TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Патриша Бърчат хвърля светлина върху тъмната материя
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
Физикът Патриша Бърчат хвърля светлина върху двата основни елемента на Вселената - тъмната материя и тъмната енергия. Макар че си поделят 96% от състава на Вселената, те не могат да бъдат измерени; въпреки това въздействието им е огромно.
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
Като атомен физик, аз изследвам елементарните частици
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
и как те си взаимодействат на първично ниво.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
През по-голямата част от изследователската си кариера аз използвам ускорители,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
като електронния ускорител в Станфордския университет,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
за да изучавам частиците с най-малък размер.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
От известно време обаче обърнах вниманието си
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
върху глобалните неща във Вселената.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Защото -- както ще стане ясно --
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
въпросите, отнасящи се до най-малките и най-големите явления, са взаимосвързани.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Ще ви разкрия как гледаме на Вселената през 21 век,
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
от какво е направена, и кои въпроси стоят пред физичните науки --
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
или поне най-важните от тях.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
Наскоро осъзнахме,
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
че обикновената материя във Вселената --
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
под обикновена имам предвид вас, мен,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
планетите, зведите, галактиките --
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
тази материя образува само няколко процента
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
от състава на Вселената.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Около една четвърт (или почти толкова)
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
от материята на Вселената е невидима.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
Под невидима имам предвид, че не се абсорбира от електромагнитния спектър.
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
Не се излъчва в електромагнитния спектър. Не се отразява.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Не се влияе от електромагнитния спектър,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
а той е нашият основен детектор.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Не се влияе от нищо. Как тогава знаем, че е там?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
Знаем, че съществува заради гравитационния й ефект.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
Всъщност, тази тъмна материя доминира
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
гравитационните ефекти във Вселената в голям мащаб,
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
и смятам да ви предоставя доказателства за това.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
Какво имаме още тук?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
Останалата част от пая заема тази мистериозна субстанция, наречена тъмна енергия.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
Повече за нея след малко.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
Засега нека се заемем с тъмната материя.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
В някои галактики, особено в спираловидните като тази,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
по-голямата част от масата на звездите е концентрирана в средата на галактиката.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
Огромната обща маса на тези звезди ги държи в кръгообразна орбита.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
Така че звездите обикалят в окръжности като тази.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
Както можете да си представите, по законите на физиката, дори по интуиция --
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
звездите, които са по-близо до централната част, се въртят по-бързо
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
от тези в периферията.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Така че ако измервате орбиталната скорост на звездите,
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
тя трябва да е по-бавна по краищата, отколкото в средата.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
С други думи, ако погледнем на скоростта като функция на разстоянието --
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
това ще е единствената графика, която ще покажа --
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
скоростта на въртене би трябвало да намалява при увеличаване на дистанцията
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
от центъра на галактиката.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
Когато направихме измервания, обаче,
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
открихме, че скоростта си остава постоянна
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
като функция на разстоянието.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Това означава, че най-външните звезди
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
изпитват ефекти на гравитацията, които не са ни познати.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
Всъщност, тази, както и всяка друга галактика
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
изглежда са обхванати от облак от тази невидима тъмна материя.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
Този облак от материя е доста по-сферичен от самите галактики
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
и се простира на много по-голяма площ от тях.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
Ние се фиксираме само върху галактиката, а всъщност облакът от тъмна материя
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
е доминиращ за нейната структура и динамика.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
Галактиките не са безразборно разпръснати в пространството;
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
те проявяват склонност към групиране.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
Това е пример за една доста известна галактична група : клъстерът Кома.
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
В него има хиляди галактики.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
Те са тези бели, мъгляви, елипсовидни обекти тук.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Ако заснемем сега тези галактични групи,
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
и още веднъж след 10 години -- те ще изглеждат идентично.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
Но тези галактики в действителност се движат с изключително висока скорост.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
Те се въртят в гравитационната среда на своя клъстер.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Така че те се движат.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
Ние можем да измерим скоростта на галактиките, техните орбитални скорости,
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
и да разберем каква е масата на целия клъстер.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
И отново откриваме, че масата там е много повече,
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
отколкото може да бъде обяснено от галактиките, които виждаме.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Или ако погледнем към друг аспект от електромагнитния спектър,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
виждаме също, че в клъстера има много газове.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
Това обаче не дава обяснение за тази маса.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
В действителност се оказва, че плътността в невидимата
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
или тъмна материя е 10 пъти повече,
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
отколкото в обикновената материя.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Щеше да е добре да можем да видим тъмната материя.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Слагам това синьо петно тук,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
за да ви припомням, че съществува.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
Можем ли да я визуализираме? Да, можем.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Нека ви покажа как може да стане това.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
Първо ни трябва наблюдател:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
може да е око, а може и телескоп.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
После допускаме, че тук във Вселената има галактика.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Как бихме могли да я видим?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Лъч светлина напуска галактиката и пътува през Вселената
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
може би милиарди години
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
преди да бъде уловен от окото или телескопа.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Сега, как разбираме къде е галактиката?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
Правим заключение от посоката, от която лъчът навлиза
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
в зрителното ни поле, нали?
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
Да кажем, че лъчът идва оттук;
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
галактиката трябва да е там.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
Да предположим, че по средата сложа клъстер от галактики --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
без да забравяме за тъмната материя, нали.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Ако вземем нов светлинен лъч, идващ оттук,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
трябва да имаме предвид
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
предвиждането на Айнщайн, което развива с теорията на относителността.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
А то е, че в следствие на масата, гравитационното поле
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
отклонява не само траекторията на частиците,
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
но и самата светлина.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Така че светлинният лъч няма да се движи в права линия,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
а по-скоро ще се превие преди окото ни да го улови.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Къде наблюдателят ще види галактиката?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Може да реагирате. Тук горе, нали?
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
Правим изчисленията и предполагаме, че галактиката е тук.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Възможно ли е друг лъч светлина
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
да навлезе в полезрението от тази галактика?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Да, страхотно. Виждам няколко души да кимат.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Значи лъчът може да отиде надолу, да се превие
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
в противоположна посока,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
и после да навлезе в полезрението на наблюдателя.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Сега, имайте предвид факта, че живеем
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
в триизмерна Вселена,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
триизмерно пространство.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Могат ли други светлинни лъчи да достигнат окото?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
Да! Те биха изглеждали като събрани във фуния.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Така че имаме група от лъчи -- сноп от лъчи --
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
който ще бъде превит от клъстера
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
и ще достигне до наблюдателя.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Ако цял сноп лъчи навлезе в зрителното ни поле, какво ще видим?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Окръжност, кръг. Нарича се пръстенът на Айнщайн -- той го е предсказал.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Ние ще видим този пръстен, само ако източникът, препятствието
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
и окото се намират в идеално права линия.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Ако траекторията малко се изкриви, ще видим друг образ.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Може да направите експеримент довечера на приема,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
за да видите как ще изглежда.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Защото се оказва, че може сами да си направим лупа,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
която има идеалната форма да възпроизведе този ефект.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
Наричаме я гравитационна леща.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Така, това е вашия материал.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
...
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Горната част не ви трябва.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
Концентрирайте се върху поставката.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
Така че, ако счупя винена чаша у дома,
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
не изхвърлям долната част, а я занасям на майстор.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
След като я полира, моята малка гравитационна леща е готова.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Има правилната форма да възпроизведе опита.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
Следващото нещо, което трябва да направите,
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
е да вземете салфетка. Аз използвах милиметрова хартия, нали съм физик.
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Значи, салфетка. Нарисувайте малка галактика по средата.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
Поставете лещата върху галактиката
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
и ще видите пръстенът на Айнщайн.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Сега, преместете леко настрани --
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
и пръстенът ще се раздели на отделни арки.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Може да изпробвате метода с други изображения.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
Забележете как линиите
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
на милиметровата хартия се разкривиха.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
Това е едно доста точно пресъздаване
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
на това, как действа гравитационната леща.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
Така, въпросът е: виждаме ли всичко това в небето?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Виждаме ли подобни арки, когато наблюдаваме клъстер от галактики?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
Отговорът е : да.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Нека видим снимка, направена от телескопа Хъбъл.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Много от снимките, които виждате,
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
са също от Хъбъл, направени преди време.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Да започнем с галактиките със златен ореол --
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
това са галактиките в клъстера.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Те са тези, обхванати в морето от тъмна енергия,
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
които предизвикват прегъването на светлината
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
да причинява оптични илюзии (или миражи)
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
на галактиките, които са на заден план.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
По същество отблясъците, които виждате,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
са изкривени отражения на галактики, които се намират доста по-далече.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Това, което правим, се базира на степента на изкривяване
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
на тези отражения, т.е. можем да изчислим
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
колко маса има в клъстера.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
Получаваме огромни числа.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Сигурно и вие забелязвате,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
че светлинните арки не са съсредоточени върху единични галактики,
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
а около една по-голяма структура.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
Това е тъмната материя,
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
която обгръща клъстера.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Tова е най-лесният начин да добиете представа
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
с просто око какъв ефект има тъмната материя.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Да преговорим набързо, за да знам, че сте разбрали.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
Доказателствата, с които разполагаме
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
за това, че съставът на една четвърт от Вселената е тъмна материя --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
вещество със силен гравитационен ефект --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
е, че скоростта, с която звездите обикалят около галактиките
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
е прекалено висока; трябва да са обхванати от тъмна материя.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
Скоростта, с която галактиките се движат в орбита в клъстера е също прекалено висока;
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
би трябвало да са заобиколени от тъмна материя.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
Видяхме и ефектите от гравитационното изкривяване. Те доказват отново,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
че клъстерите са обхванати от тъмната материя.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Добре. Сега да обърнем внимание на тъмната енергия.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
За да разберем същността й, трябва да дискутираме това,
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
на което Стивън Хокинг се позова в лекцията си.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
А то е, че Космосът се разширява.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Нека си представим част от безкрайната Вселена,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
а тук да поставим четири спирални галактики.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
Сега си представете това пространство разграфено
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
така, че всяка линия да съответства --
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
хоризонтално и вертикално -- на местоположението на обектите.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Ако го направим, ще открием
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
че всеки ден, година,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
с течение на милиардите години
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
разстоянието между галактиките се увеличава.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
И това не се случва, защото галактиките се отдалечават
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
една от друга в пространството;
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
не всички обезателно се движат.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Те се раздалечават, защото
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
пространството расте само по себе си.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Това се нарича разширяване на Вселената.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Обектите се отдалечават едни от други.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Стивън Хокинг още спомена, че след Големия Взрив
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
Космосът е започнал да се разширява със страхотна скорост.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Но тъй като гравитационно привличащата материя
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
e също част от пространството,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
тя предполага забавяне на разширяването.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
С течение на времето то се забавя.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
През последното столетие се водеха спорове,
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
дали разширяването на Вселената ще продължава вечно,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
дали ще намалее, или
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
ще се забавя, но няма да престане.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
Може постепенно (или инцидентно) да спре,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
може да се забави, спре, после в обратен ред отново да се свие.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Преди малко повече от десет години
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
два екипа от физици и астрономи
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
се заеха да измерят степента,
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
с която Вселената забавя разширението си.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
С други думи, колко по-бавно се разгръща днес,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
в сравнение с няколко милиарда години назад.
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
Потресаващият резултат от тези експерименти бе,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
че Космосът днес се разширява по-бързо,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
отколкото преди няколко милиарда години.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Т.е. скоростта не се забавя, а увеличава.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Това беше напълно неочакван отговор.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Няма убедително теоретично доказателство защо това е така.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Никой не можеше да предположи, че откритието ще бъде такова.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Това беше точно обратно на очакваното.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Трябваше ни нещо, за да можем да си го обясним.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Оказа се, че в математиката
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
може да се изчисли като вид енергия.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
Само че това е доста по-различен вид енергия
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
от тази, която познаваме.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Нарекохме я тъмна енергия,
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
и тъкмо тя е причината Космосът да се разширява.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Въпреки това не можем да се мотивираме достатъчно,
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
че тя съществува.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Нямаме обяснение за нейното съществуване.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
Веднага искам да подчертая,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
че преди всичко, тъмната материя и тъмната енергия
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
са две напълно различни неща.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Те са двете мистериозни съставки, които образуват по-голямата част от Вселената,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
и всяка една от тях има различно въздействие.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
Поради гравитационното си привличане, тъмната материя
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
има склонност да въздейства върху растежа на структурите.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Галактическите клъстери се формират именно поради
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
този ефект на гравитационно привличане.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
От друга страна, тъмната енергия
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
постоянно увеличава пространството между галактиките.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Тя намалява гравитационното привличане помежду им
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
и по този начин възпрепятства растежа на структурите.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Така че ако наблюдаваме например галактическите клъстери --
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
доколко плътността им се увеличава,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
и как броят им нараства като функция на времето --
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
можем да научим как тъмната материя и тъмната енергия
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
си противодействат една на друга във формообразуването.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
Както споменах, от гледна точка на тъмната материя, ние нямаме
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
убедително доказателство за наличието на тъмна енергия.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Съществуват ли такива за самата тъмна материя? Отговорът е: да.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Разполагаме с добре обосновани доводи за нея.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Какво имам предвид под "добре обосновани"?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Това, че имаме математически логични теории,
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
които използвахме, за да обясним
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
съвсем различен феномен,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
теории, за които дори не съм споменала,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
всяка от които предрича съществуването
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
на нова частица със слабо взаимодействие.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Така става във физиката:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
откритията идват от математически последователни теории,
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
които обикновено са предназначени за нещо друго.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Не сме съвсем сигурни, дали наистина сме открили
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
истинския кандидат за тъмна материя.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Може би един или два стават, кой знае? Може пък да е нещо съвсем различно.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Опитваме се да открием кои са частиците на тъмната материя,
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
защото в края на краищата те са тук в залата,
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
и не са влезли през вратата.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Те преодоляват всичко.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Могат да преминат през тази сграда, през Земята;
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
за такова слабо въздействие става дума.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Един от начините да ги открием, е да измайсторим детектор,
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
който да е изключително чувствителен при съприкосновение с частици на тъмната материя.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Например кристал, който да зазвъни, когато това се случи.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Недалеч оттук, един мой колега и неговите сътрудници
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
построиха такъв детектор.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
Поставили са го в една желязна мина в Минесота
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
дълбоко под земята. Всъщност, преди няколко дни
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
детекторът даде най-сполучливите резултати.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
Визуално нищо не се е променило, но все пак са поставени параметри
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
за масата и силата на въздействие на частиците тъмна материя.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
По-късно през годината ще бъде стартиран спътников телескоп.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
Той ще бъде насочен към средата на галактиката,
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
за да видим евентуално унищожаване на частици тъмна материя
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
и превръщането им в гама лъчи, които да можем да засечем.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
Големият Адронен Ускорител (ГАУ), ускорителят на частици,
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
също ще бъде пуснат по-късно тази година.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
Възможно е в ГАУ да могат да се създадат
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
частици от тъмната материя.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
Тъй като взаимодействието им е много слабо,
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
детекторът няма да може да ги засече,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
затова знакът за тяхното съществуване ще е липсващата енергия.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
За съжаление, за много неща от съвременната физика
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
можем да кажем същото,
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
така че е трудно да се долови разликата.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
Накрая, за бъдещите ни усилия ще се проектират телескопи,
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
които специално да се занимават с въпросите за тъмната материя и тъмната енергия:
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
те ще са на Земята. Има и три телескопа в Космоса,
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
които чакат да бъдат монтирани,
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
и които ще изследват тъмната материя и тъмната енергия.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
Така че големите въпроси са:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
Какво е тъмна материя? Какво е тъмна енергия?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
Това са големите въпросителни пред физиката.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
Сигурна съм, че и вие също имате много въпроси,
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
на които ще се радвам да отговоря
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
докато съм тук през следващите 72 часа.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
Благодаря.
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