TED2005
Brian Greene: Making sense of string theory
Brian Greene o teorii strun
Filmed:
Readability: 4
6,215,922 views
Fyzik Brian Greene vysvětluje základy superstrunové teorie, podle níž v jedenácti prostorových dimenzích vibrují nepředstavitelně malá vlákna energie a vytvářejí tak všechny částice a síly ve vesmíru.
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. Full bio
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
In the year 1919,
0
1000
2000
V roce 1919
00:15
a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
1
3000
7000
v podstatě neznámý německý matematik Theodor Kaluza
00:22
suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
2
10000
7000
přednesl velmi odvážnou - a v některých ohledech také velmi zvláštní - myšlenku.
00:29
He proposed that our universe
3
17000
2000
Podle něj by totiž náš vesmír
00:31
might actually have more than the three dimensions
4
19000
3000
mohl sestávat z více než tří dimenzí,
00:34
that we are all aware of.
5
22000
3000
které všichni tak dobře známe.
00:37
That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
6
25000
3000
Kromě směrů vlevo - vpravo, dozadu - dopředu a nahoru - dolů
00:40
Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
7
28000
5000
mohou podle Kaluzy existovat i další rozměry prostoru,
00:45
that for some reason we don't yet see.
8
33000
3000
které ale z nějakého důvodu zatím nevidíme.
00:48
Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
9
36000
4000
Když někdo předloží odvážnou a podivnou myšlenku,
00:52
sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
10
40000
2000
často zůstane jen u odvahy a podivnosti,
00:54
but it has nothing to do with the world around us.
11
42000
3000
a se světem kolem nás nemá vůbec nic společného.
00:57
This particular idea, however --
12
45000
2000
Ovšem zrovna tato úvaha --
00:59
although we don't yet know whether it's right or wrong,
13
47000
3000
i přes to, že zatím nevíme, zda pravdivá nebo ne -
01:02
and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
14
50000
3000
na konci přednášky se zmíním o experimentech, které by však za několik roků
01:05
may tell us whether it's right or wrong --
15
53000
2000
mohly tuto úvahu potvrdit či vyvrátit --
01:07
this idea has had a major impact on physics in the last century
16
55000
4000
tato myšlenka měla zásadní vliv na fyziku dvacátého století
01:11
and continues to inform a lot of cutting-edge research.
17
59000
3000
a dodnes z ní vychází mnoho výzkumů posunujících hranice našeho poznání.
01:14
So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.
18
62000
4000
Proto bych vám chtěl o těchto dalších dimenzích povědět víc.
01:18
So where do we go?
19
66000
2000
A odkud začneme?
01:20
To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.
20
68000
3000
Přesuneme se nazpět až do roku 1907.
01:23
This is a year when Einstein is basking in the glow
21
71000
4000
Do roku, v němž se Einstein hřál na výsluní
01:27
of having discovered the special theory of relativity
22
75000
3000
po objevení speciální teorie relativity
01:30
and decides to take on a new project,
23
78000
3000
a zároveň si přibral nový úkol:
01:33
to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
24
81000
7000
porozumět ohromné a všeprostupující gravitační síle.
01:40
And in that moment, there are many people around
25
88000
3000
V té době si mnoho lidí myslelo,
01:43
who thought that that project had already been resolved.
26
91000
4000
že otázky týkající se gravitace byly již dávno zodpovězeny.
01:47
Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
27
95000
3000
Newton předložil světu svou gravitační teorii na konci 17. století.
01:50
that works well, describes the motion of planets,
28
98000
4000
Teorii, která spolehlivě funguje, předpovídá pohyby planet,
01:54
the motion of the moon and so forth,
29
102000
2000
měsíce a dalších nebeských těles,
01:56
the motion of apocryphal of apples falling from trees,
30
104000
3000
i pohyb pověstných jablek, která ze stromů
01:59
hitting people on the head.
31
107000
2000
padají lidem na hlavu.
02:01
All of that could be described using Newton's work.
32
109000
2000
To všechno se dá popsat s použitím Newtonových výpočtů.
02:03
But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
33
111000
4000
Einstein si ale uvědomil, že Newton do své teorie nezahrnul úplně všechno:
02:07
because even Newton had written
34
115000
3000
i Newton si toho byl vědom, protože napsal,
02:10
that although he understood how to calculate the effect of gravity,
35
118000
5000
že i přes to, že ví, jak spočítat sílu gravitačního působení,
02:15
he'd been unable to figure out how it really works.
36
123000
3000
nemohl přijít na to, jak ve skutečnosti tato síla funguje.
02:18
How is it that the Sun, 93 million miles away,
37
126000
3000
Jak je možné, že Slunce, vzdálené od Země 150 miliónu kilometrů,
02:21
[that] somehow it affects the motion of the Earth?
38
129000
3000
její pohyb přesto nějak ovlivňuje?
02:24
How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
39
132000
4000
Jak může Slunce překonat prázdný prostor a působit na Zemi?
02:28
And that is a task to which Einstein set himself --
40
136000
3000
To je právě ten úkol, kterého se Einstein zhostil --
02:31
to figure out how gravity works.
41
139000
3000
zjistit, jak gravitace funguje.
02:34
And let me show you what it is that he found.
42
142000
3000
A dovolte mi, abych vám ukázal, na co přišel.
02:37
So Einstein found
43
145000
1000
Einstein zjistil,
02:38
that the medium that transmits gravity is space itself.
44
146000
4000
že prostředkem, s jehož pomocí se gravitace šíří, je sám prostor.
02:42
The idea goes like this:
45
150000
2000
Jeho myšlenka je následující:
02:44
imagine space is a substrate of all there is.
46
152000
2000
představte si prostor jako plochu, která obsahuje úplně všechno.
02:46
Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
47
154000
4000
Podle Einsteina je prostor krásně narovnaný, pokud v něm není žádná hmota.
02:50
But if there is matter in the environment, such as the Sun,
48
158000
4000
Pokud v něm ale nějaká hmota je, jako například Slunce,
02:54
it causes the fabric of space to warp, to curve.
49
162000
4000
způsobí to, že se prostor zakřiví a prohne.
02:58
And that communicates the force of gravity.
50
166000
2000
A právě tím se přenáší gravitační působení.
03:00
Even the Earth warps space around it.
51
168000
3000
I Země zakřivuje okolní prostor.
03:03
Now look at the Moon.
52
171000
2000
Podívejte se na Měsíc.
03:05
The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
53
173000
3000
Podle této úvahy Měsíc setrvává na své dráze,
03:08
because it rolls along a valley in the curved environment
54
176000
3000
protože se pohybuje okolo prohlubně zakřiveného prostoru,
03:11
that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.
55
179000
5000
který Slunce, Měsíc a Země deformují svou pouhou přítomností.
03:16
We go to a full-frame view of this.
56
184000
3000
Zblízka vidíme, že
03:19
The Earth itself is kept in orbit
57
187000
2000
Země setrvává na své oběžné dráze,
03:21
because it rolls along a valley in the environment that's curved
58
189000
4000
protože se pohybuje okolo prohlubně, která vzniká v prostoru
03:25
because of the Sun's presence.
59
193000
2000
zakřiveném přítomností Slunce
03:27
That is this new idea about how gravity actually works.
60
195000
5000
A to je ta nová úvaha, která vyslětluje jak gravitace vlastně funguje.
03:32
Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
61
200000
5000
Astronomická pozorování tuto myšlenku v roce 1919 potvrdila.
03:37
It really works. It describes the data.
62
205000
3000
Opravdu to takhle je. Teorie a data souhlasí.
03:40
And this gained Einstein prominence around the world.
63
208000
4000
Díky tomu Einstein dosáhl uznání po celém světě.
03:44
And that is what got Kaluza thinking.
64
212000
4000
A to je také to, co inspirovalo Kaluzovy úvahy.
03:48
He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
65
216000
4000
Stejně jako Einstein se Kaluza snažil objevit "teorii všeho".
03:52
That's one theory
66
220000
2000
Jedinou teorii,
03:54
that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,
67
222000
4000
která by byla schopná vysvětlit všechny přírodní síly z jediného souboru myšlenek,
03:58
one set of principles, one master equation, if you will.
68
226000
4000
z jediného souboru principů, jediné všezahrnující rovnice.
04:02
So Kaluza said to himself,
69
230000
2000
Kaluza tedy uvažoval:
04:04
Einstein has been able to describe gravity
70
232000
3000
Einsteinovi se povedlo popsat gravitaci
04:07
in terms of warps and curves in space --
71
235000
2000
za použití zvlnění a zakřivení prostoru --
04:09
in fact, space and time, to be more precise.
72
237000
3000
nebo přesněji zakřivení prostoru a času.
04:12
Maybe I can play the same game with the other known force,
73
240000
5000
Možná, že bych to samé mohl zkusit i s druhou známou silou --
04:17
which was, at that time, known as the electromagnetic force --
74
245000
3000
v té době se vědělo jenom o elektromagnetické síle --
04:20
we know of others today, but at that time
75
248000
2000
dnes už známe i další, ale v té době
04:22
that was the only other one people were thinking about.
76
250000
2000
to byla jediné síla, kterou se lidé zabývali.
04:24
You know, the force responsible for electricity
77
252000
2000
To je síla stojící za elektřinou,
04:26
and magnetic attraction and so forth.
78
254000
2000
přitahováním magnetů a tak dál.
04:28
So Kaluza says, maybe I can play the same game
79
256000
3000
Takže Kaluza si říkal: možná bych mohl zkusit to samé
04:31
and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
80
259000
4000
a popsat s pomocí zvlnění a zakřivení i elektromagnetickou sílu.
04:35
That raised a question: warps and curves in what?
81
263000
3000
Otázka ale byla: zvlnění a zakřivení - ale v čem?
04:38
Einstein had already used up space and time,
82
266000
5000
Zakřivení prostoru a času už použil Einstein
04:43
warps and curves, to describe gravity.
83
271000
2000
k popsání gravitace.
04:45
There didn't seem to be anything else to warp or curve.
84
273000
3000
Nezdálo se, že by se dalo ohýbat a zakřivovat i něco dalšího.
04:48
So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
85
276000
5000
Tak si Kaluza řekl: možná existuje víc prostorových dimenzí,
04:53
He said, if I want to describe one more force,
86
281000
2000
takže pokud chci popsat další sílu,
04:55
maybe I need one more dimension.
87
283000
2000
možná budu potřebovat další dimenzi.
04:57
So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
88
285000
4000
Představil si tedy, že vesmír má čtyři prostorové dimenze místo tří
05:01
and imagined that electromagnetism was warps and curves
89
289000
4000
a že elektromagnetismus zakřivuje a ohýbá
05:05
in that fourth dimension. Now here's the thing:
90
293000
2000
právě tu čtvrtou dimenzi. A teď přichází to zajímavé:
05:07
when he wrote down the equations describing warps and curves
91
295000
3000
když sepsal rovnice popisující
05:10
in a universe with four space dimensions, not three,
92
298000
3000
zakřivení čtyřrozměrného prostoru,
05:13
he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
93
301000
4000
našel rovnice, kterými Einstein popsal tři dimenze --
05:17
those were for gravity --
94
305000
1000
v nichž se projevuje gravitace --
05:18
but he found one more equation because of the one more dimension.
95
306000
4000
ale našel ještě jednu rovnici navíc, právě kvůli přidané čtvrté dimenzi.
05:22
And when he looked at that equation,
96
310000
2000
Když se na tu přebývající rovnici podíval,
05:24
it was none other than the equation
97
312000
2000
nebylo to nic jiného než rovnice,
05:26
that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
98
314000
3000
kterou vědci již dlouho používali k popisu elektromagnetické síly.
05:29
Amazing -- it just popped out.
99
317000
2000
Neuvěřitelné - prostě se tam vynořila.
05:31
He was so excited by this realization
100
319000
3000
Byl tak nadšený ze svého objevu,
05:34
that he ran around his house screaming, "Victory!" --
101
322000
3000
že pobíhal po domě a křičel: "Vítězství!" --
05:37
that he had found the unified theory.
102
325000
3000
přesvědčen, že našel teorii všeho.
05:40
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
103
328000
7000
Kaluza byl ale člověk, kterému byly teorie nade vše.
05:47
He, in fact --
104
335000
1000
Vypráví se,
05:48
there is a story that when he wanted to learn how to swim,
105
336000
3000
že když se chtěl naučit plavat,
05:51
he read a book, a treatise on swimming --
106
339000
3000
přečetl si o tom knihu - pojednání o plavání
05:54
(Laughter)
107
342000
1000
(smích)
05:55
-- then dove into the ocean.
108
343000
2000
-- a pak se ponořil do oceánu.
05:57
This is a man who would risk his life on theory.
109
345000
3000
Byl to člověk, který by svěřil svůj život do rukou teorie.
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
110
348000
4000
Ale pro nás ostatní, kdo jsme založení o něco praktičtěji,
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
z jeho pozorování přímo vyplývají dvě otázky.
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
112
355000
4000
Za prvé: Pokud existuje víc dimenzí, kde jsou?
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
Nezdá se, že bychom je viděli.
06:13
And number two: does this theory really work in detail,
114
361000
4000
A za druhé: Funguje opravdu tahle teorie
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
pokud ji aplikujeme na svět kolem nás?
06:20
Now, the first question was answered in 1926
116
368000
4000
Na první otázku odpověděl v roce 1926
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
117
372000
2000
Oskar Klein.
06:26
He suggested that dimensions might come in two varieties --
118
374000
4000
Podle něj mohou existovat dva typy dimenzí:
06:30
there might be big, easy-to-see dimensions,
119
378000
3000
ty velké, které si snadno uvědomujeme,
06:33
but there might also be tiny, curled-up dimensions,
120
381000
3000
ale i miniaturní dimenze
06:36
curled up so small, even though they're all around us,
121
384000
3000
smotané do tak malé velikosti, že je i přes to, že jsou všude kolem nás,
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
nemůžeme spatřit.
06:41
Let me show you that one visually.
123
389000
2000
Ukážu vám to na obrázovce.
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
Představte si, že se díváte na něco jako
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
lano na semaforu.
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
126
395000
3000
Jste na Manhattanu v Central Parku -- ale to je docela jedno --
06:50
but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
127
398000
4000
z dálky se zdá, jako by lano mělo jen jednu dimenzi,
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
všichni ale víme, že musí mít i nějakou tloušťku.
06:57
It's very hard to see it, though, from far away.
129
405000
2000
Z dálky ji lze vidět velice těžko.
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
130
407000
2000
Pokud se k lanu přiblížíme a podíváme se na něj
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
z mravenčí perspektivy --
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
mravenci jsou tak malí, že můžou vstupovat do obou dimenzí --
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
do dimenze délky
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
a také do dimenze na obvodu lana.
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
Doufám, že tohle opravdu doceníte.
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
Trvalo dlouho, než mravenci začali dělat, co jsem po nich chtěl.
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
(Smích)
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
Toto názorně to ukazuje skutečnost, že mohou existovat dva typy dimenzí:
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
139
427000
4000
velké a malé. A také na to, že velké dimenze kolem nás
07:23
are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
jsou možná ty, které můžeme snadno spatřit,
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
ale že tu stejně tak můžou být i další stočené dimenze,
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
jako na obvodu lana,
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
které jsou tak malé, že pro nás zůstávají neviditelné.
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
Ukážu vám, jak by takový případ vypadal.
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
Pokud se podíváme na samotný prostor --
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
na obrazovce mohu pochopitelně zobrazit jenom dvě dimenze.
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
Někdo z vás toto jednou opraví.
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
Všechno, co se na ploše obrazovky nejevi ploše, je nová dimenze,
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
pořád menší a menší,
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
až k mikroskopickým rozměrům samotného prostoru --
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
Základní myšlenkou je,
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
že mohou existovat dodatečné zavinuté dimenze.
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
Zde mají tvar kruhu -- tak malého, že ho nemůžeme vidět.
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
Ale pokud byste byli opravdu malinkatí a procházeli se tam,
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
mohli byste se pohybovat ve velkých dimenzích, které všichni známe --
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
ty jsou znázorněny mřížkou --
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
a navíc byste mohli vstoupit i do těch malých stočených dimenzí,
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
tak malých, že je nemůžeme spatřit pouhým okem,
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
ani s použitím nejdokonalejších přístrojů.
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
Jsou součástí struktury prostoru na nejhlubší úrovni,
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
domníváme se, že možná existuje víc dimenzí, podobně jako zde.
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
To by vysvětlovalo,
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
proč by vesmír mohl mít víc dimenzí než jen ty, které vidíme.
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
Ale co ta druhá otázka, kterou jsem položil:
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
Platí tato teorie,
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
pokud ji aplikujeme na náš svět?
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
Ukázalo se, že Einstein, Kaluza a mnoho dalších vědců
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
pracovalo na jejím zdokonalení,
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
aby ji mohli aplikovat na celý vesmír,
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
jak si ho v té době představovali, ale jednotlivé části teorie selhaly.
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
Například
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
při vypočtech hmotnosti elektronu
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
z teorie nevycházely správné výsledky.
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
Pracovalo na tom tolik lidí, ale ve čtyřicátých letech, nejdéle v padesátých,
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
tato zvláštní, ale podmanivá myšlenka
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
sjednocení fyzikálních zákonů, zmizela.
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
Až do dnešní doby, v níž došlo k něčemu úžasnému.
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
V současné době vzniká nový přístup ke sjednocení zákonů fyziky,
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
kterým se zabývá - včetně mě -
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
mnoho vědců po celém světě.
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
Říká se mu superstrunová teorie, jak správně naznačujete.
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
Úžasné na této teorii je,
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
že na první pohled nemá co do činění s dalšími dimenzemi,
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
ale když superstrunovou teorii studujeme, nacházíme,
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
že tuto myšlenku znovu přivádí k životu v novém, brilantním tvaru.
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
Chtěl bych vám to trochu vysvětlit.
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
Teorie superstrun -- co je to?
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
Je to teorie, která se snaží odpovědět na otázku:
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
jaké jsou základní a nedělitelné složky,
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
které vytvářejí všechno kolem nás?
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
A odpověď by byla asi taková:
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
Představte si obyčejný předmět, třeba svíčku zasazenou ve svícnu,
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
a představte si, že chceme zjistit, z čeho se skládá.
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
Postupujeme pořád dál a hlouběji a zkoumáme složky, které vidíme.
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
Pokud se hodně přiblížíme, jak všichni víme, uvidíme atomy.
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
Víme ale také, že atomy naše cesta nekončí.
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
Atomy tvoří malé elektrony kmitající okolo atomového jádra
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
tvořeného neutrony a protony.
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
Dokonce i neutrony a protony v sobě obsahují menší částice, kterým říkáme kvarky.
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
Na této úrovni se konvenční teorie zastaví.
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
Ale teorie strun pokračuje dál.
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
Uvnitř každé částice je ještě něco dalšího:
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
tančící vlákna energie.
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
Vypadají jako vibrující struna --
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
odtud dostala teorie strun svůj název.
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
A stejně tak jako rozezněné struny cella
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
mohou vibrovat různými způsoby,
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
různými způsoby mohou vibrovat i struny energie.
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
Nevytvářejí různé hudební tóny.
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
Spíše vytvářejí různé částice, z nichž se skládá svět kolem nás.
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
Pokud jsou tyto úvahy správné,
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
takhle na mikroskopické úrovni vypadá vesmír.
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
Tvoří ho obrovské množství
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
těchto malinkatých vibrujících vláken energie,
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
vibrujících v rozdílných frekvencích.
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
Různé frekvence vytvářejí různé částice.
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
Různé částice jsou zdrojem
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
veškeré rozmanitosti ve světě kolem nás.
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
Zde si můžete všimnout sjednocení,
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
protože částice hmoty, elektrony a kvarky,
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
částice záření, fotony, gravitony - to všechno vzniká ze stejného základu.
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
Hmota a přírodní síly jsou tedy společně začleněny
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
do sféry vibrujících strun.
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
Takhle si představujeme teorii všeho.
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
Je v tom ale háček.
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
Když studujete matematiku strunové teorie,
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
zjistíte, že nefunguje správně
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
ve vesmíru, který má jenom tři prostorové dimenze.
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
Nefunguje ani ve vesmíru se čtyřmi, pěti, dokonce ani šesti dimenzemi.
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
Nakonec dojdete k tomu, že rovnice můžete studovat a prokázat jejich platnost
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
jen ve vesmíru, který má deset prostorových dimenzí
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
a jednu dimenzi časovou.
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
To nás odvádí zpátky k myšlence Kaluzy a Kleina --
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
že podle adekvátního popisu našeho světa
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
existuje víc dimenzí než jen ty, které vidíme.
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
Mohli byste se nad tím zamyslet a namítnout:
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
Dobře, možná tu jsou další dimenze, tak těsně stočené,
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
tak malé, že nikdy nespatříme ani je,
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
ani zelené človíčky, kteří v nich možná žijí.
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
Ano, a měli byste pravdu, protože to je jedna z předpovědí,
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
která z teorie strun také vychází --
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
ne, žádná taková předpoveď v teorii strun není --
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
(Smích)
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
Musíme se ale ptát:
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
Máme se tvářit, jakoby další dimenze neexistovaly,
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
nebo nám můžou říct i něco o našem světě?
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
Ve zbývajícím čase vám povím o jejich dvou základních rysech.
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
Mnoho z nás se domnívá, že tyto další dimenze
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
ukrývají odpověď na jednu z největších otázek
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
v teoretické fyzice.
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
Otázka zní: podíváme-li se na náš svět,
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
jako se dívali už vědci v minulém století,
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
objevíme přibližně 20 čísel, která popisují náš vesmír.
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
Mezi ně patří například hmotnosti částic -
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
elektronů a kvarků, síla gravitace
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
a elektromagnetismu --
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
celkem asi 20 čísel,
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
změřených s neuvěřitelnou přesností.
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
Nikdo ale nemá vysvětlení,
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
proč mají právě ty hodnoty, jaké mají.
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
Může odpověděď poskytnout teorie strun?
13:31
Not yet.
262
799000
1000
Zatím ne.
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
Ale domníváme se, že důvod, proč mají právě tyto hodnoty a ne jiné,
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
může souviset s tvarem dalších dimenzí.
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
Podivuhodné na tom je, že kdyby ta čísla
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
měla jiné hodnoty,
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
vesmír, jak ho známe, by vůbec neexistoval.
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
To je zásadní otázka.
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
Proč jsou hodnoty vyváženy tak precizně,
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
že umožňují, aby hvězdy zářily a planety vznikaly,
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
když i nepatrná změna jedné hodnoty --
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
pokud bych tu měl 20 číslic
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
a nechal vás si s nimi hrát,
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
téměř každá změna by zničila vesmír.
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
Můžeme to nějak vysvětlit?
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
Podle teorie strun těchto 20 konstant
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
souvisí s dalšími dimenzemi.
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
Ukážu vám, jak.
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
Když v teorii strun mluvíme o dalších dimenzích,
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
nemáme na mysli každou z nich odděleně,
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
tak jako ve starších myšlenkách Kaluzy a Kleina.
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
Teorie strun říká, že další dimenze mají
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
bohatě propletenou geometrii.
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
Tohle je příklad Calabiho-Yauova tvaru --
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
na jméně tolik nezáleží.
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
Tady vidíte,
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
že další dimenze jsou navzájem propletené
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
a vytvářejí velmi zajímavý tvar se zvláštní strukturou.
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
Pokud takhle další dimenze opravdu vypadají,
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
pak náš vesmír na mikroskopické úrovni
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
bude vypadat podobně.
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
Každé máchnutí rukou
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
by vedlo okolo dalších dimenzí, ovšem tak malých,
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
že si toho ani nevšimnete.
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
Jak to ale souvisí s 20 konstantami?
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
Podíváte-li se na lesní roh,
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
všimnete si, že chvění proudu vzduchu
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
je ovlivněno tvarem nástroje.
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
Podle teorie strun
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
všech 20 čísel odráží různé způsoby, jak mohou struny vibrovat.
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
Stejně jako se proud vzduchu
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
mění podle zmáčknutých klapek,
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
struny jsou ovlivněny
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
vzorci vibrací geometrie, v níž kmitají.
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
Když sem přidáme
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
vibrující struny
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
-- tady jsou --
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
všimněte si, že jejich vibrace jsou ovlivněny
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
geometrií dalších dimenzí.
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
Kdybychom tedy přesně znali podobu dalších dimenzí --
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
zatím teda neznáme, ale kdyby --
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
měli bychom umět spočítat povolené hodnoty
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
vibračních vzorců.
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
Z nich bychom následně mohli vypočítat
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
hodnoty dvaceti konstant.
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
Pokud by výsledek výpočtů souhlasil
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
s hodnotami,
16:00
that have been determined
318
948000
2000
které jsme získali
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
podrobnými a přesnými experimenty,
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
bylo by to první zásadní vysvětlení toho,
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
proč je vesmír takový, jaký je.
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
Ještě odpovím na druhou otázku:
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
Můžeme přítomnost dalších dimenzí nějak změřit?
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
Bavíme se o zajímavém matematickém modelu,
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
který by mohl vysvětlit
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
některé dosud neznámé rysy vesmíru,
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
nebo s jeho pomocí můžeme opravdu potvrdit další dimenze?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
Domníváme se -- a to je opravdu zajímavé --
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
že v následujících pěti letech budeme moci prověřit,
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
zda další dimenze existují.
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
V CERNu ve švýcarské Ženevě
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
se staví zařízení nazvané Velký hadronový urychlovač.
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
V podzemí se zde proti sobě budou vysílat částice
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
dosahující téměř rychlosti světla.
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
Občas nějaké částice naletí
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
přímo do sebe.
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
Pokud se srazí s dostatečnou energií,
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
mohly by být nějaké prvky vzniklé v kolizi
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
vytlačeny až do jiných dimenzí.
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
Jak bychom to zjistili?
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
Změříme množství energie po srážce
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
a porovnáme ho s množstvím energie před srážkou
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
Pokud po srážce naměříme méně energie než před ní,
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
bude to důkaz, že se část energie přesunula jinam.
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
Pokud se přesune podle předem vypočítaného vzorce,
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
dokážeme, že další dimenze existují.
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
Ukážu vám to na obrazovce.
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
Představte si, že máme částici nazvanou graviton --
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
u té bychom očekávali, že zmizí,
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
pokud další dimenze existují.
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
Experiment by vypadal takhle:
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
Vezmete dvě částice. Vrazíte je do sebe.
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
Pokud jsou naše domněnky správné,
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
část energie z této srážky
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
odletí do jiných dimenzí.
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
To je typ experimentů,
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
které budeme za pět až deset let provádět.
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
Pokud budou experimenty úspěšné,
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
pokud ze srážky vyletí určitý druh částice
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
a přitom si všimneme, že z našich dimenzí zmizela energie,
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
budeme vědět,
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
že další dimenze opravdu existují.
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
A to by pro mě byla opravdu mimořádná událost
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
a mimořádná příležitost. Podle Newtona byl absolutní prostor
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
pouhé jeviště,
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
na němž se odehrává vesmírná hra.
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
Pak přišel Einstein s tím, že
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
prostor se může ohýbat a zakřivovat; to je gravitace.
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
Teď je tu teorie strun, která říká:
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
gravitace, kvantová mechanika, elektromagnetismus --
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
to všechno patří k sobě,
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
ale jenom pokud má vesmír víc dimenzí než ty, které vidíme.
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
A to je experiment, který to brzy může potvrdit.
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
Úžasná možnost.
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
Děkuji vám za pozornost.
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
(Potlesk)
ABOUT THE SPEAKER
Brian Greene - PhysicistBrian 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.
Brian Greene | Speaker | TED.com