ABOUT THE SPEAKER
Brian Greene - Physicist
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe.

Why you should listen

Greene, a professor of physics and mathematics at Columbia University, has focused on unified theories for more than 25 years, and has written several best-selling and non-technical books on the subject including The Elegant Universe, a Pulitzer finalist, and The Fabric of the Cosmos — each of which has been adapted into a NOVA mini-series. His latest book, The Hidden Reality, explores the possibility that our universe is not the only universe.

Greene believes science must be brought to general audiences in new and compelling ways, such as his live stage odyssey, Icarus at the Edge of Time, with original orchestral score by Philip Glass, and the annual World Science Festival, which he co-founded in 2008 with journalist Tracy Day.

More profile about the speaker
Brian Greene | Speaker | TED.com
TED2005

Brian Greene: Making sense of string theory

布莱恩·格林恩谈“弦理论”

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物理学家布莱恩·格林恩解释了“超弦理论”,该理论认为任何的粒子以及宇宙间的作用力均由存在于11维度空间中的细微线型能量环振动构成。
- Physicist
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio

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00:13
In the year 1919,
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在1919年,
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a virtually实质上 unknown未知 German德语 mathematician数学家, named命名 Theodor西奥多 Kaluza卡鲁扎
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7000
一位显为人知名叫“西奥多•卡鲁扎”的德国数学家
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suggested建议 a very bold胆大 and, in some ways方法, a very bizarre奇异的 idea理念.
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提出了一个大胆,甚至有些异乎寻常的猜想。
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He proposed建议 that our universe宇宙
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他认为在我们的宇宙
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might威力 actually其实 have more than the three dimensions尺寸
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可能实际上包含不只三个维度
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that we are all aware知道的 of.
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并非像我们一贯所认为的那样。
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That is in addition加成 to left, right, back, forth向前 and up, down,
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除了我们熟悉的左和右,前与后,上跟下外,
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Kaluza卡鲁扎 proposed建议 that there might威力 be additional额外 dimensions尺寸 of space空间
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“卡鲁扎”认为空间里可能包含有额外的维度
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that for some reason原因 we don't yet然而 see.
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只是因为某些特殊原因,我们还无法认知。
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Now, when someone有人 makes品牌 a bold胆大 and bizarre奇异的 idea理念,
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当一个人有了大胆怪异的猜想,
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sometimes有时 that's all it is -- bold胆大 and bizarre奇异的,
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我们通常只会关注其大胆和古怪的部分,
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but it has nothing to do with the world世界 around us.
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而这部分和我们存在的现实世界是毫无关联的。
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This particular特定 idea理念, however然而 --
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45000
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但是这一次,面对于这个猜想--
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although虽然 we don't yet然而 know whether是否 it's right or wrong错误,
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虽然我们还不知道它的正确与否,
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and at the end结束 I'll discuss讨论 experiments实验 which哪一个, in the next下一个 few少数 years年份,
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之后我会谈谈一些会在未来几年里进行的实验,
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may可能 tell us whether是否 it's right or wrong错误 --
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可能会证实它的真伪--
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this idea理念 has had a major重大的 impact碰撞 on physics物理 in the last century世纪
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这个猜想在上个世纪已经给物理学界带来了重大冲击
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and continues继续 to inform通知 a lot of cutting-edge前沿 research研究.
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毫无疑问,它会进一步推动大量前沿学科的研究。
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So, I'd like to tell you something about the story故事 of these extra额外 dimensions尺寸.
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所以,我想借此机会与你一起探讨一下这些“额外的维度”。
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So where do we go?
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我们从哪里开始好呢?
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To begin开始 we need a little bit of back story故事. Go to 1907.
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先让我们谈一些背景知识吧。话说1907年,
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This is a year when Einstein爱因斯坦 is basking in the glow辉光
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那年“爱因斯坦”已经成功地
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of having discovered发现 the special特别 theory理论 of relativity相对论
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发现了狭义相对论
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and decides决定 to take on a new project项目,
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并且正计划开启一个新的课题研究--
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to try to understand理解 fully充分 the grand盛大, pervasive无处不在 force of gravity重力.
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进一步深入地发掘被大家普遍认知的重力的由来。
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And in that moment时刻, there are many许多 people around
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那时,很多人
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who thought that that project项目 had already已经 been resolved解决.
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认为该课题早已被攻克了。
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Newton牛顿 had given特定 the world世界 a theory理论 of gravity重力 in the late晚了 1600s
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95000
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“牛顿”已经在17世纪末提出了重力理论
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that works作品 well, describes介绍 the motion运动 of planets行星,
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该理论可以正确地描述了星球间的运动,
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the motion运动 of the moon月亮 and so forth向前,
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2000
月亮的运动等等,
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the motion运动 of apocryphal杜撰 of apples苹果 falling落下 from trees树木,
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但这个导致苹果坠落的令人质疑的运动,
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hitting people on the head.
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一直困扰着大家。
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All of that could be described描述 using运用 Newton's牛顿 work.
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虽然这些运动都可以运用牛顿理论来描述,
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But Einstein爱因斯坦 realized实现 that Newton牛顿 had left something out of the story故事,
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4000
但是“爱因斯坦”意识到“牛顿”遗留下了一些未解的东西,
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because even Newton牛顿 had written书面
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甚至“牛顿”本人也提到
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that although虽然 he understood了解 how to calculate计算 the effect影响 of gravity重力,
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虽然他明白如何计算“重力”的影响,
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he'd他会 been unable无法 to figure数字 out how it really works作品.
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但是他无法真切地了解“重力”究竟是如何工作的。
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How is it that the Sun太阳, 93 million百万 miles英里 away,
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为什么距离地球9千3百万英里外的太阳,
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[that] somehow不知何故 it affects影响 the motion运动 of the Earth地球?
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可以影响到地球的运动?
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How does the Sun太阳 reach达到 out across横过 empty inert惰性的 space空间 and exert发挥 influence影响?
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4000
太阳是如何超越空旷无极的宇宙来施展它的魔力?
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And that is a task任务 to which哪一个 Einstein爱因斯坦 set himself他自己 --
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这恰恰是“爱因斯坦”想探讨地--
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to figure数字 out how gravity重力 works作品.
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究竟“重力”是从何而来。
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And let me show显示 you what it is that he found发现.
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让我们来看看他究竟发现了什么。
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So Einstein爱因斯坦 found发现
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“爱因斯坦”发现
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that the medium that transmits发送 gravity重力 is space空间 itself本身.
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传递“重力”的媒介其实就是空间本身。
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The idea理念 goes like this:
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他的观点是这样的:
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imagine想像 space空间 is a substrate基质 of all there is.
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想象空间是承载万物的本源。
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Einstein爱因斯坦 said space空间 is nice不错 and flat平面, if there's no matter present当下.
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“爱因斯坦”认为在没有任何物质存在的情况下,空间是细致扁平的。
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But if there is matter in the environment环境, such这样 as the Sun太阳,
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但在有物质存在的情况下, 比如说太阳,
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it causes原因 the fabric of space空间 to warp, to curve曲线.
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4000
它会导致这个类似织布的空间扭曲。
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And that communicates相通 the force of gravity重力.
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166000
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而这导致了“重力”的产生。
03:00
Even the Earth地球 warps经线 space空间 around it.
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地球同样会扭曲在它四周的空间。
03:03
Now look at the Moon月亮.
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2000
你看月亮。
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The Moon月亮 is kept不停 in orbit轨道, according根据 to these ideas思路,
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3000
根据这个想法,月亮之所以能保持在它的轨道上,
03:08
because it rolls劳斯莱斯 along沿 a valley in the curved弯曲 environment环境
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3000
是因为它沿着曲面的内测旋转
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that the Sun太阳 and the Moon月亮 and the Earth地球 can all create创建 by virtue美德 of their presence存在.
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5000
太阳,地球,月亮间的影响力均是因为它们本身的存在而产生的。
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We go to a full-frame全画幅 view视图 of this.
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我们来总体看一下。
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The Earth地球 itself本身 is kept不停 in orbit轨道
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地球之所以保持在其轨道上
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because it rolls劳斯莱斯 along沿 a valley in the environment环境 that's curved弯曲
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4000
是因为它旋转的曲面是
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because of the Sun'sSun公司 presence存在.
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太阳的存在而产生的。
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That is this new idea理念 about how gravity重力 actually其实 works作品.
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这是一个崭新的关于“重力”由来的观点。
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Now, this idea理念 was tested测试 in 1919 through通过 astronomical天文 observations意见.
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5000
随后,这个观点在1919年通过天文观测被肯定。
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It really works作品. It describes介绍 the data数据.
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3000
这个观点能够正确的解释相关的数据。
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And this gained获得 Einstein爱因斯坦 prominence突出物 around the world世界.
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208000
4000
这使得“爱因斯坦”在世界上名声大震。
03:44
And that is what got Kaluza卡鲁扎 thinking思维.
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212000
4000
而这也促使了“卡鲁扎”去思考。
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He, like Einstein爱因斯坦, was in search搜索 of what we call a unified统一 theory理论.
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216000
4000
他和“爱因斯坦”一样,也在寻找我们称之的“统一理论”。
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That's one theory理论
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2000
一个理论
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that might威力 be able能够 to describe描述 all of nature's大自然 forces军队 from one set of ideas思路,
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222000
4000
能够用来描述所有自然间的作用力,可以是一整套观点,
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one set of principles原则, one master equation方程, if you will.
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226000
4000
一整套法则,或者一条主宰万物的等式,用你的话来说。
04:02
So Kaluza卡鲁扎 said to himself他自己,
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230000
2000
所以“卡鲁扎”自认为,
04:04
Einstein爱因斯坦 has been able能够 to describe描述 gravity重力
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232000
3000
“爱因斯坦”能够用扭曲的空间来
04:07
in terms条款 of warps经线 and curves曲线 in space空间 --
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235000
2000
描述“重力”--
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in fact事实, space空间 and time, to be more precise精确.
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237000
3000
更精确的来说,用空间和时间。
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Maybe I can play the same相同 game游戏 with the other known已知 force,
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240000
5000
也许我也可以用相同的方式来描述其他已知的作用力,
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which哪一个 was, at that time, known已知 as the electromagnetic电磁 force --
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245000
3000
也就是当时已经被认知的电磁力--
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we know of others其他 today今天, but at that time
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248000
2000
今天我们知道有更多的作用力,但在那个时期
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that was the only other one people were thinking思维 about.
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250000
2000
电磁力是另一个唯一被大众所思索的。
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You know, the force responsible主管 for electricity电力
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2000
你看,这种作用力反应了电场
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and magnetic磁性 attraction引力 and so forth向前.
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254000
2000
和磁场的相互作用。
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So Kaluza卡鲁扎 says, maybe I can play the same相同 game游戏
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256000
3000
所以“卡鲁扎”认为,也许我可以用相同的方式
04:31
and describe描述 electromagnetic电磁 force in terms条款 of warps经线 and curves曲线.
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259000
4000
同样以“扭曲”为基点来描述电磁力。
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That raised上调 a question: warps经线 and curves曲线 in what?
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263000
3000
于是就有了进一步的问题:“扭曲”的依托是什么?
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Einstein爱因斯坦 had already已经 used up space空间 and time,
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266000
5000
“爱因斯坦”已经借用了空间和时间,
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warps经线 and curves曲线, to describe描述 gravity重力.
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271000
2000
并以其“扭曲”的结果来描述重力。
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There didn't seem似乎 to be anything else其他 to warp or curve曲线.
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273000
3000
似乎没有什么别的什么依托对象来实施“扭曲”了。
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So Kaluza卡鲁扎 said, well, maybe there are more dimensions尺寸 of space空间.
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276000
5000
于是“卡鲁扎”想,这样吧,也许空间里包含有更多的维度。
04:53
He said, if I want to describe描述 one more force,
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281000
2000
他想,如果我要描述另一个作用力,
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maybe I need one more dimension尺寸.
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283000
2000
也许我需要增加一个维度。
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So he imagined想象 that the world世界 had four dimensions尺寸 of space空间, not three,
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285000
4000
所以他想象这个世界是由四个维度的空间组成,而不是三个,
05:01
and imagined想象 that electromagnetism电磁 was warps经线 and curves曲线
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289000
4000
并且电磁力的作用是在第四维度上
05:05
in that fourth第四 dimension尺寸. Now here's这里的 the thing:
90
293000
2000
的“扭曲”而产生的。请注意这里:
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when he wrote down the equations方程 describing说明 warps经线 and curves曲线
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295000
3000
当他在写方程式组来描述四度空间的“扭曲”,
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in a universe宇宙 with four space空间 dimensions尺寸, not three,
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298000
3000
不再是三度空间的时候,
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he found发现 the old equations方程 that Einstein爱因斯坦 had already已经 derived派生 in three dimensions尺寸 --
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301000
4000
他发现“爱因斯坦”以三度空间为模型构建的方程式组--
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those were for gravity重力 --
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305000
1000
就是用来描述重力的--
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but he found发现 one more equation方程 because of the one more dimension尺寸.
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306000
4000
因其添加了额外的一维空间而增加了一个方程式。
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And when he looked看着 at that equation方程,
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310000
2000
当他查看这个方程式时,
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it was none没有 other than the equation方程
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312000
2000
发现没有别的方程式
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that scientists科学家们 had long known已知 to describe描述 the electromagnetic电磁 force.
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314000
3000
被其他的科学家用来描述这个被熟知的电磁力。
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Amazing惊人 -- it just popped膨化 out.
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2000
太奇妙了--就这样被发现了。
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He was so excited兴奋 by this realization实现
100
319000
3000
对于这个发现,他万分激动
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that he ran around his house screaming尖叫, "Victory胜利!" --
101
322000
3000
他围绕着房子边跑边叫,“成功喽!”--
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that he had found发现 the unified统一 theory理论.
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325000
3000
他已经发现了“统一理论”。
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Now clearly明确地, Kaluza卡鲁扎 was a man who took theory理论 very seriously认真地.
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328000
7000
很明显,“卡鲁扎”极为地偏重“理论”。
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He, in fact事实 --
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335000
1000
他,实际上--
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there is a story故事 that when he wanted to learn学习 how to swim游泳,
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336000
3000
有一个故事,当他想要学习游泳的时候,
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he read a book, a treatise论文 on swimming游泳的 --
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339000
3000
他读了本论述游泳的书--
05:54
(Laughter笑声)
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342000
1000
(大笑声)
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-- then dove鸽子 into the ocean海洋.
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343000
2000
--然后就跳到海里去了。
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This is a man who would risk风险 his life on theory理论.
109
345000
3000
他就是这种将生命系于理论的人。
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically几乎 minded头脑,
110
348000
4000
你看,想我们这些稍微有些实践头脑的人,
06:04
two questions问题 immediately立即 arise出现 from his observation意见.
111
352000
3000
就他的研究上,两个问题会立即产生。
06:07
Number one: if there are more dimensions尺寸 in space空间, where are they?
112
355000
4000
第一个问题:如果空间中含有额外的维度,它们在哪里?
06:11
We don't seem似乎 to see them.
113
359000
2000
似乎我们并没有观察到。
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And number two: does this theory理论 really work in detail详情,
114
361000
4000
第二个问题:这个理论确实能真实详尽地
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when you try to apply应用 it to the world世界 around us?
115
365000
3000
应用于我们的世界么?
06:20
Now, the first question was answered回答 in 1926
116
368000
4000
第一个问题在1926年被
06:24
by a fellow同伴 named命名 Oskar奥斯卡 Klein克莱恩.
117
372000
2000
一个名叫“奥斯卡 克莱恩”的回答了。
06:26
He suggested建议 that dimensions尺寸 might威力 come in two varieties品种 --
118
374000
4000
他认为维度可能以两种形式存在--
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there might威力 be big, easy-to-see易见 dimensions尺寸,
119
378000
3000
一种维度可能很大,很容易被认知,
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but there might威力 also be tiny, curled-up卷起来 dimensions尺寸,
120
381000
3000
另一种可能很小,卷曲在一起的维度,
06:36
curled卷曲 up so small, even though虽然 they're all around us,
121
384000
3000
因为卷曲得太小了,虽然存在于我们周围,
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
但我们无法认知。
06:41
Let me show显示 you that one visually视觉.
123
389000
2000
请看这里的图像演示。
06:43
So, imagine想像 you're looking at something
124
391000
2000
设想你正在关注
06:45
like a cable电缆 supporting支持 a traffic交通 light.
125
393000
2000
一根支持交通灯的钢缆。
06:47
It's in Manhattan曼哈顿. You're in Central中央 Park公园 -- it's kind of irrelevant不相干 --
126
395000
3000
是在曼哈顿。你正在中央公园-- 好像跑题了--
06:50
but the cable电缆 looks容貌 one-dimensional一维 from a distant遥远 viewpoint观点,
127
398000
4000
从远处看,钢缆貌似是一维的,
06:54
but you and I all know that it does have some thickness厚度.
128
402000
3000
但大家都知道钢缆是有粗细之分的。
06:57
It's very hard to see it, though虽然, from far away.
129
405000
2000
虽然从远处来看是非常难辩认的。
06:59
But if we zoom放大 in and take the perspective透视 of, say,
130
407000
2000
但如果我们聚焦来看,比如,
07:01
a little ant蚂蚁 walking步行 around --
131
409000
2000
一只小蚂蚁在上面爬行着--
07:03
little ants蚂蚁 are so small that they can access访问 all of the dimensions尺寸 --
132
411000
3000
因为蚂蚁的微小,它可以穿越不同的维度--
07:06
the long dimension尺寸,
133
414000
2000
长的维度,
07:08
but also this clockwise顺时针, counter-clockwise逆时针 direction方向.
134
416000
3000
同样顺时针和逆时针的方向。
07:11
And I hope希望 you appreciate欣赏 this.
135
419000
2000
同时,我希望你们能感激我们所做的。
07:13
It took so long to get these ants蚂蚁 to do this.
136
421000
2000
我们费了很大功夫才让蚂蚁做到了这些。
07:15
(Laughter笑声)
137
423000
1000
(大笑声)
07:16
But this illustrates说明 the fact事实 that dimensions尺寸 can be of two sorts排序:
138
424000
3000
但这却阐明了维度可以有两种类型的事实:
07:19
big and small. And the idea理念 that maybe the big dimensions尺寸 around us
139
427000
4000
大的和小的。 大的维度就存在于我们的周围
07:23
are the ones那些 that we can easily容易 see,
140
431000
2000
我们可以轻易的识别,
07:25
but there might威力 be additional额外 dimensions尺寸 curled卷曲 up,
141
433000
3000
但也可能存在有额外的卷曲维度,
07:28
sort分类 of like the circular part部分 of that cable电缆,
142
436000
2000
就像钢缆的柱面,
07:30
so small that they have so far remained保持 invisible无形.
143
438000
4000
因为过于微小而未被发掘。
07:34
Let me show显示 you what that would look like.
144
442000
2000
让我们来看看它可能的形状。
07:36
So, if we take a look, say, at space空间 itself本身 --
145
444000
3000
如果我们要看空间本身--
07:39
I can only show显示, of course课程, two dimensions尺寸 on a screen屏幕.
146
447000
4000
当然,在屏幕上只能显示两个维度。
07:43
Some of you guys will fix固定 that one day,
147
451000
2000
将来你们之中的一些人会解决这个问题,
07:45
but anything that's not flat平面 on a screen屏幕 is a new dimension尺寸,
148
453000
2000
当然任何不处于平面上的部分是在一个新的维度上,
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
让我们深入,深入,再深入,
07:49
and way down in the microscopic显微 depths深处 of space空间 itself本身,
150
457000
4000
一直深入到细微的空间本身--
07:53
this is the idea理念,
151
461000
1000
这里是关键:
07:54
you could have additional额外 curled卷曲 up dimensions尺寸 --
152
462000
2000
空间里可以包含额外的卷曲维度。
07:56
here is a little shape形状 of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
这就是小圆环--因为太小了所以我们无法观察到。
07:59
But if you were a little ultra microscopic显微 ant蚂蚁 walking步行 around,
154
467000
4000
但如果你是超微小的爬行蚂蚁,
08:03
you could walk步行 in the big dimensions尺寸 that we all know about --
155
471000
2000
你既可以在我们公认的大维度上爬行--
08:05
that's like the grid part部分 --
156
473000
2000
就像在这些格子里--
08:07
but you could also access访问 the tiny curled-up卷起来 dimension尺寸
157
475000
3000
也可以在微小的卷曲维度里自由进出
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
因为它实在太微小了,我们无法用肉眼直接看到
08:12
or even with any of our most refined精制 equipment设备.
159
480000
3000
甚至用我们最精良的仪器也无法观测到。
08:15
But deeply tucked into the fabric of space空间 itself本身,
160
483000
3000
但当深入到类似织布的空间本身,
08:18
the idea理念 is there could be more dimensions尺寸, as we see there.
161
486000
4000
可能会存在更多的维度,正像我们刚才看到的。
08:22
Now that's an explanation说明
162
490000
4000
而这就是解释
08:26
about how the universe宇宙 could have more dimensions尺寸 than the ones那些 that we see.
163
494000
4000
为什么宇宙中能够包含有更多的维度而并非我们所习惯认知的。
08:30
But what about the second第二 question that I asked:
164
498000
3000
那么对于我刚才提出的第二个问题:
08:33
does the theory理论 actually其实 work
165
501000
2000
这个理论能够
08:35
when you try to apply应用 it to the real真实 world世界?
166
503000
2000
被运用于实践么?
08:37
Well, it turns out that Einstein爱因斯坦 and Kaluza卡鲁扎 and many许多 others其他
167
505000
3000
其实,“爱因斯坦”,“卡鲁扎”以及其他
08:40
worked工作 on trying to refine提炼 this framework骨架
168
508000
5000
致力于优化这个体系
08:45
and apply应用 it to the physics物理 of the universe宇宙
169
513000
3000
并试图将其应用于当时被认知到的宇宙物理学,
08:48
as was understood了解 at the time, and, in detail详情, it didn't work.
170
516000
4000
发现在细微处该理论并不能反应现状。
08:52
In detail详情, for instance,
171
520000
1000
在细微处,比如说,
08:53
they couldn't不能 get the mass of the electron电子
172
521000
2000
他们无法得到与理论计算
08:55
to work out correctly正确地 in this theory理论.
173
523000
2000
相一致的电子数。
08:57
So many许多 people worked工作 on it, but by the '40s, certainly当然 by the '50s,
174
525000
5000
曾经很多人致力于此研究,但从40年代,确切地说50年代起,
09:02
this strange奇怪 but very compelling引人注目 idea理念
175
530000
4000
这个奇怪但引人入胜的课题
09:06
of how to unify统一 the laws法律 of physics物理 had gone走了 away.
176
534000
3000
关于如何统一物理学法则的想法没落了。
09:09
Until直到 something wonderful精彩 happened发生 in our age年龄.
177
537000
4000
直到在我们这个年代,一些奇妙的事情发生了。
09:13
In our era时代, a new approach途径 to unify统一 the laws法律 of physics物理
178
541000
4000
在我们的时代,物理学家们正在尝试用一种新的理论
09:17
is being存在 pursued追求的 by physicists物理学家 such这样 as myself,
179
545000
2000
来统一物理学,这其中包括我
09:19
many许多 others其他 around the world世界,
180
547000
2000
也包括世界各地的物理学家
09:21
it's called superstring超弦理论 theory理论, as you were indicating说明.
181
549000
3000
这种理论被称作“超弦理论”
09:24
And the wonderful精彩 thing is that superstring超弦理论 theory理论
182
552000
4000
“超弦理论”奇妙之处在于
09:28
has nothing to do at first sight视力 with this idea理念 of extra额外 dimensions尺寸,
183
556000
4000
乍一看它和多维度并没有什么关系
09:32
but when we study研究 superstring超弦理论 theory理论,
184
560000
3000
但是当我们深入研究“超弦理论”的时候
09:35
we find that it resurrects复活 the idea理念 in a sparkling闪闪发光的, new form形成.
185
563000
3000
我们发现它以一种崭新的方式使这个理念得以复苏
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
下面让我来解释其中的道理
09:40
Superstring超弦 theory理论 -- what is it?
187
568000
2000
什么是“超弦理论”?
09:42
Well, it's a theory理论 that tries尝试 to answer回答 the question:
188
570000
2000
它是一个试图回答以下问题的理论
09:44
what are the basic基本, fundamental基本的, indivisible不可分割, uncuttable不能切削 constituents成分
189
572000
5000
在这个世界上,围绕着我们的万事万物都是由什么样的
09:49
making制造 up everything in the world世界 around us?
190
577000
4000
最基本的,不可再分的成分组成的?
09:53
The idea理念 is like this.
191
581000
2000
这个理论的观点是
09:55
So, imagine想像 we look at a familiar object目的, just a candle蜡烛 in a holder持有人,
192
583000
5000
现在来想象一下我们观察一个熟悉的物体,一个烛托里的蜡烛
10:00
and imagine想像 that we want to figure数字 out what it is made制作 of.
193
588000
3000
接着想象我们试图弄明白它的构成
10:03
So we go on a journey旅程 deep inside the object目的 and examine检查 the constituents成分.
194
591000
4000
于是我们展开一段旅程,进入到这个物体的深处来研究它的构成
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently充分地 far down, you have atoms原子.
195
595000
4000
我们到了内部足够深的地方,你看到了原子
10:11
We also all know that atoms原子 are not the end结束 of the story故事.
196
599000
3000
我们也知道原子并不是最小的单位
10:14
They have little electrons电子 that swarm一群 around a central中央 nucleus
197
602000
4000
我们看到微小的电子紧紧地围绕着中心的原子核
10:18
with neutrons中子 and protons质子.
198
606000
1000
原子核中有中子和质子
10:19
Even the neutrons中子 and protons质子 have smaller particles粒子 inside of them known已知 as quarks夸克.
199
607000
5000
而在中子和质子里我们也能发现更小的粒子--夸克
10:24
That is where conventional常规 ideas思路 stop.
200
612000
3000
以上是以被广泛接受的观点
10:27
Here is the new idea理念 of string theory理论.
201
615000
2000
现在我要讲的是弦理论提出的新观点
10:29
Deep inside any of these particles粒子, there is something else其他.
202
617000
5000
在那些粒子的深处,还可以发现一些东西
10:34
This something else其他 is this dancing跳舞 filament灯丝 of energy能源.
203
622000
3000
他们是正在舞动的丝状物,携带着能量
10:37
It looks容貌 like a vibrating振动 string --
204
625000
2000
这些东西看上去像振动着的弦
10:39
that's where the idea理念, string theory理论 comes from.
205
627000
2000
这就是弦理论从何而来
10:41
And just like the vibrating振动 strings字符串 that you just saw in a cello大提琴
206
629000
3000
就好像你看到的大提琴上的弦
10:44
can vibrate颤动 in different不同 patterns模式,
207
632000
2000
能以不同的模式振动
10:46
these can also vibrate颤动 in different不同 patterns模式.
208
634000
2000
这些弦也可以以不同模式振动
10:48
They don't produce生产 different不同 musical音乐 notes笔记.
209
636000
2000
他们不能产生各种音乐符号
10:50
Rather, they produce生产 the different不同 particles粒子 making制造 up the world世界 around us.
210
638000
4000
然而,他们制造出了围绕在我们周围,这个世界中的不同粒子
10:54
So if these ideas思路 are correct正确,
211
642000
1000
所以,如果这个理论是正确的话
10:55
this is what the ultra-microscopic超显微 landscape景观 of the universe宇宙 looks容貌 like.
212
643000
5000
这就是宇宙中极微观世界的情景
11:00
It's built内置 up of a huge巨大 number
213
648000
2000
它是由无数
11:02
of these little tiny filaments花丝 of vibrating振动 energy能源,
214
650000
4000
微小的振动能量丝组成的
11:06
vibrating振动 in different不同 frequencies频率.
215
654000
2000
他们以不同的频率振动着
11:08
The different不同 frequencies频率 produce生产 the different不同 particles粒子.
216
656000
3000
不同的频率产生不同的粒子
11:11
The different不同 particles粒子 are responsible主管
217
659000
3000
不同的粒子保证了
11:14
for all the richness丰富 in the world世界 around us.
218
662000
3000
我们这个世界的多样性
11:17
And there you see unification统一,
219
665000
2000
这样你就看到了统一性
11:19
because matter particles粒子, electrons电子 and quarks夸克,
220
667000
3000
因为不论是物质粒子,电子,夸克
11:22
radiation辐射 particles粒子, photons光子, gravitons引力, are all built内置 up from one entity实体.
221
670000
6000
还是放射性粒子,光子,引力子,都是由一种实体构成的
11:28
So matter and the forces军队 of nature性质 all are put together一起
222
676000
4000
自然界中的物质和各种力都是由
11:32
under the rubric专栏 of vibrating振动 strings字符串.
223
680000
2000
这些震动着的红色弦组成的
11:34
And that's what we mean by a unified统一 theory理论.
224
682000
4000
这就是我们所说的统一理论
11:38
Now here is the catch抓住.
225
686000
2000
但是问题是
11:40
When you study研究 the mathematics数学 of string theory理论,
226
688000
3000
当你研究弦理论中的数学时
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
你会发现
11:45
in a universe宇宙 that just has three dimensions尺寸 of space空间.
228
693000
3000
它在我们这个只有三维空间的宇宙里是不成立的
11:48
It doesn't work in a universe宇宙 with four dimensions尺寸 of space空间, nor也不 five, nor也不 six.
229
696000
4000
在四维,五维或六维的世界里也不成立
11:52
Finally最后, you can study研究 the equations方程, and show显示 that it works作品
230
700000
4000
最终,当你研究这些方程,你会发现
11:56
only in a universe宇宙 that has 10 dimensions尺寸 of space空间
231
704000
4000
它只适用于一个有十个空间维度
12:00
and one dimension尺寸 of time.
232
708000
2000
和一个时间维度的世界
12:02
It leads引线 us right back to this idea理念 of Kaluza卡鲁扎 and Klein克莱恩 --
233
710000
5000
这就是以前克鲁兹和卡莱恩的观点
12:07
that our world世界, when appropriately适当 described描述,
234
715000
3000
当我们的世界被合理描述的时候
12:10
has more dimensions尺寸 than the ones那些 that we see.
235
718000
3000
它的维度应该比我们肉眼看得到的要多
12:13
Now you might威力 think about that and say, well,
236
721000
3000
稍加思索,也许你就会说,
12:16
OK, you know, if you have extra额外 dimensions尺寸, and they're really tightly紧紧 curled卷曲 up,
237
724000
3000
好,你看,如果真的存在更多的维度,他们又紧紧地蜷缩起来
12:19
yeah, perhaps也许 we won't惯于 see them, if they're small enough足够.
238
727000
4000
是啊,如果他们真的足够小的话,也许我们确实看不到他们
12:23
But if there's a little tiny civilization文明 of green绿色 people walking步行 around down there,
239
731000
3000
但是如果有一群微小的绿色智人在下面行走
12:26
and you make them small enough足够, and we won't惯于 see them either. That is true真正.
240
734000
5000
你可以想象让他们变得很小,小到我们眼不见他们,就是这样
12:31
One of the other predictions预测 of string theory理论 --
241
739000
3000
这个弦理论做出的一种预言
12:34
no, that's not one of the other predictions预测 of string theory理论.
242
742000
3000
不,这并不是弦理论做出的另一种预言
12:37
(Laughter笑声)
243
745000
1000
(笑声)
12:38
But it raises加薪 the question:
244
746000
2000
但是它引发了一个问题
12:40
are we just trying to hide隐藏 away these extra额外 dimensions尺寸,
245
748000
2000
是我们企图把这些额外的维度隐藏起来呢
12:42
or do they tell us something about the world世界?
246
750000
3000
又或者他们向我们揭开世界的奥秘
12:45
In the remaining其余 time, I'd like to tell you two features特征 of them.
247
753000
4000
在接下来的时间里,我会向你们展示这些额外维度的两个特点
12:49
First is, many许多 of us believe that these extra额外 dimensions尺寸
248
757000
4000
第一,我们中的很多人都相信这些额外的维度
12:53
hold保持 the answer回答 to what perhaps也许 is the deepest最深 question
249
761000
4000
可以解答也许是理论物理,理论科学中
12:57
in theoretical理论 physics物理, theoretical理论 science科学.
250
765000
3000
最深层的问题
13:00
And that question is this: when we look around the world世界,
251
768000
4000
这个问题就是:当我们环顾这个世界,
13:04
as scientists科学家们 have doneDONE for the last hundred years年份,
252
772000
2000
在过去的几百年中,科学家们得出
13:06
there appear出现 to be about 20 numbers数字 that really describe描述 our universe宇宙.
253
774000
4000
大约有20个数字可以有力地描述我们生活的宇宙
13:10
These are numbers数字 like the mass of the particles粒子,
254
778000
3000
这些数字包括粒子的质量
13:13
like electrons电子 and quarks夸克, the strength强度 of gravity重力,
255
781000
2000
包括电子和夸克,引力的强度
13:15
the strength强度 of the electromagnetic电磁 force --
256
783000
2000
电磁力的强度
13:17
a list名单 of about 20 numbers数字
257
785000
2000
这大约20个数字
13:19
that have been measured测量 with incredible难以置信 precision精确,
258
787000
3000
已经被测量的极度精确
13:22
but nobody没有人 has an explanation说明
259
790000
2000
但是没人可以解释
13:24
for why the numbers数字 have the particular特定 values that they do.
260
792000
4000
为什么这些数字显示现在我们所测量出来的数值
13:28
Now, does string theory理论 offer提供 an answer回答?
261
796000
3000
那么,弦理论可以给出答案吗
13:31
Not yet然而.
262
799000
1000
现在还不行
13:32
But we believe the answer回答 for why those numbers数字 have the values they do
263
800000
4000
但是我们相信关于上诉问题的答案
13:36
may可能 rely依靠 on the form形成 of the extra额外 dimensions尺寸.
264
804000
3000
有可能有待这些额外维度的形态来解答
13:39
And the wonderful精彩 thing is, if those numbers数字
265
807000
2000
令人称奇的是,如果这些数字
13:41
had any other values than the known已知 ones那些,
266
809000
3000
换成了其他数值而非现在的数值
13:44
the universe宇宙, as we know it, wouldn't不会 exist存在.
267
812000
3000
那么我们熟悉的宇宙就将灰飞烟灭了
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
这是个深奥的问题
13:48
Why are those numbers数字 so finely tuned调整
269
816000
2000
为什么这些数字被如此精心地调试
13:50
to allow允许 stars明星 to shine闪耀 and planets行星 to form形成,
270
818000
2000
使得恒星发光,行星得以形成
13:52
when we recognize认识 that if you fiddle小提琴 with those numbers数字 --
271
820000
3000
我们意识到,如果你扰乱这些数字
13:55
if I had 20 dials表盘 up here
272
823000
2000
如果我把这个调高20
13:57
and I let you come up and fiddle小提琴 with those numbers数字,
273
825000
2000
或者我让你上台来搅乱这些数字
13:59
almost几乎 any fiddling摆弄 makes品牌 the universe宇宙 disappear消失.
274
827000
4000
几乎任何的干扰都会使宇宙消失
14:03
So can we explain说明 those 20 numbers数字?
275
831000
3000
那么我们可以解释这20个数字吗?
14:06
And string theory理论 suggests提示 that those 20 numbers数字
276
834000
2000
弦理论认为,这20个数字
14:08
have to do with the extra额外 dimensions尺寸.
277
836000
2000
和额外的维度有关系
14:10
Let me show显示 you how.
278
838000
2000
让我来向你们演示
14:12
So when we talk about the extra额外 dimensions尺寸 in string theory理论,
279
840000
4000
所以当我们讨论到弦理论中的额外维度时
14:16
it's not one extra额外 dimension尺寸,
280
844000
2000
不是在讨论额外的一个维度
14:18
as in the older旧的 ideas思路 of Kaluza卡鲁扎 and Klein克莱恩.
281
846000
4000
就像早期卡鲁扎和克莱因的观点
14:22
This is what string theory理论 says about the extra额外 dimensions尺寸.
282
850000
3000
这才是弦理论描述的额外维度
14:25
They have a very rich丰富, intertwined交织 geometry几何.
283
853000
3000
他们有非常多样又错综复杂的几何图样
14:28
This is an example of something known已知 as a Calabi-Yau卡拉比 - 丘 shape形状 --
284
856000
4000
现在你看到的被称为Calabi-Yau形状
14:32
name名称 isn't all that important重要.
285
860000
2000
名字并不是重点
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
但是你们可以看到
14:36
the extra额外 dimensions尺寸 fold in on themselves他们自己
287
864000
3000
额外的维度嵌入他们之中
14:39
and intertwine纠缠 in a very interesting有趣 shape形状, interesting有趣 structure结构体.
288
867000
4000
缠绕,呈现出一种引人入胜的形状,一个有趣的结构
14:43
And the idea理念 is that if this is what the extra额外 dimensions尺寸 look like,
289
871000
5000
这个观点认为如果这就是这些额外维度的样子
14:48
then the microscopic显微 landscape景观 of our universe宇宙 all around us
290
876000
4000
那么我们身处的宇宙的在显微镜在呈现的景象
14:52
would look like this on the tiniest最小的 of scales.
291
880000
2000
在如此微小的尺度中看上去就是这样的
14:54
When you swing摇摆 your hand,
292
882000
1000
就在你的一摆手之间
14:55
you'd be moving移动 around these extra额外 dimensions尺寸 over and over again,
293
883000
3000
你就来回穿梭在这些额外的维度里
14:58
but they're so small that we wouldn't不会 know it.
294
886000
2000
但是他们太小了,我们不会察觉到
15:00
So what is the physical物理 implication意义, though虽然, relevant相应 to those 20 numbers数字?
295
888000
3000
那么这20个数字隐含着什么物理意义呢?
15:03
Consider考虑 this. If you look at the instrument仪器, a French法国 horn喇叭,
296
891000
3000
请这样来想。如果你看着这件乐器,一个法国圆号
15:06
notice注意 that the vibrations振动 of the airstreams股气流
297
894000
3000
你会注意到这些气流的震动
15:09
are affected受影响 by the shape形状 of the instrument仪器.
298
897000
2000
受乐器形状的影响
15:11
Now in string theory理论,
299
899000
2000
在弦理论中
15:13
all the numbers数字 are reflections思考 of the way strings字符串 can vibrate颤动.
300
901000
3000
所有这些数字反映了弦可以震动的方式
15:16
So just as those airstreams股气流
301
904000
2000
所以就像这些气流
15:18
are affected受影响 by the twists曲折 and turns in the instrument仪器,
302
906000
3000
是受乐器弯曲旋转的影响
15:21
strings字符串 themselves他们自己 will be affected受影响
303
909000
2000
弦本身也受
15:23
by the vibrational振动 patterns模式 in the geometry几何 within which哪一个 they are moving移动.
304
911000
4000
震动模式的影响。而震动模式是由移动的几何图案决定的
15:27
So let me bring带来 some strings字符串 into the story故事.
305
915000
2000
现在让我来阐述弦理论的原理
15:29
And if you watch these little fellows研究员 vibrating振动 around --
306
917000
3000
但是观察这些周围震动的细小物体时--
15:32
they'll他们会 be there in a second第二 -- right there,
307
920000
2000
将会有一个时刻--就是这个时候
15:34
notice注意 that they way they vibrate颤动 is affected受影响
308
922000
2000
可以注意到他们震动的方式是受
15:36
by the geometry几何 of the extra额外 dimensions尺寸.
309
924000
2000
额外维度的几何图形的影响
15:38
So, if we knew知道 exactly究竟 what the extra额外 dimensions尺寸 look like --
310
926000
3000
如果我们准确地知道额外维度的形态
15:41
we don't yet然而, but if we did --
311
929000
2000
我们现在还不知道,但是如果我们可以知道
15:43
we should be able能够 to calculate计算 the allowed允许 notes笔记,
312
931000
3000
我们就可以计算出所有可能的模式
15:46
the allowed允许 vibrational振动 patterns模式.
313
934000
2000
所有可能的震动模式
15:48
And if we could calculate计算 the allowed允许 vibrational振动 patterns模式,
314
936000
3000
如果我们可以计算出所有可能的震动模式
15:51
we should be able能够 to calculate计算 those 20 numbers数字.
315
939000
3000
我们就可以计算出这20个数字
15:54
And if the answer回答 that we get from our calculations计算
316
942000
4000
如果我们计算出的答案
15:58
agrees同意 with the values of those numbers数字
317
946000
2000
等于这些数字
16:00
that have been determined决心
318
948000
2000
通过细致精确的实验
16:02
through通过 detailed详细 and precise精确 experimentation实验,
319
950000
3000
测量并认定的数值
16:05
this in many许多 ways方法 would be the first fundamental基本的 explanation说明
320
953000
5000
这将在很多方面成为首次彻底深入地解释
16:10
for why the structure结构体 of the universe宇宙 is the way it is.
321
958000
5000
为什么宇宙的结构是现在的样子。
16:15
Now, the second第二 issue问题 that I want to finish up with is:
322
963000
3000
现在,我想解决的第二个问题是:
16:18
how might威力 we test测试 for these extra额外 dimensions尺寸 more directly?
323
966000
5000
我们如何更直接地证明这些额外维度的存在?
16:23
Is this just an interesting有趣 mathematical数学的 structure结构体
324
971000
3000
这只是一个有可能解释
16:26
that might威力 be able能够 to explain说明
325
974000
2000
世界上以前未能解释的问题的
16:28
some previously先前 unexplained原因不明 features特征 of the world世界,
326
976000
5000
奇妙数学结构?
16:33
or can we actually其实 test测试 for these extra额外 dimensions尺寸?
327
981000
3000
又或者我们真的可以证明这些额外额度的存在?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting扣人心弦 --
328
984000
2000
我们认为--我也认为,这将是一件激动人心的事情
16:38
that in the next下一个 five years年份 or so we may可能 be able能够 to test测试
329
986000
4000
在将来的五年里,我们有可能成功地证明出
16:42
for the existence存在 of these extra额外 dimensions尺寸.
330
990000
3000
这些额外维度的存在
16:45
Here's这里的 how it goes. In CERNCERN, Geneva日内瓦, Switzerland瑞士,
331
993000
4000
事情是这样的。在瑞士日内瓦的欧洲粒子研究中心
16:49
a machine is being存在 built内置 called the Large Hadron强子 Collider对撞机.
332
997000
4000
我们正在建造一座大型强子对撞机。
16:53
It's a machine that will send发送 particles粒子 around a tunnel隧道,
333
1001000
3000
这个机器会使粒子以接近光速
16:56
opposite对面 directions方向, near the speed速度 of light.
334
1004000
2000
在隧道中反向运动。
16:58
Every一切 so often经常 those particles粒子 will be aimed针对 at each other,
335
1006000
4000
大量粒子会迎面飞行
17:02
so there's a head-on脑袋上 collision碰撞.
336
1010000
2000
并且发生碰撞。
17:04
The hope希望 is that if the collision碰撞 has enough足够 energy能源,
337
1012000
4000
我们希望,如果这些撞击有足够的能量,
17:08
it may可能 eject喷射 some of the debris废墟 from the collision碰撞
338
1016000
3000
撞击可能使部分残骸会从我们的维度中
17:11
from our dimensions尺寸, forcing迫使 it to enter输入 into the other dimensions尺寸.
339
1019000
5000
喷出,迫使它们进入其他的维度。
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
我们是如果知道得呢?
17:18
Well, we'll measure测量 the amount of energy能源 after the collision碰撞,
341
1026000
3000
我们将测量撞击后的能量,
17:21
compare比较 it to the amount of energy能源 before,
342
1029000
2000
将其与撞击前的能量作比较,
17:23
and if there's less energy能源 after the collision碰撞 than before,
343
1031000
4000
如果撞击后能量减少了,
17:27
this will be evidence证据 that the energy能源 has drifted漂流 away.
344
1035000
2000
这就证明了能量发生了逃逸
17:29
And if it drifts漂移 away in the right pattern模式 that we can calculate计算,
345
1037000
3000
如果它们以我们可以计算出的模式发生逃逸
17:32
this will be evidence证据 that the extra额外 dimensions尺寸 are there.
346
1040000
3000
那我们就证明了额外维度的存在。
17:35
Let me show显示 you that idea理念 visually视觉.
347
1043000
2000
让我向你们展示这个想法的视觉成果
17:37
So, imagine想像 we have a certain某些 kind of particle粒子 called a graviton引力 --
348
1045000
3000
想象一下现在我们有一种叫做引力子的粒子--
17:40
that's the kind of debris废墟 we expect期望 to be ejected喷出 out,
349
1048000
4000
我们假设如果真的存在额外维度,
17:44
if the extra额外 dimensions尺寸 are real真实.
350
1052000
2000
这就是被喷出的残骸。
17:46
But here's这里的 how the experiment实验 will go.
351
1054000
1000
但以下是这个实验的过程
17:47
You take these particles粒子. You slam猛撞 them together一起.
352
1055000
3000
你握住这些粒子,把它们攥在一起
17:50
You slam猛撞 them together一起, and if we are right,
353
1058000
2000
你把它们攥在一起,如果我们是正确的话,
17:52
some of the energy能源 of that collision碰撞
354
1060000
2000
撞击中的一部分能量
17:54
will go into debris废墟 that flies苍蝇 off into these extra额外 dimensions尺寸.
355
1062000
4000
将由残骸携带飞入这些额外维度。
17:58
So this is the kind of experiment实验
356
1066000
2000
这就是我们在将来的5年,7年也许10年
18:00
that we'll be looking at in the next下一个 five, seven to 10 years年份 or so.
357
1068000
4000
的时间里将要持续的实验。
18:04
And if this experiment实验 bears fruit水果,
358
1072000
3000
如果这个实验产生了成果,
18:07
if we see that kind of particle粒子 ejected喷出
359
1075000
3000
如果我们注意到我们所处的维度中能量
18:10
by noticing注意到 that there's less energy能源 in our dimensions尺寸
360
1078000
3000
比之前的能量有所减少
18:13
than when we began开始,
361
1081000
2000
我们就知道某种粒子被喷出
18:15
this will show显示 that the extra额外 dimensions尺寸 are real真实.
362
1083000
3000
这就证明了额外维度是真正存在的
18:18
And to me this is a really remarkable卓越 story故事,
363
1086000
3000
对我来说这是一个伟大的时刻,
18:21
and a remarkable卓越 opportunity机会. Going back to Newton牛顿 with absolute绝对 space空间 --
364
1089000
4000
一个伟大的机遇。回顾历史,牛顿认为的绝对空间--
18:25
didn't provide提供 anything but an arena竞技场, a stage阶段
365
1093000
2000
他只证明了一个空间,一个宇宙中
18:27
in which哪一个 the events事件 of the universe宇宙 take place地点.
366
1095000
2000
事件发生的舞台。
18:29
Einstein爱因斯坦 comes along沿 and says,
367
1097000
2000
当爱因斯坦出现,他告诉我们
18:31
well, space空间 and time can warp and curve曲线 -- that's what gravity重力 is.
368
1099000
3000
空间和时间是可以弯曲的,这就是重力
18:34
And now string theory理论 comes along沿 and says,
369
1102000
4000
现在弦理论出现并告诉我们
18:38
yes, gravity重力, quantum量子 mechanics机械学, electromagnetism电磁,
370
1106000
3000
对,重力,量子力学,电磁力学
18:41
all together一起 in one package,
371
1109000
2000
都可以被统一起来
18:43
but only if the universe宇宙 has more dimensions尺寸 than the ones那些 that we see.
372
1111000
4000
但前提是我们的宇宙拥有更多的维度,多过我们能观察到的
18:47
And this is an experiment实验 that may可能 test测试 for them in our lifetime一生.
373
1115000
5000
也许在我们的有生之年就能看到这个实验证实了他们的存在
18:52
Amazing惊人 possibility可能性.
374
1120000
2000
如果真的发生, 那将多么令人激动
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
谢谢大家。
18:56
(Applause掌声)
376
1124000
7000
(鼓掌声)
Reviewed by Wang Qian

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ABOUT THE SPEAKER
Brian Greene - Physicist
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe.

Why you should listen

Greene, a professor of physics and mathematics at Columbia University, has focused on unified theories for more than 25 years, and has written several best-selling and non-technical books on the subject including The Elegant Universe, a Pulitzer finalist, and The Fabric of the Cosmos — each of which has been adapted into a NOVA mini-series. His latest book, The Hidden Reality, explores the possibility that our universe is not the only universe.

Greene believes science must be brought to general audiences in new and compelling ways, such as his live stage odyssey, Icarus at the Edge of Time, with original orchestral score by Philip Glass, and the annual World Science Festival, which he co-founded in 2008 with journalist Tracy Day.

More profile about the speaker
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