1919. gadā
tikpat kā nezināms vācu matemātiķis vārdā Teodors Kaluca
izteica ļoti pārdošu un savā ziņā ļoti savādu domu.
Viņš ierosināja, ka mūsu Visumā
varbūt īstenībā ir vairāk nekā trīs
mums zināmās dimensijas.
Papildus tam, kas ir pa kreisi, pa labi, atpakaļ, uz priekšu, uz augšu un leju,
Kaluca izteica domu, ka pastāv vēl papildu telpu dimensiju,
ko mēs kāda iemesla dēļ neredzam.
Cilvēkam izsakot tik pārdrošu un savādu domu,
nereti tā arī nav nekas vairāk kā pārdroša un savāda,
taču tam nav nekāda sakara ar mums apkārt esošo pasauli.
Tomēr tieši šī doma,
lai arī mēs vēl nezināt vai tā ir pareiza vai aplama,
beigās es vēl parunāšu par eksperimentiem, kas nākamajos gados
varētu mums sniegt atbildi par tās pareizību,
šai domai ir bijusi milzu ietekme uz pēdējā gadsimta fiziku
un tā turpina ietekmēt arī lielu daļu jaunāko pētījumu.
Tādēļ es vēlētos jums pastāstīt par šīm papildu dimensijām.
Tātad ar ko lai sāku?
Sākumā ir jāmin īsa priekšvēsture. Dosimies uz 1907. gadu.
Tas ir gads, kad Einšteins plūc savas speciālās
relativitātes teorijas atklāšanas slavas laurus
un nolemj uzsākt jaunu projektu,
censties pilnībā izprast granziozo un visuresošo gravitācijas spēku.
Tobrīd daudzi apkārtējie cilvēki
uzskatīja, ka uz šo lietu jau sniegta atbilde.
Ņūtons jau 1600. gadu beigās pasaulei bija sniedzis saprātīgu
gravitācijas teoriju, kurā aprakstīta planētu, mēness
un visu pārējo debesu spīdekļu kustība,
kā arī apšaubāmā ierosme āboliem no ābelēm krist,
trāpot cilvēkiem pa galvu.
Visu to varēja aprakstīt ar Ņūtona darba augļiem.
Taču Einšteins saprata, ka Ņūtons bija kaut ko palaidis garām,
jo pat pats Ņūtons bija rakstījis, ka
lai arī viņš saprata, kā aprēķināt gravitācijas efektu,
viņš nebija spējīgs izprast to, kā tā patiešām strādāja.
Kā gan tas varēja būt, ka 93 miljonu jūdžu attālā Saule
kaut kādā veidā ietekmēja Zemes kustību?
Kā gan Saule caur šo tukšo un inerto telpu var kaut ko ietekmēt?
Tas bija mērķs, ko Einšteins sev nosprauda —
izprast gravitācijas darbības principus.
Ļaujiet man jums parādīt, ko viņš atklāja.
Einšteins atklāja,
ka starpnieks, kas nodod tālāk gravitāciju, ir pati telpa.
Doma bija apmēram šāda:
iedomājieties telpu kā visa pamatu.
Einšteins apgalvoja, ka telpa, gadījumā, kad tajā nav matērijas, ir vienkārši plakana.
Taču, ja vidē ir matērija, piemēram Saule,
tas izraisa telpas struktūras savīšanos, deformēšanos.
Un tas arī izplata gravitācijas spēku.
Pat Zeme deformē ap sevi esošo telpu.
Nu paskatīsimies uz Mēnesi.
Saskaņā ar šīm idejām, Mēness noturas orbītā,
jo tas ripo pa ieliektas vides iedobi,
ko tik vien kā ar savu klātbūtni ir radījusi Saule, Mēness un Zeme.
Paskatīsimies uz kopainu.
Pati Zeme noturas orbītā,
jo tā ripo pa Saules klātbūtnes
deformētās vides iedobi.
Tā ir šī jaunā doma par to, kā īstenībā strādā gravitācija,
Šī doma 1919. gadā ar astronomisku novērojumu palīdzību tika pārbaudīta.
Tā tas arī notika. To aprakstīja dati.
Un tas Einšteinam sniedza vispasaules atzinību.
Tas arī bija tas, kas lika Kalucam aizdomāties.
Viņš, tāpat kā Einšteins, arī meklēja mūsu tā saukto vienoto teoriju.
Tā bija viena teorija,
ar kuru no viena skatpunkta, viena principu kopuma, sauciet kā gribat,
bija iespējams izskaidrot visus dabas spēkus.
Tā nu Kaluca sev teica,
Einšteins spēja izskaidrot gravitāciju kā
telpas, laiktelpas, ja vēlamies būt precīzi,
savijumus un deformācijas.
Varbūt es varu izmantot tādu pašu pieeju citam zināmam spēkam,
kas tobrīd bija pazīstams kā elektromagnētiskais spēks.
Mūsdienās mēs zinām arī par citiem, taču tajā laikā
tas bija vienīgais citais spēks, ko cilvēki zināja.
Proti, spēku, kas atbildīgs par elektrības
un magnētisko pievilkšanos un tā tālāk.
Tā nu Kaluca domā, varbūt es varu izmantot to pašu pieeju
elektromagnētiskā spēka aprakstīšanā ar savijumu un deformāciju palīdzību.
Tas raisīja jautājumu: kā savijumi un deformācija?
Einšteins telpu un laiku, savijumus un deformāciju
jau bija izmantojis gravitācijas aprakstīšanai.
Nešķita, ka būtu palicis vēl kas kam vīties un deformēties.
Tā nu Kaluca teica, labi, varbūt ir vairākas telpas dimensijas.
Viņš teica, ja es vēlos aprakstīt vēl vienu spēku,
varbūt man vajadzīga vēl viena dimensija.
Tā nu viņš iztēlojās, ka pasaulei būtu četras telpas dimensijas triju vietā,
un iztēlojās arī to, ka elektromagnētisms bija šīs ceturtās dimensijas
savijumi un deformācija. Tomēr lieta tāda:
viņam triju telpu dimensiju Visuma vietā uzrakstot
četru telpu dimensiju Visuma aprakstošos vienādojumus,
viņš ieguva vecos Einšteina no triju dimensiju atvasinātos vienādojumus,
tos, kas bija paredzēti gravitācijai,
taču viņš papildu dimensijas dēļ ieguva vēl vienu vienādojumu.
Paskatoties uz šo vienādojumu,
viņš saprata, ka tas nav nekas cits, kā vienādojums,
ko zinātnieki jau ilgu laiku bija izmantojuši elektromangnētiskā spēka aprakstīšanai.
Apbrīnojami, tas vienkārši iznira no nekurienes.
Viņš bija tik saviļņots par šo atklāsmi,
ka izskrēja ārā no savas mājas, kliegdams: „Uzvara!”
Viņš bija atklājis vienotu teoriju.
Kā noprotams, Kaluca bija cilvēks, kurš teoriju uztvēra ļoti nopietni.
Viņš pat,
ir stāsts par to, kā viņš nolēma iemācīties peldēt,
viņš izlasīja grāmatu, peldēšanas teoriju,
(Smiekli)
un tad ienira okeānā.
Viņš ir cilvēks, kurš, paļaudamies uz teoriju, riskētu ar savu dzīvību.
Taču tiem, kas ir nedaudz praktiskāk domājoši,
par šiem novērojumiem tūliņ rastos divi jautājumi.
Pirmais: ja ir vairāk telpu dimensiju, kur tās ir?
Mēs tās kaut kā neredzam.
Un otrais: vai šī teoriju tiešām strādā arī tādos sīkumos,
kā cenšoties to piemērot apkārtējai pasaulei?
Uz pirmo jautājumu 1926. gadā atbildēja
puisis vārdā Oskars Kleins.
Viņš rosināja domāt, ka dimensijas ir divos paveidos,
ka, iespējams, ir lielas un viegli redzamas dimensijas,
taču varētu būt arī sīciņas un savijušās dimensijas,
kas par spīti tam, ka atrodas mums visapkārt, savijušās tik ļoti,
ka mēs tās neredzam.
Ļaujiet to man jums vizuāli parādīt.
Iedomājieties, ka skatāties uz kaut ko
līdzīgu kabelim, kas pievienots luksoforam,
Manhetenā. Jūs esat Centrālajā parkā, nedaudz ne pa tēmu,
taču no tālāka skatpunkta kabelis izskatās viendimensionāls,
taču gan jūs, gan es zinām, ka tam ir kaut kāds biezums.
Atrodoties lielā attālumā, to redzēt gan ir ļoti grūti.
Taču, ja mēs pietuvinām un skatāmies no, teiksim,
mazas skudriņas perspektīvas.
Skudriņas ir tik mazas, ka tās piekļūst visām dimensijām,
garajai dimensijai,
taču reizē arī pulksteniskajam un pretpulksteniskajam virzienam
Ceru, ka jūs to novērtējat.
Jo skudru piespiešana uz ko tādu prasīja labu laiku.
(Smiekli)
Taču tas ilustrē apgalvojumu, ka dimensijas var būt diva veida:
lielas un mazas. Un doma, ka varbūt mums apkārt esošās dimensijas
ir tieši tās, kuras mēs viegli redzam,
taču, ka iespējama arī papildu dimensiju esamība, kas
savijušās līdzīgi kā kabeļa apaļā daļa,
kas ir tik mazas, ka joprojām ir palikušas neieraudzītas.
Ļaujiet man jums parādīt kā tas izskatītos.
Ja mēs paskatāmies, teiksim, uz pašu telpu,
es uz ekrāna, protams, varu parādīt tikai divas dimensijas.
Gan daži no jums to kādudien atrisinās,
taču viss pārējais, kas nav plakans uz ekrāna, ir jauna dimensija,
kas samazinās, samazinās, samazinās
līdz pat pašas telpas mikroskopiskām dzīlēm,
šāda ir doma,
varētu būt papildu savjušās dimensijas,
lūk, maza apļa forma, kas ir tik mazas, ka mēs tās neredzam.
Taču, ja jūs būtu ļoti mikroskopiska skudra,
jūs varētu staigāt pa visām mums zināmajām lielajām dimensijām,
tā ir šī režģa daļa,
taču jūs varētu arī piekļūt sīciņajai savijušamies dimensijai,
kas ir tik maza, ka mēs to nevaram redzēt ar neapbruņotu aci
vai pat ar mūsu visprecīzāko aprīkojumu.
Dziļi jo dziļi ievijušās pašas telpas struktūrā,
doma ir, ka varētu pastāvēt vairāk dimensiju, par tām, kuras mēs redzam.
Tas ir izskaidrojums
tam, kā Visumā varētu būt vairāk dimensiju par tām, ko varam redzēt.
Taču kā ir ar otro manis uzdoto jautājumu:
vai šī teorija patiesi strādā
to attiecinot arī uz reālo pasauli?
Kā izrādās, Einšteins, Kaluca un daudzi citi
centās pielāgot šo priekšstatu
un piemērot to Visuma fizikai,
kas kā jau tajā laikā bija zināms, arī sīkumos, neizdevās.
Precīzāk, piemēram,
šajā teorijā elektrona masa kaut kā
negāja kopā ar visu pārējo.
Tā daudz cilvēki pie tās strādāja, taču līdz 40. gadiem un noteikti līdz 50. gadiem
šī dīvainā, taču saistošā doma
par to, kā apvienot fizikas likumus, vienkārši pagaisa.
Līdz mūsu gadsimtā notika kas brīnumains.
Mūsu laikmetā daudzi fiziķi kā es visā pasaulē
ir pieņēmuši jaunu pieeju
fizikas likumu vienošanai.
To sauc par superstīgu teoriju, kā jau norādījāt.
Brīnumjaukā lieta superstīgu teorijā ir,
ka pirmajā brīdī šķiet, ka tai nav nekāda sakara ar papildu dimensijām,
taču, mums iedziļinoties superstīgu teorijā,
mēs atklājam, ka tā augšāmceļ šo domu jaunā, mirdzošā veidolā.
Ļaujiet man pastāstīt, kā tas notiek.
Superstīgu teoriju, kas tā tāda ir?
Tā ir teorija, kas cenšas atbildēt uz jautājumu:
kas ir nedalāmās un būtiskās pamatsastāvdaļas,
kas veido visu pasaulē apkārt esošo?
Doma ir šāda.
Iedomājieties, ka skatāties uz pazīstamu priekšmetu, sveci svečturī
un iedomājieties, ka mēs vēlamies uzzināt, kas to veido.
Tā nu mēs dodamies dziļi, dziļi iekšā priekšmetā un izpētām tās sastāvu.
Dziļi dziļi, kā jau mēs zinām, ja jūs dodaties gana dziļi, mums ir atomu.
Mēs arī zinām, ka ar atomiem nekas nebeidzās.
Ap centrālo kodolu, kuram ir neitroni un protoni,
čum un mudž mazi elektroni.
Pat neitronos un protonos iekšā ir mazākas daļiņas, ko mēs pazīstam kā kvarkus.
Šeit arī vispārpieņemtā zinātne apstājas.
Lūk, stīgu teorijas jaunā doma.
Dziļi jebkurās no šīm daļiņām ir vēl kas cits.
Šis kaut kas cits ir kūsājošas enerģijas pavedieni.
Tie izskatās kā svārstoša stīga,
lūk, no kurienes nāk doma, stīgu teorija.
Tieši tāpat kā redzētā čella svārstošās stīgas
var svārstīties dažādos biežumos,
arī tie var svārstīties dažādi.
Tie nerada atšķirīgas muzikālās notis.
Tie drīzāk rada dažādās daļiņas, kas veido mums apkārt esošo pasauli.
Ja šīs idejas ir patiesas,
lūk, kā kāda ir super mikroskopiska Visuma ainava.
To veido milzīgs skaits
šo maz mazītiņo svārstošo enerģijas pavedieniņu,
kas svārstās dažādos biežumos.
Dažādas frekvences rada dažādas daļiņas.
Dažādās daļiņas ir atbildīgas
par mūsu apkārtējās pasaules bagātīgumu.
Lūk, ir arī vienošana,
jo matērijas daļiņas, elektronus un kvarkus,
izstarotās daļiņas, fotonus, gravitonus, visas šīs lietas veido viena un tā pati lieta,
Tā nu matērija un dabas spēki tiek ielikti
vienā maisā ar svārstošajām stīgām.
Lūk, ko mēs domājam ar vienotu teoriju,
Lieta tāda.
Jums pētot stīgu teorijas matemātisko daļu,
jums saprotat, ka tā nestrādā
Visumā ar tikai trim telpas dimensijām.
Tas nestrādā Visumā ar četrām telpas dimensijām, nedz piecām, nedz sešām.
Visbeidzot, jūs varat pētīt vienādojumus, kas liek saprast, ka tas strādā
tikai Visumā ar 10 telpas dimensijām
un vienu laika dimensiju.
Tas mūs noved atpakaļ pie Kalucas un Kleina domas,
ka mūsu pasaulē, to pienācīgi aprakstot,
ir vairāk dimensiju, nekā tās, kuras mēs redzam.
Jūs varētu par to aizdomāties un teikt:
Labi, ziniet, ja mums patiešām ir papildu dimensijas, kas ir rūpīgi savītas,
jā, iespējams mēs tās neredzēsim, ja tās ir pietiekami mazas.
Taču, ja tur lejā staigā mazmazītiņa zaļu cilvēciņu civilizācija,
kura ir gana maza, lai mēs to neredzētu. Tā ir tiesa.
Viena no citām stīgu teorijas prognozēm,
nē, tā nav viena no citām stīgu teorijas prognozēm.
(Smiekli)
Taču tas raisa jautājumu:
vai ne bez iemesla šīs papildu dimensijas ir apslēptas
vai varbūt tās mums var pavēstīt kaut ko par šo pasauli?
Turpmākajā laikā, es vēlētos jums pastāstīt par divām tās īpatnībām.
Pirmkārt, daudzi no mums uzskata, ka šīs papildu dimensijas
sniegs atbildi uz teorētiskās fizikas, teorētiskās zinātnes
iespējams būtiskāko jautājumu.
Jautājums ir šāds: mums paskatoties apkārt uz pasauli,
kā zinātnieki to pēdējos simts gadu ir darījuši,
tā vien šķiet, ka ir apmēram 20 skaitļi, kas patiesi apraksta mūsu Visumu.
Šie skaitļi ir, piemēram, masa tādām daļiņām
kā elektroni un kvarki, gravitācijas spēks,
elektromagnētiskais spēks,
kopā apmēram 20 skaitļu uzskaitījums,
kuri ir noteikti ar apbrīnojamu precizitāti,
taču neviens nav spējis izskaidrot,
kādēļ šiem attiecīgajiem skaitļiem ir tieši tādas vērtības.
Tātad vai stīgu teorija piedāvā atbildi?
Vēl ne.
Taču mēs uzskatam, ka šo skaitļu vērtību izskaidrojumu varētu
sniegt papildu dimensiju forma.
Brīnišķīgākais ir, ka, ja šo skaitļu
zināmo vērtību vietā būtu citas,
Visums, kādu mēs to pazīstam, nepastāvētu.
Šis ir nopietns jautājums.
Kādēļ šie skaitļi ir tik ļoti pielāgoti tam,
lai zvaigznes varētu spīdēt un planētas veidoties,
zinot, ka, ja kāds ar šiem skaitļiem sāktu niekoties,
ja pa rokai būtu 20 skaitļi
un ja es ļautu jums uznākt uz skatuves un sākt niekoties ar šiem skaitļiem,
tikpat kā jebkuras izmaiņas tajos sagrautu Visumu.
Vai mēs spējam izskaidrot šos 20 skaitļus?
Stīgu teoriju rosina domāt, ka šiem 20 skaitļiem
ir saistība ar papildu dimensijām.
Ļaujiet man jums parādīt kā.
Tiklīdz mēs stīgu teorijā runājam par papildu dimensijām,
runa nav par tikai vienu papildu dimensiju,
kā tas bija vecākajās Kalucas un Kleina idejās.
Lūk, ko stīgu teorija saka par papildu dimensijām.
Tām ir ļoti bagātīga, starpsaistīta ģeometrija.
Lūk, piemērs, kam tādam, ko pazīstam kā Kalabi Jau forma,
nosaukums nav tik svarīgs.
Taču, kā redzat,
papildu dimensijas salokās pašas sevī
un starpsaistās ļoti interesantā formā un struktūrā.
Doma ir tāda, ka, ja šādi arī izskatās šīs papildu dimensijas,
tad mūsu apkārt esošā Visuma mikroskopiskā ainava
vismazākajā mērogā izskatītos šādi.
Jums pavicinot roku,
jūs atkal un atkal līdzi kustinātu arī šīs papildu dimensijas,
taču tās ir tika mazas, ka mēs tās neievērotu.
Kādi ir šiem 20 skaitļiem atbilstošā fiziskā saistība?
Padomājiet tā. Ja apskatāties uz instrumentu, mežragu,
pievērsiet uzmanību tam, kā gaisa plūsmas svārstības
ir atkarīgas no instrumenta formas.
Stīgu teorijā
visi skaitļi ataino to, kā stīgas var svārstīties.
Tāpat kā šīs gaisa plūsmas
ietekmē instrumenta ieliekumi un izliekumi,
pašas stīgas ietekmē
to svārstību kustības ģeometrija.
Ļaujiet man stāstā iesaistīt stīgas.
Ja jūs pavērojat, kā tās svārstās,
tūlīt būs, ir,
ievērosit, ka tas, kā tās svārstās, ietekmē
papildu dimensiju ģeometrija.
Tā kā, ja mēs zinātu kā tieši izskatās šīs papildu dimensijas,
mēs to nezinām, taču ja zinātu,
mums būtu iespējams izskaitļot pieļaujamās notis,
pieļaujamos svārstību veidus.
Un ja mums izdotos izskaitļot pieļaujamos svārstību veidus,
mums vajadzētu varēt aprēķināt šos 20 skaitļus.
Un, ja mūsu aprēķinos iegūtie skaitļi
būs tādi paši, kā šo skaitļu zināmās vērtības,
kas iegūtas
detalizētā un precīzā eksperimentēšanā,
tas daudzējādā ziņā būtu mūsu pirmais būtiskais izskaidrojums tam,
kādēļ Visuma uzbūve ir tāda, kāda tā ir.
Otrā lieta, ko vēlos izrunāt ir:
kā tiešākā veidā mēs varētu pārbaudīt šīs papildu dimensijas?
Vai tā ir tikai interesanta matemātiska struktūra,
kas, iespējams, var izskaidrot
vairākas iepriekš neizskaidrotas pasaules īpatnības
vai mēs patiešām varam pārbaudīt šo papildu dimensiju esamību?
Manuprāt, tas, ka nākamajos piecos gados
mums būs iespēja pārbaudīt
šo papildu dimensiju esamību, ir ļoti aizraujoši.
Lūk, kā tas notiek, Ženēvā, Šveicē, CERN
tiek būvēta ierīce, kas tiek saukta par Lielo hadronu pretkūļu paātrinātāju.
Šī ierīce ātrumā, kas ļoti tuvs gaismas ātrumam,
pretējos virzienos pa tuneli virzīs daļiņas.
Nereti šīs daļiņas tiek tēmētas viena pret otru,
tādēļ tās iestiecas viena otrā.
Ir cerība, ka, ja sadursme notiks ar pietiekamu spēku,
tās rezultātā varētu rasties atdalījumi,
kas no mūsu dimensijām nokļūtu citās dimensijās.
Kā gan mēs to varētu zināt?
Mēs izmērītu enerģijas daudzumu pēc sadursmes
un salīdzinātu to ar enerģijas daudzumu pirms tās,
un, ja pēc sadursmes enerģija būtu mazāka, nekā pirms tam,
tas būtu pierādījums enerģijas pazušanai.
Un ja tā pazūd pēc atbilstoša un aprēķināma parauga,
tas pierādītu, ka pastāv papildu dimensijas.
Ļaujiet man jums vizuāli atainot šo ideju.
Tātad, iedomājieties, ka mums ir konkrēta daļiņa, gravitons,
kas ir viens no paredzamajiem šāda veida atdalījumiem
gadījumā, ja pastāv papildu dimensijas.
Taču, lūk, kā norisinātos eksperiments.
Mēs paņemam šīs daļiņas. Satriecam tās kopā.
Satriecam tās kopā, un, ja mums ir taisnība,
daļa no šīs sadursmes enerģijas
kļūs par atdalījumiem, kas nokļūs šajās papildu dimensijās.
Šis ir tāda veida eksperiments,
kuru mēs redzēsim apmēram nākamos piecus, septiņus līdz desmit gadus.
Ja šis eksperiments nesīs augļus,
ja mēs novērosim šāda veida daļiņu izdalīšanos,
beigu beigās pāri paliekot mazāk enerģijai,
nekā eksperimenta sākumā,
tas parādīs, ka papildu dimensijas ir reālas.
Man šis ir patiesi ievērojams stāsts
un ievērojama iespēja. Atgriežoties pie Ņūtona ar absolūto telpu,
tas nedeva neko vairāk kā arēnu, skatuvi,
kurā norisinās Visuma notikumi.
Einšteins iet garām un saka:
„Telpa un laiks var savīties un deformēties, tā ir gravitācija.”
Garām iet stīgu teorija un saka:
„Jā, gravitācija, kvantu mehānika, elektromagnētisms,
viss vienā komplektā,
taču tikai tāda gadījumā, ja mums ir vairāk dimensiju par tām, kuras redzam.”
Un šis ir eksperiments, kura rezultātus mēs iespējams uzzināsim sava mūža laikā.
Apbrīnojama iespēja.
Liels paldies.
(Aplausi)