TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat: Posviťme si na temnou hmotu
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
Fyzička Patricia Burchat osvětluje dvě základní složky našeho vesmíru: temnou hmotu a temnou energii. Tyto dvě složky tvoří dohromady 96 procent vesmíru, nelze je přímo změřit, ale jejich vliv je nesmírný.
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
Jakožto částicová fyzička zkoumám elementární částice
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
a jejich vzájemnou interakci na té úplně nejzákladnější úrovni.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
Po většinu své vědecké dráhy jsem využívala urychlovače,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
jako je například urychlovač elektronů na Stanfordově univerzitě kousek odsud,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
ke zkoumání věcí v tom nejmenším měřítku.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
V poslední době jsem se však začala věnovat
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
vesmíru v tom největším měřítku.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Jak vám totiž vysvětlím,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
věci v nejmenším a největším měřítku jsou velmi úzce provázány.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Budu vám povídat o našem pohledu na vesmír v jednadvacátém století,
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
o tom, čím je tvořen a o tom, jakým zásadním otázkám čelí fyzika --
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
alespoň o některých těchto zásadních otázkách.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
V poslední době jsme dospěli k tomu,
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
že obyčejná hmota ve vesmíru --
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
a obyčejnou hmotou myslím vás, sebe,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
planety, hvězdy, galaxie --
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
obyčejná hmota představuje jen několik procent
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
z celkového obsahu vesmíru.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Téměř čtvrtina, nebo přibližně čtvrtina,
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
hmoty ve vesmíru je neviditelná.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
Slovem neviditelná mám na mysli, že neabsorbuje elektromagnetické spektrum.
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
V rámci elektromagnetického spektra nevyzařuje. Neodráží.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Vůbec neinteraguje s elektromagnetickým spektrem,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
které používáme k detekci různých věcí.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Nedochází k žádné interakci. Jak tedy víme, že existuje?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
Víme, že existuje, díky jejím gravitačním účinkům.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
Tato temná hmota je totiž převažující silou
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
v gravitačních účincích ve vesmíru ve velkém měřítku,
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
a já vám řeknu, jaké pro to máme důkazy.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
Čím je tvořen zbytek?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
Zbytek je tvořen velmi tajemnou entitou známou jako temná energie.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
O té si povíme více později.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
Nyní se věnujme důkazům o existenci temné hmoty.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
V těchhle galaxiích, zejména ve spirálních galaxiích jako je tahle,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
je většina hmoty hvězd soustředěna ve středu galaxie.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
Tahle obrovská hmota všech hvězd udržuje hvězdy v galaxii na kruhových oběžných drahách.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
Jsou tu tedy hvězdy, které se pohybují v takovýchhle kruzích.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
Jak si dokážete představit, i pokud se věnujete fyzice, tohle by mělo být intuitivní --
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
hvězdy, které jsou blíže hmotě uprostřed, budou obíhat větší rychlostí
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
než ty, které jsou tady někde více stranou.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Očekávali byste tedy, že když změříte oběžnou rychlost hvězd,
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
měla by být pomalejší na okrajích než uvnitř.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
Jinými slovy, pokud bychom měřili rychlost jako funkci vzdálenosti --
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
a teď vám výjimečně jedinkrát ukážu graf --
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
očekávali bychom, že se bude snižovat spolu s tím, jak poroste vzdálenost
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
od středu galaxie.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
Když tato měření provedeme,
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
zjistíme naopak, že rychlost je v podstatě konstantní
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
jakožto funkce vzdálenosti.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Pokud je konstantní, znamená to, že ty hvězdy tady opodál
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
jsou vystaveny gravitačním účinkům hmoty, kterou nevidíme.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
Tahle galaxie a vlastně všechny galaxie
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
jsou zjevně zasazeny do oblaku této neviditelné temné hmoty.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
Ten oblak hmoty je mnohem kulovitější než galaxie jako taková,
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
a zabírá mnohem větší prostor než galaxie.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
My tedy vidíme galaxii a soustředíme se na ni, ale ve skutečnosti je to oblak temné hmoty,
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
který rozhodujícím způsobem určuje strukturu a dynamiku dané galaxie.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
Galaxie samotné nejsou náhodně rozesety v prostoru;
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
mají sklon k tomu se kupit.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
Tohle je příklad velmi známé kupy, kupy Coma.
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
V této kupě jsou tisíce galaxií.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
Jsou to tady ty bílé, rozmazané, eliptické objekty.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Tyhle kupy galaxií -- můžeme je vyfotit teď,
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
můžeme je vyfotit za deset let, a budou vypadat naprosto stejně.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
Ve skutečnosti se ale tyhle galaxie pohybují nesmírně vysokou rychlostí.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
Pohybují se uvnitř potenciálu gravitační studny téhle kupy.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Všechny tyto galaxie se tedy pohybují.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
Můžeme změřit rychlost těchto galaxií, jejich oběžnou rychlost,
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
a zjistit tak, kolik hmoty se nachází v téhle kupě.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
Znovu zjistíme, že je tam mnohem více hmoty,
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
než kolik odpovídá galaxiím, které vidíme.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Nebo, pokud se podíváme na další části elektromagnetického spektra,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
uvidíme, že v téhle kupě je také hodně plynu.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
Ani to však nevysvětluje existenci této hmoty.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
V zásadě to vypadá tak, že je tu asi desetkrát více hmoty
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
v podobě neviditelné či temné hmoty
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
než v podobě obyčejné hmoty.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Bylo by užitečné, kdybychom se mohli podívat na temnou hmotu více zpříma.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Dám sem tuhle velkou, modrou bublinu,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
aby vám připomínala, že tu temná hmota je.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
Umíme si ji lépe zviditelnit? Ano, umíme.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Teď bych vám tedy chtěla ukázat, jak toho můžeme dosáhnout.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
Tady máme pozorovatele:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
může to být oko; může to být dalekohled.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
Dejme tomu, že ve vesmíru existuje nějaká galaxie.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Jak tuhle galaxii můžeme spatřit?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Galaxii opustí světelný paprsek, který letí vesmírným prostorem
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
možná miliardy let před tím,
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
než vstoupí do dalekohledu nebo do vašeho oka.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Jak potom můžeme odvodit, kde se galaxie nachází?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
Můžeme to odvodit podle směru, ze kterého paprsek přichází,
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
když vám vstupuje do oka.
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
Řekněme například, že světelný paprsek přišel odsud,
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
takže galaxie musí být tady.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
No, a teď dejme tomu, že dám doprostřed kupu galaxií --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
a nezapomínejte přitom na temnou hmotu.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Když si představíme jiný světelný paprsek, který letí takhle,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
musíme přitom vzít v úvahu to,
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
co předvídal Einstein, když vymyslel obecnou teorii relativity.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
Tedy skutečnost, že gravitační pole, vzhledem k hmotě,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
odchýlí nejen dráhu letu částic,
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
ale že odchýlí i samotné světlo.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Tenhle světelný paprsek nepoletí tedy dál v přímce,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
ale ohne se a možná nakonec vstoupí do našeho oka.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Kde potom spatří pozorovatel galaxii?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Můžete odpovídat. Tady nahoře, že ano?
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
Dedukujeme zpětně a řekneme, že se galaxie nachází tady nahoře.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Existuje nějaký jiný světelný paprsek,
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
který by se mohl z téhle galaxie dostat až do oka pozorovatele?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Ano, výborně. Vidím, jak někteří ukazují takhle směrem dolů.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Světelný paprsek tedy může směřovat dolů, ohnout se
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
směrem vzhůru do oka pozorovatele
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
a pozorovatel pak spatří světelný paprsek zde.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Vezměte nyní v úvahu, že žijeme
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
v trojrozměrném vesmíru,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
v trojrozměrném prostoru.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Existují ještě jiné světelné paprsky, které by se takhle dostaly do oka?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
Ano! Paprsky by ležely - chtěla bych to vidět -- ano, na kuželu.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Tady máme celý světelný paprsek -- světelné paprsky na kuželu --
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
všechny budou ohnuty onou kupou galaxií
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
a vstoupí do pozorovatelova oka.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Když mi do oka vstupuje světelný kužel, co přitom vidím?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Kruh, prstenec. Říká se mu Einsteinův prstenec. Einstein toto předpověděl.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Ten prstenec bude dokonalý pouze v případě, že jeho zdroj, prvek, který odráží,
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
a v tomto případě oční bulva leží všechny v dokonalé přímce.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Pokud by byly lehce vychýleny, výsledný obrázek by byl jiný.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Můžete si dnes večer zaexperimentovat s příjmem obrazu,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
abyste si vyzkoušeli, jak by takový obrázek vypadal.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Dokážeme totiž vyrobit určitý typ čočky,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
která má ten správný tvar k tomu, aby vytvořila tento efekt.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
Říkáme tomu gravitační čočkování.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
A tohle je tedy váš nástroj.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Smích).
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Ale té horní části si nevšímejte.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
Chci, abyste se soustředili na spodek.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
U nás doma, pokaždé, když rozbijeme skleničku na víno,
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
tak si schovám spodek a vezmu ho do dílny.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
Tam ho obrousíme a mám z něj malou gravitační čočku.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Má ten správný tvar k tomu, aby umožnila čočkování.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
Další věc, kterou musíte během svého pokusu udělat,
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
je vzít papírový ubrousek. Já jsem sebrala kus čtverečkovaného papíru -- jsem fyzička. (Smích)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Takže, ubrousek. Nakreslete uprostřed malou modelovou galaxii.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
A teď položte přes tu galaxii čočku,
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
a zjistíte, že vidíte prstenec, Einsteinův prstenec.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Teď posuňte spodek na stranu
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
a prstenec se rozdělí jednotlivé oblouky.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Můžete čočku položit na jakýkoliv obrázek.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
Na čtverečkovaném papíře můžete vidět,
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
jak jsou všechny čáry překroucené.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
Znovu říkám, že tohle je poměrně přesná simulace
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
toho, co se děje při gravitačním čočkování.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
Otázka tedy zní: uvidíme tohle na obloze?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Uvidíme na obloze oblouky, když se podíváme, dejme tomu, na kupu galaxií?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
Odpověď zní ano.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Tady máme snímek z Hubbleova vesmírného dalekohledu.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Řada obrázků, které vidíte,
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
pocházejí původně z Hubbleova vesmírného dalekohledu.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Zaprvé tady máme ty zlatavé tvarované galaxie --
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
to jsou galaxie nacházející se v kupě.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Jsou to ty, které jsou zasazeny do moře temné hmoty
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
a způsobují ohýbání světla,
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
které vytváří ty optické klamy, či v podstatě přeludy,
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
galaxií v pozadí.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Takže ty proužky, které vidíte, všechny ty proužky,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
jsou ve skutečnosti pokřivené obrázky galaxií, které se nacházejí mnohem dále.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Můžeme tedy na základě toho, jak velké zakřivení
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
v těchto obrázcích vypozorujeme, spočítat, kolik hmoty
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
se musí nacházet v dané kupě.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
A je to skutečně ohromný objem hmoty.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Můžete také od oka říct, když se na to díváte,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
že ty oblouky nejsou soustředěny na jednotlivé galaxie.
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
Jsou soustředěny na nějakou šíře rozprostřenou entitu,
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
a tou je temná hmota,
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
do níž je kupa zasazena.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Tímto způsobem se tedy nejvíce přiblížíte tomu, abyste spatřili
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
pouhým okem alespoň účinky temné hmoty.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Takže, teď rychle zopakování, jestli mě zvládáte sledovat.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
Důkaz, který máme pro tvrzení,
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
že čtvrtinu vesmíru tvoří temná hmota --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
tato gravitačně přitažlivá látka --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
je skutečnost, že galaxie, rychlost, kterou hvězdy obíhají galaxie,
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
je až příliš vysoká; musí být tedy zasazeny do temné hmoty.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
Rychlost, jakou obíhají galaxie v kupách, je až příliš vysoká;
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
musí být tedy zasazeny do temné hmoty.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
A my vidíme účinky gravitačního čočkování, ta pokřivení,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
která rovněž dokazují, že kupy jsou zasazeny do temné hmoty.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Tak. Teď se podívejme na temnou energii.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Abychom porozuměli důkazům o existenci temné energie, musíme probrat něco,
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
o čem hovořil Stephen Hawking při předešlé přednášce.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
Je to skutečnost, že vesmír jako takový se rozpíná.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Pokud si tedy představíme část našeho nekonečného vesmíru --
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
označila jsem tedy čtyři spirální galaxie --
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
a představíme si, že sem položíme několik skládacích metrů,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
tak každá přímka tady odpovídá skládacímu metru,
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
vodorovnému či svislému, a slouží k změření toho, kde se jednotlivé věci nacházejí.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Kdyby tohle bylo ve vaší moci, zjistili byste,
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
že s každým uplynulým dnem, každým uplynulým rokem,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
každou uplynulou miliardou let,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
se vzdálenost mezi galaxiemi zvětšuje.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
A není to proto, že se galaxie pohybují
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
pryč od sebe navzájem napříč vesmírem.
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
Ne vždy se pohybují napříč vesmírem.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Vzdalují se od sebe navzájem,
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
protože vesmír jako takový se zvětšuje.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Takový je význam rozpínání vesmíru, rozpínání prostoru.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Vzdalují se tedy od sebe.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Stephen Hawking rovněž zmiňoval,
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
že po velkém třesku se vesmír rozpínal velice rychlým tempem.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Jelikož je však do vesmírného prostoru
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
zasazena gravitačně přitažlivá hmota,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
má sklon k tomu rozpínání vesmíru zpomalovat.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Proces rozpínání se tak s ubíhajícím časem zpomaluje.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
V minulém století byla vedena debata o tom,
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
jestli rozpínání vesmíru bude pokračovat navěky;
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
nebo jestli se zpomalí, bude
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
se nějak zpomalovat, ale bude pokračovat navěky;
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
nebo se zpomalí a zastaví, asymptoticky zastaví;
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
nebo se zpomalí, zastaví, a pak se obrátí, takže se vesmír začne znovu smršťovat.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Před o něco více jak deseti lety
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
dvě skupiny fyziků a astronomů
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
začaly měřit tempo,
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
jakým se zpomaluje rozpínání vesmíru.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
O kolik méně se rozpíná dnes,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
ve srovnání, řekněme, se situací před miliardou let?
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
Překvapivá odpověď na tuto otázku, kterou přinesly zmíněné pokusy,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
byla, že se dnes vesmír rozpíná rychlejším tempem,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
než tomu bylo před několika miliardami let.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Rozpínání vesmíru se tedy ve skutečnosti zrychluje.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
To byl naprosto překvapivý výsledek.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Neexistuje žádný přesvědčivý teoretický argument, který by tento jev vysvětloval.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Nikdo předem nepředpověděl, k jakým výsledkům se dospěje.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Byly opačné, než se očekávalo.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Potřebujeme tedy něco, co by nám pomohlo najít vysvětlení.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
V matematické rovině
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
s tím můžete pracovat jako s členem, který představuje energii,
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
ale je to zcela odlišný druh energie,
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
jiný než všechno, co jsme dosud poznali.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Říkáme mu temná energie
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
a právě tato energie způsobuje, že se vesmír rozpíná.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Nemáme ale přesvědčivý důvod pro to,
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
abychom s tímto členem v tuhle chvíli pracovali.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Chybí nám tedy vysvětlení, proč bychom s ním měli vůbec pracovat.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
V tuto chvíli bych proto chtěla hlavně zdůraznit,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
že, v prvé řadě, temná hmota a temná energie
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
jsou dvě naprosto odlišné věci.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Existují vlastně dvě záhady spojené s tím, čím je tvořena většina vesmíru,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
a mají velice rozdílné účinky.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
Temná hmota, protože je gravitačně přitažlivá,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
má sklon napomáhat vytváření struktur.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Kupy galaxií se proto vytvářejí
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
díky této gravitační přitažlivosti.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
Temná energie naopak
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
vsunuje mezi galaxie více a více prostoru,
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
způsobuje, že gravitační přitažlivost mezi nimi se snižuje,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
a ztěžuje tak vytváření struktur.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Když se tedy podíváme na objekty jako jsou kupy galaxií,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
a na to jak -- na jejich početní hustotu,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
když hodnotíme jejich počet jako funkci času --
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
můžeme se poučit o tom, jak temná hmota a temná energie
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
působí vzájemně protichůdně při formování struktur.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
Ještě k temné hmotě; jak jsem již řekla, nemáme žádný
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
opravdu přesvědčivý důkaz pro existenci temné energie.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Máme k dispozici něco podobného pro temnou hmotu? Ano.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Máme tu dobře motivované kandidáty na to být temnou hmotou.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Co myslím tím slovním spojením dobře motivované?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Myslím tím, že máme matematicky konsistentní teorie,
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
které byly vlastně zformulovány,
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
aby vysvětlily zcela jiný úkaz,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
věci, o kterých jsem ani nehovořila,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
které předpovídají existenci
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
velmi slabě interagující, nové částice.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Je to přesně příklad toho, co chcete ve fyzice vidět:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
předpoklad vycházející z matematicky konsistentní teorie,
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
která byla vlastně zformulována za jiným účelem.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Nevíme však, jestli je některý z nich
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
opravdu kandidátem na to být temnou hmotou.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Jeden nebo oba, kdo ví? Nebo to může být něco úplně jiného.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
V každém případě hledáme částice temné hmoty,
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
protože ty jsou nakonec i tady v sále,
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
a dveřmi sem nepřišly.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Projdou jednoduše čímkoliv.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Dokáží projít budovou, Zemí --
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
jsou naprosto neinteragující.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Jedna možnost, jak po nich pátrat, je zkonstruovat detektory,
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
které jsou extrémně citlivé na průchod a nárazy částice temné hmoty.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Krystal, který zacinká, když se něco takového stane.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Jeden můj kolega, který pracuje kousek odsud, a jeho spolupracovníci
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
takový detektor zkonstruovali.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
A umístili jej hluboko do železného dolu v Minnesotě,
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
hluboko pod zem, a právě v několika uplynulých dnech
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
zveřejnili dosud nejzásadnější dosažené výsledky.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
Nic neviděli, ale zjistili, jaké jsou limitní hodnoty hmoty
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
a interakční síly těchto částic temné hmoty.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
Ještě tento rok bude vypuštěn satelitní dalekohled,
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
který bude obrácen směrem ke středu galaxie,
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
a ukáže nám, zda je možné pozorovat anihilaci částic temné hmoty
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
a vznik gama paprsků, které by touto cestou mohly být zaznamenány.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
Je tu LHC, urychlovač pro částicovou fyziku,
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
který v průběhu roku uvedeme do provozu
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
Je možné, že právě na LHC
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
budou vznikat částice temné hmoty.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
Protože jsou tak silně neinteragující,
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
nebudou zachyceny detektorem,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
ale bude je poznat podle chybějící energie.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
Bohužel existuje hodně nových fyzikálních jevů,
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
které se dají poznat podle chybějící energie,
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
takže to bude těžké odlišit.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
A nakonec, co se týče budoucích projektů, jsou vyvíjeny dalekohledy,
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
které jsou určeny speciálně ke zkoumání temné hmoty a temné energie --
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
pozemní dalekohledy, a rovněž tři dalekohledy umístěné ve vesmíru,
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
které si nyní konkurují v přípravách
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
na vypuštění s cílem zkoumat temnou hmotu a temnou energii.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
Co se tedy týká zásadních otázek:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
co je to temná hmota? Co je to temná energie?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
To jsou zásadní otázky, které stojí před fyzikou.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
Jsem si jistá, že máte hodně dotazů,
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
na jejichž zodpovězení se nesmírně těším
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
během příštích 72 hodin, co tady budu. Děkuji vám.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(Potlesk)
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