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Brian Greene: Making sense of string theory
Brian Greene sulla teoria delle stringhe
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Il fisico Brian Greene spiega la teoria delle superstringhe, secondo la quale minuscoli filamenti di energia, che vibrano in 11 dimensioni, creano ogni particella e ogni forza nell'universo.
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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Nel 1919,
00:15
a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
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3000
7000
Theodor Kaluza, un matematico Tedesco quasi sconosciuto,
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suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
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7000
propose un'ardita quanto bizzarra teoria.
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He proposed that our universe
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17000
2000
Avanzò infatti l'ipotesi che il nostro Universo
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might actually have more than the three dimensions
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3000
potesse avere in realtà più dimensioni rispetto alle tre
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that we are all aware of.
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22000
3000
che noi tutti conosciamo.
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That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
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25000
3000
In aggiunta a sinistra/destra, dietro/davanti e sopra/sotto,
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Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
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28000
5000
Kaluza teorizzò che potessero esserci ulteriori dimensioni dello spazio
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that for some reason we don't yet see.
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33000
3000
che per qualche ragione non riusciamo ancora a vedere.
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Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
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36000
4000
Ora, quando uno propone una teoria ardita e bizzarra,
00:52
sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
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40000
2000
di solito é solo questo: una teoria ardita e bizzarra,
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but it has nothing to do with the world around us.
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che nulla ha a che fare col mondo che ci circonda.
00:57
This particular idea, however --
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45000
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Ma questa teoria in particolare,
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although we don't yet know whether it's right or wrong,
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47000
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benché ancora non si sappia se è giusta o sbagliata,
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and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
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50000
3000
(e verso la fine vi spiegherò gli esperimenti che, nei prossimi anni,
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may tell us whether it's right or wrong --
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53000
2000
potrebbero dirci se è giusta o sbagliata)
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this idea has had a major impact on physics in the last century
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55000
4000
ha avuto un grosso impatto sui fisici in questo ultimo secolo
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and continues to inform a lot of cutting-edge research.
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59000
3000
e continua ad ispirare numerose ricerche all'avanguardia.
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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
Vorrei dunque raccontarvi qualcosa sulla storia di queste dimensioni aggiuntive.
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So where do we go?
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66000
2000
Da dove cominciamo?
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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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Per iniziare, ci servono un paio di nozioni di base. Andiamo al 1907.
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This is a year when Einstein is basking in the glow
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4000
In quell'anno, Einstein si godeva la fama
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of having discovered the special theory of relativity
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75000
3000
conquistata scoprendo la Teoria della Relatività
01:30
and decides to take on a new project,
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78000
3000
e decideva di cominciare un nuovo progetto, ossia
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to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
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81000
7000
cercare di comprendere appieno la potente e pervasiva forza di gravità.
01:40
And in that moment, there are many people around
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88000
3000
E a quel tempo, erano in molti a credere
01:43
who thought that that project had already been resolved.
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91000
4000
che quel progetto fosse già stato concluso.
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Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
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95000
3000
Newton aveva donato al mondo una teoria della gravità alla fine del XVII secolo
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that works well, describes the motion of planets,
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98000
4000
che funzionava bene, descrivendo il moto dei pianeti,
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the motion of the moon and so forth,
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102000
2000
il moto della luna ed anche
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the motion of apocryphal of apples falling from trees,
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104000
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la storia delle mele che cadono dagli alberi
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hitting people on the head.
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107000
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colpendo le persone in testa.
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All of that could be described using Newton's work.
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109000
2000
Tutto ciò poteva essere descritto usando la teoria di Newton.
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But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
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111000
4000
Ma Einstein si accorse che Newton aveva tralasciato qualcosa,
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because even Newton had written
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115000
3000
poiché anche Newton stesso scrisse che
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that although he understood how to calculate the effect of gravity,
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118000
5000
nonostante avesse capito come calcolare l'effetto della gravità,
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he'd been unable to figure out how it really works.
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123000
3000
non era stato in grado di capire come realmente funzionasse.
02:18
How is it that the Sun, 93 million miles away,
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126000
3000
Com'è possibile che il Sole, distante 93 milioni di miglia,
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[that] somehow it affects the motion of the Earth?
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129000
3000
riesca a influenzare il moto della Terra?
02:24
How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
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132000
4000
Come riesce il Sole ad estendere la sua influenza attraverso lo spazio vuoto e inerte?
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And that is a task to which Einstein set himself --
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136000
3000
Fu l'obiettivo che Einstein si prefisse,
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to figure out how gravity works.
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139000
3000
capire come funziona la gravità.
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And let me show you what it is that he found.
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142000
3000
E lasciate che vi mostri cosa scoprì.
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So Einstein found
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145000
1000
Einstein scoprì
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that the medium that transmits gravity is space itself.
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146000
4000
che il mezzo che trasmette la gravità è lo spazio stesso.
02:42
The idea goes like this:
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150000
2000
L'idea é questa:
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imagine space is a substrate of all there is.
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152000
2000
immaginate lo spazio come un substrato di tutto ciò che esiste.
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Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
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154000
4000
Einstein disse che lo spazio, in assenza di materia, è come una tavola piatta.
02:50
But if there is matter in the environment, such as the Sun,
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158000
4000
Ma nel caso ci sia materia nello spazio, come ad esempio il Sole,
02:54
it causes the fabric of space to warp, to curve.
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162000
4000
le "fibre" dello spazio vengono deformate, curvate.
02:58
And that communicates the force of gravity.
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166000
2000
Ed è quello che trasmette la forza di gravità.
03:00
Even the Earth warps space around it.
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168000
3000
Anche la Terra deforma lo spazio circostante.
03:03
Now look at the Moon.
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171000
2000
Ora guardate la Luna.
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The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
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173000
3000
Secondo questa teoria, la Luna rimane in orbita
03:08
because it rolls along a valley in the curved environment
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176000
3000
perché rotola lungo una "valle" nello spazio curvato
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
che il Sole, la Luna e la Terra creano in virtù della loro presenza.
03:16
We go to a full-frame view of this.
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184000
3000
Guardiamole insieme.
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The Earth itself is kept in orbit
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187000
2000
La Terra stessa è tenuta in orbita
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because it rolls along a valley in the environment that's curved
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189000
4000
poiché rotola lungo una "valle" nello spazio, curvato
03:25
because of the Sun's presence.
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193000
2000
dalla presenza del Sole.
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That is this new idea about how gravity actually works.
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195000
5000
Questa è la nuova teoria sul funzionamento della gravità.
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Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
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200000
5000
Ora, questa teoria fu testata nel 1919 con osservazioni astronomiche.
03:37
It really works. It describes the data.
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205000
3000
Funziona veramente, e avvalora i dati.
03:40
And this gained Einstein prominence around the world.
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208000
4000
Diede nuova fama ad Einstein in tutto il mondo.
03:44
And that is what got Kaluza thinking.
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212000
4000
Ed è questo che diede da pensare a Kaluza.
03:48
He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
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216000
4000
Come Einstein, Kaluza era in cerca di una "teoria unificata".
03:52
That's one theory
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220000
2000
Una sola teoria
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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
in grado di descrivere tutte le forze della natura con un solo insieme di idee,
03:58
one set of principles, one master equation, if you will.
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226000
4000
di principi, una "equazione madre", se volete.
04:02
So Kaluza said to himself,
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230000
2000
Kaluza si disse che,
04:04
Einstein has been able to describe gravity
70
232000
3000
se Einstein era stato in grado di descrivere la gravità
04:07
in terms of warps and curves in space --
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235000
2000
in termini di deformazioni e curvature nello spazio
04:09
in fact, space and time, to be more precise.
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237000
3000
(spazio e tempo, per essere più precisi),
04:12
Maybe I can play the same game with the other known force,
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240000
5000
allora forse lui poteva utilizzare lo stesso stratagemma con l'altra forza conosciuta,
04:17
which was, at that time, known as the electromagnetic force --
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245000
3000
che all'epoca era la forza elettromagnetica.
04:20
we know of others today, but at that time
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248000
2000
(al giorno d'oggi ne conosciamo altre, ma all'epoca
04:22
that was the only other one people were thinking about.
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250000
2000
quella era l'unica a cui tutti pensavano).
04:24
You know, the force responsible for electricity
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252000
2000
Sapete, quella forza responsabile dell'elettricità,
04:26
and magnetic attraction and so forth.
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254000
2000
dell'attrazione magnetica e così via.
04:28
So Kaluza says, maybe I can play the same game
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256000
3000
Dunque Kaluza si disse che forse poteva utilizzare lo stesso stratagemma
04:31
and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
80
259000
4000
e descrivere la forza elettromagnetica con deformazioni e curvature.
04:35
That raised a question: warps and curves in what?
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263000
3000
Da qui la fatidica domanda: deformare e curvare...che cosa?
04:38
Einstein had already used up space and time,
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266000
5000
Einstein aveva già usato lo spazio, il tempo,
04:43
warps and curves, to describe gravity.
83
271000
2000
deformazioni e curvature per descrivere la gravità.
04:45
There didn't seem to be anything else to warp or curve.
84
273000
3000
Non sembrava esserci nient'altro da deformare o curvare.
04:48
So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
85
276000
5000
Allora Kaluza pensò che forse lo spazio avesse più dimensioni.
04:53
He said, if I want to describe one more force,
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281000
2000
Pensò che se avesse voluto descrivere un'altra forza,
04:55
maybe I need one more dimension.
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283000
2000
avrebbe avuto bisogno di una dimensione aggiuntiva.
04:57
So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
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285000
4000
Allora immaginò che il mondo avesse 4 dimensioni dello spazio, non tre,
05:01
and imagined that electromagnetism was warps and curves
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289000
4000
e che anche l'elettromagnetismo fosse un insieme di deformazioni e curvature
05:05
in that fourth dimension. Now here's the thing:
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293000
2000
in quella quarta dimensione. Ma ecco il punto chiave:
05:07
when he wrote down the equations describing warps and curves
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295000
3000
quando scrisse le equazioni per descrivere le deformazioni e le curvature
05:10
in a universe with four space dimensions, not three,
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298000
3000
in un Universo con quattro dimensioni, e non tre,
05:13
he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
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301000
4000
egli trovò le vecchie equazioni che Einstein aveva già applicato alle tre dimensioni
05:17
those were for gravity --
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305000
1000
(erano quelle per la gravità)
05:18
but he found one more equation because of the one more dimension.
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306000
4000
ma riuscì a identificare anche un'equazione aggiuntiva da applicare alla quarta dimensione.
05:22
And when he looked at that equation,
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310000
2000
E quando osservò quell'equazione,
05:24
it was none other than the equation
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312000
2000
essa non era altro che l'equazione
05:26
that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
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314000
3000
che gli scienziati da tempo conoscevano per descrivere la forza elettromagnetica.
05:29
Amazing -- it just popped out.
99
317000
2000
Saltò fuori da sola. Straordinario.
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He was so excited by this realization
100
319000
3000
Era talmente esaltato dalla scoperta
05:34
that he ran around his house screaming, "Victory!" --
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322000
3000
che corse in giro per casa urlando "Vittoria!"
05:37
that he had found the unified theory.
102
325000
3000
poiché aveva trovato la teoria unificata.
05:40
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
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328000
7000
Chiaramente, Kaluza era un uomo che prendeva la teoria molto seriamente.
05:47
He, in fact --
104
335000
1000
Infatti
05:48
there is a story that when he wanted to learn how to swim,
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336000
3000
gira voce che quando volle imparare a nuotare,
05:51
he read a book, a treatise on swimming --
106
339000
3000
prima lesse un libro, un saggio sul nuoto
05:54
(Laughter)
107
342000
1000
(Risate)
05:55
-- then dove into the ocean.
108
343000
2000
e solo dopo si tuffò nell'oceano.
05:57
This is a man who would risk his life on theory.
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345000
3000
Questo è un uomo che rischierebbe la propria vita per una teoria.
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
110
348000
4000
Ma per quelli come noi, che sono un pò più "pratici",
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
due domande sorgono spontanee da queste osservazioni.
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
112
355000
4000
Prima domanda: se lo spazio ha più dimensioni, dove sono?
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
Sembra che non riusciamo a vederle.
06:13
And number two: does this theory really work in detail,
114
361000
4000
Seconda domanda: questa teoria funziona veramente in dettaglio,
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
se applicata al mondo che ci circonda?
06:20
Now, the first question was answered in 1926
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368000
4000
La prima domanda ottenne risposta nel 1926
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
117
372000
2000
da un uomo di nome Oskar Klein.
06:26
He suggested that dimensions might come in two varieties --
118
374000
4000
Klein ipotizzò l'esistenza di due tipi di dimensioni:
06:30
there might be big, easy-to-see dimensions,
119
378000
3000
dimensioni grandi, e facili da vedere,
06:33
but there might also be tiny, curled-up dimensions,
120
381000
3000
ma anche dimensioni piccole e raggomitolate,
06:36
curled up so small, even though they're all around us,
121
384000
3000
talmente piccole che, nonostante ci circondino,
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
non riusciamo a vederle.
06:41
Let me show you that one visually.
123
389000
2000
Lasciate che ve lo mostri visivamente.
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
Immaginate di guardare qualcosa,
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
come un cavo che sostiene un semaforo.
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
126
395000
3000
Si trova a Manhattan. Siete a Central Park -- questo non è rilevante --
06:50
but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
127
398000
4000
Il cavo sembra avere un'unica dimensione guardandolo da distante,
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
ma noi tutti sappiamo che ha un suo spessore.
06:57
It's very hard to see it, though, from far away.
129
405000
2000
È comunque difficile da vedere, così da lontano.
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
130
407000
2000
Ma se ci avviciniamo e prendiamo la prospettiva di, per esempio,
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
una piccola formica che ci passeggia sopra,
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
le formiche sono talmente piccole che hanno accesso a tutte le dimensioni --
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
la lunghezza,
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
ma anche questa direzione oraria e anti-oraria.
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
Spero vi piaccia.
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
Abbiamo impiegato parecchio tempo per convincerle a farlo.
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
(Risate)
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
Ma questo dimostra l'esistenza di due tipi di dimensioni:
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
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427000
4000
grandi e piccole. E anche l'ipotesi che, forse, le grandi dimensioni che ci circondano
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are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
sono le sole che possiamo facilmente vedere,
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
ma possono essercene altre raggomitolate,
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
tipo la sezione circolare di quel cavo,
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
talmente piccole da essere tutt'ora invisibili.
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
Lasciate che vi mostri come potrebbe essere.
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
Se diamo un'occhiata, diciamo, allo spazio stesso
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
(ovviamente sullo schermo posso mostrarvi solo due dimensioni.
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
Un giorno qualcuno di voi ovvierà a questo problema)
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
considerando che tutto ciò che non è piatto su uno schermo è una nuova dimensione,
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
rimpicciolendo sempre di più
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
scendendo fino ai dettagli microscopici dello spazio stesso...
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
questa è l'idea:
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
potrebbero esserci altre dimensioni raggomitolate.
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
Ecco la piccola figura di un cerchio -- così piccola che non riusciamo a vederla.
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
Ma se foste una piccola microscopica formica che gironzola,
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
potreste sia camminare nelle grandi dimensioni che noi tutti conosciamo,
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
rappresentate dalla griglia,
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
sia accedere a quella piccola dimensione raggomitolata,
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
talmente piccola da non poter essere vista ad occhio nudo
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
e nemmeno dai nostri strumenti più sofisticati.
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
Ma l'idea è che ci possano essere più dimensioni
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
nascoste nelle profondità delle "fibre" dello spazio, come vediamo qui.
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
Questo é un modo di spiegare
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
come l'Universo possa avere più dimensioni oltre a quelle che vediamo.
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
Passiamo alla seconda domanda che ci siamo posti:
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
la teoria funziona davvero,
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
quando viene applicata al mondo reale?
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
Beh, sembra che Einstein, Kaluza e molti altri
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
abbiano cercato di lavorare su questo punto
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
applicandola alle teorie fisiche sull'Universo
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
conosciute all'epoca, e in alcuni dettagli questa teoria non funzionò.
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
Uno dei dettagli, per esempio,
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
fu che non riuscirono a elaborare correttamente,
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
con questa teoria, la massa degli elettroni.
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
Tantissime persone hanno lavorato al progetto, ma forse già negli anni 40, e sicuramente negli anni 50,
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
quest'ipotesi tanto strana quanto affascinante
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
su come unificare le leggi della fisica, venne scartata.
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
Finchè qualcosa di stupendo successe nella nostra epoca.
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
Nella nostra era, un nuovo approccio per unificare le leggi della fisica
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
viene nuovamente ricercato da fisici come me,
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
e da molti altri in tutto il mondo,
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
chiamato, come dicevate, teoria delle superstringhe.
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
La cosa stupenda è che la teoria delle superstringhe,
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
a prima vista, non ha nulla a che fare con l'idea di dimensioni aggiuntive,
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
ma studiandola a fondo,
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
dona a quella teoria una nuova smagliante forma.
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
Lasciate che vi dica come funziona.
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
Cos'é la teoria delle superstringhe?
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
Beh, è una teoria che cerca di dare risposta alla seguente domanda:
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
quali sono i costituenti base fondamentali, indivisibili e non tagliabili,
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
di tutto ciò che ci circonda nel mondo?
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
L'idea è questa.
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
Immaginate di osservare un oggetto familiare, una candela in un portacandele,
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
e immaginate di voler sapere di cosa essa è fatta.
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
Cominceremo un viaggio all'interno dell'oggetto per esaminarne i costituenti.
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
Quindi all'interno... sappiamo tutti che in profondità ci sono gli atomi.
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
Sappiamo anche che gli atomi non sono la fine della storia.
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
Hanno dei piccoli elettroni che sciamano attorno ad un nucleo centrale,
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
con neutroni e protoni.
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
Anche neutroni e protoni contengono particelle più piccole, chiamati quark.
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
E qui le idee convenzionali si fermano.
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
Ecco la nuova idea della teoria delle stringhe.
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
All'interno di queste particelle, c'è qualcos'altro.
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
Questo "altro" è un insieme di filamenti d'energia vibranti.
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
Sembrano delle corde vibranti,
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
da cui il nome della teoria.
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
E proprio come le corde vibranti di un violoncello
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
possono vibrare in toni differenti,
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
anche queste possono vibrare con toni diversi.
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
Non producono differenti note musicali.
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
Piuttosto, producono differenti particelle, creando il mondo che ci circonda.
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
Quindi se queste ipotesi sono corrette,
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
il paesaggio ultra-microscopico dell'Universo appare così.
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
È formato da un numero enorme
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
di questi piccoli filamenti di energia vibrante,
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
che vibrano a diverse frequenze.
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
Frequenze diverse producono particelle diverse.
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
E le differenti particelle sono la causa
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
della varietà di cose del mondo.
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
Ed è qui che otteniamo l'unità,
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
poichè particelle di materia, elettroni e quarks,
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
particelle radioattive, fotoni e gravitoni sono tutti nati da una sola entità.
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
Così, sia la materia che le forze della natura sono unite
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
sotto il segno delle stringhe vibranti.
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
Ed è questo che intendiamo per teoria unificata.
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
Ma c'é un problema.
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
Quando si studia la matematica della teoria delle stringhe,
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
ci si accorge che non funziona
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
in un Universo composto da tre sole dimensioni.
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
Non funziona neanche in un Universo con quattro dimensioni, nemmeno con cinque o sei.
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
È possibile studiare l'equazione, e dimostrarne la veridicità,
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
solo in un Universo con 10 dimensioni spaziali
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
ed una temporale.
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
Tutto questo ci riporta alle idee di Kaluza e Klein:
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
il nostro mondo, quando descritto adeguatamente,
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
ha più dimensioni di quelle che vediamo.
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
Ora, potreste pensare che, beh,
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
d'accordo, se ci sono dimensioni aggiuntive, ma sono talmente raggomitolate,
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
talmente piccole, probabilmente non riusciremo a vederle.
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
Ma se ci fosse una piccola civilizzazione di piccoli omini verdi che camminano là dentro,
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
li rendessimo abbastanza piccoli e non riuscissimo a vedere neanche loro, la teoria sarebbe giusta.
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
Una delle altre previsioni della Teoria delle Stringhe...
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
no, non è una delle altre previsioni della Teoria delle Stringhe.
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
(Risate)
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
Ma solleva comunque una domanda:
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
stiamo per caso cercando di nascondere queste dimensioni aggiuntive,
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
oppure ci dicono davvero qualcosa del mondo?
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
Nel tempo che ci rimane, vorrei parlarvi di due loro caratteristiche.
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
La prima è che molti di noi credono che queste dimensioni aggiuntive
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
contengano la risposta alla domanda forse più profonda
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
della fisica teorica, della scienza teorica:
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
quando osserviamo il mondo,
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
come gli scienziati hanno fatto negli ultimi cento anni,
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
sembrano esserci circa 20 numeri che descrivono bene il nostro Universo.
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
Questi sono numeri come la massa delle particelle,
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
gli elettroni e i quark, la forza di gravità,
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
la potenza della forza elettromagnetica --
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
una lista di circa 20 numeri
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
misurati con incredibile precisione,
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
ma nessuno sa spiegarsi
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
perché questi numeri abbiano i particolari valori che hanno.
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
La teoria delle stringhe ci dà una risposta?
13:31
Not yet.
262
799000
1000
Non ancora.
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
Ma noi crediamo che la risposta al perché quei numeri hanno il valore che hanno
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
potrebbe essere legata alla teoria delle dimensioni aggiuntive.
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
E la cosa stupenda è che, se quei numeri
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
avessero avuto altri valori rispetto a quelli che hanno,
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
l'Universo, come lo conosciamo, non esisterebbe.
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
Questa è la domanda profonda.
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
Perché quei numeri sono così finemente sintonizzati
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
da permettere alle stelle di brillare e ai pianeti di formarsi,
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
sappiamo che se si giocherella con quei numeri --
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
se avessi 20 manopoline qui sopra
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
e vi facessi venire qui a giocherellare con quei numeri,
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
quasi ogni modifica farebbe scomparire l'Universo.
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
Quindi, possiamo spiegare questi 20 numeri?
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
La teoria delle stringhe suggerisce che quei 20 numeri
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
abbiano a che fare con le dimensioni aggiuntive.
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
Lasciate che vi mostri come.
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
Quando parliamo di dimensioni aggiuntive nella teoria delle stringhe,
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
non si tratta di una sola dimensione aggiuntiva,
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
come nelle vecchie teorie di Kaluza e Klein.
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
Questo è ciò che la teoria delle stringhe ci dice sulle dimensioni aggiuntive.
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
Hanno una geometria molto ricca e intrecciata.
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
Questo è un esempio di una cosa nota come "forma Calabi-Yau" --
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
il nome non è così importante.
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
Ma come potete vedere,
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
le dimensioni aggiuntive si piegano su sé stesse
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
e si intrecciano in modo da creare una struttura molto interessante.
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
E l'idea è che se è così che appaiono le dimensioni aggiuntive,
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
allora il paesaggio microscopico dell'Universo che ci circonda
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
apparirebbe così.
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
Nel momento in cui agitate la mano,
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
sballottereste in continuazione queste dimensioni aggiuntive,
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
ma sarebbero talmente piccole che nemmeno ve ne accorgereste.
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
Qual'è dunque l'applicazione pratica di questa teoria, in relazione a quei 20 numeri?
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
Considerate questo. Se osservate questo strumento musicale, un corno francese,
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
noterete che le vibrazioni delle correnti d'aria
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
sono influenzate dalla forma dello strumento.
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
Ora, nella Teoria delle Stringhe,
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
tutti i numeri sono il risultato di come le stringhe possono vibrare.
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
Quindi, proprio come quelle correnti d'aria
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
sono influenzate dalle pieghe e curve dello strumento,
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
così le stringhe stesse sono influenzate
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
dai vari tipi di vibrazione nelle linee geometriche in cui esse si muovono.
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
Fatemi introdurre un pò di stringhe nell'animazione.
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
Se osservate questi piccoli amici vibrare --
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
appariranno a breve,
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
noterete che il modo in cui vibrano è influenzato
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
dalla geometria delle dimensioni aggiuntive.
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
Quindi, se conoscessimo esattamente la forma di queste dimensioni aggiuntive
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
-- ancora non la conosciamo, ma se la conoscessimo --
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
saremmo in grado di calcolare le "note"
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
e i tipi di vibrazione permessi.
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
E se riuscissimo a calcolare i tipi di vibrazione permessi,
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
dovremmo essere in grado di calcolare quei 20 numeri.
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
E se la risposta che otteniamo dai nostri calcoli
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
coincidesse con i valori di quei numeri,
16:00
that have been determined
318
948000
2000
che sono stati determinati
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
attraverso esperimenti dettagliati e precisi,
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
questa sarebbe per molti versi la prima spiegazione fondamentale
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
del perché la struttura dell'Universo appare così com'è.
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
La questione con cui voglio concludere è:
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
come possiamo ricercare queste dimensioni aggiuntive in maniera più diretta?
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
Si tratta solo di una struttura matematica interessante
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
che potrebbe spiegarci
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
alcune caratteristiche del mondo prima ignote,
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
oppure possiamo realmente cercare queste dimensioni aggiuntive?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
Pensiamo (e lo trovo esaltante)
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
che, nei prossimi cinque anni circa, potremmo essere realmente in grado
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
di ricercare l'esistenza di queste dimensioni aggiuntive.
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
Ecco come. Al CERN, a Ginevra, in Svizzera,
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
stanno costruendo una macchina chiamata Large Hadron Collider.
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
È una macchina che invierà particelle in un tunnel,
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
in direzioni opposte, quasi alla velocità della luce.
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
Ogni tanto queste particelle verranno messe in traiettoria
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
per farle scontrare.
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
La speranza è che, se la collisione avrà abbastanza energia,
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
alcuni detriti saranno espulsi
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
dalla nostra dimensione, finendo in un'altra.
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
Come faremo a saperlo?
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
Beh, misureremo la quantità di energia dopo la collisione,
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
la paragoneremo alla quantità precedente lo schianto,
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
e se noteremo un calo di energia,
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
questa sarà la prova che dell'energia è stata dispersa.
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
E se verrà dispersa secondo lo schema che possiamo calcolare,
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
questa sarà la prova dell'esistenza di ulteriori dimensioni.
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
Lasciate che vi dia una dimostrazione visiva.
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
Immaginate di avere un tipo di particella, chiamata gravitone
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
(questo è il tipo di detriti che ci aspettiamo venga espulso
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
se le dimensioni aggiuntive esistono veramente).
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
Ma ecco come funziona l'esperimento.
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
Prendete queste particelle. Le fate schiantare tra loro.
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
Se abbiamo ragione,
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
una parte dell'energia creata dalla collisione
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
si trasformerà in detriti che verranno catapultati nella dimensione aggiuntiva.
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
Questo è il tipo di esperimento
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
a cui assisteremo nei prossimi cinque, sette o dieci anni circa.
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
E se l'esperimento porterà i suoi frutti,
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
se vedremo espulsa quel tipo di particella,
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
osservando la diminuzione di energia nella nostra dimensione
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
rispetto a quella iniziale,
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
ciò dimostrerà l'esistenza di dimensioni aggiuntive.
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
Trovo questa storia degna di nota,
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
e un'importante opportunità. Newton considerava lo spazio "assoluto",
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
nient'altro che una "arena", un palco
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
dove gli eventi dell'Universo hanno luogo.
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
Poi sopraggiunge Einstein e dice,
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
"Beh, lo spazio e il tempo possono deformarsi e curvarsi, la gravità é questo."
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
E ora sopraggiunge la Teoria delle Stringhe che dice:
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
"Sì, gravità, meccanica quantistica, elettromagnetismo sono tutte
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
unite in un unico blocco teorico,
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
ma solo se l'Universo possiede più dimensioni rispetto a quelle che vediamo."
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
E questo esperimento potrebbe scoprirle nel corso della nostra vita.
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
Un'opportunità straordinaria.
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
Grazie mille.
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
(Applausi)
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