TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
パトリシア・バーチャット: 暗黒物体ダークマターの解明
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物理学者であるパトリシア・バーチャットが宇宙を作り出している大部分であるダークマターとダークエネルギーについて解明します。この２つの要素は宇宙全体の96%を占め、宇宙に計り知れない影響を及ぼしています。しかし同時に現在の科学技術を駆使しても、その存在は謎に満ちています。
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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00:18
As a particle physicist, I study the elementary particles
0
0
4000
私は素粒子物理学者として 素粒子の
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
根本的な動きを研究しています
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
これまでの研究にあたりミクロの観察には
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
スタンフォード大学で電子加速器などを用いて
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
研究をしてきました
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But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
ですが最近 私の関心はこうしたミクロの視点から
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
宇宙という大きなスケールへと移行しています
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
それは 説明していくうちにご理解いただけると思いますが
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
ミクロの世界とマクロの世界は非常に密接に関わっています
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
では 21世紀の視野でみる宇宙とはどのような世界なのか
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
一体何で作られ どのような謎が潜んでいるのか
00:53
at least some of the big questions.
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35000
2000
それらを発表していきたいと思います
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
近年 解明された事なのですが
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that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
宇宙を形成している通常物質
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
ここでいう通常物質は 例えば あなた 私
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
植物 星 そして銀河などを指し
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
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47000
3000
これらは 宇宙全体のほんの数パーセントにしか
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
満たないという事実が分かりました
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
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52000
3000
宇宙全体の約1/4を占めている物質は
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
私たちの目には見えないものであり
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
それは電磁スペクトルを吸収もしなければ
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
放出してもいない つまり電磁スペクトルに映し出されない物質です
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
電磁スペクトルに無反応な物質なため
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
検出することができません
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
全く反応を起こさない物質の存在を私たちがどのように知ったのかというと
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
そこに重力が存在するからです
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
実際 この無反応な物質（ダークマター）が
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
宇宙全体に存在する重力の大半を占めているのです
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
その根拠も説明していきます
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
では このグラフの残りは何を表しているのでしょう
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
これはダークエネルギーという謎めいた物質です
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
ダークエネルギーに関しての説明は後ほど...
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
ではさっそく ダークマターの存在について目を向けてみましょう
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
銀河全般に言えることで このような渦巻銀河は特に
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
過半数の星が銀河の中心部に集中しています
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
この巨大な星のかたまりでできた渦によって 銀河内の円形軌道は保たれているのです
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
物理学を学んだ人なら 即座に分かると思いますが
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
このように軌道を回る星があった場合
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
中心部に近い星は 外側にある星よりも
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
速いスピードで回っています
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
ですから星が軌道を回る速さは
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
内側よりも外側のほうが遅いと予測するはずです
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
中心部から星までの距離と星の動く速度を
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
図で表すと
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
距離と速度は反比例の関係にあると
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
予測するでしょう
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
ですが 実際はそうではなく
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
星の速度はどの位置においても
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
一定を保っていたのです
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
もし一定ならば そこにある星には
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
私たちには見えない物質からの引力が働いているはずです
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
実際に 宇宙に存在するどんな銀河にも
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
このような肉眼で確認する事のできないダークマターの雲で覆われている事が解明されました
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
また ダークマターは銀河の形体は異なり 球面的な形であり
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
その球体は銀河よりも広い範囲で存在しているのです
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
通常 私たちは銀河だけにとらわれがちですが 実際には
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
銀河の構造や原動力を支配するダークマターが存在しています
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
銀河は宇宙にバラバラとちりばめられて出来上がってたのではなく
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
集合体を作る性質を持っています
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
これは有名な集合体の例で かみのけ座銀河団と言います
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
この銀河団には何千もの銀河が存在していて
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
どれも白くぼやけて楕円のような形をしています
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
今の瞬間の銀河のスナップ写真をとってみるとして
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
10年後に撮影するスナップ写真と比較してみても なんら変化はありません
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
しかし実際には これらの銀河は驚くほどに速いスピードで移動していて
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
この重力の渦に沿うように動いているのです
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
全ての銀河は このように動いているわけで
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
私たちは銀河の動く速度と軌道速度を測定し
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
この銀河団の重力質量を調べる事ができます
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
やはり 実際に目で見て確認できる分以上の
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
重力質量がそこから検出されます
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
仮に電磁スペクトルを別の角度から分析して
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
この銀河団に含まれている大量のガスを測定してみても
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
巨大な重力質量の謎は解けません
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
実際に ここでは通常物質よりも
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
約10倍にあたる質量が肉眼で測定できない形
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
つまりダークマターとして存在しています
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
このダークマターも見る事が出来れば いいですよね
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
大きな青いまるで囲んであるのは
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
ダークマターの代わりです
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
もっと分かりやすく見る方法はないのでしょうか？それがあるんです
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
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254000
2000
では その説明をしましょう
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
これが観察者の視点です
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
観察者の眼でも天体望遠鏡でも構いません
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
ここに銀河があるとしましょう
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
観察者の眼からはどのように見えますか？
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
銀河から放たれた光が宇宙を
04:45
for perhaps billions of years
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267000
2000
何十億年も旅して
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
観測者の眼にたどり着きます
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
銀河の位置をどのように推測できるのかというと
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
光の飛んで来た方向から
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
直線で結んだ位置に銀河があると憶測します
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
光がこのような角度から眼に入ると考えると
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
銀河はこの直線の延長線上にあるはずです
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
では この二つの間にもう一つの銀河団を置いてみましょう
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
もちろんこの銀河団にはダークマターが存在しています
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
では もう一つの光がこのように射していた場合どうなるのでしょう
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
ここではアインシュタインの
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
相対性理論が重要となります
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
ダークマターの巨大な質量によって発生した重力は
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
粒子の軌道だけではなく
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
そこに存在する光さえも曲げてしまいます
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
ですから この光も重力によって屈折し
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
私たち 観測者の眼に入ってくるのです
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
観測者の立場から見てみると 銀河は
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
実際よりも上に存在しているように映るはずです
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
銀河が光の直線上にあると推測するので 実際よりも上に位置づけてしまうわけです
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
他にはどのように光が
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
観測者の眼に届いているのでしょう？
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
はい そうです あちらの方のいう通り 下に曲がります
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
下に曲がった光は重力によって 屈折し
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
上昇しながら 観測者の眼に入り
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
実際より下に位置して見えます
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
それでは ここから応用編です
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
私たちの住む三次元の世界は
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
縦 横 奥行きの空間なのですが
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
そう考えると 他にはどのように光が進むと考えられますか？
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
その通りです！光は円すいに変形します
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
光が銀河団の引力で屈折し
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
円すいの形で進んで
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
観測者の眼に入ります
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
では 円すい形の光は実際の眼球にどのように映るのでしょう？
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
丸い輪です アインシュタインはこの現象を予言していた為 アインシュタインリングと呼ばれています
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
このアインシュタインリングが完璧なリングの形として現れるのは
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
３つ全てが一直線上にある時のみです
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
もし 少しでも傾いている場合 それは違うイメージとして映るでしょう
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
今夜のパーティーでもできる実験を教えましょう
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
どのようなイメージが浮かぶのか調べる事ができます
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
この効果を再現するのに最適な形をしたレンズを
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
作り出すことが出来るのです
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
この道具を重力レンズと呼んでいます
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
これが 必要な材料です
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
（笑）
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
上の部分は省きます
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
この下の部分が大事なのです
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
私の家では割れたワイングラスは
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
底をとっておき 機械工場へ持って行きます
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
研磨をかけた後には重力レンズができるというわけです
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
このようにしてレンズを用意したら
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
次に必要なものは紙ナプキンです
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
私は物理学者なのでグラフ用紙を使いますが（笑）
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
この紙ナプキンの中心部に銀河を描きます
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
そして その上に重力レンズをのせると
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
アインシュタインリングが出来ているのが分かります
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
では レンズを少し中心部からずらしてみましょう
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
するとリングは割れて弓の形になります
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
このようにしてレンズを活用します
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
グラフ用紙を見て分かるように
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
直線はゆがんで曲線のように見えます
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
この直線を曲げる力が重力レンズによって
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
正確に表現されているのです
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
こういった現象を実際の天体望遠鏡はとらえているのでしょうか？
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
このような歪んだ弓の形の光は銀河団の中に存在しているのでしょうか？
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
その答えは YESです
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
これはハッブル宇宙望遠鏡からの画像です
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
画像の多くはこの宇宙望遠鏡が
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
最近のものではありませんが
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
この金色に輝く銀河の数々を見てみると
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
これが銀河団だと分かります
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
銀河団はダークマターによって引き寄せられて出来た集合体で
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
光を屈折させる原因です
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
そして それにより
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
銀河の光は歪んでみえるのです
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
ですから これらの縦や横に流れる光の帯は
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
実際にはずっと離れた位置にある銀河がひずんでしまった姿なのです
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
次に この画像の光の歪み具合を測って
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
そこにどれだけの質量が存在しているのかを
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
計算で導きだします
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
結果 そこには極めて大きな質量が存在しました
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
実際に眼で確認できる通り
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
これらの弓形は個々の銀河に集中しているのではなく
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
無数に広がった状態で存在している事が分かります
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
そしてこのダークマターの中に
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
銀河団が含まれているのです
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
この画像がダークマターの影響を
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
肉眼でかろうじて捉えられる画像です
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
では 簡単におさらいです
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
宇宙の 1/4はダークマターという
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
重力をもつ質量で
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
占められている証拠は
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
銀河の周りを回る星のスピードが非常に速いので
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
ダークマターが影響しているはずで
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
銀河団の中の銀河の回転速度からも
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
ダークマターの影響が考えられます
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
そして光を屈折させる重力レンズ効果からも
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
ダークマターが影響しているはずだと言えるのです
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
では ここからはダークエネルギーについて話します
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
ダークエネルギーの存在を理解する為には 先ほどの
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
スティーヴンホーキング氏の話に戻る必要があります
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
宇宙そのものが膨張し拡大しているという事実です
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
この果てなく続く宇宙の一部に
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
４つの銀河を並べるとしましょう
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
その間に巻き尺を配置すると仮定します
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
その縦と横に広がる線は
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
それぞれの位置を計測することができます
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
もし 実際にそのような事が出来た場合
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
この４つの銀河は日々 年々
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
やがては何十億年という時を経て
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
少しずつお互いの距離を増し 離れていっている事が結果的に現れるのです
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
これは これら４つの銀河が
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
お互いから離れるようにして動いているからではありません
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
これらの銀河は宇宙を駆け巡っているのではないのです
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
銀河の距離が離れていったのは
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
宇宙そのものが膨張しているからなのです
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
それが ユニバース つまり宇宙全体の姿なのです
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
宇宙はぐんぐんと拡大し続けています
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
ホーキング氏も触れていたのは
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
ビッグバンが起きた後 宇宙が極度の速さで拡大したという点です
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
しかし 引力をもつ物質が宇宙に
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
存在するために
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
宇宙の拡大を減速させる性質があります
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
よって拡大速度は時間とともに低下するのです
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
20世紀の科学者達は この宇宙の拡大は
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
永遠に続くものなのか それとも
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
衰えながらも
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
永遠に続くのか
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
あるいは やがては絶えてしまうものなのか議論しました
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
速度が低下した後に収縮するのではないかとの意見もありました
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
そして10年ほど前に
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
2組の物理学者と天文学者達が
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
宇宙の膨張速度の減少率を
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
計測したのです
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
今日の膨張率は数十億年昔と比べて
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
どのくらい減少していたのでしょう
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
結果は予想に反して驚くべきもので
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
宇宙の膨張率は数十億年前に比べて
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
増加している事が分かったのです
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
これは 宇宙が以前よりも速いスピードで拡大している事を表し
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
大半の予想をくつがえす結果でした
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
なぜ宇宙が膨張率を増しながら拡大しているのかという原因ははっきりと分かっていません
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
誰もが予想だにしなかった結果で
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
想像に反する発見でした
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
ですから 私たちには宇宙が拡大し続けている原因を探る必要がありました
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
この事を数学上で説明する場合
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
この一連の現象を言い表すのに エネルギーの存在を使います
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
このエネルギーは
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
これまでに見てきたものとは全く別の種類で
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
ダークエネルギーと呼ばれています
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
ダークエネルギーは宇宙が膨張する要因を作り出しています
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
公式にするのは
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
現時点ではできません
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
公式にする妥当性も まだ説明がつかないのです
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
ですので 現段階で私の言える事は
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
ダークマターとダークエネルギーは
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
全くの別物であるという事
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
この二つの謎の物体が宇宙全体の大半を占めているという事
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
そしてこの二つは全く別の役割を果たしているという事です
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
ダークマターは重力があるために
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
その周辺にある銀河を引き寄せ
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
銀河団という骨組みを構成する基になります
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
これは ダークマターの重力無くしては出来ません
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
一方で ダークエネルギーは
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
宇宙空間を拡大させる事で 銀河同士の距離を広げ
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
重力の影響を減少させる働きがあります
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
重力を減少させる事で 銀河団の構築を妨げるのです
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
ですから 銀河団を観察し
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
銀河団の数密度や
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
時間との相対関係を調べる事で
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
どのようにダークマターとダークエネルギーが
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
銀河団の形成に影響しているのかを探る事が出来ます
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
ダークエネルギーに関しては 先ほども言ったように
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
その存在を証明するような理論は発表されていません
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
ダークマターに関しては 有力な理論が存在します
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
ダークマターの立証につながる有力理論とは
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
数学的にも立証できるもので
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
その存在がきちんと確立されている理論の事であり
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
偶然にも全く異なった現象を
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
説明する為に導きだされた理論です
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
まだここでは触れていませんが
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
どれも非常に作用のゆるい素粒子を
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
予測している理論です
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
物理では理想的なパターンです
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
数学的に説明のつく理論が作られ それが後に
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
別の現象を説明に使われるのです
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
ですが 私たちは未だこれらの理論が
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
ダークマターを解き明かす候補なのか わかりません
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
もしかしたら まったく違った場所に答えはあるのかもしれません
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
ダークマターの素粒子は
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
この場にでさえ存在しています
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
ドアから入って来たのではなく
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
全ての物体を通り抜けます
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
建物も 地球さえも通り抜けて
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
どの物体とも作用することはありません
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
ですから ダークマターの存在を探知する
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
とても高性能の探知機を作ることも考えられます
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
ダークマターに反応する鉱石はないか
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
同僚の一人が 共同研究者たちと協力して
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
そのような探知機を造りました
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
ミネソタ州の鉄鉱地帯の地中奥深くに
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
その探知機を置き 研究を続けた結果
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
二日前には 鋭い結果が発表されました
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
実際に何かの存在を確認したという訳ではないのですが
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
ダークマターが他の物体と作用の強さの限度を示唆するものでした
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
今年の終わりにはサテライト望遠鏡が打ち上げられます
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
そして銀河の中心部を焦点として観測し
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
ダークマターの素粒子が消滅した際に発する
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and producing gamma rays that could be detected with this.
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ガンマ線がその望遠鏡でとらえられるかもしれません
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The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
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今年の末には稼働し始める
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that we'll be turning on later this year.
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大型ハドロン衝突型加速器の観測結果にも注目です
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It is possible that dark matter particles might be produced
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大型ハドロン衝突型加速器によって
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at the Large Hadron Collider.
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ダークマター素粒子が生まれるかもしれません
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Now, because they are so non-interactive,
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ダークマターは他の物質と
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they will actually escape the detector,
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作用しない為 加速器には探知されないでしょう
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so their signature will be missing energy, OK.
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つまり エネルギー質量が減少すると予想されるのです
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Now, unfortunately, there is a lot of new physics
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しかしながら エネルギー質量の損失を鍵としている
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whose signature could be missing energy,
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理論が多数存在しているため
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so it will be hard to tell the difference.
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それぞれの差を見極める事が必要です
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And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
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そして最後に ダークマターやダークエネルギーの存在に対する疑問を解くためにデザインされた
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specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
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天体望遠鏡が造られています
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ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
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さらに３つの宇宙望遠鏡も現在打ち上げられる予定で
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that are in competition right now
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ダークマターやダークエネルギーの
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to be launched to investigate dark matter and dark energy.
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調査開始に乗り出しています
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So in terms of the big questions:
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今日はダークマターと
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what is dark matter? What is dark energy?
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ダークエネルギーとは何かという
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The big questions facing physics.
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物理学における大きな謎を話しました
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And I'm sure you have lots of questions,
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この件に関して質問がある方が沢山いらっしゃると思います
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which I very much look forward to addressing
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その方は是非 今からの72時間を使って
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over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
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私の所へお越し下さい 喜んで質問をお受けします
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(Applause)
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ありがとう （拍手）
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