Το 1781, ένας Άγγλος συνθέτης, τεχνολόγος και αστρονόμος, που ονομαζόταν Γουίλιαμ Χέρσελ, παρατήρησε ένα αντικείμενο στον ουρανό που δεν κουνιόταν όπως τα υπόλοιπα αστέρια. Η αναγνώριση του Χέρσελ ότι κάτι ήταν διαφορετικό, ότι κάτι δεν ήταν όπως θα έπρεπε, ήταν η ανακάλυψη ενός πλανήτη, του πλανήτη Ουρανού, ένα όνομα που έχει ψυχαγωγήσει αμέτρητες γενιές παιδιών, αλλά ένας πλανήτης που σε μια νύχτα διπλασίασε το μέγεθος του τότε γνωστού ηλιακού συστήματος. Μόλις τον προηγούμενο μήνα, η ΝΑΣΑ ανακοίνωσε την ανακάλυψη 517 καινούριων πλανητών σε τροχιά γύρω από κοντινούς αστέρες, σχεδόν διπλασιάζοντας εν μία νυκτί τον αριθμό των πλανητών που γνωρίζουμε μέσα στον γαλαξία μας. Έτσι η αστρονομία συνεχώς αλλάζει από αυτή την ιδιότητα συλλογής δεδομένων, και με τα δεδομένα σχεδόν να διπλασιάζονται κάθε χρόνο, μέσα στις επόμενες δύο δεκαετίες, ίσως φτάσουμε για πρώτη φορά στην ιστορία να έχουμε ανακαλύψει την πλειοψηφία των γαλαξιών μέσα στο σύμπαν.
So in 1781, an English composer, technologist and astronomer called William Herschel noticed an object on the sky that didn't quite move the way the rest of the stars did. And Herschel's recognition that something was different, that something wasn't quite right, was the discovery of a planet, the planet Uranus, a name that has entertained countless generations of children, but a planet that overnight doubled the size of our known solar system. Just last month, NASA announced the discovery of 517 new planets in orbit around nearby stars, almost doubling overnight the number of planets we know about within our galaxy. So astronomy is constantly being transformed by this capacity to collect data, and with data almost doubling every year, within the next two decades, me may even reach the point for the first time in history where we've discovered the majority of the galaxies within the universe.
Ωστόσο, στην εποχή των μεγάλων δεδομένων, ανακαλύπτουμε ότι υπάρχει διαφορά μεταξύ πληθώρας δεδομένων που απλά μας διευκολύνουν και πληθώρας δεδομένων που λόγω ποικιλίας είναι ικανά να αλλάξουν τις ερωτήσεις που θέλουμε να κάνουμε, και αυτή η διαφορά δεν έχει να κάνει με το πόσα δεδομένα συλλέγουμε, αλλά με το αν αυτά τα δεδομένα ανοίγουν νέα παράθυρα στο σύμπαν μας, αν αλλάζουν το τρόπο που βλέπουμε τον ουρανό. Έτσι ποιο είναι το επόμενο παράθυρο στο σύμπαν μας; Ποιο είναι το επόμενο στάδιο για την αστρονομία; Θέλω να σας δείξω κάποια εργαλεία και τεχνολογίες που θα αναπτύξουμε μέσα στην επόμενη δεκαετία, και πώς αυτές οι τεχνολογίες, μαζί με την έξυπνη χρήση των δεδομένων, ίσως αλλάξει για άλλη μία φορά την αστρονομία ανοίγοντας ένα παράθυρο στο σύμπαν μας, το παράθυρο του χρόνου.
But as we enter this era of big data, what we're beginning to find is there's a difference between more data being just better and more data being different, capable of changing the questions we want to ask, and this difference is not about how much data we collect, it's whether those data open new windows into our universe, whether they change the way we view the sky. So what is the next window into our universe? What is the next chapter for astronomy? Well, I'm going to show you some of the tools and the technologies that we're going to develop over the next decade, and how these technologies, together with the smart use of data, may once again transform astronomy by opening up a window into our universe, the window of time.
Γιατί τον χρόνο; Ο χρόνος έχει να κάνει με την προέλευση και με την εξέλιξη. Την προέλευση του ηλιακού συστήματος, πώς δημιουργήθηκε το ηλιακό μας σύστημα, αν είναι ασυνήθιστο ή ξεχωριστό; Σχετικά με την εξέλιξη του σύμπαντός μας. Γιατί το σύμπαν συνεχίζει να διαστέλλεται και ποια είναι η μυστηριώδης σκοτεινή ενέργεια που κινεί αυτή τη διαστολή;
Why time? Well, time is about origins, and it's about evolution. The origins of our solar system, how our solar system came into being, is it unusual or special in any way? About the evolution of our universe. Why our universe is continuing to expand, and what is this mysterious dark energy that drives that expansion?
Αλλά πρώτα, θέλω να σας δείξω πώς η τεχνολογία πρόκειται να αλλάξει τον τρόπο που βλέπουμε τον ουρανό. Φανταστείτε να κάθεστε στα βουνά της βόρεια Χιλής κοιτάζοντας δυτικά προς τον Ειρηνικό Ωκεανό λίγες ώρες πριν την ανατολή του ήλιου. Αυτή είναι η θέα του νυχτερινού ουρανού που θα βλέπατε, και η θέα είναι πανέμορφη με τον γαλαξία να ξεπετάγεται στον ορίζοντα. Αλλά είναι επίσης μια στατική θέα, και από πολλές απόψεις, έτσι βλέπουμε το σύμπαν μας: αιώνιο και αμετάβλητο. Αλλά το σύμπαν κάθε άλλο παρά στατικό είναι. Αλλάζει διαρκώς, σε διαστήματα κλάσματος δευτερολέπτου έως και δισεκατομμυρίων χρόνων. Οι γαλαξίες συγχωνεύονται, συγκρούονται με ασύλληπτες ταχύτητες. Αστέρια γεννιούνται, πεθαίνουν, ανατινάσσονται με θεαματικό τρόπο. Αν μπορούσαμε να πάμε πίσω στους γαλήνιους ουρανούς μας πάνω από τη Χιλή, και επιτρέπαμε στον χρόνο να κυλήσει για να δούμε πώς ο ουρανός μπορεί ν' αλλάξει μέσα στην επόμενη χρονιά, οι παλμοί που βλέπετε είναι σουπερνόβα, τα τελευταία κατάλοιπα από ένα αστέρι που πεθαίνει, εκρήγνυται, λάμπει και μετά εξαφανίζεται, κάθε ένα από αυτά τα σουπερνόβα είναι πέντε δισεκατομμύρια φορές λαμπρότερα από τον ήλιο μας, έτσι μπορούμε να τα βλέπουμε από μεγάλες αποστάσεις αλλά μόνο για σύντομο χρονικό διάστημα. Δέκα σουπερνόβα εκρήγνυνται ανά δευτερόλεπτο κάπου στο σύμπαν μας. Αν το ακούγαμε, θα έκανε σαν μια σακούλα με ποπ κορν που σκάει. Τώρα, αν ζουμάρουμε στα σούπερ νόβα, δεν αλλάζει μόνο η λαμπρότητα. Ο ουρανός μας είναι σε διαρκή κίνηση. Αυτό το πλήθος αντικειμένων που βλέπετε να διασχίζουν τον ουρανό είναι αστεροειδείς σε τροχιά γύρω από τον ήλιο μας, και είναι αυτές οι αλλαγές και η κίνηση και οι δυναμικές του συστήματος που μας επιτρέπουν να φτιάξουμε μοντέλα του σύμπαντος, να προβλέψουμε το μέλλον του και να εξηγήσουμε το παρελθόν του.
But first, I want to show you how technology is going to change the way we view the sky. So imagine if you were sitting in the mountains of northern Chile looking out to the west towards the Pacific Ocean a few hours before sunrise. This is the view of the night sky that you would see, and it's a beautiful view, with the Milky Way just peeking out over the horizon. but it's also a static view, and in many ways, this is the way we think of our universe: eternal and unchanging. But the universe is anything but static. It constantly changes on timescales of seconds to billions of years. Galaxies merge, they collide at hundreds of thousands of miles per hour. Stars are born, they die, they explode in these extravagant displays. In fact, if we could go back to our tranquil skies above Chile, and we allow time to move forward to see how the sky might change over the next year, the pulsations that you see are supernovae, the final remnants of a dying star exploding, brightening and then fading from view, each one of these supernovae five billion times the brightness of our sun, so we can see them to great distances but only for a short amount of time. Ten supernova per second explode somewhere in our universe. If we could hear it, it would be popping like a bag of popcorn. Now, if we fade out the supernovae, it's not just brightness that changes. Our sky is in constant motion. This swarm of objects you see streaming across the sky are asteroids as they orbit our sun, and it's these changes and the motion and it's the dynamics of the system that allow us to build our models for our universe, to predict its future and to explain its past.
Αλλά τα τηλεσκόπια που χρησιμοποιούμε την τελευταία δεκαετία δεν είναι σχεδιασμένα να καταγράφουν δεδομένα σε αυτή την κλίμακα. Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ: εδώ και 25 χρόνια παράγει κάποιες από τις πιο λεπτομερείς εικόνες του μακρινού μας σύμπαντος, αλλά αν βάζαμε το Χαμπλ να φτιάξει μια εικόνα του ουρανού, θα χρειαζόταν 13 εκατομμύρια ξεχωριστές εικόνες, περίπου 120 χρόνια για να το κάνει μόνο μία φορά.
But the telescopes we've used over the last decade are not designed to capture the data at this scale. The Hubble Space Telescope: for the last 25 years it's been producing some of the most detailed views of our distant universe, but if you tried to use the Hubble to create an image of the sky, it would take 13 million individual images, about 120 years to do this just once.
Έτσι αυτό μας οδηγεί σε νέες τεχνολογίες και νέα τηλεσκόπια, τηλεσκόπια που να μπορούν να εστιάσουν στο μακρινό διάστημα, αλλά επίσης ικανά για ευρεία λήψη ώστε να φωτογραφίζουν τον ουρανό όσο πιο γρήγορα γίνεται, τηλεσκόπια όπως το Μεγάλο Συνοπτικό Ερευνητικό Τηλεσκόπιο, ή αλλιώς LSST, πιθανόν το πιο βαρετό όνομα του κόσμου για ένα από τα πιο εντυπωσιακά πειράματα στην ιστορία της αστρονομίας, τρανταχτή απόδειξη, αν τη χρειάζεστε, για να μην αφήσετε ποτέ επιστήμονα ή μηχανικό να βρει όνομα για οτιδήποτε, ούτε τα ίδια σας τα παιδιά. (Γέλια) Κατασκευάζουμε το LSST. Αναμένουμε να αρχίσει να συλλέγει δεδομένα μέχρι το τέλος της δεκαετίας. Θα σας δείξω πώς νομίζουμε ότι θα μεταμορφώσει την άποψή μας για το σύμπαν καθώς μία εικόνα από το LSST αντιστοιχεί σε 3.000 εικόνες από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ, κάθε εικόνα τρεισήμισι μοίρες του ουρανού, επτά φορές το πλάτος της πανσελήνου. Λοιπόν, πώς τραβάτε φωτογραφία σε τέτοια κλίμακα; Κατασκευάζετε τη μεγαλύτερη ψηφιακή κάμερα στην ιστορία, χρησιμοποιώντας τεχνολογία από τις κάμερες των κινητών ή των ψηφιακών μηχανών που πουλάνε στα καλύτερα καταστήματα, αλλά πλέον σε κλίμακα ώστε να έχει διάμετρο δύο μέτρων, σχεδόν το μέγεθος ενός Βολκσβάγκεν Σκαραβαίου, όπου κάθε εικόνα είναι τρία δισεκατομμύρια πίξελ. Αν λοιπόν θέλαμε να δούμε μόνο μία εικόνα από το LSST σε πλήρη ανάλυση, θα χρειαζόμαστε περίπου 1.500 τηλεοπτικές οθόνες υψηλής ανάλυσης. Αυτή η κάμερα θα απεικονίσει τον ουρανό, τραβώντας μια νέα φωτογραφία κάθε 20 δευτερόλεπτα, μόνιμα σαρώνοντας τον ουρανό ώστε κάθε τρεις νύχτες, θα έχουμε μια τελείως νέα άποψη του ουρανού πάνω από τη Χιλή. Στη διάρκεια της αποστολής του το τηλεσκόπιο θα ανιχνεύσει 40 δισεκατομμύρια άστρα και γαλαξίες και θα είναι η πρώτη φορά που θα έχουμε ανιχνεύσει περισσότερα αντικείμενα στο σύμπαν από ανθρώπους πάνω στη Γη. Τώρα μπορούμε να μιλάμε για αστρονομικές χωρητικότητες δεδομένων και δισεκατομμύρια αντικειμένων αλλά για να αντιληφθούμε τον όγκο των δεδομένων που θα έλθουν από την κάμερα είναι σαν να παίζουμε κάθε ομιλία TED που έχει ποτέ καταγραφεί, ταυτόχρονα, επί 24 ώρες το εικοσιτετράωρο, επτά ημέρες την εβδομάδα, για 10 χρόνια. Και η επεξεργασία των δεδομένων σημαίνει να ψάχνουμε μέσα σε όλες τις ομιλίες για κάθε νέα ιδέα και κάθε νέα αντίληψη, εξετάζοντας κάθε μέρος του βίντεο πώς μπορεί να άλλαξε ένα καρέ σε σχέση με το επόμενο. Και έτσι αλλάζει ο τρόπος εφαρμογής της επιστήμης, ο τρόπος εφαρμογής της αστρονομίας, σε σημείο όπου πλέον λογισμικό και αλγόριθμοι θα πρέπει να εξετάζουν τα δεδομένα, όπου το λογισμικό είναι τόσο απαραίτητο στην επιστήμη, όσο τα τηλεσκόπια και οι κάμερες που φτιάξαμε.
So this is driving us to new technologies and new telescopes, telescopes that can go faint to look at the distant universe but also telescopes that can go wide to capture the sky as rapidly as possible, telescopes like the Large Synoptic Survey Telescope, or the LSST, possibly the most boring name ever for one of the most fascinating experiments in the history of astronomy, in fact proof, if you should need it, that you should never allow a scientist or an engineer to name anything, not even your children. (Laughter) We're building the LSST. We expect it to start taking data by the end of this decade. I'm going to show you how we think it's going to transform our views of the universe, because one image from the LSST is equivalent to 3,000 images from the Hubble Space Telescope, each image three and a half degrees on the sky, seven times the width of the full moon. Well, how do you capture an image at this scale? Well, you build the largest digital camera in history, using the same technology you find in the cameras in your cell phone or in the digital cameras you can buy in the High Street, but now at a scale that is five and a half feet across, about the size of a Volkswagen Beetle, where one image is three billion pixels. So if you wanted to look at an image in its full resolution, just a single LSST image, it would take about 1,500 high-definition TV screens. And this camera will image the sky, taking a new picture every 20 seconds, constantly scanning the sky so every three nights, we'll get a completely new view of the skies above Chile. Over the mission lifetime of this telescope, it will detect 40 billion stars and galaxies, and that will be for the first time we'll have detected more objects in our universe than people on the Earth. Now, we can talk about this in terms of terabytes and petabytes and billions of objects, but a way to get a sense of the amount of data that will come off this camera is that it's like playing every TED Talk ever recorded simultaneously, 24 hours a day, seven days a week, for 10 years. And to process this data means searching through all of those talks for every new idea and every new concept, looking at each part of the video to see how one frame may have changed from the next. And this is changing the way that we do science, changing the way that we do astronomy, to a place where software and algorithms have to mine through this data, where the software is as critical to the science as the telescopes and the cameras that we've built.
Χιλιάδες ανακαλύψεις θα προκύψουν από αυτό το εγχείρημα, αλλά θα σας μιλήσω μόνο για δύο από τις ιδέες για την προέλευση και την εξέλιξη που θα αναμορφωθούν από την πρόσβασή μας σε δεδομένα αυτής της κλίμακας.
Now, thousands of discoveries will come from this project, but I'm just going to tell you about two of the ideas about origins and evolution that may be transformed by our access to data at this scale.
Στα τελευταία πέντε χρόνια, η ΝΑΣΑ ανακάλυψε πάνω από 1.000 πλανητικά συστήματα γύρω από τα κοντινά άστρα, αλλά τα συστήματα που βρίσκουμε δεν μοιάζουν με το ηλιακό μας σύστημα, και αναρωτιόμαστε μήπως δεν ψάχνουμε αρκετά προσεκτικά ή υπάρχει κάτι ξεχωριστό και ασυνήθιστο στον σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος; Αν θέλουμε να πάρουμε απάντηση πρέπει να μάθουμε και να κατανοήσουμε την ιστορία του ηλιακού μας συστήματος με λεπτομέρεια, και οι λεπτομέρειες είναι σημαντικές. Έτσι τώρα, αν ξανακοιτάξουμε τον ουρανό, τους αστεροειδείς που τον διασχίζουν, αυτοί είναι κάτι σαν τα συντρίμμια του ηλιακού μας συστήματος. Η θέση των αστεροειδών είναι σαν δακτυλικό αποτύπωμα παλαιότερου χρόνου όταν οι τροχιές του Ποσειδώνα και του Δία ήταν πολύ πιο κοντά στον ήλιο, και καθώς οι τεράστιοι πλανήτες μετακινήθηκαν μέσα στο ηλιακό σύστημα, σκόρπισαν αστεροειδείς στο διάβα τους. Έτσι η μελέτη των αστεροειδών είναι σαν την ιατροδικαστική, σαν να κάνεις νεκροψία στο ηλιακό σύστημα, αλλά για να γίνει αυτό χρειαζόμαστε την απόσταση και βρίσκουμε την απόσταση από την κίνηση, και βρίσκουμε την κίνηση εξαιτίας της πρόσβασης μας στο χρόνο.
In the last five years, NASA has discovered over 1,000 planetary systems around nearby stars, but the systems we're finding aren't much like our own solar system, and one of the questions we face is is it just that we haven't been looking hard enough or is there something special or unusual about how our solar system formed? And if we want to answer that question, we have to know and understand the history of our solar system in detail, and it's the details that are crucial. So now, if we look back at the sky, at our asteroids that were streaming across the sky, these asteroids are like the debris of our solar system. The positions of the asteroids are like a fingerprint of an earlier time when the orbits of Neptune and Jupiter were much closer to the sun, and as these giant planets migrated through our solar system, they were scattering the asteroids in their wake. So studying the asteroids is like performing forensics, performing forensics on our solar system, but to do this, we need distance, and we get the distance from the motion, and we get the motion because of our access to time.
Τι μας λέει λοιπόν αυτό; Αν κοιτάξετε τους μικρούς κίτρινους αστεροειδείς που διασχίζουν γρήγορα την οθόνη, αυτοί είναι που κινούνται πιο γρήγορα επειδή βρίσκονται πιο κοντά μας, πιο κοντά στη Γη. Είναι αστεροειδείς στους οποίους ίσως κάποια μέρα στείλουμε ένα διαστημόπλοιο να ψάξει για ορυκτά, είναι όμως ταυτόχρονα και αυτοί που ίσως μια μέρα προσκρούσουν στη Γη, όπως πριν 60 εκατομμύρια χρόνια με την εξαφάνιση των δεινοσαύρων, ή στην αρχή του προηγούμενου αιώνα, όταν ένας αστεροειδής εξαφάνισε σχεδόν 1.000 τετραγωνικά μίλια δάσους στη Σιβηρία, ή ακόμα όπως πέρυσι, όταν κάποιος απανθρακώθηκε πάνω από τη Ρωσσία εκλύοντας ενέργεια αντίστοιχη με μια μικρή πυρηνική βόμβα. Συνεπώς η αναζήτηση στοιχείων για το ηλιακό μας σύστημα δεν μας φανερώνει μόνο το παρελθόν, αλλά προβλέπει και το μέλλον, μαζί με το δικό μας μέλλον.
So what does this tell us? Well, if you look at the little yellow asteroids flitting across the screen, these are the asteroids that are moving fastest, because they're closest to us, closest to Earth. These are the asteroids we may one day send spacecraft to, to mine them for minerals, but they're also the asteroids that may one day impact the Earth, like happened 60 million years ago with the extinction of the dinosaurs, or just at the beginning of the last century, when an asteroid wiped out almost 1,000 square miles of Siberian forest, or even just last year, as one burnt up over Russia, releasing the energy of a small nuclear bomb. So studying the forensics of our solar system doesn't just tell us about the past, it can also predict the future, including our future.
Όταν βρούμε την απόσταση, βλέπουμε τον αστεροειδή στο φυσικό του περιβάλλον, σε τροχιά γύρω από τον ήλιο. Έτσι κάθε σημείο στην απεικόνιση που βλέπετε είναι ένας αληθινός αστεροειδής. Η τροχιά του υπολογίστηκε από την κίνησή του στον ουρανό. Τα χρώματα αντικατοπτρίζουν τη σύνθεση των αστεροειδών, άνυδροι και πετρώδεις στο κέντρο, πλούσιοι σε νερό και σε πρωτόγονη μορφή εξωτερικά, πλούσιοι σε νερό αστεροειδείς που μπορεί να τροφοδότησαν ωκεανούς και θάλασσες που βρίσκουμε στον πλανήτη μας όταν βομβάρδισαν τη Γη σε πρότερο χρόνο. Καθώς το LSST μπορεί να εστιάσει σε μακρινή απόσταση και όχι μόνο να κάνει ευρείες λήψεις, θα μπορέσουμε να δούμε τους αστεροειδείς που είναι μακρύτερα από το εσωτερικό του ηλιακού συστήματος, έως αστεροειδείς πέρα από τις τροχιές του Ποσειδώνα και του Άρη, έως κομήτες και αστεροειδείς που ίσως απέχουν σχεδόν ένα έτος φωτός από τον ήλιο μας. Καθώς αυξάνουμε τη λεπτομέρεια της εικόνας σε κλίμακα 10 προς 100, θα μπορέσουμε να απαντήσουμε ερωτήσεις όπως, υπάρχει ένδειξη ύπαρξης πλανητών έξω από την τροχιά του Ποσειδώνα, ώστε να εντοπίσουμε αστεροειδείς που ίσως συγκρουστούν με τη Γη πολύ πριν αποτελέσουν απειλή, και πιθανόν να ανακαλύψουμε αν ο ήλιος μας σχηματίστηκε μόνος του ή σε συστάδα αστέρων, και ίσως είναι αυτά τα αστρικά αδέρφια του ήλιου που επηρέασαν τον σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος, και ίσως είναι ένας από τους λόγους που το ηλιακό μας σύστημα μοιάζει τόσο σπάνιο.
Now when we get distance, we get to see the asteroids in their natural habitat, in orbit around the sun. So every point in this visualization that you can see is a real asteroid. Its orbit has been calculated from its motion across the sky. The colors reflect the composition of these asteroids, dry and stony in the center, water-rich and primitive towards the edge, water-rich asteroids which may have seeded the oceans and the seas that we find on our planet when they bombarded the Earth at an earlier time. Because the LSST will be able to go faint and not just wide, we will be able to see these asteroids far beyond the inner part of our solar system, to asteroids beyond the orbits of Neptune and Mars, to comets and asteroids that may exist almost a light year from our sun. And as we increase the detail of this picture, increasing the detail by factors of 10 to 100, we will be able to answer questions such as, is there evidence for planets outside the orbit of Neptune, to find Earth-impacting asteroids long before they're a danger, and to find out whether, maybe, our sun formed on its own or in a cluster of stars, and maybe it's this sun's stellar siblings that influenced the formation of our solar system, and maybe that's one of the reasons why solar systems like ours seem to be so rare.
Η απόσταση και οι αλλαγές του σύμπαντος, η απόσταση είναι ανάλογη του χρόνου καθώς και των αλλαγών στον ουρανό. Κοιτώντας σε απόσταση μισού μέτρου ή ένα αντικείμενο που βρίσκεται μισό μέτρο μακρυά, γυρίζετε πίσω στο χρόνο κατά ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου και αυτή η ιδέα του να βλέπουμε πίσω στον χρόνο έχει ανατρέψει όσα πιστεύαμε για το σύμπαν όχι μία, αλλά πολλές φορές.
Now, distance and changes in our universe — distance equates to time, as well as changes on the sky. Every foot of distance you look away, or every foot of distance an object is away, you're looking back about a billionth of a second in time, and this idea or this notion of looking back in time has revolutionized our ideas about the universe, not once but multiple times.
Η πρώτη φορά ήταν το 1929, όταν ένας αστρονόμος ονόματι Έντουαρντ Χαμπλ έδειξε ότι το σύμπαν διαστέλλεται, οδηγώντας στην ιδέα της Μεγάλης Έκρηξης. Και οι παρατηρήσεις ήταν απλές: μόνο 24 γαλαξίες και μια εικόνα ζωγραφισμένη με το χέρι. Αλλά και μόνο η ιδέα ότι, όσο πιο μακρινός ο γαλαξίας, τόσο πιο γρήγορα υποχωρούσε, ήταν αρκετή για να ξεκινήσει η μοντέρνα κοσμολογία.
The first time was in 1929, when an astronomer called Edwin Hubble showed that the universe was expanding, leading to the ideas of the Big Bang. And the observations were simple: just 24 galaxies and a hand-drawn picture. But just the idea that the more distant a galaxy, the faster it was receding, was enough to give rise to modern cosmology.
Μια δεύτερη επανάσταση έγινε 70 χρόνια μετά, όταν δύο ομάδες αστρονόμων έδειξαν ότι το σύμπαν δεν διαστελλόταν απλά, αλλά επιτάχυνε, μια έκπληξη, σαν να πετάς μια μπάλα στον ουρανό και να ανακαλύπτεις ότι, όσο πιο ψηλά ανεβαίνει, τόσο πιο γρήγορα απομακρύνεται. Και το απέδειξαν μετρώντας τη φωτεινότητα των σουπερνόβα και πώς η φωτεινότητα τους μειωνόταν όσο απομακρύνονταν. Αυτές οι παρατηρήσεις ήταν πιο περίπλοκες. Απαιτούσαν νέες τεχνολογίες και νέα τηλεσκόπια, καθώς οι σουπερνόβα βρίσκονταν σε γαλαξίες που ήταν 2.000 φορές μακρύτερα από αυτούς που χρησιμοποίησε ο Χαμπλ. Χρειάστηκαν τρία χρόνια για να βρεθούν μόνο 42 σουπερνόβα επειδή τέτοιοι αστέρες εκρήγνυνται μόνο μία φορά κάθε 100 χρόνια μέσα σε ένα γαλαξία. Τρία χρόνια για να βρούμε 42 σουπερνόβα ψάχνοντας σε δεκάδες χιλιάδες γαλαξίες. Και άπαξ και συνέλεξαν τα δεδομένα, να τι ανακάλυψαν. Ίσως βέβαια να μην σας εντυπωσιάσει αλλά κάπως έτσι είναι οι επαναστάσεις στη φυσική: μια γραμμή που προβλέπει τη φωτεινότητα ενός σουπερνόβα σε απόσταση 11 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, και μερικά σημεία που δεν ταιριάζουν ακριβώς στη γραμμή.
A second revolution happened 70 years later, when two groups of astronomers showed that the universe wasn't just expanding, it was accelerating, a surprise like throwing up a ball into the sky and finding out the higher that it gets, the faster it moves away. And they showed this by measuring the brightness of supernovae, and how the brightness of the supernovae got fainter with distance. And these observations were more complex. They required new technologies and new telescopes, because the supernovae were in galaxies that were 2,000 times more distant than the ones used by Hubble. And it took three years to find just 42 supernovae, because a supernova only explodes once every hundred years within a galaxy. Three years to find 42 supernovae by searching through tens of thousands of galaxies. And once they'd collected their data, this is what they found. Now, this may not look impressive, but this is what a revolution in physics looks like: a line predicting the brightness of a supernova 11 billion light years away, and a handful of points that don't quite fit that line.
Οι μικρές αλλαγές επιφέρουν μεγάλες συνέπειες. Οι μικρές αλλαγές μας επιτρέπουν να κάνουμε ανακαλύψεις, όπως τον πλανήτη που ανακάλυψε ο Χέρσελ. Οι μικρές αλλαγές ανατρέπουν σε μια στιγμή όλα όσα πιστεύαμε για το σύμπαν. Έτσι 42 σουπερνόβα, ελαφρώς λιγότερο φωτεινοί, που σημαίνει ότι είναι ελαφρώς μακρύτερα, δηλώνουν ότι το σύμπαν όχι μόνο διαστέλλεται, αλλά ότι η διαστολή πρέπει να επιταχύνεται, φανερώνοντας ένα συστατικό του σύμπαντος που τώρα αποκαλούμε σκοτεινή ενέργεια, ένα συστατικό που κινεί αυτή τη διαστολή και αποτελεί το 68% της συνολικής ενέργειας του σύμπαντός μας σήμερα.
Small changes give rise to big consequences. Small changes allow us to make discoveries, like the planet found by Herschel. Small changes turn our understanding of the universe on its head. So 42 supernovae, slightly too faint, meaning slightly further away, requiring that a universe must not just be expanding, but this expansion must be accelerating, revealing a component of our universe which we now call dark energy, a component that drives this expansion and makes up 68 percent of the energy budget of our universe today.
Ποια θα είναι λοιπόν η επόμενη επανάσταση; Τι είναι τελικά η σκοτεινή ενέργεια και γιατί υπάρχει; Αυτές οι γραμμές είναι διαφορετικά μοντέλα της υπόστασης της σκοτεινής ενέργειας, που δείχνουν τις ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας. Όλα τα μοντέλα συμφωνούν με τα 42 σημεία αλλά οι θεωρίες πίσω από κάθε γραμμή διαφέρουν δραματικά. Μερικοί πιστεύουν ότι η σκοτεινή ενέργεια αλλάζει με τον χρόνο ή εάν οι ιδιότητες της σκοτεινής ενέργειας διαφέρουν ανάλογα που κοιτάς στον ουρανό. Άλλοι κάνουν αλλαγές στη φυσική σε υποατομικό επίπεδο. Ή θεωρώντας σε μεγάλη κλίμακα τροποποιούν τη λειτουργία της βαρύτητας και της γενικής σχετικότητας, ή λένε ότι υπάρχουν πολλαπλά σύμπαντα και το δικό μας είναι μέρος του μυστηριώδους πολυσύμπαντος, αλλά όλες αυτές οι ιδέες και οι θεωρίες, συναρπαστικές και κάποιες σαφώς τρελούτσικες, αλλά όλες συμφωνούν με τα 42 σημεία μας.
So what is the next revolution likely to be? Well, what is dark energy and why does it exist? Each of these lines shows a different model for what dark energy might be, showing the properties of dark energy. They all are consistent with the 42 points, but the ideas behind these lines are dramatically different. Some people think about a dark energy that changes with time, or whether the properties of the dark energy are different depending on where you look on the sky. Others make differences and changes to the physics at the sub-atomic level. Or, they look at large scales and change how gravity and general relativity work, or they say our universe is just one of many, part of this mysterious multiverse, but all of these ideas, all of these theories, amazing and admittedly some of them a little crazy, but all of them consistent with our 42 points.
Πώς λοιπόν ελπίζουμε να καταλήξουμε σε κάτι λογικό μέσα στην επόμενη δεκαετία; Φανταστείτε να σας έδινα ένα ζευγάρι ζάρια και σας ζητούσα να βρείτε αν τα ζάρια ήταν φτιαγμένα ή κανονικά. Ένα ρίξιμο των ζαριών θα έλεγε ελάχιστα, αλλά όσο περισσότερο τα ρίχνατε, τόσο περισσότερα δεδομένα θα μαζεύατε. τόσο περισσότερο θα σιγουρευόσαστε, όχι μόνο αν είναι φτιαγμένα ή όχι, αλλά πόσο πολύ και με τι τρόπο. Χρειάστηκαν τρία χρόνια για να βρούμε μόνο 42 σουπερνόβα επειδή τα τηλεσκόπια που υπήρχαν μπορούσαν να ερευνήσουν μόνο μικρό μέρος του ουρανού. Με το LSST μπορούμε να έχουμε μια πλήρως νέα εικόνα του ουρανού της Χιλής κάθε τρεις νύχτες. Την πρώτη νύχτα λειτουργίας θα βρει 10 φορές τον αριθμό των σουπερνόβα που χρησιμοποιούνται στην ανακάλυψη της σκοτεινής ενέργειας. Αυτό θα αυξηθεί κατά 1.000 μέσα στους πρώτους τέσσερις μήνες: 1,5 εκατομμύριο σουπερνόβα μέχρι το τέλος της έρευνας, κάθε σουπερνόβα ένα ρίξιμο των ζαριών, κάθε σουπερνόβα να ελέγχει ποιες θεωρίες της σκοτεινής ενέργειας έχουν συνοχή, και ποιες όχι. Και έτσι, συνδυάζοντας τα δεδομένα των σουπερνόβα με άλλες μετρήσεις της κοσμολογίας, σταδιακά θα αποκλείσουμε τις διάφορες ιδέες και θεωρίες περί σκοτεινής ενέργειας, ευελπιστώντας ότι στο τέλος της έρευνας περίπου το 2030, περιμένουμε να δούμε μια θεωρία για το σύμπαν μας, μια θεμελιώδη θεωρία για τη φυσική του σύμπαντός μας, να προκύπτει σταδιακά.
So how can we hope to make sense of this over the next decade? Well, imagine if I gave you a pair of dice, and I said you wanted to see whether those dice were loaded or fair. One roll of the dice would tell you very little, but the more times you rolled them, the more data you collected, the more confident you would become, not just whether they're loaded or fair, but by how much, and in what way. It took three years to find just 42 supernovae because the telescopes that we built could only survey a small part of the sky. With the LSST, we get a completely new view of the skies above Chile every three nights. In its first night of operation, it will find 10 times the number of supernovae used in the discovery of dark energy. This will increase by 1,000 within the first four months: 1.5 million supernovae by the end of its survey, each supernova a roll of the dice, each supernova testing which theories of dark energy are consistent, and which ones are not. And so, by combining these supernova data with other measures of cosmology, we'll progressively rule out the different ideas and theories of dark energy until hopefully at the end of this survey around 2030, we would expect to hopefully see a theory for our universe, a fundamental theory for the physics of our universe, to gradually emerge.
Από πολλές πλευρές, οι ερωτήσεις που έθεσα είναι στην πραγματικότητα οι απλούστερες των ερωτήσεων. Μπορεί να μην ξέρουμε τις απαντήσεις αλλά τουλάχιστον ξέρουμε πώς να θέσουμε τις ερωτήσεις. Αλλά εάν ψάχνοντας μέσα σε δεκάδες χιλιάδες γαλαξίες βρήκαμε 42 σουπερνόβα που ανέτρεψαν όλα όσα γνωρίζαμε για το σύμπαν, όταν θα έχουμε δισεκατομμύρια γαλαξίες, πόσες φορές ακόμα θα βρούμε 42 σημεία που δεν αντιστοιχούν με όσα περιμένουμε; Όπως ο πλανήτης που ανακάλυψε ο Χέρσελ, ή η σκοτεινή ενέργεια, ή η κβαντομηχανική, ή η γενική σχετικότητα, όλα αυτά είναι θεωρίες που προέκυψαν επειδή τα δεδομένα δεν ήταν ακριβώς τα αναμενόμενα. Το συναρπαστικό στην επόμενη δεκαετία για τα δεδομένα της αστρονομίας είναι ότι δεν γνωρίζουμε καθόλου πόσες απαντήσεις μας περιμένουν, απαντήσεις για την προέλευση και την εξέλιξή μας. Πόσες ερωτήσεις είναι εκεί έξω στις οποίες ακόμα δεν ξέρουμε καν τις ερωτήσεις που θέλουμε να κάνουμε;
Now, in many ways, the questions that I posed are in reality the simplest of questions. We may not know the answers, but we at least know how to ask the questions. But if looking through tens of thousands of galaxies revealed 42 supernovae that turned our understanding of the universe on its head, when we're working with billions of galaxies, how many more times are we going to find 42 points that don't quite match what we expect? Like the planet found by Herschel or dark energy or quantum mechanics or general relativity, all ideas that came because the data didn't quite match what we expected. What's so exciting about the next decade of data in astronomy is, we don't even know how many answers are out there waiting, answers about our origins and our evolution. How many answers are out there that we don't even know the questions that we want to ask?
Σας ευχαριστώ.
Thank you.
(Χειροκρότημα)
(Applause)