TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
패트리샤 버챗 - 암흑물질에 빛을 비추다.
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물리학자 패트리샤 버챗이 우리 우주의 두가지 기본 구성 요소인 암흑 물질과 암흑 에너지에 빛을 밝힙니다. 우주의 96%를 구성하고 있지만 그것들은 직접적으로 측정할 수는 없습니다. 하지만 영향력 만큼은 엄청나죠.
Patricia Burchat - Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
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As a particle physicist, I study the elementary particles
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입자물리학자로서 저는 기본 입자들이
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and how they interact on the most fundamental level.
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가장 근본적인 레벨에서 어떻게 작용하는가를 연구해 왔습니다.
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For most of my research career, I've been using accelerators,
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제가 스탠포드 대학의 전자 가속기와 같은
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such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
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가속기를 가지고 가장 중점을 두고 연구해 왔던 것은
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to study things on the smallest scale.
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가장 작은 스케일의 물질들이었습니다.
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But more recently, I've been turning my attention
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그러나 최근엔 우주와 같은
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to the universe on the largest scale.
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넓은 스케일에 관심을 갖기 시작했죠.
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Because, as I'll explain to you,
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왜냐하면 제가 나중에 설명할거지만,
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the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
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가장 작은 것과 가장 큰 것들에 대한 질문은 실질적으로 매우 밀접한 관계가 있기 때문입니다.
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So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
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이제 저는 우주에 대해 21세기적 관점에서 여러분에게 이야기를 할 것입니다.
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what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
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그것들이 무엇으로 이루어졌고 또 물리학에서 가장 큰 문제들이 무엇인지,
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at least some of the big questions.
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적어도 그 중 몇가지 큰 문제에 대해 이야기하려고 합니다.
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So, recently, we have realized
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최근에 우리는
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that the ordinary matter in the universe --
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우주의 일반 구성 물질 -
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and by ordinary matter, I mean you, me,
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여기서 일반적인 물질이라고 하면 여러분이나 저나
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the planets, the stars, the galaxies --
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행성이나 항성이나 은하와 같은거죠
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the ordinary matter makes up only a few percent
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일반적인 물질들은 우주를 구성하는데 있어서 고작 몇 퍼센트에
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of the content of the universe.
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불과하다는 사실을 깨달았습니다.
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Almost a quarter, or approximately a quarter
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우주를 구성하는 대략 1/4 가량의 물질들은
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of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
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보이지 않는 것입니다.
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By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
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보이지 않는다는 것은 전자기파를 흡수하지 않는다는 뜻입니다.
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It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
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전자기파를 방출하지도, 반사하지도 않습니다.
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It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
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그것은 우리가 뭔가를 찾을때 사용하는
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which is what we use to detect things.
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전자기파와 상호작용하지 않습니다.
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It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
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당최 아무것에도 반응하지 않더군요. 그럼 그게 거기 있는지 어떻게 알았냐구요?
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We know it's there by its gravitational effects.
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우리는 중력 효과를 통해 그게 존재한다는걸 알았습니다.
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In fact, this dark matter dominates
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사실 암흑물질은 우주적 스케일에서
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the gravitational effects in the universe on a large scale,
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중력 효과의 큰 부분을 차지합니다.
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and I'll be telling you about the evidence for that.
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80000
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그리고 저는 여러분께 그것을 증명해 보이려고 합니다.
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What about the rest of the pie?
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이 파이그래프의 나머지는 어떤 걸까요?
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The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
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84000
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파이의 나머지는 암흑 에너지라고 불리는 매우 신비로운 물질입니다.
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More about that later, OK.
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그건 나중에 이야기하도록 하고요,
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So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
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90000
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지금은 다시 암흑물질의 증거로 돌아가보죠.
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In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
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은하, 특히 이와 같은 나선은하에서는
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most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
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96000
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대부분의 별들의 질량이 은하 중심부근에 집중되어 있습니다.
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This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
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101000
7000
이런 모든 별들의 거대한 질량이 별들이 은하 내에서 원형 궤도를 유지하도록 하고 있죠.
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So we have these stars going around in circles like this.
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그래서 우리는 별들이 이렇게 원을 그리고 있다는걸 압니다.
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As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
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111000
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만약 여러분이 물리학을 좀 아신다면, 직관적으로 아시겠지만
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that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
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중심 덩어리 부근에 가까운 별들은
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than those that are further out here, OK.
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멀리 위치한 별들보다 좀 더 빠른 속도로 회전할 것입니다.
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So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
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따라서 만약 여러분이 별들의 궤도 속도를 잰다면
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that they should be slower on the edges than on the inside.
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129000
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바깥쪽이 안쪽보다는 느려야 할거라고 생각할 수 있습니다.
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In other words, if we measured speed as a function of distance --
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다른 말로, 만약 우리가 거리 관계를 염두하고 측정한다면
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this is the only time I'm going to show a graph, OK --
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135000
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-- 이 강연에서 그래프는 이거 하나 뿐입니다 --
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we would expect that it goes down as the distance increases
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우리는 은하중심에서 멀어질수록 속도가
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from the center of the galaxy.
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느려질 거라고 예측할 수 있습니다.
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When those measurements are made,
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측정 결과가 나왔을 때 기대했던것과는 달리
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instead what we find is that the speed is basically constant,
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144000
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중심에서부터의 거리에 따른 속도는
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as a function of distance.
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기본적으로 일정했습니다.
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If it's constant, that means that the stars out here
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149000
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속도가 거리에 관계없이 일정하다는 것은 우리가 보지 못하는 중력 효과가
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are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
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152000
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여기 이 별들에게 작용한다는걸 의미하는거죠.
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In fact, this galaxy and every other galaxy
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사실 이 은하와 다른 모든 은하들은
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appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
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159000
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보이지 않는 암흑 물질의 구름에 둘러싸여 있는걸로 밝혀졌습니다.
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And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
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164000
4000
그리고 이 물질의 구름은 은하보다는 좀 더 구형에 가깝습니다.
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and it extends over a much wider range than the galaxy.
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168000
4000
그리고 그것들은 은하보다 더 넓은 범위를 차지하고 있죠.
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So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
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172000
4000
그래서 우리가 은하를 바라보고 거기에다 시선을 두게 되지만
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that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
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176000
5000
실제로 거기엔 은하의 구조와 움직임을 좌우하는 암흑물질의 구름이 있습니다.
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Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
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은하 그 자체는 우주에 임의적으로 뿌려진게 아닙니다.
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they tend to cluster.
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184000
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그것들은 은하단을 이룹니다.
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And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
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186000
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한 예로, 이것은 매우 유명한 머리털자리 은하단 입니다.
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And there are thousands of galaxies in this cluster.
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189000
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그리고 이 은하단 안에는 수천개의 은하들이 있죠.
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They're the white, fuzzy, elliptical things here.
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192000
3000
희고, 흐릿하고, 타원형인것들이 여기 있네요.
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So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
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195000
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이런 은하단의 스냅샷을 찍고
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we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
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198000
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10년후에 스냅샷을 찍어 보면 마치 같은 자리에 있는 것처럼 보일 겁니다.
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But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
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201000
4000
하지만 사실 이 은하들은 매우 빠른 속도로 움직이고 있죠.
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They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
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205000
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은하들은 이 은하단의 중력장 우물(potential well) 안에서 움직입니다.
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So all of these galaxies are moving.
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210000
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여기있는 모든 은하들은 움직이고 있습니다.
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We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
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212000
4000
우리는 이 은하들의 속도, 즉 궤도 속도를 측정할 수 있고
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and figure out how much mass is in this cluster.
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216000
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이 은하단 안에 얼마나 많은 질량이 존재하는지도 알 수 있습니다.
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And again, what we find is that there is much more mass there
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218000
4000
그리고 은하단에서도 눈에 보이는 은하들이 가진 것 보다
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than can be accounted for by the galaxies that we see.
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222000
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훨씬 큰 질량이 있다는 것을 발견했습니다.
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Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
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226000
2000
또 다른 영역의 전자기파 (적외선, 자외선, 엑스선)으로 보면
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we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
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228000
3000
이 은하단 안에 많은 양의 가스도 존재한다는것을 볼 수 있습니다.
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But that cannot account for the mass either.
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231000
2000
하지만 그것으로도 그 질량을 설명할 수는 없습니다.
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In fact, there appears to be about ten times as much mass here
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233000
3000
사실 일반적인 물질보다 대략 열 배 정도는 더 많은
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in the form of this invisible or dark matter
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보이지 않는 형태의 덩어리나 암흑 물질이
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as there is in the ordinary matter, OK.
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239000
4000
있는 걸로 나타나고 있습니다.
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It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
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243000
4000
우리가 조금이라도 암흑 물질을 직접적으로 볼 수 있었으면 좋겠네요.
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I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
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247000
2000
제가 이것들이 여기 있음을 여러분에게 상기시키기 위해
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to try to remind you that it's there.
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이 커다랗고 파란 구체모양을 갖다 놓았습니다만
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Can we see it more visually? Yes, we can.
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좀 더 시각적으로 볼 수는 없을까요? 네, 할 수 있습니다.
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And so let me lead you through how we can do this.
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우리가 그걸 어떻게 할 수 있는지 보여드리겠습니다.
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So here's an observer:
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256000
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여기 관찰자가 있습니다.
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it could be an eye; it could be a telescope.
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258000
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누군가의 눈이나 망원경이 될 수 있겠죠.
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And suppose there's a galaxy out here in the universe.
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260000
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그리고 여기 은하가 있다고 가정해봅시다.
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How do we see that galaxy?
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262000
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우리는 어떻게 은하를 볼 수 있죠?
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A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
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빛이 은하를 떠나 대략 수백만년동안
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for perhaps billions of years
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우주를 가로질러 망원경이나
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before it enters the telescope or your eye.
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269000
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우리의 눈으로 들어오게 됩니다.
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Now, how do we deduce where the galaxy is?
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272000
3000
이제 우리는 은하가 어디에 있는지 어떻게 알 수 있나요?
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Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
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275000
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네, 우리는 우리의 눈에 들어오는
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as it enters our eye, right?
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278000
2000
빛의 방향을 보고 알 수 있습니다.
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We say, the ray of light came this way;
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280000
2000
그렇죠? 우리는 빛이 이 방향에서 온다 라고 말 할 수 있습니다.
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the galaxy must be there, OK.
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282000
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그 은하는 필시 거기에 있겠죠.
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Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
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284000
4000
네, 이제 저는 가운데 은하단을 가져다 놓겠습니다.
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and don't forget the dark matter, OK.
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암흑물질도 잊지 마시고요.
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Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
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290000
4000
이제 우리가 다른 빛이 이런식으로 떠나가는걸 생각한다면
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we now need to take into account
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294000
2000
아인슈타인이 일반상대성이론을 발견했을때
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
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296000
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예언했던것을 떠올려 볼 필요가 있습니다.
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And that was that the gravitational field, due to mass,
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299000
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그것은 덩어리에 의해 발생된 중력장이
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will deflect not only the trajectory of particles,
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303000
3000
입자들의 궤적 뿐만 아니라
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but will deflect light itself.
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306000
3000
빛 그 자체를 휘어지게 한다는거죠.
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So this light ray will not continue in a straight line,
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309000
3000
그래서 빛이 계속 직선거리로 이어지지 않고 굴절되어
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but would rather bend and could end up going into our eye.
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312000
4000
최종적으로 우리의 눈에 들어온다면
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Where will this observer see the galaxy?
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316000
3000
관찰자에게는 이 은하가 어디에 있는걸로 보일까요?
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You can respond. Up, right?
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319000
4000
대답하실수 있나요? 위, 맞죠?
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We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
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323000
3000
우리는 은하가 여기에 있는 것처럼 보게 됩니다.
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Is there any other ray of light
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326000
1000
은하에서 나온 빛 가운데
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that could make into the observer's eye from that galaxy?
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327000
3000
관찰자의 눈으로 들어가는 다른 빛은 없는 걸까요?
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Yes, great. I see people going down like this.
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330000
3000
네 맞습니다. 이렇게 아래로 하시는 분들이 보이네요.
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So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
빛이 아래로 내려가고 굴절되어 올라가서
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
관찰자의 눈으로 들어가고 관찰자에게는
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
빛이 여기서 온 것처럼 보입니다.
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Now, take into account the fact that we live in
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339000
2000
네. 이제 우리가 3차원의 우주에서
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
살고 있다는 사실을 생각해 봅시다.
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a three-dimensional space.
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343000
2000
네 3차원 공간이죠.
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Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
우리의 눈에 들어오는 다른 빛은 없을까요?
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Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
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348000
6000
네! 그 빛은 마치 아이스크림 콘과 같을겁니다.
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So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
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그 모든 아이스크림 콘 형태의 빛들이
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that will all be bent by that cluster
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356000
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은하단에 의해 굴절되어
06:16
and make it into the observer's eye.
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358000
3000
관찰자의 눈 안으로 들어오게 됩니다.
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If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
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361000
5000
만약 콘과 같은 형태의 빛이 눈에 들어온다면 우리는 무엇을 보게 될까요?
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A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
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366000
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원형, 링과 같은 형태죠. 그것을 아인슈타인이 예언했다고 하여 아인슈타인 링이라고 부릅니다.
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Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
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370000
5000
네, 이제 만약 광원과 굴절체, 눈이 완전히 직선상에 놓여 있다면
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and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
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375000
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완벽한 링의 형태를 보게 될겁니다.
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If they're slightly skewed, we'll see a different image.
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만약 비스듬히 놓여 있다면 다른 이미지를 보게 되겠죠.
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Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
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여러분은 오늘밤 리셉션에서 그 이미지가
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to figure out what that image will look like.
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어떻게 보이게 될지 실험을 해 볼 수 있을겁니다.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
그건 우리가 고안해낸 어떤 종류의 렌즈가
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
이러한 효과를 만들어내는데 적합한 모습을 하고 있기 때문이죠.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
우리는 이것을 중력 렌즈라고 부릅니다.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
그리고.. 이것이 여러분이 사용할 도구입니다.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(웃음)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
하지만 윗부분은 무시해 주세요.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
여러분께서는 아랫 부분에 주목해주시길 바랍니다.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
사실 집이나 와인글래스를 깨뜨릴 수 있는 어떤 장소에서든지
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
저는 바닥 부분만 구해 와서 기계 공작소에 맡깁니다.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
그걸 갈아서 작은 중력 렌즈를 가질 수 있게 되는 거죠.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
이제 올바른 형태의 렌즈 모양을 갖추게 되었습니다.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
이제 여러분의 실험에서 다음에 해야 할 일은
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
냅킨을 확보하는 겁니다. 저는 그래프 용지를 확보했습니다. 저는 물리학자니까요. (웃음)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
그리고 냅킨의 한가운데에 모델 은하를 하나 그립니다.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
그리고 렌즈를 은하 위에 가져다 놓습니다.
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
이제 여러분은 링을 하나 볼 수 있습니다. 아인슈타인 링이죠.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
이제 밑부분을 옆으로 살짝 옮겨 봅시다.
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
그럼 그 링은 호의 형태로 나눠지게 됩니다.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
여러분은 이걸 어떤 이미지 위에다가도 가져다 놓을 수 있습니다.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
그래프용지에서는 여러분은 용지의 선들이
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
어떻게 왜곡되어 있는가를 볼 수 있습니다
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
이것은 중력 렌즈에 의해
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
어떤 일이 생길 수 있는가를 보여주는 실제적인 모델의 한 종류입니다.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
그럼 질문을 하나 해 보죠. 정말 하늘에서 이걸 볼 수 있나요?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
우리가 은하단을 바라보면 이런 호를 볼 수 있나요?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
대답은 '네' 입니다.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
여기 허블우주망원경이 보내온 사진 한 장이 있습니다.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
여러분이 보시는 많은 사진들은
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
이미 허블 우주망원경이 보내온 것들입니다.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
우선 금빛 모양의 은하들,
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
이 은하들은 은하단 안에 있습니다.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
이 은하들은 배경 은하의 빛을 굴절시켜
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
이런 시각적인 왜곡이나 신기루를 만드는
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
암흑 물질의 바다 속에
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
포함되어 있는 것들입니다.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
그래서 여러분이 보시는 이런 줄무늬들은
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
훨씬 더 먼 곳에 있는 은하가 왜곡되어 보이는 것입니다.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
그래서 우리가 할 수 있는 것이란 우리가 보는 이 이미지상에서
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
얼마나 많은 왜곡이 일어났는가를 바탕으로 이 은하단에
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
얼마의 질량이 있어야 하는지 계산하는 일입니다.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
그리고 그 질량은 어마어마합니다.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
또한 여러분이 눈으로 보시다시피
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
이 호들은 개개의 은하를 중심으로 두고 있지 않습니다.
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
호들은 조금 넓게 퍼져있는 구조에 중심을 두고 있죠.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
그것이 바로 은하단을 포함하는
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
암흑 물질입니다.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
그래서 이것이 여러분이 암흑물질의
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
영향을, 적어도 맨눈으로 볼 수 있는 것 중에서는 가장 가까운 예입니다.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
여러분이 이해했는지 체크하기 위해서 간단히 되짚어봅시다.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
그래서 우리가 우주의 1/4 중
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
중력적으로 끌어당기는 물질들이
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
암흑 물질이라는 증거는
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
은하에 포함된 별들의 궤도 속도가 지나치게 크다는 점입니다.
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
별들은 분명 암흑물질 안에 포함되어 있을겁니다.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
은하단에 담긴 은하들의 궤도 선회 속도는 너무나도 큽니다.
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
그것들도 암흑물질 안에 포함되어 있겠죠.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
그리고 우리는 중력렌즈효과를 볼 수 있습니다. 다시말하면,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
이런 왜곡 현상은 은하단이 암흑물질 안에 있기 때문입니다.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
네, 이제 암흑 에너지를 생각해 봅시다.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
암흑 에너지가 있다는 증거를 이해하려면
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
지난 세션에서 스티븐 호킹 박사가 언급한 것에 대해여 논할 필요가 있습니다.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
그것은 우주 자체가 팽창하고 있다는 사실이죠.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
그래서 우리가 만약 무한한 우주의 한 부분을 상상한다면,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
좋습니다. 제가 네개의 나선은하를 놓겠습니다.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
그리고 여러분이 줄자 한세트를 내려놓는다고 생각해봅시다.
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
네 여기 모든 선들이 줄자와 관련이 있습니다.
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
수평적, 수직적으로요. 어디에 뭐가 있는지 재기 위한거죠.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
만약 여러분이 이걸 해 보신다면
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
날짜가 지나고, 해가 바뀌고
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
10억년이 흐른 뒤에는
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
은하 사이의 거리가 더욱 멀어졌음을 알 수 있을겁니다.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
그것은 은하들이 우주에서 서로에게서
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
멀어지기 때문이 아닙니다.
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
은하들은 우주에서 움직일 필요가 없습니다.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
은하들은 우주 자체가 커지고 있기 때문에
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
서로 멀어지고 있는 겁니다.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
네 그것이 우주의 팽창이라는 것이 의미하는 바입니다.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
그래서 은하들은 서로 멀어지고 있습니다.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
또한 스티븐 호킹 박사가 언급한 것은
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
빅뱅 이후에 우주가 매우 빠른 비율로 팽창했다는 겁니다.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
그러나 중력을 가진 물질이
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
우주 공간에 내재되어 있기 때문에
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
그것이 우주의 팽창을 감속시키게 됩니다.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
그래서 우주의 팽창은 시간이 지날수록 느려집니다.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
그래서 지난 한 세기동안 사람들은 이러한 우주의 확장이
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
영원히 계속될 것이냐,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
느려질 것이냐,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
늦어지되 영원히 계속될 것이냐를 두고 논쟁을 했습니다.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
느려지면서 멈추느냐, 점차적으로 멈추느냐,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
혹은 느려지고 멈추고 반전하면서 다시 수축하느냐.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
그래서 십여 년 전에는
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
물리학자와 천문학자의 두 그룹이
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
느려지고 있는 우주의 팽창속도의 변화를
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
측정하는 작업에 착수했습니다.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
수십억년 전에 비해 오늘날에는
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
팽창 속도가 얼마나 느려졌는가를 알아보는 거죠.
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
이러한 실험에 의해
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
현재의 우주는 수십억년전보다 더 빠르게
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
팽창하고 있다는 놀라온 결과가 나왔습니다.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
즉 실제로 우주의 팽창은 가속되고 있다는 거죠.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
이건 정말 놀라운 사실입니다.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
어떻게 이런 일이 발생하는지에 대한 설득력있는 이론적인 논거조차도 없죠.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
무엇이 발견될 것인가에 대해 예전에 아무도 예측하지 못했습니다.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
이건 기대했던 사실과 완전히 반대였죠.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
그래서 우리는 이 현상을 설명할 수 있는 무언가가 필요했습니다.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
지금은 에너지 라는 용어를 사용하여
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
그것이 수학적으로 밝혀지게 되었습니다.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
그러나 그것은 우리가 알고 있는
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
어떠한 형태의 에너지와도 완전히 다른 것이었습니다.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
우리는 그걸 암흑 에너지라 부릅니다.
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
그리고 그것은 우주를 확장시키는 효과를 가지고 있죠.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
그러나 우리는 암흑 에너지를 도입해야 할
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
타당한 이유를 갖고 있지 않습니다.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
그래서 우리가 그걸 왜 도입해야 하는지는 정말 설명하기 어려운 부분입니다.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
그래서 현재로서는 제가 여러분에게 강조하고 싶은것은,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
우선, 암흑물질과 암흑에너지는
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
완전히 다른 것이라는 겁니다.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
우주의 대부분을 이루는 정말 신비로운 물질이 두가지 있고,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
또 그것들은 굉장히 상이한 효과를 갖고 있다는거죠.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
암흑 물질은 중력에 의한 끌어당김으로
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
구조적인 성장을 이끌어내는 경향이 있죠.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
그래서 은하단이 이러한 중력에 의해
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
외관을 구성하려는 경향을 보입니다.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
반면에 암흑에너지는
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
은하 사이에 더 많은 공간을 만들고 있습니다.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
서로간의 중력에 의한 끌어당김 효과를 감소시키고
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
그리하여 구조적인 성장을 방해하죠.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
그래서 은하단 같은 것들이
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
수적으로 어느정도 밀집되어 있는가
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
시간적인 영향이 얼마나 많이 있었는가를 관찰함으로서
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
우리는 암흑 물질과 암흑 에너지가 구조를 형성하는데 있어서
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
어떻게 서로 경쟁하고 있는지 배울 수 있습니다.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
암흑 물질의 시점에서 보면 제가 말했듯이
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
우리는 정말로 어떠한 설득력있는 논거를 가지고 있지 않습니다.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
우리는 암흑에너지를 설명할 수 있는 뭔가를 가지고 있나요? 그 대답은 '네'입니다.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
우리는 암흑 물질을 설명할 수 있는, '동기 부여된' 후보들을 가지고 있죠.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
제가 말하는 '동기 부여된' 이란 무슨 의미일까요?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
그것은 우리가 완전히 다른 현상을 설명하기 위해
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
실제적으로 도입된,
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
수학적으로 일관된 이론들을 가지고 있다는 의미입니다.
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
제가 한번도 이야기한 적 없었지만
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
각각의 이론들은 새로운 입자들 사이에 매우 약한 반응이
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
존재한다는 것을 예측합니다.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
즉 이것이 정확히 여러분이 물리학에서 바라는 것입니다.
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
다른 무언가를 위해 실제적으로 개발된
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
수학적으로 일관된 이론에서 도출되는 예측이죠.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
그러나 우리는 그것들 중 어느것이
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
암흑물질의 후보인지는 정확히 모릅니다.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
하나? 아니면 둘 다요? 아니면 전혀 다른 걸 수도 있죠.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
현재 우리는 이 암흑 물질입자를 찾고 있습니다.
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
왜냐하면 결국 그것들은 여기 이 공간 안에 있기 때문입니다.
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
그리고 그것들은 문을 통해 들어오지 않죠.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
그것들은 뭐든지 통과합니다.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
그것들은 빌딩을 통과하고 지구를 통과합니다.
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
그것들은 극단적으로 반응을 하지 않습니다.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
그래서 그것들을 찾는 한가지 방법은
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
들어오는 암흑물질입자에 무척 민감하며 충돌할 수 있는 검출기를 만드는 것입니다.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
그리하여 만약 충돌이 발생할 경우 결정이 울리게 됩니다.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
그래서 제 동료중 한 사람과 그의 동료가
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
그런 검출기를 만들었습니다.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
그리고 그들이 미네소타의 철 광산 깊숙한 곳에 갖다놓았습니다.
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
네. 땅 깊은 곳에요. 그리고 최근 며칠사이에
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
지금까지 가장 민감한 결과가 있었다는것을 알려왔습니다.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
그들은 아무것도 보지 못했습니다. 하지만 암흑 물질 입자의 질량과
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
상호작용의 세기가 어느 정도인가에 대한 선을 그을 수 있었죠.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
올해 말에 위성 망원경 발사 계획이 있습니다.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
그리고 암흑물질을 관측하는데 필요한 감마선을
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
암흑물질이 생성하거나 소멸시키는 것을 볼 수 있는가
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
알아보기 위해 은하 중심부를 관측할 계획입니다.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
우리는 거대 강입자 입자 가속기(LHC)를
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
연말부터 가동할 예정입니다.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
암흑물질 입자가 거대 강입자 가속기(LHC)에서
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
생성될 수도 있습니다.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
암흑물질은 거의 반응하지 않기 때문에
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
사실상 검출기에서 검출되지 않고 빠져나가기 때문에
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
에너지가 비는 부분이 암흑물질의 신호가 됩니다.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
불행히도 현재 에너지가 검출되지 않는 특성을 가진
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
수많은 새로운 물리학 이론들이 있기 때문에
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
그 차이점을 설명하기가 매우 어렵습니다.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
마지막으로, 앞으로 계속해서 노력하기 위해 특별히 암흑물질과 암흑에너지에 대한
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
의문을 처리하기 위해 설계된 지상 망원경들을 제작하였습니다.
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
그리고 암흑물질과 암흑에너지를 조사하기 위해
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
쏘아올려질 세 개의 우주 망원경이
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
지금 현재 경쟁하고 있습니다.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
그래서, 커다란 질문의 관점에서 보면,
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
암흑물질이란 대체 뭐고 암흑에너지란건 또 무엇인가.
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
물리학은 이 커다란 질문에 봉착해 있습니다.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
그리고 여러분 또한 묻고 싶은게 많을거라 생각합니다.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
저는 이제 다음 72시간 후의 강연을
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
매우 기대하고 있겠습니다. 감사합니다.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(박수)
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