TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat felfedi a sötét anyag titkát
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
Patricia Burchat fizikus feltárja univerzumunk két alapvető összetevőjét: a sötét anyagot és a sötét energiát. Együttesen az univerzum 96%-át teszik ki, nem lehet közvetlenül mérni őket, de hatásuk meghatározó.
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
Részecskefizikusként az elemi részecskéket tanulmányozom,
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
és ezek kölcsönhatásait a legalapvetőbb szinten.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
Kutatói karrierem folyamán leginkább részecskegyorsítókat használtam,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
mint a Stanford Egyetem elektrongyorsítója,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
hogy a legkisebb méretben tanulmányozzam a dolgokat.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
Mostanában azonban az univerzum
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
legnagyobb mérete felé fordult a figyelmem.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Mivel, ahogy ezt ki fogom fejteni,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
a legkisebb és legnagyobb méretek kérdései szorosan összefonódnak.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Az univerzum 21. századi felfogásáról fogok beszélni,
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
hogy miből áll, és hogy mik a fizikai tudományok nagy kérdései --
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
legalábbis pár nagy kérdése.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
A közelmúltban rájöttünk,
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
hogy a szokványos anyag az univerzumban --
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
és szokványos alatt önöket értem, magamat,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
a bolygókat, a csillagokat, a galaxisokat --
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
a szokványos anyag csak néhány százalékát teszi ki
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
az univerzum tartalmának.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Az univerzum anyagának majdnem a negyede,
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
vagy körülbelül a negyede láthatatlan.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
A láthatatlant úgy értem, hogy nem nyel el elektromágneses sugárzást.
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
Nem bocsát ki elektromágneses sugárzást. Nem tükröződik.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Nincs kölcsönhatásban az elektromágneses sugárzással,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
amit az észleléshez használunk.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Egyáltalán nincs kölcsönhatásban vele. Akkor honnan tudjuk, hogy ott van?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
A gravitációs hatásokból.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
Valójában a sötét anyag nagy mértékben
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
uralja a gravitációs hatásokat az univerzumban,
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
és ennek a bizonyítékáról fogok beszélni.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
Mi teszi ki a dolgok fennmaradó részét?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
A sötét energiának nevezett nagyon titokzatos anyag.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
Erre még visszatérünk.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
Egyelőre maradjunk a sötét anyag bizonyítékánál.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
Ezekben a galaxisokban, különösképp egy spirális galaxisban, mint a miénk,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
a csillagok tömegének nagyja a galaxis középpontjába sűrűsödik.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
Ezen csillagok óriási tömege tartja a csillagokat kör alakú pályán a galaxisban.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
A csillagok így keringenek.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
El tudják képzelni, ha a fizikában nem is jártasak -- csak józan ésszel --
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
hogy a tömegközépponthoz közelebbi csillagok gyorsabban fognak keringeni
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
mint a távolabbiak.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Arra számítanánk, hogy ha megmérjük a csillagok keringési sebességét,
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
akkor a peremen lassabbak lesznek, mint belül.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
Ha a sebességet a távolság függvényében nézzük, --
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
ígérem, ez az egyetlen grafikon, amit mutatok --
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
arra számítanánk, hogy csökken a távolság növekedésével
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
a galaxis középpontjából kifelé.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
A méréseket elvégezve
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
kiderült, hogy a sebesség alapjában véve állandó
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
a távolság fügvényében.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Ha állandó, az azt jelenti, hogy a csillagokra
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
olyan anyag gravitációs ereje hat, amit mi nem látunk.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
Valójában ez és minden más galaxis
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
úgy tűnik, hogy láthatatlan sötét anyag felhőjébe van ágyazva.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
és ez az anyagfelhő sokkal gömb alakúbb, mint a galaxis maga,
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
és sokkal messzebbre terjed ki, mint a galaxis.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
A galaxist látjuk, és arra koncentrálunk, de valójában a sötét anyag felhője
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
az, ami a galaxis szerkezetét és dinamikáját uralja.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
A galaxisok nem véletlenszerűen szétszóródva helyezkednek el;
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
hajlamosak halmazokba összeállni.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
Ez egy nagyon híres csillaghalmaz, a Coma-halmaz
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
Több ezer galaxis van ebben a halmazban.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
A fehér, homályos, ellipszis alakú dolgok azok.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Ezek a galaxishalmazok -- készítünk egy képet most,
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
készítünk egy képet tíz év múlva -- ugyanígy fognak kinézni.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
De ezek a galaxisok valójában elképesztően gyorsan mozognak.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
A halmaz potenciális gravitációs kútja körül mozognak.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Tehát mindezek a galaxisok mozognak.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
Meg tudjuk mérni a galaxisok sebességét, keringési sebességét,
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
és kitalálhatjuk, hogy mekkora a halmaz tömege.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
Újból azzal szembesülünk, hogy sokkal nagyobb itt a tömeg,
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
mint amennyit a látott galaxisok alapján feltételezhetnénk.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Vagy ha az elektromágneses spektrum más részeit figyeljük,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
akkor azt látjuk, hogy sokkal több gáz is van ebben a halmazban.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
De ez megint csak nem feltételezne ekkora tömeget.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
Látszólag közel tízszer annyi tömeg van itt
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
láthatatlan sötét anyag vagy sötét energia formájában,
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
mint a szokványos anyagként.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Jó lenne, ha közvetlenebbül láthatnánk a sötét anyagot.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Így csak ezzel a nagy kék pacával tudom jelezni,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
hogy emlékeztessem önöket a jelenlétére.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
Láthatjuk vizuálisabban? Igen.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Hadd mutassam meg, hogy ezt hogy is tesszük.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
Itt van egy megfigyelő:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
ez lehet egy szem, vagy akár egy teleszkóp.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
Tegyük fel, hogy itt van egy galaxis az univerzumban.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Hogyan látjuk ezt a galaxist?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Egy fénysugár hagyja el a galaxist és átutazza az univerzumot
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
akár milliárdnyi éven keresztül,
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
mielőtt eléri a teleszkópot vagy szemünket.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Honnan következtethetünk a galaxis helyzetére?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
A sugár utazásának irányából következtethetünk rá
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
ahogy eléri szemünk, igaz?
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
Mondjuk erről jön a fénysugár;
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
akkor a galaxis itt lehet.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
Tegyük fel, hogy ideteszek középre egy galaxishalmazt --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
és ne feledkezzünk el a sötét anyagról sem.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Ha megvizsgálunk egy másik fénysugarat, amely így halad,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
akkor számításba kell vennünk,
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
amit Einstein jósolt, amikor kidolgozta az általános relativitáselméletet.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
Hogy a gravitációs mező, a tömegtől függően,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
nem csak a részecskék pályáját fogja meggörbíteni,
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
de a fényt is.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Tehát ez a fénysugár nem egyenes irányban fog haladni,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
hanem görbült pályán, és így juthat el szemünkig.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Hol fogja látni a megfigyelő a galaxist?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Várom a válaszokat. Fent, igaz?
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
Visszafele következtetünk, és azt mondjuk, hogy a galaxis itt van fent.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Van más olyan fénysugár is,
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
amely a megfigyelő szeméig juthat ebből a galaxisból?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Igen, nagyon jó. Látom, hogy lefele mutatnak.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Tehát a fénysugár lent is mehet, görbülve
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
a megfigyelő szeméig,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
és a megfigyelő itt látja a fénysugarat.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Vegyük számításba azt is, hogy
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
egy három dimenziós univerzumban lakunk,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
egy három dimenziós térben.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Más fénysugarak is eljuthatnak a szemünkig?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
Igen! A sugarak egy tölcséren helyezkednének el.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Tehát itt van egy fénysugár -- tölcséren elhelyezkedő fénysugarak --
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
melyeket meghajlít az a halmaz
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
és eljutnak a megfigyelő szeméig.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Mit látok, ha egy fénysugártölcsér érkezik a szemembe?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Egy kört, egy gyűrűt. Einstein-gyűrűnek hívják -- Einstein megjósolta.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Akkor lesz csak tökéletes gyűrű, ha a forrás, a deflektor
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
és a szem pont egy vonalban helyezkednek el.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Ha nem, akkor egy másfajta képet látunk.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Ma este odaát a fogadáson elvégezhetnek egy kísérletet,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
mely megmutatja, hogy fog kinézni ez a kép.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Mivel ott rendelkezésünkre áll az a fajta lencse,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
melynek megfelelő a formája ehhez a hatáshoz.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
Ezt gravitációs lencsézésnek hívjuk.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Ez itt az eszköz.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Nevetés).
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
A felső részét hagyják figyelmen kívül.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
A talpra kell koncentrálniuk.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
Ha otthon összetörik egy borospohár,
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
mindig félreteszem a talpát, és átviszem a műhelybe.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
Lecsiszoljuk, és kész a kis gravitációs lencse.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Így megfelelő a formája a lencsézéshez.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
A következő teendő kísérletük során, hogy
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
fognak egy szalvétát. Én egy egy négyzetrácsos papírt fogtam, fizikus vagyok. (Nevetés)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Tehát egy szalvétát. Rajzoljanak egy kis sematikus galaxist a közepére.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
Tegyék a lencsét a galaxisra,
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
és egy gyűrűt fognak látni, egy Einstein-gyűrűt.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Mozdítsuk el a talpat oldalra,
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
és a gyűrű ívekre oszlik.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Bármilyen képre rátehetik.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
A négyzetrácsos papíron látható,
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
hogyan torzulnak a négyzetrács vonalai.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
Ez jól bemutatja,
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
hogy mi történik a gravitációs lencsézés közben.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
A kérdés a következő: ezt látjuk az égen?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Látunk íveket az égen, mikor egy galaxishalmazt figyelünk?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
A válasz: igen.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Ez egy, a Hubble űrteleszkóptól származó kép.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Sok kép, amit korábban mutattam
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
a Hubble űrteleszkóptól származik.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Először is, az arany galaxisok --
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
azok a halmaz galaxisai.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Ezek a sötét anyag tengereibe ágyazott galaxisok
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
okozzák a fény meggörbülését,
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
mely optikai illúziókat, délibábokat csinál
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
a háttérben lévő galaxisokból.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
A csíkok, amiket látnak, az összes csík,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
a sokkal messzebbi galaxisok torzított képei.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
A torzítás mértékét alapul véve,
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
amit ezeken a képeken látunk, kiszámolhatjuk, hogy mekkora tömegnek
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
kell lennie ebben a halmazban.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
És ez hatalmas mennyiségű tömeg.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Szabad szemmel is látható,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
hogy ezek az ívek nem központi galaxisok köré szerveződnek;
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
egy valamilyen kiterjedtebb alakzat köré szerveződnek.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
És ez a sötét anyag,
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
melybe a halmaz bele van ágyazva.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Ez a legközvetlenebb módja, hogy lássuk
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
legalább a hatásait a sötét anyagnak szabad szemmel.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Egy gyors összefoglalás, hogy biztosan követni tudják.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
A bizonyítékunk, hogy
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
az univerzum negyede sötét anyag --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
ez a gravitációs vonzást kifejtő anyag --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
a sebesség, mellyel a csillagok a galaxisok körül keringenek
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
túl nagy; ezért minden bizonnyal sötét anyagba vannak ágyazva.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
A sebesség, mellyel a halmaz galaxisai keringenek túl nagy;
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
minden bizonnyal sötét anyagba vannak ágyazva.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
Továbbá látjuk ezeket a gravitációs lencsézés hatásokat, ezeket a torzulásokat,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
melyek szintén azt sugallják, hogy a halmazok sötét anyagba vannak ágyazva.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Akkor most térjünk át a sötét energiára.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Hogy megértsük a sötét energia bizonyítékát, valamit meg kell beszélnünk,
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
amire Stephen Hawking utalt egy korábbi előadásán.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
Ez pedig a tény, hogy a tér tágul.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Képzeljük el végtelen univerzumunk egy szeletét,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
és tegyünk bele négy spirális galaxist.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
És képzeljük el, hogy ráhelyezünk egy sor mérőszalagot,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
úgy, hogy itt minden vonal egy mérőszalagnak feleljen meg --
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
vízszintes vagy függőleges -- a dolgok méréséhez.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Ha ezt megtesszük, akkor azzal szembesülünk,
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
hogy minden nappal, minden évvel,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
minden milliárd évvel,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
a galaxisok közötti távolság növekszik.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
És ez nem azért van, mert a galaxisok távolodnak
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
egymástól a térben;
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
nem feltétlenül mozognak a térben.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Azért távolodnak egymástól,
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
mert a tér maga növekszik.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Ezt jelenti az univerzum vagy a tér tágulása.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Szóval távolodnak egymástól.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Stephen Hawking említette, többek közt,
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
hogy az ősrobbanás után a tér nagy iramban tágult.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
De mivel gravitációs vonzást kifejtő anyag
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
van ebbe a térbe ágyazva,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
ez hajlamos a tér tágulását lelassítani.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Így a tágulás idővel lelassul.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
A múlt században azon vitáztak az emberek,
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
hogy vajon örökké folytatódni fog-e a tér tágulása,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
vajon lelassul, tudják,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
tovább fog lassulni, de folytatja örökké.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
Lassul és megáll, tünetmentesen megáll,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
vagy lassul, megáll, majd visszafordul, elkezd újra zsugorodni.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Egy kicsit több, mint tíz évvel ezelőtt,
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
fizikusok és csillagászok két csoportja
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
elkezdte megmérni a mértéket, mellyel
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
a tér tágulása lassul.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
Mennyivel tágul lassabban most,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
mint mondjuk néhány milliárd évvel ezelőtt?
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
A kísérletek alapján a kérdésre adott zavarba ejtő válasz az volt,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
hogy ma gyorsabban tágul a világegyetem,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
mint egy pár milliárd évvel ezelőtt.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Tehát a tér tágulása valójában egyre gyorsabb.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Ez teljesen meglepő eredmény volt.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Nem létezik meggyőző elméleti elgondolás, mely ezt megmagyarázná.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Senki nem jósolta meg előre, hogy ez lesz az eredmény.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Pont az ellenkezője, mint amire számítottunk.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Szóval szükségünk van valamire, ami ezt megmagyarázza.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Kiderült, hogy matematikailag
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
energiaként írható le ez a valami.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
De különbözik minden energiától,
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
amit eddig ismertünk.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Sötét energiának nevezzük,
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
és ez okozza a tér tágulását.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Még nincs megfelelő motivációnk
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
ennek a használatára.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Egyelőre nincs megmagyarázva, hogy miért használjuk.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
Ennél a pontnál azt szeretném önöknek hangsúlyozni,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
hogy a sötét anyag és a sötét energia
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
két teljesen különböző dolog.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Két rejtélyes dolog alkotja univerzumunk nagy részét,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
és nagyon különböző a hatásuk.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
A sötét anyag, mivel gravitációs vonzó hatást fejt ki,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
hajlamos az alakzatok növekedését elősegíteni.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Tehát galaxishalmazok képződnek
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
ezekből a gravitációs vonzásokból kifolyólag.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
A sötét energia ugyanakkor,
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
egyre több és több teret képez a galaxisok között.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Csökkenti a gravitációs vonzást közöttük,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
és így gátolja az alakzat növekedését.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Ezért vizsgáljuk a galaxishalmazokat,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
sűrűségüket,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
számukat az idő függvényében,
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
hogy megtudjuk, hogy a sötét anyag és sötét energia
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
hogyan verseng egymással az alakzat formálásában.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
A sötét anyagból következően, ahogy mondtam,
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
nincs meggyőző érv a sötét energia mellett.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Van valami a sötét anyag mellett? A válasz: igen.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Jó esélyekkel induló jelöltjeink vannak a sötét anyagra.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Mit értek jó esélyek alatt?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Olyan matematikailag következetes elméleteket,
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
melyeket eredendően azért vezettek be,
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
hogy teljesen más jelenségeket magyarázzanak meg,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
olyanokat, melyeket egyáltalán nem is említettem,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
és megjósolják a létezését
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
egy nagyon gyenge kölcsönhatásban fellépő új részecskének.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Pontosan erre számítunk a fizikától:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
egy olyan matematikailag következetes elméletből származik a jóslat,
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
melyet valami teljesen másért dolgoztak ki.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
De nem tudhatjuk, hogy bármelyikük is
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
ténylegesen sötét anyag jelölt-e.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Csak az egyik vagy mindkettő? Lehet, hogy valami teljesen más.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Kutatunk a sötét anyag részecskéi után,
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
mivel végső soron itt vannak a szobában,
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
és nem az ajtón jöttek be.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Áthaladnak mindenen.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Jöhetnek az épületen keresztül, a földön keresztül;
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
annyira kölcsönhatásba sem lépők.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Tehát az egyik módja kutatásuknak, hogy detektorokat építünk,
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
melyek nagyon érzékenyek a rajtuk áthaladó és beléjük ütköző sötét anyag részecskékre.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Tehát egy kristály, amely jelez ez esetben.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Egyik kollégám és munkatársai
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
építettek egy ilyen detektort.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
És egy vasbánya mélyén helyezték el Minnesotában.
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
Mélyen a föld alatt -- és az elmúlt pár napban
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
jelentették be az eddigi legérzékenyebb eredményeket.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
Nem találtak semmit, de ez korlátozza a tömegét és
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
kölcsönhatás erejét a sötét anyag részecskéinek.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
Még ez évben felbocsájtanak egy teleszkóp műholdat.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
Amely a galaxis közepe felé fog nézni,
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
hogy megpróbálja megfigyelni a megsemmisülő sötét anyag részecskéket,
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
és érzékelni az általuk kibocsájtott gamma sugarakat.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
A Nagy Hadronütköztető egy részecskegyorsító,
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
melyet ez évben indítanak be.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
Lehetséges, hogy fognak sötét anyag részecskék képződni
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
a Nagy Hadronütköztetőben.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
Mivel olyannyira nem lépnek kölcsönhatásba,
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
ezért a detektor sem fogja jelezni őket,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
így az árulkodó jel pont a hiányzó energia lesz.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
Sajnos sok az olyan új fizikai elképzelés,
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
melynek árulkodó jele a hiányzó energia lehet,
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
tehát nehéz lesz különbséget tenni.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
És végül, a jövőbeli törekvéseket tekintve, olyan teleszkópokat terveznek
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
melyek kifejezetten a sötét anyag és a sötét energia kérdésére hivatottak válaszolni:
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
földi teleszkópok. És három űrteleszkóp
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
melyek nemsokára elkészülnek,
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
hogy felbocsátva a sötét anyagot és sötét energiát kutassák.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
A nagy kérdéseket tekintve:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
Mi az a sötét anyag? Mi az a sötét energia?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
Ezek a fizika nagy kérdései.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
Bizonyára önöknek is sok kérdésük van.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
Nagyon szívesen megválaszolom őket
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
a következő 72 órában, amíg itt vagyok. Köszönöm
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(Taps)
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