TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat rzuca światło na ciemną materię
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
Fizyk Patricia Burchat w swoim wykładzie rzuca światło na dwa podstawowe składniki naszego wszechświata: ciemną materię i ciemną energię, które stanowią w sumie 96% zawartości kosmosu. Choć nie można ich bezpośrednio badać, wywierają ogromny wpływ na zjawiska fizyczne.
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
Zajmuję się badaniem cząstek elementarnych
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
i oddziaływań zachodzących między nimi.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
Zwykle wykorzystuję akceleratory cząstek,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
jak akcelerator liniowy Uniwersytetu Stanforda,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
w badaniu zjawisk najmniejszej skali.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
Ale ostatnio interesuję się skalą wszechświata.
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
Ale ostatnio interesuję się skalą wszechświata.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Jak zaraz wytłumaczę,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
zjawiska skali małej i ogromnej są bardzo powiązane.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Opowiem o obrazie wszechświata w XXI wieku,
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
oraz o niektórych wielkich pytaniach w fizyce.
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
oraz o niektórych wielkich pytaniach w fizyce.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
Niedawno odkryliśmy, że zwykła materia wszechświata,
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
Niedawno odkryliśmy, że zwykła materia wszechświata,
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
czyli my, planety, galaktyki i gwiazdy,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
czyli my, planety, galaktyki i gwiazdy,
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
stanowi tylko kilka procent zawartości kosmosu.
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
stanowi tylko kilka procent zawartości kosmosu.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Prawie jedna czwarta materii wszechświata jest niewidzialna.
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
Prawie jedna czwarta materii wszechświata jest niewidzialna.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
Nie pochłania, nie wydziela, ani nie odbija
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
promieniowania elektromagnetycznego.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Na to promieniowanie reagują nasze instrumenty badawcze.
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
Na to promieniowanie reagują nasze instrumenty badawcze.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Jak więc odkryliśmy taką niewidzialną materię?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
Jak więc odkryliśmy taką niewidzialną materię?
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
Widzimy jej oddziaływanie grawitacyjne.
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
Odpowiada ona za gros oddziaływań grawitacyjnych w kosmosie.
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
Odpowiada ona za gros oddziaływań grawitacyjnych w kosmosie.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
Reszta wykresu to tajemnicza substancja, nazywana ciemną energią.
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
Reszta wykresu to tajemnicza substancja, nazywana ciemną energią.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
O tym później.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
Omówmy dowody istnienia ciemnej materii.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
W galaktykach, szczególnie spiralnych,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
większość masy gwiazd skupiona jest w centrum.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
Dzięki tej masie, gwiazdy poruszają się w galaktyce po stałych orbitach.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
Obiegają centrum.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
Nawet bez znajomości fizyki można zrozumieć,
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
że gwiazdy bliższe ogromnej masy centrum będą krążyć szybciej,
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
niż te na obrzeżach.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Dlatego prędkość orbitalna gwiazd na krawędzi
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
powinna być niższa, niż w centrum galaktyki.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
Obiecuję, to jedyny wykres!
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
Obiecuję, to jedyny wykres!
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
Im większa odległość od centrum, tym mniejsza powinna być prędkość.
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
Im większa odległość od centrum, tym mniejsza powinna być prędkość.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
Okazuje się jednak, że prędkość jest stała, niezależnie od odległości.
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
Okazuje się jednak, że prędkość jest stała, niezależnie od odległości.
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
Okazuje się jednak, że prędkość jest stała, niezależnie od odległości.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Oznacza to, że gwiazdy są pod wpływem
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
oddziaływania grawitacyjnego materii, której nie widzimy.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
Wydaje się, że każda galaktyka
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
jest zawieszona w chmurze niewidzialnej, ciemnej materii.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
Ta chmura jest bardziej kulista, niż galaktyka
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
i obejmuje większą przestrzeń.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
Strukturę i dynamikę galaktyki określa
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
nie to, co widzimy, ale chmura ciemnej materii.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
Galaktyki występują w gromadach.
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
Galaktyki występują w gromadach.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
Oto sławna gromada Coma.
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
Są w niej tysiące galaktyk.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
To te białe elipsy.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Za 10 lat obraz jej będzie taki sam, jak teraz.
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
Za 10 lat obraz jej będzie taki sam, jak teraz.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
Ale galaktyki przemieszczają się z ogromną prędkością.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
Poruszają się w studni potencjału grawitacyjnego gromady.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Wszystkie krążą.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
Ich prędkości orbitalne pozwalają określić ilość masy w gromadzie.
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
Ich prędkości orbitalne pozwalają określić ilość masy w gromadzie.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
Okazuje się, że ilość ta wynosi więcej, niż masa samych galaktyk.
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
Okazuje się, że ilość ta wynosi więcej, niż masa samych galaktyk.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Nawet gaz istniejący w gromadzie nie tłumaczy...
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
Nawet gaz istniejący w gromadzie nie tłumaczy...
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
...tej dodatkowej masy.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
Ciemna materia odpowiada tu za dziesięć razy więcej masy,
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
Ciemna materia odpowiada tu za dziesięć razy więcej masy,
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
niż materia zwykła.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Ciemnej materii niestety nie widać.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Niech ten niebieski bąbel przypomina o jej istnieniu.
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
Niech ten niebieski bąbel przypomina o jej istnieniu.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
A jednak można ją zobaczyć!
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Objaśnię, jak.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
Oto obserwator: oko, lub teleskop...
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
Mamy obserwatora: oko, lub teleskop...
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
Obserwator widzi galaktykę.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Obserwator widzi galaktykę.
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Światło podróżuje od niej w kosmosie przez miliardy lat,
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
Światło podróżuje od niej w kosmosie przez miliardy lat,
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
zanim dotrze do oka czy teleskopu.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Jak określić jego źródło?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
Oczywiście na podstawie kierunku rozprzestrzeniania się światła.
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
Oczywiście na podstawie kierunku rozprzestrzeniania się światła.
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
Promień przybył tędy, więc galaktyka jest tutaj.
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
Promień przybył tędy, więc galaktyka jest tutaj.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
W środku umieścimy gromadę galaktyk.
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
Pamiętajmy o ciemnej materii.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Musimy wziąć pod uwagę zjawisko,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
które przewidział Einstein w ogólnej teorii względności.
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
które przewidział Einstein w ogólnej teorii względności.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
Pole grawitacyjne powstałe w obecności masy
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
zakrzywia trajektorię nie tylko cząsteczek, ale także światła.
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
zakrzywia trajektorię nie tylko cząsteczek, ale także światła.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Dlatego promień zakrzywi się.
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
Gdzie w takim razie zobaczymy galaktykę?
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Gdzie w takim razie zobaczymy galaktykę?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Na podstawie tego, co widzimy, założymy, że u góry.
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
Na podstawie tego, co widzimy, założymy, że u góry.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Jak jeszcze może popłynąć ten promień?
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
Jak jeszcze może popłynąć ten promień?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Pokazujecie, że dołem.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Promień płynie dołem, zakrzywia się,
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
Promień płynie dołem, zakrzywia się,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
obserwator widzi galaktykę.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Pamiętajmy, że kosmos to przestrzeń trójwymiarowa.
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
Pamiętajmy, że kosmos to przestrzeń trójwymiarowa.
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
Pamiętajmy, że kosmos to przestrzeń trójwymiarowa.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Jak inaczej może płynąć światło?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
Droga promieni ma formę stożka.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Gromada zakrzywia drogę światła do postaci stożka.
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
Gromada zakrzywia drogę światła do postaci stożka.
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
Światło dociera do obserwatora.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Jak oko odbiera taki stożek?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Widoczny będzie okrąg, tzw. pierścień Einsteina.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Będzie to idealny okrąg tylko jeśli droga światła
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
będzie linią prostą.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Jeśli nie, obraz będzie inny.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Możecie to sprawdzić w praktyce wieczorem, podczas bankietu.
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
Możecie to sprawdzić w praktyce wieczorem, podczas bankietu.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Okazuje się, że istnieją soczewki szklane,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
które pomagają zrozumieć efekt soczewkowania grawitacyjnego.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
które pomagają zrozumieć efekt soczewkowania grawitacyjnego.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Oto wasz instrument badawczy.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Śmiech)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Ale tylko podstawka!
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
Zapomnijcie o reszcie.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
Kiedy zbije mi się kieliszek, nie wyrzucam podstawki.
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
Kiedy zbije mi się kieliszek, nie wyrzucam podstawki.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
Przerabiam ją w soczewkę grawitacyjną.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Ma odpowiedni kształt.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
Można użyć serwetki...
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
Jako fizyk, wolę papier milimetrowy! (Śmiech)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Kółko będzie naszą galaktyką.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
Po zakryciu "galaktyki" soczewką
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
widzimy pierścień Einsteina.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Po przesunięciu soczewki pierścień zmieni się w łuki.
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
Po przesunięciu soczewki pierścień zmieni się w łuki.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Tak działa soczewkowanie.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
Linie na papierze są zakrzywione.
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
Linie na papierze są zakrzywione.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
To znakomity model soczewkowania grawitacyjnego.
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
To znakomity model soczewkowania grawitacyjnego.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
Czy coś takiego widzimy na niebie?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Czy patrząc na gromadę galaktyk widzimy łuki?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
Odpowiedź brzmi: tak.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Jak wiele poprzednich, ten obraz pochodzi z teleskopu Hubble'a.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Jak wiele poprzednich, ten obraz pochodzi z teleskopu Hubble'a.
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
Jak wiele poprzednich, ten obraz pochodzi z teleskopu Hubble'a.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Galaktyki złotego koloru należą do gromady.
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
Galaktyki złotego koloru należą do gromady.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Są zanurzone w morzu ciemnej materii, zakrzywiają światło.
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
Są zanurzone w morzu ciemnej materii, zakrzywiają światło.
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
Powstają miraże galaktyk znajdujących się w tle.
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
Powstają miraże galaktyk znajdujących się w tle.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Widoczne tu smugi to zniekształcone obrazy
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
galaktyk, które znajdują się o wiele dalej.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Na podstawie takich zniekształceń
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
możemy obliczyć, ile masy powinna mieć gromada.
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
możemy obliczyć, ile masy powinna mieć gromada.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
To ogromna masa.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Poza tym łuki nie otaczają pojedynczych galaktyk,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
Poza tym łuki nie otaczają pojedynczych galaktyk,
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
ale większą strukturę.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
To chmura ciemnej materii, w której znajduje się gromada.
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
To chmura ciemnej materii, w której znajduje się gromada.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Oto wizualny objaw istnienia ciemnej materii.
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
Oto wizualny objaw istnienia ciemnej materii.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Teraz szybkie podsumowanie.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
Wiemy, że jedna czwarta wszechświata to ciemna materia,
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
Wiemy, że jedna czwarta wszechświata to ciemna materia,
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
ponieważ prędkość krążenia gwiazd w galaktykach jest większa,
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
ponieważ prędkość krążenia gwiazd w galaktykach jest większa,
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
niż wynikałoby z masy zwykłej materii.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
To samo sugeruje prędkość galaktyk w gromadzie.
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
To samo sugeruje prędkość galaktyk w gromadzie.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
Efekty soczewkowania grawitacyjnego również pokazują,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
że gromady zanurzone są w ciemnej materii.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Teraz zajmijmy się ciemną energią.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Dowody istnienia ciemnej energii oparte są na zjawisku,
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
o którym wspomniał w wykładzie prof. Hawking.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
Chodzi o rozszerzanie się wszechświata.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Wyobraźmy sobie fragment nieskończonego wszechświata.
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
To 4 galaktyki spiralne.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
Dodamy siatkę, na której każdy odcinek to jednostka pomiaru.
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
Dodamy siatkę, na której każdy odcinek to jednostka pomiaru.
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
Umożliwi nam to określenie pozycji.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Z każdym dniem, rokiem, miliardem lat,
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
Z każdym dniem, rokiem, miliardem lat,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
odległość między galaktykami będzie rosnąć.
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
odległość między galaktykami będzie rosnąć.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
Nie dlatego, że oddalają się one od siebie w przestrzeni,
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
Nie dlatego, że oddalają się one od siebie w przestrzeni,
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
Nie dlatego, że oddalają się one od siebie w przestrzeni,
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
ale dlatego, że rośnie sama przestrzeń.
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
Ale dlatego, że rośnie sama przestrzeń.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Zjawisko to nazywamy rozszerzaniem się wszechświata.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Zjawisko to nazywamy rozszerzaniem się wszechświata.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Stephen Hawking mówił też dzisiaj,
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
że po Wielkim Wybuchu przestrzeń rozszerzała się bardzo szybko.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Ponieważ w przestrzeni istnieje grawitacyjnie aktywna materia,
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
Ponieważ w przestrzeni istnieje grawitacyjnie aktywna materia,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
proces rozszerzania się zwalnia.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Zwalnia ekspansja przestrzeni.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
W XX wieku zastanawiano się, czy ekspansja potrwa w nieskończoność,
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
W XX wieku zastanawiano się, czy ekspansja potrwa w nieskończoność,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
czy zacznie zwalniać, ale potrwa wiecznie.
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
Czy zacznie zwalniać, ale potrwa wiecznie.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
Zatrzyma się w sensie asymptotycznym?
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
A może przestrzeń przestanie się rozszerzać, a zacznie kurczyć?
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Około dziesięć lat temu
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
dwa zespoły fizyków i astronomów
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
obliczyły, w jakim tempie spada prędkość ekspansji przestrzeni.
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
obliczyły, w jakim tempie spada prędkość ekspansji przestrzeni.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
Porównano obecną prędkość z wartościami sprzed miliardów lat.
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
Porównano obecną prędkość z wartościami sprzed miliardów lat.
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
Badania te przyniosły zaskakujące rezultaty.
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
Okazało się, że obecna prędkość rozszerzania się przestrzeni
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
jest wyższa, niż kilka miliardów temu.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Ekspansja wszechświata przyśpiesza!
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
To zaskakujące odkrycie.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Nie ma teorii, która przekonywująco wyjaśniałaby to zjawisko.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Nikt nie przewidział takiego odkrycia.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Miało być odwrotnie!
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Jak to wyjaśnić?
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Matematycznie składnik ten możemy ująć jako energię.
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
Matematycznie składnik ten możemy ująć jako energię.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
Inną, niż dotychczas znane w fizyce.
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
Inną, niż dotychczas znane w fizyce.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Nazywamy ją ciemną energią.
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
To ona odpowiada za rozszerzanie się przestrzeni.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Na razie nie mamy jeszcze podstaw, by zakładać jej istnienie.
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
Na razie nie mamy jeszcze podstaw, by zakładać jej istnienie.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Nie wiadomo, czy jest to element potrzebny.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
Chciałabym podkreślić, że ciemna materia i energia
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
to dwie zupełnie różne rzeczy.
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
to dwie zupełnie różne rzeczy.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Dwie różne zagadki wszechświata, a każda z nich ma inne oddziaływanie.
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
Dwie różne zagadki wszechświata, a każda z nich ma inne oddziaływanie.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
Oddziaływanie grawitacyjne ciemnej materii
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
prowadzi do narastania w kosmosie struktury.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Dzięki niemu powstają gromady galaktyk.
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
Dzięki niemu powstają gromady galaktyk.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
Ciemna energia wywołuje rozrost przestrzeni między galaktykami.
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
Ciemna energia wywołuje rozrost przestrzeni między galaktykami.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Obniża oddziaływania grawitacyjne,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
czyli przeciwdziała powstaniu struktury.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Sposób, w jaki tworzą się gromady galaktyk,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
Sposób, w jaki tworzą się gromady galaktyk,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
pokazuje nam, jak ciemna materia i energia
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
konkurują między sobą w procesie tworzenia się struktury.
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
konkurują między sobą w procesie tworzenia się struktury.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
Jak mówiłam, nie istnieją żadne przesłanki,
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
które posłużyłyby za dowód istnienia ciemnej energii.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
Istnieje jednak wiele uzasadnionych argumentów
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
przemawiających za istnieniem ciemnej materii.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
Jak uzasadnionych?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Istnieją matematycznie spójne teorie
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
wprowadzone w celu wyjaśnienia całkowicie innych zjawisk.
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
wprowadzone w celu wyjaśnienia całkowicie innych zjawisk.
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
wprowadzone w celu wyjaśnienia całkowicie innych zjawisk.
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
Każda przewiduje istnienie nowej, słabo oddziałującej cząstki.
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
Każda przewiduje istnienie nowej, słabo oddziałującej cząstki.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Do tego w fizyce dążymy!
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
Spójna matematycznie teoria przewiduje więcej, niż miała przewidzieć.
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
Spójna matematycznie teoria przewiduje więcej, niż miała przewidzieć.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Ale która z wynikających z teorii cząstek to ciemna materia?
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
Ale która z wynikających z teorii cząstek to ciemna materia?
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Może wszystkie, może żadna z nich.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Pamiętajmy, że cząstki ciemnej materii są wszędzie.
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
Pamiętajmy, że cząstki ciemnej materii są wszędzie.
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
Nawet w tej sali.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Nawet w tej sali.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Tak słabo oddziałują, że przenikają przez ziemię, ściany...
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
Tak słabo oddziałują, że przenikają przez ziemię, ściany...
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Możemy zbudować detektor, który będzie na nie czuły.
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
Możemy zbudować detektor, który będzie na nie czuły.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Kryształ w nim zareaguje na cząsteczki.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Zespół mojego kolegi zbudował taki detektor.
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
Zespół mojego kolegi zbudował taki detektor.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
Znajduje się on głęboko pod ziemią,
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
w kopalni żelaza w Minnesocie.
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
Na razie pozwoliło to określić,
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
w jakich granicach mieszczą się
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
masa i siła oddziaływania cząstek ciemnej materii.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
W tym roku zostanie wystrzelony teleskop orbitalny.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
Ma za zadanie wykryć anihilację
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
cząstek ciemnej materii i wydzielane przy niej promieniowanie gamma.
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
cząstek ciemnej materii i wydzielane przy niej promieniowanie gamma.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
W tym roku startuje Wielki Zderzacz Hadronów.
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
W tym roku startuje Wielki Zderzacz Hadronów.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
Możliwe, że powstaną w nim cząsteczki ciemnej materii.
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
Możliwe, że powstaną w nim cząsteczki ciemnej materii.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
Ponieważ tak słabo oddziałują, umkną detektorom,
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
Ponieważ tak słabo oddziałują, umkną detektorom,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
ale zauważymy brak oczekiwanej energii.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
Niestety najnowsze teorie opisują
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
wiele innych zjawisk, gdzie pojawia się brak energii.
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
wiele innych zjawisk, gdzie pojawia się brak energii.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
Istnieją także projekty teleskopów naziemnych,
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
które mają badać kwestie ciemnej materii i energii.
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
Są też trzy konkurencyjne projekty teleskopów kosmicznych.
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
Są też trzy konkurencyjne projekty teleskopów kosmicznych.
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
Są też trzy konkurencyjne projekty teleskopów kosmicznych.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
Czym jest ciemna materia?
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
Czym jest ciemna energia?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
To wielkie pytania w fizyce.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
To wielkie pytania w fizyce.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
A ja chętnie odpowiem
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
na wszystkie wasze pytania. Dziękuję.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(Brawa)
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