TED2005
Brian Greene: Making sense of string theory
Брайан Грин о теории струн
Filmed:
Readability: 4
6,215,922 views
Физик Брайaн Грин рассказывает о теории суперструн, основная идея которой заключается в том, что все частицы и силы во Вселенной представляют собой крохотные волокна энергии, колеблющиеся в одиннадцати измерениях.
Brian Greene - Physicist
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:13
In the year 1919,
0
1000
2000
В 1919 году,
00:15
a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
1
3000
7000
практически никому тогда не известный немецкий математик Теодор Калуца
00:22
suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
2
10000
7000
предложил довольно смелую и, в некотором роде, эксцентричную идею.
00:29
He proposed that our universe
3
17000
2000
Он предположил, что наша Вселенная
00:31
might actually have more than the three dimensions
4
19000
3000
на самом деле может иметь больше, чем три измерения,
00:34
that we are all aware of.
5
22000
3000
о которых мы все знаем.
00:37
That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
6
25000
3000
Помимо традиционных вправо-влево, вперед-назад и вверх-вниз,
00:40
Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
7
28000
5000
Калуца предположил существование дополнительных пространственных измерений,
00:45
that for some reason we don't yet see.
8
33000
3000
которые, по тем или иным причинам, мы еще не способны наблюдать.
00:48
Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
9
36000
4000
Когда кто-нибудь выдвигает смелую и эксцентричную идею,
00:52
sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
10
40000
2000
иногда этим все и заканчивается -- смелая и эксцентричная,
00:54
but it has nothing to do with the world around us.
11
42000
3000
эта идея не имеет ничего общего с реальным миром.
00:57
This particular idea, however --
12
45000
2000
Но вот эта конкретная идея,
00:59
although we don't yet know whether it's right or wrong,
13
47000
3000
хотя мы еще не знаем, верна она или нет,
01:02
and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
14
50000
3000
и в конце я расскажу об экспериментах, которые, через несколько лет,
01:05
may tell us whether it's right or wrong --
15
53000
2000
смогут ее подтвердить или опровергнуть --
01:07
this idea has had a major impact on physics in the last century
16
55000
4000
эта идея существенным образом повлияла на физику в последнем столетии
01:11
and continues to inform a lot of cutting-edge research.
17
59000
3000
и продолжает оказывать влияние на самые передовые исследования в настоящее время.
01:14
So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.
18
62000
4000
Так что мне бы хотелось рассказать вам кое-что обо всей этой истории с дополнительными измерениями.
01:18
So where do we go?
19
66000
2000
Итак, начнем.
01:20
To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.
20
68000
3000
А для того, чтобы начать, мне придется вернуться немного назад, в 1907 год.
01:23
This is a year when Einstein is basking in the glow
21
71000
4000
Это был год, когда Эйнштейн купался в лучах славы,
01:27
of having discovered the special theory of relativity
22
75000
3000
открыв специальную теорию относительности,
01:30
and decides to take on a new project,
23
78000
3000
и решился взяться за новый проект --
01:33
to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
24
81000
7000
попытаться понять сущность великой силы всемирного тяготения.
01:40
And in that moment, there are many people around
25
88000
3000
К тому времени многие думали,
01:43
who thought that that project had already been resolved.
26
91000
4000
что эта задача уже решена.
01:47
Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
27
95000
3000
Ньютон подарил миру свою теорию гравитации в конце 17-го века
01:50
that works well, describes the motion of planets,
28
98000
4000
и эта теория прекрасно работала, она описывала движение планет,
01:54
the motion of the moon and so forth,
29
102000
2000
движение Луны и тому подобное…
01:56
the motion of apocryphal of apples falling from trees,
30
104000
3000
Движение легендарного яблока, упавшего с дерева,
01:59
hitting people on the head.
31
107000
2000
ударив кого-то там по голове…
02:01
All of that could be described using Newton's work.
32
109000
2000
Все эти явления прекрасно описываются законами Ньютона.
02:03
But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
33
111000
4000
Но Эйнштейн понимал, что есть нечто за рамками всей этой истории,
02:07
because even Newton had written
34
115000
3000
ведь даже сам Ньютон писал, что
02:10
that although he understood how to calculate the effect of gravity,
35
118000
5000
хоть он и знает, как рассчитывать действие силы притяжения,
02:15
he'd been unable to figure out how it really works.
36
123000
3000
при этом он не понимает, как она работает на самом деле.
02:18
How is it that the Sun, 93 million miles away,
37
126000
3000
Как может быть, что Солнце, на расстоянии 150 миллионов километров,
02:21
[that] somehow it affects the motion of the Earth?
38
129000
3000
каким-то образом влияет на движение Земли?
02:24
How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
39
132000
4000
Как Солнце может прилагать силу через пустое, пассивное пространство?
02:28
And that is a task to which Einstein set himself --
40
136000
3000
И это была задачей, которую поставил перед собой Эйнштейн --
02:31
to figure out how gravity works.
41
139000
3000
понять, как работает гравитация.
02:34
And let me show you what it is that he found.
42
142000
3000
Давайте посмотрим, к чему он пришел.
02:37
So Einstein found
43
145000
1000
Итак, Эйнштейн обнаружил,
02:38
that the medium that transmits gravity is space itself.
44
146000
4000
что носителем гравитации является само пространство.
02:42
The idea goes like this:
45
150000
2000
Выглядит это примерно так:
02:44
imagine space is a substrate of all there is.
46
152000
2000
представим пространство как некую реальную субстанцию.
02:46
Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
47
154000
4000
Эйнштейн высказал предположение, что пространство плоское, при условии, что в нем нет никакой материи,
02:50
But if there is matter in the environment, such as the Sun,
48
158000
4000
но любая материя, например Солнце,
02:54
it causes the fabric of space to warp, to curve.
49
162000
4000
деформирует, искривляет структуру пространства.
02:58
And that communicates the force of gravity.
50
166000
2000
И само это искривление является причиной гравитации.
03:00
Even the Earth warps space around it.
51
168000
3000
Даже Земля искривляет пространство вокруг себя.
03:03
Now look at the Moon.
52
171000
2000
Теперь посмотрим на Луну.
03:05
The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
53
173000
3000
Согласно этой гипотезе, Луна остается на орбите
03:08
because it rolls along a valley in the curved environment
54
176000
3000
благодаря тому, что она как бы катается внутри желоба в искривленной среде,
03:11
that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.
55
179000
5000
который и Солнце, и Луна, и Земля создают самим фактом своего присутствия.
03:16
We go to a full-frame view of this.
56
184000
3000
Давайте теперь посмотрим на общую картину.
03:19
The Earth itself is kept in orbit
57
187000
2000
Земля остается на орбите,
03:21
because it rolls along a valley in the environment that's curved
58
189000
4000
так как она катится по желобу в среде, искривленной
03:25
because of the Sun's presence.
59
193000
2000
присутствием Солнца.
03:27
That is this new idea about how gravity actually works.
60
195000
5000
В этом и состояла новая теория о том, как на самом деле действует гравитация.
03:32
Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
61
200000
5000
Эта теория была подтверждена в 1919 году рядом астрономических наблюдений.
03:37
It really works. It describes the data.
62
205000
3000
Она прекрасно работает. Она с точностью описывает экспериментальные данные.
03:40
And this gained Einstein prominence around the world.
63
208000
4000
Все эти факты принесли Эйнштейну мировую известность.
03:44
And that is what got Kaluza thinking.
64
212000
4000
И это заставило Калуцу задуматься.
03:48
He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
65
216000
4000
Он, как и Эйнштейн, находился в поисках так называемой Единой теории поля.
03:52
That's one theory
66
220000
2000
Это одна теория,
03:54
that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,
67
222000
4000
с помощью которой можно было бы описать все силы, встречающиеся в природе,
03:58
one set of principles, one master equation, if you will.
68
226000
4000
единый набор принципов, одно ключевое уравнение, если хотите.
04:02
So Kaluza said to himself,
69
230000
2000
Так что Калуца сказал сам себе:
04:04
Einstein has been able to describe gravity
70
232000
3000
«У Эйнштейна получилось описать гравитацию
04:07
in terms of warps and curves in space --
71
235000
2000
с помощью деформации и искривления пространства» --
04:09
in fact, space and time, to be more precise.
72
237000
3000
на самом деле, пространства и времени, если быть более точным --
04:12
Maybe I can play the same game with the other known force,
73
240000
5000
«Может мне удастся проделать то же самое и с другой известной силой», --
04:17
which was, at that time, known as the electromagnetic force --
74
245000
3000
в то время этой силой был электромагнетизм --
04:20
we know of others today, but at that time
75
248000
2000
сегодня нам известны и другие силы, но в то время
04:22
that was the only other one people were thinking about.
76
250000
2000
это было единственной известной силой помимо гравитации.
04:24
You know, the force responsible for electricity
77
252000
2000
Это сила, отвечающая за электричество,
04:26
and magnetic attraction and so forth.
78
254000
2000
магнитное притяжение и так далее…
04:28
So Kaluza says, maybe I can play the same game
79
256000
3000
Итак, Калуца подумал: «Может я смогу воспользоваться тем же приемом
04:31
and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
80
259000
4000
и описать электромагнитные взаимодействия с помощью деформации и искривления».
04:35
That raised a question: warps and curves in what?
81
263000
3000
Но тут возник законный вопрос: деформации и искривления чего?
04:38
Einstein had already used up space and time,
82
266000
5000
Эйнштейн уже «истратил» пространство и время,
04:43
warps and curves, to describe gravity.
83
271000
2000
их деформацию и искривление, для описания гравитации.
04:45
There didn't seem to be anything else to warp or curve.
84
273000
3000
Сложно было найти что-нибудь еще, что можно было бы деформировать и искривить.
04:48
So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
85
276000
5000
Так что Калуца подумал: «Может, в пространстве больше трех измерений?
04:53
He said, if I want to describe one more force,
86
281000
2000
И если я хочу описать еще одну силу,
04:55
maybe I need one more dimension.
87
283000
2000
может, мне просто нужно еще одно измерение?»
04:57
So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
88
285000
4000
Итак, он представил себе не трехмерный, а четырехмерный мир,
05:01
and imagined that electromagnetism was warps and curves
89
289000
4000
и представил, что электромагнитные взаимодействия -- это деформации и искривления
05:05
in that fourth dimension. Now here's the thing:
90
293000
2000
в этом четвертом измерении. И вот что получилось:
05:07
when he wrote down the equations describing warps and curves
91
295000
3000
когда он выписал уравнения, описывающие деформацию и искривление
05:10
in a universe with four space dimensions, not three,
92
298000
3000
в четырехмерной, а не в трехмерной, вселенной,
05:13
he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
93
301000
4000
он увидел те же самые уравнения, которые Эйнштейн вывел в трех измерениях
05:17
those were for gravity --
94
305000
1000
для гравитации,
05:18
but he found one more equation because of the one more dimension.
95
306000
4000
но из-за дополнительного измерения добавилось еще одно уравнение.
05:22
And when he looked at that equation,
96
310000
2000
И когда он присмотрелся к этому уравнению,
05:24
it was none other than the equation
97
312000
2000
он увидел, что это не что иное,
05:26
that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
98
314000
3000
как давно известное уравнение, описывающее электромагнетизм.
05:29
Amazing -- it just popped out.
99
317000
2000
Просто удивительно -- оно вышло само собой.
05:31
He was so excited by this realization
100
319000
3000
Это так взволновало его,
05:34
that he ran around his house screaming, "Victory!" --
101
322000
3000
что он начал бегать по дому и кричать «Эврика!» --
05:37
that he had found the unified theory.
102
325000
3000
он думал, что нашел Единую теорию поля.
05:40
Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
103
328000
7000
Очевидно, Калуца был человеком, который чересчур серьезно относился к теории.
05:47
He, in fact --
104
335000
1000
Он, вообще --
05:48
there is a story that when he wanted to learn how to swim,
105
336000
3000
была история о том, как он хотел научиться плавать,
05:51
he read a book, a treatise on swimming --
106
339000
3000
он просто прочитал книгу, учебник по плаванию --
05:54
(Laughter)
107
342000
1000
(Смех)
05:55
-- then dove into the ocean.
108
343000
2000
и сразу же прыгнул в воду.
05:57
This is a man who would risk his life on theory.
109
345000
3000
Это человек, который был готов следовать теории даже с риском для жизни.
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
110
348000
4000
Но для тех из нас, кто немного более практичен,
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
из его наблюдения немедленно возникают два вопроса.
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
112
355000
4000
Вопрос номер один: если у пространства больше трех измерений, то где же они?
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
Почему мы их не видим?
06:13
And number two: does this theory really work in detail,
114
361000
4000
И вопрос номер два: выполняется ли эта теория в деталях,
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
когда мы пытаемся применить ее к реальному миру?
06:20
Now, the first question was answered in 1926
116
368000
4000
Ответ на первый вопрос был дан в 1926 году
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
117
372000
2000
ученым по имени Оскар Клейн.
06:26
He suggested that dimensions might come in two varieties --
118
374000
4000
Он предположил, что существуют два вида измерений --
06:30
there might be big, easy-to-see dimensions,
119
378000
3000
с одной стороны, «большие» измерения, которые мы можем с легкостью наблюдать,
06:33
but there might also be tiny, curled-up dimensions,
120
381000
3000
а с другой — крошечные, как бы скрученные измерения,
06:36
curled up so small, even though they're all around us,
121
384000
3000
и хотя они повсюду окружают нас, они так малы,
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
что мы их не видим.
06:41
Let me show you that one visually.
123
389000
2000
Продемонстрируем это визуально.
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
Итак, представьте, что вы смотрите
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
на стальной трос, к которому подвешен светофор.
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
126
395000
3000
Это Манхеттен. Вы в Центральном парке, если быть точным.
06:50
but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
127
398000
4000
Трос выглядит одномерным для удаленного наблюдателя,
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
но мы с вами конечно знаем, что он имеет некоторую толщину.
06:57
It's very hard to see it, though, from far away.
129
405000
2000
Издалека это трудно заметить,
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
130
407000
2000
но если мы посмотрим ближе и возьмем, скажем,
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
крошечного муравья, ползущего по тросу --
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
муравьи настолько малы, что им доступны оба измерения --
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
длинное измерение вдоль троса,
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
и второе вокруг него: по и против часовой стрелки.
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
Я надеюсь, вы оцените наши усилия,
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
ведь мы так долго дрессировали этих муравьев.
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
(Смех)
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
Таким образом, это иллюстрация того, что измерения могут быть двух видов:
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
139
427000
4000
большие и маленькие. Итак, идея в том, что эти большие, протяженные измерения,
07:23
are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
это те измерения, которые мы с легкостью можем наблюдать,
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
но могут существовать также и дополнительные, «свернутые» измерения,
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
вроде того, что опоясывает ось троса,
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
настолько крошечные, что до сих пор они оставались недоступными нашему глазу.
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
Давайте посмотрим, как это могло бы выглядеть.
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
Взглянем на пространство как таковое --
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
естественно, я могу показать только два измерения на экране.
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
Кто-нибудь из вас, друзья, однажды это исправит.
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
Посмотрите на экран: все, что не лежит в плоскости -- это новые измерения.
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
Детали становятся все меньше, меньше и меньше,
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
и где-то в микроскопической глубине пространства --
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
в этом идея --
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
могут существовать дополнительные свернутые измерения.
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
Вот эти измерения в форме колец -- такие маленькие, что мы их попросту не видим.
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
Но если бы вы были ультрамикроскопическим муравьем, ползающим по этому пространству,
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
вы бы могли передвигаться не только в крупных измерениях, которые нам так хорошо известны --
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
они показаны на экране квадратной сеткой --
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
но также могли бы заползти в эти крошечные свернутые измерения,
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
которые так малы, что их невозможно увидеть невооруженным глазом
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
и даже с помощью нашего самого высокоточного оборудования.
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
Запрятанные глубоко внутри складок Вселенной --
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
там могут быть до сих пор неизвестные измерения.
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
Это объяснение того,
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
как во Вселенной могут существовать другие измерения кроме тех, с которыми мы знакомы.
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
Перейдем ко второму вопросу, который я упомянул:
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
Действительно ли эта теория работает
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
в применении к реальному миру?
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
На самом деле, и Эйнштейн, и Калуца, и многие другие
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
пытались детализировать эту теорию
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
и применить ее к физической картине Вселенной,
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
сложившейся на тот момент -- и детали не сходились.
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
В деталях, к примеру,
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
теоретически вычисленная масса электрона
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
не соответствует действительности.
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
Множество людей работало над этим, но к сороковым, или уж точно к пятидесятым годам
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
эта странная и в то же время такая неотразимая идея
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
о том, как можно объединить физические законы, перестала развиваться.
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
Пока нечто чудесное не произошло уже в наши дни.
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
Прямо сейчас, совершенно новый подход к объединению физических законов
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
разрабатывается учеными-физиками вроде меня
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
и многих других по всему миру.
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
Это направление называется теория суперструн, как вы уже могли догадаться.
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
И что удивительно, эта теория
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
на первый взгляд не имеет ничего общего с идеей о дополнительных измерениях,
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
но при более глубоком изучении теории суперструн
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
оказывается, что она возрождает эту идею к бурной новой жизни в совершенно иной форме.
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
Давайте посмотрим, как это происходит.
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
Теория суперструн -- о чем она?
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
Это теория, которая пытается найти ответ на вопрос:
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
Что же является базовой, фундаментальной, неделимой и неразложимой составляющей
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
всего окружающего нас мира?
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
Идея в следующем:
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
Представьте себе, что мы смотрим на обычную вещь, например, на свечу в подсвечнике.
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
Предположим, мы пытаемся понять, из чего она состоит.
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
Для этого, отправимся в путешествие вглубь, в недра этого объекта, чтобы определить его составляющие.
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
Глубоко внутри -- все мы знаем, что спустившись достаточно глубоко, мы увидим атомы.
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
Также мы знаем, что на этом история не заканчивается.
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
Атомы состоят из маленьких электронов, снующих вокруг ядра, находящегося в центре,
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
которое, в свою очередь, состоит из нейтронов и протонов.
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
Но это еще не все -- нейтроны и протоны состоят из более мелких частиц под названием кварки.
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
На этом заканчиваются традиционные представления об устройстве мира.
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
Новая идея теории струн состоит в том,
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
что глубоко внутри этих частиц существует нечто еще.
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
Это «нечто» -- танцующие нити энергии.
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
Они похожи на вибрирующие струны --
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
отсюда и произошло название теории струн.
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
И точно так же, как и у обычных струн, таких как у виолончели,
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
форма колебаний может быть самой разнообразной,
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
так же по-разному могут вибрировать и элементарные струны.
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
Но эти колебания создают не различные музыкальные ноты,
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
а порождают различные частицы, из которых состоит весь окружающий мир.
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
Таким образом, если эти соображения верны,
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
вот как будет выглядеть наша ультрамикроскопическая Вселенная:
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
она состоит из огромного количества
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
этих крошечных ниточек вибрирующей энергии,
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
колеблющихся с разными частотами.
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
Разные частоты создают различные элементарные частицы,
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
а эти элементарные частицы создают
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
все разнообразие мира вокруг нас.
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
И в этом заключается объединение,
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
потому что и частицы материи -- электроны и кварки,
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
и частицы поля -- фотоны и гравитоны -- все состоят из одной и той же базовой субстанции.
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
Таким образом, вся материя и физические силы природы объединяются
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
под единым началом вибрирующих струн.
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
И это то, что мы имеем в виду, говоря о единой теории.
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
И вот в чем фокус --
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
математический анализ теории струн показывает,
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
что она не может выполняться
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
во вселенной, пространство которой трехмерно.
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
Не может она выполняться и во вселенной, пространство которой четырехмерно, пятимерно или шестимерно.
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
Изучив уравнения, можно показать, что эта теория работает
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
только во вселенной с десятью пространственными измерениями
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
и одним измерением для времени.
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
И это возвращает нас обратно к предположению Калуцы и Клейна --
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
о том, что при надлежащем описании,
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
в нашей Вселенной измерений больше, чем мы видим.
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
Поразмыслив над этим, вы можете сказать:
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
Ладно, знаешь, все эти добавочные измерения, они так плотно закручены,
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
в самом деле, возможно, мы и не увидим их, если они достаточно малы.
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
И если существует малюсенькая цивилизация зеленых человечков, которая расположилась там внутри,
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
достаточно маленькая, чтобы ее невозможно было бы рассмотреть -- это ведь тоже может быть правдой.
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
Еще одно предсказание теории струн?
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
Нет, теория струн этого не предсказывает.
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
(Смех)
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
Но это наводит на другой вопрос:
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
Не пытаемся ли мы попросту спрятать эти добавочные измерения,
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
или, может, их существование объясняет нам что-то об устройстве мира?
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
В оставшееся время, я бы хотел рассказать вам о двух особенностях этих измерений.
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
Во первых, многие из нас верят, что эти добавочные измерения
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
хранят ответ на глубочайший, по всей видимости, вопрос,
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
занимающий ученых-теоретиков, всю теоретическую физику.
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
А именно: экспериментальные исследования,
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
проводившиеся учеными на протяжении последнего столетия,
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
показали, что существует всего около 20-ти чисел, которые полностью описывают нашу Вселенную.
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
Это фундаментальные физические постоянные, такие как массы элементарных частиц,
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
вроде электронов и кварков, гравитационная постоянная,
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
коэффициенты электромагнитного взаимодействия --
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
всего около 20-ти чисел,
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
измеренных с чрезвычайной точностью.
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
Но никто не может объяснить,
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
почему у этих постоянных именно такие числовые значения, которые были измерены.
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
Какое объяснение предлагает теория струн?
13:31
Not yet.
262
799000
1000
Пока никакого.
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
Но мы верим, что ответ на этот вопрос о специфических числовых значениях физических постоянных
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
может зависеть от формы дополнительных измерений.
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
Поразительно то, что если бы значения этих постоянных
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
были бы отличны от существующих --
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
Вселенной бы не существовало в таком виде, как мы ее знаем.
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
Это важный вопрос.
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
Почему эти постоянные так чрезвычайно тонко подогнаны
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
для того, чтобы светили звезды и образовывались планеты,
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
если малейшие манипуляции с их значениями --
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
как если бы у меня была здесь панель с 20-ю ручками регулировки
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
и я бы дал кому-нибудь поменять эти значения,
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
практически любые изменения приведут к исчезновению Вселенной.
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
Так как же можно обосновать эти 20 значений?
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
Теория струн предполагает, что эти 20 значений
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
связаны с дополнительными измерениями.
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
Давайте посмотрим, каким образом.
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
Когда мы говорим о дополнительных измерениях теории струн,
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
это не одно-единственное дополнительное измерение,
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
как в ранней теории Калуцы и Клейна.
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
Вот что говорит теория струн о дополнительных измерениях.
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
У них очень сложная, переплетенная геометрия.
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
Вот пример так называемого пространства Калаби-Яу --
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
название тут не играет важной роли.
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
Как вы видите,
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
эти пространства заворачиваются сами в себя
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
и переплетаются, образуя причудливую форму, причудливую структуру.
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
Идея тут в том, что если дополнительные измерения выглядят подобным образом,
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
то и весь окружающий нас микромир
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
в мельчайшем разрешении должен выглядеть так же.
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
Когда вы взмахиваете рукой,
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
ваша ладонь пронизывает эти измерения снова и снова,
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
но они так малы, что вы об этом не знаете.
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
Так как же это влияет на 20 физических постоянных?
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
Возьмем, к примеру, этот музыкальный инструмент -- валторну.
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
Обратите внимание, что форма вибраций воздушного потока
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
зависит от формы инструмента.
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
Так же и в теории струн,
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
числовые значения отражают возможные формы колебаний струн.
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
Как эти потоки воздуха
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
формируются изгибами и поворотами внутри инструмента,
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
так и вибрации струн зависят
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
от геометрической формы пространства, в котором они колеблются.
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
Давайте проиллюстрируем это со струнами.
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
Если вы понаблюдаете за этими маленькими вибрирующими созданиями --
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
сейчас вы их увидите -- вот они,
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
обратите внимание, как их колебания зависят
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
от геометрической формы дополнительных измерений.
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
Поэтому, если бы мы знали, как выглядят эти дополнительные измерения --
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
пока еще мы не знаем, но если бы это было так --
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
мы бы могли точно рассчитать разрешенные «ноты»,
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
разрешенные формы колебаний.
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
А если бы мы могли рассчитать разрешенные формы колебаний,
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
мы бы смогли рассчитать и эти 20 значений.
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
И если бы результаты наших вычислений
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
совпали с данными,
16:00
that have been determined
318
948000
2000
полученными в результате
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
детальных и точных экспериментов,
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
это было бы, по большому счету, первым фундаментальным объяснением
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
того, почему Вселенная такая, какая она есть.
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
И второй вопрос, на котором я хочу остановиться:
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
Как можно напрямую проверить существование этих дополнительных измерений?
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
Является ли это просто интересной математической моделью
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
которая способна описать
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
некоторые доселе неизвестные свойства мироздания,
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
или же мы можем непосредственно проверить факт существования этих измерений?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
По нашему мнению -- и я думаю, это на самом деле очень захватывающая возможность --
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
в ближайшие пять лет, или что-то около того, мы сможем проверить
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
существование дополнительных измерений.
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
Вот как это произойдет. В лаборатории ЦЕРН близ Женевы, в Швейцарии,
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
строится установка под названием Большой адронный коллайдер.
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
В этой установке частицы будут разгоняться в туннеле
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
по противоположным направлениям, почти до скорости света.
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
Время от времени частицы будут направляться друг на друга,
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
так, чтобы произошло лобовое столкновение.
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
При некотором везении, если столкновение будет достаточно сильным,
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
отдельные осколки будут вытеснены
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
из привычного пространства, что приведет к их переходу в другое измерение.
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
Как мы об этом узнаем?
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
Мы измерим энергию после столкновения,
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
сравним ее с энергией до столкновения,
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
и если энергия уменьшилась --
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
это свидетельствует о том, что энергия куда-то утекла.
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
И если утечка энергии произойдет по теоретически предсказанному сценарию --
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
это и будет доказательством существования дополнительных измерений.
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
Продемонстрируем эту идею визуально.
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
Вот одна из элементарных частиц, называемая гравитоном --
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
именно такой «осколок» должен вылететь при столкновении,
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
если дополнительные измерения действительно существуют.
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
Вот как будет проводиться этот эксперимент.
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
Берем частицы. Сталкиваем их,
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
сталкиваем еще, и если наша теория верна,
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
часть энергии столкновения
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
превратится в «осколок», который вылетит в иные измерения.
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
Вот такой эксперимент,
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
который мы планируем провести в ближайшие пять, семь, десять лет или что-то около того.
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
И если этот эксперимент принесет плоды,
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
если мы удостоверимся, что вылетает именно такая частица,
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
заметив, что в нашем измерении конечная энергия меньше той,
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
которая была вначале,
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
это докажет, что дополнительные измерения на самом деле существуют.
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
Я думаю, это по-настоящему замечательная история
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
и исключительный шанс. Вернемся обратно к Ньютону, с его абсолютным пространством,
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
который не смог предложить ничего, кроме подмостков, арены,
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
на которой разыгрывается вселенское действо.
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
Затем появился Эйнштейн и сказал:
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
«Пространство и время деформируются и искривляются -- и в этом состоит гравитация».
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
И, наконец, появляется теория струн, провозглашая:
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
«Да, гравитация, квантовая механика, электромагнетизм --
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
все вместе в одной упаковке,
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
но только при условии, что во Вселенной больше измерений, чем мы видим».
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
И этот эксперимент может доказать их существование уже при нашей жизни.
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
Изумительная перспектива.
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
Спасибо за внимание.
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
(Аплодисменты)
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