Brian Greene:Καταλαβαίνοντας τη θεωρία των χορδών
Το έτος 1919, ένας σχεδόν άγνωστος Γερμανός μαθηματικός με το όνομα Θεοδόρ Καλούζα πρότεινε μια πολύ τολμηρή και, κατά κάποιο τρόπο, πολύ περίεργη ιδέα. Πρότεινε ότι το σύμπαν μας μπορεί να έχει περισσότερες από τις τρεις διαστάσεις που όλοι μας ξέρουμε.Επιπλέον των γνωστών διαστάσεων του χώρου (μήκος, πλάτος, ύψος), ο Καλούζα πρότεινε ότι ενδέχεται να υπάρχουν επιπλέον διαστάσεις στο χώρο που για κάποιο λόγο δεν τις βλέπουμε ακόμα. Τώρα, όταν κάποιος έχει μια τολμηρή και περίεργη ιδέα, μερικές φορές είναι ακριβώς αυτό – τολμηρή και περίεργη – αλλά δεν σχετίζεται με τίποτα με κόσμο γύρω μας. Παρόλα αυτά, η συγκεκριμένη ιδέα, αν και δεν ξέρουμε ακόμα αν είναι σωστή ή λάθος, και στο τέλος θα αναφέρω πειράματα που στα επόμενα χρόνια ίσως μας πουν αν είναι σωστή ή λάθος, η ιδέα αυτή είχε πολύ μεγάλη επίδραση στη Φυσική τον τελευταίο αιώνα και συνεχίζει να επηρεάζει πολλές προχωρημένες έρευνες.
1:13 Γι’ αυτό, θα ήθελα να σας μιλήσω για την ιστορία αυτών των επιπλέον διαστάσεων. Που πάμε λοιπόν; Για να ξεκινήσουμε, χρειάζεται να κάνουμε μια μικρή αναδρομή στο παρελθόν. Πάμε στο 1907. Είναι η χρονιά όπου ο Αινστάιν καταξιώνεται υπό τη λάμψη της ανακάλυψης της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και αποφασίζει να αναλάβει μια νέα εργασία: να προσπαθήσει να καταλάβει πλήρως τη μεγάλη, διεισδυτική δύναμη της βαρύτητας. Και εκείνη τη στιγμή υπήρχαν πολλοί άνθρωποι τριγύρω που πίστευαν ότι αυτή η υπόθεση είχε ήδη επιλυθεί. Ο Νιούτον είχε δώσει στον κόσμο μία θεωρία της βαρύτητας στα τέλη του 1600 που λειτουργεί σωστά, περιγράφει την κίνηση των πλανητών,την κίνηση της Σελήνης κλπ, την κίνηση των “απόκρυφων” μήλων που πέφτουν από τα δέντρα και χτυπούν τους ανθρώπους στο κεφάλι.Όλα τα παραπάνω μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας τη θεωρία του Νιούτον.
2:02 Αλλά ο Αινστάιν συνειδητοποίησε ότι ο Νιούτον είχε αφήσει κάτι έξω από τη θεωρία του, κάτι που και ο ίδιος ο Νιούτον είχε γράψειπως, αν και καταλάβαινε πως μπορεί να υπολογίσει το φαινόμενο της βαρύτητας, δεν μπορούσε να καταλάβει πως πραγματικά λειτουργεί.Πως γίνεται ο Ήλιος, 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά, να επηρεάζει την κίνηση της Γης; Πως μπορεί ο Ήλιος να “επεκταθεί” μέσω του, άδειου από ενέργεια, διαστήματος και να ασκήσει την επιρροή του; Αυτή είναι μια εργασία που έθεσε ο Αινστάιν στον εαυτό του: να καταλάβει πως λειτουργεί η βαρύτητα. Και θα σας πω τι βρήκε. Ο Αινστάιν ανακάλυψε ότι το μέσο που μεταδίδει τη βαρύτητα είναι ο ίδιος ο χώρος. Η ιδέα έχει ως εξής:φανταστείτε ότι ο χώρος είναι ένα υπόστρωμα όλων όσων υπάρχουν.
2:45 Ο Αινστάιν είπε ότι ο χώρος είναι ωραίος και επίπεδος, όταν δεν υπάρχει μάζα παρούσα. Εάν όμως υπάρχει παρούσα μάζα, όπως ο Ήλιος, αναγκάζει την υφή του διαστήματος να στρεβλωθεί, να καμπυλωθεί. Και αυτό μεταδίδει τη δύναμη της βαρύτητας. Ακόμα και η Γη καμπυλώνει το χώρο γύρω της. Κοιτάξτε τώρα τη Σελήνη. Η Σελήνη παραμένει σε τροχιά, σύμφωνα με αυτές τις ιδέες, επειδή περιστρέφεται γύρω από μια κοιλάδα στο κυρτό αυτό περιβάλλον όπου ο Ήλιος, η Γη και η Σελήνη δημιουργούν εξαιτίας της παρουσίας τους. Ας το δούμε όλο μαζί συγκεντρωτικά. Η ίδια η Γη παραμένει σε τροχιά λόγω του ότι περιστρέφεται σε μια κοιλάδα σε ένα καμπύλο περιβάλλον εξαιτίας της ύπαρξης του Ήλιου. Αυτή είναι η νέα ιδέα για το πως ακριβώς λειτουργεί η βαρύτητα.
3:31 Τώρα, αυτή η ιδέα δοκιμάστηκε το 1919 μέσω αστρονομικών παρατηρήσεων. Όντως δουλεύει. Περιγράφει τα δεδομένα. Και έδωσε στον Αινστάιν τη παγκόσμια διάκριση. Και αυτό έβαλε τον Καλούζα σε σκέψεις. Και αυτός, όπως και ο Αινστάιν, έψαχναν αυτό που λέγεται “Ενοποιημένη Θεωρία”. Αυτή είναι μια θεωρία που θα μπορούσε να περιγράψει όλες τις δυνάμεις τις φύσεις από μία ομάδα ιδεών, μια ομάδα αρχών, μια “κύρια” εξίσωση, αν θέλετε. Έτσι, ο Καλούζα είπε στον εαυτό του, ο Αινστάιν μπόρεσε να περιγράψει τη βαρύτητα με τους όρους των στρεβλώσεων και των καμπυλώσεων στο χώρο, για την ακρίβεια, στο χώρο και στο χρόνο. Ίσως μπορώ και εγώ να “παίξω” το ίδιο παιχνίδι με την άλλη γνωστή δύναμη, η οποία ήταν, εκείνη τη στιγμή, γνωστή ως ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Σήμερα γνωρίζουμε και άλλες, αλλά τότε αυτή ήταν η μόνη άλλη δύναμη για την οποία μιλούσαν όλοι. Ξέρετε, τη δύναμη που είναι υπεύθυνη για τον ηλεκτρισμό και τη μαγνητική έλξη κλπ.
4:27 Έτσι, ο Καλούζα λέει ότι ίσως μπορώ να “παίξω” το ίδιο παιχνίδι και να περιγράψω την ηλεκτρομαγνητική δύναμη με όρους στρέβλωσης και καμπύλωσης. Αυτό έθεσε το ερώτημα: στρεβλώσεις και καμπυλώσεις σε τι; Ο Αινστάιν είχε ήδη χρησιμοποιήσει το χώρο και το χρόνο,στρεβλώσεις και καμπυλώσεις, για να περιγράψει τη βαρύτητα. Δε φαινόταν να υπάρχει κάτι άλλο για να στρεβλώθει ή να καμπυλωθεί. Έτσι λοιπόν, ο Καλούζα είπε ότι ίσως υπάρχουν περισσότερες διαστάσεις στο χώρο. Είπε, αν θέλω να περιγράψω μια ακόμα δύναμη, ίσως χρειάζομαι μία ακόμη διάσταση. Έτσι, φαντάστηκε ότι ο κόσμος είχε τέσσερις διαστάσεις χώρου, όχι τρεις, και υπέθεσε ότι ο ηλεκτρομαγνητισμός ήταν στρεβλώσεις και καμπύλες σε αυτή την τέταρτη διάσταση. Τώρα, υπάρχει ένα θέμα: όταν έγραψε τις εξισώσεις που περιγράφουν τις στρεβλώσεις και τις καμπυλώσεις σε ένα σύμπαν με τέσσερις διαστάσεις, όχι τρεις,ανακάλυψε τις παλιές εξισώσεις του Αινστάιν που είχαν ήδη προκύψει για τις τρεις διαστάσεις – αυτές ήταν για τη βαρύτητα – αλλά βρήκε ακόμα μια εξίσωση, λόγω της επιπλέον διάστασης. Και όταν κοίταξε αυτή τη εξίσωση δεν ήταν άλλη από την εξίσωση που οι επιστήμονες καιρό γνώριζαν ότι περιέγραφε την ηλεκτρομαγνητική δύναμη. Εντυπωσιακό – απλά εμφανίστηκε. Ήταν τόσο πολύ ενθουσιασμένος από αυτή τη διαπίστωση που άρχισε να τρέχει μέσα στο σπίτι του φωνάζοντας “Νίκη!” θεωρώντας ότι είχε ανακαλύψει την Ενοποιημένη Θεωρία.
5:39 Είναι ξεκάθαρο, ότι ο Καλούζα ήταν ένας άνθρωπος που έπαιρνε τη θεωρία πάρα πολύ στα σοβαρά. Για την ακρίβεια, σύμφωνα με μια ιστορία, όταν ήθελε να μάθει να κολυμπάει, διάβασε ένα βιβλίο διατριβή για την κολύμβηση (Γέλια) και μετά βούτηξε στον ωκεανό. Αυτός είναι ένας άνθρωπος που θα ρίσκαρε τη ζωή του βασιζόμενος στη Θεωρία. Τώρα, για όλους εμάς που είμαστε λίγο περισσότερο πρακτικοί,δύο ερωτήματα προκύπτουν άμεσα από αυτή του την παρατήρηση. Πρώτον: αν υπάρχουν περισσότερες διαστάσεις στο χώρο, που βρίσκονται; Δεν φαίνεται ότι μπορούμε να τις δούμε. Και δεύτερον: λειτουργεί άραγε αυτή η θεωρία με λεπτομέρεια όταν προσπαθήσεις να την εφαρμόσεις στον κόσμο μας; Το πρώτο ερώτημα απαντήθηκε το 1926 από τον Όσκαρ Κλάιν. Αυτός πρότεινε ότι οι διαστάσεις μπορεί να είναι δύο ειδών. Μπορεί να είναι μεγάλες, εύκολα ορατές διαστάσεις, αλλά μπορεί να είναι και μικροσκοπικές, “κουβαριασμένες” διαστάσεις,τόσο πολύ “κουβαριασμένες” που, αν και υπάρχουν παντού γύρω μας,δεν μπορούμε να τις δούμε.
6:40 Επιτρέψτε μου να σας το παρουσιάσω αυτό οπτικά. Φανταστείτε ότι κοιτάζεται κάτι, όπως ένα καλώδιο που στηρίζει ένα φανάρι κυκλοφορίας. Βρίσκεται στο Μανχάταν, στο Σέντραλ Παρκ – άσχετο – αλλά το καλώδιο φαίνεται μονοδιάστατο από μακριά, αλλά εσείς και εγώ ξέρουμε ότι έχει κάποιο πάχος. Όμως, είναι πολύ δύσκολο να το δούμε, από αυτή την απόσταση. Αλλά αν μεγενθύνουμε και το δούμε από την οπτική, ας πούμε ενός μικρού μυρμηγκιού που περπατάει πάνω του – τα μυρμήγκια είναι τόσο μικρά που μπορούν να διασχίσουν όλες τις διαστάσεις – τη μακρινή διάσταση, αλλά και αυτή τη μικρότερη δεξιόστροφη, αριστερόστροφη κατεύθυνση. Ελπίζω να το εκτιμάται αυτό. Μας πήρε πολύ καιρό να αναγκάσουμε τα μυρμήγκια να το κάνουν αυτό.
7:15 Αλλά αυτό απεικονίζει το γεγονός ότι οι διαστάσεις μπορούν να είναι δύο ειδών: Μικρές και μεγάλες. Και η ιδέα ότι ίσως οι μεγάλες διαστάσεις γύρω μας είναι αυτές που μπορούμε εύκολα να δούμε, αλλά μπορεί να υπάρχουν επιπλέον “κουβαριασμένες” διαστάσεις, περίπου όπως το κυκλικό τμήμα εκείνου του καλωδίου, τόσο μικρές που μέχρι τώρα παρέμεναν αόρατες. Επιτρέψτε μου να σας δείξω πως αυτό θα μπορούσε να είναι. Αν δούμε, για παράδειγμα, τον ίδιο το χώρο μπορώ να σας δείξω, φυσικά, δύο διαστάσεις στην οθόνη. Μερικοί από εσάς μπορεί να το διορθώσετε αυτό κάποια μέρα, αλλά οτιδήποτε δεν είναι επίπεδο σε μια οθόνη είναι μια νέα διάσταση, γίνεται μικρό, μικρότερο, ακόμα πιο μικρό, και κατεβαίνουμε στα μικροσκοπικά βάθη του ίδιου του χώρου, αυτή είναι η ιδέα: θα μπορούσαμε να έχουμε επιπλέον “κουβαριασμένες” διαστάσεις.
7:55 Αυτό είναι το σχήμα ενός μικρού κύκλου, τόσο μικρού που δεν μπορούμε να τον δούμε. Αλλά αν είσασταν ένα πάρα πολύ μικροσκοπικό περιπλανώμενο μυρμήγκι θα μπορούσατε να περπατάτε στις μεγάλες διαστάσεις που όλοι ξέρουμε – όπως στο τμήμα του πλέγματος – αλλά θα μπορούσατε επίσης να έχετε πρόσβαση στην πολύ μικρή “κουβαριασμένη” διάσταση που είναι τόσο μικρή που δεν μπορούμε να τη δούμε με γυμνό μάτι ούτε ακόμα με τον πιο εκλεπτισμένο εξοπλισμό που διαθέτουμε. Αλλά βαθιά κρυμμένη μέσα στη δομή του ίδιου του χώρου, η ιδέα είναι ότι μπορούν να υπάρχουν περισσότερες διαστάσεις, όπως τις βλέπουμε εδώ. Τώρα, αυτή είναι μια εξήγηση για το πως το σύμπαν θα μπορούσε να έχει περισσότερες διαστάσεις από αυτές που βλέπουμε. Τι γίνεται όμως με το δεύτερο ερώτημα; Αυτή η θεωρία λειτουργείόταν προσπαθήσουμε να την εφαρμόσουμε στον πραγματικό κόσμο;
8:36 Λοιπόν, διαφαίνεται ότι οι Αινστάιν και Καλούζα, και πολλοί άλλοι, δούλεψαν προσπαθώντας να τελειοποιήσουν αυτό το πλαίσιο και να το εντάξουν στη Φυσική του σύμπαντος, όπως ήταν κατανοητό εκείνη την εποχή, και στη λεπτομέρεια δεν δούλεψε. Λεπτομερέστερα, για παράδειγμα, δεν μπόρεσαν να κάνουν τη μάζα του ηλεκτρόνιου να δουλέψει σωστά σε αυτή τη θεωρία. Τόσοι πολλοί άνθρωποι δούλεψαν πάνω σε αυτό, αλλά μέχρι τη δεκαετία του ’40, σίγουρα μέχρι του ’50, αυτή η περίεργη, αλλά πολύ ακαταμάχητη ιδέα, του πως να ενοποιήσουν τους Νόμους της Φυσικής εξαφανίστηκε. Μέχρι που κάτι υπέροχο συνέβη στις μέρες μας. Στην εποχή μας, μια νέα προσέγγιση για την ενοποίηση των Νόμων της Φυσικής επιδιώκεται από φυσικούς σαν εμένα, και πολλούς άλλους ανά τον κόσμο, ονομάζεται Θεωρία των Υπερχορδών, όπως καταδυκνύεται. Και το υπέροχο είναι ότι η Θεωρία των Υπερχορδών δεν έχει να κάνει καθόλου, με μια πρώτη ματιά, με την ιδέα των επιπλέον διαστάσεων, αλλά όταν μελετήσουμε τη Θεωρία των Υπερχορδών, διαπιστώνουμε ότι επαναφέρει στο προσκήνιο την ιδέα με μια λαμπερή νέα μορφή.
9:37 Επιτρέψτε μου να σας δείξω πως γίνεται. Θεωρία των Υπερχορδών. Τι είναι; Είναι, λοιπόν, μια θεωρία που προσπαθεί να απαντήσει στο ερώτημα: ποια είναι τα βασικά, θεμελιώδη, αδιαίρετα, άτμητα δομικά στοιχεία από τα οποία έχουν δημιουργηθεί τα πάντα στον κόσμο γυρω μας; Η ιδέα έχει ως εξής:Φανταστείτε ότι κοιτάζουμε ένα πολύ οικείο αντικείμενο, ένα απλό κερί σε ένα κηροπήγιο, και ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να βρούμε από τι αποτελείται αυτό. Έτσι, κάνουμε ένα ταξίδι βαθιά μέσα στο αντικείμενο και εξετάζουμε τα συστατικά του. Βαθιά μέσα στην ύλη, όλοι μας γνωρίζουμε ότι υπάρχουν τα άτομα. Επίσης, ξέρουμε ότι τα άτομα δεν είναι το τέλος της ιστορίας. Αυτά έχουν μικρά ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από έναν κεντρικό πυρήνα νετρονίων και πρωτονίων. Ακόμα τα νετρόνια και τα πρωτόνια αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια, γνωστά ως κουάρκ. Εδώ σταματούν οι συμβατικές ιδέες.
10:26 Εδώ έρχεται η νέα ιδέα της Θεωρίας των Χορδών. Βαθιά μέσα σε αυτά τα σωματίδια, υπάρχει κάτι άλλο.Αυτό το κάτι άλλο είναι ένα νήμα ενέργειας που χορεύει. Μοιάζει με μια παλλόμενη χορδή – από αυτό προέρχεται και η ιδέα της θεωρίας – Και όπως ακριβώς οι παλλόμενες χορδές που μόλις είδατε σε ένα τσέλο μπορούν να δονούνται με διαφορετικά μοτίβο, έτσι μπορούν και αυτές να δονούνται με διαφορετικά μοτίβο. Δεν παράγουν διαφορετικές μουσικές νότες. Αντί αυτών, παράγουν τα διαφορετικά σωματίδια που συνθέτουν τον κόσμο γύρω μας. Έτσι, αν αυτές οι ιδέες είναι σωστές, κάπως έτσι θα είναι το υπερμικροσκοπικό τοπίο του σύμπαντος. Είναι φτιαγμένο από ένα τεράστιο αριθμό από αυτά τα μικροσκοπικά νήματα από παλλόμενη ενέργεια, δονούμενα σε διαφορετικές συχνότητες. Οι διαφορετικές συχνότητες παράγουν τα διαφορετικά σωματίδια. Τα διαφορετικά σωματίδια είναι υπεύθυνα για όλο τον πλούτο του κόσμου γύρω μας.
11:16 Και εκεί βλέπετε την ενοποίηση, γιατί σωματίδια ύλης, ηλεκτρόνια και κουάρκ, σωματίδια ακτινοβολίας, φωτόνια, βαρυτόνια, έχουν όλα δημιουργηθεί από μία οντότητα. Έτσι, η ύλη και οι δυνάμεις της φύσης τοποθετούνται μαζί υπό τη σκέπη των παλλόμενων χορδών. Και αυτό εννοούμε με τον όρο Ενοποιημένη Θεωρία. Υπάρχει όμως μια παγίδα. Εάν μελετήσετε τα μαθηματικά της Θεωρίας Χορδών, θα διαπιστώσετε ότι δεν λειτουργεί σε ένα σύμπαν που έχει μόνο τρεις διαστάσεις χώρου. Δεν λειτουργεί σε ένα σύμπαν με τέσσερις διαστάσεις χώρου, ούτε πέντε, ούτε έξι. Τελικά, μπορούμε να μελετήσουμε τις εξισώσεις και να αποδείξουμε ότι λειτουργούν μόνο σε ένα σύμπαν που έχει δέκα διαστάσεις χώρου και μια διάσταση χρόνου. Μας οδήγησε πίσω στην ιδέα των Καλούζα και Κλάιν, ότι ο κόσμος μας, όταν περιγραφετε σωστά,έχει επιπλέον διαστάσεις από αυτές που βλέπουμε.
12:12 Τώρα, μπορεί να το σκεφτείτε αυτό και να πείτε, εντάξει, ξέρεις αν έχεις επιπλέον διαστάσεις, και είναι τόσο σφικτά “κουβαριασμένες”,ναι, ίσως δεν μπορούμε να τις δούμε αν είναι τόσο μικρές. Αλλά, αν υπάρχει ένας μικροσκοπικός πολιτισμός από πράσινα ανθρωπάκια που περιφέρονται εκεί κάτω και τα κάνεις τόσο μικρά που επίσης δεν θα μπορούμε να τα δούμε, αυτό είναι αλήθεια. Μια από τις άλλες προβλέψεις της Θεωρίας των Χορδών. Όχι, αυτό δεν είναι μια από τις άλλες προβλέψεις της Θεωρίας των Χορδών.
12:37 Αλλά προκύπτει το ερώτημα: προσπαθούμε απλά να κρύψουμε αυτές τις παραπάνω διαστάσεις ή μας λένε κάτι για τον κόσμο; Στο χρόνο που απομένει, θα ήθελα να σας αναφέρω δυο χαρακτηριστικά.Πρώτον, πολλοί από εμάς πιστεύουμε ότι αυτές οι παραπάνω διαστάσειςέχουν την απάντηση στο πιθανά βαθύτερο ερώτημα της Θεωρητικής Φυσικής, της Θεωρητικής Επιστήμης. Και το ερώτημα αυτό είναι: όταν κοιτάζουμε τον κόσμο, όπως έχουν κάνει οι επιστήμονες τα τελευταία εκατό χρόνια, διαφαίνεται ότι υπάρχουν περίπου είκοσι αριθμοί οι οποίοι πραγματικά περιγράφουν το σύμπαν μας. Αυτοί είναι αριθμοί, όπως η μάζα των σωματιδίων, τα ηλεκτρόνια και τα κουάρκ, η δύναμη της βαρύτητας, η δύναμη του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. μια λίστα από περίπου είκοσι αριθμούς που έχουν μετρηθεί με απίστευτη ακρίβεια,αλλά κανείς δεν έχει μια εξήγηση γιατί αυτοί οι αριθμοί έχουν τις συγκεκριμένες αυτές τιμές.
13:27 Τώρα, μας δίνει κάποια απάντηση η Θεωρία των Χορδών; Όχι ακόμα. Αλλά πιστεύουμε πως η απάντηση στο γιατί αυτοί οι αριθμοί έχουν αυτές τις τιμές μπορεί να βασίζετε στη μορφή των επιπλέον διαστάσεων.Και το υπέροχο πράγμα είναι ότι, αν αυτοί οι αριθμοί είχαν οποιεσδήποτε άλλες τιμές από τις γνωστές, το σύμπαν, όπως το γνωρίζουμε, δε θα υπήρχε. Αυτό είναι ένα βαθύτερο ερώτημα. Γιατί όλοι αυτοί οι αριθμοί είναι τόσο καλά “ρυθμισμένοι” που επιτρέπουν στα αστέρια να λάμπουν και στους πλανήτες να σχηματίζονται, όταν αναγνωρίζουμε πως αν “πειράξουμε” αυτούς τους αριθμούς – αν είχα εδώ είκοσι αριθμούς και σας άφηνα να έρθετε πάνω και να παίξετε με αυτούς τους αριθμούς – σχεδόν κάθε αλλαγή θα έκανε το σύμπαν να εξαφανιστεί. Μπορούμε λοιπόν να εξηγήσουμε αυτούς τους είκοσι αριθμούς; Η Θεωρία Χορδών προτείνει ότι αυτοί οι είκοσι αριθμοί έχουν να κάνουν με τις επιπλέον διαστάσεις.Επιτρέψτε μου να σας δείξω πως. ‘Ετσι λοιπόν, όταν μιλάμε για τις επιπλέον διαστάσεις στη Θεωρία των Χορδών, δεν είναι μία επιπλέον διάσταση, όπως στις παλιές ιδέες των Καλούζα και Κλάιν. Αυτό λέει η Θεωρία των Χορδών για τις επιπλέον διαστάσεις. Έχουν μια πολύ πλούσια, διαπλεκόμενη γεωμετρία.
14:27 Αυτό είναι ένα παράδειγμα ενός σχήματος που είναι γνωστό ως πολλαπλότητα Καλάμπι-Γιάου – το όνομα δεν είναι και τόσο σημαντικό.Αλλά, όπως μπορείτε να δείτε, οι επιπλέον διαστάσεις διπλώνονται εσωτερικά και διαπλέκονται σχηματίζοντας ένα πολύ ενδιαφέρων σχήμα, μια ενδιαφέρουσα κατασκευή.Και η ιδέα είναι πως αν έτσι μοιάζουν οι επιπλέον διαστάσεις, τότε το μικροσκοπικό τοπίο του σύμπαντος γύρω μας θα έμοιαζε σαν και αυτό στη μικροσκοπική κλίμακα. Όταν κουνάτε το χέρι σας, το περνάτε γύρω και μέσα από αυτές τις επιπλέον διαστάσεις ξανά και ξανά, αλλά είναι τόσο μικρές που δεν το αντιλαμβάνεστε. Λοιπόν, ποιος είναι ο φυσικός υπαινιγμός που σχετίζεται με αυτούς τους είκοσι αριθμούς;
15:02 Αναλογιστείτε αυτό: Αν κοιτάξετε ένα μουσικό όργανο, τη γαλλική τρομπέτα, προσέξτε ότι οι δονήσεις στη ροή του αέρα επηρεάζονται από το σχήμα του οργάνου. Τώρα, στη Θεωρία Χορδών, όλοι οι αριθμοί είναι αντανακλάσεις του τρόπου με τον οποίο οι χορδές δονούνται.Έτσι όπως η ροή του αέρα επηρεάζεται από τις στροφές και μεταβολές του οργάνου, οι ίδιες οι χορδές θα επηρεαστούν από τα μοτίβο των δονήσεων στο γεωμετρικό χώρο μέσα στον οποίο κινούνται. Ας φέρω μερικές χορδές στην ιστορία μας.Και αν δείτε αυτές τις μικρές να δονούνται τριγύρω – θα εμφανιστούν σε λίγο – εκεί ακριβώς, παρατηρείστε ότι ο τρόπος που δονούνται επηρεάζεται από τη γεωμετρία των επιπλέον διαστάσεων.
15:37 Έτσι, αν γνωρίζαμε ακριβώς με τι μοιάζουν οι επιπλέον διαστάσεις – δεν γνωρίζουμε ακόμα, αλλά αν γνωρίζαμε – θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε τις επιτρεπόμενες “νότες”, τα επιτρεπόμενα παλλόμενα μοτίβο. Και αν μπορούσαμε να υπολογίσουμε τα επιτρεπόμενα παλλόμενα μοτίβο, θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε εκείνους τους είκοσι αριθμούς. Και αν η απάντηση που θα παίρναμε από τους υπολογισμούς συμφωνούσε με τις τιμές από αυτούς τους αριθμούς που έχουν καθορισθεί μέσα από λεπτομερή και ακριβή πειραματισμό,αυτή, με πολλούς τρόπους, θα ήταν η πρώτη θεμελιώδης εξήγηση του γιατί η δομή του σύμπαντος είναι αυτή που είναι. Τώρα, το δεύτερο θέμα με το οποίο θέλω να καταλήξω, είναι: πως θα μπορούσαμε να ερευνήσουμε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις πιο άμεσα; Είναι απλά μια ενδιαφέρουσα μαθηματική δομή που πιθανόν να μπορεί να εξηγήσει κάποια προηγουμένως ανεξήγητα χαρακτηριστικά του κόσμου ή όντως μπορούμε να ελέγξουμε για αυτές τις επιπλέον διαστάσεις; Και νομίζουμε – και αυτό είναι πιστεύω πολύ συναρπαστικό – ότι στα επόμενα περίπου πέντε χρόνια ίσως μπορούμε να ελέγξουμε την ύπαρξη αυτών των επιπλέον διαστάσεων.
16:44 Να πως: Στο CERN, της Γενεύης στην Ελβετία, μια μηχανή είναι υπό κατασκευή που ονομάζεται Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων. Είναι μια κατασκευή που θα στέλνει σωματίδια γύρω από ένα τούνελ, σε αντίθετες κατευθύνσεις, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Κάθε τόσο, αυτά τα σωματίδια θα στοχεύουν το ένα το άλλο, έτσι θα έχουμε μια μετωπική σύγκρουση. Ελπίζουμε ότι αν η σύγκρουση έχει αρκετή ενέργεια, μπορεί να εκτοξεύσει μερικά από τα συντρίμμια της σύγκρουσης εκτός των διαστάσεων μας, αναγκάζοντάς τα να εισέλθουν στις επιπλέον διαστάσεις. Πως θα το γνωρίζουμε αυτό; Θα μετρήσουμε, λοιπόν, το ποσό της ενέργειας μετά την σύγκρουση, θα το συγκρίνουμε με το ποσό της ενέργειας πριν τη σύγκρουση και αν υπάρχει λιγότερη ενέργεια μετά την σύγκρουση από ότι πριν, αυτό θα αποτελεί απόδειξη ότι η ενέργεια θα έχει μεταφερθεί. Και αν μεταφερθεί με κατάλληλο τρόπο ώστε να μπορούμε να την υπολογίσουμε, αυτό θα αποτελεί απόδειξη ότι οι επιπλέον διαστάσεις υπάρχουν.
17:34 Ας δούμε αυτή την ιδέα οπτικά. Φανταστείτε ότι έχουμε ένα συγκεκριμένο είδος σωματιδίου, το οποίο ονομάζεται βαρυτόνιο. Αυτό είναι το είδος των συντριμμιών που αναμένουμε να εκτοξευτούν εάν οι επιπλέον διαστάσεις είναι αληθινές. Δείτε πως θα είναι αυτό το πείραμα. Παίρνετε αυτά τα σωματίδια. Τα συγκρούεται μεταξύ τους. Τα συγκρούεται μεταξύ τους και, αν έχουμε δίκιο, κάποια από την ενέργεια αυτής της σύγκρουσης θα πάει στα συντρίμμια που θα μεταπηδήσουν σε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις.Αυτό είναι λοιπόν το είδος του πειράματος που θα παρατηρούμε στα επόμενα περίπου πέντε, επτά, δέκα χρόνια. Και εάν αυτό το πείραμα αποφέρει καρπούς, εάν δούμε αυτού του είδους το σωματίδιο να εκτοξεύεται με το που δούμε ότι υπάρχει έλλειμα ενέργειας στις διαστάσεις μας από ότι όταν ξεκίνησαμε, αυτό θα αποδεικνύει ότι οι επιπλέον διαστάσεις είναι πραγματικότητα.
18:17 Και για εμένα αυτό είναι μια πάρα πολύ αξιόλογη ιστορία και μια αξιόλογη ευκαιρία. Γυρνώντας πίσω στο Νιούτον με το απόλυτο χώρο– που δεν παρείχε τίποτα άλλο από την αρένα, τη σκηνή στην οποία διαδραματίζονται τα γεγονότα του σύμπαντος. Έρχεται λοιπόν ο Αινστάιν και λέει: Λοιπόν, χώρος και χρόνος μπορούν να στρεβλωθούν και να καμπυλωθούν, αυτό είναι η βαρύτητα. Και τώρα έρχεται η Θεωρία Χορδών και λέει: Ναι, βαρύτητα, κβαντομηχανική, ηλεκτρομαγνητισμός, όλα μαζί σε ένα πακέτο,αλλά μόνο αν το σύμπαν έχει περισσότερες διαστάσεις από αυτές που μπορούμε να δούμε. Και αυτό είναι ένα πείραμα που θα μπορούσε να το ελέγξει αυτό στους δικούς μας καιρούς.Εκπληκτική πιθανότητα. Σας ευχαριστώ πολύ.
Translated by Nikolaos Benias
Reviewed by George Loukakis
15:02 Αναλογιστείτε αυτό: Αν κοιτάξετε ένα μουσικό όργανο, τη γαλλική τρομπέτα, προσέξτε ότι οι δονήσεις στη ροή του αέρα επηρεάζονται από το σχήμα του οργάνου. Τώρα, στη Θεωρία Χορδών, όλοι οι αριθμοί είναι αντανακλάσεις του τρόπου με τον οποίο οι χορδές δονούνται.Έτσι όπως η ροή του αέρα επηρεάζεται από τις στροφές και μεταβολές του οργάνου, οι ίδιες οι χορδές θα επηρεαστούν από τα μοτίβο των δονήσεων στο γεωμετρικό χώρο μέσα στον οποίο κινούνται. Ας φέρω μερικές χορδές στην ιστορία μας.Και αν δείτε αυτές τις μικρές να δονούνται τριγύρω – θα εμφανιστούν σε λίγο – εκεί ακριβώς, παρατηρείστε ότι ο τρόπος που δονούνται επηρεάζεται από τη γεωμετρία των επιπλέον διαστάσεων.
15:37 Έτσι, αν γνωρίζαμε ακριβώς με τι μοιάζουν οι επιπλέον διαστάσεις – δεν γνωρίζουμε ακόμα, αλλά αν γνωρίζαμε – θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε τις επιτρεπόμενες “νότες”, τα επιτρεπόμενα παλλόμενα μοτίβο. Και αν μπορούσαμε να υπολογίσουμε τα επιτρεπόμενα παλλόμενα μοτίβο, θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε εκείνους τους είκοσι αριθμούς. Και αν η απάντηση που θα παίρναμε από τους υπολογισμούς συμφωνούσε με τις τιμές από αυτούς τους αριθμούς που έχουν καθορισθεί μέσα από λεπτομερή και ακριβή πειραματισμό,αυτή, με πολλούς τρόπους, θα ήταν η πρώτη θεμελιώδης εξήγηση του γιατί η δομή του σύμπαντος είναι αυτή που είναι. Τώρα, το δεύτερο θέμα με το οποίο θέλω να καταλήξω, είναι: πως θα μπορούσαμε να ερευνήσουμε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις πιο άμεσα; Είναι απλά μια ενδιαφέρουσα μαθηματική δομή που πιθανόν να μπορεί να εξηγήσει κάποια προηγουμένως ανεξήγητα χαρακτηριστικά του κόσμου ή όντως μπορούμε να ελέγξουμε για αυτές τις επιπλέον διαστάσεις; Και νομίζουμε – και αυτό είναι πιστεύω πολύ συναρπαστικό – ότι στα επόμενα περίπου πέντε χρόνια ίσως μπορούμε να ελέγξουμε την ύπαρξη αυτών των επιπλέον διαστάσεων.
16:44 Να πως: Στο CERN, της Γενεύης στην Ελβετία, μια μηχανή είναι υπό κατασκευή που ονομάζεται Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων. Είναι μια κατασκευή που θα στέλνει σωματίδια γύρω από ένα τούνελ, σε αντίθετες κατευθύνσεις, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Κάθε τόσο, αυτά τα σωματίδια θα στοχεύουν το ένα το άλλο, έτσι θα έχουμε μια μετωπική σύγκρουση. Ελπίζουμε ότι αν η σύγκρουση έχει αρκετή ενέργεια, μπορεί να εκτοξεύσει μερικά από τα συντρίμμια της σύγκρουσης εκτός των διαστάσεων μας, αναγκάζοντάς τα να εισέλθουν στις επιπλέον διαστάσεις. Πως θα το γνωρίζουμε αυτό; Θα μετρήσουμε, λοιπόν, το ποσό της ενέργειας μετά την σύγκρουση, θα το συγκρίνουμε με το ποσό της ενέργειας πριν τη σύγκρουση και αν υπάρχει λιγότερη ενέργεια μετά την σύγκρουση από ότι πριν, αυτό θα αποτελεί απόδειξη ότι η ενέργεια θα έχει μεταφερθεί. Και αν μεταφερθεί με κατάλληλο τρόπο ώστε να μπορούμε να την υπολογίσουμε, αυτό θα αποτελεί απόδειξη ότι οι επιπλέον διαστάσεις υπάρχουν.
17:34 Ας δούμε αυτή την ιδέα οπτικά. Φανταστείτε ότι έχουμε ένα συγκεκριμένο είδος σωματιδίου, το οποίο ονομάζεται βαρυτόνιο. Αυτό είναι το είδος των συντριμμιών που αναμένουμε να εκτοξευτούν εάν οι επιπλέον διαστάσεις είναι αληθινές. Δείτε πως θα είναι αυτό το πείραμα. Παίρνετε αυτά τα σωματίδια. Τα συγκρούεται μεταξύ τους. Τα συγκρούεται μεταξύ τους και, αν έχουμε δίκιο, κάποια από την ενέργεια αυτής της σύγκρουσης θα πάει στα συντρίμμια που θα μεταπηδήσουν σε αυτές τις επιπλέον διαστάσεις.Αυτό είναι λοιπόν το είδος του πειράματος που θα παρατηρούμε στα επόμενα περίπου πέντε, επτά, δέκα χρόνια. Και εάν αυτό το πείραμα αποφέρει καρπούς, εάν δούμε αυτού του είδους το σωματίδιο να εκτοξεύεται με το που δούμε ότι υπάρχει έλλειμα ενέργειας στις διαστάσεις μας από ότι όταν ξεκίνησαμε, αυτό θα αποδεικνύει ότι οι επιπλέον διαστάσεις είναι πραγματικότητα.
18:17 Και για εμένα αυτό είναι μια πάρα πολύ αξιόλογη ιστορία και μια αξιόλογη ευκαιρία. Γυρνώντας πίσω στο Νιούτον με το απόλυτο χώρο– που δεν παρείχε τίποτα άλλο από την αρένα, τη σκηνή στην οποία διαδραματίζονται τα γεγονότα του σύμπαντος. Έρχεται λοιπόν ο Αινστάιν και λέει: Λοιπόν, χώρος και χρόνος μπορούν να στρεβλωθούν και να καμπυλωθούν, αυτό είναι η βαρύτητα. Και τώρα έρχεται η Θεωρία Χορδών και λέει: Ναι, βαρύτητα, κβαντομηχανική, ηλεκτρομαγνητισμός, όλα μαζί σε ένα πακέτο,αλλά μόνο αν το σύμπαν έχει περισσότερες διαστάσεις από αυτές που μπορούμε να δούμε. Και αυτό είναι ένα πείραμα που θα μπορούσε να το ελέγξει αυτό στους δικούς μας καιρούς.Εκπληκτική πιθανότητα. Σας ευχαριστώ πολύ.
Translated by Nikolaos Benias
Reviewed by George Loukakis
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου