TED2005
Brian Greene: Making sense of string theory
Brian Greene über die Stringtheorie
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Der Physiker Brian Greene erklärt die Superstring-Theorie. Die Idee, dass winzige Energiefäden in 11 Dimensionen schwingen und dabei alle Teilchen und Kräfte des Universums erzeugen.
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
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In the year 1919,
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Im Jahr 1919 entwickelte ein
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a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
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7000
nahezu unbekannter deutscher Mathematiker, namens Theodor Kaluza
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suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
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eine sehr mutige und, in gewisser Weise, auch ziemlich bizarre Idee.
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He proposed that our universe
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Er schlug vor, dass unser Universum
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might actually have more than the three dimensions
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mehr als die drei Dimensionen haben könnte,
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that we are all aware of.
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die wir alle kennen. Zusätzlich zu
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That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
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links, rechts, vor, zurück und hoch, runter,
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Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
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schlug Kaluza vor, dass es zusätzliche Raumdimensionen geben könnte,
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that for some reason we don't yet see.
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die wir aus irgendwelchen Gründen noch nicht sehen können.
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Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
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Wenn nun jemand eine mutige und bizarre Idee äußert,
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sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
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ist sie manchmal nur das, mutig und bizarr,
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but it has nothing to do with the world around us.
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aber sie hat nichts mit den Dingen um uns herum zu tun.
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This particular idea, however --
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Diese besondere Idee jedoch,
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although we don't yet know whether it's right or wrong,
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obwohl wir noch nicht wissen, ob sie richtig oder falsch ist,
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and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
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und ich werde am Ende Experimente vorstellen, die, in den nächsten Jahren,
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may tell us whether it's right or wrong --
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zeigen können, ob sie richtig oder falsch ist,
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this idea has had a major impact on physics in the last century
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diese Idee hatte einen bedeutenden Einfluss auf die Physik des letzten Jahrhunderts
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and continues to inform a lot of cutting-edge research.
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und ist auch weiterhin eine Quelle für aktuellste Forschungen.
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So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.
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Ich möchte Ihnen also etwas über die Geschichte dieser Extra-Dimensionen erzählen.
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So where do we go?
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Wo fangen wir an?
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To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.
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Für den Anfang brauchen wir etwas Hintergrundwissen aus dem Jahr 1907.
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This is a year when Einstein is basking in the glow
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Dies ist das Jahr, als sich Einstein im Ruhm
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of having discovered the special theory of relativity
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der Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie sonnt
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and decides to take on a new project,
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und sich für ein neues Projekt entscheidet,
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to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
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um zu versuchen, die bedeutende, allgegenwärtige Kraft der Gravitation vollständig zu verstehen.
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And in that moment, there are many people around
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In jener Zeit gab es viele Leute, die dachten,
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who thought that that project had already been resolved.
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dass dieses Projekt bereits erledigt wäre. Newton hatte im
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Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
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95000
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späten 16. Jahrhundert der Welt eine Theorie der Gravitation gegeben,
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that works well, describes the motion of planets,
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die gut funktioniert, die Bewegung der Planeten erklärt,
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the motion of the moon and so forth,
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die Bewegung des Mondes und so weiter,
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the motion of apocryphal of apples falling from trees,
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und die Bewegung zweifelhafter Äpfel, die von Bäumen fallen
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hitting people on the head.
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und auf den Köpfen der Leute landen.
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All of that could be described using Newton's work.
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All dies kann mit Newtons Arbeit erklärt werden.
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But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
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Aber Einstein bemerkte, dass Newton etwas offen gelassen hatte,
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because even Newton had written
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denn selbst Newton hatte geschrieben,
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that although he understood how to calculate the effect of gravity,
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dass er zwar verstanden hat, wie man die Effekte der Gravitation berechnet,
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he'd been unable to figure out how it really works.
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er aber nicht in der Lage sei, zu verstehen, wie sie wirklich funktioniert.
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How is it that the Sun, 93 million miles away,
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Wie kann es sein, dass die Sonne, 149 Millionen Kilometer entfernt,
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[that] somehow it affects the motion of the Earth?
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irgendwie die Bewegung der Erde beeinflusst?
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How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
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Wie kann die Sonne leeren, toten Raum überwinden und Einfluss ausüben?
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And that is a task to which Einstein set himself --
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Und dies ist die Aufgabe, die sich Einstein gestellt hat:
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to figure out how gravity works.
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Herauszufinden, wie die Gravitation funktioniert.
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And let me show you what it is that he found.
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Lassen Sie mich Ihnen zeigen, was es ist, das er fand.
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So Einstein found
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Einstein fand heraus,
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that the medium that transmits gravity is space itself.
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dass das Medium, das die Gravitation überträgt, der Raum selbst ist.
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The idea goes like this:
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Die Idee geht in etwa so: Stellen Sie sich vor,
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imagine space is a substrate of all there is.
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der Raum ist der Träger für alles was da ist.
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Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
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Einstein sagte: Der Raum ist ruhig und flach, solange keine Materie vorhanden ist.
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But if there is matter in the environment, such as the Sun,
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Wenn es aber Materie in der Umgebung gibt, wie etwa die Sonne,
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it causes the fabric of space to warp, to curve.
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so wird von ihr die Struktur des Raums verzerrt und gekrümmt.
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And that communicates the force of gravity.
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Und dies überträgt die Kraft der Gravitation.
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Even the Earth warps space around it.
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Sogar die Erde verzerrt den Raum um sich herum.
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Now look at the Moon.
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Schauen Sie sich jetzt den Mond an.
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The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
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Der Mond wird gemäß diesen Ideen auf seiner Bahn gehalten,
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because it rolls along a valley in the curved environment
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weil er entlang eines Tales einer gekrümmten Umgebung entlang rollt,
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that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.
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das die Sonne, der Mond und die Erde durch ihre bloße Anwesenheit hervorrufen kann.
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We go to a full-frame view of this.
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Schauen wir uns das im Überblick an.
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The Earth itself is kept in orbit
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Die Erde wird auf ihrer Bahn gehalten,
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because it rolls along a valley in the environment that's curved
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weil sie entlang eines Tales in einer Umgebung rollt, die gekrümmt ist
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because of the Sun's presence.
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wegen der Anwesenheit der Sonne.
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That is this new idea about how gravity actually works.
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Das ist die neue Idee, wie die Gravitation tatsächlich funktioniert.
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Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
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Nun, diese Idee wurde 1919 durch astronomische Beobachtungen getestet.
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It really works. It describes the data.
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Sie funktioniert tatsächlich. Sie erklärt die Messwerte.
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And this gained Einstein prominence around the world.
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208000
4000
Und dies machte Einstein weltweit bekannt.
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And that is what got Kaluza thinking.
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Und das ist, was Kaluza zum Nachdenken anregte. Er war, wie Einstein,
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He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
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216000
4000
auf der Suche nach dem, was wir eine "Vereinheitlichte Theorie" nennen.
03:52
That's one theory
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Das ist eine einzelne Theorie,
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that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,
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222000
4000
die alle Kräfte der Natur aus einem einzigen Satz von Annahmen beschreiben könnte,
03:58
one set of principles, one master equation, if you will.
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226000
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einem Satz von Prinzipien, eine Hauptgleichung, wenn Sie so wollen.
04:02
So Kaluza said to himself,
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230000
2000
Kaluza sagte sich also:
04:04
Einstein has been able to describe gravity
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Einstein konnte die Gravitation in Gestalt von Verzerrungen
04:07
in terms of warps and curves in space --
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235000
2000
und Krümmungen des Raumes erklären,
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in fact, space and time, to be more precise.
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237000
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eigentlich von Raum und Zeit, um genau zu sein.
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Maybe I can play the same game with the other known force,
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Vielleicht kann ich das gleiche Spiel mit der anderen damals bekannten Kraft machen,
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which was, at that time, known as the electromagnetic force --
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die, zu jener Zeit, als elektromagnetische Kraft bekannt war
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we know of others today, but at that time
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Wir wissen heute von weiteren, doch damals
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that was the only other one people were thinking about.
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250000
2000
war sie die einzig andere, über die man nachdachte.
04:24
You know, the force responsible for electricity
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252000
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Sie wissen schon. Die Kraft, die für die Elektrizität
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and magnetic attraction and so forth.
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254000
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und magnetische Anziehung verantwortlich ist.
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So Kaluza says, maybe I can play the same game
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256000
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Kaluza sagte also: Vielleicht kann ich dasselbe Spiel spielen
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and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
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259000
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und die elektromagnetische Kraft mittels Verzerrungen und Krümmungen beschreiben.
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That raised a question: warps and curves in what?
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263000
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Dies brachte die Frage auf: Verzerrungen und Krümmungen in was?
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Einstein had already used up space and time,
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Einstein hatte bereits Raum und Zeit, Verzerrungen und Krümmungen besetzt
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warps and curves, to describe gravity.
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um die Gravitation zu beschreiben.
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There didn't seem to be anything else to warp or curve.
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273000
3000
Es gab scheinbar nichts anderes zu verzerren oder zu krümmen.
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So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
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276000
5000
Also sagte Kaluza: Gut, vielleicht gibt es ja zusätzliche Raumdimensionen.
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He said, if I want to describe one more force,
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2000
Er sagte: Wenn ich eine weitere Kraft beschreiben will,
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maybe I need one more dimension.
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283000
2000
brauche ich vielleicht eine weitere Dimension.
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So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
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285000
4000
Also stellte er sich vor, dass die Welt vier Raumdimensionen hat, statt drei,
05:01
and imagined that electromagnetism was warps and curves
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289000
4000
und stellte sich vor, dass der Elektromagnetismus Verzerrungen und Krümmungen
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in that fourth dimension. Now here's the thing:
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293000
2000
in dieser vierten Dimension wäre. Und jetzt kommt's:
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when he wrote down the equations describing warps and curves
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3000
Als er die Gleichungen für die Verzerrungen und Krümmungen aufschrieb,
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in a universe with four space dimensions, not three,
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für ein Universum mit vier Dimensionen im Raum, anstelle von drei,
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he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
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4000
fand er die alten Gleichungen, die Einstein schon für drei Dimensionen entwickelte
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those were for gravity --
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305000
1000
- diese waren für die Gravitation -
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but he found one more equation because of the one more dimension.
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306000
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aber er fand noch eine weitere Gleichung, wegen der zusätzlichen Dimension,
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And when he looked at that equation,
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310000
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und als er sich diese Gleichung ansah, war es nichts anderes
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it was none other than the equation
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312000
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als die Gleichung, welche die Wissenschaftler
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that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
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314000
3000
schon lange benutzten, um die elektromagnetische Kraft zu beschreiben.
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Amazing -- it just popped out.
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317000
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Erstaunlich - Es kam einfach heraus.
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He was so excited by this realization
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319000
3000
Er war aufgrund dieser Erkenntnis so aufgeregt,
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that he ran around his house screaming, "Victory!" --
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3000
dass er um sein Haus rannte und "Sieg!" schrie,
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that he had found the unified theory.
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325000
3000
weil er die vereinheitlichte Theorie gefunden hatte.
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Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
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328000
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Offensichtlich war Kaluza ein Mann, der Theorien sehr ernst nahm.
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He, in fact --
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335000
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Er hat tatsächlich …
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there is a story that when he wanted to learn how to swim,
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336000
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Es gibt eine Geschichte, dass, als er schwimmen lernen wollte,
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he read a book, a treatise on swimming --
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339000
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ein Buch las - eine Abhandlung über Schwimmen -
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(Laughter)
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(Lachen)
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-- then dove into the ocean.
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343000
2000
und anschließend ins Meer sprang.
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This is a man who would risk his life on theory.
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345000
3000
Er war ein Mann, der sein Leben einer Theorie anvertraut hätte.
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
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348000
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Für diejenigen aber von uns, die eher praktisch denken,
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
ergeben sich aus seinen Betrachtungen sofort zwei Fragen.
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
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355000
4000
Nummer Eins: Wenn es zusätzliche Raumdimensionen gibt, wo sind sie?
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
Scheinbar sehen wir ja keine.
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And number two: does this theory really work in detail,
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361000
4000
Und Nummer Zwei: Funktioniert diese Theorie auch wirklich bis ins Detail,
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
wenn man versucht, sie auf die Dinge um uns herum anzuwenden.
06:20
Now, the first question was answered in 1926
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368000
4000
Nun, die erste Frage wurde 1926 durch einen Kollegen,
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
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372000
2000
namens Oskar Klein, beantwortet.
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He suggested that dimensions might come in two varieties --
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374000
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Dieser schlug vor, dass Dimensionen in zwei Arten vorkommen könnten.
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there might be big, easy-to-see dimensions,
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378000
3000
Es könnte große, direkt sichtbare Dimensionen geben.
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but there might also be tiny, curled-up dimensions,
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381000
3000
Es könnte aber auch winzige, aufgerollte Dimensionen geben.
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curled up so small, even though they're all around us,
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384000
3000
So klein aufgerollt, dass, obwohl sie sich überall um uns herum befinden,
06:39
that we don't see them.
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387000
2000
wir sie nicht sehen können
06:41
Let me show you that one visually.
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389000
2000
Ich zeige Ihnen das in einem Film.
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
Stellen Sie sich vor, sie schauen auf so etwas,
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
wie z.B. ein Kabel, an dem eine Ampel hängt.
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
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395000
3000
Sie steht in Manhattan, Sie sind im Central Park -- was irgendwie unwichtig ist
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but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
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398000
4000
und das Kabel sieht aus der Ferne eindimensional aus.
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
Sie und ich wissen jedoch, dass es eine gewisse Dicke hat,
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It's very hard to see it, though, from far away.
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405000
2000
Es ist aber sehr schwer zu erkennen, aus der Ferne
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
130
407000
2000
Aber wenn wir hineinzoomen und die Perspektive
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
z.B. einer kleinen krabbelnden Ameise einnehmen …
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
Diese Ameisen sind so klein, dass sie Zugang zu allen Dimensionen haben,
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
der Dimension der Länge,
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
aber auch in Richtung mit und gegen den Uhrzeigersinn.
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
und ich hoffe, Sie wissen das zu schätzen, denn
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
es hat so lange gedauert, den Ameisen das beizubringen.
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
(Gelächter)
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
Aber es zeigt, dass Dimensionen in zwei Arten auftreten können:
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
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427000
4000
groß und klein. Und gemäß dieser Idee sind es die großen Dimensionen
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are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
um uns herum, die wir unmittelbar sehen können.
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
Aber es könnte noch zusätzliche, aufgerollte Dimensionen geben,
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
ähnlich dem runden Teil des Kabels,
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
und so klein, dass sie bislang unsichtbar geblieben sind.
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
Ich zeige Ihnen, wie das aussehen würde.
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
Werfen wir einen Blick auf den Raum selbst.
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
Ich kann Ihnen natürlich nur zwei Dimensionen auf dem Bildschirm zeigen.
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
Jemand von Ihnen wird das mal ändern
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
aber alles nicht flache auf dem Schirm ist eine neue Dimension
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
Es wird kleiner, kleiner, kleiner
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
bis zu den mikroskopischen Tiefen des Raumes selbst.
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
Die Idee ist:
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
man könnte weitere aufgerollte Dimensionen haben
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
Hier ist ein kleiner Umriss eines Kreises - so klein, dass wir sie nicht sehen.
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
Aber wenn Sie eine kleine, ultramikroskopische krabbelnde Ameise wären,
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
könnten Sie in den großen uns bekannten Dimensionen
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
herumlaufen, wie in diesem Netz hier -
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
aber Sie könnten auch die winzigen, aufgerollten Dimensionen betreten,
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
die so klein sind, dass wir sie weder mit bloßem Auge,
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
noch mit unserer besten Ausrüstung sehen können.
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
Aber tief in der Struktur des Raumes versteckt, so die Idee,
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
könnte es mehr Dimensionen geben, als wir dort sehen.
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
Das ist also eine Erklärung, wie das Universum
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
mehr Dimensionen haben könnte, als diejenigen, die wir sehen.
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
Aber was ist mit der zweiten Frage, die ich gestellt habe?
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
Funktioniert diese Theorie wirklich,
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
wenn man sie in der realen Welt anwendet?
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
Nun, es zeigt sich, dass Einstein und Kaluza und viele andere
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
zwar versucht haben dieses Konzept zu verfeinern
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
und an der Physik des Universums, wie sie damals verstanden wurde,
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
zu testen, aber im Detail funktionierte es nicht.
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
Ein Detail war z.B.:
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
Sie konnten die Masse des Elektrons
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
nicht korrekt aus dieser Theorie ableiten.
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
Nun haben viele Leute an ihr gearbeitet, aber mit den 40ern, spätestens den 50ern
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
verschwand diese eigenartige, aber faszinierende Idee,
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
wie man die Gesetze der Physik vereinheitlichen kann.
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
Bis in unserer Zeit etwas Wunderbares passierte.
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
In unserer Zeit gibt es einen neuen Ansatz zur Vereinigung der Gesetze der Physik,
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
der von Physikern wie mir
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
und vielen anderen weltweit verfolgt wird:
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
Er nennt sich Superstring-Theorie, wie Sie bereits vermuten.
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
und das Wunderbare dabei ist, dass die Superstring-Theorie
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
auf den ersten Blick nichts mit der Idee der Extra-Dimensionen zu tun hat.
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
Aber wenn wir die Superstring-Theorie genauer ansehen, bemerken wir,
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
dass sie diese Idee auf glänzende Weise wiederbelebt.
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
Ich will Ihnen zeigen, wie das funktioniert.
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
Superstring-Theorie - Was ist das?
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
Nun, es ist eine Theorie, die zu beantworten versucht:
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
Was sind die grundlegenden, fundamentalen, untrennbaren, unteilbaren Bestandteile,
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
aus denen alles in dieser Welt um uns herum aufgebaut ist?
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
Die Idee geht wie folgt. Stellen wir uns vor,
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
wir betrachten ein vertrautes Objekt, einfach eine Kerze in einem Halter,
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
und stellen uns vor, wir wollten herausfinden woraus sie gemacht ist.
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
Wir gehen also auf eine Reise tief in das Objekt hinein und untersuchen die Bestandteile.
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
Nun, tief im Innern - wir alle wissen, wenn wir tief genug gehen, haben wir Atome.
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
Wir alle wissen auch, dass Atome nicht das Ende der Geschichte sind.
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
Sie haben kleine Elektronen, die um den zentralen Kern aus Neutronen
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
und Protonen herumschwirren.
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
Sogar Neutronen und Protonen bestehen aus kleineren Partikeln, den Quarks.
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
Dort hören dann die herkömmlichen Vorstellungen auf.
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
Hier beginnt die neue Welt der Stringtheorie.
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
Tief im Inneren all dieser Teilchen gibt es noch etwas anderes.
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
Dieses "Andere" ist dieses tanzende Energie-Filament.
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
Es sieht wie ein vibrierender Faden aus,
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
daher stammt auch die Idee "String"-Theorie
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
Und genauso wie die Saiten eines Cello unterschiedlich schwingen,
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
können die eben gesehenen Fäden
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
auch in verschiedenen Mustern schwingen.
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
Nur produzieren sie nicht verschiedene Musiknoten,
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
sondern die verschiedenen Teilchen, aus denen unsere Welt aufgebaut ist.
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
Wenn diese Ideen korrekt sind,
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
sieht die ultramikroskopische Welt des Universums genau so aus.
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
Sie ist aus einer immensen Anzahl
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
dieser winzig kleinen Filamente aus pulsierender Energie aufgebaut,
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
die in verschiedenen Frequenzen schwingen.
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
Die verschiedenen Frequenzen ergeben die verschiedenen Teilchen.
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
Die verschiedenen Teilchen sind verantwortlich
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
für die große Vielfalt der Dinge um uns herum,
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
und hier sehen Sie die Vereinheitlichung,
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
weil Materieteilchen: Elektronen und Quarks,
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
Strahlungsteilchen: Photonen, Gravitonen, alle aus einem einzigen Baustein aufgebaut sind.
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
Materie und die Kräfte der Natur werden somit alle zusammengefasst
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
unter der Überschrift der schwingenden Strings,
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
und das ist es, was wir unter einer vereinheitlichten Theorie verstehen.
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
Doch die Sache hat einen Haken.
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
Wenn man sich die Mathematik der Stringtheorie ansieht,
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
sieht man, dass sie in einem Universum
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
mit nur drei Raumdimensionen nicht funktioniert.
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
Sie funktioniert weder in einem Universum mit 4 Raumdimensionen, noch mit 5, noch mit 6.
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
Zuletzt kann man die Gleichungen untersuchen und zeigen,
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
dass sie nur in einem Universum mit zehn Raumdimensionen
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
und einer Zeitdimension funktionieren.
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
Das bringt uns direkt zurück zu der Idee von Kaluza und Klein,
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
dass unsere Welt, bei richtiger Beschreibung,
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
mehr Dimensionen hat als die, die wir sehen.
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
Sie könnten nun darüber nachdenken und sagen: Gut, ich weiß, dass es
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
OK, weißt Du, wenn Du Extra-Dimensionen hast und sie wirklich eng aufgerollt sind,
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
genau, vielleicht werden wir sie dann gar nicht sehen, wenn sie klein genug sind.
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
Aber wenn da drunten ein winziges Volk von grünen Männchen rumläuft
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
und Du sie klein genug machst, dann würden wir sie auch nicht sehen, nicht wahr?
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
Eine der weiteren Vorhersagen der Stringtheorie …
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
Nein, das ist keine weitere Vorhersage der Stringtheorie,
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
(Gelächter)
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
aber es stellt sich die Frage:
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
Versuchen wir diese Extra-Dimensionen
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
nur zu verstecken oder verraten sie uns etwas über diese Welt?
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
In der verbleibenden Zeit, möchte ich Ihnen zwei ihrer Eigenschaften vorstellen.
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
Die erste ist, dass viele von uns glauben, dass diese Extra-Dimensionen
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
die Antwort auf die vielleicht letzte Frage
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
der theoretischen Physik und theoretischen Wissenschaft beinhaltet.
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
Diese Frage lautet: Wenn wir uns die Welt ansehen, wie es die Forscher
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
in den letzten 100 Jahren getan haben,
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
scheint es 20 Zahlen zu geben, die unser Universum fundamental beschreiben.
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
Das sind Zahlen, wie die Masse von Teilchen,
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
z.B. von Elektronen und Quarks, die Stärke der Gravitation,
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
die Stärke der elektromagnetischen Kraft,
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
also eine Liste von ungefähr 20 Zahlen,
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
die mit einer unglaublichen Genauigkeit gemessen wurden,
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
aber niemand hat eine Erklärung,
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
warum diese Zahlen genau diese Werte haben, die sie haben.
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
Nun, gibt die Stringtheorie hier eine Antwort?
13:31
Not yet.
262
799000
1000
Noch nicht.
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
Aber wir glauben, dass der Grund, warum diese Zahlen diese Werte haben,
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
von der Gestalt der Extra-Dimensionen abhängen könnte,
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
und das Wundervolle daran ist:
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
Hätten diese Zahlen andere Werte, als die uns bekannten,
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
würde das Universum, wie wir es kennen, nicht existieren.
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
Das ist eine tiefgründige Frage.
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
Warum sind diese Zahlen so exakt aufeinander abgestimmt,
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
so dass Sterne leuchten und Planeten entstehen können.
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
Wir erkennen also, dass jede Manipulation dieser Zahlen,
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
- angenommen ich hätte hier 20 Knöpfe,
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
und ließe Sie heraufkommen und damit herumspielen -
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
nahezu jedes Verstellen würde unser Universum verschwinden lassen.
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
Können wir also diese 20 Zahlen erklären?
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
Die Stringtheorie schlägt vor, dass diese 20 Zahlen
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
etwas mit den Extra-Dimensionen zu tun haben.
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
Ich werde Ihnen zeigen was.
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
Wenn wir über die Extra-Dimensionen in der Stringtheorie reden,
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
geht es nicht um eine einzelne Extra-Dimension,
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
wie in den früheren Ideen von Kaluza und Klein.
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
Die Stringtheorie sagt nun über die Extra-Dimensionen,
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
dass sie eine stark verflochtene Geometrie bilden.
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
Hier ein Beispiel von etwas, das als Calabi-Yau bekannt ist.
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
Der Name ist nicht so wichtig,
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
aber Sie können sehen,
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
dass sich die Extra-Dimensionen in sich selbst falten
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
und sich in einer sehr interessanten Form und Struktur verflechten.
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
Und die Vorstellung ist, dass falls die Extra-Dimensionen so aussehen,
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
dann würde die mikroskopische Struktur unseres gesamten Universums auf den
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
kleinsten Skalen genau so aussehen.
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
Wenn Sie Ihre Hand bewegen,
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
würden Sie sie ständig um diese Extra-Dimensionen herumbewegen,
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
aber sie sind so klein, dass wir nichts bemerken.
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
Wie sieht nun der physikalische Bezug zu diesen 20 Zahlen aus?
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
Wenn Sie sich dazu dieses Instrument, ein Waldhorn, ansehen,
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
erkennen Sie, wie die Schwingungen des Luftstroms
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
durch die Form des Instruments beeinflusst werden.
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
In der Stringtheorie sind nun alle diese Zahlen
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
Abbilder für die Arten, wie ein String schwingen kann.
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
Genau wie diese Luftströme
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
durch die Windungen des Instruments beeinflusst werden,
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
werden die Strings
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
durch die Schwingungsmuster innerhalb der Geometrie beeinflusst, in der sie sich bewegen
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
Lassen Sie mich also ein paar Strings einfügen,
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
und wenn Sie sehen, wie diese kleinen Kerlchen herum vibrieren,
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
- sie werden gleich hier sein -
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
Sehen Sie, wie die Art ihrer Schwingung abhängt
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
von der Geometrie der Extra-Dimensionen.
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
Wenn wir also genau wüssten, wie die Extra-Dimensionen aussehen,
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
- wir wissen es noch nicht, aber wenn es so wäre -
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
sollten wir in der Lage sein die erlaubten Noten zu berechnen,
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
also die erlaubten Schwingungsmuster.
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
Und wenn wir die erlaubten Schwingungsmuster berechnen könnten,
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
sollten wir auch diese 20 Zahlen berechnen können,
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
Und wenn die Antwort, die wir durch unsere Berechnungen erhalten,
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
übereinstimmt mit den Werten dieser Zahlen,
16:00
that have been determined
318
948000
2000
die ermittelt wurden
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
mit Hilfe von detaillierten und präzisen Experimenten,
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
wäre dies in vielfacher Hinsicht die erste fundamentale Erklärung dafür,
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
weshalb die Struktur des Universums so ist, wie sie ist.
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
Mit dem zweiten Punkt möchte ich dann schließen.
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
Wie können wir diese Extra-Dimensionen direkter untersuchen?
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
Ist dies nur eine interessante mathematische Konstruktion,
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
die vielleicht in der Lage ist,
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
einige einstmals unverstandene Eigenschaften der Welt zu erklären,
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
oder können wir diese Extra-Dimensionen tatsächlich nachweisen?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
Und wir glauben - und das ist, denke ich, sehr aufregend -
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
dass wir so in den nächsten fünf Jahren in der Lage sein werden,
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
die Existenz dieser Extra-Dimensionen zu prüfen.
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
Hier die Erklärung. Am CERN, in Genf, in der Schweiz wird
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
eine Maschine namens "Large Hadron Collider" (LHC) gebaut.
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
Das ist eine Maschine, die Teilchen in einem runden Tunnel
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
mit fast Lichtgeschwindigkeit entgegengesetzt aufeinander schießt.
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
Jedes Mal, wenn diese Teilchen aufeinander treffen
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
ergibt sich eine Frontalkollision.
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
Wenn die Kollision genug Energie hat, so die Hoffnung,
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
könnte sie etwas von den Bruchstücken der Kollision
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
von unseren Dimensionen in die anderen Dimensionen zwängen.
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
Wie können wir das überprüfen?
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
Wir messen die Energiemenge nach der Kollision,
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
vergleichen diese mit der ursprünglichen Energie
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
und wenn sich dabei ein Energieverlust ergibt, haben wir den Beweis
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
dass Energie weggestreut wurde.
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
Und wenn sie in der Art verschwindet, wie wir das ausrechnen,
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
haben wir den Beweis für die Existenz der Extra-Dimensionen.
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
Ich zeige Ihnen das im Film.
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
Stellen Sie sich vor, wir haben ein bestimmtes Teilchen, genannt Graviton.
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
Das ist die Art von Bruchstücken, die wir erwarten ausgestoßen zu werden,
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
falls es die Extra-Dimensionen gibt.
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
Das Experiment funktioniert dann so.
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
Man nimmt diese Teilchen, man knallt sie zusammen.
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
Man knallt sie zusammen, und wenn wir recht haben,
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
geht ein Teil der Kollisionsenergie
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
in die Bruchstücke, die dann in diese Extra-Dimensionen fliegen.
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
Das ist also das Experiment,
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
das wir so in den nächsten 5, 7 oder 10 Jahren erwarten,
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
und wenn dieses Experiment funktioniert,
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
wenn wir diese Art von Teilchenemission sehen
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
und feststellen, dass sich nachher in unseren Dimensionen
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
weniger Energie befindet als vorher,
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
zeigt das, dass die Extra-Dimensionen real sind.
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
Für mich ist das wirklich eine bemerkenswerte Geschichte und eine
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
außergewöhnliche Gelegenheit. Zurück zu Newton und dem absolutem Raum,
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
der nicht mehr brachte, als eine Arena oder Bühne,
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
auf der die Ereignisse des Universums stattfinden.
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
Einstein kommt vorbei und sagt:
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
Raum und Zeit können sich verzerren und krümmen, das ist Gravitation.
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
Und jetzt kommt die Stringtheorie daher und sagt:
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
Ja, Gravitation, Quantenmechanik, Elektromagnetismus
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
passen alle zusammen in ein Paket,
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
aber nur, wenn das Universum mehr Dimensionen hat, als die, die wir sehen,
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
und hier haben wir ein Experiment, das zu unseren Lebzeiten
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
genau das testen wird. Eine fantastische Möglichkeit.
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
Vielen Dank.
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
(Applaus)
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