TED2005
Brian Greene: Making sense of string theory
Brian Greene au sujet de la théorie des cordes
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Le physicien Brian Green explique la théorie des supercordes, l'idée selon laquelle de minuscules fils d'énergie, vibrant dans 11 dimensions, créent chaque particule et chaque force de l'univers
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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Durant l'année 1919
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a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
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3000
7000
Un mathématicien allemand quasiment inconnu, du nom de Théodore Kaluza
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suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
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10000
7000
proposa une idée extrêmement audacieuse, et d'une certaine manière, très étrange
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He proposed that our universe
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17000
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Il suggéra que notre univers
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might actually have more than the three dimensions
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3000
pourrait avoir en réalité plus de dimensions que les trois
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that we are all aware of.
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22000
3000
que nous connaissons tous
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That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
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25000
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C'est-à-dire qu'en plus de gauche, droite, en arrière, en avant, et en haut, en bas
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Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
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28000
5000
Kaluza suggéra qu'il pourrait y avoir des dimensions supplémentaires dans l'espace
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that for some reason we don't yet see.
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que pour une raison quelconque nous ne voyons pas encore
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Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
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4000
Bon, quand quelqu'un émet une idée audacieuse et étrange
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sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
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40000
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parfois c'est tout ce que c'est: audacieux et étrange
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but it has nothing to do with the world around us.
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mais ça n'a rien à voir avec le monde qui nous entoure
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This particular idea, however --
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45000
2000
Cette idée en particulier, pourtant
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although we don't yet know whether it's right or wrong,
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47000
3000
bien qu'on ne sache pas encore si elle juste ou fausse
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and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
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50000
3000
et à la fin je parlerai des expériences qui, dans quelques années,
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may tell us whether it's right or wrong --
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53000
2000
nous diront peut-être si elle est vraie ou fausse
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this idea has had a major impact on physics in the last century
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cette idée a eu un impact majeur sur la physique du siècle passé
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and continues to inform a lot of cutting-edge research.
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59000
3000
et elle continue à influencer une grande partie de la recherche de pointe.
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So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.
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62000
4000
Et donc j'aimerais vous parler de l'histoire de ces dimensions supplémentaires
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So where do we go?
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66000
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Alors comment on fait ?
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To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.
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68000
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Pour commencer il faut faire un peu d'histoire. Retourner en 1907.
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This is a year when Einstein is basking in the glow
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4000
C'est une année durant laquelle Einstein est auréolé
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of having discovered the special theory of relativity
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75000
3000
de la découverte de la théorie de la relativité restreinte
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and decides to take on a new project,
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78000
3000
et il décide de démarrer un nouveau projet
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to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
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81000
7000
pour tenter de comprendre complètement la grande et omniprésente force de la gravité
01:40
And in that moment, there are many people around
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88000
3000
Et à ce moment-là, beaucoup de gens autour de lui
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who thought that that project had already been resolved.
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91000
4000
pensaient que la question avait déjà été résolue.
01:47
Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
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95000
3000
Newton avait fourni au monde une théorie de la gravitation à la fin du 17è siècle
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that works well, describes the motion of planets,
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98000
4000
qui fonctionne bien, décrit le mouvement des planètes
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the motion of the moon and so forth,
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102000
2000
le mouvement de la Lune, et ainsi de suite
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the motion of apocryphal of apples falling from trees,
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104000
3000
le mouvement de pommes apocryphes tombant des arbres
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hitting people on the head.
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107000
2000
sur la tête des gens
02:01
All of that could be described using Newton's work.
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109000
2000
Tout ça pouvait être décrit d'après le travail de Newton
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But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
33
111000
4000
Mais Einstein se rendit compte que Newton avait oublié quelque chose dans son histoire
02:07
because even Newton had written
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115000
3000
car Newton lui-même avait écrit
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that although he understood how to calculate the effect of gravity,
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118000
5000
que même s'il comprenait comment calculer l'effet de la gravité
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he'd been unable to figure out how it really works.
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123000
3000
il avait été incapable d'identifier comment elle fonctionne réellement
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How is it that the Sun, 93 million miles away,
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126000
3000
Comment se fait-il que le Soleil, à 150 millions de km,
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[that] somehow it affects the motion of the Earth?
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129000
3000
influence d'une certaine manière le mouvement de la Terre ?
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How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
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132000
4000
Comment le Soleil l'atteint-il à travers l'espace vide et inerte, pour exercer son influence ?
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And that is a task to which Einstein set himself --
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136000
3000
Et c'est une tâche à laquelle Einstein s'est attelé
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to figure out how gravity works.
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139000
3000
pour comprendre comment fonctionne la gravité.
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And let me show you what it is that he found.
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142000
3000
Laissez-moi vous montrer ce qu'il a trouvé
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So Einstein found
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145000
1000
Donc Einstein a découvert
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that the medium that transmits gravity is space itself.
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146000
4000
que le medium qui transmet la gravité, c'est l'espace lui-même
02:42
The idea goes like this:
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150000
2000
Voilà l'idée:
02:44
imagine space is a substrate of all there is.
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2000
imaginez que l'espace est un substrat de tout ce qui existe
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Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
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154000
4000
Einstein dit que l'espace est lisse et plat, si aucune matière n'est présente.
02:50
But if there is matter in the environment, such as the Sun,
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158000
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Mais si de la matière est présente, comme le Soleil,
02:54
it causes the fabric of space to warp, to curve.
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162000
4000
cela provoque une déformation, une courbe dans la structure de l'espace.
02:58
And that communicates the force of gravity.
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166000
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Et c'est ça qui transmet la force de la gravité.
03:00
Even the Earth warps space around it.
51
168000
3000
Même la Terre déforme l'espace autour d'elle
03:03
Now look at the Moon.
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171000
2000
Maintenant jetez un oeil à la Lune
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The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
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173000
3000
La Lune reste en orbite, d'après cette théorie,
03:08
because it rolls along a valley in the curved environment
54
176000
3000
parce qu'elle roule le long d'une vallée dans cet environnement courbé
03:11
that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.
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179000
5000
que le Soleil, la Lune et la Terre peuvent tous créer par le simple fait de leur présence
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We go to a full-frame view of this.
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3000
Maintenant la vue d'ensemble de tout ça
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The Earth itself is kept in orbit
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187000
2000
La Terre elle-même est maintenue en orbite
03:21
because it rolls along a valley in the environment that's curved
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189000
4000
parce qu'elle roule le long d'une vallée dans l'environnement qui est courbé
03:25
because of the Sun's presence.
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193000
2000
du fait de la présence du Soleil
03:27
That is this new idea about how gravity actually works.
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195000
5000
Voilà l'idée nouvelle sur le fonctionnement réel de la gravité
03:32
Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
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200000
5000
Bon, cette idée a été testée en 1919 par des observations astronomiques
03:37
It really works. It describes the data.
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205000
3000
Ça marche vraiment. Ça décrit les données.
03:40
And this gained Einstein prominence around the world.
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208000
4000
Et cela apporta la célébrité à Einstein dans le monde entier
03:44
And that is what got Kaluza thinking.
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212000
4000
Et c'est ce qui a fait réfléchir Kaluza
03:48
He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
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216000
4000
Comme Einstein, il était en quête de ce qu'on appelle une "théorie unifiée"
03:52
That's one theory
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220000
2000
Il s'agit d'une théorie
03:54
that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,
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222000
4000
qui serait capable de décrire toutes les forces de la nature à partir d'un ensemble d'idées
03:58
one set of principles, one master equation, if you will.
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226000
4000
un ensemble de principes, une équation générale, si vous voulez.
04:02
So Kaluza said to himself,
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230000
2000
Donc Kaluza se dit,
04:04
Einstein has been able to describe gravity
70
232000
3000
"Einstein a réussi à décrire la relativité"
04:07
in terms of warps and curves in space --
71
235000
2000
"en termes de déformations et de courbes de l'espace"
04:09
in fact, space and time, to be more precise.
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237000
3000
en fait, de l'espace et du temps, pour être plus précis.
04:12
Maybe I can play the same game with the other known force,
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240000
5000
"Peut-être que je peux faire la même chose avec l'autre force connue"
04:17
which was, at that time, known as the electromagnetic force --
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245000
3000
qui était, à l'époque, connue comme la force électromagnétique.
04:20
we know of others today, but at that time
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248000
2000
On en connaît d'autres aujourd'hui, mais à cette époque
04:22
that was the only other one people were thinking about.
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250000
2000
c'était la seule autre à laquelle les gens réfléchissaient.
04:24
You know, the force responsible for electricity
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252000
2000
Vous savez, la force qui cause l'életricité
04:26
and magnetic attraction and so forth.
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254000
2000
et l'attraction magnétique, et ainsi de suite
04:28
So Kaluza says, maybe I can play the same game
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256000
3000
Et donc Kaluza dit, "peut-être que je peux faire la même chose"
04:31
and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
80
259000
4000
"et décrire la force électromagnétique en termes de déformations et de courbes"
04:35
That raised a question: warps and curves in what?
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263000
3000
Ça soulève une question: déformations et courbes de quoi ?
04:38
Einstein had already used up space and time,
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266000
5000
Einstein avait déjà épuisé l'espace et le temps
04:43
warps and curves, to describe gravity.
83
271000
2000
les déformations et les courbes, pour décrire la gravité
04:45
There didn't seem to be anything else to warp or curve.
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273000
3000
Il semblait qu'il n'y avait plus rien à déformer ou courber
04:48
So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
85
276000
5000
Donc Kaluza dit, "eh bien, peut-être qu'il y a plus de dimensions de l'espace"
04:53
He said, if I want to describe one more force,
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281000
2000
Il dit, "si je veux décrire une force supplémentaire"
04:55
maybe I need one more dimension.
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283000
2000
"peut-être que j'ai besoin d'une dimension supplémentaire"
04:57
So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
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285000
4000
Donc il imagina que le monde avait quatre dimensions de l'espace, et non trois,
05:01
and imagined that electromagnetism was warps and curves
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289000
4000
et il imagina que l'électromagnétisme était constitué de déformations et de courbes
05:05
in that fourth dimension. Now here's the thing:
90
293000
2000
dans cette quatrième dimension. Maintenant voilà le truc:
05:07
when he wrote down the equations describing warps and curves
91
295000
3000
quand il écrivit les équations décrivant les déformations et les courbes
05:10
in a universe with four space dimensions, not three,
92
298000
3000
dans un univers avec quatre dimensions d'espace, et non trois,
05:13
he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
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301000
4000
il tomba sur les vieilles équations qu'Einstein avait déjà établies en trois dimensions
05:17
those were for gravity --
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305000
1000
(celles-là concernaient la gravité)
05:18
but he found one more equation because of the one more dimension.
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306000
4000
mais il découvrit une équation en plus à cause de la dimension supplémentaire.
05:22
And when he looked at that equation,
96
310000
2000
Et quand il regarda cette équation.
05:24
it was none other than the equation
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312000
2000
Ce n'était autre que l'équation
05:26
that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
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314000
3000
que les scientifiques connaissaient depuis longtemps pour décrire la force électromagnétique
05:29
Amazing -- it just popped out.
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317000
2000
Extraordinaire... elle était apparue comme ça.
05:31
He was so excited by this realization
100
319000
3000
Il était tellement excité lorsqu'il réalisa cela
05:34
that he ran around his house screaming, "Victory!" --
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322000
3000
qu'il courut partout dans sa maison en hurlant: "Victoire !"
05:37
that he had found the unified theory.
102
325000
3000
parce qu'il avait trouvé la théorie unifiée.
05:40
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
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328000
7000
Manifestement, Kaluza était un homme qui prenait la théorie très au sérieux
05:47
He, in fact --
104
335000
1000
Et en fait, il...
05:48
there is a story that when he wanted to learn how to swim,
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336000
3000
Une anecdote dit que lorsqu'il voulut apprendre à nager
05:51
he read a book, a treatise on swimming --
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339000
3000
il lut un livre, un traité de natation...
05:54
(Laughter)
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342000
1000
(Rires)
05:55
-- then dove into the ocean.
108
343000
2000
... et plongea dans l'océan
05:57
This is a man who would risk his life on theory.
109
345000
3000
C'est un homme qui jouerait sa vie sur une théorie
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
110
348000
4000
Maintenant, pour ceux d'entre nous qui ont un petit peu plus de sens pratique,
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
son observation soulève immédiatement deux questions.
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
112
355000
4000
Numéro un: s'il y a plus de dimensions d'espace, où sont-elles ?
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
On ne semble pas les voir.
06:13
And number two: does this theory really work in detail,
114
361000
4000
Et numéro deux: est-ce que cette théorie fonctionne vraiment en détail,
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
quand on essaye de l'appliquer au monde qui nous entoure ?
06:20
Now, the first question was answered in 1926
116
368000
4000
La première question a été résolue en 1926
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
117
372000
2000
par un chercheur nommé Oskar Klein.
06:26
He suggested that dimensions might come in two varieties --
118
374000
4000
Il suggéra qu'il puisse y avoir deux types de dimensions...
06:30
there might be big, easy-to-see dimensions,
119
378000
3000
il pourrait y avoir les grandes dimensions, faciles à voir,
06:33
but there might also be tiny, curled-up dimensions,
120
381000
3000
mais il pourrait aussi y avoir des dimension infimes, enroulées
06:36
curled up so small, even though they're all around us,
121
384000
3000
enroulées si petites, que bien qu'elles soient tout autour de nous
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
on ne les voit pas.
06:41
Let me show you that one visually.
123
389000
2000
Laissez-moi vous montrer ça visuellement
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
Donc imaginez que vous regardez quelque chose
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
comme un cable portant un feu de circulation.
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
126
395000
3000
C'est à Manhattan. Vous êtes dans Central Park (ça n'est pas très important)
06:50
but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
127
398000
4000
mais le cable a l'air d'être en une dimension d'un point de vue éloigné
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
pourtant vous et moi savons tous qu'il a une certaine épaisseur.
06:57
It's very hard to see it, though, from far away.
129
405000
2000
Cela dit c'est très dur de le voir, de loin.
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
130
407000
2000
Mais si on fait un zoom et que l'on prend le point de vue de, mettons,
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
une petite fourmi qui se promène...
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
les petites fourmis sont si petites qu'elles ont accès à toutes les dimensions
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
la longueur
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
mais aussi cette dimension, dans et contre le sens des aiguilles d'une montre
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
Et j'espère que vous appréciez tout ça
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
Ça a pris tellement de temps de faire faire ça à ces fourmis
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
(Rires)
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
Mais ça illustre le fait que les dimensions peuvent être de deux types:
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
139
427000
4000
grandes et petites. Et l'idée que peut-être les grandes dimensions autour de nous
07:23
are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
sont celles qu'on peut facilement voir,
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
mais qu'il pourrait y avoir des dimensions supplémentaires, enroulées,
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
un peu comme la partie circulaire de ce cable
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
si petites qu'elles sont restées invisibles jusqu'à maintenant.
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
Je vais vous montrer à quoi ça ressemblerait.
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
Si on jette un œil, disons, à l'espace lui-même...
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
Bien sur, je ne peux montrer que deux dimensions sur un écran.
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
Certains d'entre vous corrigeront ça un jour,
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
mais tout ce qui n'est pas plat sur l'écran est une nouvelle dimension
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
on rapetisse encore, et encore, et encore
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
et tout en bas dans les profondeurs microscopiques de l'espace lui-même
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
voilà l'idée:
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
on pourrait avoir des dimensions supplémentaires enroulées.
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
Là on a la forme d'un petit cercle, si petites qu'on ne les voit pas.
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
Mais si vous étiez une petite fourmi ultra microscopique en balade
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
vous pourriez marcher dans les grandes dimensions que l'on connaît tous
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
(c'est la partie quadrillée)
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
mais vous auriez aussi accès aux infimes dimensions enroulées
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
qui sont si petites qu'on ne peut les voir à l'œil nu
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
ou même avec aucun de nos instruments les plus fins.
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
Mais profondément enfouies dans la structure de l'espace lui-même,
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
l'idée est qu'il pourrait y avoir d'autres dimensions, comme on le voit ici.
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
Voilà une explication
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
sur la façon dont l'univers pourrait avoir plus de dimensions que celles qu'on voit.
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
Mais qu'en est-il de la deuxième question que j'ai posée:
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
est-ce que la théorie marche vraiment
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
quand on essaye de l'appliquer au monde réel ?
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
Eh bien il s'avère qu'Einstein et Kaluza et beaucoup d'autres
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
ont essayé d'affiner cette structure
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
et de l'appliquer à la physique de l'univers
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
telle qu'on la comprenait à l'époque, et en détail ça ne fonctionnait pas.
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
En détail, par exemple,
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
ils n'arrivaient pas à ce que la masse de l'électron
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
s'intègre correctement dans la théorie.
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
Énormément de gens travaillèrent dessus, mais dans les années 40, de façon sure dans les années 50,
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
cette idée étrange mais tout à fait fascinante
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
sur la manière d'unifier les lois de la physique avait disparu.
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
Jusqu'à ce que quelque chose d'extraordinaire se produise à notre époque.
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
A notre époque, une nouvelle approche pour unifier les lois de la physique
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
est suivie par des physiciens comme moi,
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
et beaucoup d'autres dans le monde,
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
ça s'appelle la Théorie des Supercordes, comme vous le disiez.
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
Et ce qu'il y a d'extraordinaire c'est que la théorie des supercordes
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
n'a rien à voir à première vue avec cette idée de dimensions supplémentaires,
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
mais lorsque l'on étudie la théorie des supercordes
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
on s'aperçoit qu'elle ressuscite l'idée dans une nouvelle forme éclatante.
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
Je vais vous expliquer comment ça se passe.
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
La théorie des supercordes: qu'est-ce que c'est ?
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
Eh bien c'est une théorie qui tente de répondre à la question:
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
quels sont les éléments basiques, fondamentaux, indivisibles, insécables
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
qui constituent tout ce qui nous entoure dans le monde ?
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
Voilà l'idée.
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
Imaginez qu'on regarde un objet courant, juste une bougie dans un bougeoir,
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
et imaginez qu'on veuille savoir de quoi il est fait.
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
Alors on fait un voyage au plus profond de l'objet et on examine ses constituants.
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
Et donc très profond... on sait tous que si on va suffisamment loin, on trouve les atomes.
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
On sait aussi tous que les atomes ne sont pas la fin du voyage.
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
Ils ont des petits électrons qui grouillent autour d'un noyau central
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
avec des neutrons et des protons.
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
Même les neutrons et les protons contiennent des particules plus petites appelées quarks
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
C'est là que les idées conventionnelles s'arrêtent.
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
Voici l'idée nouvelle de la théorie des cordes.
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
Au plus profond de n'importe laquelle de ces particules, il y a autre chose.
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
Cette autre chose, c'est ce filament d'énergie qui danse.
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
Ça ressemble à une corde qui vibre
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
c'est de là que vient l'idée de théorie des cordes
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
Et de la même manière que les cordes en vibration que vous venez de voir sur un violoncelle
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
peuvent vibrer selon différents schémas,
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
celles-ci peuvent aussi vibrer selon différents schémas.
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
Elles ne produisent pas différentes notes de musique.
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
En revanche, elles produisent les différentes particules qui constituent le monde qui nous entoure.
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
Donc si ces idées-là sont correctes,
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
voici à quoi le paysage ultra-microscopique de l'univers ressemble.
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
Il est constitué d'un très grand nombre
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
de ces minuscules filaments d'énergie en vibration
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
qui vibrent à différentes fréquences.
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
Les différentes fréquences produisent différentes particules.
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
Les différentes particules sont responsables
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
de toute la richesse du monde qui nous entoure.
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
Et là vous voyez l'unification,
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
parce que les particules de matière, électrons et quarks,
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
les particules de radiation, photons, gravitons, sont tous construits à partir d'une entité.
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
Donc la matière et les forces de la nature sont toutes réunies
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
sous la rubrique des cordes en vibration.
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
Et c'est ça que l'on entend par théorie unifiée.
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
Maintenant voilà où est le piège.
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
Quand on étudie les mathématiques de la théorie des cordes,
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
on découvre que ça ne marche aps
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
dans un univers qui n'a que trois dimensions d'espace.
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
Ça ne marche pas dans un univers à quatre dimensions d'espace, ni à cinq, ni à six.
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
Finalement, on peut étudier les équations, et montrer que ça ne marche
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
que dans un univers qui a dix dimensions d'espace
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
et une dimension de temps.
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
Ça nous ramène directement à l'idée de Kaluza et Klein
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
selon laquelle notre monde, quand il est correctement décrit,
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
a plus de dimensions que celles que l'on voit.
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
Maintenant vous pouvez réfléchir à tout ça et vous dire, bon,
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
"OK, vous savez, s'il y a des dimensions supplémentaires, et qu'elles sont vraiment enroulées très serrées,
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
d'accord, peut-être qu'on ne les verra pas si elles sont suffisamment petites.
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
Mais s'il y a une minuscule civilisation de petits hommes verts qui se baladent là-dessous
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
et qu'ils sont suffisamment petits, on ne les verra pas non plus, et c'est vrai.
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
L'une des autres prédictions de la théorie des cordes...
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
non, ce n'est pas une des autres prédictions de la théorie des cordes
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
(Rires)
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
Mais cela soulève la question:
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
est-ce qu'on essaye juste de cacher ces dimensions supplémentaires,
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
ou est-ce qu'elles nous apprennent quelque chose sur le monde ?
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
Dans le temps qu'il reste, j'aimerais vous parler de deux de leurs caractéristiques.
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
La première, c'est que nombre d'entre nous croient que ces dimensions supplémentaires
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
détiennent la réponse à ce qui est peut-être la question la plus profonde
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
en physique théorique, en théorie des sciences.
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
Et cette question c'est: quand on observe le monde
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
comme les scientifiques l'ont fait ces cent dernières années,
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
il semble y avoir environ 20 nombres qui décrivent vraiment notre univers.
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
Ce sont des nombres comme la masse des particules,
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
comme les électrons et les quarks, la puissance de la gravité,
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
la puissance de la force électromagnétique...
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
une liste d'environ 20 nombres
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
qui ont été mesurés avec une précision incroyable,
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
mais personne ne peut expliquer
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
pourquoi ces nombres ont les valeurs particulières qu'ils ont.
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
Maintenant, est-ce que la théorie des cordes apporte une réponse ?
13:31
Not yet.
262
799000
1000
Pas encore.
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
Mais on pense que la raison pour laquelle ces nombres ont les valeurs qu'ils ont
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
dépend peut-être de la forme de ces dimensions.
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
Et ce qui est extraordinaire, c'est que si ces nombres
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
avaient n'importe quelles autres valeurs que celles qu'on connaît,
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
l'univers, tel qu'on le connaît, n'existerait pas.
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
C'est une question profonde.
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
Pourquoi ces nombres sont-ils si finement réglés
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
qu'ils permettent aux étoiles de briller et aux planètes de se former
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
alors qu'on sait que si l'on trafique ces nombres...
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
si j'avais 20 cadrans ici
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
et que je vous laissais venir et bidouiller ces nombres,
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
presque tous les bidouillages feraient disparaître l'univers.
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
Alors peut-on expliquer ces 20 nombres ?
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
Et la théorie des cordes suggère que ces 20 nombres
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
ont quelque chose à voir avec les dimensions supplémentaires.
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
Je vais vous montrer comment.
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
Donc quand on parle des dimensions supplémentaires en théorie des cordes,
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
ce n'est pas une dimension supplémentaire,
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
comme d'après les vieilles idées de Kaluza et Klein.
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
Voici ce que dit la théorie des cordes à propos des dimensions supplémentaires.
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
Elles ont une géométrie entremêlée très complexe.
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
Ceci est un exemple de ce qu'on appelle une forme de Calabi-Yau...
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
le nom n'est pas très important.
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
Mais comme vous pouvez le voir,
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
les dimensions supplémentaires se replient sur elles-mêmes
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
et elles s'emmêlent dans une forme, une structure très intéressante.
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
et l'idée, c'est que si les dimensions supplémentaires ressemblent à ça,
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
alors le paysage microscopique de notre univers, tout autour de nous,
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
ressemblerait à ça à une échelle microscopique.
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
Quand vous balancez votre main,
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
vous déplaceriez ces dimensions supplémentaires encore et encore,
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
mais elles sont si petites qu'on ne le saurait pas.
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
Mais quelle est l'implication physique, néanmoins, concernant ces 20 nombres ?
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
Pensez à ça, si vous regardez cet instrument, un cor français,
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
vous notez que les vibrations des courants d'air
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
sont influencées par la forme de l'instrument.
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
Maintenant en théorie des cordes,
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
tous les nombres sont les reflets de la façon dont les cordes peuvent vibrer.
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
Ainsi de même que ces courants d'air
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
sont affectés par les coudes et les virages de l'instrument,
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
les cordes elles-mêmes seront affectées
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
par les schémas de vibration dans la géométrie au sein de laquelle elles se déplacent.
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
Donc je vais ajouter quelques cordes à cette histoire.
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
Et si vous regardez ces petits trucs vibrer dans tous les sens...
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
ils vont arriver dans une seconde - voilà,
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
remarquez que la façon dont ils vibrent est affectée
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
par la géométrie des dimensions supplémentaires.
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
Donc si on savait exactement à quoi ressemblent les dimensions supplémentaires
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
(on ne sait pas encore, mais si on savait)
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
nous devrions être capable de calculer les notes qui sont possibles,
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
les schémas de vibration possibles.
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
Et si on pouvait calculer les schémas de vibration possibles,
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
on devrait pouvoir calculer ces 20 nombres.
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
Et si la réponse que l'on obtient par nos calculs
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
correspond aux valeurs de ces nombres
16:00
that have been determined
318
948000
2000
qui ont été déterminées
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
par des expérimentations précises et détaillées,
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
ce serait de bien des manières la première explication fondamentale
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
de pourquoi la structure de l'univers est tel qu'elle est.
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
Maintenant le deuxième problème avec lequel je voudrais conclure est:
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
comment pourrions-nous tester l'existence de ces dimensions supplémentaires plus directement ?
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
Est-ce que c'est juste une structure mathématique intéressante
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
qui pourrait expliquer
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
certaines caractéristiques du monde jusque-là inexpliquées,
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
ou peut-on véritablement tester l'existence de ces dimensions supplémentaires ?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
Et on pense (et ça c'est, je trouve, tout à fait passionnant)
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
que dans les cinq prochaines années à peu près, on sera peut-être capable
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
de tester l'existence de ces dimensions supplémentaires.
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
Voilà comment ça marche. Au CERN, à Genève, en Suisse,
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
on est en train de construire une machine appelée Grand Collisionneur de Hadrons.
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
C'est une machine qui enverra des particules le long d'un tunnel,
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
en direction opposée, quasiment à la vitesse de la lumière.
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
De temps à autre ces particules seront dirigées les unes contre les autres,
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
pour qu'il y ait une collision frontale.
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
L'espoir, c'est que si la collision a suffisamment d'énergie,
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
elle puisse éjecter certains des débris de la collision
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
de nos dimensions, les forçant à entrer dans les autres dimensions.
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
Comment est-ce qu'on le saura ?
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
Eh bien, on mesurera la quantité d'énergie après la collision,
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
on la comparera à la quantité d'énergie avant,
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
et s'il y a moins d'énergie après la collision qu'avant,
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
Ce sera la preuve que l'énergie s'est égarée.
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
Et si elle s'égare d'après le bon schéma que l'on peut calculer,
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
ce sera la preuve que les dimensions supplémentaires sont là.
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
Laissez-moi vous montrer cette idée visuellement.
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
Donc imaginez qu'on ait un certain type de particule appelée graviton...
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
c'est le genre de débris que l'on s'attend à voir éjecté
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
si les dimensions supplémentaires existent.
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
Mais voilà comment va se dérouler l'expérience.
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
Vous prenez ces particules, vous les cognez l'une contre l'autre.
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
Vous les cognez l'une contre l'autre, et si on a raison,
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
une partie de l'énergie de cette collision
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
ira dans des débris qui s'échappent dans ces dimensions supplémentaires.
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
Donc c'est le genre d'expériences
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
que l'on étudiera dans les cinq, sept ou peut-être dix années à venir.
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
Et si l'expérience porte ses fruits,
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
si l'on voit ce genre de particule être expulsé
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
en remarquant qu'il y a moins d'énergie dans nos dimensions
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
que lorsqu'on a commencé,
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
cela montrera que les dimensions supplémentaires sont réelles.
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
Et pour moi c'est une histoire véritablement étonnante,
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
et une opportunité exceptionnelle. Si on revient à Newton avec l'espace absolu...
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
ça ne fournissait rien d'autre qu'un stade, une scène
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
sur laquelle les événements de l'univers prenaient place.
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
Einstein débarque et dit,
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
en fait, l'espace et le temps peuvent se déformer et se courber, c'est ça la gravité.
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
Et là la théorie des cordes débarque et dit,
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
oui, la gravité, la mécanique quantique, l'électromagnétisme...
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
tous réunis dans un seul ensemble,
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
mais seulement si l'univers a plus de dimensions que celles qu'on voit
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
Et c'est une expérience qui pourrait tester leur existence de notre vivant.
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
Une possibilité incroyable.
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
Merci beaucoup.
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
(Applaudissements)
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