TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
باتريشيا بورخات: تسليط الضوء على المادة المظلمة
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
الفيزيائية باتريشيا بوخارت تسلط الضوء على إثنين من المكونات الأساسية للكون : المادة المظلمة والطاقة المظلمة. وبالرغم من أنها تشكل 96% من المادة الكونية ، فإنه لايمكن قياسهم مباشرة ، ولكن تأثيرهم هائل
Patricia Burchat - Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:18
As a particle physicist, I study the elementary particles
0
0
4000
كعالمة فيزياء مختصة بالجسيمات، أدرس الجسيمات الأولية
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
وكيف تتفاعل مع بعضها البعض في المستوى الأساسي.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
في خلال معظم حياتي المهنية قمت باستخدام مسارعات الجسيمات ،
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
مثل مسارع الإلكترون في جامعة ستانفورد ، الواقع في الطريق الرئيسي ،
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
لدراسة الأشياء على مقياس مصغر.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
ولكن مؤخرا ، أصبحت أوجه تركيزي
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
على الكون على مقياس أكبر.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
لأنه ، كما سأشرح لكم ،
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
الغموض حول الأشياء المتناهية الصغر والأحجام الكبيرة في الحقيقة مترابطان جدا.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
لذلك سأخبركم عن تصورنا للكون في القرن الحادي والعشرين ،
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
مما يتكون الكون وماهي الإجابات التي نبحث عنها في علم الفيزياء --
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
على الأقل البعض من الإجابات المهمة التي نبحث عنها.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
ومؤخرا جدا ، أدركنا أن
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
المادة الطبيعية في الكون --
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
وعندما أقول المادة الطبيعية أعني أنتم ، حسنا ، أنا
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
الكواكب ، النجوم ، المجرات --
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
المادة الطبيعية تكون فقط نسبة بسيطة
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
من المادة المكونة للكون.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
و ربع المادة المكونة للكون ، أو تقريبا ربع
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
المادة الكونية ، هي أشياء غير مرئية.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
وعندما أقول غير مرئية أعني أنها لا تمتص موجات الطيف الكهرومغناطيسي.
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
ولا تبعث الطيف الكهرومغناطيسي ولا تعكسه.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
بل إنها لا تتفاعل مع موجات الطيف الكهرومغناطيسي ،
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
وهو ما نستخدمه للتعرف على الأجسام الكونية.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
لا تتفاعل معه مطلقا. إذن كيف علمنا بوجودها ؟
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
نحن نعلم بوجودها بسبب تأثير جاذبيتها.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
في الحقيقة ، المادة المظلمة تسيطر على
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
تأثير الجاذبية في الكون كله على مقياس أكبر ،
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
وسأخبركم عن أدلة على ذلك.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
ولكن ماذا عن تكملة الرسمة ؟
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
تكملة الرسمة عبارة عن شيء غامض جدا يسمى الطاقة المظلمة.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
سنتحدث عنه لاحقا ، حسنا.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
اذا الان ، لنتحدث عن الأدلة على وجود المادة المظلمة.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
في هذه المجرات ، خاصة في مجرة حلزونية مثل هذه ،
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
فإن أغلب الكتلة للنجوم مركزة في وسط المجرة.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
وهذا الكم الهائل من الكتلة لكل هذه النجوم يبقي النجوم في مدار دائري في المجرة.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
لذلك فإن هذه النجوم تدور في دائرة بهذا الشكل.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
وكما نتخيل ، و لو أنكم درستم الفيزياء -- فإن هذا يجب أن يكون بدهيا ، حسنا --
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
أن النجوم التي قريبة من مركز الكتلة ستدور بسرعة أكبر
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
من النجوم التي هي أبعد في هذه المنطقة ، حسنا.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
لذلك من الطبيعي أن نفترض أننا لو قمنا بقياس السرعة المدارية للنجوم ،
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
أنها ستكون أبطء في الأطراف من التي في الداخل.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
وبمعنى اخر ، إذا قمنا بقياس السرعة كمعادلة بمتغير المسافة --
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
هذه هي المرة الوحيدة التي سأعرض فيها رسم بياني ، حسنا --
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
سنتوقع أن السرعة ستقل كلما ازدادت المسافة
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
من مركز المجرة.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
وعندما أخذت هذه القياسات ،
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
بدلا من ذلك وجدنا أن السرعة ثابتة ،
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
مع تغير المسافة.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
وإذا كانت السرعة ثابتة ، هذا يعني أن النجوم هنا
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
تتأثر بتأثير جاذبية لمادة لا نستطيع رؤيتها.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
في الحقيقة ، فإن هذه المجرة وكل المجرات الأخرى
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
تبدوا وكأنها محاطة بسحابة من هذه المادة المظلمة.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
وهذه السحابة من المادة أكثر كروية من المجرات نفسها
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
وتتمدد حول نطاق أكبر بكثير من المجرة
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
نحن نرى المجرة لذا نركز فيها ، بينما أنها في سحابة ضخمة من المادة المظلمة
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
وهو ما يسيطر على بنية المجرة وحركتها.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
بل إن المجرات لا تنتشر في الفضاء عشوائيا ؛
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
ولكن تتجه إلى التجمع.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
وهذا مثال على تجمع مشهور جدا للمجرات يدعى : تجمع كوما ( Coma )
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
وهناك الالاف من المجرات في هذا التجمع.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
إنها عبارة عن تجمع بيضوي غامض أبيض اللون.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
وهذه التجمعات للمجرات -- إذا أخذنا صورة لها في هذه اللحظة ،
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
وأخذنا صورة لها بعد عشر سنوات -- ستبدوا متطابقة.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
ولكن في الحقيقة فإن هذه المجرات تتحرك بسرعة هائلة جدا.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
إنها تدور بسبب نطاق جاذبية ذلك التجمع الهائل ، حسنا.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
إذاً كل هذه المجرات تتحرك.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
وبإمكاننا قياس سرعة المجرات ، السرعة المدارية ،
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
وبالتالي معرفة كمية الكتلة التي في هذا التجمع.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
ومرة أخرى ، نجد أن هناك كمية من الكتلة أكبر بكثير
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
من مجموع الكتلة للمجرات التي نراها.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
أو إذا نظرنا إلى أجزاء أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي ،
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
نلاحظ وجود الكثير من الغاز في هذا التجمع ،
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
ولكن ذلك لا يفسر كمية الكتلة الموجودة أيضا.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
في الحقيقة ، هناك عشرة أضعاف الكتلة
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
على شكل مادة غير مرئية ، أو مادة مظلمة
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
من المادة الطبيعية ، حسنا.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
سيكون من الأفضل لو أننا استطعنا رؤية تلك المادة مباشرة.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
حيث أنني أرمز لها بتلك الفقاعة الزرقاء الكبيرة ، حسنا ،
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
لأحاول تذكيركم بوجودها هناك.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
هل بالإمكان رؤيتها بالعين ؟ نعم ، نستطيع ذلك.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
سأريكم الان كيف بإمكاننا رؤيتها.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
إذا كان هناك مراقب:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
قد تكون عين مجردة أو منظار فلكي.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
ولنفترض أن هناك مجرة ما في الكون.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
كيف سنرى المجرة ؟
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
سينطلق شعاع من الضوء من المجرة ويسافر عبر الكون
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
ربما لمليارات من السنين
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
قبل أن يصل إلى المنظار الفلكي أو العين.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
الان ، كيف سنستدل على موقع المجرة ؟
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
حسنا ، نستدل على ذلك عن طريق اتجاه الشعاع الضوئي
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
عندما يصل إلى أعيننا ، أليس كذلك ؟
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
لذلك نقول ، أن شعاع الضوء قادم من هذا الإتجاه ؛
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
يجب أن تكون المجرة هناك ، حسنا.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
لنفترض الان أنني وضعت تجمعا من المجرات في الوسط --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
ولا تنسوا المادة المظلمة ، حسنا.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
والان ، إذا افترضنا أشعة مختلفة من الضوء ، أحدها يتجه بهذا الإتجاه ،
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
والان علينا أن نأخذ بالحسبان
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
ما توقعه أينشتاين عندما طور النظرية النسبية العامة.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
وهي أن مجال الجاذبية ، وبسبب الكتلة ،
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
يسبب انحرافا ليس في مسار الجسيمات فقط ،
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
بل في مسار الضوء أيضا.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
لذلك فإن شعاع الضوء هذا لن يستمر في مسار مستقيم ،
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
ولكن سينحني ومن ثم يصل إلى أعيننا.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
ولكن أين سيتوقع المراقب مكان المجرة ؟
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
بإمكانكم الإجابة. بالأعلى أليس كذلك ؟
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
سنقوم بالتقدير بأن المجرة هناك في الأعلى.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
هل هناك أي شعاع اخر من الضوء
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
من الممكن أن يصل من المجرة إلى عين المراقب ؟
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
نعم ، عظيم. أرى البعض يشير إلى هناك بالأسفل.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
إذا شعاع اخر من الضوء قد يتجه إلى الأسفل ، وسينحني
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
حتى يصل إلى عين المراقب ،
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
وسيرى المراقب شعاعا من الضوء هنا.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
والان وبالأخذ بالإعتبار أننا نعيش في
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
كون ثلالثي الأبعاد ، حسنا ،
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
فضاء ثلاثي الأبعاد.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
هل هناك أي أشعة ضوء أخرى قد تصل إلى عين المراقب ؟
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
نعم ! الأشعة ستكون على شكل -- أحب أن أرى ذلك -- مخروط منطلق من المجرة.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
إذا هناك مجموعة من الأشعة الضوئية -- أشعة ضوئية على شكل مخروط --
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
والتي ستنحني بسبب ذلك التجمع من المجرات
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
ومن ثم تصل إلى عين المراقب.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
وإذا كان هناك مخروطا من الأشعة الضوئية يصل إلى عيني ، فماذا يجب أن أرى ؟
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
دائرة ، حلقة. تدعى حلقة أينشتاين -- أينشتاين توقع ذلك ، حسنا.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
والان ، ستكون حلقة مكتملة فقط إذا كان المصدر ، ومسبب الإنحناء ،
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
وكرة العين ، في هذه الحالة ، في خط مستقيم.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
وإذا كان هناك انحراف بسيط ، سنرى صورة مختلفة.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
بإمكانكم الان القيام بتجربة هذا المساء في الردهة ، حسنا ،
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
لمعرفة كيف ستبدو الصورة.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
لأنه تبين أن هناك نوع من العدسات من الممكن أن نوصي بها ،
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
والتي لديها الشكل المناسب لإنتاج هذا النوع من الإنعكاس.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
نسمي هذه عدسات الجاذبية.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
إذا هذه هي معداتكم ، نعم.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(ضحك)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
ولكن تجاهلوا الجزء الأعلى.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
أريدكم أن تركزوا في القاعدة ، حسنا.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
بالفعل ، في المنزل ، عندما نكسر كأس النبيذ ،
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
أحتفظ بالقاعدة ، ثم اخذها إلى الورشة.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
ونقوم بتشذيبها ، فأكون قد حصلت على عدسة الجاذبية ، نعم.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
لديها الشكل المناسب للحصول على الإنعكاس المطلوب.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
لذلك المطلوب عمله الان من أجل التجربة ،
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
الحصول على قماش منديل. استخدمت ورق الرسم البياني؛ لأنني فيزيائية. (ضحك)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
إذاً منديل. أرسم رسمة مصغرة للمجرة في الوسط.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
والان دع العدسة فوق المجرة ،
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
وستلاحظ أنك سترى حلقة ، حلقة أينشتاين.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
والان حرك القاعدة جانبيا ،
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
وستنفصل الحلقة وتصبح على شكل قوس ، نعم.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
وبإمكانكم تحريك العدسة فوق أي صورة.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
ففي ورق الرسم البياني ستلاحظون
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
كيف أن كل الخطوط البيانية قد انحرفت.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
ومرة أخرى ، هذا نموذج متطابق ودقيق
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
لما يحدث في الإنعكاس بسبب الجاذبية.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
حسنا ، السؤال الان هو : هل نرى ذلك بالفعل في الفضاء ؟
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
هل نرى فعليا أقواس في الفضاء عندما ننظر ، لنقل ، إلى تجمع من المجرات ؟
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
والإجابة هي : نعم.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
وهذه صورة من المنظار الفضائي هابل.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
والكثير من الصور التي ترونها
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
صور قديمة من المنظار الفضائي هابل.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
حسنا ، أولا ، بالنسبة للمجرات الذهبية اللون --
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
هذه هي المجرات التي في التجمع.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
إنها المجرات التي تسبح في بحر من المادة المظلمة
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
التي تسبب انحناء الضوء
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
والذي بدوره يسبب الخدعة البصرية ، أو سرابا ، فعليا ،
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
للمجرات التي في الخلف.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
إذن الأشعة الضبابية التي ترونها ، كل تلك الأشعة ،
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
هي بالفعل صورة مشوهة لمجرات بعيدة جدا.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
لذا ما نستطيع قياسه الان ، يعتمد على كمية التشوه الحاصل
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
في تلك الصور ، وبالتالي قياس كمية الكتلة
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
الموجودة في ذلك التجمع للمجرات.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
وتلك كمية ضخمة جدا من الكتلة.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
ويمكنكم أيضا ، بالعين المجردة ، وبالنظر إلى هذا ،
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
أن تلاحظوا أن هذه الأقواس ليست مركزة في مجرات بعينها؛
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
ولكن في تركيبة موزعة ومنتشرة.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
وتلك هي المادة المظلمة
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
التي تحتوي ذلك التجمع من المجرات ، حسنا.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
هذه أفضل صورة لمشاهدة تلك المادة المظلمة
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
على الأقل لمشاهدة التأثير الذي تحدثه تلك المادة المظلمة.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
مراجعة سريعة الان ، للتأكد من إلمامكم بالموضوع.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
إذاً الدليل الذي لدينا على أن
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
ربع الكون عبارة عن مادة مظلمة --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
تلك الجاذبية الهائلة --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
هي أن المجرات ، والسرعة التي تدور بها النجوم فيها
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
كبيرة جدا؛ لدرجة أنه لابد أن تكون محاطة بمادة مظلمة.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
والسرعة التي تدور بها أيضا المجرات في داخل التجمعات هائلة جدا؛
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
لدرجة أنها لابد أن تكون أيضا محاطة بمادة مظلمة.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
ونستطيع أن نرى تأثير الإنعكاس بسبب الجاذبية ، وذلك التشويه في الصورة
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
وذلك يؤدي أيضا إلى أن التجمعات كذلك لابد أن تحاط بمادة مظلمة.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
حسنا. الان لننتقل إلى الطاقة المظلمة.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
لفهم الأدلة على وجود الطاقة المظلمة ، علينا مناقشة شئ ما
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
شرحه ستيفن هوكينج في المناقشة السابقة.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
وهي حقيقة أن الفضاء نفسه في حالة تمدد.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
لذا فإذا تخيلنا قسما من الفضاء اللا متناهي ، حسنا ،
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
ووضعنا فيه أربعة مجرات حلزونية ، حسنا.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
ولو تخيلنا وجود خطوط لقياس المسافات ،
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
لذا فإن كل خط هنا يمثل مقياسا --
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
أفقيا أو عموديا -- لتحديد أماكن الأجسام.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
إذا استطعنا من فعل ذلك ، فإننا سنجد
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
أننا مع كل يوم يمر ، وكل سنة تمر ،
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
وبعد مرور مليارات من السنين ، حسنا ،
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
المسافة بين المجرات ستزداد.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
وليس ذلك بسبب تحرك المجرات
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
متباعدة عن بعضها في الفضاء
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
بل إنها قد لا تتحرك في الفضاء.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
لكنها تتباعد عن بعضها
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
بسبب تمدد الفضاء نفسه ، حسنا.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
وهذا هو معنى تمدد أو توسع الكون.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
لذلك فإن المجرات في تباعد دائم.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
والان ماذكره ستيفن هوكينج ، أيضا ،
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
أنه بعد الإنفجار العظيم ، تمدد الفضاء بمعدل عالي جدا.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
ولكن بسبب قوى الجاذبية للمادة
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
التي تملأ هذا الفضاء ،
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
فإنها تسبب في إبطاء حركة تمدد الفضاء .
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
لذا فإن التمدد يتباطأ مع مرور الزمن.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
ففي القرن الأخير ، اختلف العلماء
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
عما إذا كان هذا التمدد في الفضاء سيستمر للأبد ،
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
أو أنه سيتباطأ ، كما تعرفون ،
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
سيتباطأ ، ولكن يستمر إلى الأبد.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
أو أنه سيتباطأ ومن ثم يتوقف ، أو يتجه نحو التوقف ،
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
أو أنه سيتباطأ ، ثم يقف ، ثم يعكس الإتجاه ، ويبدأ بالإنكماش مرة أخرى.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
لذا قبل نحو أكثر من عشر سنوات بقليل ،
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
قامت مجموعة من الفيزيائيين وعلماء الفلك
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
بدراسة معدل التباطؤ
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
في سرعة تمدد الفضاء .
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
أو ماهو معدل التباطؤ في التمدد الحاصل اليوم
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
مقارنة ، لنقل ، بمعدل التباطؤ قبل بضع مليارات من السنين ؟
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
الإجابة المروعة لهذا السؤال ، نعم ، من تلك التجارب ،
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
هي أن الفضاء في معدل تمدد أكبر اليوم ،
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
من قبل بضع مليارات من السنين .
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
لذا فإن الحقيقة هي أن الفضاء في تمدد بسرعة أكبر.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
وهذه كانت مفاجأة كبرى.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
لم يكن هناك من نظرية أو فرضية مقنعة لتفسير ذلك ، حسنا.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
ولم يكن أحد ليتوقع تلك النتيجة.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
بل كانت عكس كل التوقعات.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
لذلك فنحن بحاجة إلى شيء يفسر كل ذلك.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
والان تبين ، بالمسائل الرياضية ،
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
أنه بإمكاننا حسابها كمتغير للطاقة.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
ولكنها نوع مختلف جدا من الطاقة
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
بل عن أي شيء رأيناه من قبل.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
نسميها الطاقة المظلمة ،
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
ولديها ذلك التأثير المسبب لتمدد الفضاء.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
ولكن ليس لدينا سبب جيد
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
لوضعها هناك في هذه اللحظة ، نعم.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
إذ أنه ليس لدينا تفسير مقنع لوضعها هناك.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
الان ، في هذه المرحلة ، أريد التأكيد لكم
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
أولا ، أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
شيئان مختلفان تماما ، نعم.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
هناك بالفعل لغزين بخصوص المواد التي يتكون منها الكون ،
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
ولكل منهما تأثير مختلف جدا.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
المادة المظلمة ، بسبب تأثير قواها الجاذبية
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
فهي تساعد على بناء التجمعات ، حسنا.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
لذلك فإنها تساعد على بناء تجمعات للمجرات ،
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
بسبب كل تلك القوى من الجاذبية.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
أما الطاقة المظلمة ، من جهة أخرى ،
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
فهي تسبب في خلق الكثير من المساحات بين المجرات.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
وبالتالي تجعل -- قوى التجاذب بينها -- أقل ،
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
ولذلك فهي تقاوم بناء التجمعات.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
إذا عندما ننظر إلى تجمعات المجرات ،
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
وكيف أن -- كثافتها العددية ،
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
ونسبة ازدياد الكثافة مع مرور الوقت --
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
نستطيع معرفة كيف أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
يتنافسون فيما بينهم في تكوين بنية التجمعات المجرية.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
وبالمقارنة مع المادة المظلمة ، قلت لكم أنه ليس لدينا ،
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
كما تعرفون ، أي فرضية مقنعة بالنسبة للطاقة المظلمة.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
ولكن هل لدينا فرضية مقنعة للمادة المظلمة ؟ والإجابة هي : نعم.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
لدينا مرشح "مدعوم" للمادة المظلمة.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
والان ، ماذا أعني عندما أقول "مدعوم" ؟
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
أعني أننا نملك نظريات رياضية متسقة
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
والتي كانت في الحقيقة
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
لتفسير ظواهر مختلفة جدا ،
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
أشياء لم أتحدث عنها أصلا ،
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
ولكنها جميعا تتوقع وجود
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
مادة جديدة ولا تترك أثرا.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
وهذا مانبحث عنه بالضبط في الفيزياء:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
عندما تأتي توقعات من نظرية رياضية متماسكة
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
والتي طورت في الأصل لشيء مختلف جدا.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
ولكننا لا نعلم حتى الان ما إذا كانت تلك
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
هي فعليا المادة المظلمة المرشحة.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
أحدهما أو كلاهما ، من يعرف ؟ وقد تكون شيئا مختلفا كليا.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
الان ، نحن نبحث عن جسيمات تلك المادة المظلمة
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
لأنها في النهاية ، متواجدة هنا في القاعة ، نعم ،
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
وهي لم تدخل عبر الباب.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
لأنها تعبر من خلال الأشياء.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
بإمكانها العبور من خلال المبنى ، من خلال الكرة الأرضية؛
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
ليس لها أي أثر.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
لذلك فإن إحدى الطرق للبحث عنها هي عبر بناء جهاز كاشف
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
حساس جدا لجسيمات المادة المظلمة العابرة ويصطدم بها
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
و ستدق البلورة حينها إذا حدث ذلك.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
لذلك فإن أحد زملائي القريبين وبعض من المتعاونين معه
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
بنوا ذلك الجهاز.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
ووضعوه عميقا في الأسفل في منجم حديدي في مينيسوتا ،
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
حسنا ؟ -- عميقا جدا تحت الأرض -- في الحقيقة ، في اليومين الأخيرين
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
أعلنوا أكثر النتائج أهمية حتى الان.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
لم يروا شيئا ، نعم ، ولكنها بينت حدود كمية الكتلة
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
و مقياس تفاعل جسيمات تلك المادة المظلمة.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
وسيكون هناك منظار فلكي فضائي لاحقا هذه السنة.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
وسيتم توجيهه باتجاه وسط المجرة ،
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
لمعرفة ما إذا كانت جسيمات المادة المظلمة ستخفي
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
أو تنتج أشعة جاما والتي من الممكن كشفها بواسطة ذلك المنظار.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
ومسارع الجسيمات الفيزيائية LHC ،
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
والذي سيعمل لاحقا في هذه السنة.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
من المحتمل أن ينتج جسيمات المادة المظلمة
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
بداخل المسارع.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
ولكن لأن تلك الجسيمات لا تترك أثرا ،
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
فإنه لا يمكن كشفها ،
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
ولكن الدليل على وجودها سيكون فقدان بعض من الطاقة ، حسنا.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
والان ولسوء الحظ ، فهناك الكثير من الأسباب الفيزيائية
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
التي تسبب فقدان جزء من الطاقة ،
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
وسيكون من الصعب تحديد الفرق.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
وأخيرا ، وللمحاولات المستقبلية ، يتم تصميم منظار خاص
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
للإجابة على الأسئلة عن المادة المظلمة والطاقة المظلمة:
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
منظار فلكي أرضي. وهناك ثلاثة مناظير فلكية فضائية
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
والتي تتنافس فيما بينها الان
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
للإنطلاق إلى الفضاء لدراسة المادة المظلمة والطاقة المظلمة.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
لذا فالأسئلة المهمة هي :
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
ماهي المادة المظلمة ؟ وماهي الطاقة المظلمة ؟
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
وهي الأسئلة الأهم التي تواجه علم الفيزياء.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
وإنني متأكدة تماما أنكم تملكون الان الكثير من الأسئلة.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
والتي أتطلع للإجابة عليها
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
خلال الـ 72 ساعة القادمة أثناء تواجدي هنا ، نعم. شكرا لكم.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(تصفيق)
ABOUT THE SPEAKER
Patricia Burchat - Particle physicistPatricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe.
Why you should listen
Patricia Burchat studies the universe's most basic ingredients -- the mysterious dark energy and dark matter that are massively more abundant than the visible stars and galaxies. She is one of the founders of the BaBar Collaboration at the Stanford Linear Accelerator Center, a project that's hoping to answer the question, "If there are as many anti-particles as there are particles, why can't we see all these anti-particles?"
She's a member of the Large Synoptic Survey Telescope project, which will allow scientists to monitor exploding supernovae and determine how fast the universe is expanding -- and map how mass is distributed throughout the universe. She's also part of Fermilab Experiment E791, studying the production and decay of charmed particles. Burchat received a Guggenheim Fellowship in 2005.
Patricia Burchat | Speaker | TED.com