ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Patricia Burchat | Speaker | TED.com
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。
- 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

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00:18
As a particle粒子 physicist物理学者, I study調査 the elementary初等 particles粒子
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相互作用する on the most最も fundamental基本的な levelレベル.
1
4000
3000
根本的な動きを研究しています
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For most最も of my research研究 careerキャリア, I've been usingを使用して acceleratorsアクセラレータ,
2
7000
3000
これまでの研究にあたりミクロの観察には
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suchそのような as the electron電子 acceleratorアクセル at Stanfordスタンフォード University大学, just up the road道路,
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10000
3000
スタンフォード大学で電子加速器などを用いて
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to study調査 things on the smallest最小 scale規模.
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13000
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研究をしてきました
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But more recently最近, I've been turning旋回 my attention注意
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16000
2000
ですが最近 私の関心はこうしたミクロの視点から
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to the universe宇宙 on the largest最大 scale規模.
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3000
宇宙という大きなスケールへと移行しています
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Because, as I'll explain説明する to you,
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21000
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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質問 on the smallest最小 and the largest最大 scale規模 are actually実際に very connected接続された.
8
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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
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So I'm going to tell you about our twenty-first-century21世紀 view見る of the universe宇宙,
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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
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what it's made of and what the big大きい questions質問 in the physical物理的 sciences科学 are --
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32000
3000
一体何で作られ どのような謎が潜んでいるのか
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at least少なくとも some of the big大きい questions質問.
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35000
2000
それらを発表していきたいと思います
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So, recently最近, we have realized実現した
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37000
3000
近年 解明された事なのですが
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that the ordinary普通の matter問題 in the universe宇宙 --
13
40000
2000
宇宙を形成している通常物質
01:00
and by ordinary普通の matter問題, 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惑星, the stars, the galaxies銀河 --
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45000
2000
植物 星 そして銀河などを指し
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the ordinary普通の matter問題 makes作る up only a few少数 percentパーセント
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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
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of the contentコンテンツ of the universe宇宙.
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50000
2000
満たないという事実が分かりました
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Almostほぼ a quarter四半期, or approximately a quarter四半期
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52000
3000
宇宙全体の約1/4を占めている物質は
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of the matter問題 in the universe宇宙, is stuffもの that's invisible目に見えない.
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55000
3000
私たちの目には見えないものであり
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By invisible目に見えない, I mean it doesn't absorb吸収します in the electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム.
20
58000
4000
それは電磁スペクトルを吸収もしなければ
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It doesn't emit放出する in the electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム. It doesn't reflect反映する.
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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
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It doesn't interact相互作用する with the electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム,
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65000
2000
電磁スペクトルに無反応な物質なため
01:25
whichどの is what we use to detect検出する things.
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67000
2000
検出することができません
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It doesn't interact相互作用する 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重力 effects効果.
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72000
2000
そこに重力が存在するからです
01:32
In fact事実, this darkダーク matter問題 dominates支配する
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74000
3000
実際 この無反応な物質(ダークマター)が
01:35
the gravitational重力 effects効果 in the universe宇宙 on a large scale規模,
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伝える you about the evidence証拠 for that.
28
80000
2000
その根拠も説明していきます
01:40
What about the rest残り of the pieパイ?
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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残り of the pieパイ is a very mysterious不思議な substance物質 calledと呼ばれる darkダーク energyエネルギー.
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後で, OK.
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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順番 to the evidence証拠 for darkダーク matter問題.
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銀河, especially特に in a spiralスパイラル galaxy銀河 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最も of the mass質量 of the stars is concentrated濃縮 in the middle中間 of the galaxy銀河.
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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巨大 mass質量 of all these stars keeps維持する stars in circular円形 orbits軌道 in the galaxy銀河.
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.
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108000
3000
物理学を学んだ人なら 即座に分かると思いますが
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As you can imagine想像する, even if you know physics物理, this should be intuitive直感的な, 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クローザー to the mass質量 in the middle中間 will be rotating回転する at a higher高い speed速度
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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さらに 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期待する is that if you measured測定された the orbital軌道 speed速度 of the stars,
40
124000
5000
ですから星が軌道を回る速さは
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that they should be slowerもっとゆっくり on the edgesエッジ than on the inside内部.
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言葉, if we measured測定された speed速度 as a function関数 of distance距離 --
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ショー a graphグラフ, OK --
43
135000
2000
図で表すと
02:35
we would expect期待する that it goes行く down as the distance距離 increases増加する
44
137000
4000
距離と速度は反比例の関係にあると
02:39
from the centerセンター of the galaxy銀河.
45
141000
2000
予測するでしょう
02:41
When those measurements測定値 are made,
46
143000
1000
ですが 実際はそうではなく
02:42
instead代わりに what we find is that the speed速度 is basically基本的に constant定数,
47
144000
3000
星の速度はどの位置においても
02:45
as a function関数 of distance距離.
48
147000
2000
一定を保っていたのです
02:47
If it's constant定数, that means手段 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感じ the gravitational重力 effects効果 of matter問題 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事実, this galaxy銀河 and everyすべて other galaxy銀河
51
156000
3000
実際に 宇宙に存在するどんな銀河にも
02:57
appears登場する to be embedded埋め込み in a cloud of this invisible目に見えない darkダーク matter問題.
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問題 is much more spherical球状 than the galaxy銀河 themselves自分自身,
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拡張する over a much widerより広い range範囲 than the galaxy銀河.
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銀河 and fixate固定 on that, but it's actually実際に a cloud of darkダーク matter問題
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優位 the structure構造 and the dynamicsダイナミクス of this galaxy銀河.
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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銀河 themselves自分自身 are not strewn間抜け randomly無作為に in spaceスペース;
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傾向がある to clusterクラスタ.
58
184000
2000
集合体を作る性質を持っています
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And this is an example of a very, actually実際に, famous有名な clusterクラスタ, the Comaコマ clusterクラスタ.
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銀河 in this clusterクラスタ.
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ファジー, elliptical楕円形の 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銀河 clustersクラスタ -- we take a snapshotスナップショット 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
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we take a snapshotスナップショット in a decade10年, it'llそれはよ look identical同一.
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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銀河 are actually実際に moving動く at extremely極端な high高い speedsスピード.
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動く around in this gravitational重力 potential潜在的な well of this clusterクラスタ, 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銀河 are moving動く.
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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測定 the speedsスピード of these galaxies銀河, their彼らの orbital軌道 velocities速度,
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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数字 out how much mass質量 is in this clusterクラスタ.
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質量 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説明 for by the galaxies銀河 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部品 of the electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム,
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ガス in this clusterクラスタ, as well.
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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できない accountアカウント for the mass質量 eitherどちらか.
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231000
2000
巨大な重力質量の謎は解けません
04:11
In fact事実, there appears登場する to be about ten times as much mass質量 here
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233000
3000
実際に ここでは通常物質よりも
04:14
in the form of this invisible目に見えない or darkダーク matter問題
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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普通の matter問題, 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いい if we could see this darkダーク matter問題 a little bitビット more directly直接.
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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パッティング this big大きい, blue blobブロブ on there, OK,
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247000
2000
大きな青いまるで囲んであるのは
04:27
to try to remind思い出させる you that it's there.
79
249000
2000
ダークマターの代わりです
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Can we see it more visually視覚的に? 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を通して 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ここにいる an observer観察者:
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望遠鏡.
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想定する there's a galaxy銀河 out here in the universe宇宙.
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銀河?
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レイ of light leaves the galaxy銀河 and travels旅行 throughを通して the universe宇宙
86
264000
3000
銀河から放たれた光が宇宙を
04:45
for perhapsおそらく billions何十億 of years
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267000
2000
何十億年も旅して
04:47
before it enters入る the telescope望遠鏡 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推論する where the galaxy銀河 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推論する it by the direction方向 that the rayレイ is traveling旅行
90
275000
3000
光の飛んで来た方向から
04:56
as it enters入る 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レイ of light came来た 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銀河 must必須 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想定する I put in the middle中間 a clusterクラスタ of galaxies銀河 --
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忘れる the darkダーク matter問題, OK.
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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検討する a different異なる rayレイ 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アカウント
97
294000
2000
ここではアインシュタインの
05:14
what Einsteinアインシュタイン predicted予測された when he developed発展した general一般 relativity相対性理論.
98
296000
3000
相対性理論が重要となります
05:17
And that was that the gravitational重力 fieldフィールド, due支払う to mass質量,
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偏向する not only the trajectory軌道 of particles粒子,
100
303000
3000
粒子の軌道だけではなく
05:24
but will deflect偏向する light itself自体.
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レイ will not continue持続する in a straightまっすぐ lineライン,
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むしろ bend曲げる and could end終わり 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観察者 see the galaxy銀河?
104
316000
3000
観測者の立場から見てみると 銀河は
05:37
You can respond応答する. 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外挿する backwards後方に and say the galaxy銀河 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レイ of light
107
326000
1000
他にはどのように光が
05:45
that could make into the observer'sオブザーバー eye from that galaxy銀河?
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レイ of light could go down, be bent曲がった
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オブザーバー eye,
111
335000
2000
上昇しながら 観測者の眼に入り
05:55
and the observer観察者 sees見える a rayレイ 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アカウント the fact事実 that we liveライブ in
113
339000
2000
それでは ここから応用編です
05:59
a three-dimensional三次元 universe宇宙, OK,
114
341000
2000
私たちの住む三次元の世界は
06:01
a three-dimensional三次元 spaceスペース.
115
343000
2000
縦 横 奥行きの空間なのですが
06:03
Are there any other raysレイ 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レイ would lie嘘つき on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone円錐.
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全体 rayレイ of light -- raysレイ of light on a cone円錐 --
118
354000
2000
光が銀河団の引力で屈折し
06:14
that will all be bent曲がった by that clusterクラスタ
119
356000
2000
円すいの形で進んで
06:16
and make it into the observer'sオブザーバー eye.
120
358000
3000
観測者の眼に入ります
06:19
If there is a cone円錐 of light coming到来 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サークル, a ringリング. It's calledと呼ばれる an Einsteinアインシュタイン ringリング. Einsteinアインシュタイン predicted予測された 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完璧な ringリング if the sourceソース, the deflector偏向器
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眼球, in this case場合, are all in a perfectly完全に straightまっすぐ lineライン.
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少し skewed歪んだ, we'll私たちは see a different異なる image画像.
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実験 tonight今晩 over the reception受付, 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数字 out what that image画像 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ターン out that there is a kind種類 of lensレンズ that we can devise考案する,
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形状 to produce作物 this kind種類 of effect効果.
129
393000
3000
作り出すことが出来るのです
06:54
We call this gravitational重力 lensingレンズ作用.
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計器, OK.
131
398000
3000
これが 必要な材料です
06:59
(Laughter笑い).
132
401000
1000
(笑)
07:00
But ignore無視する the top part.
133
402000
3000
上の部分は省きます
07:03
It's the baseベース that I want you to concentrate集中, OK.
134
405000
3000
この下の部分が大事なのです
07:06
So, actually実際に, at home, wheneverいつでも we breakブレーク a wineglassワイングラス,
135
408000
2000
私の家では割れたワイングラスは
07:08
I saveセーブ the bottom, take it over to the machine機械 shopショップ.
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シェービング it off, and I have a little gravitational重力 lensレンズ, 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形状 to produce作物 the lensingレンズ作用.
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実験
139
418000
2000
次に必要なものは紙ナプキンです
07:18
is grabつかむ a napkinナプキン. I grabbed捕まえた a pieceピース of graphグラフ paper -- I'm a physicist物理学者. (Laughter笑い)
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ナプキン. Drawドロー a little modelモデル galaxy銀河 in the middle中間.
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レンズ over the galaxy銀河,
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あなたは find is that you'llあなたは see a ringリング, an Einsteinアインシュタイン ringリング.
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動く the baseベース 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リング will splitスプリット up into arcsアーク, 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画像.
146
440000
2000
このようにしてレンズを活用します
07:40
On the graphグラフ 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グラフ 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種類 of an accurate正確 modelモデル
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起こる with the gravitational重力 lensingレンズ作用.
150
448000
2000
正確に表現されているのです
07:48
OK, so the question質問 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アーク in the sky when we look at, say, a clusterクラスタ of galaxies銀河?
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回答 is yes.
153
458000
2000
その答えは YESです
07:58
And so, here'sここにいる an image画像 from the Hubbleハッブル Spaceスペース Telescope望遠鏡.
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たくさんの of the imagesイメージ you are seeing見る
155
462000
2000
画像の多くはこの宇宙望遠鏡が
08:02
are earlier先に from the Hubbleハッブル Spaceスペース Telescope望遠鏡.
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ゴールデン shape形状 galaxies銀河 --
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銀河 in the clusterクラスタ.
158
468000
3000
これが銀河団だと分かります
08:09
They're the onesもの that are embedded埋め込み in that sea of darkダーク matter問題
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原因 the bending曲げ of the light
160
475000
2000
光を屈折させる原因です
08:15
to cause原因 these optical光学的 illusions幻想, or miragesミラージュ, practically事実上,
161
477000
3000
そして それにより
08:18
of the backgroundバックグラウンド galaxies銀河.
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実際に distorted imagesイメージ of galaxies銀河 that are much furtherさらに 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ベース on how much distortionねじれ
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イメージ, we can calculate計算する how much mass質量
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必須 be in this clusterクラスタ.
167
496000
2000
計算で導きだします
08:36
And it's an enormous巨大な amount of mass質量.
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また、, 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アーク are not centered中心 on individual個人 galaxies銀河.
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中心 on some more spread普及 out structure構造,
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ダーク matter問題
172
510000
4000
そしてこのダークマターの中に
08:52
in whichどの the clusterクラスタ is embedded埋め込み, OK.
173
514000
3000
銀河団が含まれているのです
08:55
So this is the closest最も近い you can get to kind種類 of seeing見る
174
517000
2000
この画像がダークマターの影響を
08:57
at least少なくとも the effects効果 of the darkダーク matter問題 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クイック reviewレビュー then, to see that you're following以下.
176
522000
3000
では 簡単におさらいです
09:03
So the evidence証拠 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四半期 of the universe宇宙 is darkダーク matter問題 --
178
527000
2000
重力をもつ質量で
09:07
this gravitationally重力で attracting引き付ける stuffもの --
179
529000
2000
占められている証拠は
09:09
is that galaxies銀河, the speed速度 with whichどの stars orbiting周回する galaxies銀河
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必須 be embedded埋め込み in darkダーク matter問題.
181
535000
3000
ダークマターが影響しているはずで
09:16
The speed速度 with whichどの galaxies銀河 within以内 clustersクラスタ are orbiting周回する 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必須 be embedded埋め込み in darkダーク matter問題.
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重力 lensingレンズ作用 effects効果, these distortionsひずみ
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クラスタ are embedded埋め込み in darkダーク matter問題.
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順番 to darkダーク energyエネルギー.
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わかる the evidence証拠 for darkダーク energyエネルギー, we need to discuss話し合います 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スティーヴン Hawkingホーキング referred言及 to in the previous sessionセッション.
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事実 that spaceスペース itself自体 is expanding拡大する.
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想像する a sectionセクション of our infinite無限 universe宇宙 --
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 four4つの spiralスパイラル galaxies銀河, OK --
191
571000
3000
4つの銀河を並べるとしましょう
09:52
and imagine想像する that you put down a setセット of tapeテープ measures措置,
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すべて lineライン on here corresponds対応する to a tapeテープ measure測定,
193
578000
2000
その縦と横に広がる線は
09:58
horizontal水平 or vertical垂直, for measuring測定する 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通過 day, each passing通過 year,
196
586000
3000
この4つの銀河は日々 年々
10:07
each passing通過 billions何十億 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距離 betweenの間に galaxies銀河 is getting取得 greater大きい.
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銀河 are moving動く
199
595000
1000
これは これら4つの銀河が
10:14
away from each other throughを通して spaceスペース.
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必ずしも moving動く throughを通して spaceスペース.
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動く 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スペース itself自体 is getting取得 biggerより大きい, 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拡張 of the universe宇宙 or spaceスペース means手段.
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動く furtherさらに apart離れて.
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スティーヴン Hawkingホーキング mentioned言及した, 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大きい Bangバング, spaceスペース expanded拡張された at a very rapid迅速な rateレート.
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重力で attracting引き付ける matter問題
208
622000
4000
しかし 引力をもつ物質が宇宙に
10:44
is embedded埋め込み in this spaceスペース,
209
626000
2000
存在するために
10:46
it tends傾向がある to slowスロー down the expansion拡張 of the spaceスペース, 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拡張 slows遅くなる 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世紀, OK, people debated議論された
212
634000
4000
20世紀の科学者達は この宇宙の拡大は
10:56
about whetherかどうか this expansion拡張 of spaceスペース would continue持続する forever永遠に;
213
638000
5000
永遠に続くものなのか それとも
11:01
whetherかどうか it would slowスロー down, you know,
214
643000
2000
衰えながらも
11:03
will be slowing減速する down, but continue持続する forever永遠に;
215
645000
2000
永遠に続くのか
11:05
slowスロー down and stop, asymptotically漸近的に 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スロー down, stop, and then reverse, so it starts開始する to contract契約する 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 decade10年 ago,
218
657000
2000
そして10年ほど前に
11:17
two groupsグループ of physicists物理学者 and astronomers天文学者
219
659000
5000
2組の物理学者と天文学者達が
11:22
setセット out to measure測定 the rateレート at whichどの
220
664000
2000
宇宙の膨張速度の減少率を
11:24
the expansion拡張 of spaceスペース was slowing減速する down, OK.
221
666000
4000
計測したのです
11:28
By how much lessもっと少なく is it expanding拡大する today今日,
222
670000
2000
今日の膨張率は数十億年昔と比べて
11:30
compared比較した to, say, a coupleカップル 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驚くべき answer回答 to this question質問, OK, from these experiments実験,
224
675000
5000
結果は予想に反して驚くべきもので
11:38
was that spaceスペース is expanding拡大する at a fasterもっと早く rateレート today今日
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少数 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拡張 of spaceスペース is actually実際に speedingスピード 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完全に surprising驚くべき result結果.
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説得力のある theoretical理論的 argument引数 for why this should happen起こる, 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予測する ahead前方に of time this is what's going to be found見つけた.
230
699000
3000
誰もが予想だにしなかった結果で
12:00
It was the opposite反対の of what was expected期待される.
231
702000
2000
想像に反する発見でした
12:02
So we need something to be ableできる to explain説明する 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ターン out, in the mathematics数学,
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期間 that's an energyエネルギー,
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完全に different異なる typeタイプ of energyエネルギー
235
713000
1000
このエネルギーは
12:12
from anything we've私たちは ever seen見た 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ダーク energyエネルギー,
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効果 of causing原因 spaceスペース to expand拡大する.
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動機
239
721000
2000
公式にするのは
12:21
for puttingパッティング it in there at this pointポイント, OK.
240
723000
2000
現時点ではできません
12:23
So it's really unexplained説明できない 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ポイント, then, what I want to really emphasize強調する 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ダーク matter問題 and darkダーク energyエネルギー
243
732000
2000
ダークマターとダークエネルギーは
12:32
are completely完全に different異なる 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作る up most最も of the universe宇宙,
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異なる effects効果.
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ダーク matter問題, because it gravitationally重力で attracts引き付ける,
247
743000
3000
ダークマターは重力があるために
12:44
it tends傾向がある to encourage奨励します the growth成長 of structure構造, OK.
248
746000
4000
その周辺にある銀河を引き寄せ
12:48
So clustersクラスタ of galaxies銀河 will tend傾向がある 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重力 attractionアトラクション.
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ダーク energyエネルギー, on the other handハンド,
251
755000
2000
一方で ダークエネルギーは
12:55
is puttingパッティング more and more spaceスペース betweenの間に the galaxies銀河,
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作る it, the gravitational重力 attractionアトラクション betweenの間に them decrease減少,
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妨げる the growth成長 of structure構造.
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クラスタ of galaxies銀河,
255
767000
3000
ですから 銀河団を観察し
13:08
and how they -- their彼らの number density密度,
256
770000
4000
銀河団の数密度や
13:12
how manyたくさんの there are as a function関数 of time --
257
774000
2000
時間との相対関係を調べる事で
13:14
we can learn学ぶ about how darkダーク matter問題 and darkダーク energyエネルギー
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競争する againstに対して each other in structure構造 formingフォーミング.
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条項 of darkダーク matter問題, 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説得力のある argument引数 for darkダーク energyエネルギー.
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ダーク matter問題? And the answer回答 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よく動機づけられた candidates候補者 for the darkダーク matter問題.
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意欲的な?
264
796000
3000
数学的にも立証できるもので
13:37
I mean that we have mathematically数学的に consistent整合性のある theories理論
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実際に introduced導入された
266
804000
2000
偶然にも全く異なった現象を
13:44
to explain説明する a completely完全に different異なる phenomenon現象, 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持っていない even talked話した about,
268
809000
2000
まだここでは触れていませんが
13:49
that each predict予測する the existence存在
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弱く interacting相互作用する, new新しい particle粒子.
270
814000
3000
予測している理論です
13:55
So, this is exactly正確に what you want in physics物理:
271
817000
2000
物理では理想的なパターンです
13:57
where a prediction予測 comes来る out of a mathematically数学的に consistent整合性のある theory理論
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実際に developed発展した for something elseelse.
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どちらか 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実際に the darkダーク matter問題 candidate候補者, 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どちらも, who knows知っている? Or it could be something completely完全に different異なる.
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ダーク matter問題 particles粒子
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ルーム, 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ドア.
279
839000
1000
ドアから入って来たのではなく
14:18
They just passパス throughを通して anything.
280
840000
2000
全ての物体を通り抜けます
14:20
They can come throughを通して the building建物, throughを通して the Earth地球 --
281
842000
2000
建物も 地球さえも通り抜けて
14:22
they're so non-interacting非インタラクション.
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ビルドする detectors検出器
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極端な sensitive敏感な to a darkダーク matter問題 particle粒子 coming到来 throughを通して and bumpingぶつかる 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結晶 that will ringリング if that happens起こる.
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同僚 up the road道路 and his collaborators協力者
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建てられた suchそのような a detector検出器.
287
858000
2000
そのような探知機を造りました
14:38
And they've彼らは put it deep深い down in an iron mine鉱山 in Minnesotaミネソタ州,
288
860000
3000
ミネソタ州の鉄鉱地帯の地中奥深くに
14:41
OK, deep深い under the ground接地, and in fact事実, in the last coupleカップル of days日々
289
863000
3000
その探知機を置き 研究を続けた結果
14:44
announced発表 the most最も sensitive敏感な results結果 so far遠い.
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持っていない seen見た anything, OK, but it puts置く limits限界 on what the mass質量
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インタラクション strength of these darkダーク matter問題 particles粒子 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衛星 telescope望遠鏡 launched打ち上げ later後で 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方向 the middle中間 of the galaxy銀河,
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ダーク matter問題 particles粒子 annihilating絶滅する
295
882000
2000
ダークマターの素粒子が消滅した際に発する
15:02
and producing生産する gammaガンマ raysレイ that could be detected検出された with this.
296
884000
4000
ガンマ線がその望遠鏡でとらえられるかもしれません
15:06
The Large Hadronハドロン Colliderコライダー, a particle粒子 physics物理 acceleratorアクセル,
297
888000
3000
今年の末には稼働し始める
15:09
that we'll私たちは be turning旋回 on later後で this year.
298
891000
3000
大型ハドロン衝突型加速器の観測結果にも注目です
15:12
It is possible可能 that darkダーク matter問題 particles粒子 mightかもしれない be produced生産された
299
894000
3000
大型ハドロン衝突型加速器によって
15:15
at the Large Hadronハドロン Colliderコライダー.
300
897000
2000
ダークマター素粒子が生まれるかもしれません
15:17
Now, because they are so non-interactive非インタラクティブ,
301
899000
1000
ダークマターは他の物質と
15:18
they will actually実際に escapeエスケープ the detector検出器,
302
900000
3000
作用しない為 加速器には探知されないでしょう
15:21
so their彼らの signature署名 will be missing行方不明 energyエネルギー, OK.
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903000
3000
つまり エネルギー質量が減少すると予想されるのです
15:24
Now, unfortunately残念ながら, there is a lot of new新しい physics物理
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906000
3000
しかしながら エネルギー質量の損失を鍵としている
15:27
whoseその signature署名 could be missing行方不明 energyエネルギー,
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909000
2000
理論が多数存在しているため
15:29
so it will be hardハード to tell the difference.
306
911000
2000
それぞれの差を見極める事が必要です
15:31
And finally最後に, for future未来 endeavors努力, there are telescopes望遠鏡 beingであること designed設計
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913000
5000
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
15:36
specifically具体的に to address住所 the questions質問 of darkダーク matter問題 and darkダーク energyエネルギー --
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918000
4000
天体望遠鏡が造られています
15:40
ground-based地上ベースの telescopes望遠鏡, and there are three space-based宇宙ベースの telescopes望遠鏡
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922000
3000
さらに3つの宇宙望遠鏡も現在打ち上げられる予定で
15:43
that are in competitionコンペ right now
310
925000
2000
ダークマターやダークエネルギーの
15:45
to be launched打ち上げ to investigate調査する darkダーク matter問題 and darkダーク energyエネルギー.
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927000
3000
調査開始に乗り出しています
15:48
So in terms条項 of the big大きい questions質問:
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930000
2000
今日はダークマターと
15:50
what is darkダーク matter問題? What is darkダーク energyエネルギー?
313
932000
2000
ダークエネルギーとは何かという
15:52
The big大きい questions質問 facing直面する physics物理.
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934000
2000
物理学における大きな謎を話しました
15:54
And I'm sure you have lots of questions質問,
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936000
3000
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
15:57
whichどの I very much look forward前進 to addressingアドレッシング
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939000
2000
その方は是非 今からの72時間を使って
15:59
over the next 72 hours時間, while I'm here. Thank you.
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941000
2000
私の所へお越し下さい 喜んで質問をお受けします
16:01
(Applause拍手)
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943000
3000
ありがとう (拍手)
Translated by Seiko Kawagoe
Reviewed by Takako Sato

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ABOUT THE SPEAKER
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.

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.

More profile about the speaker
Patricia Burchat | Speaker | TED.com

Data provided by TED.

This site was created in May 2015 and the last update was on January 12, 2020. It will no longer be updated.

We are currently creating a new site called "eng.lish.video" and would be grateful if you could access it.

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