Making sense of string theory | Brian Greene

Брайан Грин о теории струн

Переводчик: Oleg Polonsky Редактор: Pavel Anni

In the year 1919,

В 1919 году,

a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza

практически никому тогда не известный немецкий математик Теодор Калуца

suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.

предложил довольно смелую и, в некотором роде, эксцентричную идею.

He proposed that our universe

Он предположил, что наша Вселенная

might actually have more than the three dimensions

на самом деле может иметь больше, чем три измерения,

that we are all aware of.

о которых мы все знаем.

That is in addition to left, right, back, forth and up, down,

Помимо традиционных вправо-влево, вперед-назад и вверх-вниз,

Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space

Калуца предположил существование дополнительных пространственных измерений,

that for some reason we don't yet see.

которые, по тем или иным причинам, мы еще не способны наблюдать.

Now, when someone makes a bold and bizarre idea,

Когда кто-нибудь выдвигает смелую и эксцентричную идею,

sometimes that's all it is -- bold and bizarre,

иногда этим все и заканчивается -- смелая и эксцентричная,

but it has nothing to do with the world around us.

эта идея не имеет ничего общего с реальным миром.

This particular idea, however --

Но вот эта конкретная идея,

although we don't yet know whether it's right or wrong,

хотя мы еще не знаем, верна она или нет,

and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,

и в конце я расскажу об экспериментах, которые, через несколько лет,

may tell us whether it's right or wrong --

смогут ее подтвердить или опровергнуть --

this idea has had a major impact on physics in the last century

эта идея существенным образом повлияла на физику в последнем столетии

and continues to inform a lot of cutting-edge research.

и продолжает оказывать влияние на самые передовые исследования в настоящее время.

So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.

Так что мне бы хотелось рассказать вам кое-что обо всей этой истории с дополнительными измерениями.

So where do we go?

Итак, начнем.

To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.

А для того, чтобы начать, мне придется вернуться немного назад, в 1907 год.

This is a year when Einstein is basking in the glow

Это был год, когда Эйнштейн купался в лучах славы,

of having discovered the special theory of relativity

открыв специальную теорию относительности,

and decides to take on a new project,

и решился взяться за новый проект --

to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.

попытаться понять сущность великой силы всемирного тяготения.

And in that moment, there are many people around

К тому времени многие думали,

who thought that that project had already been resolved.

что эта задача уже решена.

Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s

Ньютон подарил миру свою теорию гравитации в конце 17-го века

that works well, describes the motion of planets,

и эта теория прекрасно работала, она описывала движение планет,

the motion of the moon and so forth,

движение Луны и тому подобное…

the motion of apocryphal of apples falling from trees,

Движение легендарного яблока, упавшего с дерева,

hitting people on the head.

ударив кого-то там по голове…

All of that could be described using Newton's work.

Все эти явления прекрасно описываются законами Ньютона.

But Einstein realized that Newton had left something out of the story,

Но Эйнштейн понимал, что есть нечто за рамками всей этой истории,

because even Newton had written

ведь даже сам Ньютон писал, что

that although he understood how to calculate the effect of gravity,

хоть он и знает, как рассчитывать действие силы притяжения,

he'd been unable to figure out how it really works.

при этом он не понимает, как она работает на самом деле.

How is it that the Sun, 93 million miles away,

Как может быть, что Солнце, на расстоянии 150 миллионов километров,

[that] somehow it affects the motion of the Earth?

каким-то образом влияет на движение Земли?

How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?

Как Солнце может прилагать силу через пустое, пассивное пространство?

And that is a task to which Einstein set himself --

И это была задачей, которую поставил перед собой Эйнштейн --

to figure out how gravity works.

понять, как работает гравитация.

And let me show you what it is that he found.

Давайте посмотрим, к чему он пришел.

So Einstein found

Итак, Эйнштейн обнаружил,

that the medium that transmits gravity is space itself.

что носителем гравитации является само пространство.

The idea goes like this:

Выглядит это примерно так:

imagine space is a substrate of all there is.

представим пространство как некую реальную субстанцию.

Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.

Эйнштейн высказал предположение, что пространство плоское, при условии, что в нем нет никакой материи,

But if there is matter in the environment, such as the Sun,

но любая материя, например Солнце,

it causes the fabric of space to warp, to curve.

деформирует, искривляет структуру пространства.

And that communicates the force of gravity.

И само это искривление является причиной гравитации.

Even the Earth warps space around it.

Даже Земля искривляет пространство вокруг себя.

Now look at the Moon.

Теперь посмотрим на Луну.

The Moon is kept in orbit, according to these ideas,

Согласно этой гипотезе, Луна остается на орбите

because it rolls along a valley in the curved environment

благодаря тому, что она как бы катается внутри желоба в искривленной среде,

that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.

который и Солнце, и Луна, и Земля создают самим фактом своего присутствия.

We go to a full-frame view of this.

Давайте теперь посмотрим на общую картину.

The Earth itself is kept in orbit

Земля остается на орбите,

because it rolls along a valley in the environment that's curved

так как она катится по желобу в среде, искривленной

because of the Sun's presence.

присутствием Солнца.

That is this new idea about how gravity actually works.

В этом и состояла новая теория о том, как на самом деле действует гравитация.

Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.

Эта теория была подтверждена в 1919 году рядом астрономических наблюдений.

It really works. It describes the data.

Она прекрасно работает. Она с точностью описывает экспериментальные данные.

And this gained Einstein prominence around the world.

Все эти факты принесли Эйнштейну мировую известность.

And that is what got Kaluza thinking.

И это заставило Калуцу задуматься.

He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.

Он, как и Эйнштейн, находился в поисках так называемой Единой теории поля.

That's one theory

Это одна теория,

that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,

с помощью которой можно было бы описать все силы, встречающиеся в природе,

one set of principles, one master equation, if you will.

единый набор принципов, одно ключевое уравнение, если хотите.

So Kaluza said to himself,

Так что Калуца сказал сам себе:

Einstein has been able to describe gravity

«У Эйнштейна получилось описать гравитацию

in terms of warps and curves in space --

с помощью деформации и искривления пространства» --

in fact, space and time, to be more precise.

на самом деле, пространства и времени, если быть более точным --

Maybe I can play the same game with the other known force,

«Может мне удастся проделать то же самое и с другой известной силой», --

which was, at that time, known as the electromagnetic force --

в то время этой силой был электромагнетизм --

we know of others today, but at that time

сегодня нам известны и другие силы, но в то время

that was the only other one people were thinking about.

это было единственной известной силой помимо гравитации.

You know, the force responsible for electricity

Это сила, отвечающая за электричество,

and magnetic attraction and so forth.

магнитное притяжение и так далее…

So Kaluza says, maybe I can play the same game

Итак, Калуца подумал: «Может я смогу воспользоваться тем же приемом

and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.

и описать электромагнитные взаимодействия с помощью деформации и искривления».

That raised a question: warps and curves in what?

Но тут возник законный вопрос: деформации и искривления чего?

Einstein had already used up space and time,

Эйнштейн уже «истратил» пространство и время,

warps and curves, to describe gravity.

их деформацию и искривление, для описания гравитации.

There didn't seem to be anything else to warp or curve.

Сложно было найти что-нибудь еще, что можно было бы деформировать и искривить.

So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.

Так что Калуца подумал: «Может, в пространстве больше трех измерений?

He said, if I want to describe one more force,

И если я хочу описать еще одну силу,

maybe I need one more dimension.

может, мне просто нужно еще одно измерение?»

So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,

Итак, он представил себе не трехмерный, а четырехмерный мир,

and imagined that electromagnetism was warps and curves

и представил, что электромагнитные взаимодействия -- это деформации и искривления

in that fourth dimension. Now here's the thing:

в этом четвертом измерении. И вот что получилось:

when he wrote down the equations describing warps and curves

когда он выписал уравнения, описывающие деформацию и искривление

in a universe with four space dimensions, not three,

в четырехмерной, а не в трехмерной, вселенной,

he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --

он увидел те же самые уравнения, которые Эйнштейн вывел в трех измерениях

those were for gravity --

для гравитации,

but he found one more equation because of the one more dimension.

но из-за дополнительного измерения добавилось еще одно уравнение.

And when he looked at that equation,

И когда он присмотрелся к этому уравнению,

it was none other than the equation

он увидел, что это не что иное,

that scientists had long known to describe the electromagnetic force.

как давно известное уравнение, описывающее электромагнетизм.

Amazing -- it just popped out.

Просто удивительно -- оно вышло само собой.

He was so excited by this realization

Это так взволновало его,

that he ran around his house screaming, "Victory!" --

что он начал бегать по дому и кричать «Эврика!» --

that he had found the unified theory.

он думал, что нашел Единую теорию поля.

Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.

Очевидно, Калуца был человеком, который чересчур серьезно относился к теории.

He, in fact --

Он, вообще --

there is a story that when he wanted to learn how to swim,

была история о том, как он хотел научиться плавать,

he read a book, a treatise on swimming --

он просто прочитал книгу, учебник по плаванию --

(Laughter)

(Смех)

-- then dove into the ocean.

и сразу же прыгнул в воду.

This is a man who would risk his life on theory.

Это человек, который был готов следовать теории даже с риском для жизни.

Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,

Но для тех из нас, кто немного более практичен,

two questions immediately arise from his observation.

из его наблюдения немедленно возникают два вопроса.

Number one: if there are more dimensions in space, where are they?

Вопрос номер один: если у пространства больше трех измерений, то где же они?

We don't seem to see them.

Почему мы их не видим?

And number two: does this theory really work in detail,

И вопрос номер два: выполняется ли эта теория в деталях,

when you try to apply it to the world around us?

когда мы пытаемся применить ее к реальному миру?

Now, the first question was answered in 1926

Ответ на первый вопрос был дан в 1926 году

by a fellow named Oskar Klein.

ученым по имени Оскар Клейн.

He suggested that dimensions might come in two varieties --

Он предположил, что существуют два вида измерений --

there might be big, easy-to-see dimensions,

с одной стороны, «большие» измерения, которые мы можем с легкостью наблюдать,

but there might also be tiny, curled-up dimensions,

а с другой — крошечные, как бы скрученные измерения,

curled up so small, even though they're all around us,

и хотя они повсюду окружают нас, они так малы,

that we don't see them.

что мы их не видим.

Let me show you that one visually.

Продемонстрируем это визуально.

So, imagine you're looking at something

Итак, представьте, что вы смотрите

like a cable supporting a traffic light.

на стальной трос, к которому подвешен светофор.

It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --

Это Манхеттен. Вы в Центральном парке, если быть точным.

but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,

Трос выглядит одномерным для удаленного наблюдателя,

but you and I all know that it does have some thickness.

но мы с вами конечно знаем, что он имеет некоторую толщину.

It's very hard to see it, though, from far away.

Издалека это трудно заметить,

But if we zoom in and take the perspective of, say,

но если мы посмотрим ближе и возьмем, скажем,

a little ant walking around --

крошечного муравья, ползущего по тросу --

little ants are so small that they can access all of the dimensions --

муравьи настолько малы, что им доступны оба измерения --

the long dimension,

длинное измерение вдоль троса,

but also this clockwise, counter-clockwise direction.

и второе вокруг него: по и против часовой стрелки.

And I hope you appreciate this.

Я надеюсь, вы оцените наши усилия,

It took so long to get these ants to do this.

ведь мы так долго дрессировали этих муравьев.

(Laughter)

(Смех)

But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:

Таким образом, это иллюстрация того, что измерения могут быть двух видов:

big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us

большие и маленькие. Итак, идея в том, что эти большие, протяженные измерения,

are the ones that we can easily see,

это те измерения, которые мы с легкостью можем наблюдать,

but there might be additional dimensions curled up,

но могут существовать также и дополнительные, «свернутые» измерения,

sort of like the circular part of that cable,

вроде того, что опоясывает ось троса,

so small that they have so far remained invisible.

настолько крошечные, что до сих пор они оставались недоступными нашему глазу.

Let me show you what that would look like.

Давайте посмотрим, как это могло бы выглядеть.

So, if we take a look, say, at space itself --

Взглянем на пространство как таковое --

I can only show, of course, two dimensions on a screen.

естественно, я могу показать только два измерения на экране.

Some of you guys will fix that one day,

Кто-нибудь из вас, друзья, однажды это исправит.

but anything that's not flat on a screen is a new dimension,

Посмотрите на экран: все, что не лежит в плоскости -- это новые измерения.

goes smaller, smaller, smaller,

Детали становятся все меньше, меньше и меньше,

and way down in the microscopic depths of space itself,

и где-то в микроскопической глубине пространства --

this is the idea,

в этом идея --

you could have additional curled up dimensions --

могут существовать дополнительные свернутые измерения.

here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.

Вот эти измерения в форме колец -- такие маленькие, что мы их попросту не видим.

But if you were a little ultra microscopic ant walking around,

Но если бы вы были ультрамикроскопическим муравьем, ползающим по этому пространству,

you could walk in the big dimensions that we all know about --

вы бы могли передвигаться не только в крупных измерениях, которые нам так хорошо известны --

that's like the grid part --

они показаны на экране квадратной сеткой --

but you could also access the tiny curled-up dimension

но также могли бы заползти в эти крошечные свернутые измерения,

that's so small that we can't see it with the naked eye

которые так малы, что их невозможно увидеть невооруженным глазом

or even with any of our most refined equipment.

и даже с помощью нашего самого высокоточного оборудования.

But deeply tucked into the fabric of space itself,

Запрятанные глубоко внутри складок Вселенной --

the idea is there could be more dimensions, as we see there.

там могут быть до сих пор неизвестные измерения.

Now that's an explanation

Это объяснение того,

about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.

как во Вселенной могут существовать другие измерения кроме тех, с которыми мы знакомы.

But what about the second question that I asked:

Перейдем ко второму вопросу, который я упомянул:

does the theory actually work

Действительно ли эта теория работает

when you try to apply it to the real world?

в применении к реальному миру?

Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others

На самом деле, и Эйнштейн, и Калуца, и многие другие

worked on trying to refine this framework

пытались детализировать эту теорию

and apply it to the physics of the universe

и применить ее к физической картине Вселенной,

as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.

сложившейся на тот момент -- и детали не сходились.

In detail, for instance,

В деталях, к примеру,

they couldn't get the mass of the electron

теоретически вычисленная масса электрона

to work out correctly in this theory.

не соответствует действительности.

So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,

Множество людей работало над этим, но к сороковым, или уж точно к пятидесятым годам

this strange but very compelling idea

эта странная и в то же время такая неотразимая идея

of how to unify the laws of physics had gone away.

о том, как можно объединить физические законы, перестала развиваться.

Until something wonderful happened in our age.

Пока нечто чудесное не произошло уже в наши дни.

In our era, a new approach to unify the laws of physics

Прямо сейчас, совершенно новый подход к объединению физических законов

is being pursued by physicists such as myself,

разрабатывается учеными-физиками вроде меня

many others around the world,

и многих других по всему миру.

it's called superstring theory, as you were indicating.

Это направление называется теория суперструн, как вы уже могли догадаться.

And the wonderful thing is that superstring theory

И что удивительно, эта теория

has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,

на первый взгляд не имеет ничего общего с идеей о дополнительных измерениях,

but when we study superstring theory,

но при более глубоком изучении теории суперструн

we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.

оказывается, что она возрождает эту идею к бурной новой жизни в совершенно иной форме.

So, let me just tell you how that goes.

Давайте посмотрим, как это происходит.

Superstring theory -- what is it?

Теория суперструн -- о чем она?

Well, it's a theory that tries to answer the question:

Это теория, которая пытается найти ответ на вопрос:

what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents

Что же является базовой, фундаментальной, неделимой и неразложимой составляющей

making up everything in the world around us?

всего окружающего нас мира?

The idea is like this.

Идея в следующем:

So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,

Представьте себе, что мы смотрим на обычную вещь, например, на свечу в подсвечнике.

and imagine that we want to figure out what it is made of.

Предположим, мы пытаемся понять, из чего она состоит.

So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.

Для этого, отправимся в путешествие вглубь, в недра этого объекта, чтобы определить его составляющие.

So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.

Глубоко внутри -- все мы знаем, что спустившись достаточно глубоко, мы увидим атомы.

We also all know that atoms are not the end of the story.

Также мы знаем, что на этом история не заканчивается.

They have little electrons that swarm around a central nucleus

Атомы состоят из маленьких электронов, снующих вокруг ядра, находящегося в центре,

with neutrons and protons.

которое, в свою очередь, состоит из нейтронов и протонов.

Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.

Но это еще не все -- нейтроны и протоны состоят из более мелких частиц под названием кварки.

That is where conventional ideas stop.

На этом заканчиваются традиционные представления об устройстве мира.

Here is the new idea of string theory.

Новая идея теории струн состоит в том,

Deep inside any of these particles, there is something else.

что глубоко внутри этих частиц существует нечто еще.

This something else is this dancing filament of energy.

Это «нечто» -- танцующие нити энергии.

It looks like a vibrating string --

Они похожи на вибрирующие струны --

that's where the idea, string theory comes from.

отсюда и произошло название теории струн.

And just like the vibrating strings that you just saw in a cello

И точно так же, как и у обычных струн, таких как у виолончели,

can vibrate in different patterns,

форма колебаний может быть самой разнообразной,

these can also vibrate in different patterns.

так же по-разному могут вибрировать и элементарные струны.

They don't produce different musical notes.

Но эти колебания создают не различные музыкальные ноты,

Rather, they produce the different particles making up the world around us.

а порождают различные частицы, из которых состоит весь окружающий мир.

So if these ideas are correct,

Таким образом, если эти соображения верны,

this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.

вот как будет выглядеть наша ультрамикроскопическая Вселенная:

It's built up of a huge number

она состоит из огромного количества

of these little tiny filaments of vibrating energy,

этих крошечных ниточек вибрирующей энергии,

vibrating in different frequencies.

колеблющихся с разными частотами.

The different frequencies produce the different particles.

Разные частоты создают различные элементарные частицы,

The different particles are responsible

а эти элементарные частицы создают

for all the richness in the world around us.

все разнообразие мира вокруг нас.

And there you see unification,

И в этом заключается объединение,

because matter particles, electrons and quarks,

потому что и частицы материи -- электроны и кварки,

radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.

и частицы поля -- фотоны и гравитоны -- все состоят из одной и той же базовой субстанции.

So matter and the forces of nature all are put together

Таким образом, вся материя и физические силы природы объединяются

under the rubric of vibrating strings.

под единым началом вибрирующих струн.

And that's what we mean by a unified theory.

И это то, что мы имеем в виду, говоря о единой теории.

Now here is the catch.

И вот в чем фокус --

When you study the mathematics of string theory,

математический анализ теории струн показывает,

you find that it doesn't work

что она не может выполняться

in a universe that just has three dimensions of space.

во вселенной, пространство которой трехмерно.

It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.

Не может она выполняться и во вселенной, пространство которой четырехмерно, пятимерно или шестимерно.

Finally, you can study the equations, and show that it works

Изучив уравнения, можно показать, что эта теория работает

only in a universe that has 10 dimensions of space

только во вселенной с десятью пространственными измерениями

and one dimension of time.

и одним измерением для времени.

It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --

И это возвращает нас обратно к предположению Калуцы и Клейна --

that our world, when appropriately described,

о том, что при надлежащем описании,

has more dimensions than the ones that we see.

в нашей Вселенной измерений больше, чем мы видим.

Now you might think about that and say, well,

Поразмыслив над этим, вы можете сказать:

OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,

Ладно, знаешь, все эти добавочные измерения, они так плотно закручены,

yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.

в самом деле, возможно, мы и не увидим их, если они достаточно малы.

But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,

И если существует малюсенькая цивилизация зеленых человечков, которая расположилась там внутри,

and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.

достаточно маленькая, чтобы ее невозможно было бы рассмотреть -- это ведь тоже может быть правдой.

One of the other predictions of string theory --

Еще одно предсказание теории струн?

no, that's not one of the other predictions of string theory.

Нет, теория струн этого не предсказывает.

(Laughter)

(Смех)

But it raises the question:

Но это наводит на другой вопрос:

are we just trying to hide away these extra dimensions,

Не пытаемся ли мы попросту спрятать эти добавочные измерения,

or do they tell us something about the world?

или, может, их существование объясняет нам что-то об устройстве мира?

In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.

В оставшееся время, я бы хотел рассказать вам о двух особенностях этих измерений.

First is, many of us believe that these extra dimensions

Во первых, многие из нас верят, что эти добавочные измерения

hold the answer to what perhaps is the deepest question

хранят ответ на глубочайший, по всей видимости, вопрос,

in theoretical physics, theoretical science.

занимающий ученых-теоретиков, всю теоретическую физику.

And that question is this: when we look around the world,

А именно: экспериментальные исследования,

as scientists have done for the last hundred years,

проводившиеся учеными на протяжении последнего столетия,

there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.

показали, что существует всего около 20-ти чисел, которые полностью описывают нашу Вселенную.

These are numbers like the mass of the particles,

Это фундаментальные физические постоянные, такие как массы элементарных частиц,

like electrons and quarks, the strength of gravity,

вроде электронов и кварков, гравитационная постоянная,

the strength of the electromagnetic force --

коэффициенты электромагнитного взаимодействия --

a list of about 20 numbers

всего около 20-ти чисел,

that have been measured with incredible precision,

измеренных с чрезвычайной точностью.

but nobody has an explanation

Но никто не может объяснить,

for why the numbers have the particular values that they do.

почему у этих постоянных именно такие числовые значения, которые были измерены.

Now, does string theory offer an answer?

Какое объяснение предлагает теория струн?

Not yet.

Пока никакого.

But we believe the answer for why those numbers have the values they do

Но мы верим, что ответ на этот вопрос о специфических числовых значениях физических постоянных

may rely on the form of the extra dimensions.

может зависеть от формы дополнительных измерений.

And the wonderful thing is, if those numbers

Поразительно то, что если бы значения этих постоянных

had any other values than the known ones,

были бы отличны от существующих --

the universe, as we know it, wouldn't exist.

Вселенной бы не существовало в таком виде, как мы ее знаем.

This is a deep question.

Это важный вопрос.

Why are those numbers so finely tuned

Почему эти постоянные так чрезвычайно тонко подогнаны

to allow stars to shine and planets to form,

для того, чтобы светили звезды и образовывались планеты,

when we recognize that if you fiddle with those numbers --

если малейшие манипуляции с их значениями --

if I had 20 dials up here

как если бы у меня была здесь панель с 20-ю ручками регулировки

and I let you come up and fiddle with those numbers,

и я бы дал кому-нибудь поменять эти значения,

almost any fiddling makes the universe disappear.

практически любые изменения приведут к исчезновению Вселенной.

So can we explain those 20 numbers?

Так как же можно обосновать эти 20 значений?

And string theory suggests that those 20 numbers

Теория струн предполагает, что эти 20 значений

have to do with the extra dimensions.

связаны с дополнительными измерениями.

Let me show you how.

Давайте посмотрим, каким образом.

So when we talk about the extra dimensions in string theory,

Когда мы говорим о дополнительных измерениях теории струн,

it's not one extra dimension,

это не одно-единственное дополнительное измерение,

as in the older ideas of Kaluza and Klein.

как в ранней теории Калуцы и Клейна.

This is what string theory says about the extra dimensions.

Вот что говорит теория струн о дополнительных измерениях.

They have a very rich, intertwined geometry.

У них очень сложная, переплетенная геометрия.

This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --

Вот пример так называемого пространства Калаби-Яу --

name isn't all that important.

название тут не играет важной роли.

But, as you can see,

Как вы видите,

the extra dimensions fold in on themselves

эти пространства заворачиваются сами в себя

and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.

и переплетаются, образуя причудливую форму, причудливую структуру.

And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,

Идея тут в том, что если дополнительные измерения выглядят подобным образом,

then the microscopic landscape of our universe all around us

то и весь окружающий нас микромир

would look like this on the tiniest of scales.

в мельчайшем разрешении должен выглядеть так же.

When you swing your hand,

Когда вы взмахиваете рукой,

you'd be moving around these extra dimensions over and over again,

ваша ладонь пронизывает эти измерения снова и снова,

but they're so small that we wouldn't know it.

но они так малы, что вы об этом не знаете.

So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?

Так как же это влияет на 20 физических постоянных?

Consider this. If you look at the instrument, a French horn,

Возьмем, к примеру, этот музыкальный инструмент -- валторну.

notice that the vibrations of the airstreams

Обратите внимание, что форма вибраций воздушного потока

are affected by the shape of the instrument.

зависит от формы инструмента.

Now in string theory,

Так же и в теории струн,

all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.

числовые значения отражают возможные формы колебаний струн.

So just as those airstreams

Как эти потоки воздуха

are affected by the twists and turns in the instrument,

формируются изгибами и поворотами внутри инструмента,

strings themselves will be affected

так и вибрации струн зависят

by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.

от геометрической формы пространства, в котором они колеблются.

So let me bring some strings into the story.

Давайте проиллюстрируем это со струнами.

And if you watch these little fellows vibrating around --

Если вы понаблюдаете за этими маленькими вибрирующими созданиями --

they'll be there in a second -- right there,

сейчас вы их увидите -- вот они,

notice that they way they vibrate is affected

обратите внимание, как их колебания зависят

by the geometry of the extra dimensions.

от геометрической формы дополнительных измерений.

So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --

Поэтому, если бы мы знали, как выглядят эти дополнительные измерения --

we don't yet, but if we did --

пока еще мы не знаем, но если бы это было так --

we should be able to calculate the allowed notes,

мы бы могли точно рассчитать разрешенные «ноты»,

the allowed vibrational patterns.

разрешенные формы колебаний.

And if we could calculate the allowed vibrational patterns,

А если бы мы могли рассчитать разрешенные формы колебаний,

we should be able to calculate those 20 numbers.

мы бы смогли рассчитать и эти 20 значений.

And if the answer that we get from our calculations

И если бы результаты наших вычислений

agrees with the values of those numbers

совпали с данными,

that have been determined

полученными в результате

through detailed and precise experimentation,

детальных и точных экспериментов,

this in many ways would be the first fundamental explanation

это было бы, по большому счету, первым фундаментальным объяснением

for why the structure of the universe is the way it is.

того, почему Вселенная такая, какая она есть.

Now, the second issue that I want to finish up with is:

И второй вопрос, на котором я хочу остановиться:

how might we test for these extra dimensions more directly?

Как можно напрямую проверить существование этих дополнительных измерений?

Is this just an interesting mathematical structure

Является ли это просто интересной математической моделью

that might be able to explain

которая способна описать

some previously unexplained features of the world,

некоторые доселе неизвестные свойства мироздания,

or can we actually test for these extra dimensions?

или же мы можем непосредственно проверить факт существования этих измерений?

And we think -- and this is, I think, very exciting --

По нашему мнению -- и я думаю, это на самом деле очень захватывающая возможность --

that in the next five years or so we may be able to test

в ближайшие пять лет, или что-то около того, мы сможем проверить

for the existence of these extra dimensions.

существование дополнительных измерений.

Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,

Вот как это произойдет. В лаборатории ЦЕРН близ Женевы, в Швейцарии,

a machine is being built called the Large Hadron Collider.

строится установка под названием Большой адронный коллайдер.

It's a machine that will send particles around a tunnel,

В этой установке частицы будут разгоняться в туннеле

opposite directions, near the speed of light.

по противоположным направлениям, почти до скорости света.

Every so often those particles will be aimed at each other,

Время от времени частицы будут направляться друг на друга,

so there's a head-on collision.

так, чтобы произошло лобовое столкновение.

The hope is that if the collision has enough energy,

При некотором везении, если столкновение будет достаточно сильным,

it may eject some of the debris from the collision

отдельные осколки будут вытеснены

from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.

из привычного пространства, что приведет к их переходу в другое измерение.

How would we know it?

Как мы об этом узнаем?

Well, we'll measure the amount of energy after the collision,

Мы измерим энергию после столкновения,

compare it to the amount of energy before,

сравним ее с энергией до столкновения,

and if there's less energy after the collision than before,

и если энергия уменьшилась --

this will be evidence that the energy has drifted away.

это свидетельствует о том, что энергия куда-то утекла.

And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,

И если утечка энергии произойдет по теоретически предсказанному сценарию --

this will be evidence that the extra dimensions are there.

это и будет доказательством существования дополнительных измерений.

Let me show you that idea visually.

Продемонстрируем эту идею визуально.

So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --

Вот одна из элементарных частиц, называемая гравитоном --

that's the kind of debris we expect to be ejected out,

именно такой «осколок» должен вылететь при столкновении,

if the extra dimensions are real.

если дополнительные измерения действительно существуют.

But here's how the experiment will go.

Вот как будет проводиться этот эксперимент.

You take these particles. You slam them together.

Берем частицы. Сталкиваем их,

You slam them together, and if we are right,

сталкиваем еще, и если наша теория верна,

some of the energy of that collision

часть энергии столкновения

will go into debris that flies off into these extra dimensions.

превратится в «осколок», который вылетит в иные измерения.

So this is the kind of experiment

Вот такой эксперимент,

that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.

который мы планируем провести в ближайшие пять, семь, десять лет или что-то около того.

And if this experiment bears fruit,

И если этот эксперимент принесет плоды,

if we see that kind of particle ejected

если мы удостоверимся, что вылетает именно такая частица,

by noticing that there's less energy in our dimensions

заметив, что в нашем измерении конечная энергия меньше той,

than when we began,

которая была вначале,

this will show that the extra dimensions are real.

это докажет, что дополнительные измерения на самом деле существуют.

And to me this is a really remarkable story,

Я думаю, это по-настоящему замечательная история

and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --

и исключительный шанс. Вернемся обратно к Ньютону, с его абсолютным пространством,

didn't provide anything but an arena, a stage

который не смог предложить ничего, кроме подмостков, арены,

in which the events of the universe take place.

на которой разыгрывается вселенское действо.

Einstein comes along and says,

Затем появился Эйнштейн и сказал:

well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.

«Пространство и время деформируются и искривляются -- и в этом состоит гравитация».

And now string theory comes along and says,

И, наконец, появляется теория струн, провозглашая:

yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,

«Да, гравитация, квантовая механика, электромагнетизм --

all together in one package,

все вместе в одной упаковке,

but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.

но только при условии, что во Вселенной больше измерений, чем мы видим».

And this is an experiment that may test for them in our lifetime.

И этот эксперимент может доказать их существование уже при нашей жизни.

Amazing possibility.

Изумительная перспектива.

Thank you very much.

Спасибо за внимание.

(Applause)

(Аплодисменты)