimizin farkında olduğu 3 boyuttan daha fazla boyuta sahip olabilirdi. Yani, sol, sağ, arka, ön, yukarı ve aşağıya ilaveten, Kaluza, şimdilik her nedense göremediğimiz uzay boyutları olabileceğini ileri sürdü. Birisinin cüretkar ve acayip bir düşüncesi olduğunda bazen hepsi bundan ibarettir -- cüretkar ve acayip, ama etrafımızdaki dünya ile tamamen ilgisiz. Ancak sözünü ettiğim düşünce -- doğru olup olmadığını henüz bilmiyoruz ama birazdan bahsedeceğim deneyler birkaç sene içinde dogru olup olmadığını gösterebilir -- bu düşünce, geçen yüzyılda fizik üzerinde esaslı bir etki yarattı
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.
ve sınırları zorlayan çok sayıda araştırmayı etkilemeye devam ediyor. Dolayısıyla, size bu ekstra boyutların hikayesiyle ilgili bir kaç şey anlatmak istiyorum. O halde nereye gidiyoruz? Hikayenin başlangıcından önceye bir göz atalım. Sene 1907. Öyle bir yıl ki, Einstein özel görelilik kuramını keşfetmiş olmanın tadını çıkarırken yeni bir projeye başlamaya karar veriyor: Muazzam, her tarafa yayılan Kütleçekim Kuvveti'ni bütünüyle anlamaya çalışmak. O sıralarda, etraftaki pek çok insan bu projenin çoktan çözüme kavuşmuş olduğunu düşünüyordu. Newton, 1600´lerin sonuna doğru iyi işleyen, gezegenlerin ve ayın falan hareketini tanımlayan, ağaçlardan düşüp insanların kafasına isabet eden şu uydurma elmaların hareketini tanımlayan bir kütleçekim kuramı vermişti dünyaya. Tüm bunlar Newton'un çalışması kullanılarak açıklanabiliyordu.
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.
Ama Einstein, Newton'ın bir şeyi hikayenin dışında bıraktığını fark etti, zira Newton'un kendisi bile, kütleçekimin etkisinin nasıl hesaplanacağını çözmüş olmakla beraber, gerçekte nasıl işlediğini anlayamadığını yazmıştı. Nasıl oluyor da Güneş, 150 milyon km öteden, bir şekilde Dünyanın hareketini etkileyebiliyor? Güneş nasıl o boş ve tepkisiz uzay boyunca uzanıp, etki ediyor? İşte bu Einstein'ın kendine çıkardığı görevdi: Kütleçekiminin nasıl çalıştığını çözmek. Şimdi size ne bulduğunu göstereyim. Einstein'ın bulduğu şey, kütleçekimi ileten vasıtanın, uzayın kendisi olduğuydu. Düşünce şu: Uzayın, var olan her şeyin tabanı olduğunu düşünün.
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, hiç madde yokken uzayın dümdüz olduğunu söyledi. Ama eğer ortamda madde varsa, Güneş gibi örneğin, uzayın dokusunun eğrilip bükülmesine neden olur. Ve bu da kütleçekim kuvvetinin iletilmesini sağlar. Tabi Dünya da çevresindeki uzayı büker. Şimdi Ay'a bakalım. Bu düşüncelere göre, Ay'ın yörüngesinde kalmasının nedeni, eğrilmiş ortamdaki bir vadi boyunca yuvarlanmasıdır. Bu vadi Güneş, Ay ve Dünya'nın varlıkları dolayısıyla oluşmuştur. Şimdi resmin bütününe bir bakalım. Dünya kendi yörüngesinde kalıyor çünkü Güneş'in varlığı nedeniyle eğrilmiş ortamdaki bir vadi boyunca yuvarlanmakta. İşte bu, kütleçekimin aslında nasıl işlediğine ilişkin yeni düşünce.
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.
Evet, bu fikir 1919'da astronomik gözlemlerle sınandı. Gerçekten işe yarıyordu. Verileri açıklıyordu. Ve bu da Einstein'a dünya çapında ün kazandırdı. Aynı zamanda Kaluza'yı düşünmeye sevk etti. O da tıpkı Einstein gibi Birleşik Kuram arayışındaydı. Yani öyle bir kuram ki, doğadaki tüm kuvvetleri tek bir fikirler kümesinden, tek bir ilkeler kümesinden tek bir ana denklem ile tanımlayabilsin. Kaluza şöyle düşündü, Einstein kütleçekimini uzaydaki -- daha doğrusu uzay ve zamandaki-- eğrilip bükülmeler sayesinde açıkladı. Belki ben de aynı oyunu diğer bilinen kuvvetle oynayabilirim, ki o esnada bilinen diğer kuvvet elektomanyetik kuvvetti. Bugün başkalarını da biliyoruz, ama o zamanlar insanların düşündüğü tek diğer kuvvet buydu. Bilirsiniz, elektrikten ve manyetik çekimden falan sorumlu olan kuvvetten bahsediyoruz.
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.
Böylece Kaluza dedi ki, belki ben de aynı oyunu oynayarak elektromanyetik kuvveti eğrilip bükülmeler sayesinde açıklarım. Bu noktada soru şuydu: Neyin eğrilip bükülmesi? Einstein uzay ve zaman eğrilip bükülmelerini zaten kullanmıştı, kütleçekimi açıklarken. Görünüşe göre etrafta eğrilip bükülecek başka bir şey de yoktu. Kaluza "peki öyleyse" dedi, "belki de uzayda daha başka boyutlar vardır." "Eğer fazladan bir kuvvet daha tanımlamak istiyorsam, belki fazladan bir boyuta daha ihtiyacım vardır." Ve evrenin 3 tane değil, 4 tane uzay boyutu olduğunu, elektromanyetizmanın da bu 4. boyuttaki eğrilip bükülmeler olduğunu hayal etti. Olay şu ki: 3 değil de 4 uzay boyutlu bir evrendeki eğrilip bükülmeleri tanımlayan denklemleri yazdığında, Einstein'ın 3 boyut için türetmiş olduğu o eski denklemleri buldu. Bunlar kütleçekim içindi. Ayrıca fazladan bir denklem daha buldu, çünkü fazladan bir boyut vardı. Ve denkleme baktığında gördü ki, uzun zamandır bilimcilerin elektromanyetik kuvveti açıklamak için kullandıkları denklemin ta kendisiydi. İnanılmaz! Birdenbire çıkıvermişti. Bunu fark edince öyle heyecanlandı ki evinin etrafında koşarak "Zafer!" diye bağırdı. Birleşik Kuram'ı bulduğunu düşünüyordu.
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.
Şimdi belli ki, Kaluza kuramı çok ciddiye alan bir adamdı. Aslında, bir hikaye var, yüzme öğrenmek istediği zaman yüzme üzerine bir bilimsel inceleme kitabı okumuş (Gülüşmeler) ve ardından okyanusa atlamış. O, hayatını kuram için riske edebilecek türden bir adammış. Fakat bizim gibi daha pratik düşünenler için hâliyle iki adet soru ortaya çıkıyor. Soru 1: Eğer başka uzay boyutları varsa, hani nerede? Onları görüyor gibi bir hâlimiz yok. Soru 2: Bu kuramı etrafımızdaki dünyaya uygulamaya kalkışırsak, ayrıntılarda işler mi? İlk soru 1926'da yanıtlandı, Oskar Klein adlı bir arkadaş tarafından. Kendisi, boyutların iki değişik türde olabileceğini öne sürdü. Büyük ve kolayca görülebilen boyutların yanı sıra, minik ve kıvrılmış boyutlar da olabilirdi, öylesine kıvrılıp küçülmüşler ki, her yanımızda olsalar da onları göremiyoruz.
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.
Bunu görsel olarak göstereyim. Farz edelim ki, trafik ışığı kablosu gibi bir şeye bakıyorsunuz. Burası Manhattan. Konuyla ilgisi yok ama, Central Park. Uzaktan bakınca kablo tek boyutlu görünüyor. Ama hepimiz biliyoruz ki, kablonun bir kalınlığı var. Tabi uzaktan bakınca görmek çok zor. Ama odak uzaklığını arttırıp, örneğin bir karıncanın bakış açısına kavuşursak... -- Karıncalar öyle ufaktır ki, boyutların hepsine erişimleri vardır -- Uzun boyutun yanı sıra, saat yönünde ve saatin tersi yönde dolaşabiliriz. Bunu takdir edeceğinizi umarım. Karıncalara bunu yaptırmak çok vakit alırdı.
(Laughter)
(Kahkahalar)
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 --
Sonuçta burada görüyoruz ki boyutlar iki çeşit olabilir: Büyük veya küçük. Ve belki de etrafımızdaki büyük boyutlar kolayca görebildiklerimiz olup, bunların yanı sıra bir nevi kablonun daireselliği gibi, kıvrılmış, çok minik olan, bizim için görünmez boyutlar da belki mevcuttur. Size bunun neye benzediğini göstereyim. Şimdi, örneğin uzayın kendisine bakarsak, -- tabi ekranda sadece 2 boyut gösterebiliyorum. İçinizden birileri bir gün bunu düzeltecek, ama bir ekranda düz olmayan bir şey yeni bir boyuttur, daha da küçültüyoruz, küçültüyoruz, küçültüyoruz, ve uzayın kendisinin mikroskobik derinliklerine kadar iniyoruz. Düşünce şu: Kıvrılmış ek boyutlara sahip olabilirsiniz.
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?
İşte küçük bir daire, öyle küçük ki onu görmüyoruz. Ama eğer buralarda dolaşan minicik ultra-mikroskobik bir karınca olsaydınız, hem bildiğimiz büyük boyutların ızgaralarına, hem de küçüklüğünden dolayı ne çıplak gözle ne de en gelişmiş aygıtlarla göremediğimiz ufak kıvrık boyuta erişiminiz olurdu. Yani uzayın kendi dokusunun derinliklerine kısılıp kalmış başka boyutlar mevcut olabilir. İşte bu evrenin görebildiklerimizden fazla boyutu olmasına dair bir açıklama. Peki ya sorduğum ikinci soru: Gerçek dünyaya uygulamaya çalışıldığında kuram işliyor mu?
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.
Pekala, sonuç itibariyle Einstein, Kaluza ve diğer pek çok kişi bu çerçeveyi geliştirmek için çalıştı ve kuramı, o esnada anlaşılan biçimiyle evrenin fiziğine uyguladı. Ve ayrıntıda işlemedi. Ayrıntıda, örneğin, elektron kütlesini elde edemediler, ve kuramda kullanamadılar. Çok kişi üzerinde çalıştı, ama 40'lı, özellikle 50'li yıllarda fizik yasalarının birleştirilmesine dair bu garip ve kışkırtıcı düşünce yok oldu. Ta ki çağımızda muhteşem bir şey gerçekleşene dek. Fizik yasalarını birleştirmek için ben ve dünya çapındaki pek çok başka fizikçi tarafından yeni bir yaklaşım izleniyor. Buna Süpersicim Kuramı deniyor. Ve muhteşem olan şu ki, süpersicim kuramı başlangıçta ek boyut fikri ile ilgisiz görünüyordu. Fakat kuram üzerinde çalıştığımızda, düşünceyi pırıl pırıl bir biçimde dirilttiğini bulduk.
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.
Bunun nasıl olduğunu anlatayım. Süpersicim kuramı? Nedir bu? Şu soruya yanıt arayan kuramdır: Etrafımızdaki dünyayı meydana getiren en basit, temel, parçalanamaz, bölünemez bileşenler nedir? Düşünceyi açıklayayım. Şamdandaki bu mum gibi tanıdık bir nesneye bakalım, ve neyden yapılmış olduğunu anlamak isteyelim. Nesnenin içinde bir yolculuğa çıkıp, bileşenleri inceliyoruz. Hepimiz biliyoruz ki, yeterince derine inersek atomları buluruz. Ve biliyoruz ki, atomlar öykünün sonu değil. Onların nötronlu ve protonlu çekirdekleri etrafında dönen minik elektronları var. Nötron ve proton da içlerinde kuark dediğimiz daha küçük parçacıklara sahipler. İşte geleneksel düşüncelerin duruş noktası burası.
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.
Sicim kuramının yeni fikri ise şöyle: Bu parçacıkların hepsinin en derininde başka bir şey var. Bu başka şey, dans eden enerji iplikçikleri. Bu titreşen bir tele ya da sicime benziyor. Sicim kuramının dayandığı düşünce işte bu. Tıpkı bir viyolonselin titreşen tellerinin farklı kalıplarda titreşebilmeleri gibi, sicimler de farklı kalıplarda titreşebilir. Onlar farklı müzik notaları üretmez. Evrenimizi meydana getiren farklı parçacıkları üretirler. Dolayısıyla eğer bu fikirler doğru ise, evrenin ultra-mikroskobik manzarası şuna benzeyecektir: Evren, muazzam sayıda farklı frekanslarda titreşen ufacık-tefecik enerji ipliklerinden inşa edilmiştir. Farklı frekanslar farklı parçacıklar üretir. Farklı parçacıklar evrendeki tüm zenginliğin nedenidir.
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.
Ve bu noktada birleşimi görüyoruz, çünkü maddesel parçacıklar, elektronlar ve kuarklar, ışınsal parçacıklar, fotonlar, gravitonlar, bütün hepsi tek bir varlıktan inşa edilmişlerdir. Böylece madde ve doğa kuvvetleri hep birlikte Titreşen Sicimler başlığı altında toplanabilir. Bu da Birleşik Kuram ile kastettiğimiz şeydir. Önemli nokta şu: Sicim kuramının matematiğini çalışırken, 3 tane uzay boyutu olan bir evrende işlemeyeceğini görürsünüz. 4, 5 ya da 6 boyutlu bir evrende de işlemez. Sonunda denklemlerle uğraşır ve ancak 10 tane uzay, 1 tane de zaman boyutu olan bir evrende işleyeceğini görürsünüz. Bu bizi doğrudan Kaluza ve Klein'ın düşüncesine getirir. Yani evrenimiz, uygun biçimde tanımlandığında, gördüklerimizden fazla boyuta sahiptir.
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.
Bunun üzerinde düşündüğünüzde diyebilirsiniz ki, tamam, ek boyutlar varsa ve kıvrılmışlarsa, evet, yeterince küçüklerse belki göremeyiz. Ama ya yeşil insanlardan oluşan minik bir medeniyet oralarda geziniyorsa, o kadar küçüklerse onları da göremeyiz. Bu doğru. Sicim kuramının diğer öngörülerinden biri bu. Hayır, sicim kuramının diğer öngörülerinden biri bu değil.
(Laughter)
(Kahkahalar)
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.
Ama şu soruya yol açıyor: Bu ek boyutları saklı mı bırakalım, yoksa bize evrene dair bilgi verebilirler mi? Kalan sürede, bunların iki özelliğini anlatmak istiyorum. Birincisi, pek çoğumuz ek boyutların kuramsal fizikteki belki de en derin sorunun yanıtını verebileceğine inanıyor. Bu soru şu: Araştırmacıların yüzyıllardır yaptığı gibi evrene baktığımızda, evrenimizi tanımlayan yaklaşık 20 tane sayının olduğu görülüyor. Bunlar, elektronlar ve kuarklar gibi parçacıkların kütleleri, kütleçekimin gücü, elektromanyetik kuvvetin gücü gibi sayılar. İnanılmaz bir netlikte ölçülen yaklaşık 20 sayılık bir liste, fakat hiç kimse bu sayıların neden o belli değerlerde olduğunu açıklayamıyor.
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.
Peki, sicim kuramının önerdiği bir yanıt var mı? Henüz yok. Ama biz o sayıların o değerlerde olma nedenlerinin ek boyutların biçimine bağlı olabileceğine inanıyoruz. Ve ne harikadır ki, eğer bu sayılar bilinenler dışında herhangi bir değerde olsalardı, evrenimiz, bildiğimiz anlamda, var olmayacaktı. Bu derin bir soru. Bu sayılar neden böylesine ince ayarlanmış da, yıldızlar parlayıp, gezegenler oluşabiliyor. Bu sayılara karıştırmaya kalkarsak anlıyoruz ki, burada 20 tane ölçümüm olsa ve sizin gelip o sayıları karıştırmanıza izin versem, neredeyse her karıştırma evreni yok ederdi. Bu 20 tane sayıyı açıklayabilir miyiz? Sicim kuramı bu 20 sayının ek boyutlarla ilgili olduğuna işaret ediyor. Nasıl olduğunu size göstereyim. Sicim kuramında ek boyutlardan söz ettiğimizde, Kaluza ve Klein'ın önceden düşündüğü gibi bir tane olmuyor. Sicim kuramının ek boyutlarla ilgili söylediği şey bu. Son derece zengin, iç içe geçmiş bir geometriye sahipler.
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?
Bu Calabi-Yau şekli denen bir şeye örnek. İsmin pek önemi yok. Gördüğünüz gibi, ek boyutlar kendi içlerinin üzerine kapanıyor ve çok ilginç bir biçim, bir yapı örüyorlar. Ve eğer ek boyutlar buna benziyorsa, evrenimizin mikroskobik manzarası en küçük ölçekte böyle gözüküyor demektir. Elinizi salladığınızda, bu ek boyutların etrafında geziniyor olabilirsiniz, ama öyle küçükler ki, bunu bilemeyiz. Peki bu 20 sayı ile ilgili fiziksel ifade nedir?
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.
Şöyle düşünün: Bu enstrümana, kornoya bakın ve hava akımının titreşiminin, enstrümanın şeklinden etkilendiğine dikkat edin. Şimdi, sicim kuramında, tüm sayılar, sicimlerin titreşebilme yollarının bir yansıması. Yani tıpkı o hava akımlarının enstrümandaki eğim ve dönüşlerden etkilenişi gibi, sicimler de içlerinde hareket ettikleri geometrinin titreşimsel kalıplarından etkileneceklerdir. İzninizle öyküye biraz sicim katayım. Bu küçük arkadaşların etrafta titreşişini izlediğinizde, -- hemen orda olacaklar, işte burda -- titreşim biçimlerinin ek boyutların geometrisinden nasıl etkilendiğine dikkat edin.
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.
O halde, eğer ek boyutların tam olarak biçimini bilseydik -- henüz bilmiyoruz, ama şayet bilseydik -- mümkün olan notaları hesaplayabilirdik, mümkün titreşimsel kalıpları. Ve eğer mümkün titreşimsel kalıpları hesaplayabilseydik, söz konusu 20 sayıyı hesaplayabilirdik. Ve eğer hesaplamada çıkan yanıt, ayrıntılı ve net deneylerle belirlenmiş olan bu sayı değerleri ile uyumlu olursa, bu pek çok açıdan, evrenin yapısının neden olduğu şekilde olduğuna dair ilk temel açıklama olurdu. Bitirirken değinmek istediğim ikinci konu şu: Bu ek boyutlar için doğrudan bir test yapabilir miyiz? Evrenin açıklanamamış bazı özelliklerini açıklayabilecek ilginç bir matematiksel yapı mı sadece, yoksa ek boyutları gerçekten test edebilir miyiz? Bize göre -- ki bu bence çok heyecan verici -- önümüzdeki 5-6 sene içinde, ek boyutların varlığını test edebiliriz.
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.
Nasıl olacağını anlatayım. CERN'de, Cenevre İsviçre'de, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı denilen bir makina inşa ediliyor. Bu makina, ışık hızına yakın hızdaki parçacıkları, karşıt yönlerden bir tünele gönderecek. Arada bir o parçacıklar birbirlerine isabet edecek, ve kafa kafaya çarpışma gerçekleşecek. Umulan şu ki, eğer çarpışmanın yeterince enerjisi olursa, çarpışma enkazının bir kısmının, bizim boyutlarımızdan, diğer boyutlara geçmesini sağlayabilir. Bunu nasıl anlayacağız? Çarpışmadan sonraki enerji miktarını ölçüp, çarpışmadan önceki miktar ile kıyaslayacağız. Ve eğer çarpışmadan sonra, öncekinden az enerji varsa, enerjinin savrulup gittiğinin kanıt olacak. Eğer hesaplayabildiğimiz doğru kalıplarda savrulmuşsa, ek boyutların orada olduğunun kanıtı olacak.
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.
Bu düşünceyi görsel olarak göstereyim. Graviton adı verilen belli bir türde parçacığımız olsun. Bu dışarı atılmasını beklediğimiz türden enkaz, tabi ek boyutlar gerçekse. Deney şöyle işliyor: Bu parçacıkları alıyorsunuz. Birbirine vuruyorsunuz. Birbirine vuruyorsunuz, ve şayet haklıysak, bu çarpışmanın enerjisinin bir bölümü ek boyutlara geçen enkaza gidecektir. İşte bu tür deneyler, önümüzdeki yaklaşık 5, 7 ya da 10 sene boyunca inceleyecek olduklarımız. Ve eğer bu deney verimli olursa, eğer bu tür bir parçacığın ek boyuta gittiğini başlangıçtaki enerjinin azalmasına bakarak anlarsak, bu durum ek boyutların gerçek olduğunu gösterecek.
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.
Bana kalırsa bu gerçekten dikkate değer bir öykü, ve dikkate değer bir fırsat. Newton'a geri dönersek, uzay bomboş, hiç birşeyin olmadığı bir arena, evrensel olayların gerçekleştiği bir sahne. Ardından Einstein çıkar ve der ki, uzay ve zaman eğilip bükülebilir -ki bu kütleçekimdir. Ve şimdi Sicim Kuramı çıkıp diyor ki, evet, kütleçekim, kuantum mekaniği, elektromanyetizma, bütün hepsi tek pakette, fakat ancak evren gördüklerimizden fazla boyuta sahipse. Ve bu deney, bizim ömrümüz dahilinde bunu test edebilir. Nefes kesici bir olasılık. Çok teşekkürler. (Alkış)
(Applause)