TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
פטרישיה בורצהט מטילה אור על החומר האפל
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
הפיזיקאית פטרישיה בורצהט מטילה אור על שני מרכיבים בסיסים של יקומינו: חומר אפל ואנרגיה אפלה. שניהם מרכיבים כ 96% מהיקום, איננו יכולים לצפות בהם באופן ישיר, אך השפעותיהם כבירות
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
כפיזיקאית חלקיקים אני חוקרת את החלקיקים האלמנטריים
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
ואת הדרך בה הם מגיבים זה עם זה ברמה הבסיסית ביותר.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
במשך רוב הקרירה המחקרית שלי השתמשתי במאיצי חלקיקים
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
כמו מאיץ האלקטרונים שבאוניברסיטת סטאנפורד, שנמצאת במעלה הכביש
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
לחקירת דברים בקנה המידה הקטן ביותר
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
אך לאחרונה הפנתי את תשומת ליבי
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
ליקום בקנה המידה הגדול ביותר.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
בגלל, כפי שאסביר לכם,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
השאלות על הקטן ביותר ועל הגדול ביותר קשורות מאוד
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
לכן אני הולכת לתאר לכם את מבטנו על היקום במאה ה-21
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
ממה הוא מורכב ומה הן השאלות הגדולות במדעים הפיזיקאליים –
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
לפחות חלק מהשאלות הגדולות.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
ובכן, לאחרונה הבנו
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
שהחומר הרגיל ביקום
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
וב"רגיל" אני מתכוונת לך, לי,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
כוכבי-לכת, כוכבים, הגלקסיות --
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
החומר הרגיל מרכיב רק כמה אחוזים
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
מתכולת היקום
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
כמעט רבע, או בערך רבע
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
מהחומר ביקום, הוא בלתי נראה.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
כשאני אומרת "בלתי נראה" אני מתכוונת לכך שהוא לא סופג קרינה אלקטרומגנטית
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
לא פולט קרינה אלקטרומגנטית, לא מחזיר,
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
לא מגיב עם הספקטרום האלקטרומגנטי,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
שבו אנחנו משתמשים לגלות דברים.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
זה לא מגיב בכלל. אז איך אנחנו יודעים שזה שם?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
אנחנו יודעים שזה שם לפי התוצא הכבידתי שלו.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
למעשה, החומר האפל הזה שולט
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
בתופעות הכבידה ביקום בקנה מידה גדול,
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
ואני אסביר את הראיות לכך.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
מה בקשר לשאר העוגה?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
שאר העוגה הוא משהו מסתורי מאוד שנקרא אנרגיה אפלה.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
עוד על כך בהמשך.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
בואו נראה את הראיות למציאות חומר אפל.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
בגלקסיות כאלה, בעיקר בגלקסיות הספיראליות כמו זו,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
רוב המסה של הכוכבים מרוכזת במרכז הגלקסיה
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
המסה הענקית הזו של כל הכוכבים האלה שומרת כוכבים בתנועה סיבובית בגלקסיה
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
כך שיש לנו את הכוכבים האלה נעים בסיבוב ככה.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
כמו שאתם יכולים לדמין, גם אם אתם לא יודעים פיזיקה – זה צריך להיות אינטואיטיבי,כן –
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
הכוכבים שקרובים יותר למסה במרכז יסתובבו במהירות גבוהה יותר
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
מאלו שיותר רחוקים שם.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
אז הינו מצפים לכך שאם נמדוד את המהירות הסיבובית של הכוכבים
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
הם צריכים להיות איטיים יותר בקצוות מאשר במרכז
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
במילים אחרות, אם נמדוד את המהירות כפונקציה של מרחק --
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
וזו הפעם היחידה שאני אראה גרף ---
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
הינו מצפים שהוא ירד למטה ככל שגדל המרחק
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
ממרכז הגלקסיה
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
כאשר המדידות האלו מבוצעות
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
במקם זאת, אנחנו מוצאים שהמהירות בערך קבועה,
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
כפונקציה של המרחק.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
אם היא קבועה, זה אומר שהכוכבים כאן בחוץ
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
מרגישים משיכה כבידתית של חומר שאנחנו לא רואים
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
למעשה, הגלקסיה הזו, וכל גלקסיה אחרת
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
נראות כאילו הן משובצות בתוך ענן של החומר הבלתי-נראה האפל הזה
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
ענן החומר הזה הרבה יותר כדורי מהגלקסיות עצמן
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
והוא מתפשט לטווח גדול יותר מהגלקסיות.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
אז, אנחנו רואים את הגלקסיות ומתמקדים בהן, אבל בעצם הענן של החומר האפל
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
הוא ששולט במבנה ובתנועה של הגלקסיה הזו.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
הגלקסיות עצמן לא מפוזרות באופן אקראי בחלל
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
הן נוטות ליצור צבירים
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
וזו דוגמא לאחד הצבירים המפורסמים ביותר, "צביר קומה"
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
יש אלפי גלקסיות בצביר
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
הן הדברים הלבנים, המטושטשים האלפטיים כאן
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
אז אם ניקח תמונה של צביר גלקסיה עכשיו
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
וניקח תמונה בעוד עשור -- הוא יראה זהה
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
אבל הגלקסיות האלה באמת נעות במהירות מאוד גבוהה
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
הן נעות בתוך באר הכבידה הפוטנציאלית של הצביר.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
אז כל הגלקסיות האלה נעות.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
אנחנו יכולים למדוד את המהירות של הגלקסיות האלה, את המהירות הסיבובית שלהן.
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
ולחשב כמה מסה יש בצביר
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
ושוב, מה שאנחנו מוצאים זה שיש שם הרבה יותר מסה
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
ממה שאפשר להסביר על ידי הגלקסיות שאנחנו רואים.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
או, אם נסתכל בחלק אחר של הספקטרום האלקטרומגנטי
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
נראה שיש הרבה גז בצביר, גם כן.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
אבל זה עדיין לא מסביר את המסה .
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
למעשה, נראה שיש בערך פי עשר יותר מסה פה
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
בצורה של החומר האפל, הבלתי-נראה
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
מאשר בצורה של חומר רגיל.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
זה יהיה נחמד אם נוכל לראות את החומר האפל הזה בצורה יותר ישירה
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
אני רק מוסיפה את הענן הכחול הגדול הזה פה,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
לנסות להזכיר לכם שזה שם.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
האם אנחנו יכולים לראות אותו בצורה יותר ישירה? כן, אנחנו יכולים
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
ובואו נראה איך אנחנו יכולים לעשות את זה.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
אז הנה הצופה
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
זה יכול להיות עין, זה יכול להיות טלסקופ
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
ונניח שיש גלקסיה שם ביקום
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
איך אנחנו רואים את הגלקסיה הזו?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
קרן אור יוצאת מהגלקסיה , נעה דרך היקום,
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
למשך , אולי, מליוני שנים
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
לפני שהיא פוגעת בטלסקופ או בעין שלכם
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
עכשיו, איך אנחנו מסיקים איפה הגלקסיה נמצאת?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
ובכן, אנחנו מסיקים את זה לפי הכיוון שבה הקרן נעה
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
כאשר היא פוגעת בעין שלנו, נכון?
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
בואו נגיד, שקרן האור באה מהכיון הזה
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
הגלקסיה חייבת להיות כאן, בסדר.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
עכשיו, נניח שאשים באמצע צביר גלקסיות --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
ולא לשכוח את החומר האפל.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
עכשיו נחשוב על קרן אור אחרת, אחת שנעה ככה
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
עכשיו אנחנו צריכים לקחת בחשבון
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
מה שאיינשטיין חזה בפיתוח היחסות הכללית
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
וזה ששדה כבידה, הנוצר בעקבות מסה,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
יסיט לא רק מסלול של חלקיקים,
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
אלא יסיט גם את האור עצמו.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
לכן קרן האור הזו לא תמשיך בקו ישר
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
אלא תתעקם ותסיים את מסלולה בעין שלנו.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
איפה הצופה הזה יראה את הגלקסיה?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
אתם יכולים לענות. למעלה, נכון?
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
אנחנו ממשיכים אחורה את כיוון הקרן ואומרים שהגלקסיה נמצאת כאן למעלה.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
האם יש עוד קרני אור
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
שיכולים להגיע לעין הצופה מהגלקסיה הזו?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
כן, מעולה. אני רואה אנשים עושים ככה.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
אכן קרן אור יכולה לנוע למטה, ולהתעקם
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
למעלה לתוך עין הצופה.
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
והצופה יראה את קרן האור שם.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
עכשיו, קחו בחשבון את העובדה שאנחנו חיים
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
ביקום תלת-מימדי,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
החלל תלת-מימדי.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
האם יש עוד קרני אור שיכולים להגיע לעין?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
כן! הקרנים ייצרו -- אני רוצה לראות -- כן, חרוט.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
אז יש המון קרני אור -- קרני אור על חרוט --
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
שכולן תתעקמנה סביב צביר הגלקסיות
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
וכולן יגיעו לעין של הצופה.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
אם יש חרוט של אור שמגיע לעין שלי, מה אני אראה?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
מעגל, טבעת. זה נקרא "טבעת אינשטיין" -- אינשטיין חזה את התופעה.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
עכשיו, זו תהיה טבעת מושלמת אם המקור, הגורם המעוות,
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
וכדור העין, במקרה הזה, כולם על קו ישר אחד.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
אם הקו לא ישר לגמרי, נראה תמונה שונה.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
עכשיו, אתם יכולים לעשות ניסוי הערב, בקבלת הפנים,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
להבין מה נראה
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
כי מתברר שיש עדשה שנוכל לייצר
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
שיש לה את הצורה הנכונה לייצור סוג כזה של אפקט
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
אנחנו קוראים לזה "עידוש כבידתי"
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
וכך, זה המכשיר המדעי, בסדר.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(צחוק)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
אבל תתעלמו מהחלק העליון.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
זה הבסיס בו אני רוצה שתתרכזו, בסדר.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
אז , בבית, בכל פעם שאנחנו שוברים כוס יין
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
אני שומרת את התחתית, לוקחת אותה לסדנא
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
משייפים אותה, ויש לי עדשה כבידתית קטנה.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
יש לזה את הצורה הנכונה ליצירת העידוש.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
והדבר הבא שאתם צריכים לעשות בניסוי הזה
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
זה לקחת מפית. אני לקחתי פיסת נייר משובץ, אני פיזיקאית. (צחוק)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
אז, מפית. לצייר מודל קטן של גלקסיה במרכז
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
ועכשיו לשים את העדשה על הגלקסיה.
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
ומה שתגלו זה שתראו טבעת , טבעת אינשטיין
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
ועכשיו, הזיזו את הבסיס מעט הצידה,
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
והטבעת תתפצל לקשתות.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
אתם יכולים לעשות זאת עם כל תמונה.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
על הנייר המשובץ אתם יכולים לראות
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
איך כל הקוים המשובצים מופרעים
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
ושוב, זה סוג של מודל די מדויק
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
למה שמתרחש בעידוש כבידתי
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
בסדר, אז השאלה היא: האם אנחנו רואים את זה בשמים?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
האם אנחנו רואים קשתות בשמים כאשר אנחנו מסתכלים, נאמר, בצביר גלקסיות?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
והתשובה היא: כן.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
והנה, תמונה מטלסקופ החלל "האבל"
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
הרבה מהתמונות שאתם רואים
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
מקורן בטלסקופ החלל האבל.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
ובכן, דבר ראשון, הגלקסיות הזהובות
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
אלו הן הגלקסיות בצביר
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
הן אלו שמשובצות בים החומר האפל
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
שגורם לעיקום האור
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
ליצירת האשליה האופטית הזו, או חזיון תעתועים, בעצם,
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
של הגלקסיות שברקע
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
כך שכל הקוים המרוחים האלו שאתם רואים, כל המריחות
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
הן בעצם תמונות מעוותות של גלקסיות שנמצאות הרבה יותר רחוק, מעבר
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
ואז מה שאנחנו יכולים לעשות, בהסתמך על כמה עיוותים
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
אנחנו רואים בתמונות האלה, אנחנו יכולים לחשב כמה מסה
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
חייבת להיות בצביר הזה.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
וזו כמות עצומה של מסה.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
בנוסף, אתם יכולים להגיד על ידי התבוננות בתמונה
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
שהקשתות האלה לא מרוכזות על גלקסיות מסוימות
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
הן מרוכזות על מבנים יותר מפוזרים
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
וזה הוא החומר האפל
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
שבו הצביר משובץ.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
אז זה הכי קרוב שאפשר להגיע לאיזשהו סוג של ראייה
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
של לפחות ההשפעה של החומר האפל , בעין בלתי מזוינת.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
אז, חזרה קצרה, לוודא שאתם עוקבים.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
הראיות שיש לנו
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
שרבע מהיקום הוא חומר אפל --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
הדבר שמפעיל משיכה כבידתית --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
הן שגלקסיות, המהירות בה כוכבים מקיפים גלקסיות
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
הרבה יותר מידי גדולה, הן חייבות להיות משובצות בחומר אפל.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
המהירות בה גלקסיות בתוך צבירים נעות גדולה מידי
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
הצבירים חייבים להיות משובצים בחומר אפל.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
ואנחנו רואים את תוצא ה"עישוד הכבידתי" הזה, העיוותים האלו,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
שאומר, שוב, צבירים משובצים בחומר אפל.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
טוב. אז עכשיו בואו נפנה לאנרגיה אפלה.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
כדי להבין את הראיות לקיום אנרגיה אפלה, אנחנו צריכים לדבר על משהו
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
שסטפן הוקינג הזכיר בשיחה קודמת,
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
וזה העובדה שהחלל עצמו מתפשט
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
אם נדמיין חלק מהיקום האינסופי שלנו, כן
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
ושמתי בו ארבע גלקסיות ספיראליות
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
ודמיינו שהוספנו סרטי מדידה,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
כך שכל קו שם מתאים לסרט מדידה
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
אנכי או אופקי -- כדי למדוד איפה הדברים נמצאים.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
אם תוכלו לעשות את זה, מה שתמצאו
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
זה שבכל יום שחולף, בכל שנה שעוברת,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
בכל מליון שנה שעוברים, בסדר
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
המרחק בין הגלקסיות הולך וגדל
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
וזה לא מכיוון שהגלקסיות נעות
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
ומתרחקות אחת מהשניה דרך החלל
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
הן לא בהכרח נעות דרך החלל
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
הן נעות ומתרחקות אחת מהשניה
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
מכיוון שהחלל עצמו נעשה גדול יותר, בסדר.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
ולכך מתכוונים כשמדברים על התרחבות היקום או החלל.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
אז הגלקסיות מתרחקות אחת מהשניה
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
עכשיו, מה שסטפן הוקינג הזכיר
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
אחרי המפץ הגדול, החלל התרחב בקצב מאוד גבוה.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
אך בגלל שהחומר, שגורם לכבידה
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
נמצא בחלל
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
הוא נוטה להאט את התרחבות החלל. בסדר
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
לכן ההתרחבות מאיטה עם הזמן
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
ולכן, במאה האחרונה, כן, אנשים התחילו להתווכח
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
האם ההתרחבות הזו של החלל תימשך לנצח,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
האם היא תאט, אתם יודעים,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
תאט אבל תמשך לנצח,
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
תאט ותעצור, עצירה אסימפטוטית
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
או תאט, תעצור, ואז תתהפך, והיקום יתחיל להתכווץ שוב.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
אז קצת יותר מעשור אחורה
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
שתי קבוצות של פיזיקאים ואסטרונומים
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
ניסו למדוד את הקצב בו
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
התפשטות היקום מאיטה, בסדר.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
בכמה פחות זה מתפשט היום,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
לעומת, נגיד, כמה מליארד שנים מוקדם יותר?
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
התשובה המדהימה לשאלה זו, כן, מהניסויים האלה,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
היתה שהחלל מתפשט בקצב מהיר יותר היום,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
מאשר לפני כמה מליוני שנה, טוב.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
לכן ההתפשטות של החלל בעצם מאיצה.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
זו היתה תוצאה מפתיעה בהחלט.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
אין כל טיעון תיאורתי משכנע המסביר למה זה צריך לקרות, בסדר.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
אף אחד לא חזה, לפני הניסויים, שזה מה שיימצא
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
זה ההפך ממה שהיה מצופה
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
אז אנחנו צריכים משהו שיוכל להסביר את זה.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
עכשיו, מתברר, במתמטיקה
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
שאפשר לשים את זה בתור אנרגיה
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
אבל זה סוג אחר לגמרי של אנרגיה
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
מכל דבר שראינו בעבר
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
אנחנו קוראים לזה אנרגיה אפלה
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
ויש לה את ההשפעה של לגרום לחלל להתפשט.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
אבל אין לנו מניע טוב
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
לשים את זה שם בנקודה זו, טוב.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
ובעצם אין לנו הסבר בקשר לסיבה שבגינה אנחנו צריים לשים את זה במשוואה.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
עכשיו, בנקודה זו, לכן, מה שאני באמת רוצה להדגיש לכם,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
זה, שדבר ראשון, חומר אפל ואנרגיה אפלה
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
הם דברים שונים לחלוטין, בסדר.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
יש שני דברים מסתוריים שם בחוץ שמרכיבים את רוב היקום
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
ויש להם השפעה שונה לחלוטין
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
חומר אפל, בעקבות המשיכה הכבידתית שלו
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
נוטה לעודד גדילה של מבנים, בסדר.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
ולכן, צבירים של גלקסיות נוטים להיווצר
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
בגלל כל המשיכה הכבידתית הזו
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
אנרגיה אפלה, מצד שני
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
מוסיפה יותר ויותר חלל בין הגלקסיות
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
גורמת לזה -- למשיכה הכבידתית ביניהן -- לקטון.
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
ולכן היא מעכבת גדילה של מבנים.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
ולכן בהתבוננות בדברים כמו צבירים של גלקסיות,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
ואיך הם -- מספרם, צפיפותם,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
כמה יש מהם כפונקציה של זמן --
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
אנחנו יכולים ללמוד איך חומר אפל ואנרגיה אפלה
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
מתחרים אחד בשני ביצירת מבנים.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
במונחים של חומר אפל, אמרתי שאין לנו שום
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
אתם יודעים, טיעון משכנע באמת להסברת אנרגיה אפלה.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
האם יש לנו משהו להסברת החומר האפל? והתשובה היא: כן
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
יש לנו מועמד משכנע לחומר אפל.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
עכשיו, מה אני מתכוונת כשאני אומרת משכנע?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
אני מתכוונת שיש לנו תיאוריות עקביות באופן מתמטי
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
שהוצגו, למען האמת,
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
כדי להסביר תופעה אחרת לגמרי, בסדר.
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
משהו שאפילו לא דיברתי עליו,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
שכולן מנבאות את קיומו
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
של חלקיק חדש בעל אינטראקציות מאוד חלשות
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
אז, זה בדיוק מה שאנחנו רוצים בפיזיקה:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
תחזית שיוצאת מתוך תיאוריה עקבית באופן מתמטי
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
שבעצם פותחה עבור נושא אחר
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
אבל אנחנו לא יודעים אם מישהו מאלה
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
הוא באמת המועמד להיות החומר האפל, בסדר.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
אחד או שניהם, מי יודע? או שזה יכול להיות משהו שונה לגמרי
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
עכשיו, אנחנו מחפשים את חלקיקי החומר האפל האלו
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
בגלל שלאחר הכל, הם כאן בחדר, בסדר.
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
והם לא באו דרך הדלת
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
הם פשוט עברו דרך הכל
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
הם יכולים לעבור דרך הבנין, דרך כדור הארץ
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
הם כל כך חסרי-אינטראקציה
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
כך שאחת הדרכים לחפש אחריהם היא לבנות גלאים
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
מאוד רגישים לחלקיקי חומר אפל שעוברים דרכם ומתנגשים בהם
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
כמו גביש שיצלצל כשזה קורה.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
כך שאחד מעמיתי במעלה הכביש, וקבוצתו
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
בנו גלאי כזה
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
והם התקינו אותו עמוק באדמה, במכרה ברזל במיניסוטה.
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
כן? -- עמוק באדמה -- למעשה, בימים האחרונים
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
הם הכריזו על התוצאות הכי רגישות עד כה
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
הם לא ראו כלום. בסדר, אבל זה שם גבול עליון על המסה
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
וחוזק האינטראציה שלחלקיקי החומר האפל האלה יש
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
בהמשך השנה עומד להיות משוגר טלסקופ על לווין
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
והוא יסתכל לכיוון מרכז הגלקסיה
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
כדי לבדוק האם נוכל לראות חלקיקי חומר אפל מתאיינים
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
ומפיקים קרינת גמא שיכולה להתגלות בעזרתו
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
"מנגיש ההדרונים הגדול", מאיץ חלקיקים
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
שיופעל מאוחר יותר בשנה זו
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
זה אפשרי שחלקיקי חומר אפל ייוצרו
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
במנגיש ההדרונים הגדול
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
עכשיו, בגלל שהם כל כך חסרי-אינטראקציה
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
הם בעצם יברחו מהגלאי
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
כך שהסימן לנוכחותם יהיה אנרגיה חסרה, בסדר.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
עכשיו, לרוע מזלנו, יש הרבה דברים חדשים
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
שהסימן לנוכחותם הוא אנרגיה חסרה.
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
ולכן יהיה קשה להבדיל
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
ולבסוף, כנסיונות עתידיים, ישנם טלסקופים שעוצבו
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
במיוחד כדי לענות על השאלות של חומר אפל ואנרגיה אפלה:
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
טלסקופים על הקרקע. ושלושה טלסקופים שיהיו בחלל
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
מתמודדים כעת
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
לשיגור לצורך חקירת חומר אפל ואנרגיה אפלה.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
אז, במונחים של השאלות הגדולות:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
מה הוא חומר אפל? מה היא אנרגיה אפלה?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
השאלות הגדולות העומדות בפני הפיזיקה.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
ואני בטוחה שיש לכם הרבה שאלות,
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
שעליהן אני מצפה להתייחס
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
במהלך 72 השעות הקרובות, כל עוד אני כאן. תודה
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(מחיאות כפים)
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