TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat nous éclaire sur la matière noire
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La Physicienne Patricia Burchat nous éclaire sur deux éléments fondamentaux de notre univers: la matière noire et l'energie noire. Se partageant 96% de l'univers, elles ne peuvent être mesurées directement, mais leur influence est immense.
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
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As a particle physicist, I study the elementary particles
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En tant que Physicienne des particules, j'ai étudié les particules élémentaires
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and how they interact on the most fundamental level.
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4000
3000
et comment elles intéragissent à leur niveau le plus fondamental.
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For most of my research career, I've been using accelerators,
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7000
3000
Pendant la plus grande partie de ma carrière de chercheur j'ai utilisé les accélérateurs de particules,
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such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
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tel que l'accélérateur d'électrons de l'Université de Stanford, juste au dessus de la route,
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to study things on the smallest scale.
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pour étudier les choses à l'échelle la plus réduite.
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But more recently, I've been turning my attention
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16000
2000
Mais plus récemment, j'ai tourné mon regard
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to the universe on the largest scale.
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18000
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vers l'univers à l'échelle la plus large.
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Because, as I'll explain to you,
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Car, comme je vais vous l'expliquer,
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the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
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les questions qui relèvent de la plus petite échelle et de la plus grande sont en fait très liées.
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So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
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27000
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Je vais donc vous raconter notre vue de l'univers du 21ième siècle,
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what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
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de quoi est-il composé et quelles sont les grandes questions des sciences physiques --
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at least some of the big questions.
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35000
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au moins une partie de ces grandes questions.
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So, recently, we have realized
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37000
3000
Donc récemment, nous nous sommes rendus compte
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that the ordinary matter in the universe --
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que la matière classique de l'univers --
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
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et par classique j'entends vous, OK: moi,
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the planets, the stars, the galaxies --
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45000
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les planètes, les étoiles, les galaxies --
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the ordinary matter makes up only a few percent
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la matière classique représente seulement un petit pourcentage
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of the content of the universe.
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50000
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du contenu de l'univers.
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Almost a quarter, or approximately a quarter
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Presque un quart ou approximativement un quart
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of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
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55000
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de la matière de l'univers, demeure invisible.
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By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
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58000
4000
Par invisible j'entends, qui n'absorbe aucune onde du spectre électromagnétique.
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It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
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3000
Elle n'émet aucune onde dans le spectre électromagnétique. Elle ne réfléchit rien.
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It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
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65000
2000
Elle n'interagit pas avec le spectre électromagnétique,
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which is what we use to detect things.
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67000
2000
qui constitue notre outil de détection.
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It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
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69000
3000
Elle n'interagit, en aucune manière. Comment savons-nous alors qu'elle est là?
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We know it's there by its gravitational effects.
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72000
2000
Nous le savons de par ses manifestations gravitationnelles.
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In fact, this dark matter dominates
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74000
3000
En réalité, cette matière noire possède la suprématie
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the gravitational effects in the universe on a large scale,
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77000
3000
des effets gravitationnels dans l'univers à une large échelle,
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and I'll be telling you about the evidence for that.
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80000
2000
et je vais en montrer la preuve.
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What about the rest of the pie?
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82000
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Qu'en est-il du reste du camembert?
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The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
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84000
4000
Le reste du camembert est une substance très mystérieuse qu'on appelle l'énergie noire.
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More about that later, OK.
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88000
2000
On va voir ça un peu plus tard, d'accord.
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So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
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90000
3000
Ok pour maintenant, revenons à la preuve de l'existence de la matière noire.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
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93000
3000
Dans ces galaxies, particulièrement dans une galaxie en spirale comme celle là,
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most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
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96000
5000
la majorité de la masse des étoiles est concentrée au centre de la galaxie.
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This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
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101000
7000
Cette masse gigantesque formée par toutes ces étoiles tient les étoiles en orbite circulaire autour de la galaxie.
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So we have these stars going around in circles like this.
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108000
3000
Nous avons donc ces étoiles qui tournent en cercle comme ça.
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As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
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111000
4000
Comme vous pouvez l'imaginer, même si vous ne connaissez pas la physique -- c'est intuitif --
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that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
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115000
6000
les étoiles les plus proches de la masse, au centre, vont tourner à une vitesse plus grande
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than those that are further out here, OK.
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121000
3000
que celles qui en sont éloignées, d'accord.
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So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
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124000
5000
Par conséquent ce à quoi on devrait s'attendre, si on mesure la vitesse orbitale des étoiles,
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that they should be slower on the edges than on the inside.
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129000
4000
c'est qu'elle devrait être plus faible en périphérie qu'au coeur.
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In other words, if we measured speed as a function of distance --
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133000
2000
En d'autres termes, si on mesure la vitesse en fonction de la distance --
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this is the only time I'm going to show a graph, OK --
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135000
2000
c'est le seul moment où je vais montrer un graphique, d'accord --
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we would expect that it goes down as the distance increases
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137000
4000
nous devrions la voir chuter avec la distance qui augmente
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from the center of the galaxy.
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141000
2000
en partant du centre vers l'extérieur de la galaxie.
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When those measurements are made,
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143000
1000
Mais quand ces mesures ont été réalisées,
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instead what we find is that the speed is basically constant,
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144000
3000
ce qu'on a trouvé à la place, c'est que la vitesse restait fondamentalement constante,
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as a function of distance.
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147000
2000
quelque soit la distance.
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If it's constant, that means that the stars out here
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149000
3000
Si elle est constante, ça signifie que les étoiles à l'extérieur, ici,
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are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
ressentent les effets de la gravitation d'une matière que nous ne voyons pas.
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In fact, this galaxy and every other galaxy
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156000
3000
En fait, cette galaxie ainsi que toutes les autres
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appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
semblent être contenues dans un nuage de matière noire invisible.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
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164000
4000
Et ce nuage de matière est beaucoup plus sphérique que les galaxies elles-mêmes,
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and it extends over a much wider range than the galaxy.
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168000
4000
et il s'étend sur une échelle plus large que la galaxie.
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So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
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172000
4000
Ainsi on voie la galaxie et on se focalise là-dessus, mais c'est en fait un nuage de matière noire
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that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
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176000
5000
qui commande la structure et la dynamique de cette galaxie.
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Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
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181000
3000
Les galaxies elles-mêmes ne sont pas semées au hasard dans l'espace;
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they tend to cluster.
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184000
2000
elles ont tendance à se rassembler en groupe, en amas.
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And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
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186000
3000
Et voici un exemple d'un très fameux amas: l'amas de Coma.
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And there are thousands of galaxies in this cluster.
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189000
3000
Et il y a des milliers de galaxies dans cet amas.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
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192000
3000
Ce sont les choses blanches, floues, elliptiques ici.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
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195000
3000
Donc ces amas de galaxies -- si on prend une photo maintenant,
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
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198000
3000
et une dans dix ans -- elles seront identiques.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
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201000
4000
Mais ces galaxies en réalité se déplacent à une vitesse extrêmement rapide.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
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205000
5000
Elles tournent dans ce potentiel gravitationnel autour de cet amas, d'accord.
03:48
So all of these galaxies are moving.
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210000
2000
Donc toutes ces galaxies se déplacent.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
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212000
4000
Nous pouvons mesurer la vitesse orbitale de ces galaxies,
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and figure out how much mass is in this cluster.
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216000
2000
pour estimer la masse de cet amas.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
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218000
4000
Et là encore, ce que nous avons trouvé, c'est une masse bien supérieure
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
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222000
4000
à celle attendue en comptabilisant les galaxies que nous voyons.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
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226000
2000
Ou bien si nous regardons dans d'autres parties du spectre électromagnétique,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
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228000
3000
nous observons qu'il y a aussi beaucoup de gaz dans cet amas.
04:09
But that cannot account for the mass either.
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231000
2000
Mais ça ne peut pas être pris en compte dans la masse.
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In fact, there appears to be about ten times as much mass here
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233000
3000
En réalité, les amas possèdent dix fois plus de masse
04:14
in the form of this invisible or dark matter
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236000
3000
sous forme de cette matière invisible ou matière noire
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as there is in the ordinary matter, OK.
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239000
4000
que celle obtenue en comptabilisant la matière classique, OK.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
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243000
4000
Ça serait bien si nous pouvions voir cette matière un peu plus directement.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
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247000
2000
Je place juste cette grosse bulle bleue là-dessus,
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to try to remind you that it's there.
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249000
2000
afin de vous rappeler qu'elle est là.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
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251000
3000
Peut-on la voir de manière plus visuelle? Oui.
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And so let me lead you through how we can do this.
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254000
2000
Alors donc laisse moi vous y guider.
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So here's an observer:
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256000
2000
Donc voici un observateur:
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it could be an eye; it could be a telescope.
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258000
2000
Ça pourrait être un œil; ça pourrait être un télescope.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
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260000
2000
Et supposons qu'il y ait une galaxie par là bas dans l'univers.
04:40
How do we see that galaxy?
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262000
2000
Comment percevons-nous cette galaxie?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
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264000
3000
Un rayon de lumière quitte la galaxie et voyage à travers l'univers
04:45
for perhaps billions of years
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267000
2000
pendant peut-être des milliards d'années
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before it enters the telescope or your eye.
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269000
3000
avant qu'il n'entre dans le télescope ou dans votre œil.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
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272000
3000
Maintenant, comment peut-on en déduire où se trouve cette galaxie?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
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275000
3000
Eh bien, nous pouvons le déduire grâce à la route empruntée par le rayon
04:56
as it enters our eye, right?
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278000
2000
alors qu'il entre dans notre œil, n'est-ce pas?
04:58
We say, the ray of light came this way;
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280000
2000
Disons, le rayon de lumière emprunte cette voie;
05:00
the galaxy must be there, OK.
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282000
2000
la galaxie doit être ici, OK.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
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284000
4000
Maintenant, supposons que je place au milieu un amas de galaxies --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
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288000
2000
et n'oubliez pas la matière noire, d'accord.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
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290000
4000
Maintenant, si on considère un rayon de lumière différent, un qui part comme ça,
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we now need to take into account
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294000
2000
nous devons désormais prendre en considération
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what Einstein predicted when he developed general relativity.
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296000
3000
ce qu'Einstein avait prédit quand il a développé la relativité générale.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
A savoir que le champ gravitationnel, dû à la masse,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
va dévier non seulement la trajectoire des particules,
05:24
but will deflect light itself.
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306000
3000
mais va dévier aussi la lumière elle-même.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
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309000
3000
Par conséquent le rayon de lumière ne continuera pas en ligne droite,
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but would rather bend and could end up going into our eye.
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312000
4000
mais sera plutôt courbé avant de rejoindre votre oeil.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
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316000
3000
A quel endroit l'observateur va-t-il voir la galaxie ?
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You can respond. Up, right?
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319000
4000
Vous pouvez répondre? En haut, c'est ça!
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
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323000
3000
On extrapole, et on voit la galaxie en haut ici.
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Is there any other ray of light
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326000
1000
Y a t-il encore un autre rayon de lumière
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
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327000
3000
qui pourrait, à partir de cette galaxie, arriver dans l'œil de l'observateur?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
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330000
3000
Oui, super. Je vous vois faire des gestes vers le bas comme ça.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Un rayon de lumière va donc pouvoir aller vers le bas, se courber,
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
repartir pour rejoindre l'oeil de l'observateur,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
et l'observateur voit un rayon de lumière ici.
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Now, take into account the fact that we live in
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339000
2000
Maintenant, prennons en compte le fait que nous vivons dans
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a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
un univers en 3 dimensions, OK,
06:01
a three-dimensional space.
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343000
2000
un espace tri-dimensionnel.
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Are there any other rays of light that could make it into the eye?
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345000
3000
Y a t-il encore d'autres rayons de lumière qui pourraient atteindre l'œil?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
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348000
6000
Oui! Les rayons reposeraient -- j'aimerais le voir -- ouais, sur un cône.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Ainsi il y a tout un ensemble de rayons de lumière qui forment un cône
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that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
qui vont tous être courbés par l'amas (de galaxies)
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
et qui vont atteindre l'œil de l'observateur.
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If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Si un cône de lumière arrive dans mon œil, qu'est ce que je vois?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Un cercle, un anneau. Il est appelé l'anneau d'Einstein -- Einstein l'avait prédit, OK.
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Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
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370000
5000
Maintenant, ca sera un anneau parfait si la source, le déflecteur,
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
et le globe oculaire, dans notre cas, sont tous parfaitement alignés.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
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380000
3000
S'ils sont légèrement de biais, nous verrons une image différente.
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Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
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383000
3000
Maintenant, vous pouvez faire une expérience ce soir après la réception,
06:44
to figure out what that image will look like.
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386000
3000
pour découvrir à quoi ressemble cette image.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
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389000
4000
car il s'avère qu'il existe une sorte de lentille que nous pouvons concevoir,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
qui présente la forme idéale pour produire ce genre d'effet.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
On appelle ça une lentille gravitationnelle (ou mirage gravitationnel).
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Et alors voici votre outil, OK.
06:59
(Laughter).
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401000
1000
(Rires).
07:00
But ignore the top part.
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402000
3000
Mais bon ignorons la partie supérieure.
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It's the base that I want you to concentrate, OK.
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405000
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C'est sur la base que je veux que vous vous concentriez, d'accord.
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So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
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408000
2000
En fait, chaque fois qu'on casse un verre à vin à la maison,
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
Je récupère la base, l'amène à l'atelier.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
On le lime, et j'obtiens une lentille gravitationnelle, OK.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Donc, elle a la forme idéale pour produire l'effet lentille.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
Et donc la prochaine étape nécessaire pour votre expérience,
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
c'est de récupérer une serviette de table. J'ai récupéré un morceau de papier graphique; Je suis physicienne. (Rires)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Bon, une serviette de table. Tracez au centre une petite galaxie.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
Et maintenant placez la lentille sur la galaxie,
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
et qu'est ce qu'on trouve, on observe un anneau, l'anneau d'Einstein.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Maintenant, déplaçons la base sur le côté,
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
et l'anneau se sépare en arcs, d'accord.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Et vous pouvez la placer au dessus de n'importe quelle image.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
Sur le papier graphique, vous pouvez observer
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
comment toutes les lignes ont été déformées.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
Et là encore, c'est l'exacte modélisation
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
de ce qui se passe avec la lentille gravitationnelle.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
D'accord mais la question c'est: est-ce qu'on voit ça dans notre ciel?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Voyons nous des arcs dans le ciel quand on regarde, disons, vers un amas de galaxies?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
Et la réponse est: oui.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Voici une image qui nous provient du téléscope spatial Hubble.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
La plupart des images que vous avez vu
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
précédemment viennent du télescope spatial Hubble.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Avant tout, les galaxies dorées --
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
celles-ci sont dans l'amas de galaxies.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
ce sont celles qui sont à l'intérieur de cette mer de matière noire
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
qui causent la courbure de la lumière
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
et qui produisent dans la pratique, ces effets d'optique, ou mirages,
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
des galaxies en arrière-plan.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Donc les raies que vous voyez, toutes ces raies,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
ne sont en fait que les images déformées des galaxies qui sont bien au-delà.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Ce qu'on peut donc faire, en s'appuyant sur l'ampleur des déformations
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
qu'on voie sur ces images, c'est de calculer quelle est la masse
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
qu'il doit y avoir dans cet amas.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
Et c'est une masse faramineuse.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Et puis, vous pouvez dire à vue d'œil, en regardant,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
que ces arcs ne sont pas centrés sur les galaxies;
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
ils sont centrés sur des structures plus étirées.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
Et c'est ça la matière noire
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
dans laquelle l'amas de galaxies est embarquée, OK.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
C'est ce qu'il y a de plus approchant d'une observation
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
de la matière noire à l'œil nu, ou au moins de ces effets.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Bon, faisons un petit récapitulatif pour voir si vous suivez.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
Donc les preuves que nous avons
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
qu'un quart de l'univers est de la matière noire --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
cette substance d'attraction gravitationnelle --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
c'est que dans les galaxies, la vitesse avec laquelle les étoiles orbitent autour des galaxies
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
est bien trop importante; elles sont forcément entourées de matière noire.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
La vitesse avec laquelle les galaxies elle-mêmes orbitent autour de leurs amas est bien trop importante;
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
elles sont forcément entourées de matière noire.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
Et nous observons ces effets de lentille (ou mirage) gravitationnelle. Ces déformations,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
qui affirment encore, que les amas sont embarqués dans la matière noire.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Bien. Donc maintenant, passons à l'énergie noire.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Donc, pour appréhender la preuve de l'existence de l'énergie noire, nous devons aborder quelque chose
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
dont Stephen Hawking a fait référence dans la session précédente.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
C'est le fait que l'Espace est en expansion.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Ainsi si on imagine un morceau de notre univers infini, OK,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
voici donc quatre galaxies en spirale, OK.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
Et imaginez qu'on place des appareils d'enregistrement,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
chaque ligne ici correspond donc à un appareil d'enregistrement --
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
horizontalement et verticalement - dans le but de mesurer où sont les choses.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Si on pourrait faire ça, ce que nous trouverions
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
c'est que chaque jour passé, chaque année passée,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
chaque milliard d'années passées, eh bien,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
la distance entre les galaxies augmente.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
Et non pas, parce que les galaxies s'éloignent
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
les unes des autres dans l'espace;
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
elles ne se déplacent pas forcément dans l'espace.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Mais elles s'éloignent les unes des autres
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
parce que l'espace lui-même s'accroît, OK.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Voilà ce que ça signifie, expansion de l'univers ou de l'espace.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Donc elles s'écartent vers le lointain.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Maintenant, ce que Stephen Hawking a aussi mentionné,
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
c'est qu'à la suite du Big Bang, l'espace est parti en expansion à un rythme très rapide.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Mais comme de la matière, exerçant des forces gravitationnelles
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
se trouve être à l'intérieur de l'espace,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
celui-ci a tendance à ralentir sa propre expansion, OK.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
L'expansion ralentit donc avec le temps.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
C'est pourquoi au cours du dernier siècle, les gens ont débattu
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
pour savoir si l'expansion de l'espace continuerait perpétuellement,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
ou bien s'il ralentirait, vous voyez,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
s'il va ralentir, mais continuer à l'infini.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
Ralentir et freiner asymptotiquement, et s'arrêter
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
ou bien ralentir, s'arrêter, puis revenir en arrière pour se contracter à nouveau.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Aussi, il y a un peu moins d'une décennie,
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
deux groupes de physiciens et d'astronomes
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
se sont mis à mesurer la vitesse à laquelle
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
l'expansion de l'espace ralentissait, OK.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
De combien de fois moins se dilate-t-il aujourd'hui,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
en comparaison, disons, d'il y a deux milliards d'années.
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
La surprenante réponse à cette question, à partir de ces expériences,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
c'est que l'espace se dilate aujourd'hui, à un rythme plus important,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
qu'il y a quelques milliards d'années, OK.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
L'expansion de l'espace, en réalité, s'accélère.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Ceci fut une conclusion tout à fait inattendue.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Il n'y a aucun raisonnement théorique convaincant pour expliquer cette observation.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Personne n'aurait pu prédire ce qui a été trouvé.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
C'était le contraire de ce à quoi nous nous attendions.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Nous avons donc besoin de quelque chose pour l'expliquer.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Maintenant il s'avère qu'au niveau mathématique,
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
on pourrait considérer ça comme une énergie.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
Mais un type d'énergie complètement différent
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
de ce que nous avons jamais vu.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Nous l'appelons l'énergie noire,
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
et c'est elle qui est à l'origine de l'expansion de l'espace.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Mais nous n'avons encore aucune piste
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
sur ce que ce terme mathématique représente.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Nous sommes incapable d'expliquer pourquoi nous devons compter cette énergie.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
Maintenant, au point où nous sommes, ce que je souhaite vraiment vous faire comprendre,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
c'est premièrement, que la matière noire et l'énergie noire
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
sont des choses complètement différentes, OK.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Il y a vraiment deux mystères dans la composition de l'univers,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
et ils ont des effets très différents.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
La matière noire, de par son pouvoir gravitationnel,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
à tendance à encourager la croissance des structures, d'accord.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Des amas de galaxies vont donc se former,
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
grâce à cette énorme force d'attraction gravitationnelle.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
L'énergie noire, quant à elle,
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
met de plus en plus d'espace entre les galaxies.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
faisant décroître leur pouvoir d'attraction gravitationnel,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
et par conséquent elle entrave la croissance des structures.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Ainsi donc en observant des choses comme les amas de galaxies,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
et comment ils -- leur densité numérique,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
combien sont-ils en fonction du temps --
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
nous pouvons apprendre comment la matière noire et l'énergie noire
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
interagissent l'une contre l'autre dans la formation des structures.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
En terme de matière noire... vous vous en rappelez,
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
j'ai dit que nous n'avions pas vraiment de candidats convaincants pour l'énergie noire.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Mais en avons nous pour la matière noire? Et la réponse est: oui.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Nous avons des candidats sérieux pour la matière noire.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Maintenant, qu'est-ce que j'entends par sérieux?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
J'entends que nous avons des théories mathématiquement cohérentes
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
que nous avons en fait introduites
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
pour expliquer un phénomène totalement différent, OK,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
des choses que je n'ai d'ailleurs pas abordées,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
et qui toutes prédisent l'existence
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
d'une nouvelle particule d'intéraction très faible (WIMPs).
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Et c'est exactement ce que vous voulez obtenir en sciences physiques:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
quand une prédiction sort d'une théorie mathématique cohérente
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
qui a été développée pour autre chose.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Cependant, nous ne savons pas si toutes ces prédictions
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
se réfèrent à la matière noire, OK.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Une matière noire, ou plusieurs, qui sait? Où ça pourrait être quelque chose de totalement différent.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
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2000
Maintenant, examinons ces particules de matière noire
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because, after all, they are here in the room, OK,
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parce qu'après tout, elles sont présentes ici dans la pièce, OK,
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and they didn't come in the door.
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et elles n'entrent pas par la porte.
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They just pass through anything.
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Elles traversent tout.
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They can come through the building, through the Earth --
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2000
Elles peuvent traverser l'immeuble, la terre;
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they're so non-interacting.
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844000
2000
elles sont tellement non-interactives.
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So one way to look for them is to build detectors
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3000
Une manière de les observer serait donc de construire des détecteurs
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that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
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4000
extrêmement sensibles à une particule de matière noire qui traverserait et le percuterait.
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So a crystal that will ring if that happens.
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Par exemple, un cristal qui vibre si ça arrive.
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So one of my colleagues up the road and his collaborators
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Donc l'un de mes collègues et ses collaborateurs
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have built such a detector.
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ont construit un tel détecteur.
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And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
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Et l'ont placé en profondeur, dans une mine de fer du Minnesota,
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OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
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OK, très profond dans le sol. Et de fait, les deux derniers jours
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announced the most sensitive results so far.
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les résultats les plus sensibles à ce jour ont été annoncés.
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They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
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Ils n'ont rien trouvé, OK , mais cela donne des limites à la masse
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and the interaction strength of these dark matter particles are.
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et à la force d'interaction de ces particules de matière noire.
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There's going to be a satellite telescope launched later this year
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Il va y avoir un satellite téléscope de lancé avant la fin de cette année.
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and it will look towards the middle of the galaxy,
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qui pointera vers le milieu de la galaxie,
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to see if we can see dark matter particles annihilating
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pour voir si nous pouvons observer ses particules de matière noire en train de s'annihiler
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and producing gamma rays that could be detected with this.
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et de produire des rayons gamma qui pourraient y être détectés.
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The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
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Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), l'accélérateur de particules physiques,
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that we'll be turning on later this year.
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qui va étre mis en marche avant la fin de cette année.
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It is possible that dark matter particles might be produced
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Il se peut que des particules de matière noire soit produites
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at the Large Hadron Collider.
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897000
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au Grand collisionneur de hadrons (LHC).
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Now, because they are so non-interactive,
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899000
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Maintenant, étant non-interactives,
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they will actually escape the detector,
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elles vont en fait s'échapper du détecteur,
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so their signature will be missing energy, OK.
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903000
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leur signature sera donc de "l'énergie manquante", OK.
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Now, unfortunately, there is a lot of new physics
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Maintenant malheureusement, il y a beaucoup de nouvelles particules
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whose signature could be missing energy,
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dont les signatures pourraient elles-aussi être une "énergie manquante",
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so it will be hard to tell the difference.
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ça va donc être difficile de faire la différence.
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And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
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Enfin, pour les projets futurs, des télescopes sont conçus
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specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
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spécialement pour adresser les questions de la matière et de l'énergie noire:
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ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
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des télescopes basés au sol, et aussi trois télescopes spatiaux
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that are in competition right now
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qui sont en ce moment en compétition
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to be launched to investigate dark matter and dark energy.
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pour être lancés dans le cadre de l'étude de la matière noire et de l'énergie noire.
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So in terms of the big questions:
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Donc pour les grandes questions:
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what is dark matter? What is dark energy?
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Qu'est ce que la matière noire? qu'est ce que l'énergie noire?
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The big questions facing physics.
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Ce sont les grands défis des sciences physiques.
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And I'm sure you have lots of questions,
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Et je suis sûre que vous avez plein de questions.
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which I very much look forward to addressing
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Auxquelles je me ferais un plaisir de répondre
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over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
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au cours des prochaines 72 heures où je serais là. Merci.
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(Applause)
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(Applaudissement)
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