1.3 billion years ago, in a distant, distant galaxy, two black holes locked into a spiral, falling inexorably towards each other and collided, converting three Suns' worth of stuff into pure energy in a tenth of a second. For that brief moment in time, the glow was brighter than all the stars in all the galaxies in all of the known Universe. It was a very big bang.
Il y a 1,3 milliard d'années, dans une galaxie très, très lointaine, deux trous noirs tombèrent en spirale, inexorablement l'un vers l'autre et se heurtèrent, convertissant la matière équivalente à 3 Soleils en énergie pure, en un dixième de seconde. Pendant ce très court moment, le rayonnement fut plus vif que toutes les autres étoiles de toutes les galaxies dans tout l'univers connu. Ce fut un vrai big bang.
But they didn't release their energy in light. I mean, you know, they're black holes. All that energy was pumped into the fabric of space and time itself, making the Universe explode in gravitational waves.
Mais ils n'ont pas transformé leur énergie en lumière, car bien sûr, ce sont des trous noirs. Toute cette énergie a été injectée dans la matière-même de l'espace-temps, faisant exploser l'Univers en ondes gravitationnelles.
Let me give you a sense of the timescale at work here. 1.3 billion years ago, Earth had just managed to evolve multicellular life. Since then, Earth has made and evolved corals, fish, plants, dinosaurs, people and even -- God save us -- the Internet. And about 25 years ago, a particularly audacious set of people -- Rai Weiss at MIT, Kip Thorne and Ronald Drever at Caltech -- decided that it would be really neat to build a giant laser detector with which to search for the gravitational waves from things like colliding black holes.
Voici un exemple de l'échelle de temps en jeu ici. Il y a 1,3 milliard d'années, la Terre venait à peine de développer la vie pluricellulaire. Depuis ce temps-là, la Terre a produit et fait évoluer les coraux, les poissons, les plantes, les dinosaures, les humains et même, Dieu merci, Internet. Et il y a à peu près 25 ans, un groupe de gens très audacieux Rai Weiss du MIT, Kip Thorne et Ronald Drever de Caltech ont décidé qu'il serait vraiment bien de construire un détecteur laser géant pour chercher les ondes gravitationnelles venant de choses comme les collisions de trous noirs.
Now, most people thought they were nuts. But enough people realized that they were brilliant nuts that the US National Science Foundation decided to fund their crazy idea. So after decades of development, construction and imagination and a breathtaking amount of hard work, they built their detector, called LIGO: The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.
La plupart des gens les croyaient fous. Mais assez de gens ont compris qu'ils étaient des fous géniaux, pour que la US National Science Foundation décide de financer leur idée folle. Donc après des dizaines d'années de développement, de construction et d'imagination et d’époustouflants efforts, ils ont construit leur détecteur, le LIGO : Le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.
For the last several years, LIGO's been undergoing a huge expansion in its accuracy, a tremendous improvement in its detection ability. It's now called Advanced LIGO as a result.
Ces dernières années, le LIGO a fait d'énormes avancées en précision, un progrès considérable en capacité de détection. On l'appelle donc maintenant Advanced LIGO.
In early September of 2015, LIGO turned on for a final test run while they sorted out a few lingering details. And on September 14 of 2015, just days after the detector had gone live, the gravitational waves from those colliding black holes passed through the Earth. And they passed through you and me. And they passed through the detector.
Au début du mois de septembre 2015, LIGO est entré dans la phase finale des tests pendant qu'ils s'occupaient de quelques détails résiduels. Et le 14 Septembre 2015, seulement quelques jours après que le détecteur ait été mis en service, les vagues gravitationnelles issues de la collision de ces trous noirs ont traversé la Terre, ainsi que vous et moi, et sont passées dans le détecteur.
(Audio) Scott Hughes: There's two moments in my life more emotionally intense than that. One is the birth of my daughter. The other is when I had to say goodbye to my father when he was terminally ill. You know, it was the payoff of my career, basically. Everything I'd been working on -- it's no longer science fiction! (Laughs)
(Audio) Scott Hughes : Il y a eu 2 moments dans ma vie plus intenses en émotion que ça : la naissance de ma fille, et quand j'ai dû dire au revoir à mon père à la fin de sa vie. Vous savez, c'était la récompense de ma carrière, tout simplement. Tout ce sur quoi j'ai travaillé jusque-là n'est plus de la science fiction ! (Rires)
Allan Adams: So that's my very good friend and collaborator, Scott Hughes, a theoretical physicist at MIT, who has been studying gravitational waves from black holes and the signals that they could impart on observatories like LIGO, for the past 23 years.
Allan Adams : C'est mon très cher ami et collaborateur, Scott Hughes, physicien théorique au MIT, qui étudie les ondes gravitationnelles des trous noirs et les signaux qu'ils peuvent transmettre aux observatoires comme le LIGO, depuis les 23 dernières années.
So let me take a moment to tell you what I mean by a gravitational wave. A gravitational wave is a ripple in the shape of space and time. As the wave passes by, it stretches space and everything in it in one direction, and compresses it in the other. This has led to countless instructors of general relativity doing a really silly dance to demonstrate in their classes on general relativity. "It stretches and expands, it stretches and expands."
Permettez que je vous décrive ce que j'entends par onde gravitationnelle. Une onde gravitationnelle est une ondulation dans l'espace-temps. Lorsque l'onde passe, elle étire l'espace et tout ce qu'il contient dans une direction, et le compresse dans les autres. Ceci a conduit bon nombre de profs de relativité générale a faire une danse idiote pour le mimer pendant leur cours de relativité générale. « Ça s'étire et ça s'étend, ça s'étire et ça s'étend. »
So the trouble with gravitational waves is that they're very weak; they're preposterously weak. For example, the waves that hit us on September 14 -- and yes, every single one of you stretched and compressed under the action of that wave -- when the waves hit, they stretched the average person by one part in 10 to the 21. That's a decimal place, 20 zeroes, and a one. That's why everyone thought the LIGO people were nuts. Even with a laser detector five kilometers long -- and that's already crazy -- they would have to measure the length of those detectors to less than one thousandth of the radius of the nucleus of an atom. And that's preposterous.
Mais le problème avec les ondes gravitationnelles, c'est qu'elles sont très faibles, ridiculement faibles. Par exemple, la vague qui nous a atteints le 14 septembre. Eh oui, chacun d'entre vous a été étiré et compressé par l'action de cette vague. Quand l'onde est arrivée, elle a étiré la personne moyenne d'un facteur 10 exposant 21-ième. c'est-à-dire 20 zéros après la virgule, et un 1. C'est pourquoi, tout le monde pensait que les gens du LIGO étaient fous. Même avec un détecteur laser de 5 km de long, et c'est déjà insensé, ils devaient mesurer la longueur de ces détecteurs avec une précision de moins d'un millième du rayon d'un noyau d'un atome. Et c'est ça qui est ridicule.
So towards the end of his classic text on gravity, LIGO co-founder Kip Thorne described the hunt for gravitational waves as follows: He said, "The technical difficulties to be surmounted in constructing such detectors are enormous. But physicists are ingenious, and with the support of a broad lay public, all obstacles will surely be overcome." Thorne published that in 1973, 42 years before he succeeded.
Ainsi, vers la fin de son article classique sur la gravité, le co-fondateur du LIGO, Kip Thorne a décrit sa chasse aux ondes gravitationnelles comme ceci : « Les difficultés techniques à surmonter pour construire de tels détecteurs sont énormes. Mais les physiciens sont ingénieux et avec le soutien d'un large public, tous les obstacles tomberont sûrement. » Thorne a publié ceci en 1973, 42 ans avant son succès.
Now, coming back to LIGO, Scott likes to say that LIGO acts like an ear more than it does like an eye. I want to explain what that means. Visible light has a wavelength, a size, that's much smaller than the things around you, the features on people's faces, the size of your cell phone. And that's really useful, because it lets you make an image or a map of the things around you, by looking at the light coming from different spots in the scene about you.
Revenons alors au LIGO, Scott aime dire que le LIGO agit comme une oreille plutôt que comme un œil. Je vais expliquer ce que ça signifie. La lumière a une longueur d'onde, une taille, qui est bien plus petite que ce qui est autour de vous, les parties du visage des gens, la taille de votre téléphone, et c'est très utile, car ça permet de faire une image ou une carte de votre environnement en regardant la lumière venant de points distincts de la chose observée.
Sound is different. Audible sound has a wavelength that can be up to 50 feet long. And that makes it really difficult -- in fact, in practical purposes, impossible -- to make an image of something you really care about. Your child's face. Instead, we use sound to listen for features like pitch and tone and rhythm and volume to infer a story behind the sounds. That's Alice talking. That's Bob interrupting. Silly Bob.
Le son est différent. Les sons audibles ont une longueur d'onde qui peut aller jusqu'à 15 m. et ceci rend très difficile... en fait, c'est impossible en pratique, de se faire une image de ce qui vous intéresse vraiment. Le visage de votre enfant. Par contre, on utilise les sons pour écouter des choses comme le ton, le timbre, le rythme et le volume pour déduire une histoire cachée derrière les sons. Là, Alice parle. Là, Bob l'interrompt Quel idiot ce Bob !
So, the same is true of gravitational waves. We can't use them to make simple images of things out in the Universe. But by listening to changes in the amplitude and frequency of those waves, we can hear the story that those waves are telling. And at least for LIGO, the frequencies that it can hear are in the audio band. So if we convert the wave patterns into pressure waves and air, into sound, we can literally hear the Universe speaking to us. For example, listening to gravity, just in this way, can tell us a lot about the collision of two black holes, something my colleague Scott has spent an awful lot of time thinking about.
La même chose est vraie pour les ondes gravitationnelles. On ne peut pas s'en servir pour imaginer simplement les choses de l'Univers. Mais en écoutant les changements d'amplitude et de fréquence de ces ondes, nous pouvons écouter l'histoire qu'elles racontent. Au moins pour le LIGO, les fréquences qu'il peut écouter sont dans la bande audible. Donc si nous convertissons les motifs d'ondes en pression de l'air, donc en son, nous pouvons littéralement écouter l'Univers nous parler. Par exemple, écouter la gravité, de cette manière simple, peut nous en dire beaucoup sur la collision des trous noirs. Mon collègue Scott a passé énormément de temps à y réfléchir.
(Audio) SH: If the two black holes are non-spinning, you get a very simple chirp: whoop! If the two bodies are spinning very rapidly, I have that same chirp, but with a modulation on top of it, so it kind of goes: whir, whir, whir! It's sort of the vocabulary of spin imprinted on this waveform.
(Audio) SH : Si les 2 trous noirs ne tournoient pas, on a un simple bruit : ouuup ! S'ils tournent très rapidement, j'ai le même gazouillis, mais avec une modulation par dessus, du type : ouah, ouah, ouahla ! C'est une sorte de vocabulaire de rotation qui est imprimée dans la forme des vagues.
AA: So on September 14, 2015, a date that's definitely going to live in my memory, LIGO heard this:
AA : Donc le 14 septembre 2015, une date qui restera définitivement gravée dans ma mémoire, LIGO a entendu ceci :
[Whirring sound]
[Son: ouuuuah]
So if you know how to listen, that is the sound of --
Donc si vous savez comment l'écouter, C'est le son de...
(Audio) SH: ... two black holes, each of about 30 solar masses, that were whirling around at a rate comparable to what goes on in your blender.
(Audio) SH : ... 2 trous noirs, d'environ 30 masses solaires chacun, qui se tournent autour à une vitesse comparable à ce qui se passe dans votre mixeur.
AA: It's worth pausing here to think about what that means. Two black holes, the densest thing in the Universe, one with a mass of 29 Suns and one with a mass of 36 Suns, whirling around each other 100 times per second before they collide. Just imagine the power of that. It's fantastic. And we know it because we heard it.
AA : Arrêtons-nous un peu ici pour réfléchir sur ce que ça veut dire. 2 trous noirs, les choses les plus denses de l'Univers. L'un ayant 29 masses solaires et l'autre 36 masses solaires, tourbillonnant l'un autour de l'autre 100 fois par seconde avant de s'entrechoquer. Imaginez-en la puissance. C'est fantastique. Nous le savons, car nous l'avons entendu.
That's the lasting importance of LIGO. It's an entirely new way to observe the Universe that we've never had before. It's a way that lets us hear the Universe and hear the invisible.
C'est l'importance durable du LIGO. C'est une façon entièrement nouvelle d'observer l'Univers, que nous n'avions jamais eu avant. C'est une manière d'écouter l'Univers, et d'entendre l'invisible.
And there's a lot out there that we can't see -- in practice or even in principle. So supernova, for example: I would love to know why very massive stars explode in supernovae. They're very useful; we've learned a lot about the Universe from them. The problem is, all the interesting physics happens in the core, and the core is hidden behind thousands of kilometers of iron and carbon and silicon. We'll never see through it, it's opaque to light. Gravitational waves go through iron as if it were glass -- totally transparent. The Big Bang: I would love to be able to explore the first few moments of the Universe, but we'll never see them, because the Big Bang itself is obscured by its own afterglow. With gravitational waves, we should be able to see all the way back to the beginning. Perhaps most importantly, I'm positive that there are things out there that we've never seen that we may never be able to see and that we haven't even imagined -- things that we'll only discover by listening.
Il y a plein de choses invisibles là haut... en pratique, mais aussi en théorie. Les supernovas, par exemple : j'adorerais savoir pourquoi les étoiles supermassives explosent en supernovas. Elles sont très utiles ; elles nous ont beaucoup appris sur l'Univers. Le problème est que toute la physique intéressante est dans le noyau et le noyau est caché par des milliers de km de fer, de carbone et de silicium. Nous ne verrons jamais à travers, c'est opaque. Les ondes gravitationnelles passent à travers le fer comme si c'était du verre totalement transparent. Le Big Bang : j'adorerais être capable d'explorer les premiers instants de l'Univers, mais nous ne les verrons jamais, car le Big Bang lui même est obscurci par sa propre postluminescence. Avec les ondes gravitationnelles, nous devrions pouvoir voir tout jusqu'à l'origine. Et peut-être le plus important, je vous certifie qu'il y a des choses là-haut que nous n'avons jamais vues, que nous ne pourrons jamais voir, que nous n'avons même pas imaginées... des choses que nous ne découvrirons qu'en écoutant.
And in fact, even in that very first event, LIGO found things that we didn't expect. Here's my colleague and one of the key members of the LIGO collaboration, Matt Evans, my colleague at MIT, addressing exactly that:
En effet, même dans ce tout premier évènement, le LIGO a trouvé des choses inattendues. Voici mon collègue, un des principaux collaborateurs du LIGO, Matt Evans, mon collègue au MIT, qui vous présente :
(Audio) Matt Evans: The kinds of stars which produce the black holes that we observed here are the dinosaurs of the Universe. They're these massive things that are old, from prehistoric times, and the black holes are kind of like the dinosaur bones with which we do this archeology. So it lets us really get a whole nother angle on what's out there in the Universe and how the stars came to be, and in the end, of course, how we came to be out of this whole mess.
(Audio) Matt Evans: Les types d'étoiles qui génèrent les trous noirs que nous avons vus ici sont les dinosaures de l'Univers. Ces choses massives, vieilles, des temps préhistoriques, et les trous noirs sont comme les os des dinosaures pour faire cette archéologie. Donc ça nous place dans un autre angle de vue sur ce qu'il y a dans l'Univers et comment naissent les étoiles et finalement, bien sûr, comment nous sommes sortis de ce sacré bazar.
AA: Our challenge now is to be as audacious as possible. Thanks to LIGO, we know how to build exquisite detectors that can listen to the Universe, to the rustle and the chirp of the cosmos. Our job is to dream up and build new observatories -- a whole new generation of observatories -- on the ground, in space. I mean, what could be more glorious than listening to the Big Bang itself? Our job now is to dream big. Dream with us.
AA : Notre défi est maintenant d'être aussi audacieux que possible. Grâce au LIGO, nous savons comment construire des détecteurs raffinés qui peuvent écouter l'Univers, les froissements et les bruits du Cosmos. Notre travail est de rêver et construire d'autres observatoires... une nouvelle génération d'observatoires... sur la matière et l'espace. Je veux dire, qu'est-ce qui pourrait être plus glorieux que d'écouter le Big Bang ? Notre travail est de rêver en grand. Rêvez avec nous.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)