TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat verheldert donkere materie
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
Natuurkundige Patricia Burchat praat over twee basisingrediënten van ons universum: donkere materie en donkere energie. Samen vormen ze 96% van het universum, ze kunnen niet rechtstreeks waargenomen worden, maar hun invloed is enorm.
Patricia Burchat - Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:18
As a particle physicist, I study the elementary particles
0
0
4000
Als deeltjesfysicus bestudeer ik de elementaire deeltjes
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
en hoe ze interageren op het meest fundamentele niveau.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
Tijdens mijn onderzoekscarrière heb ik meestal versnellers gebruikt,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
zoals de elektronversneller aan de Stanford University, iets verderop,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
om dingen te bestuderen op de kleinste schaal.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
Maar de laatste tijd heb ik mijn aandacht
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
meer gericht op het universum op de grootste schaal.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Want, zoals ik jullie zal uitleggen,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
de vragen op de kleinste en de grootste schaal zijn eigenlijk heel erg verbonden.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Ik ga jullie vertellen over ons 21ste-eeuws beeld van het universum,
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
waar het uit bestaat en wat de grote vragen in de fysische wetenschappen zijn --
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
tenminste een paar van de grote vragen.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
Recent hebben we beseft
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
dat de gewone materie in het universum --
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
en met gewone materie bedoel ik jou, oké, mij,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
de planeten, de sterren, de sterrenstelsels --
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
de gewone materie is maar een paar procent
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
van de inhoud van het universum.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Bijna een kwart, of ongeveer een kwart
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
van de materie in het universum, is onzichtbaar.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
Met onzichtbaar bedoel ik dat het niet absorbeert in het elektromagnetisch spectrum.
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
Het zendt niet uit in het elektromagnetisch spectrum. Het reflecteert niet.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Het interageert niet met het elektromagnetisch spectrum,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
wat we gebruiken om dingen te detecteren.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Het interageert helemaal niet. Hoe weten we dan dat het er is?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
Dat weten we door zijn zwaartekrachteffecten.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
In feite, deze donkere materie domineert
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
de zwaartekracht in het universum op een grote schaal,
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
en ik zal jullie nog vertellen over het bewijs daarvoor.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
Wat met de rest van de taart?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
De rest is een heel mysterieuze substantie met de naam donkere energie .
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
Daarover later meer, oké.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
Laten we nu kijken naar het bewijs voor donkere materie.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
In deze sterrenstelsels, vooral in een spiraalgalaxie als deze,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
is het meeste van de massa van de sterren geconcentreerd in het midden van het sterrenstelsel.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
Deze enorme massa van al deze sterren houdt sterren in circulaire banen in het sterrenstelsel.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
Dus we hebben sterren die in cirkels rondgaan op deze manier.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
Zoals jullie je kunnen voorstellen, zelfs als je fysica kent -- dit zou intuïtief moeten zijn --
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
is dat sterren die dichter bij de massa in het midden met een hogere snelheid zullen draaien
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
dan die verder weg zijn hierbuiten, oké.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Dus wat je zou verwachten is dat als je de omloopsnelheid van de sterren zou meten,
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
dat ze trager aan de randen zouden zijn dan aan de binnenkant.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
In andere woorden, als we snelheid meten in functie van afstand --
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
dit is de enige keer dat ik een grafiek ga laten zien, ok --
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
zouden we verwachten dat het naar beneden gaat als de afstand toeneemt
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
van het centrum van het sterrenstelsel.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
Wanneer die metingen gedaan worden,
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
vinden we integendeel dat de snelheid constant blijft,
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
als functie van de afstand.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Als het constant is, betekent dat dat de sterren hierbuiten
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
zwaartekrachteffecten voelen van materie die we niet zien.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
In feite, dit sterrenstelsel en elk ander sterrenstelsel
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
lijkt ingebed te zijn in een wolk van onzichtbare donkere materie.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
En deze wolk van materie is veel ronder dan het sterrenstelsel zelf,
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
en het strekt zich over een veel groter gebied uit dan het sterrenstelsel.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
Dus we zien een sterrenstelsel en fixeren ons daarop, maar het is eigenlijk een wolk van donkere materie
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
die de structuur en de dynamica van dit sterrenstelsel domineert.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
Sterrenstelsels zelf zijn niet willekeurig verspreid in de ruimte;
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
ze hebben de neiging te clusteren.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
En dit is een voorbeeld van een, in feite, zeer beroemd cluster: het Coma cluster.
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
En er zijn duizenden sterrenstelsels in dit cluster.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
Het zijn de witte, wazige, elliptische dingen hier.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Dus deze stelselclusters -- we nemen nu een foto,
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
over een decennium weer een foto -- het zal er identiek uitzien.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
Maar deze sterrenstelsels bewegen eigenlijk met extreem hoge snelheden.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
Ze bewegen in de potentiaalput van de zwaartekracht van deze cluster, oké.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Dus al deze sterrenstelsels bewegen.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
We kunnen de snelheden van deze sterrenstelsels meten, hun omloopsnelheden,
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
en uitvissen hoe veel massa er in dit cluster zit.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
En opnieuw, wat we vinden is dat daar veel meer massa is
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
dan verklaard kan worden door de sterrenstelsels die we zien.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Of, als we ernaar kijken in andere delen van het elektromagnetisch spectrum,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
zien we dat er ook veel gas is in dit cluster.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
Maar dat kan ook niet verantwoordelijk zijn voor al de massa.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
In feite lijkt er hier ongeveer tien keer meer massa te zijn
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
in de vorm van deze onzichtbare of donkere materie
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
dan er gewone materie is. Oké.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Het zou leuk zijn als we deze donkere materie een beetje directer zouden kunnen zien.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Ik zet hier maar een grote blauwe bol op, oké,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
om jullie eraan te herinneren dat het er is.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
Kunnen we het iets visueler zien? Ja, dat kunnen we.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Dus laat me met jullie doornemen hoe we dit kunnen doen.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
Dus hier is een waarnemer:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
het kan een oog zijn; het kan een telescoop zijn.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
En veronderstel dat er een sterrenstelsel is daarbuiten in het universum.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Hoe zien we dat sterrenstelsel?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Een lichtstraal verlaat het sterrenstelsel en reist door het universum
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
misschien miljarden jaren lang
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
voor hij de telescoop binnendringt, of je oog.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Nu, hoe bepalen we waar het sterrenstelsel is?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
Nou, we leiden het af uit de richting waarin de straal beweegt
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
wanneer deze ons oog binnenvalt, toch?
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
We zeggen, de lichtstraal kwam van hier;
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
dus het sterrenstelsel moet daar zijn. Oké.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
Veronderstel dat ik in het midden een cluster van sterrenstelsels zet --
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
en vergeet de donkere materie niet. Oké.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Als we nu een andere lichtstraal bekijken, een die langs hier gaat,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
moeten we nu in rekening brengen
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
wat Einstein voorspelde toen hij algemene relativiteit ontwikkelde.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
En dat was dat het gravitatieveld, door de massa,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
niet alleen de baan van een deeltje afbuigt,
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
maar ook licht zelf.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Dus deze lichtstraal zal niet in een rechte lijn verdergaan,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
maar zal eerder buigen en zou in ons oog kunnen terechtkomen.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Waar zal de waarnemer het sterrenstelsel zien?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Jullie kunnen antwoorden. Naar boven, juist?
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
We extrapoleren terug en zeggen dat het sterrenstelsel hierboven is.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Is er nog een lichtstraal
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
dat in het oog van de waarnemer kan belanden van dat sterrenstelsel?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Ja, goed zo. Ik zie mensen zo naar beneden wijzen.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Dus een lichtstraal zou naar beneden kunnen gaan, afgebogen worden
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
omhoog in het oog van de waarnemer,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
en de waarnemer ziet een lichtstraal hier.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Nu, hou er rekening mee dat we in
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
een driedimensionaal universum leven, oké,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
een driedimensionale ruimte.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Zijn er andere lichtstralen die tot in het oog kunnen komen?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
Ja! De stralen zouden liggen op een -- Ik zou het willen zien -- ja, op een kegel.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Er is dus een hele strook van licht -- lichtstralen op een kegel --
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
dat allemaal af zal buigen door dat cluster
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
en het oog van de waarnemer bereiken.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Als er een kegel van licht mijn oog binnenkomt, wat zie ik dan?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Een cirkel, een ring. Dat heet een Einsteinring -- Einstein voorspelde het, oké.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Nu, het zal enkel een perfecte ring zijn als de bron, de afbuiger,
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
en het oog, in dit geval, allemaal op een perfect rechte lijn staan.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Als ze een beetje scheef staan, zullen we een ander beeld zien.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Nu, je kan een experiment doen vanavond op de receptie, oké,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
om te achterhalen hoe dat beeld eruit zal zien.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Want het blijkt dat er een soort lens is die we kunnen maken,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
die de juiste vorm heeft om dit soort effect te produceren.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
We noemen dit een gravitatielens.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
En zo, dit is je instrument, oké.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Gelach)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Maar negeer het bovenste stuk.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
Het is de voet waarop ik wil dat jullie je concentreren, oké.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
Dus eigenlijk, thuis, als we een wijnglas breken,
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
bewaar ik de voet, en neem ik hem naar de werkplaats.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
We schaven het af, en ik heb een kleine gravitatielens, oké.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Dus het heeft de juiste vorm om het lenseffect te produceren.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
En het volgende ding dat je moet doen in je experiment,
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
is een servet pakken. Ik koos een stuk millimeterpapier, ik ben een fysicus.
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Dus, een servet. Teken een klein sterrenstelsel in het midden.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
En leg de lens over het sterrenstelsel,
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
en wat je zal vinden is dat je een ring zal zien, een Einstein ring.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Nu, beweeg de voet naar de zijkant,
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
en de ring zal in bogen opsplitsen, ok.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
En je kan het op eender welk beeld leggen.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
Op het millimeterpapier kun je zien
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
hoe al de lijnen op het papier vervormd zijn geworden.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
En nogmaals, dit is een redelijk accuraat model
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
van wat er gebeurt met een gravitatielens.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
Oké, dus de vraag is: zien we dit aan de hemel?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Zien we bogen in de lucht wanneer we naar een cluster van sterrenstelsels kijken?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
En het antwoord is: ja.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
En dus, hier is een beeld van de Hubble ruimtetelescoop.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Veel van de beelden die je ziet
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
van eerder zijn van de Hubble ruimtetelescoop.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Wel, eerst, die gouden sterrenstelsels --
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
dat zijn de sterrenstelsels in het cluster.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Dat zijn degenen die ingebed zijn in die zee van donkere materie
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
die het afbuigen van het licht veroorzaakt
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
dat deze optische illusies veroorzaakt, of fata morgana's, eigenlijk,
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
van de sterrenstelsels op de achtergrond.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Dus de strepen die je ziet, al deze strepen,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
zijn eigenlijk vervormde beelden van sterrenstelsels die veel verder weg zijn.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Dus wat we dan kunnen doen, gebaseerd op hoeveel vervorming
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
we in die beelden zien, we kunnen berekenen hoeveel massa
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
er in dit cluster moet zijn.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
En het is een enorme hoeveelheid massa.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
En ook, dat zie je op zicht, door hiernaar te kijken,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
dat deze bogen niet gecentreerd zijn op individuele sterrenstelsels;
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
ze zijn gecentreerd op een meer uitgespreide structuur.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
En dat is de donkere materie
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
waar deze cluster in is ingebed, oké.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Dus dit is het dichtste dat je kan komen tot
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
ten minste de effecten zien van de donkere materie met het blote oog.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Oké, dus, een kleine herhaling, om te zien dat jullie nog volgen.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
Dus het bewijs dat we hebben
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
dat een kwart van het universum donkere materie is --
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
dit gravitationeel aantrekkend spul --
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
is dat sterrenstelsels, de snelheden waarmee sterren rond sterrenstelsels draaien
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
veel te groot zijn; het moet ingebed zijn in donkere materie.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
De snelheid waarmee sterrenstelsels in clusters rondgaan is veel te groot;
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
het moet ingebed zijn in donkere materie.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
En we zien deze gravitatielens-effecten, deze vervormingen
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
die zeggen dat, alweer, clusters ingebed zijn in donkere materie.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Oké. Dus nu, laten we kijken naar donkere energie.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Om het bewijs te begrijpen voor donkere energie, moeten we nog iets overleggen
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
waar Stephen Hawking naar refereerde in de vorige sessie.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
En dat is het feit dat de ruimte zelf aan het uitdijen is.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Dus als we een stuk inbeelden van ons oneindig universum, oké,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
ik heb hier vier spiraalsterrenstelsels neergezet, oké.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
Beeld je in dat je een reeks meetlinten neerzet,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
zodat elke lijn hier overeenkomt met een meetlint --
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
horizontaal of verticaal -- om te meten waar dingen zijn.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Als je dat kon doen, dan zou je vinden
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
dat met elke voorbijgaande dag, elk voorbijgaand jaar,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
elke miljard jaren die voorbijgaan, oké,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
dat de afstand tussen de sterrenstelsels groter wordt.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
En het is niet omdat sterrenstelsels
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
van elkaar weg bewegen door de ruimte;
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
ze bewegen niet per se door de ruimte.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Ze bewegen van elkaar weg
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
omdat de ruimte zelf groter wordt, oké.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Dat is wat de uitdijing van het heelal of de ruimte betekent.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Dus ze bewegen van elkaar weg.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Nu, wat Stephen Hawking ook heeft vermeld,
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
is dat na de Big Bang, de ruimte heel snel uitdijde.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Maar omdat gravitationeel aantrekkende materie
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
ingebed zit in deze ruimte,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
heeft het de neiging de uitdijing van de ruimte te vertragen, oké.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Dus de uitdijing vertraagt met de tijd.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
Dus, in de vorige eeuw, oké, debatteerden mensen
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
of deze uitdijing van de ruimte voor altijd zou voortgaan,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
of het zou vertragen, je weet wel.
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
Het zou vertragen, maar altijd blijven doorgaan,
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
vertragen en stoppen, asymptotisch stoppen,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
of vertragen, stoppen, en dan omkeren, zodat het terug samenkrimpt.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Dus een beetje meer dan een decennium geleden,
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
hebben groepen fysici en astronomen
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
de snelheid gemeten waarmee
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
de uitdijing van het heelal vertraagde, oké.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
Met hoe veel minder het vandaag uitdijt,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
vergeleken met, zeg, een paar miljard jaar geleden?
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
Het verbijsterende antwoord op deze vraag, oké, van deze experimenten,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
was dat de ruimte vandaag sneller uitdijt,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
dan het een paar miljard jaar geleden deed, oké.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Dus de uitdijing van de ruimte versnelt eigenlijk.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Dit was een volledig verrassend resultaat.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Er is geen overtuigend theoretisch argument voor waarom dit zou gebeuren, oké.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Niemand voorspelde dat dit is wat ze zouden vinden.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Het was het tegenovergestelde van wat verwacht was.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Dus we hebben iets nodig om dat te verklaren.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Nu, het blijkt, dat in de wiskunde,
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
je een term kan toevoegen die een energie is.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
Maar het is een volledig andere soort energie
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
dan alles dat we ooit eerder hebben gezien.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
We noemen het donkere energie,
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
en het heeft dit effect dat het de ruimte doet uitdijen.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Maar we hebben geen goede motivatie
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
om dat toe te voegen op dit moment, oké.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Dus het is echt onverklaard waarom we het toe moeten voegen.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
Nu, dus op dit punt, wat ik echt wil benadrukken,
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
is dat eerst en vooral, donkere materie en donkere energie
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
volledig verschillende dingen zijn, oké.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Er zijn eigenlijk twee mysteries over waaruit het universum voornamelijk bestaat,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
en ze hebben heel erg verschillende effecten.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
Donkere materie, omdat het gravitationeel aantrekt,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
neigt het de groei van structuur aan te moedigen, oké.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Dus clusters van sterrenstelsels willen zich vormen,
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
door al deze gravitationele aantrekking.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
Donkere energie, aan de andere kant,
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
steekt meer en meer ruimte tussen de sterrenstelsels.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Doet het -- de gravitationele aantrekking tussen ze -- afnemen,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
en zo hindert het de groei van structuur.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Dus door naar dingen te kijken zoals clusters van sterrenstelsels,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
en hoe ze -- hun aantallen,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
hoe veel er zijn in functie van de tijd --
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
kunnen we veel leren over hoe donkere materie en donkere energie
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
het tegen elkaar opnemen in structuurvorming.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
In termen van donkere materie, ik heb gezegd dat we geen enkel,
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
je weet wel, echt overtuigend argument voor donkere energie hebben.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Dus hebben we iets voor donkere materie? En het antwoord is: ja.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
We hebben goed gemotiveerde kandidaten voor de donkere materie.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Nu, wat bedoel ik met goed gemotiveerd?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Ik bedoel dat we wiskundig consistente theorieën hebben
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
die eigenlijk geïntroduceerd zijn
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
om volledig andere fenomenen te verklaren, oké,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
dingen waar ik niet eens over gepraat heb,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
die elk het bestaan voorspellen
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
van een heel erg zwak interagerend nieuw deeltje.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Dus, dit is precies wat je wil in de fysica:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
wanneer een voorspelling voortkomt uit een wiskundig consistente theorie
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
die eigenlijk ontwikkeld was voor iets anders.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Maar we weten niet of een van die
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
eigenlijk donkere materie kandidaten zijn, ok.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Een of allebei, wie weet het? Of het zou iets helemaal anders kunnen zijn.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Nu, we zoeken naar deze donkere materie deeltjes
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
want uiteindelijk, ze zijn hier in deze kamer, oké,
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
en ze zijn niet door de deur binnengekomen.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Ze passeren gewoon door alles.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Ze kunnen door het gebouw komen, door de Aarde;
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
zo niet-interagerend zijn ze.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Dus een manier om naar ze te zoeken is om detectoren te bouwen
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
die extreem gevoelig zijn voor een deeltje donkere materie wat erdoor komt en ertegen stoot.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Zodat een kristal zal rinkelen als dat gebeurt.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Dus een van mijn collega's verderop en zijn medewerkers
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
hebben zo'n detector gebouwd.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
En ze hebben het diep weggestoken in een ijzermijn in Minnesota,
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
Oké? -- diep onder de grond -- en in feite, in de laatste paar dagen
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
hebben ze de meest gevoelige resultaten tot nu toe aangekondigd.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
Ze hebben niets gezien, oké, maar het zet een limiet op wat de massa
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
en de interactiekracht is van deze donkere materie deeltjes.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
Er wordt een satelliettelescoop gelanceerd later dit jaar.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
En deze zal naar het middelpunt van de Melkweg kijken
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
of we de vernietiging van donkere materie deeltjes kunnen zien
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
waarbij gammastralen ontstaan die hiermee gedetecteerd kunnen worden.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
De Large Hadron Collider, een versneller voor deeltjesfysica,
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
die later dit jaar aangezet zal worden.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
Het is mogelijk dat donkere materie deeltjes geproduceerd worden
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
met de Large Hadron Collider.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
Nu, omdat ze zo niet-interagerend zijn,
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
zullen ze eigenlijk aan de detector ontsnappen,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
dus hun handtekening zal ontbrekende energie zijn, oké.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
Jammer genoeg is er veel nieuwe fysica
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
die als handtekening ontbrekende energie zou kunnen hebben,
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
dus het zal moeilijk zijn om het verschil te zien.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
En ten laatste, voor toekomstige inspanningen, worden er telescopen ontwikkeld
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
specifiek om de vragen van donkere materie en donkere energie te adresseren:
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
telescopen op de grond. En er zijn drie ruimtetelescopen
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
die nu in competitie zijn voor
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
een lancering voor onderzoek naar donkere materie en energie.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
Dus in termen van de grote vragen:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
Wat is donkere materie? Wat is donkere energie?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
De grote vragen in de fysica.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
En ik ben er zeker van dat jullie veel vragen hebben.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
Ik kijk er erg naar uit om die vragen te adresseren
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
in de komende 72 uur terwijl ik hier ben, oké. Dank u.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(Applaus)
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