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.

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Patricia Burchat | Speaker | TED.com
TED2008

Patricia Burchat: Shedding light on dark matter

Patricia Burchat解释暗物质

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物理学家Patricia Burchat解释宇宙的两种基本组成物质:暗物质和暗能量。它们组成宇宙的96%,但是不能被直接地测量,然而它们的影响是非常大的。
- 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

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As a particle粒子 physicist物理学家, I study研究 the elementary初级 particles粒子
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作为一名粒子物理学家,我研究基本粒子
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and how they interact相互作用 on the most fundamental基本的 level水平.
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4000
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以及它们如何在微观上如何相互作用
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For most of my research研究 career事业, I've been using运用 accelerators加速器,
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7000
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对于我大部分的研究,我一直在使用加速器,
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such这样 as the electron电子 accelerator加速器 at Stanford斯坦福 University大学, just up the road,
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10000
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例如在斯坦福大学路边的电子加速器
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to study研究 things on the smallest最少 scale规模.
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去在微观上研究物质。
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But more recently最近, I've been turning车削 my attention注意
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但是最近,我的注意力转向了
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to the universe宇宙 on the largest最大 scale规模.
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宏观上整个宇宙。
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Because, as I'll explain说明 to you,
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2000
因为,正如我将要对你们解释的,
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the questions问题 on the smallest最少 and the largest最大 scale规模 are actually其实 very connected连接的.
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4000
宏观和微观上的问题其实是非常相关的。
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So I'm going to tell you about our twenty-first-century二十一世纪 view视图 of the universe宇宙,
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5000
所以我将要告诉你们关于我们21世纪的宇宙观,
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what it's made制作 of and what the big questions问题 in the physical物理 sciences科学 are --
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它是由什么构成的,以及什么是物理学中的一些大问题---
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at least最小 some of the big questions问题.
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至少是它们中的一些大问题。
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So, recently最近, we have realized实现
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最近,我们意识到
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that the ordinary普通 matter in the universe宇宙 --
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宇宙中的普通物质---
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and by ordinary普通 matter, I mean you, me,
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我指的普通物质,我的意思是你,我
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the planets行星, the stars明星, the galaxies星系 --
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行星,横星,银河系---
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the ordinary普通 matter makes品牌 up only a few少数 percent百分
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普通物质仅仅占据
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of the content内容 of the universe宇宙.
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宇宙组成的一小部分。
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Almost几乎 a quarter25美分硬币, or approximately a quarter25美分硬币
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3000
近乎四分之一,或者大约四分之一
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of the matter in the universe宇宙, is stuff东东 that's invisible无形.
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的宇宙组成是一些不可见的东西。
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By invisible无形, I mean it doesn't absorb吸收 in the electromagnetic电磁 spectrum光谱.
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4000
不可见,我指的是它不吸收地磁波谱。
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It doesn't emit发射 in the electromagnetic电磁 spectrum光谱. It doesn't reflect反映.
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62000
3000
在光谱中不放射电磁波。它不反射电磁波。
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It doesn't interact相互作用 with the electromagnetic电磁 spectrum光谱,
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65000
2000
它在电磁波谱照射下不发生反应,
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which哪一个 is what we use to detect检测 things.
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67000
2000
而这却是我们如何用来检测物质的方法。
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It doesn't interact相互作用 at all. So how do we know it's there?
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69000
3000
它根本不反应。所以我们如何知道它们在那?
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We know it's there by its gravitational引力 effects效果.
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2000
我的得知它们存在通过引力效应。
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In fact事实, this dark黑暗 matter dominates占主导地位
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74000
3000
实际上,这种暗物质
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the gravitational引力 effects效果 in the universe宇宙 on a large scale规模,
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77000
3000
宏观上统治宇宙中的引力效应,
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and I'll be telling告诉 you about the evidence证据 for that.
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80000
2000
我将会告诉你们它的证据。
01:40
What about the rest休息 of the pie馅饼?
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82000
2000
派的其它部分是什么呢?
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The rest休息 of the pie馅饼 is a very mysterious神秘 substance物质 called dark黑暗 energy能源.
30
84000
4000
这个派的其它部分是一种十分神秘的物质,叫做暗能量。
01:46
More about that later后来, OK.
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88000
2000
一会再讨论它。
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So for now, let's turn to the evidence证据 for dark黑暗 matter.
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90000
3000
所以现在,我们来谈谈暗物质存在的证据。
01:51
In these galaxies星系, especially特别 in a spiral螺旋 galaxy星系 like this,
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93000
3000
在这些星系中,尤其是在一个像这样的螺旋星系中,
01:54
most of the mass of the stars明星 is concentrated集中 in the middle中间 of the galaxy星系.
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96000
5000
大部分的质量集中在星系的中央。
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This huge巨大 mass of all these stars明星 keeps保持 stars明星 in circular orbits轨道 in the galaxy星系.
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101000
7000
这些恒星巨大的质量使得这些星星在星系中沿圆周运动轨道运动。
02:06
So we have these stars明星 going around in circles like this.
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108000
3000
所以我们看到这些恒星沿圆圈这样运动。
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As you can imagine想像, even if you know physics物理, this should be intuitive直观的, OK --
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111000
4000
如你所想,即使你不知道物理----这应该是很直观的,
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that stars明星 that are closer接近 to the mass in the middle中间 will be rotating旋转 at a higher更高 speed速度
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115000
6000
这些靠近中心的恒星将会以更高的速度旋转,
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than those that are further进一步 out here, OK.
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3000
相比于在外面的这些。
02:22
So what you would expect期望 is that if you measured测量 the orbital轨道的 speed速度 of the stars明星,
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124000
5000
所以,你所期待的也许是如果你测量这些恒星运动的轨道速度,
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that they should be slower比较慢 on the edges边缘 than on the inside.
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129000
4000
它们(速度)应该是边缘的比里面的慢。
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In other words, if we measured测量 speed速度 as a function功能 of distance距离 --
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133000
2000
换言之,如果我们测量速度作为距离的函数---
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this is the only time I'm going to show显示 a graph图形, OK --
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135000
2000
这是我唯一一次展示图表,好吗?
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we would expect期望 that it goes down as the distance距离 increases增加
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137000
4000
我们会期待它(速度)会减小
02:39
from the center中央 of the galaxy星系.
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141000
2000
随着距离星系中央的路程增加。
02:41
When those measurements测量 are made制作,
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143000
1000
当这些被测量,
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instead代替 what we find is that the speed速度 is basically基本上 constant不变,
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144000
3000
反而,我们发现这个速度基本上是一个常数,
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as a function功能 of distance距离.
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147000
2000
作为距离的函数。
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If it's constant不变, that means手段 that the stars明星 out here
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149000
3000
如果它(速度)是一个常数,这意味着外面的恒星
02:50
are feeling感觉 the gravitational引力 effects效果 of matter that we do not see.
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152000
4000
正在感受到一些我们看不到物质所施加的引力效应。
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In fact事实, this galaxy星系 and every一切 other galaxy星系
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156000
3000
事实上,这个星系以及每一个其它的星系
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appears出现 to be embedded嵌入式 in a cloud of this invisible无形 dark黑暗 matter.
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159000
5000
似乎被内嵌在一团我们看不到的暗物质中。
03:02
And this cloud of matter is much more spherical球形 than the galaxy星系 themselves他们自己,
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164000
4000
这团物质比星系本身更加类似于球形,
03:06
and it extends扩展 over a much wider更宽的 range范围 than the galaxy星系.
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168000
4000
而且它们(暗物质)比星系本身延伸至更广的范围。
03:10
So we see the galaxy星系 and fixate固定 on that, but it's actually其实 a cloud of dark黑暗 matter
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172000
4000
所以,我们注视着这个星系,但是它其实实在一团
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that's dominating主导 the structure结构体 and the dynamics动力学 of this galaxy星系.
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176000
5000
决定它们结构与动态的暗物质中。
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Galaxies星系 themselves他们自己 are not strewn撒满 randomly随机 in space空间;
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181000
3000
星系本身并不是任意地散布在空间中;
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they tend趋向 to cluster.
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184000
2000
它们趋向于聚集在一起。
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And this is an example of a very, actually其实, famous著名 cluster, the Coma昏迷 cluster.
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186000
3000
这是一个实际上非常著名的星系团:后发座(Coma)星系团。
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And there are thousands数千 of galaxies星系 in this cluster.
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189000
3000
而且这个星系团中有数以千计的星系。
03:30
They're the white白色, fuzzy模糊, elliptical椭圆的 things here.
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192000
3000
它们是这些白色的,模糊的,椭圆的东西。
03:33
So these galaxy星系 clusters集群 -- we take a snapshot快照 now,
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195000
3000
所以,这些星系团——我们现在拍一张照,
03:36
we take a snapshot快照 in a decade, it'll它会 look identical相同.
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198000
3000
十年后我们拍一张照——它们将会看起来一模一样。
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But these galaxies星系 are actually其实 moving移动 at extremely非常 high speeds速度.
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201000
4000
但是这些星系团其实在以极高的速度运动。
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They're moving移动 around in this gravitational引力 potential潜在 well of this cluster, OK.
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205000
5000
它们其实在这个星系团的引力势阱中运动。
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So all of these galaxies星系 are moving移动.
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210000
2000
所以,这些星系在运动。
03:50
We can measure测量 the speeds速度 of these galaxies星系, their orbital轨道的 velocities速度,
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212000
4000
我们可以测量这些星系的速率,它们的轨道速度,
03:54
and figure数字 out how much mass is in this cluster.
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216000
2000
并算出星系团中有多少质量。
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
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218000
4000
并且再一次,我们发现的这里有更多的质量
04:00
than can be accounted for by the galaxies星系 that we see.
70
222000
4000
相比于我们实际看到的星系所能证明的。
04:04
Or if we look in other parts部分 of the electromagnetic电磁 spectrum光谱,
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226000
2000
或者我们看其它部分的电磁波谱,
04:06
we see that there's a lot of gas加油站 in this cluster, as well.
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228000
3000
我们看到这里也有很多气体。
04:09
But that cannot不能 account帐户 for the mass either.
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231000
2000
但是那也不能解释这些质量。
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In fact事实, there appears出现 to be about ten times as much mass here
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233000
3000
事实上,这里有大约10倍多的质量
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in the form形成 of this invisible无形 or dark黑暗 matter
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236000
3000
以暗物质存在
04:17
as there is in the ordinary普通 matter, OK.
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239000
4000
相比于普通物质。
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It would be nice不错 if we could see this dark黑暗 matter a little bit more directly.
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243000
4000
如果我们能更直接地看到暗物质,那会更好
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I'm just putting this big, blue蓝色 blobBLOB on there, OK,
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247000
2000
我只放一个大的蓝色的水泡在这里,
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to try to remind提醒 you that it's there.
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249000
2000
试图提醒你它们(暗物质)在这里。
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Can we see it more visually视觉? Yes, we can.
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251000
3000
我们能更形象地看到它们嘛?是的,我们可以。
04:32
And so let me lead you through通过 how we can do this.
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254000
2000
那么让我帮助你们了解如何这样做。
04:34
So here's这里的 an observer观察者:
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256000
2000
那么这里是一个观察器:
04:36
it could be an eye; it could be a telescope望远镜.
83
258000
2000
它可以是一只眼睛;它可以是一个望远镜。
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And suppose假设 there's a galaxy星系 out here in the universe宇宙.
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260000
2000
假设在宇宙中有一个星系。
04:40
How do we see that galaxy星系?
85
262000
2000
我们如何能看到那个星系?
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A ray射线 of light leaves树叶 the galaxy星系 and travels旅行 through通过 the universe宇宙
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264000
3000
一束光离开星系并穿过宇宙
04:45
for perhaps也许 billions数十亿 of years年份
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267000
2000
经过了也许几十亿年
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before it enters进入 the telescope望远镜 or your eye.
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269000
3000
在它进入望远镜或者你的眼睛之前。
04:50
Now, how do we deduce推断 where the galaxy星系 is?
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272000
3000
现在,你如何猜测星系的位置?
04:53
Well, we deduce推断 it by the direction方向 that the ray射线 is traveling旅行
90
275000
3000
嗯,我们猜测它的位置根据光线传播
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as it enters进入 our eye, right?
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278000
2000
进入我们眼睛的方向?
04:58
We say, the ray射线 of light came来了 this way;
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280000
2000
例如,这束光这样出来,
05:00
the galaxy星系 must必须 be there, OK.
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282000
2000
星系一定在那。
05:02
Now, suppose假设 I put in the middle中间 a cluster of galaxies星系 --
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284000
4000
现在,假设我在屏幕中央放一个星系团---
05:06
and don't forget忘记 the dark黑暗 matter, OK.
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288000
2000
别忘了还有暗物质,好吗?
05:08
Now, if we consider考虑 a different不同 ray射线 of light, one going off like this,
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290000
4000
现在,如果我们考虑另外一束像这样离开的光线,
05:12
we now need to take into account帐户
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294000
2000
我们现在需要考虑
05:14
what Einstein爱因斯坦 predicted预料到的 when he developed发达 general一般 relativity相对论.
98
296000
3000
爱因斯坦当他发展广义相对论的时候,曾经预言过的(现象)。
05:17
And that was that the gravitational引力 field领域, due应有 to mass,
99
299000
4000
那就是由于有质量,引力场
05:21
will deflect打歪 not only the trajectory弹道 of particles粒子,
100
303000
3000
不仅会使粒子的运动轨迹偏转,
05:24
but will deflect打歪 light itself本身.
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306000
3000
而且会使光本身偏转。
05:27
So this light ray射线 will not continue继续 in a straight直行 line线,
102
309000
3000
所以这束光不会沿直线行进,
05:30
but would rather bend弯曲 and could end结束 up going into our eye.
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312000
4000
相反会弯曲然后最终进入我们的眼睛
05:34
Where will this observer观察者 see the galaxy星系?
104
316000
3000
这个观察器会在哪里看到星系呢?
05:37
You can respond响应. Up, right?
105
319000
4000
你们可以回答我。上面,对吗?
05:41
We extrapolate推断 backwards向后 and say the galaxy星系 is up here.
106
323000
3000
我们倒推然后确定星系在这里。
05:44
Is there any other ray射线 of light
107
326000
1000
这里还有其它的
05:45
that could make into the observer's观察者 eye from that galaxy星系?
108
327000
3000
可以进入观察者眼睛的光线嘛?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
是的,非常好。我看到人们做向下的姿势。
05:51
So a ray射线 of light could go down, be bent弯曲
110
333000
2000
一束光也可以往下走,然后弯曲
05:53
up into the observer's观察者 eye,
111
335000
2000
进入观察者的眼睛,
05:55
and the observer观察者 sees看到 a ray射线 of light here.
112
337000
2000
这个观察着便会在这里看到一束光。
05:57
Now, take into account帐户 the fact事实 that we live生活 in
113
339000
2000
现在,考虑我们生活在
05:59
a three-dimensional三维 universe宇宙, OK,
114
341000
2000
三维宇宙的事实
06:01
a three-dimensional三维 space空间.
115
343000
2000
一个三维空间。
06:03
Are there any other rays阳光 of light that could make it into the eye?
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345000
3000
还有其它光线可以进入我们的眼睛嘛?
06:06
Yes! The rays阳光 would lie谎言 on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone锥体.
117
348000
6000
是的,光线可以排列在一个---我希望看到---对了,一个圆锥形
06:12
So there's a whole整个 ray射线 of light -- rays阳光 of light on a cone锥体 --
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354000
2000
所以,许多束光会在一个圆锥上---
06:14
that will all be bent弯曲 by that cluster
119
356000
2000
它们都被弯曲过
06:16
and make it into the observer's观察者 eye.
120
358000
3000
然后进入观察者的眼睛。
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If there is a cone锥体 of light coming未来 into my eye, what do I see?
121
361000
5000
如果有锥形的光进入我的眼睛,我看到了什么?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein爱因斯坦 ring. Einstein爱因斯坦 predicted预料到的 that, OK.
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366000
4000
一个圆圈,一个环形。它被称作一个爱因斯坦环---爱因斯坦预言了它
06:28
Now, it will only be a perfect完善 ring if the source资源, the deflector导流板
123
370000
5000
那么,它仅仅会是一个完美的环形如果它的源,这个偏导物质
06:33
and the eyeball眼球, in this case案件, are all in a perfectly完美 straight直行 line线.
124
375000
5000
以及我们的眼球,在这个情况下,恰好在一条直线上。
06:38
If they're slightly skewed偏斜, we'll see a different不同 image图片.
125
380000
3000
如果它们被略微偏转,我们将会看到一个不同的图像
06:41
Now, you can do an experiment实验 tonight今晚 over the reception招待会, OK,
126
383000
3000
你们今晚在招待会后可以做一个试验,
06:44
to figure数字 out what that image图片 will look like.
127
386000
3000
去看到这个图像会是什么样子。
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens镜片 that we can devise设计,
128
389000
4000
因为我们可以设计一种透镜,
06:51
that has the right shape形状 to produce生产 this kind of effect影响.
129
393000
3000
它(透镜)有产生这种现象的合适的形状。
06:54
We call this gravitational引力 lensing透镜.
130
396000
2000
我们称它为引力透镜。
06:56
And so, this is your instrument仪器, OK.
131
398000
3000
所以,这是你们的仪器
06:59
(Laughter笑声).
132
401000
1000
(笑声)
07:00
But ignore忽视 the top最佳 part部分.
133
402000
3000
但是忽略上部。
07:03
It's the base基础 that I want you to concentrate集中, OK.
134
405000
3000
我希望你们关注它的底座。
07:06
So, actually其实, at home, whenever每当 we break打破 a wineglass红酒杯,
135
408000
2000
所以实际上,在家里,不管何时我们打碎一个玻璃酒杯,
07:08
I save保存 the bottom底部, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
我保留它的底部,把它送去机械修理店。
07:10
We shave刮胡子 it off, and I have a little gravitational引力 lens镜片, OK.
137
412000
4000
我们把它剃掉,然后我就有了一个引力透镜。
07:14
So it's got the right shape形状 to produce生产 the lensing透镜.
138
416000
2000
所以,它有合适产生透镜效果的形状。
07:16
And so the next下一个 thing you need to do in your experiment实验
139
418000
2000
所以,你在实验中需要做的下一件事情,
07:18
is grab a napkin餐巾. I grabbed抓起 a piece of graph图形 paper -- I'm a physicist物理学家. (Laughter笑声)
140
420000
4000
就是找来一张餐巾纸。我找来了一张坐标纸;我是一个物理学家。(笑声)
07:22
So, a napkin餐巾. Draw a little model模型 galaxy星系 in the middle中间.
141
424000
4000
那么,一张餐巾纸。在中间画一个小小的星系模型。
07:26
And now put the lens镜片 over the galaxy星系,
142
428000
3000
然后现在把透镜放到星系上,
07:29
and what you'll你会 find is that you'll你会 see a ring, an Einstein爱因斯坦 ring.
143
431000
3000
你将看到的是,一个爱因斯坦环。
07:32
Now, move移动 the base基础 off to the side,
144
434000
3000
现在,把底座移到另一边,
07:35
and the ring will split分裂 up into arcs圆弧, OK.
145
437000
3000
然后,这个圆环会分裂成一些弧形。
07:38
And you can put it on top最佳 of any image图片.
146
440000
2000
你可以把它放到任何图像上。
07:40
On the graph图形 paper, you can see
147
442000
1000
在坐标纸上你可以看到
07:41
how all the lines线 on the graph图形 paper have been distorted扭曲.
148
443000
2000
这些线是如何被扭曲的。
07:43
And again, this is a kind of an accurate准确 model模型
149
445000
3000
再一次说明,这是一种非常精确的模型
07:46
of what happens发生 with the gravitational引力 lensing透镜.
150
448000
2000
去解释引力透镜产生的现象。
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky天空?
151
450000
4000
那么,问题是:我们在天空中看到这个吗?
07:52
Do we see arcs圆弧 in the sky天空 when we look at, say, a cluster of galaxies星系?
152
454000
4000
当我们看一个星系团的时候,我们能看到弧形吗?
07:56
And the answer回答 is yes.
153
458000
2000
答案是:是的。
07:58
And so, here's这里的 an image图片 from the Hubble哈勃 Space空间 Telescope望远镜.
154
460000
2000
这是来自哈勃望远镜的图像。
08:00
Many许多 of the images图片 you are seeing眼看
155
462000
2000
你看到的许多图像
08:02
are earlier from the Hubble哈勃 Space空间 Telescope望远镜.
156
464000
2000
来自早期的哈勃望远镜。
08:04
Well, first of all, for the golden金色 shape形状 galaxies星系 --
157
466000
2000
嗯,首先,关于这些金色的星系---
08:06
those are the galaxies星系 in the cluster.
158
468000
3000
它们是在星系团中的一些星系。
08:09
They're the ones那些 that are embedded嵌入式 in that sea of dark黑暗 matter
159
471000
4000
它们嵌在一团暗物质中
08:13
that are causing造成 the bending弯曲 of the light
160
475000
2000
因而引起了光的弯曲
08:15
to cause原因 these optical光纤 illusions幻想, or mirages海市蜃楼, practically几乎,
161
477000
3000
引起了这些视错觉,或者差不多,蜃景,
08:18
of the background背景 galaxies星系.
162
480000
2000
来自后面的星系。
08:20
So the streaks条纹 that you see, all these streaks条纹,
163
482000
3000
所以你看到条纹,所有这些条纹,
08:23
are actually其实 distorted扭曲 images图片 of galaxies星系 that are much further进一步 away.
164
485000
4000
其实都是更远出的扭曲的星系的图像。
08:27
So what we can do, then, is based基于 on how much distortion失真
165
489000
3000
那么我们能做的,就是根据扭曲程度的大小
08:30
we see in those images图片, we can calculate计算 how much mass
166
492000
4000
来自这些图像,我们可以计算出
08:34
there must必须 be in this cluster.
167
496000
2000
在这团星系中一定有多少质量。
08:36
And it's an enormous巨大 amount of mass.
168
498000
2000
质量的总额是十分庞大的。
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
所以,你可以通过观察它(图像),辨别
08:40
that these arcs圆弧 are not centered中心 on individual个人 galaxies星系.
170
502000
4000
这些弧线的中心不是某一个星系;
08:44
They are centered中心 on some more spread传播 out structure结构体,
171
506000
4000
它们(弧线)以一个更加扩散的的结构为中心。
08:48
and that is the dark黑暗 matter
172
510000
4000
这就是暗物质
08:52
in which哪一个 the cluster is embedded嵌入式, OK.
173
514000
3000
星系嵌入其中。
08:55
So this is the closest最近的 you can get to kind of seeing眼看
174
517000
2000
这是最接近于看到
08:57
at least最小 the effects效果 of the dark黑暗 matter with your naked eye.
175
519000
3000
至少通过肉眼看到暗物质的影响。
09:00
OK, so, a quick review评论 then, to see that you're following以下.
176
522000
3000
那么,一个非常快的回顾,以知道你们正在跟随。
09:03
So the evidence证据 that we have
177
525000
2000
我们有的证据
09:05
that a quarter25美分硬币 of the universe宇宙 is dark黑暗 matter --
178
527000
2000
证明这¼是暗物质---
09:07
this gravitationally引力 attracting吸引 stuff东东 --
179
529000
2000
这些以引力作用吸引的东西---
09:09
is that galaxies星系, the speed速度 with which哪一个 stars明星 orbiting轨道 galaxies星系
180
531000
4000
(证据)是这些行星围绕星系运动的速率
09:13
is much too large; it must必须 be embedded嵌入式 in dark黑暗 matter.
181
535000
3000
(速率)过大;它(行星)一定嵌在暗物质中
09:16
The speed速度 with which哪一个 galaxies星系 within clusters集群 are orbiting轨道 is much too large;
182
538000
4000
星系在星系团中的圆周运动速度太大了;
09:20
it must必须 be embedded嵌入式 in dark黑暗 matter.
183
542000
2000
它(星系)一定嵌在暗物质中
09:22
And we see these gravitational引力 lensing透镜 effects效果, these distortions扭曲
184
544000
4000
我们看到了这些引力透镜的效应。这些扭曲(的现象)
09:26
that say that, again, clusters集群 are embedded嵌入式 in dark黑暗 matter.
185
548000
3000
再次证明,星系团嵌在暗物质中。
09:29
OK. So now, let's turn to dark黑暗 energy能源.
186
551000
4000
好。现在我们转向暗能量。
09:33
So to understand理解 the evidence证据 for dark黑暗 energy能源, we need to discuss讨论 something
187
555000
3000
所以为了了解暗能量的证据,我们需要讨论一些
09:36
that Stephen斯蒂芬 Hawking霍金 referred简称 to in the previous以前 session会议.
188
558000
4000
史蒂芬霍金前一段谈到的现象。
09:40
And that is the fact事实 that space空间 itself本身 is expanding扩大.
189
562000
4000
那就是宇宙正在扩张的事实。
09:44
So if we imagine想像 a section部分 of our infinite无穷 universe宇宙 --
190
566000
5000
所以如果我们想象无限宇宙中一小部分,
09:49
and so I've put down four spiral螺旋 galaxies星系, OK --
191
571000
3000
然后我放4个漩涡星系,
09:52
and imagine想像 that you put down a set of tape胶带 measures措施,
192
574000
4000
假设你放一套卷尺,
09:56
so every一切 line线 on here corresponds对应 to a tape胶带 measure测量,
193
578000
2000
这里的每一条线对以一个卷尺---
09:58
horizontal or vertical垂直, for measuring测量 where things are.
194
580000
4000
水平的或垂直的---用来测量东西的位置。
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
如果你可以这样做,你将发现的是
10:04
that with each passing通过 day, each passing通过 year,
196
586000
3000
每过去一天,每过去一年,
10:07
each passing通过 billions数十亿 of years年份, OK,
197
589000
3000
每过去几十亿年
10:10
the distance距离 between之间 galaxies星系 is getting得到 greater更大.
198
592000
3000
星系间的距离正在变得更大。
10:13
And it's not because galaxies星系 are moving移动
199
595000
1000
然而这并不是因为星系在运动
10:14
away from each other through通过 space空间.
200
596000
3000
在空间中互相远离;
10:17
They're not necessarily一定 moving移动 through通过 space空间.
201
599000
2000
他们不一定在动。
10:19
They're moving移动 away from each other
202
601000
2000
他们正在远离对方
10:21
because space空间 itself本身 is getting得到 bigger, OK.
203
603000
3000
因为空间本身正在扩张。
10:24
That's what the expansion扩张 of the universe宇宙 or space空间 means手段.
204
606000
4000
这是宇宙或者空间扩张的意思。
10:28
So they're moving移动 further进一步 apart距离.
205
610000
2000
所以他们正运动地越来越远。
10:30
Now, what Stephen斯蒂芬 Hawking霍金 mentioned提到, as well,
206
612000
4000
史蒂芬霍金也提到的,
10:34
is that after the Big Bang, space空间 expanded扩大 at a very rapid快速 rate.
207
616000
6000
在大爆炸之后,宇宙空间以非常快的速率扩张。
10:40
But because gravitationally引力 attracting吸引 matter
208
622000
4000
但是因为制造引力的物质
10:44
is embedded嵌入式 in this space空间,
209
626000
2000
嵌在这个空间中,
10:46
it tends趋向 to slow down the expansion扩张 of the space空间, OK.
210
628000
3000
它(暗物质)倾向于减慢空间扩张的速率。
10:49
So the expansion扩张 slows减缓 down with time.
211
631000
3000
所以扩张的速率随着时间减慢。
10:52
So, in the last century世纪, OK, people debated辩论
212
634000
4000
所以,上个世纪,人们辩论
10:56
about whether是否 this expansion扩张 of space空间 would continue继续 forever永远;
213
638000
5000
宇宙是否会永远扩张,
11:01
whether是否 it would slow down, you know,
214
643000
2000
是否会减慢,
11:03
will be slowing减缓 down, but continue继续 forever永远;
215
645000
2000
或者是否会减慢,但是永远进行。
11:05
slow down and stop, asymptotically渐近 stop;
216
647000
5000
或者减慢并停止,接近停止。
11:10
or slow down, stop, and then reverse相反, so it starts启动 to contract合同 again.
217
652000
5000
或者减慢,停止,然后在颠倒,再重新收缩。
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
所以十多年后,
11:17
two groups of physicists物理学家 and astronomers天文学家
219
659000
5000
两组物理学家和天文学家
11:22
set out to measure测量 the rate at which哪一个
220
664000
2000
着手测量
11:24
the expansion扩张 of space空间 was slowing减缓 down, OK.
221
666000
4000
宇宙减速扩张的速率。
11:28
By how much less is it expanding扩大 today今天,
222
670000
2000
通过它今天少扩张了多少,
11:30
compared相比 to, say, a couple一对 of billion十亿 years年份 ago?
223
672000
3000
用于和几十亿年前比较。
11:33
The startling触目惊心 answer回答 to this question, OK, from these experiments实验,
224
675000
5000
这个问题的令人吃惊的答案是,根据这些实验,
11:38
was that space空间 is expanding扩大 at a faster更快 rate today今天
225
680000
4000
宇宙本身今天正在以更快的速率扩张,
11:42
than it was a few少数 billion十亿 years年份 ago, OK.
226
684000
3000
相比于几十亿年前。
11:45
So the expansion扩张 of space空间 is actually其实 speeding超速 up.
227
687000
3000
所以宇宙空间的扩张正在加速。
11:48
This was a completely全然 surprising奇怪 result结果.
228
690000
3000
这是完全令人惊讶的结果。
11:51
There is no persuasive说服力 theoretical理论 argument论据 for why this should happen发生, OK.
229
693000
6000
没有令人信服的理论依据解释为什么这会发生。
11:57
No one was predicting预测 ahead of time this is what's going to be found发现.
230
699000
3000
没有人事先预言了什么将会被发现。
12:00
It was the opposite对面 of what was expected预期.
231
702000
2000
它(实验结果)和我们的期望是相反的。
12:02
So we need something to be able能够 to explain说明 that.
232
704000
3000
所以我们需要一些东西去解释它。
12:05
Now it turns out, in the mathematics数学,
233
707000
2000
现在,在数学中,
12:07
you can put it in as a term术语 that's an energy能源,
234
709000
4000
你可以放入一项成为能量。
12:11
but it's a completely全然 different不同 type类型 of energy能源
235
713000
1000
但是它是一种不同的能量
12:12
from anything we've我们已经 ever seen看到 before.
236
714000
2000
和我们见过的都不一样。
12:14
We call it dark黑暗 energy能源,
237
716000
2000
我们叫它暗能量,
12:16
and it has this effect影响 of causing造成 space空间 to expand扩大.
238
718000
3000
而且它有使宇宙扩张的影响。
12:19
But we don't have a good motivation动机
239
721000
2000
但是我们现在还没有很好的动机
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
去(在数学中)放入这样一项。
12:23
So it's really unexplained原因不明 as to why we need to put it in.
241
725000
3000
所以,无法解释为什么我们需要放入这样一项。
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize注重 to you,
242
728000
4000
现在,这个时候,我想强调的是,
12:30
is that, first of all, dark黑暗 matter and dark黑暗 energy能源
243
732000
2000
首先,暗物质和暗能量
12:32
are completely全然 different不同 things, OK.
244
734000
2000
是完全不同的东西。
12:34
There are really two mysteries奥秘 out there as to what makes品牌 up most of the universe宇宙,
245
736000
4000
它们是宇宙中关于组成成分的两个谜题,
12:38
and they have very different不同 effects效果.
246
740000
3000
而且它们影响不同。
12:41
Dark黑暗 matter, because it gravitationally引力 attracts吸引,
247
743000
3000
暗物质,因为它的引力效应,
12:44
it tends趋向 to encourage鼓励 the growth发展 of structure结构体, OK.
248
746000
4000
它倾向于促成固定结构的形成。
12:48
So clusters集群 of galaxies星系 will tend趋向 to form形成,
249
750000
3000
所以这些星系构成的星系团会形成,
12:51
because of all this gravitational引力 attraction引力.
250
753000
2000
原因是引力作用。
12:53
Dark黑暗 energy能源, on the other hand,
251
755000
2000
暗能量,另一方面,
12:55
is putting more and more space空间 between之间 the galaxies星系,
252
757000
4000
在星系之间产生越来越多的空间。
12:59
makes品牌 it, the gravitational引力 attraction引力 between之间 them decrease减少,
253
761000
3000
使它们之间的引力作用减小,
13:02
and so it impedes阻碍 the growth发展 of structure结构体.
254
764000
3000
因为它(暗能量)阻碍了固定结构的形成。
13:05
So by looking at things like clusters集群 of galaxies星系,
255
767000
3000
通过看这些星系的星系团,
13:08
and how they -- their number density密度,
256
770000
4000
以及它们如何----它们的数密度---
13:12
how many许多 there are as a function功能 of time --
257
774000
2000
---它们的数量以时间为函数,
13:14
we can learn学习 about how dark黑暗 matter and dark黑暗 energy能源
258
776000
4000
我们可以了解暗物质、暗能量
13:18
compete竞争 against反对 each other in structure结构体 forming成型.
259
780000
3000
如何在结构的形成上互相竞争。
13:21
In terms条款 of dark黑暗 matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
在暗物质方面,我说过我们没有任何
13:24
you know, really persuasive说服力 argument论据 for dark黑暗 energy能源.
261
786000
4000
真正有说服力的论据来解释暗能量。
13:28
Do we have anything for dark黑暗 matter? And the answer回答 is yes.
262
790000
3000
我们有暗物质的证据嘛?答案是:是的。
13:31
We have well-motivated良好的动机 candidates候选人 for the dark黑暗 matter.
263
793000
3000
我们有非常好的动机给暗能量指定一个候选人。
13:34
Now, what do I mean by well motivated动机?
264
796000
3000
现在,我指的“好动机”是什么?
13:37
I mean that we have mathematically数学 consistent一贯 theories理论
265
799000
5000
我的意思是说我们有数学上统一的理论
13:42
that were actually其实 introduced介绍
266
804000
2000
被引入
13:44
to explain说明 a completely全然 different不同 phenomenon现象, OK,
267
806000
3000
去解释一个完全不同的现象
13:47
things that I haven't没有 even talked about,
268
809000
2000
一些我还没有讨论到的现象,
13:49
that each predict预测 the existence存在
269
811000
3000
(现象)每个预言了
13:52
of a very weakly interacting互动, new particle粒子.
270
814000
3000
新的弱作用粒子。。
13:55
So, this is exactly究竟 what you want in physics物理:
271
817000
2000
这正是在物理中你想要的:
13:57
where a prediction预测 comes out of a mathematically数学 consistent一贯 theory理论
272
819000
4000
当一个预言从相容的数学理论中推断出来
14:01
that was actually其实 developed发达 for something else其他.
273
823000
2000
然后实际上被发展用以解释其它东西。
14:03
But we don't know if either of those
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825000
3000
但是我们不知道是否他们中的一个
14:06
are actually其实 the dark黑暗 matter candidate候选人, OK.
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828000
3000
其实是暗物质的候选者。
14:09
One or both, who knows知道? Or it could be something completely全然 different不同.
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831000
3000
一个或者两个都是,谁知道呢?或者它可以使一些完全不同的东西。
14:12
Now, we look for these dark黑暗 matter particles粒子
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834000
2000
现在,我们寻找这些暗物质粒子
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because, after all, they are here in the room房间, OK,
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836000
3000
因为毕竟它们在这里,在这个房间里,
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and they didn't come in the door.
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839000
1000
而且它们不进门。
14:18
They just pass通过 through通过 anything.
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840000
2000
它们仅仅穿越一切。
14:20
They can come through通过 the building建造, through通过 the Earth地球 --
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2000
它们穿过建筑,穿过地球;
14:22
they're so non-interacting非相互作用.
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844000
2000
它们如此不活泼。
14:24
So one way to look for them is to build建立 detectors探测器
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846000
3000
所以一种寻找它们的方式是修建探测器
14:27
that are extremely非常 sensitive敏感 to a dark黑暗 matter particle粒子 coming未来 through通过 and bumping碰撞 it.
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4000
对于暗物质粒子穿过碰撞它极度敏感的探测器。
14:31
So a crystal水晶 that will ring if that happens发生.
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3000
一种晶体振子在它发生时会振动。
14:34
So one of my colleagues同事 up the road and his collaborators合作者
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2000
我的一个同事和他的合作者在路边
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have built内置 such这样 a detector探测器.
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2000
已经修建了一个这样的探测器。
14:38
And they've他们已经 put it deep down in an iron mine in Minnesota明尼苏达,
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860000
3000
他们把它(探测器)深深地放在明尼苏达州的底下铁矿中,
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OK, deep under the ground地面, and in fact事实, in the last couple一对 of days
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3000
底下非常深的地方。实际上,在过去的几天里
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announced公布 the most sensitive敏感 results结果 so far.
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3000
至今所公布过的最敏锐的结果显示。
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They haven't没有 seen看到 anything, OK, but it puts看跌期权 limits范围 on what the mass
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他们没有看到任何东西,但是这给暗物质的质量
14:50
and the interaction相互作用 strength强度 of these dark黑暗 matter particles粒子 are.
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872000
3000
以及相互酌强度作了限制。
14:53
There's going to be a satellite卫星 telescope望远镜 launched推出 later后来 this year
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4000
今年将会有卫星望远镜发射。
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and it will look towards the middle中间 of the galaxy星系,
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879000
3000
它将会关注星系中心,
15:00
to see if we can see dark黑暗 matter particles粒子 annihilating歼敌
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以观测是否我们可以看到暗物质湮灭
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and producing生产 gamma伽马 rays阳光 that could be detected检测 with this.
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4000
并产生可以用这种方式检测到的γ射线。
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The Large Hadron强子 Collider对撞机, a particle粒子 physics物理 accelerator加速器,
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888000
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那个大的强子碰撞器,一个粒子物理加速器,
15:09
that we'll be turning车削 on later后来 this year.
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今年将会开启。
15:12
It is possible可能 that dark黑暗 matter particles粒子 might威力 be produced生成
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很可能暗物质离子会产生于
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at the Large Hadron强子 Collider对撞机.
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897000
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大的强子碰撞机。
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Now, because they are so non-interactive非交互式,
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现在,因为它们如此不活泼,
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they will actually其实 escape逃逸 the detector探测器,
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他们其实将会逃离探测器,
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so their signature签名 will be missing失踪 energy能源, OK.
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所以,它们的署名将会是丢失的能量。
15:24
Now, unfortunately不幸, there is a lot of new physics物理
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不幸的是,很多新的物理量
15:27
whose谁的 signature签名 could be missing失踪 energy能源,
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它们(物理量)可以代表能量损失,
15:29
so it will be hard to tell the difference区别.
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所以,很难辨别它们(代表能量损失的物理量)。
15:31
And finally最后, for future未来 endeavors努力, there are telescopes望远镜 being存在 designed设计
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913000
5000
最终,关于未来的努力,现在有设计的望远镜
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specifically特别 to address地址 the questions问题 of dark黑暗 matter and dark黑暗 energy能源 --
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4000
专门研究暗物质和暗能量:
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ground-based陆基 telescopes望远镜, and there are three space-based空基 telescopes望远镜
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一些地面望远镜。而且现在又3架以空间为基地的望远镜
15:43
that are in competition竞争 right now
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2000
现在正在竞争
15:45
to be launched推出 to investigate调查 dark黑暗 matter and dark黑暗 energy能源.
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被发射以研究暗物质和暗能量。
15:48
So in terms条款 of the big questions问题:
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930000
2000
所以,关于这些大问题:
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what is dark黑暗 matter? What is dark黑暗 energy能源?
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2000
什么是暗物质?什么是暗能量?
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The big questions问题 facing面对 physics物理.
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是物理学面对的大问题。
15:54
And I'm sure you have lots of questions问题,
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而且,我确定你们有很多问题。
15:57
which哪一个 I very much look forward前锋 to addressing解决
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2000
我期待着在接下来的
15:59
over the next下一个 72 hours小时, while I'm here. Thank you.
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2000
我在这里的72小时讨论它们(问题)。好的。谢谢。
16:01
(Applause掌声)
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(掌声)
Translated by Donghua Lin
Reviewed by Wang Qian

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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