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TED2008

Patricia Burchat: Shedding light on dark matter

パトリシア・バーチャット: 暗黒物体ダークマターの解明

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物理学者であるパトリシア・バーチャットが宇宙を作り出している大部分であるダークマターとダークエネルギーについて解明します。この2つの要素は宇宙全体の96%を占め、宇宙に計り知れない影響を及ぼしています。しかし同時に現在の科学技術を駆使しても、その存在は謎に満ちています。

- Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio

Asとして aa particle粒子 physicist物理学者, I study調査 theその elementary初等 particles粒子
私は素粒子物理学者として 素粒子の
00:18
andそして howどうやって they彼ら interact相互作用する on theその most最も fundamental基本的な levelレベル.
根本的な動きを研究しています
00:22
Forために most最も of myじぶんの research研究 careerキャリア, I've私は beenされている usingを使用して acceleratorsアクセラレータ,
これまでの研究にあたりミクロの観察には
00:25
suchそのような asとして theその electron電子 acceleratorアクセル at〜で Stanfordスタンフォード University大学, justちょうど upアップ theその road道路,
スタンフォード大学で電子加速器などを用いて
00:28
to study調査 thingsもの on theその smallest最小 scale規模.
研究をしてきました
00:31
Butだけど moreもっと recently最近, I've私は beenされている turning旋回 myじぶんの attention注意
ですが最近 私の関心はこうしたミクロの視点から
00:34
to theその universe宇宙 on theその largest最大 scale規模.
宇宙という大きなスケールへと移行しています
00:36
Becauseなぜなら, asとして I'll私はよ explain説明する to you君は,
それは 説明していくうちにご理解いただけると思いますが
00:39
theその questions質問 on theその smallest最小 andそして theその largest最大 scale規模 are actually実際に very非常に connected接続された.
ミクロの世界とマクロの世界は非常に密接に関わっています
00:41
Soそう I'm私は going行く to telltell you君は about our我々の twenty-first-century21世紀 view見る of theその universe宇宙,
では 21世紀の視野でみる宇宙とはどのような世界なのか
00:45
what it'sそれは made of andそして what theその big大きい questions質問 in theその physical物理的 sciences科学 are ---
一体何で作られ どのような謎が潜んでいるのか
00:50
at〜で least少なくとも some一部 of theその big大きい questions質問.
それらを発表していきたいと思います
00:53
Soそう, recently最近, we我々 have持ってる realized実現した
近年 解明された事なのですが
00:55
thatそれ theその ordinary普通の matter問題 in theその universe宇宙 ---
宇宙を形成している通常物質
00:58
andそして by〜によって ordinary普通の matter問題, I mean平均 you君は, me,
ここでいう通常物質は 例えば あなた 私
01:00
theその planets惑星, theその stars, theその galaxies銀河 ---
植物 星 そして銀河などを指し
01:03
theその ordinary普通の matter問題 makes作る upアップ onlyのみ aa few少数 percentパーセント
これらは 宇宙全体のほんの数パーセントにしか
01:05
of theその contentコンテンツ of theその universe宇宙.
満たないという事実が分かりました
01:08
Almostほぼ aa quarter四半期, orまたは approximately aa quarter四半期
宇宙全体の約1/4を占めている物質は
01:10
of theその matter問題 in theその universe宇宙, is stuffもの that'sそれは invisible目に見えない.
私たちの目には見えないものであり
01:13
By〜によって invisible目に見えない, I mean平均 itそれ doesn'tしない absorb吸収します in theその electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム.
それは電磁スペクトルを吸収もしなければ
01:16
Itそれ doesn'tしない emit放出する in theその electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム. Itそれ doesn'tしない reflect反映する.
放出してもいない つまり電磁スペクトルに映し出されない物質です
01:20
Itそれ doesn'tしない interact相互作用する with〜と theその electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム,
電磁スペクトルに無反応な物質なため
01:23
whichどの is what we我々 useつかいます to detect検出する thingsもの.
検出することができません
01:25
Itそれ doesn'tしない interact相互作用する at〜で allすべて. Soそう howどうやって do行う we我々 know知っている it'sそれは thereそこ?
全く反応を起こさない物質の存在を私たちがどのように知ったのかというと
01:27
We我々 know知っている it'sそれは thereそこ by〜によって itsその gravitational重力 effects効果.
そこに重力が存在するからです
01:30
In fact事実, thisこの darkダーク matter問題 dominates支配する
実際 この無反応な物質(ダークマター)が
01:32
theその gravitational重力 effects効果 in theその universe宇宙 on aa large scale規模,
宇宙全体に存在する重力の大半を占めているのです
01:35
andそして I'll私はよ be〜する telling伝える you君は about theその evidence証拠 forために thatそれ.
その根拠も説明していきます
01:38
What about theその rest残り of theその pieパイ?
では このグラフの残りは何を表しているのでしょう
01:40
Theその rest残り of theその pieパイ is aa very非常に mysterious不思議な substance物質 calledと呼ばれる darkダーク energyエネルギー.
これはダークエネルギーという謎めいた物質です
01:42
Moreもっと about thatそれ later後で, OKOK.
ダークエネルギーに関しての説明は後ほど...
01:46
Soそう forために now, let'sさあ turn順番 to theその evidence証拠 forために darkダーク matter問題.
ではさっそく ダークマターの存在について目を向けてみましょう
01:48
In theseこれら galaxies銀河, especially特に in aa spiralスパイラル galaxy銀河 like好きな thisこの,
銀河全般に言えることで このような渦巻銀河は特に
01:51
most最も of theその mass質量 of theその stars is concentrated濃縮 in theその middle中間 of theその galaxy銀河.
過半数の星が銀河の中心部に集中しています
01:54
Thisこの huge巨大 mass質量 of allすべて theseこれら stars keeps維持する stars in circular円形 orbits軌道 in theその galaxy銀河.
この巨大な星のかたまりでできた渦によって 銀河内の円形軌道は保たれているのです
01:59
Soそう we我々 have持ってる theseこれら stars going行く aroundまわり in circles like好きな thisこの.
物理学を学んだ人なら 即座に分かると思いますが
02:06
Asとして you君は canできる imagine想像する, even偶数 ifif you君は know知っている physics物理, thisこの should〜すべき be〜する intuitive直感的な, OKOK ---
このように軌道を回る星があった場合
02:09
thatそれ stars thatそれ are closerクローザー to theその mass質量 in theその middle中間 will意志 be〜する rotating回転する at〜で aa higher高い speed速度
中心部に近い星は 外側にある星よりも
02:13
thanより thoseそれら thatそれ are furtherさらに outでる hereここに, OKOK.
速いスピードで回っています
02:19
Soそう what you君は would〜する expect期待する is thatそれ ifif you君は measured測定された theその orbital軌道 speed速度 of theその stars,
ですから星が軌道を回る速さは
02:22
thatそれ they彼ら should〜すべき be〜する slowerもっとゆっくり on theその edgesエッジ thanより on theその inside内部.
内側よりも外側のほうが遅いと予測するはずです
02:27
In otherその他 words言葉, ifif we我々 measured測定された speed速度 asとして aa function関数 of distance距離 ---
中心部から星までの距離と星の動く速度を
02:31
thisこの is theその onlyのみ time時間 I'm私は going行く to showショー aa graphグラフ, OKOK ---
図で表すと
02:33
we我々 would〜する expect期待する thatそれ itそれ goes行く downダウン asとして theその distance距離 increases増加する
距離と速度は反比例の関係にあると
02:35
fromから theその centerセンター of theその galaxy銀河.
予測するでしょう
02:39
Whenいつ thoseそれら measurements測定値 are made,
ですが 実際はそうではなく
02:41
instead代わりに what we我々 find見つける is thatそれ theその speed速度 is basically基本的に constant定数,
星の速度はどの位置においても
02:42
asとして aa function関数 of distance距離.
一定を保っていたのです
02:45
Ifif it'sそれは constant定数, thatそれ means手段 thatそれ theその stars outでる hereここに
もし一定ならば そこにある星には
02:47
are feeling感じ theその gravitational重力 effects効果 of matter問題 thatそれ we我々 do行う notない see見る.
私たちには見えない物質からの引力が働いているはずです
02:50
In fact事実, thisこの galaxy銀河 andそして everyすべて otherその他 galaxy銀河
実際に 宇宙に存在するどんな銀河にも
02:54
appears登場する to be〜する embedded埋め込み in aa cloud of thisこの invisible目に見えない darkダーク matter問題.
このような肉眼で確認する事のできないダークマターの雲で覆われている事が解明されました
02:57
Andそして thisこの cloud of matter問題 is muchたくさん moreもっと spherical球状 thanより theその galaxy銀河 themselves自分自身,
また ダークマターは銀河の形体は異なり 球面的な形であり
03:02
andそして itそれ extends拡張する over以上 aa muchたくさん widerより広い range範囲 thanより theその galaxy銀河.
その球体は銀河よりも広い範囲で存在しているのです
03:06
Soそう we我々 see見る theその galaxy銀河 andそして fixate固定 on thatそれ, butだけど it'sそれは actually実際に aa cloud of darkダーク matter問題
通常 私たちは銀河だけにとらわれがちですが 実際には
03:10
that'sそれは dominating優位 theその structure構造 andそして theその dynamicsダイナミクス of thisこの galaxy銀河.
銀河の構造や原動力を支配するダークマターが存在しています
03:14
Galaxies銀河 themselves自分自身 are notない strewn間抜け randomly無作為に in spaceスペース;
銀河は宇宙にバラバラとちりばめられて出来上がってたのではなく
03:19
they彼ら tend傾向がある to clusterクラスタ.
集合体を作る性質を持っています
03:22
Andそして thisこの is an example of aa very非常に, actually実際に, famous有名な clusterクラスタ, theその Comaコマ clusterクラスタ.
これは有名な集合体の例で かみのけ座銀河団と言います
03:24
Andそして thereそこ are thousands of galaxies銀河 in thisこの clusterクラスタ.
この銀河団には何千もの銀河が存在していて
03:27
They're彼らは theその white, fuzzyファジー, elliptical楕円形の thingsもの hereここに.
どれも白くぼやけて楕円のような形をしています
03:30
Soそう theseこれら galaxy銀河 clustersクラスタ --- we我々 take取る aa snapshotスナップショット now,
今の瞬間の銀河のスナップ写真をとってみるとして
03:33
we我々 take取る aa snapshotスナップショット in aa decade10年, it'llそれはよ look見える identical同一.
10年後に撮影するスナップ写真と比較してみても なんら変化はありません
03:36
Butだけど theseこれら galaxies銀河 are actually実際に moving動く at〜で extremely極端な high高い speedsスピード.
しかし実際には これらの銀河は驚くほどに速いスピードで移動していて
03:39
They're彼らは moving動く aroundまわり in thisこの gravitational重力 potential潜在的な wellよく of thisこの clusterクラスタ, OKOK.
この重力の渦に沿うように動いているのです
03:43
Soそう allすべて of theseこれら galaxies銀河 are moving動く.
全ての銀河は このように動いているわけで
03:48
We我々 canできる measure測定 theその speedsスピード of theseこれら galaxies銀河, their彼らの orbital軌道 velocities速度,
私たちは銀河の動く速度と軌道速度を測定し
03:50
andそして figure数字 outでる howどうやって muchたくさん mass質量 is in thisこの clusterクラスタ.
この銀河団の重力質量を調べる事ができます
03:54
Andそして again再び, what we我々 find見つける is thatそれ thereそこ is muchたくさん moreもっと mass質量 thereそこ
やはり 実際に目で見て確認できる分以上の
03:56
thanより canできる be〜する accounted説明 forために by〜によって theその galaxies銀河 thatそれ we我々 see見る.
重力質量がそこから検出されます
04:00
Orまたは ifif we我々 look見える in otherその他 parts部品 of theその electromagnetic電磁 spectrumスペクトラム,
仮に電磁スペクトルを別の角度から分析して
04:04
we我々 see見る thatそれ there'sそこに aa lotロット of gasガス in thisこの clusterクラスタ, asとして wellよく.
この銀河団に含まれている大量のガスを測定してみても
04:06
Butだけど thatそれ cannotできない accountアカウント forために theその mass質量 eitherどちらか.
巨大な重力質量の謎は解けません
04:09
In fact事実, thereそこ appears登場する to be〜する about ten times asとして muchたくさん mass質量 hereここに
実際に ここでは通常物質よりも
04:11
in theその form of thisこの invisible目に見えない orまたは darkダーク matter問題
約10倍にあたる質量が肉眼で測定できない形
04:14
asとして thereそこ is in theその ordinary普通の matter問題, OKOK.
つまりダークマターとして存在しています
04:17
Itそれ would〜する be〜する niceいい ifif we我々 couldできた see見る thisこの darkダーク matter問題 aa little少し bitビット moreもっと directly直接.
このダークマターも見る事が出来れば いいですよね
04:21
I'm私は justちょうど puttingパッティング thisこの big大きい, blue blobブロブ on thereそこ, OKOK,
大きな青いまるで囲んであるのは
04:25
to tryお試しください to remind思い出させる you君は thatそれ it'sそれは thereそこ.
ダークマターの代わりです
04:27
Canできる we我々 see見る itそれ moreもっと visually視覚的に? Yesはい, we我々 canできる.
もっと分かりやすく見る方法はないのでしょうか?それがあるんです
04:29
Andそして soそう let〜する me lead you君は throughを通して howどうやって we我々 canできる do行う thisこの.
では その説明をしましょう
04:32
Soそう here'sここにいる an observer観察者:
これが観察者の視点です
04:34
itそれ couldできた be〜する an eye; itそれ couldできた be〜する aa telescope望遠鏡.
観察者の眼でも天体望遠鏡でも構いません
04:36
Andそして suppose想定する there'sそこに aa galaxy銀河 outでる hereここに in theその universe宇宙.
ここに銀河があるとしましょう
04:38
Howどうやって do行う we我々 see見る thatそれ galaxy銀河?
観察者の眼からはどのように見えますか?
04:40
Aa rayレイ of light leaves theその galaxy銀河 andそして travels旅行 throughを通して theその universe宇宙
銀河から放たれた光が宇宙を
04:42
forために perhapsおそらく billions何十億 of years
何十億年も旅して
04:45
before itそれ enters入る theその telescope望遠鏡 orまたは yourきみの eye.
観測者の眼にたどり着きます
04:47
Now, howどうやって do行う we我々 deduce推論する whereどこで theその galaxy銀河 is?
銀河の位置をどのように推測できるのかというと
04:50
Wellよく, we我々 deduce推論する itそれ by〜によって theその direction方向 thatそれ theその rayレイ is traveling旅行
光の飛んで来た方向から
04:53
asとして itそれ enters入る our我々の eye, right?
直線で結んだ位置に銀河があると憶測します
04:56
We我々 sayいう, theその rayレイ of light came来た thisこの way方法;
光がこのような角度から眼に入ると考えると
04:58
theその galaxy銀河 must必須 be〜する thereそこ, OKOK.
銀河はこの直線の延長線上にあるはずです
05:00
Now, suppose想定する I put置く in theその middle中間 aa clusterクラスタ of galaxies銀河 ---
では この二つの間にもう一つの銀河団を置いてみましょう
05:02
andそして don'tしない forget忘れる theその darkダーク matter問題, OKOK.
もちろんこの銀河団にはダークマターが存在しています
05:06
Now, ifif we我々 consider検討する aa different異なる rayレイ of light, one1 going行く offオフ like好きな thisこの,
では もう一つの光がこのように射していた場合どうなるのでしょう
05:08
we我々 now need必要 to take取る into accountアカウント
ここではアインシュタインの
05:12
what Einsteinアインシュタイン predicted予測された whenいつ he developed発展した general一般 relativity相対性理論.
相対性理論が重要となります
05:14
Andそして thatそれ wasあった thatそれ theその gravitational重力 fieldフィールド, due支払う to mass質量,
ダークマターの巨大な質量によって発生した重力は
05:17
will意志 deflect偏向する notない onlyのみ theその trajectory軌道 of particles粒子,
粒子の軌道だけではなく
05:21
butだけど will意志 deflect偏向する light itself自体.
そこに存在する光さえも曲げてしまいます
05:24
Soそう thisこの light rayレイ will意志 notない continue持続する in aa straightまっすぐ lineライン,
ですから この光も重力によって屈折し
05:27
butだけど would〜する ratherむしろ bend曲げる andそして couldできた end終わり upアップ going行く into our我々の eye.
私たち 観測者の眼に入ってくるのです
05:30
Whereどこで will意志 thisこの observer観察者 see見る theその galaxy銀河?
観測者の立場から見てみると 銀河は
05:34
You君は canできる respond応答する. Upアップ, right?
実際よりも上に存在しているように映るはずです
05:37
We我々 extrapolate外挿する backwards後方に andそして sayいう theその galaxy銀河 is upアップ hereここに.
銀河が光の直線上にあると推測するので 実際よりも上に位置づけてしまうわけです
05:41
Is thereそこ anyどれか otherその他 rayレイ of light
他にはどのように光が
05:44
thatそれ couldできた make作る into theその observer'sオブザーバー eye fromから thatそれ galaxy銀河?
観測者の眼に届いているのでしょう?
05:45
Yesはい, greatすばらしいです. I see見る people going行く downダウン like好きな thisこの.
はい そうです あちらの方のいう通り 下に曲がります
05:48
Soそう aa rayレイ of light couldできた go行く downダウン, be〜する bent曲がった
下に曲がった光は重力によって 屈折し
05:51
upアップ into theその observer'sオブザーバー eye,
上昇しながら 観測者の眼に入り
05:53
andそして theその observer観察者 sees見える aa rayレイ of light hereここに.
実際より下に位置して見えます
05:55
Now, take取る into accountアカウント theその fact事実 thatそれ we我々 liveライブ in
それでは ここから応用編です
05:57
aa three-dimensional三次元 universe宇宙, OKOK,
私たちの住む三次元の世界は
05:59
aa three-dimensional三次元 spaceスペース.
縦 横 奥行きの空間なのですが
06:01
Are thereそこ anyどれか otherその他 raysレイ of light thatそれ couldできた make作る itそれ into theその eye?
そう考えると 他にはどのように光が進むと考えられますか?
06:03
Yesはい! Theその raysレイ would〜する lie嘘つき on aa --- I'd私は like好きな to see見る --- yeahええ, on aa cone円錐.
その通りです!光は円すいに変形します
06:06
Soそう there'sそこに aa whole全体 rayレイ of light --- raysレイ of light on aa cone円錐 ---
光が銀河団の引力で屈折し
06:12
thatそれ will意志 allすべて be〜する bent曲がった by〜によって thatそれ clusterクラスタ
円すいの形で進んで
06:14
andそして make作る itそれ into theその observer'sオブザーバー eye.
観測者の眼に入ります
06:16
Ifif thereそこ is aa cone円錐 of light coming到来 into myじぶんの eye, what do行う I see見る?
では 円すい形の光は実際の眼球にどのように映るのでしょう?
06:19
Aa circleサークル, aa ringリング. It'sそれは calledと呼ばれる an Einsteinアインシュタイン ringリング. Einsteinアインシュタイン predicted予測された thatそれ, OKOK.
丸い輪です アインシュタインはこの現象を予言していた為 アインシュタインリングと呼ばれています
06:24
Now, itそれ will意志 onlyのみ be〜する aa perfect完璧な ringリング ifif theその sourceソース, theその deflector偏向器
このアインシュタインリングが完璧なリングの形として現れるのは
06:28
andそして theその eyeball眼球, in thisこの case場合, are allすべて in aa perfectly完全に straightまっすぐ lineライン.
3つ全てが一直線上にある時のみです
06:33
Ifif they're彼らは slightly少し skewed歪んだ, we'll私たちは see見る aa different異なる image画像.
もし 少しでも傾いている場合 それは違うイメージとして映るでしょう
06:38
Now, you君は canできる do行う an experiment実験 tonight今晩 over以上 theその reception受付, OKOK,
今夜のパーティーでもできる実験を教えましょう
06:41
to figure数字 outでる what thatそれ image画像 will意志 look見える like好きな.
どのようなイメージが浮かぶのか調べる事ができます
06:44
Becauseなぜなら itそれ turnsターン outでる thatそれ thereそこ is aa kind種類 of lensレンズ thatそれ we我々 canできる devise考案する,
この効果を再現するのに最適な形をしたレンズを
06:47
thatそれ has持っている theその right shape形状 to produce作物 thisこの kind種類 of effect効果.
作り出すことが出来るのです
06:51
We我々 callコール thisこの gravitational重力 lensingレンズ作用.
この道具を重力レンズと呼んでいます
06:54
Andそして soそう, thisこの is yourきみの instrument計器, OKOK.
これが 必要な材料です
06:56
(Laughter笑い).
(笑)
06:59
Butだけど ignore無視する theその top part.
上の部分は省きます
07:00
It'sそれは theその baseベース thatそれ I want欲しいです you君は to concentrate集中, OKOK.
この下の部分が大事なのです
07:03
Soそう, actually実際に, at〜で home自宅, wheneverいつでも we我々 breakブレーク aa wineglassワイングラス,
私の家では割れたワイングラスは
07:06
I saveセーブ theその bottom, take取る itそれ over以上 to theその machine機械 shopショップ.
底をとっておき 機械工場へ持って行きます
07:08
We我々 shaveシェービング itそれ offオフ, andそして I have持ってる aa little少し gravitational重力 lensレンズ, OKOK.
研磨をかけた後には重力レンズができるというわけです
07:10
Soそう it'sそれは got持っている theその right shape形状 to produce作物 theその lensingレンズ作用.
このようにしてレンズを用意したら
07:14
Andそして soそう theその next thingもの you君は need必要 to do行う in yourきみの experiment実験
次に必要なものは紙ナプキンです
07:16
is grabつかむ aa napkinナプキン. I grabbed捕まえた aa pieceピース of graphグラフ paper --- I'm私は aa physicist物理学者. (Laughter笑い)
私は物理学者なのでグラフ用紙を使いますが(笑)
07:18
Soそう, aa napkinナプキン. Drawドロー aa little少し modelモデル galaxy銀河 in theその middle中間.
この紙ナプキンの中心部に銀河を描きます
07:22
Andそして now put置く theその lensレンズ over以上 theその galaxy銀河,
そして その上に重力レンズをのせると
07:26
andそして what you'llあなたは find見つける is thatそれ you'llあなたは see見る aa ringリング, an Einsteinアインシュタイン ringリング.
アインシュタインリングが出来ているのが分かります
07:29
Now, move動く theその baseベース offオフ to theその side,
では レンズを少し中心部からずらしてみましょう
07:32
andそして theその ringリング will意志 splitスプリット upアップ into arcsアーク, OKOK.
するとリングは割れて弓の形になります
07:35
Andそして you君は canできる put置く itそれ on top of anyどれか image画像.
このようにしてレンズを活用します
07:38
On theその graphグラフ paper, you君は canできる see見る
グラフ用紙を見て分かるように
07:40
howどうやって allすべて theその lines on theその graphグラフ paper have持ってる beenされている distorted.
直線はゆがんで曲線のように見えます
07:41
Andそして again再び, thisこの is aa kind種類 of an accurate正確 modelモデル
この直線を曲げる力が重力レンズによって
07:43
of what happens起こる with〜と theその gravitational重力 lensingレンズ作用.
正確に表現されているのです
07:46
OKOK, soそう theその question質問 is: do行う we我々 see見る thisこの in theその sky?
こういった現象を実際の天体望遠鏡はとらえているのでしょうか?
07:48
Do行う we我々 see見る arcsアーク in theその sky whenいつ we我々 look見える at〜で, sayいう, aa clusterクラスタ of galaxies銀河?
このような歪んだ弓の形の光は銀河団の中に存在しているのでしょうか?
07:52
Andそして theその answer回答 is yesはい.
その答えは YESです
07:56
Andそして soそう, here'sここにいる an image画像 fromから theその Hubble騒ぐ Spaceスペース Telescope望遠鏡.
これはハッブル宇宙望遠鏡からの画像です
07:58
Manyたくさんの of theその imagesイメージ you君は are seeing見る
画像の多くはこの宇宙望遠鏡が
08:00
are earlier先に fromから theその Hubble騒ぐ Spaceスペース Telescope望遠鏡.
最近のものではありませんが
08:02
Wellよく, first最初 of allすべて, forために theその goldenゴールデン shape形状 galaxies銀河 ---
この金色に輝く銀河の数々を見てみると
08:04
thoseそれら are theその galaxies銀河 in theその clusterクラスタ.
これが銀河団だと分かります
08:06
They're彼らは theその onesもの thatそれ are embedded埋め込み in thatそれ sea of darkダーク matter問題
銀河団はダークマターによって引き寄せられて出来た集合体で
08:09
thatそれ are causing原因 theその bending曲げ of theその light
光を屈折させる原因です
08:13
to cause原因 theseこれら optical光学的 illusions幻想, orまたは miragesミラージュ, practically事実上,
そして それにより
08:15
of theその backgroundバックグラウンド galaxies銀河.
銀河の光は歪んでみえるのです
08:18
Soそう theその streaks thatそれ you君は see見る, allすべて theseこれら streaks,
ですから これらの縦や横に流れる光の帯は
08:20
are actually実際に distorted imagesイメージ of galaxies銀河 thatそれ are muchたくさん furtherさらに away離れて.
実際にはずっと離れた位置にある銀河がひずんでしまった姿なのです
08:23
Soそう what we我々 canできる do行う, then次に, is basedベース on howどうやって muchたくさん distortionねじれ
次に この画像の光の歪み具合を測って
08:27
we我々 see見る in thoseそれら imagesイメージ, we我々 canできる calculate計算する howどうやって muchたくさん mass質量
そこにどれだけの質量が存在しているのかを
08:30
thereそこ must必須 be〜する in thisこの clusterクラスタ.
計算で導きだします
08:34
Andそして it'sそれは an enormous巨大な amount of mass質量.
結果 そこには極めて大きな質量が存在しました
08:36
Andそして alsoまた、, you君は canできる telltell by〜によって eye, by〜によって looking探している at〜で thisこの,
実際に眼で確認できる通り
08:38
thatそれ theseこれら arcsアーク are notない centered中心 on individual個人 galaxies銀河.
これらの弓形は個々の銀河に集中しているのではなく
08:40
They彼ら are centered中心 on some一部 moreもっと spread普及 outでる structure構造,
無数に広がった状態で存在している事が分かります
08:44
andそして thatそれ is theその darkダーク matter問題
そしてこのダークマターの中に
08:48
in whichどの theその clusterクラスタ is embedded埋め込み, OKOK.
銀河団が含まれているのです
08:52
Soそう thisこの is theその closest最も近い you君は canできる get取得する to kind種類 of seeing見る
この画像がダークマターの影響を
08:55
at〜で least少なくとも theその effects効果 of theその darkダーク matter問題 with〜と yourきみの naked eye.
肉眼でかろうじて捉えられる画像です
08:57
OKOK, soそう, aa quickクイック reviewレビュー then次に, to see見る thatそれ you'reあなたは following以下.
では 簡単におさらいです
09:00
Soそう theその evidence証拠 thatそれ we我々 have持ってる
宇宙の 1/4はダークマターという
09:03
thatそれ aa quarter四半期 of theその universe宇宙 is darkダーク matter問題 ---
重力をもつ質量で
09:05
thisこの gravitationally重力で attracting引き付ける stuffもの ---
占められている証拠は
09:07
is thatそれ galaxies銀河, theその speed速度 with〜と whichどの stars orbiting周回する galaxies銀河
銀河の周りを回る星のスピードが非常に速いので
09:09
is muchたくさん tooあまりにも large; itそれ must必須 be〜する embedded埋め込み in darkダーク matter問題.
ダークマターが影響しているはずで
09:13
Theその speed速度 with〜と whichどの galaxies銀河 within以内 clustersクラスタ are orbiting周回する is muchたくさん tooあまりにも large;
銀河団の中の銀河の回転速度からも
09:16
itそれ must必須 be〜する embedded埋め込み in darkダーク matter問題.
ダークマターの影響が考えられます
09:20
Andそして we我々 see見る theseこれら gravitational重力 lensingレンズ作用 effects効果, theseこれら distortionsひずみ
そして光を屈折させる重力レンズ効果からも
09:22
thatそれ sayいう thatそれ, again再び, clustersクラスタ are embedded埋め込み in darkダーク matter問題.
ダークマターが影響しているはずだと言えるのです
09:26
OKOK. Soそう now, let'sさあ turn順番 to darkダーク energyエネルギー.
では ここからはダークエネルギーについて話します
09:29
Soそう to understandわかる theその evidence証拠 forために darkダーク energyエネルギー, we我々 need必要 to discuss話し合います something何か
ダークエネルギーの存在を理解する為には 先ほどの
09:33
thatそれ Stephenスティーブン Hawking鷹狩り referred言及 to in theその previous sessionセッション.
スティーヴンホーキング氏の話に戻る必要があります
09:36
Andそして thatそれ is theその fact事実 thatそれ spaceスペース itself自体 is expanding拡大する.
宇宙そのものが膨張し拡大しているという事実です
09:40
Soそう ifif we我々 imagine想像する aa sectionセクション of our我々の infinite無限 universe宇宙 ---
この果てなく続く宇宙の一部に
09:44
andそして soそう I've私は put置く downダウン four4つの spiralスパイラル galaxies銀河, OKOK ---
4つの銀河を並べるとしましょう
09:49
andそして imagine想像する thatそれ you君は put置く downダウン aa setセット of tapeテープ measures措置,
その間に巻き尺を配置すると仮定します
09:52
soそう everyすべて lineライン on hereここに corresponds対応する to aa tapeテープ measure測定,
その縦と横に広がる線は
09:56
horizontal水平 orまたは vertical垂直, forために measuring測定する whereどこで thingsもの are.
それぞれの位置を計測することができます
09:58
Ifif you君は couldできた do行う thisこの, what you君は would〜する find見つける
もし 実際にそのような事が出来た場合
10:02
thatそれ with〜と each passing通過 day, each passing通過 year,
この4つの銀河は日々 年々
10:04
each passing通過 billions何十億 of years, OKOK,
やがては何十億年という時を経て
10:07
theその distance距離 betweenの間に galaxies銀河 is getting取得 greater大きい.
少しずつお互いの距離を増し 離れていっている事が結果的に現れるのです
10:10
Andそして it'sそれは notない becauseなぜなら galaxies銀河 are moving動く
これは これら4つの銀河が
10:13
away離れて fromから each otherその他 throughを通して spaceスペース.
お互いから離れるようにして動いているからではありません
10:14
They're彼らは notない necessarily必ずしも moving動く throughを通して spaceスペース.
これらの銀河は宇宙を駆け巡っているのではないのです
10:17
They're彼らは moving動く away離れて fromから each otherその他
銀河の距離が離れていったのは
10:19
becauseなぜなら spaceスペース itself自体 is getting取得 biggerより大きい, OKOK.
宇宙そのものが膨張しているからなのです
10:21
That'sそれは what theその expansion拡張 of theその universe宇宙 orまたは spaceスペース means手段.
それが ユニバース つまり宇宙全体の姿なのです
10:24
Soそう they're彼らは moving動く furtherさらに apart離れて.
宇宙はぐんぐんと拡大し続けています
10:28
Now, what Stephenスティーブン Hawking鷹狩り mentioned言及した, asとして wellよく,
ホーキング氏も触れていたのは
10:30
is thatそれ after theその Big大きい Bang強打, spaceスペース expanded拡張された at〜で aa very非常に rapid迅速な rateレート.
ビッグバンが起きた後 宇宙が極度の速さで拡大したという点です
10:34
Butだけど becauseなぜなら gravitationally重力で attracting引き付ける matter問題
しかし 引力をもつ物質が宇宙に
10:40
is embedded埋め込み in thisこの spaceスペース,
存在するために
10:44
itそれ tends傾向がある to slowスロー downダウン theその expansion拡張 of theその spaceスペース, OKOK.
宇宙の拡大を減速させる性質があります
10:46
Soそう theその expansion拡張 slows遅くなる downダウン with〜と time時間.
よって拡大速度は時間とともに低下するのです
10:49
Soそう, in theその last最終 century世紀, OKOK, people debated議論された
20世紀の科学者達は この宇宙の拡大は
10:52
about whetherかどうか thisこの expansion拡張 of spaceスペース would〜する continue持続する forever永遠に;
永遠に続くものなのか それとも
10:56
whetherかどうか itそれ would〜する slowスロー downダウン, you君は know知っている,
衰えながらも
11:01
will意志 be〜する slowing減速する downダウン, butだけど continue持続する forever永遠に;
永遠に続くのか
11:03
slowスロー downダウン andそして stopやめる, asymptotically漸近的に stopやめる;
あるいは やがては絶えてしまうものなのか議論しました
11:05
orまたは slowスロー downダウン, stopやめる, andそして then次に reverse, soそう itそれ starts開始する to contract契約する again再び.
速度が低下した後に収縮するのではないかとの意見もありました
11:10
Soそう aa little少し over以上 aa decade10年 ago,
そして10年ほど前に
11:15
two groupsグループ of physicists物理学者 andそして astronomers天文学者
2組の物理学者と天文学者達が
11:17
setセット outでる to measure測定 theその rateレート at〜で whichどの
宇宙の膨張速度の減少率を
11:22
theその expansion拡張 of spaceスペース wasあった slowing減速する downダウン, OKOK.
計測したのです
11:24
By〜によって howどうやって muchたくさん lessもっと少なく is itそれ expanding拡大する today今日,
今日の膨張率は数十億年昔と比べて
11:28
compared比較した to, sayいう, aa coupleカップル of billion years ago?
どのくらい減少していたのでしょう
11:30
Theその startling驚くべき answer回答 to thisこの question質問, OKOK, fromから theseこれら experiments実験,
結果は予想に反して驚くべきもので
11:33
wasあった thatそれ spaceスペース is expanding拡大する at〜で aa fasterもっと早く rateレート today今日
宇宙の膨張率は数十億年前に比べて
11:38
thanより itそれ wasあった aa few少数 billion years ago, OKOK.
増加している事が分かったのです
11:42
Soそう theその expansion拡張 of spaceスペース is actually実際に speedingスピード upアップ.
これは 宇宙が以前よりも速いスピードで拡大している事を表し
11:45
Thisこの wasあった aa completely完全に surprising驚くべき result結果.
大半の予想をくつがえす結果でした
11:48
Thereそこ is noいいえ persuasive説得力のある theoretical理論的 argument引数 forために whyなぜ thisこの should〜すべき happen起こる, OKOK.
なぜ宇宙が膨張率を増しながら拡大しているのかという原因ははっきりと分かっていません
11:51
Noいいえ one1 wasあった predicting予測する ahead前方に of time時間 thisこの is what's何ですか going行く to be〜する found見つけた.
誰もが予想だにしなかった結果で
11:57
Itそれ wasあった theその opposite反対の of what wasあった expected期待される.
想像に反する発見でした
12:00
Soそう we我々 need必要 something何か to be〜する ableできる to explain説明する thatそれ.
ですから 私たちには宇宙が拡大し続けている原因を探る必要がありました
12:02
Now itそれ turnsターン outでる, in theその mathematics数学,
この事を数学上で説明する場合
12:05
you君は canできる put置く itそれ in asとして aa term期間 that'sそれは an energyエネルギー,
この一連の現象を言い表すのに エネルギーの存在を使います
12:07
butだけど it'sそれは aa completely完全に different異なる typeタイプ of energyエネルギー
このエネルギーは
12:11
fromから anything何でも we've私たちは everこれまで seen見た before.
これまでに見てきたものとは全く別の種類で
12:12
We我々 callコール itそれ darkダーク energyエネルギー,
ダークエネルギーと呼ばれています
12:14
andそして itそれ has持っている thisこの effect効果 of causing原因 spaceスペース to expand拡大する.
ダークエネルギーは宇宙が膨張する要因を作り出しています
12:16
Butだけど we我々 don'tしない have持ってる aa good良い motivation動機
公式にするのは
12:19
forために puttingパッティング itそれ in thereそこ at〜で thisこの pointポイント, OKOK.
現時点ではできません
12:21
Soそう it'sそれは really本当に unexplained説明できない asとして to whyなぜ we我々 need必要 to put置く itそれ in.
公式にする妥当性も まだ説明がつかないのです
12:23
Now, soそう at〜で thisこの pointポイント, then次に, what I want欲しいです to really本当に emphasize強調する to you君は,
ですので 現段階で私の言える事は
12:26
is thatそれ, first最初 of allすべて, darkダーク matter問題 andそして darkダーク energyエネルギー
ダークマターとダークエネルギーは
12:30
are completely完全に different異なる thingsもの, OKOK.
全くの別物であるという事
12:32
Thereそこ are really本当に two mysteries outでる thereそこ asとして to what makes作る upアップ most最も of theその universe宇宙,
この二つの謎の物体が宇宙全体の大半を占めているという事
12:34
andそして they彼ら have持ってる very非常に different異なる effects効果.
そしてこの二つは全く別の役割を果たしているという事です
12:38
Darkダーク matter問題, becauseなぜなら itそれ gravitationally重力で attracts引き付ける,
ダークマターは重力があるために
12:41
itそれ tends傾向がある to encourage奨励します theその growth成長 of structure構造, OKOK.
その周辺にある銀河を引き寄せ
12:44
Soそう clustersクラスタ of galaxies銀河 will意志 tend傾向がある to form,
銀河団という骨組みを構成する基になります
12:48
becauseなぜなら of allすべて thisこの gravitational重力 attractionアトラクション.
これは ダークマターの重力無くしては出来ません
12:51
Darkダーク energyエネルギー, on theその otherその他 handハンド,
一方で ダークエネルギーは
12:53
is puttingパッティング moreもっと andそして moreもっと spaceスペース betweenの間に theその galaxies銀河,
宇宙空間を拡大させる事で 銀河同士の距離を広げ
12:55
makes作る itそれ, theその gravitational重力 attractionアトラクション betweenの間に themそれら decrease減少,
重力の影響を減少させる働きがあります
12:59
andそして soそう itそれ impedes妨げる theその growth成長 of structure構造.
重力を減少させる事で 銀河団の構築を妨げるのです
13:02
Soそう by〜によって looking探している at〜で thingsもの like好きな clustersクラスタ of galaxies銀河,
ですから 銀河団を観察し
13:05
andそして howどうやって they彼ら --- their彼らの number density密度,
銀河団の数密度や
13:08
howどうやって manyたくさんの thereそこ are asとして aa function関数 of time時間 ---
時間との相対関係を調べる事で
13:12
we我々 canできる learn学ぶ about howどうやって darkダーク matter問題 andそして darkダーク energyエネルギー
どのようにダークマターとダークエネルギーが
13:14
compete競争する againstに対して each otherその他 in structure構造 formingフォーミング.
銀河団の形成に影響しているのかを探る事が出来ます
13:18
In terms条項 of darkダーク matter問題, I said前記 thatそれ we我々 don'tしない have持ってる anyどれか,
ダークエネルギーに関しては 先ほども言ったように
13:21
you君は know知っている, really本当に persuasive説得力のある argument引数 forために darkダーク energyエネルギー.
その存在を証明するような理論は発表されていません
13:24
Do行う we我々 have持ってる anything何でも forために darkダーク matter問題? Andそして theその answer回答 is yesはい.
ダークマターに関しては 有力な理論が存在します
13:28
We我々 have持ってる well-motivatedよく動機づけられた candidates候補者 forために theその darkダーク matter問題.
ダークマターの立証につながる有力理論とは
13:31
Now, what do行う I mean平均 by〜によって wellよく motivated意欲的な?
数学的にも立証できるもので
13:34
I mean平均 thatそれ we我々 have持ってる mathematically数学的に consistent整合性のある theories理論
その存在がきちんと確立されている理論の事であり
13:37
thatそれ wereあった actually実際に introduced導入された
偶然にも全く異なった現象を
13:42
to explain説明する aa completely完全に different異なる phenomenon現象, OKOK,
説明する為に導きだされた理論です
13:44
thingsもの thatそれ I haven't持っていない even偶数 talked話した about,
まだここでは触れていませんが
13:47
thatそれ each predict予測する theその existence存在
どれも非常に作用のゆるい素粒子を
13:49
of aa very非常に weakly弱く interacting相互作用する, new新しい particle粒子.
予測している理論です
13:52
Soそう, thisこの is exactly正確に what you君は want欲しいです in physics物理:
物理では理想的なパターンです
13:55
whereどこで aa prediction予測 comes来る outでる of aa mathematically数学的に consistent整合性のある theory理論
数学的に説明のつく理論が作られ それが後に
13:57
thatそれ wasあった actually実際に developed発展した forために something何か elseelse.
別の現象を説明に使われるのです
14:01
Butだけど we我々 don'tしない know知っている ifif eitherどちらか of thoseそれら
ですが 私たちは未だこれらの理論が
14:03
are actually実際に theその darkダーク matter問題 candidate候補者, OKOK.
ダークマターを解き明かす候補なのか わかりません
14:06
One1 orまたは bothどちらも, who knows知っている? Orまたは itそれ couldできた be〜する something何か completely完全に different異なる.
もしかしたら まったく違った場所に答えはあるのかもしれません
14:09
Now, we我々 look見える forために theseこれら darkダーク matter問題 particles粒子
ダークマターの素粒子は
14:12
becauseなぜなら, after allすべて, they彼ら are hereここに in theその roomルーム, OKOK,
この場にでさえ存在しています
14:14
andそして they彼ら didn'tしなかった come来る in theその doorドア.
ドアから入って来たのではなく
14:17
They彼ら justちょうど passパス throughを通して anything何でも.
全ての物体を通り抜けます
14:18
They彼ら canできる come来る throughを通して theその building建物, throughを通して theその Earth地球 ---
建物も 地球さえも通り抜けて
14:20
they're彼らは soそう non-interacting非インタラクション.
どの物体とも作用することはありません
14:22
Soそう one1 way方法 to look見える forために themそれら is to buildビルドする detectors検出器
ですから ダークマターの存在を探知する
14:24
thatそれ are extremely極端な sensitive敏感な to aa darkダーク matter問題 particle粒子 coming到来 throughを通して andそして bumpingぶつかる itそれ.
とても高性能の探知機を作ることも考えられます
14:27
Soそう aa crystal結晶 thatそれ will意志 ringリング ifif thatそれ happens起こる.
ダークマターに反応する鉱石はないか
14:31
Soそう one1 of myじぶんの colleagues同僚 upアップ theその road道路 andそして his collaborators協力者
同僚の一人が 共同研究者たちと協力して
14:34
have持ってる built建てられた suchそのような aa detector検出器.
そのような探知機を造りました
14:36
Andそして they've彼らは put置く itそれ deep深い downダウン in an iron mine鉱山 in Minnesotaミネソタ州,
ミネソタ州の鉄鉱地帯の地中奥深くに
14:38
OKOK, deep深い under theその ground接地, andそして in fact事実, in theその last最終 coupleカップル of days日々
その探知機を置き 研究を続けた結果
14:41
announced発表 theその most最も sensitive敏感な results結果 soそう far遠い.
二日前には 鋭い結果が発表されました
14:44
They彼ら haven't持っていない seen見た anything何でも, OKOK, butだけど itそれ puts置く limits限界 on what theその mass質量
実際に何かの存在を確認したという訳ではないのですが
14:47
andそして theその interactionインタラクション strength of theseこれら darkダーク matter問題 particles粒子 are.
ダークマターが他の物体と作用の強さの限度を示唆するものでした
14:50
There'sそこに going行く to be〜する aa satellite衛星 telescope望遠鏡 launched打ち上げ later後で thisこの year
今年の終わりにはサテライト望遠鏡が打ち上げられます
14:53
andそして itそれ will意志 look見える towards方向 theその middle中間 of theその galaxy銀河,
そして銀河の中心部を焦点として観測し
14:57
to see見る ifif we我々 canできる see見る darkダーク matter問題 particles粒子 annihilating絶滅する
ダークマターの素粒子が消滅した際に発する
15:00
andそして producing生産する gammaガンマ raysレイ thatそれ couldできた be〜する detected検出された with〜と thisこの.
ガンマ線がその望遠鏡でとらえられるかもしれません
15:02
Theその Large Hadronハドロン Collider衝突者, aa particle粒子 physics物理 acceleratorアクセル,
今年の末には稼働し始める
15:06
thatそれ we'll私たちは be〜する turning旋回 on later後で thisこの year.
大型ハドロン衝突型加速器の観測結果にも注目です
15:09
Itそれ is possible可能 thatそれ darkダーク matter問題 particles粒子 mightかもしれない be〜する produced生産された
大型ハドロン衝突型加速器によって
15:12
at〜で theその Large Hadronハドロン Collider衝突者.
ダークマター素粒子が生まれるかもしれません
15:15
Now, becauseなぜなら they彼ら are soそう non-interactive非インタラクティブ,
ダークマターは他の物質と
15:17
they彼ら will意志 actually実際に escapeエスケープ theその detector検出器,
作用しない為 加速器には探知されないでしょう
15:18
soそう their彼らの signature署名 will意志 be〜する missing行方不明 energyエネルギー, OKOK.
つまり エネルギー質量が減少すると予想されるのです
15:21
Now, unfortunately残念ながら, thereそこ is aa lotロット of new新しい physics物理
しかしながら エネルギー質量の損失を鍵としている
15:24
whoseその signature署名 couldできた be〜する missing行方不明 energyエネルギー,
理論が多数存在しているため
15:27
soそう itそれ will意志 be〜する hardハード to telltell theその difference.
それぞれの差を見極める事が必要です
15:29
Andそして finally最後に, forために future未来 endeavors努力, thereそこ are telescopes望遠鏡 beingであること designed設計
そして最後に ダークマターやダークエネルギーの存在に対する疑問を解くためにデザインされた
15:31
specifically具体的に to address住所 theその questions質問 of darkダーク matter問題 andそして darkダーク energyエネルギー ---
天体望遠鏡が造られています
15:36
ground-based地上ベースの telescopes望遠鏡, andそして thereそこ are three space-based宇宙ベースの telescopes望遠鏡
さらに3つの宇宙望遠鏡も現在打ち上げられる予定で
15:40
thatそれ are in competitionコンペ right now
ダークマターやダークエネルギーの
15:43
to be〜する launched打ち上げ to investigate調査する darkダーク matter問題 andそして darkダーク energyエネルギー.
調査開始に乗り出しています
15:45
Soそう in terms条項 of theその big大きい questions質問:
今日はダークマターと
15:48
what is darkダーク matter問題? What is darkダーク energyエネルギー?
ダークエネルギーとは何かという
15:50
Theその big大きい questions質問 facing直面する physics物理.
物理学における大きな謎を話しました
15:52
Andそして I'm私は sure確かに you君は have持ってる lotsロット of questions質問,
この件に関して質問がある方が沢山いらっしゃると思います
15:54
whichどの I very非常に muchたくさん look見える forward前進 to addressingアドレッシング
その方は是非 今からの72時間を使って
15:57
over以上 theその next 72 hours時間, whilewhile I'm私は hereここに. Thank感謝 you君は.
私の所へお越し下さい 喜んで質問をお受けします
15:59
(Applause拍手)
ありがとう (拍手)
16:01
Translated by Seiko Kawagoe
Reviewed by Takako Sato

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About the speaker:

Patricia Burchat - Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe.

Why you should listen

Patricia Burchat studies the universe's most basic ingredients -- the mysterious dark energy and dark matter that are massively more abundant than the visible stars and galaxies. She is one of the founders of the BaBar Collaboration at the Stanford Linear Accelerator Center, a project that's hoping to answer the question, "If there are as many anti-particles as there are particles, why can't we see all these anti-particles?"

She's a member of the Large Synoptic Survey Telescope project, which will allow scientists to monitor exploding supernovae and determine how fast the universe is expanding -- and map how mass is distributed throughout the universe. She's also part of Fermilab Experiment E791, studying the production and decay of charmed particles. Burchat received a Guggenheim Fellowship in 2005.

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