Brian Greene despre teoria corzilor

În anul 1919, un matematician german cvasi-necunoscut, numit Theodor Kaluza a sugerat o idee foarte curajoasă şi, în anumite privinţe, foarte bizară. El a sugerat că universul nostru ar putea avea mai mult decât cele trei dimensiuni de care suntem conştienţi. În plus faţă de stânga, dreapta, înainte, înapoi şi sus, jos, Kaluza a propus că s-ar putea să fie dimensiuni adiţionale ale spaţiului pe care din anumite motive nu le vedem încă. Acum, când cineva propune o idee curajoasă şi bizară, câteodată asta e şi gata -- curajoasă şi bizară, dar nu are de a face cu lumea din jurul nostru. Această idee în particular însă -- deşi încă nu ştim dacă e justă sau greşită, şi la sfârşit voi vorbi despre experimente care, în următorii câţiva ani, ar putea să ne spună dacă e justă sau greşită -- această idee a avut un impact major asupra fizicii în ultimul secol şi continuă să inspire multe cercetări de vârf.

Aşa că aş vrea să vă spun ceva despre istoria acestor dimensiuni suplimentare. Deci cum să începem? La început avem nevoie de puţină istorie. Mergem în 1907. Acesta este anul în care Einstein se încălzeşte la lumina descoperirii teoriei speciale a relativităţii şi se decide să înceapă un proiect nou -- să încerce să înţeleagă complet marea şi universala forţă a gravitaţiei. Şi în acel moment erau mulţi oameni în jur care gândeau că acel proiect a fost deja rezolvat. Newton a dat lumii o teorie a gravitaţiei la sfârşitul anilor 1600 teorie care funcţionează bine, descrie mişcarea planetelor, mişcarea Lunii şi aşa mai departe, mişcarea acelor mere anecdotice care au căzut din pomi, lovind oamenii în cap. Toate acelea puteau fi descrise folosind munca lui Newton.

Dar Einstein a realizat că Newton a omis ceva din poveste, fiindcă până şi Newton a scris că deşi a înţeles cum să calculeze efectele gravitaţiei, el nu a fost în stare să-şi dea seama cum funcţionează de fapt. Cum se poate că Soarele, la 93 milioane de mile depărtare, afectează cumva mişcarea Pământului? Cum se întinde Soarele peste spaţiul gol şi inert şi exercită influenţă? Iar aceasta este o sarcină la care s-a angajat însuşi Einstein -- să descifreze cum funcţionează gravitaţia. Lăsaţi-mă să vă arăt ce a găsit el. Deci Einstein a descoperit că mediul care transmite gravitaţia este spaţiul însuşi. Ideea arată aşa: imaginaţi-vă că spaţiul este substratul a tot ce există.

Einstein a spus că spaţiul este foarte plat, în lipsa materiei. Dar dacă există materie în acel mediu, cum e Soarele, aceasta duce la curbarea, deformarea spaţiului. Şi acest fenomen comunică forţa gravitaţiei. Chiar şi Pământul curbează spaţiul din jurul lui. Acum priviţi Luna. Luna este ţinută pe orbită, conform acestor idei, fiindcă ea se deplasează de a lungul unei văi în mediul curbat pe care Soarele şi Luna şi Pământul îl creează prin simpla lor prezenţă. Vom vedea o imagine completă a acestui fenomen. Pământul însuşi este menţinut pe orbită fiindcă se deplasează de a lungul unei văi în mediul curbat din cauza prezenţei Soarelui. Aceasta este ideea inovatoare despre cum funcţionează de fapt gravitaţia.

Acum, această idee a fost testată în 1919 prin observaţii astronomice. Chiar funcţionează. Descrie datele reale. Iar aceasta a adus lui Einstein notorietate mondială. Şi aceasta l-a pus pe Kaluza pe gânduri. El, ca şi Einstein, era în căutarea a ceea ce numim o "teorie unificată". Aceasta este o teorie care ar fi în stare să descrie toate forţele naturii pornind de la o singură mulţime de idei, un singur set de principii, o singură ecuaţie principală, dacă vreţi. Deci Kaluza şi-a zis, Einstein a fost în stare să descrie gravitaţia în termenii deformărilor şi curbărilor în spaţiu -- de fapt, spaţiu şi timp, pentru a fi mai precis. Poate eu pot face la fel cu cealaltă forţă cunoscută, care, în aceea epocă, era cunoscută ca forţa electromagnetică -- azi ştim de altele, dar în aceea epocă aceea era singura cealaltă forţă la care se gândeau oamenii. Ştiţi, forţa responsabilă pentru electricitate şi atracţia magnetică şi aşa mai departe.

Deci Kaluza spune, poate că pot face la fel şi descriu forţa electromagnetică în termeni de deformări şi curburi. Aceasta a ridicat întrebarea: deformări şi curburi în ce? Einstein a utilizat deja spaţiul şi timpul, deformări şi curburi, pentru a descrie gravitaţia. Părea să nu fie nimic altceva de deformat sau curbat. Deci Kaluza a zis, păi, poate că sunt mai multe dimensiuni ale spaţiului. A zis, dacă vreau să descriu o forţă în plus, poate că am nevoie de o dimensiune în plus. Aşa că el a imaginat că lumea are patru dimensiuni ale spaţiului, nu trei, şi a imaginat că electromagnetismul era deformări şi curburi în acea a patra dimensiune. Iată ce s-a întâmplat: când el a scris ecuaţiile care descriu deformările şi curburile într-un univers cu patru dimensiuni, nu trei, el a găsit ecuaţia veche pe care Einstein a derivat-o deja în trei dimensiuni -- aceea pentru gravitaţie -- dar a găsit o ecuaţie în plus din cauza dimensiunii suplimentare. Şi când a privit la aceea ecuaţie, ea nu era altă ecuaţie decât cea pe care savanţii o cunoşteau de mult pentru a descrie forţa electromagnetică. Surprinzător -- pur şi simplu a apărut pe neaşteptate. El a fost aşa de încântat de această realizare că a alergat în jurul casei lui, strigând "Victorie!" -- crezând că a găsit teoria unificată.

În mod cert Kaluza a fost un om care lua teoria foarte serios. El de fapt -- este o anecdotă că atunci când a vrut să înveţe să înoate, a citit o carte, un tratat despre înot -- (Râsete) -- după care s-a aruncat în ocean. Acesta este un om care ar risca propria viaţă pe o teorie. Acum, pentru aceia dintre noi care avem un pic mai mult simţ practic, din observaţia lui apar imediat două întrebări. Prima: dacă sunt mai multe dimensiuni în spaţiu, unde sunt ele? Se pare că nu le vedem. Şi a doua: această teorie chiar funcţionează în detaliu, când încerci s-o aplici mediului din jurul nostru? Prima întrebare a primit răspuns în 1926 de la un individ numit Oskar Klein. El a sugerat că dimensiunile sunt de două feluri -- sunt dimensiuni mari, uşor de văzut, dar sunt şi dimensiuni mici, încolăcite, încolăcite la o scară aşa de redusă, încât deşi sunt în jurul nostru, noi nu putem să le vedem.

Lăsaţi-mă să vă arăt asta într-un mod vizual. Imaginaţi-vă că vă uitaţi la ceva ca un cablu care susţine o lampă de trafic. Este în Manhattan. Sunteţi în Central Park -- de fapt nu contează -- dar cablul pare a fi unidimensional văzut de la distanţă, dar Dvs. şi eu ştim că el are ceva grosime. Totuşi este foarte greu s-o vezi de la distanţă. Dar dacă ne apropiem şi luăm perspectiva să zicem a unei furnicuţe care se plimbă pe acest cablu -- furnicuţele sunt aşa de mici că ele pot accesa toate dimensiunile -- dimensiunea lungă, dar şi această direcţie în sensul acelor de ceasornic şi invers. Sper să apreciaţi asta. A durat aşa de mult să convingem aceste furnicuţe să facă asta.

(Râsete)

Dar aceasta ilustrează faptul că dimensiunile pot fi de două feluri: mari şi mici. Iar ideea că poate dimensiunile mari din jurul nostru sunt cele pe care le putem uşor vedea, dar că ar fi dimensiuni adiţionale încolăcite, un fel de parte circulară a cablului, aşa de mici că până acum au rămas invizibile. Să vă arăt cum ar arăta asta. Deci dacă privim, să zicem, spaţiul însuşi -- eu pot arăta desigur doar două dimensiuni pe un ecran. Unii din voi vor rezolva asta într-o zi, dar orice care nu este plat pe un ecran este o nouă dimensiune, care este mai mică, mai mică, mai mică, până la adâncimile microscopice ale spaţiului însuşi -- aceasta este ideea: puteţi avea dimensiuni adiţionale încolăcite.

Iată aici o formă circulară mică -- aşa de mică încât noi nu o vedem. Dar dacă aţi fi o mică furnică ultra microscopică care se plimbă, aţi putea să vă plimbaţi în dimensiunile mari de care ştim cu toţii -- care este ca partea de grilă -- dar aţi putea accesa şi dimensiunea mică încolăcită care este aşa de mică, încât noi nu o vedem cu ochiul liber sau nici chiar cu cel mai rafinat echipament al nostru. Dar este pliată adânc în materia spaţiului însuşi, ideea este că pot fi mai multe dimensiuni, aşa cum vedem aici. Deci asta este o explicaţie pentru modul în care universul poate avea mai multe dimensiuni decât cele pe care le vedem. Dar ce se întâmplă cu a doua întrebare pe care am pus-o: chiar funcţionează teoria când încerci s-o aplici în lumea reală?

Ei bine, s-a dovedit că Einstein şi Kaluza şi mulţi alţii au încercat să îmbunătăţească acest cadru şi să-l aplice fizicii universului aşa cum era înţeleasă în acel moment, şi nu a funcţionat în detaliu. De exemplu, nu au putut obţine în detaliu masa electronului în mod corect în această teorie. Aşa că mulţi oameni au analizat această teorie, dar până în anii 1940, mai sigur 1950 această idee stranie dar atrăgătoare despre cum să unificăm legile fizicii a dispărut. Până s-a întâmplat ceva minunat în epoca noastră. În epoca nostră, un nou mod de abordare a unificării legilor fizicii este urmărită de fizicieni ca mine, şi mulţi alţii în toată lumea, este numită Teoria Supercorzilor, aşa cum v-am menţionat. Iar lucrul minunat este că teoria supercorzilor nu are la prima vedere nimic de a face cu această idee a dimensiunilor suplimentare, dar când studiem teoria supercorzilor, găsim că reînvie ideea într-o nouă formă strălucitoare.

Lăsaţi-mă să vă spun cum se întâmplă asta. Teoria supercorzilor -- ce este ea? Ei bine, este o teorie care încearcă să răspundă la întrebarea: care sunt componentele de bază fundamentale, indivizibile, care alcătuiesc totul în lumea care ne înconjoară? Ideea este aşa. Deci imaginaţi-vă că ne uităm la un obiect familiar, doar o lumânare într-un suport, şi imaginaţi-vă că dorim să ne dăm seama din ce este ea făcută. Deci mergem într-o călătorie adânc în interiorul obiectului şi examinăm componentele. Deci adânc in interior -- cu toţii ştim că dacă mergi suficient de jos, găseşti atomi. Ştim de asemenea că atomii nu sunt sfârşitul poveştii. Ei au electroni mici care roiesc în jurul nucleului central format din neutroni şi protoni. Chiar şi neutronii şi protonii au particule mai mici în ele, cunoscute ca şi cvarci. Aici se opresc ideile convenţionale.

Iată noua ideea a teoriei corzilor. Adânc în interiorul oricăruia din aceste particule, este altceva. Acest altceva este un filament de energie dansând. Acest filament arată ca o coardă care vibrează -- de aici vine numele de teoria corzilor. Şi aşa cum orice coardă de violoncel care vibrează poate vibra în forme diferite, aşa pot şi ele vibra în forme diferite. Ele nu produc note muzicale diferite. În schimb ele produc diferitele particule care alcătuiesc lumea din jurul nostru. Aşa că dacă aceste idei sunt corecte, aşa va arăta peisajul ultra-microscopic al universului. Este clădit dintr-un număr enorm de filamente micuţe de energie care vibrează, vibrează la frecvenţe diferite. Frecvenţele diferite produc diferitele particule. Particulele diferite sunt responsabile pentru toată bogăţia din lumea din jurul nostru.

Şi acolo vedeţi unificarea, fiindcă particulele de materie, electronii şi cvarcii, particulele radiante, fotonii, gravitonii, sunt toate clădite din aceeaşi entitate. Deci materia şi forţele naturii sunt puse împreună în rubrica acestor corzi care vibrează. Şi asta e ceea ce înţelegem noi printr-o teorie unificată. Şi acum iată şiretlicul. Când studiaţi matematica teoriei corzilor, găsiţi că ea nu funcţionează într-un univers care are doar trei dimensiuni de spaţiu. Nu funcţionează într-un univers cu patru dimensiuni, nici cu cinci sau şase. În final, puteţi studia ecuaţiile şi arăta că funcţionează doar într-un univers care are 10 dimensiuni ale spaţiului şi o dimensiune de timp. Asta ne conduce înapoi la această idee a lui Kaluza şi Klein -- că lumea noastră, atunci când este descrisă corespunzător, are mai multe dimensiuni decât cele pe care le vedem.

Acum aţi putea gândi despre asta şi spune, păi, în regulă, dacă sunt dimensiuni suplimentare şi ele sunt strâns încolăcite, da, poate chiar nu le vom vedea dacă sunt suficient de mici. Dar dacă există o civilizaţie micuţă de omuleţi verzi acolo jos, şi sunt suficient de mici şi nu îi vedem nici pe ei, asta este corect. Una din prezicerile teoriei corzilor -- nu, asta nu este o altă prezicere a teoriei corzilor.

(Râsete)

Dar ridică întrebarea: oare noi doar încercăm să ascundem aceste dimensiuni suplimentare, sau ele ne spun ceva despre lume? În timpul rămas, aş vrea să vă spun despre două caracteristici ale lor. Prima este că mulţi dintre noi cred că aceste dimensiuni suplimentare deţin răspunsul la posibil cea mai semnificativă întrebare din fizica şi ştiinţa teoretică. Şi întrebarea este: când ne uităm prin lume, aşa cum oamenii de ştiinţă au făcut-o în ultimele secole, se pare că sunt cam 20 de numere care descriu într-adevăr universul nostru. Acestea sunt numere ca masa particulelor, ca electronii şi cvarcii, puterea gravitaţiei, puterea forţei electromagnetice -- o listă cam de 20 de numere care au fost măsurate cu o precizie incredibilă, dar nimeni nu are o explicaţie pentru: de ce aceste numere au valorile particulare pe care le au.

Acum, oferă teoria corzilor un răspuns? Încă nu. Dar credem că răspunsul la: de ce acele numere au valorile pa care le au, se poate baza pe forma dimensiunilor suplimentare. Iar lucrul minunat este, că dacă acele numere ar fi avut orice altă valoare decât cele cunoscute, universul, aşa cum îl ştim, nu ar fi existat. Aceasta este o întrebare adâncă. De ce sunt acele numere aşa de fin acordate pentru a permite stelelor să strălucească şi planetelor să se formeze, atunci când ne dăm seama că dacă te joci cu acele numere -- dacă aş avea 20 de discuri aici şi v-aş lăsa să vă jucaţi cu acele numere, aproape orice modificare ar face ca universul să dispară. Deci putem noi explica acele 20 de numere? Iar teoria corzilor sugerează că acele 20 de numere au de a face cu dimensiunile suplimentare. Să vă arăt cum. Când vorbim de dimensiuni suplimentare în teoria corzilor, nu e o singură dimensiune suplimentară, ca în vechile idei ale lui Kaluza şi Klein. Iată ce spune teoria corzilor despre dimensiunile suplimentare. Ele au o geometrie foarte bogat întreţesută.

Aceasta este un exemplu de ceva cunoscut ca o formă Calabi-Yau -- numele nu este aşa de important. Dar dupa cum puteţi vedea, dimensiunile suplimentare sunt pliate în ele însele şi întreţesute într-o formă foarte interesantă, o structură interesantă. Iar ideea este că dacă aşa arată dimensiunile suplimentare, atunci peisajul microscopic al universului nostru din jur ar arăta ca această formă la cea mai redusă scară. Când vă mişcaţi mâna, vă mişcaţi neîncetat în jurul acestor dimensiuni suplimentare, dar ele sunt aşa de mici că noi nici nu am şti. Deci totuşi, care este implicaţia fizică, relevantă acelor 20 de numere?

Gândiţi-vă la asta. Dacă priviţi la un instrument, cornul francez, observaţi că vibraţiile jeturilor de aer sunt afectate de forma instrumentului. Iar în teoria corzilor, toate numerele sunt reflecţii ale modului în care pot vibra corzile. Exact aşa cum acele jeturi de aer sunt afectate de răsucirile şi curbele din instrument, corzile însele vor fi afectate de modelele de vibraţie în geometria în care ele se mişcă. Deci să aduc nişte corzi în poveste. Şi dacă urmăriţi aceşti micuţi indivizi vibrând în jur -- ei vor fi acolo într-o secundă -- chiar acolo, observaţi că modul în care ei vibrează este afectat de geometria dimensiunilor suplimentare.

Deci dacă am şti cum arată exact dimensiunile suplimentare -- încă nu ştim, dar dacă am şti -- am fi în stare să calculăm notele permise, modelele de vibraţie permise. Şi dacă am putea calcula modelele de vibraţie permise, am fi în stare să calculăm acele 20 de numere. Iar dacă răspunsul obţinut din calculele noastre corespunde cu valorile acelor numere care au fost determinate prin experimentări detaliate şi precise, acesta ar fi prima explicaţie fundamentală pentru: de ce structura universului este aşa cum este. Acum, a doua problemă cu care doresc să închei este: cum am putea testa mai direct aceste dimensiuni suplimentare? Este asta doar o structură matematică interesantă care ar putea să explice câteva caracteristici înainte neexplicate ale lumii, sau chiar putem testa aceste dimensiuni suplimentare? Şi credem -- iar asta este, cred, foarte interesant -- că în următorii cam cinci ani vom fi în stare să testăm existenţa acestor dimensiuni suplimentare.

Iată cum va decurge asta. La CERN, în Geneva, Elveţia, este construită o maşină numită Large Hadron Collider. Este o maşină care va trimite particule într-un tunel circular, în direcţii contrare, aproape de viteza luminii. Câteodată acele particule vor fi ţintite una spre alta, deci va avea loc o ciocnire frontală. Speranţa este că dacă ciocnirea are suficientă energie, ea va ejecta ceva resturi din coliziune din dimensiunile noastre, forţându-le intrarea în alte dimensiuni. Cum vom şti asta? Păi, vom măsura cantitatea de energie după coliziune, o vom compara cu cantitatea de energie de dinainte, şi dacă este mai puţină energie după coliziune decât înainte, acesta va fi dovada că energia s-a scurs. Şi dacă se va scurge în modelul potrivit pe care îl putem calcula, aceasta va fi dovada că există dimensiuni suplimentare.

Să vă arăt ideea în mod vizual. Deci să ne imaginăm că avem un anumit tip de particulă, numită graviton -- acesta este tipul de resturi pe care le aşteptăm să fie ejectate dacă dimensiunile suplimentare sunt reale. Dar iată cum va decurge experimentul. Se iau aceste particule. Se ciocnesc una de alta. Se ciocnesc una de alta, iar dacă avem dreptate, o parte a energiei acelei coliziuni va ajunge în resturile care vor zbura în acele dimensiuni suplimentare. Deci acesta este tipul de experiment la care vom lucra în următorii cinci, şapte pînă la 10 ani sau aşa ceva. Şi dacă acest experiment produce rezultate, dacă vom vedea acel tip de particulă ejectată observând că este mai puţină energie în dimensiunile noastre decât atunci când am început, acesta va arăta că dimensiunile suplimentare sunt reale.

Iar pentru mine aceasta este o poveste remarcabilă, şi o oportunitate remarcabilă. Mergând înapoi la Newton cu spaţiul absolut -- nu a furnizat altceva decât o arenă, o scenă în care au loc evenimentele universului. Vine Einstein şi spune, păi, spaţiul şi timpul pot fi deformate şi curbate, aceasta este gravitaţia. Iar acum teoria corzilor vine şi spune, da, gravitaţie, mecanică cuantică, electromagnetism -- toate împreună într-un singur pachet, dar numai dacă universul are mai multe dimensiuni decât cele pe care le vedem. Iar aceasta este un experiment care poate testa implicarea acestora în viaţa noastră. O posibilitate extraordinară. Vă mulţumesc foarte mult.

(Aplauze)