TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Патриция Буркат освещает темную материю
Filmed:
Readability: 4.2
1,605,112 views
Патриция Буркат, физик, освещает два основных компонента нашей вселенной: темную материю и темную энергию, вместе составляющих 96% нашей вселенной. Напрямую они не наблюдаются, но их влияние колоссально.
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
Будучи специалистом в физике частиц, я изучаю элементарные частицы
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
и их взаимодействия на самом фундаментальном уровне.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
В течение большей части моей исследовательской карьеры я использовала ускорители,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
такие, как ускоритель электронов Стэнфордского Университета, неподалёку отсюда,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
для того, чтобы изучать явления мельчайшего масштаба.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
Однако недавно я заинтересовалась
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
вселенной, явлениями крупнейшего масштаба.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Дело в том, что, как я объясню позже,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
вопросы явлений мельчайшего и крупнейшего масштабов весьма взаимосвязаны.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Итак, я вам расскажу о том, каково у нас, в 21 веке, представление о вселенной
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
и её составных частях, и о главных вопросах физической науки,
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
по крайней мере, о некоторых главных вопросах.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
Итак, недавно было обнаружено,
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
что во вселенной обычное вещество,
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
а под обычным веществом я подразумеваю, скажем, вас, себя,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
планеты, звезды, галактики,
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
всё обычное вещество в сумме составляет лишь несколько процентов
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
содержимого вселенной.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Почти четверть, или примерно четверть
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
содержимого вселенной - это нечто невидимое.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
Под «невидимым» подразумевается то, что не поглощает электромагнитное излучение.
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
Оно также не испускает электромагнитное излучение. И не отражает.
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Оно не взаимодействует с электромагнитным излучением,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
а ведь именно это излучение нам нужно для обнаружения вещей.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Оно вообще не взаимодействует. Откуда же мы знаем, что оно есть?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
Мы знаем о его присутствии по гравитационным эффектам.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
Вообще-то, темная материя вызывает основные
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
гравитационные эффекты большого масштаба во вселенной,
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
и я расскажу о том, какими для этого доводами мы располагаем.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
Что же составляет остальную часть этого «пирога»?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
Остальная часть – это весьма загадочная субстанция, называемая тёмной энергией.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
О ней я расскажу попозже.
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
А сейчас давайте рассмотрим доказательства существования темной материи.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
В этих галактиках, особенно в спиральных галактиках, как эта,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
звездная масса по большей части сосредоточена в центре галактики.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
Огромная масса совокупности этих звёзд обеспечивает круговые орбиты звёзд внутри галактики.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
Таким образом, звёзды вращаются по кругу, похожему на этот.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
Легко представить, – а если даже вы знаете физику, это нужно понимать интуитивно, –
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
что звезды находящиеся ближе к центру вращаются с большей скоростью,
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
чем те, что отстоят дальше.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Итак, можно ожидать, что измерение орбитальной скорости вращения этих звезд
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
даст более медленное вращение по краям, чем в центре.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
Другими словами, если мы измерим скорость, как функцию расстояния –
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
график я показываю в первый и последний раз –
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
то разумно было бы ожидать, что он пойдёт вниз с увеличением расстояния
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
от центра галактики.
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
Но когда эти измерения были сделаны,
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
то, вместо этого, было обнаружено, что скорость примерно постоянна,
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
как функция расстояния,.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Если она постоянна, то это означает, что звёзды в этом месте
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
испытывают гравитационное воздействие невидимого нам вещества.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
В самом деле, эта галактика и все остальные галактики,
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
по всей видимости, заключены в облако невидимой материи.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
И это облако материи имеет более сферическую форму, чем сама галактика.
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
Кроме того, оно продолжается далеко за пределы галактики.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
Итак, мы видим галактику и фиксируемся на этом, однако на самом деле тут облако темной материи,
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
которое оказывает основное влияние на структуру и динамику галактики.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
Галактики сами по себе не разбросаны случайно в космосе,
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
они имеют тенденцию скапливаться в группы.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
Вот пример одного очень известного скопления, Кома (скопление Волосы Вероники)
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
Это скопление состоит из тысяч галактик.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
Здесь они видны как белые размытые эллипсы.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Если на скопление галактик посмотреть сегодня
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
и через десятилетие – будет выглядеть одинаково.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
Но на самом деле эти галактики движутся с очень большой скоростью.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
Они вращаются в яме гравитационного потенциала скопления.
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Итак, все эти галактики двигаются.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
Мы можем измерить скорости этих галактик, скорости их вращения,
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
и рассчитать, какая масса сосредоточенна в скоплении.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
И снова выясняется, что там находится намного большая масса,
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
чем та, которой могут обладать видимые нам галактики.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Или, взглянув на другие области электромагнитного спектра,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
мы видим, что внутри этого скопления также содержится много газа.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
Но он также не даст достаточного вклада, чтобы объяснить такую массу.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
Есть основания предполагать, что на самом деле там раз в десять больше массы
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
в форме невидимой или тёмной материи,
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
чем в виде обычной материи.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Было бы хорошо видеть тёмную материю чуть более напрямую.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Я поместила здесь это большое голубое пятно,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
для того чтобы напоминать вам о том, что там нечто есть.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
Можем ли мы увидеть это более непосредственно? Да.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Позвольте мне разъяснить, как это сделать.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
Итак, здесь находится наблюдатель,
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
Это может быть человеческий глаз, или телескоп.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
Представьте, что вот здесь во вселенной находится галактика.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Как мы можем увидеть эту галактику?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Луч свет выходит из этой галактики и идёт сквозь вселенную
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
в течение миллиардов лет
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
до того, как он попадёт в телескоп или в ваш глаз.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Так вот, как же мы определяем месторасположение галактики?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
Мы выводим его по направлению распространения луча,
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
по тому, как он попадает в наш глаз, правильно?
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
Мы полагаем, что если луч света проходит вот этот путь,
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
то галактика должна быть там.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
Теперь представим себе, что в центре я размещаю скопление галактик,
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
при этом мы помним о тёмной материи.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Так вот, если мы рассмотрим другой луч света, идущий вот так,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
то тогда мы должны учесть то,
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
что предсказывал Эйнштейн, в своей общей теории относительности.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
А именно, что гравитационное поле, ввиду массы,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
будет отклонять не только траектории частиц,
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
но также будет отклонять и свет.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Таким образом, этот луч света будет идти, скорее, не по прямой,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
а значительно искривившись, прежде, чем попадаёт в наш глаз.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Где же наблюдатель увидит эту галактику?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Можете смело отвечать. Сверху, правильно!
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
Мы можем провести экстраполяцию назад и утверждать, что галактика находится сверху.
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Есть ли какой-либо другой луч света,
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
попадающий в глаз наблюдателя из той же самой галактики?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Да, отлично. Я вижу кто-то указывает вот так вниз.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
Действительно, один из лучей может пойти вниз, затем изогнуться
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
вверх по направлению к глазу наблюдателя,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
и наблюдатель увидит луч света вот здесь.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Ну а теперь примем во внимание то факт, что мы живем
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
в трехмерной вселенной,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
в трехмерном пространстве.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Существуют ли еще какие-то лучи света, которые могут попасть в этот же глаз?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
Да! Эти лучи будут лежать на … ну, смелее! .. да, конечно на конусе.
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
Итак, все лучи света, лежащие на конусе,
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
все они будут искривлены скоплением
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
и попадут в глаз наблюдателя.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Если конус световых лучей попадет в мой глаз, то – что я увижу?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Окружность, кольцо. Оно называется кольцом Эйнштейна, так как Эйнштейн его предсказал.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Итак, это кольцо будет идеальным, если и источник, и дефлектор,
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
и глаз, как в этом случае, лежат на абсолютно прямой линии.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Если же они слегка сдвинуты, то мы увидим другое изображение.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Так вот, вы можете поэкспериментировать сегодня, на вечеринке после заседания,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
и выяснить, какое должно быть изображение.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Дело в том, что такой же эффект может быть получен
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
с помощью линзы, сконструированной в нужной форме.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
Мы это называем гравитационном линзированием.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Итак, вот – ваш инструмент.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Смех).
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Но не смотрите на верхнюю часть.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
Я прошу вас сконцентрироваться на основании ножки.
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
Честно говоря, когда у нас дома разбивается бокал,
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
я всегда сохраняю основание, отношу в мастерскую,
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
там мы его выравниваем, и у меня появляется гравитационная линзочка.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Итак, у неё нужная форма для фокусировки.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
Следующий шаг вашего эксперимента –
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
берём салфетку. А я возьму листок миллиметровки. Я же физик. (Смех)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
Итак, берём салфетку. Посередине рисуем картинку галактики.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
Затем кладём линзу поверх этой галактики,
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
и мы тут увидим кольцо. Это –кольцо Эйнштейна.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Сдвиньте основание немного в сторону,
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
и кольцо разделится на дуги.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Линзу можно положить поверх любого изображения.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
На миллиметровой бумаге видно
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
как искажаются все линии миллиметровки.
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
Замечу снова, это достаточно точная модель
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
того, что происходит при гравитационном линзировании.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
А теперь вопрос, видим ли мы такую картину в небе?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Видим ли мы дуги в небе, когда мы смотрим на скопление галактик?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
Ответ: Да.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Итак, вот – изображение полученное космическим телескопом Хаббл.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Большинство изображений, что вы видели раньше,
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
получены с помощью космического телескопа Хаббл.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Итак, во-первых, эти золотистые галактики -
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
это галактики в скоплении.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
Это – те самые галактики, которые окружены океаном темной материи,
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
которая вызывает искривление света
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
и в результате приводит к оптическим иллюзиям, практически к миражам
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
галактик, находящихся позади.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Поэтому, видимые здесь полоски, все эти полоски,
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
на самом деле являются искаженными изображениями галактик, находящихся намного дальше.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Что можно сделать дальше? Основываясь на величине искажений,
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
которые мы видим на этих картинках, мы можем вычислить количество массы
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
которым должно обладать данное скопление.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
Это количество массы огромно.
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
Вы также можете оценить на глаз, глядя на изображение,
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
что эти дуги не центрированы на отдельных галактиках;
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
они центрированы на какой-то более растянутой структуре.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
Это и есть тёмная материя,
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
внутри которой находится скопление.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Вот – максимум того, как невооруженным глазом можно увидеть,
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
или, по крайней мере, ощутить влияние тёмной материи.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Итак, быстренько повторим, чтобы убедиться, что мы всё поняли.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
Значит, какими доводами мы располагаем,
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
чтобы утверждать, что четверть вселенной состоит из тёмной материи,
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
этой штуки с гравитационным притяжением?
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
Скорости вращения звёзд внутри галактик слишком велики;
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
значит, они должны быть заключены в тёмную материю.
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
Скорости вращения галактик внутри скоплений слишком велики;
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
значит – они должны быть заключены в тёмную материю.
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
А также, наблюдается эффект гравитационного линзирования, тот самый эффект искажения,
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
который снова говорит о том, что скопления заключены в тёмную материю.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Итак, давайте теперь обратимся к тёмной энергии.
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
Чтобы понять, на чём основано доказательство существования тёмной энергии, необходимо обсудить одну вещь,
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
которую упомянул на предыдущем заседании Стивен Хокинг.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
А именно – тот факт, что пространство само расширяется.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Давайте представим себе участок нашей бесконечной вселенной, –
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
я здесь поместила четыре спиральные галактики, –
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
а также представим себе, что здесь серия измерительных рулеток,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
то есть, каждая линия на рисунке соответствует одной рулетке –
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
горизонтальной или вертикальной – для измерения месторасположения предметов.
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
Если бы это можно было сделать, то выяснилось бы,
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
что с каждым днем, с каждым годом,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
с каждым миллиардом лет,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
расстояние между галактиками становится больше.
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
И это не потому, что галактики отодвигаются
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
друг от друга в пространстве;
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
совсем не обязательно двигаться внутри пространства.
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Они отодвигаются друг от друга оттого,
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
что само пространство становится больше.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
Вот что означает расширение вселенной или пространства.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Итак, они отодвигаются дальше друг от друга.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Так вот, как уже заметил Стивен Хокинг,
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
после Большого взрыва пространство расширялось с очень большой скоростью.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Но, поскольку притягивающаяся посредством гравитации материя
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
заключена внутри пространства,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
это приводит к замедлению расширения пространства.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Итак, расширение замедляется со временем.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
В течение прошлого века учёные спорили о том,
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
будет ли расширение пространства продолжаться бесконечно,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
точнее, будет ли оно замедляться,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
замедляться, но продолжаться бесконечно;
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
либо замедлится и остановится, то есть асимптотически остановится,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
либо же замедлится, остановится, и повернёт вспять, то есть начнет сжиматься.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Итак, примерно десять лет назад
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
две группы физиков, астрономов,
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
решили измерить скорость, с которой
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
расширение пространства замедляется.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
Насколько медленнее оно расширяется сегодня,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
по сравнению, скажем, с парой миллиардов лет назад?
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
Эти эксперименты привели к поразительному ответу:
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
пространство расширяется сегодня со скоростью большей,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
чем несколько миллиардов лет назад.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Значит, расширение на самом деле ускоряется.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Это был совершенно неожиданный результат.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Никакого убедительного теоретического аргумента в пользу этого нет.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Никто заранее не предсказывал что, это должно быть именно так.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Открытие оказалось противоположно ожиданиям.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Значит, для объяснения этого результата нужно что-то ещё.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Так вот, оказывается, что можно математически
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
добавить переменную, в качестве некоей энергии.
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
Но этот тип энергии совершенно отличается
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
от всего, что мы видели до сих пор.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Мы называем его тёмной энергией.
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
Её влияние приводит к расширению пространства,
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
но у нас пока что нет разумного обоснования
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
для введения этой новой переменной.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Итак, совершенно необъяснимо, отчего необходимо вводить новую переменную.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
В данный момент я хотела бы подчеркнуть
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
в первую очередь, что тёмная материя и тёмная энергия –
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
это совершенно разные вещи.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Перед нами две загадки относительно того, что составляет большую часть нашей вселенной,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
но их последствия совершенно различны.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
Оттого, что тёмная материя, имеет гравитационное притяжение,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
она больше способствует образованию структур.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
В результате, создаются условия для формирования скоплений галактик,
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
всё это благодаря гравитационному притяжению.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
В то же время, вклад тёмной энергии в том, что
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
расстояние между галактиками становится всё больше и больше.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Она вызывает уменьшение гравитационного притяжения между галактиками и,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
следовательно, затрудняет образование структур.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Таким образом, рассматривая такие объекты, как скопления галактик,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
и как они, точнее плотность их количества,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
как их количество зависит от времени,
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
можно узнать, как тёмная материя и тёмная энергия
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
конкурируют друг с другом при формировании структур.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
Теперь что касается тёмной материи. Я уже сказала, что у нас нет
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
никаких по-настоящему убедительных аргументов в пользу тёмной энергии.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
А есть ли что-то для объяснения тёмной материи? Ответ на этот вопрос – да.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Для обоснования тёмной материи есть несколько серьёзных кандидатур.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
А что понимать под серьёзной кандидатурой?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Тут я имею ввиду математически стройные построения,
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
созданные, на самом деле,
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
для объяснения совершенно иных явлений,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
о которых я ещё даже не упоминала.
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
Каждое из этих построений указывает на существование
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
новой, очень слабо взаимодействующей частицы.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
Для физики это – как раз то, что нужно:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
когда предсказание даётся математически стройной теорией,
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
фактически созданной для иных целей.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Но пока неизвестно, является ли какая-то из двух теорий
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
на самом деле верной кандидатурой для тёмной материи.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Одна или обе? Кто знает? Или может быть что-то совершенно другое.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Так вот, мы ищем частицы тёмной материи,
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
ведь, в конечном итоге, они есть здесь, в этой комнате,
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
и они не входили через дверь.
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Они просто проникают сквозь что угодно.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Они могут пройти сквозь здание, сквозь землю –
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
настолько у них отсутствует взаимодействие.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Так что, их можно искать путём построения детекторов, которые будут
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
крайне чувствительны к частицам тёмной материи, которые, проходя сквозь них, столкнутся с ними.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Скажем, детекторный кристалл, который будет звенеть, если это произойдет.
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
Один из моих коллег недалеко отсюда [из Стэнфорда] и его сотрудники
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
построили такой детектор.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
Они поместили его глубоко под землёй, в одном из железных рудников в Миннесоте.
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
Глубоко под землей. И надо сказать, что на днях
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
они объявили наиболее важные на сегодняшний день результаты.
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
Они ничего не увидели, но этот поиск определил ограничения на массу
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
и силу взаимодействия частиц тёмной материи.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
В течение этого года будет запущен спутник с телескопом.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
Он будет наблюдать за центром галактики,
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
в попытке увидеть, с его помощью,
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
аннигиляцию частиц тёмной материи и рождение гамма-лучей.
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
Вот - Большой адронный коллайдер, ускоритель частиц,
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
который мы собираемся запустить до конца этого года.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
Возможно, что частицы тёмной материи могут быть произведены
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
на Большом адронном коллайдере.
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
Они настолько не взаимодействуют,
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
что, на самом деле, они будут ускользать от детектора,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
поэтому оставленным ими следом будет потерянная энергия.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
К сожалению, существует множество новых физических моделей,
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
след которых тоже может быть в виде потерянной энергии,
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
поэтому будет трудно отличить их между собой.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
И, наконец, для будущих попыток разрабатываются телескопы, создаваемые
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
специально для решения вопросов, связанных с тёмной материей и тёмной энергией,
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
и это наземные телескопы. А есть ещё три космических телескопа,
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
и прямо сейчас между ними идёт конкуренция за право
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
быть запущенными на орбиту ради изучения тёмной материи и темной энергии.
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
Итак, вспомним главные вопросы:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
Что такое тёмная материя? Что такое тёмная энергия?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
Эти важные вопросы стоят перед физикой, и
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
я уверена, что у вас есть много вопросов.
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
На них я готова с удовольствием ответить
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
в течение следующих трёх дней, которые я буду здесь. Благодарю вас.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
(Аплодисменты)
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