TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
پاتریشیا بورخات ماده تاریک را برای ما روشن می کند
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
پاتریشیا بورخات - فیزیکدان - دو مورد جدید از مواد اولیه جهان را برای ما روشن می کند: ماده تاریک و انرژی تاریک. این دو که روی هم رفته بیش از ۹۶ درصد آنچه در جهان وجود دارد را می سازند، قابل اندازه گیری یا مشاهده مستقیم نیستند ولی تاثیرشان در دنیا بسیار زیاد است.
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
من به عنوان یک فیزیکدان ذرات، روی ذرات بنیادی و
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
تعامل آن ها در بنیادی ترین سطح پژوهش می کنم.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
بیشتر عمر علمی من صرف کار با شتابدهنده ها شده است،
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
مثلا شتابدهنده الکترون ها در دانشگاه استنفورد که بالای همین جاده است،
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
پژوهش های من روی کوچکترین اجزای این دنیا متمرکز بوده است.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
اما اخیرا من توجه کارهای پژوهشی ام را
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
به سمت بزرگترین چیزهایی که در این دنیا وجود دارد تغییر داده ام.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
چرا که، همینطور که برای شما توضیح خواهم داد،
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
سوالهایی که در مورد کوچکترین سطح و بزرگترین سطح مطرح است خیلی به هم مرتبط هستند.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
من می خواهم برای شما از تصوری که ما در قرن بیست و یکم از جهان داریم صحبت بکنم.
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
اینکه جهان از چه چیز ساخته شده است و اینکه سوالات اساسی فیزیک کدام هستند.
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
لااقل به بعضی از سوالهای مهم اشاره خواهم کرد.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
اخیرا ما متوجه شده ایم که
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
ماده معمولی در جهان،
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
منظورم از ماده معمولی شما و من است،
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
و سیاره ها، ستاره ها و کهکشانها،
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
این ماده معمولی درصد کمی از کل
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
محتوای جهان را تشکیل می دهد.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
ولی نزدیک به یک چهارم
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
از کل محتوی دنیا را ماده ای که غیر قابل مشاهده است، تشکیل می دهد.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
منظورم از غیر قابل مشاهده این است که امواج الکترومغناطیسی را جذب نمی کند،
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
امواج الکترومغناطیسی ساتع نمی کند. امواج الکترومغناطیسی را منعکس نمی کند.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
هیچ تعاملی با گستره امواج الکترومغناطیسی ندارند،
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
گستره امواج الکترمغتاطیسی ابزارهای ما برای تشخیص اشیاء هستند.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
مطلقا هیچ تعاملی بین ماده تاریک و این امواج وجود ندارد. پس ما اصلا چطور از وجود این ماده تاریک خبر داریم؟
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
ما از طریق تاثیرات جاذبه ای ماده تاریک است که می دانیم ماده تاریک وجود دارد.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
در واقع ماده تاریک بر نیروهای جاذبه ای
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
حاکم بر ابعاد بزرگ دنیا موثر است.
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
من شواهد این ادعا را به شما نشان خواهم داد.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
خوب ۷۵ درصد باقیمانده این نمودار از چه تشکیل شده است؟
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
بقیه این نمودار یک چیز خیلی رمز آلود است که ما به آن انرژی تاریک می گوییم.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
بعدا بیشتر در این مورد صحبت خواهیم کرد.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
خوب الان بیایید در مورد شواهد مربوط به ماده تاریک صحبت بکنیم.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
در این کهکشانها مخصوصا در کهکشانهای مارپیچی شبیه به این،
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
بیشتر جرم ستاره ها در مرکز کهکشان متمرکز شده است.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
جرم بسیار زیاد این ستاره ها باعث می شود که سایر ستاره های کهکشان هم در مدارهای دایره ای به دور مرکز کهکشان در چرخش باشند.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
خوب، پس ما ستاره هایی داریم که در مدارهای دایره ای به این شکل در حال چرخش هستند.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
همینطور که می توانید تصور بکنید - حتی اگر فیزیک هم ندانید - می توانید این را تصور بکنید که
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
ستاره هایی که نزدیک تر به این جرم بزرگ مرکزی هستند باید سریع تر از
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
ستاره هایی که از مرکز دورتر هستند بچرخند.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
پس انتظار داریم که اگر ما سرعت چرخش این ستاره ها را اندازه بگیریم
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
باید در حاشیه کهکشان سرعتشان کمتر از داخل خود کهکشان باشد.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
به بیان دیگر اگر ما سرعت ستاره ها را بر اساس فاصله آنها از مرکز کهکشهان اندازه گیری و رسم بکنیم
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
-- این آخرین باری است که من یک نمودار نشان می دهم --
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
ما انتظار داریم که با افزایش فاصله از مرکز کهکشان
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
سرعت چرخش ستاره ها کاهش پیدا کند.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
اما وقتی این اندازه گیری ها انجام شد
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
بر خلاف انتظار ما متوجه شدیم که سرعت چرخش اینها ثابت است.
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
یعنی وابسته به فاصله از مرکز نیست.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
اگر سرعت ثابت باشد، یعنی به ستاره هایی که در بیرون قرار دارند
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
از طرف جرمی که ما آن را نمی بینیم و از وجودش خبر نداریم، نیروی جاذبه وارد می شود.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
در واقع به نظر می رسد که این کهکشان و همه کهکشانهای دیگر
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
در ابری از ماده تاریک (که ما آن را نمی بینیم و قبلا از وجودش خبر نداشتیم) قرار گرفته اند.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
و این ابر ماده تاریک، خیلی کروی تر از خود کهکشان ها است.
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
و این ابر قطری بزرگتر از خود کهکشان دارد.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
پس ما چون کهکشان را می بینیم به آن توجه می کنیم ولی آن ابر ماده تاریک
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
که نقش مهمتری در دینامیک کهکشان دارد را نادیده می گیریم.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
کهکشان ها به طور اتفاقی در فضا پخش نشده اند.
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
بلکه به صورت خوشه خوشه در کنار هم جمع می شوند.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
و این تصویر یک خوشه خیلی معروف به نام خوشه کوما است.
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
در این خوشه هزاران کهکشان قرار دارد.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
در این تصویر کهکشان ها، این چیزهای سفیدِ بیضی شکلِ محو هستند.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
خوب ما اگر از این خوشه های کهکشانی، امروز یک عکس بگیریم،
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
و ده سال بعد هم یک عکس بگیریم، ظاهرا تغییری نکرده اند.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
اما واقعیت این است که اینها با سرعتهای بسیار بسیار بالایی در حرکت هستند.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
اینها به دور حفره ی ناشی از انرژی پتانسیل گرانشی این خوشه در حال چرخش هستند.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
پس همه این کهکشهان ها در حال حرکت هستند.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
ما می توانیم سرعت چرخش این کهکشانها در مدار را اندازه گیری بکنیم.
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
و از روی این سرعت می توانیم جرم خوشه را محاسبه بکنیم.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
این محاسبه هم نشان می دهد که خیلی بیش از مجموع جرم کهکشان هایی که درون یک خوشه دیده می شوند،
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
در یک خوشه باید جرم وجود داشته باشد.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
اگر ما به قسمتهای دیگر گستره الکترمغناطیسی غیر از نور مرئی نگاه کنیم،
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
می بینیم که مقدار زیادی گاز نیز در این خوشه وجود دارد.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
ولی وجود این گاز نیز برای توجیه این جرم بزرگ کافی نیست.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
در واقع به نظر می رسد که ده برابر بیشتر
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
از ماده ای که مشاهده می شود،
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
ماده تاریک غیر قابل مشاهده در این خوشه وجود دارد.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
خیلی خوب بود اگر ما می توانستیم این ماده تاریک را به نحوی مستقیم تر مشاهده کنیم.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
من این دایره بزرگ آبی رنگ را اینجا گذاشته ام
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
که به شما یاد آوری کنم که این جرم آنجا وجود دارد.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
آیا ما می توانیم بهتر این ماده تاریک را ببینیم؟ بله می توانیم.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
بگذارید من برایتان توضیح بدهم که چطور می توانیم این کار را انجام بدهیم.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
فرض کنید که یک ناظر اینجا ایستاده باشد.
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
این ناظر می تواند یک چشم یا یک تلسکوپ باشد.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
فرض کنیم یک کهکشان هم این طرف در این قسمت از جهان وجود داشته باشد.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
این ناظر چطور این کهکشان را می بینید؟
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
یک شعاع نور از آن کهکشان جدا می شود و از این مسیر طولانی در عرض جهان می گذرد،
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
و شاید میلیاردها سال طول می کشد تا
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
به چشم ناظر یا تلسکوپ برسد.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
خوب ناظر چطور می فهمد که این کهکشان کجا قرار دارد؟
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
از امتداد مسیر حرکت شعاع نور می تواند جهت آن کهکشان را بفهمد.
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
درست است؟
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
می گوییم شعاع نور از آن طرف می آید،
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
بنابراین کهکشان مورد نظر باید آن طرف باشد.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
حالا فرض کنید یک خوشه از کهکشان ها در این مسیر قرار گرفته باشد.
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
ماده تاریک را فراموش نکنید.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
حالا، اگر ما یک شعاع دیگر نور را هم در نظر بگیریم که به این طرف در حال حرکت است.
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
البته باید به این مساله هم توجه کنیم که
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
همانطور که انیشتین در نظریه نسبیت عام پیش بینی کرده بود،
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
هر جا به خاطر وجود یک جرم، میدان جاذبه ای
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
وجود داشته باشد، نه فقط مسیر حرکت ذراتی که از میدان عبور می کنند،
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
بلکه مسیر حرکت نور نیز تحت تاثیر میدان جاذبه، خمیده می شود.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
پس این شعاع نوری روی یک خط راست حرکت نخواهد کرد.
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
بلکه خمیده خواهد شد و به این شکل به چشم شما وارد می شود.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
از دید این ناظر کهکشهان مورد نظر کجا قرار گرفته است؟
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
جواب بدهید. بالا؟ موافقید؟
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
اگر ما این خط را ادامه بدهیم خواهیم گفت که کهکشان ما در این بالا واقع شده است.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
آیا اشعه نوری دیگری هم
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
از آن کهکشان به چشم ناظر ما خواهد رسید؟
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
بله. درست است. همانطور که بعضی از شما اشاره می کنید،
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
یک شعاع نور می تواند به سمت پایین حرکت کند و بعد به این شکل خم شود
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
و به چشم ناظر ما وارد شود.
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
و ناظر ما یک شعاع نور در این جهت خواهد دید.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
خوب حالا توجه داشته باشید که ما
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
در یک دنیای سه بعدی زندگی می کنیم.
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
در یک فضای سه بعدی.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
خوب، آیا اشعه دیگری همه وجود دارند که از آن کهکشان به چشم ما برسد؟
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
بله! این اشعه ها روی یک - بله درست است - روی یک مخروط قرار می گیرند.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
بله. پس اشعه نور روی یک مخروط قرار می گیرند.
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
و همه توسط آن خوشه خمیده می شوند.
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
و نهایتا به چشم ناظر ما می رسند.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
اگر مخروطی از نور به چشم من برسد من چه شکلی را می بینم؟
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
یک دایره، یک حلقه. به این دایره، حلقه انیشتین می گوییم. انیشتین این را پیش بینی کرده بود.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
خوب این حلقه فقط وقتی یک دایره کامل خواهد بود که منبع و منحرف کننده و چشم ناظر،
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
یعنی کهکشان مورد نظر و خوشه سر راه و چشم ما در یک امتداد و بر یک خط راست باشند.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
اگر اینها اندکی جابجا بشوند تصویر دیگری به چشم خواهد رسید.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
امشب شما موقع شام می توانید یک آزمایش انجام بدهید.
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
برای اینکه بفهمید آن تصویر چه شکلی خواهد بود.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
ما می توانیم یک نوع لنز تهیه کنیم که به ما نشان بدهد که
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
که آن تصویر به چه شکلی باید دیده بشود.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
ما به این پدیده لنز جاذبه ای می گوییم.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
خوب این ابزار شما است.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(خنده)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
قسمت بالایی را نادیده بگیرید.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
به پایه این لیوان توجه کنید.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
هر وقت توی خانه ی ما یک لیوان شراب می شکند،
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
من پایه لیوان را به یک کارگاه می برم،
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
و آن را تراش می دهم تا یک لنز جاذبه ای کوچک تهیه کنم.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
شکل این پایه لیوان، برای ایجاد پدیده لنز جاذبه ای مناسب است.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
قدم بعدی برای انجام این آزمایش این است که
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
یک دستمال بردارید، البته من چون فیزیکدان هستم یک کاغذ شطرنجی برداشته ام (خنده)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
پس یک دستمال بر می دارید و یک کهکشان وسط آن نقاشی می کنید.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
حالا لنز را روی آن کهکشان می گذارید.
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
شما کهکشان را به شکل یک حلقه می بینید. حلقه انیشتین.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
حالا پایه لیوان را کمی به یک سمت حرکت دهید.
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
می بینید که حلقه تبدیل به دو هلال می شود.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
شما می توانید این لنز را روی هر عکسی بگذارید.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
روی این کاغذ شطرنجی شما می بینید که
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
چطور این خطوط خمیده شده اند.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
این یک مدل نسبتا دقیق
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
از آنچه در اثر لنز جاذبه ای رخ می دهد است.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
حتما می پرسید: در آسمان چه چیزی می بینیم؟
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
آیا ما وقتی به کهکشان ها یا خوشه های کهکشانی نگاه می کنیم هلال می بینیم؟
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
جواب این است: بله
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
این تصویر را تلسکوپ هابل تهیه کرده است.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
خیلی از این تصویر هایی که شما می بینید
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
قبل از تلسکوپ هابل تهیه شده اند.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
این کهکشانهای طلایی را می بینید؟
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
اینها کهکشانهایی هستند که خوشه مورد نظر را می سازند،
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
اینها کهکشانهایی هستند که در دریای ماده تاریک قرار گرفته اند،
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
و باعث خمیده شدن اشعه نور می شوند.
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
و خطای دیدی که در مورد آن صحبت کردیم را
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
در مشاهده کهکشانهایی که پشت آنها قرار گرفته اند به وجود می آورند.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
این رگه هایی که اینجا می بینید، همه این رگه ها
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
در واقع تصاویر تغییر شکل پیدا کرده کهکشانهای دور دست تر هستند.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
حالا ما می توانیم با توجه به میزان تغییر شکل این کهکشانها
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
جرم خوشه را
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
محاسبه کنیم.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
و این جرم ها خیلی خیلی زیاد هستند.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
همینطور با نگاه کردن به این شکل هم
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
می بینید که این هلال ها روی یک کهکشان خاص متمرکز نشده اند.
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
این هلال ها گرد ساختاری بزرگتر از یک کهکشان متمرکز شده اند.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
و این ساختار همان ماده تاریک است.
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
که خوشه درون آن قرار گرفته است.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
این بهترین تصویری است که شما می توانید با چشم غیر مسلح
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
از ماده تاریک یا لااقل آثار آن بدست بیاورید.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
خوب، برای اینکه مطمئن بشویم شما مطالب را تا اینجا متوجه شده اید، سریع مرور بکنیم.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
شواهدی که ما برای اثبات وجود ماده تاریک داریم،
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
برای اینکه نشان بدهیم یک چهارم جهان از ماده تاریک تشکیل شده است،
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
همین میدان های جاذبه ای است،
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
همان مطلب که در کهکشان ها سرعت گردش ستاره ها به دور مرکز کهکشان
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
خیلی بیش از حد پیش بینی است و این نشان دهنده وجود ماده تاریک در کهکشان ها است.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
سرعت چرخش کهکشان ها درون خوشه ها نیز خیلی زیاد تر از حد انتظار است.
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
این هم نشان دهنده وجود ماده تاریک در خوشه ها است.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
و پدیده لنزهای جاذبه ای را نیز دیدیم.
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
که باز نشان می دهد خوشه ها درون ماده تاریک قرار گرفته اند.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
خوب، حالا بیایید سراغ انرژی تاریک برویم.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
برای اینکه شواهد مربوط به انرژی تاریک را درک کنیم باید به مساله ای که
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
استفان هاوکینگ در جلسه قبل مطرح کرد برگردیم.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
این مساله که خودِ «مکان» در حال اتساع است.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
خوب ما اگر یک قسمت از جهان بی پایانمان را در نظر بگیریم،
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
مثلا من اینجا قسمتی از جهان را با چهار کهکشان مارپیچ نشان داده ام.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
فرض کنید که چهار تا خط کش داریم.
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
هر یک از این خط ها یکی از این خطکش ها را نشان می دهد.
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
با استفاده از این خطکش ها می خواهیم بدانیم که هر یک از این کهکشانها نسبت به هم کجا قرار دارند.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
اگر چنین کاری ممکن بود شما متوجه می شدید که
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
با گذشت زمان با گذشت هر روز و هر سال،
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
و با گذشت هر یک میلیارد سال،
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
فاصله بین این کهکشان ها در حال افزایش است.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
و این افزایش فاصله به خاطر این نیست که خود این کهکشان ها در حال حرکت هستند
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
و در فضا از هم دور می شوند.
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
اینها لزوما درون فضا در حال حرکت نیستند.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
بلکه اینها به این خاطر از هم دور می شوند که
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
«مکان» در حال گسترش است.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
این معنی اتساع جهان یا بزرگ شدن مکان است.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
به هر حال اینها در حال دور شدن از هم هستند.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
چیزی که استفان هاوکینز مطرح کرد این بود که
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
بعد از بیگ بنگ «مکان» با سرعت بسیار زیادی شروع به اتساع کرد.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
اما به خاطر اینکه ماده ی دارای خاصیتِ جاذبه
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
در این فضای رو به گسترش قرار گرفته است،
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
انتظار می رود که این گسترش کند تر و کند تر بشود.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
پس سرعت این اتساع باید با گذر زمان رو به کاهش باشد.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
در قرن گذشته مردم در این باره بحث هایی کردند.
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
که مثلا آیا این اتساع فضا تا ابد ادامه خواهد یافت؟
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
یا این اتساع کند خواهد شد؟
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
یا این اتساع کند تر خواهد شد ولی به هر حال تا ابد ادامه خواهد یافت؟
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
یا کند تر می شود و متوقف می شود و متوقف باقی می ماند؟
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
یا اینکه کند می شود و متوقف می شود و سپس شروع به انقباض می کند؟
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
حدود ده سال قبل،
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
دو گروه از فیزیک دان ها و اختر شناسها
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
تصمیم به اندازه گیری
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
سرعت کند شدن اتساع فضا گرفتند.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
یعنی این سوال که: امروز اتساع مکان چقدر کند تر از مثلا
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
یک میلیارد سال پیش رخ می دهد؟
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
نتیجه شگفت آور این آزمایشات این بود که
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
سرعت اتساع مکان امروز
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
بیش تر از سرعت اتساع مکان در چند میلیارد سال قبل است.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
یعنی سرعت اتساع مکان رو به افزایش است.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
این نتیجه کاملا غیر منتظره بود.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
هیچ توجیه قابل قبولی برای اینکه چطور چنین چیزی ممکن است وجود ندارد.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
هیچ کس پیش بینی نمی کرد که چنین نتیجه ای از این آزمایش ها بدست بیاید.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
اینها دقیقا خلاف آنچه انتظار می رفت هستند.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
پس ما نیاز به چیزی داریم که این نتایج را به کمک آن توضیح بدهیم.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
معلوم شد که به لحاظ ریاضی
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
شما می توانید یک مولفه «انرژی» به معادلات اضافه کنید.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
البته این انرژی متفاوت با همه
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
انرژی هایی است که قبلا دیده ایم.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
برای همین ما به این انرژی، انرژی تاریک می گوییم.
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
و تاثیر آن این است که باعث اتساع فضا می شود.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
ولی خوب هنوز ما انگیزش کافی
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
برای اینکه این مساله را بپذیریم نداریم.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
یعنی هنوز برای ما روشن نیست چرا باید این فاکتور را وارد معادلات کنیم.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
در اینجا چیزی که من باید واقعا برای شما تاکید کنم،
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
این است که اولا ماده تاریک و انرژی تاریک،
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
دو چیز کاملا متفاوت هستند.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
این دو، دو راز متفاوت در مورد ماده تشکیل دهنده قسمت عمده جهان هستند.
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
و تاثیرات خیلی متفاوتی نیز در دنیا دارند.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
ماده تاریک، به خاطر کشش جاذبه ای اش،
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
به تشکیل ساختارها و رشد آنها کمک می کند.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
برای همین خوشه های کهکشانی تشکیل می شوند،
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
به خاطر همین کشش جاذبه ای است که خوشه های کهکشانی شکل می گیرند.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
در مقابل، انرژی تاریک،
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
فاصله کهکشان ها را مدام افزایش می دهد.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
و باعث کاهش کشش جاذبه ای بین آنها می شود.
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
و به همین خاطر رشد این ساختارها را کند می کند.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
بنابراین با مشاهده چیزهایی مثل خوشه های کهکشانی،
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
و اینکه چطور تشکیل شده اند و تعداد آنها و چگالی آنها،
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
و تعداد آنها بر حسب زمان،
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
ما می توانیم اطلاعات بیشتری در مورد ماده تاریک و انرژی تاریک بدست آوریم.
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
و اینکه چگونه رقابت اینها باعث تشکیل این ساختارها می شود.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
من گفتم که ما هنوز
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
استدلال قانع کننده ای برای وجود انرژی تاریک نداریم.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
آیا برای وجود ماده تاریک استدلال قانع کننده ای وجود دارد؟ جواب مثبت است.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
ما نامزدهایی با پشتوانه قوی برای ماده تاریک داریم.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
خوب منظور من از پشتوانه قوی چیست؟
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
منظور من تئوری هایی است که به لحاظ ریاضی همخوان هستند،
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
و در واقع از اول برای
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
توضیح پدیده های دیگری وضع شده اند.
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
چیزهایی که ما در موردشان صحبت نکردیم.
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
ولی این تئوری ها وجود ذرات جدیدی
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
که به طور ضعیف با سایر ذرات تعامل دارند را پیش بینی کرده اند.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
این دقیقا چیزی است که در فیزیک ما دنبال آن می گردیم.
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
وقتی یک پیش بینی از نظریه ای که به لحاظ ریاضی هم خوان است بیرون می آید،
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
که آن نظریه از اول برای حل مساله دیگری ارائه شده است،
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
ولی ما نمی دانیم که آیا هیچ یک از این ها
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
همان نامزد مورد نظر ما برای ماده تاریک هستند.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
یکی یا دو تا از این نامزدها می توانند جواب سوال ما باشند. شاید هم جواب چیز دیگری باشد.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
فعلا ما به دنبال این ذرات ماده تاریک هستیم،
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
چونکه به هر حال اینها اینجا در این اتاق هم هستند،
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
و البته اینها از درِ اتاق وارد نشده اند.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
اینها از درونِ همه چیز رد می شوند،
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
اینها از لابلای ساختمان، از درون زمین رد شده اند،
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
اینها با هیچ چیز تعامل نمی کنند و در نتیجه می توانند از همه چیز رد بشوند.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
خوب یک راه برای تشخیص اینها ساختن آشکارگر هایی است
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
که خیلی خیلی به ذرات ماده تاریک که وارد آن می شوند و به آن بر خورد می کنند حساس هستند.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
مثل یک بلوری که با برخورد اینها می لرزد.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
یکی از همکاران من که آخر همین خیابان کار می کند با کمک همکارانش
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
یک آشکارگر ساخته اند.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
و این آشکار گر را در اعماق یک معدن آهن در مینسوتا قرار داده اند.
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
در اعماق زمین. و همین دو سه روز پیش
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
دقیق ترین نتایج شان را منتشر کردند. نتیجه کارشان این است که
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
هنوز هیچ چیزی پیدا نکرده اند! این یافته منفی خودش می تواند محدوده ی جستجو را مشخص تر کند.
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
و قدرت تعامل ذرات ماده تاریک را مشخص تر کند.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
قرار است اواخر امسال یک تلسکوپ فضایی به فضا فرستاده شود،
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
که به سمت مرکز کهکشان نگاه خواهد کرد،
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
تا شاید بتواند از بین رفتن ذرات ماده تاریک را که
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
باعث انتشار امواج گاما می شود ثبت کند.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
LHC که یک شتابگر ذرات بنیادی است،
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
قرار است امسال راه اندازی شود.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
ممکن است که ذرات ماده تاریک در LHC
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
تولید بشوند.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
از آنجا که این ذرات خیلی غیر تعاملی هستند،
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
در واقع از دست آشکارگرها فرار خواهند کرد.
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
در نتیجه رد پای این ذرات به شکل انرژی گم شده خواهد بود.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
البته متاسفانه در فیزیکِ ذراتِ جدید، ذراتِ ناشناخته ی زیادی وجود دارد که
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
آنها هم امضایی به شکل انرژی گم شده دارند.
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
و این قضیه را کمی سخت خواهد کرد.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
در آخر باید بگویم که برای اکتشافات آینده تلسکوپ های جدیدی در حال طراحی است،
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
اختصاصا برای پاسخ به سوالهایی که ما درباره ماده تاریک و انرژی تاریک داریم.
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
چند تلسکوپ زمینی و ۳ تلسکوپ فضایی در حال ساخت هستند.
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
این ۳ تلسکوپ فضایی فعلا در حال رقابت با هم هستند.
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
که کدام زودتر به فضا فرستاده شوند و پژوهش بر ماده تاریک و انرژی تاریک را شروع کنند.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
خوب سوالهای مهم اینها هستند:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
ماده تاریک چیست؟ انرژی تاریک چیست؟
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
اینها سوالات مهم فیزیک هستند.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
مطمئن هستم که شما هم خیلی سوال دارید.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
من امیدوارم که در این ۷۲ ساعتی
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
که اینجا هستم بتوانم به آنها جواب بدهم. متشکرم.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(تشویق)
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