A little over 100 years ago, in 1915, Einstein published his theory of general relativity, which is sort of a strange name, but it's a theory that explains gravity. It states that mass -- all matter, the planets -- attracts mass, not because of an instantaneous force, as Newton claimed, but because all matter -- all of us, all the planets -- wrinkles the flexible fabric of space-time.
Il y a un peu plus de cent ans, en 1915, Einstein publiait sa théorie de la relativité générale, qui porte un nom un peu bizarre, mais c'est une théorie qui explique la gravitation. Elle énonce que les masses - toute la matière, les planètes - s'attirent non parce qu'elles sont attirées par une force instantanée, comme le disait Newton, mais parce que toute la matière - nous tous, toutes les planètes - plisse la toile flexible de l'espace-temps.
Space-time is this thing in which we live and that connects us all. It's like when we lie down on a mattress and distort its contour. The masses move -- again, not according to Newton's laws, but because they see this space-time curvature and follow the little curves, just like when our bedmate nestles up to us because of the mattress curvature.
L'espace-temps, c'est ce dans quoi on vit et qui nous relie entre nous. C'est comme quand nous nous couchons sur un matelas et qu'il se déforme. Et encore une fois, les masses ne bougent pas à cause des lois de Newton, mais parce qu'elles voient cette courbure de l'espace-temps et continuent en suivant les petites courbures, comme quand la personne qui partage notre lit se rapproche à cause des courbures du matelas.
(Laughter)
(Rires)
A year later, in 1916, Einstein derived from his theory that gravitational waves existed, and that these waves were produced when masses move, like, for example, when two stars revolve around one another and create folds in space-time which carry energy from the system, and the stars move toward each other. However, he also estimated that these effects were so minute, that it would never be possible to measure them. I'm going to tell you the story of how, with the work of hundreds of scientists working in many countries over the course of many decades, just recently, in 2015, we discovered those gravitational waves for the first time.
L'année suivante, en 1916, en partant de sa théorie, Einstein affirma l'existence des ondes gravitationnelles. Elles se produisent quand les masses bougent comme, par exemple, quand deux étoiles tournent l'une autour de l'autre et forment des plis dans l'espace-temps, qui transportent l'énergie du système quand les étoiles s'approchent. Cependant, il a aussi calculé que ces effets étaient si faibles qu'ils ne seraient jamais mesurables. Je vais vous raconter comment, grâce au travail de centaines de scientifiques œuvrant dans de nombreux pays pendant des décennies, très récemment, en 2015, nous avons découvert les ondes gravitationnelles pour la première fois.
It's a rather long story. It started 1.3 billion years ago. A long, long time ago, in a galaxy far, far away --
C'est une histoire plutôt longue. Elle a commencé il y a 1,3 milliard d'années. Il y a très longtemps, dans une galaxie très très lointaine...
(Laughter)
(Rires)
two black holes were revolving around one another -- "dancing the tango," I like to say. It started slowly, but as they emitted gravitational waves, they grew closer together, accelerating in speed, until, when they were revolving at almost the speed of light, they fused into a single black hole that had 60 times the mass of the Sun, but compressed into the space of 360 kilometers. That's the size of the state of Louisiana, where I live. This incredible effect produced gravitational waves that carried the news of this cosmic hug to the rest of the universe.
il y avait deux trous noirs qui tournaient l'un autour de l'autre, - j'aime dire qu'ils « dansaient un tango » - qui était d'abord lent - mais à mesure qu'ils émettaient des ondes gravitationnelles, ils se rapprochaient l'un de l'autre, accéléraient, jusqu'à ce que, tournant presque à la vitesse de la lumière, ils ont fusionné en un seul trou noir dont la masse était 60 fois celle du soleil mais concentrée sur 360 km. C'est la taille de la Louisiane, où j'habite. Cet effet incroyable a produit des ondes gravitationnelles qui ont transmis le message de cette embrassade cosmique au reste de l'univers.
It took us a long time to figure out the effects of these gravitational waves, because the way we measure them is by looking for effects in distances. We want to measure longitudes, distances. When these gravitational waves passed by Earth, which was in 2015, they produced changes in all distances -- the distances between all of you, the distances between you and me, our heights -- every one of us stretched and shrank a tiny bit. The prediction is that the effect is proportional to the distance. But it's very small: even for distances much greater than my slight height, the effect is infinitesimal. For example, the distance between the Earth and the Sun changed by one atomic diameter. How can that be measured? How could we measure it?
Ça nous a pris beaucoup de temps pour découvrir l'effet de ces ondes, à cause de notre façon de les mesurer, en cherchant leurs effets sur de longues distances. Nous voulons calculer des longitudes, des distances. Quand ces ondes gravitationnelles sont passées par la Terre, en 2015, elles ont changé toutes les distances, les distances entre vous, les distances entre vous et moi, notre taille... chacun s'est étiré ou réduit un petit peu. L'hypothèse, c'est que l'effet est proportionnel à la distance. Mais il est minuscule : même pour des distances bien supérieures à ma petite taille, l'effet est infinitésimal. Par exemple, la distance entre la Terre et le Soleil a changé d'un diamètre atomique. Comment peut-on le mesurer ? Comment l'avons-nous mesuré ?
Fifty years ago, some visionary physicists at Caltech and MIT -- Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss -- thought they could precisely measure distances using lasers that measured distances between mirrors kilometers apart. It took many years, a lot of work and many scientists to develop the technology and develop the ideas. And 20 years later, almost 30 years ago, they started to build two gravitational wave detectors, two interferometers, in the United States. Each one is four kilometers long; one is in Livingston, Louisiana, in the middle of a beautiful forest, and the other is in Hanford, Washington, in the middle of the desert.
Il y a environ 50 ans, des physiciens visionnaires à Caltech et au MIT, Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss, croyaient qu'on pouvait mesurer les distances avec précision en utilisant des lasers qui auraient mesuré la distance entre des miroirs éloignés de plusieurs kilomètres. Ça a demandé beaucoup d'années, beaucoup de travail, et beaucoup de scientifiques pour développer la technologie, pour développer les idées, et 20 ans plus tard, il y a environ 30 ans, plus de 20, ils ont commencé à construire deux détecteurs d'ondes gravitationnelles, deux interféromètres, aux États-Unis, chacun d'une longueur de 4 km. Un d'eux se trouve en Louisiane, à Livingston, au cœur d'une jolie forêt ; l'autre se trouve à Hanford, dans l'État de Washington, au cœur du désert.
The interferometers have lasers that travel from the center through four kilometers in-vacuum, are reflected in mirrors and then they return. We measure the difference in the distances between this arm and this arm. These detectors are very, very, very sensitive; they're the most precise instruments in the world. Why did we make two? It's because the signals that we want to measure come from space, but the mirrors are moving all the time, so in order to distinguish the gravitational wave effects -- which are astrophysical effects and should show up on the two detectors -- we can distinguish them from the local effects, which appear separately, either on one or the other.
Dans ces interféromètres, il y a des lasers qui voyagent à partir du centre, 4 km dans le vide, se reflètent dans les miroirs et retournent au centre, et nous mesurons la différence des distances entre un bras et l'autre bras. Et ces détecteurs sont vraiment très sensibles, ce sont les instruments les plus précis du monde. Pourquoi on en a fait deux ? A cause des signaux que nous voulons mesurer qui viennent de l'espace - c'est ceux que nous voulons mesurer - mais les miroirs se déplacent tout le temps, donc il faut distinguer les effets des ondes gravitationnelles, qui sont des effets astrophysiques et doivent apparaître dans les 2 détecteurs, des effets locaux, qui se manifestent distinctement, dans l'un ou dans l'autre.
In September of 2015, we were finishing installing the second-generation technology in the detectors, and we still weren't at the optimal sensitivity that we wanted -- we're still not, even now, two years later -- but we wanted to gather data. We didn't think we'd see anything, but we were getting ready to start collecting a few months' worth of data. And then nature surprised us.
En septembre 2015, nous terminions l'installation de la deuxième génération de technologie dans ces détecteurs, mais nous n'avions pas encore atteint la sensibilité optimale souhaitée. Elle n'est toujours pas atteinte même si c'était deux années plus tard, mais nous voulions déjà recueillir des données. Nous pensions ne pas voir grand-chose, mais nous nous préparions à collecter des données pendant quelques mois. Et la nature nous a surpris.
On September 14, 2015, we saw, in both detectors, a gravitational wave. In both detectors, we saw a signal with cycles that increased in amplitude and frequency and then go back down. And they were the same in both detectors. They were gravitational waves. And not only that -- in decoding this type of wave, we were able to deduce that they came from black holes fusing together to make one, more than a billion years ago. And that was --
Le 14 septembre 2015, nous avons vu une onde gravitationnelle dans les deux détecteurs. Il y avait un signal avec des cycles qui augmentaient en amplitude et en fréquence puis diminuaient de nouveau et c'était identique pour les deux détecteurs. Il s'agissait d'ondes gravitationnelles. Et ce n'est pas tout : en décodant ce type d'ondes, nous avons pu déduire qu'elles venaient de trous noirs qui ont fusionné en un seul il y a plus d'un milliard d'années. Et c'était...
(Applause)
(Applaudissements)
that was fantastic.
C'était fantastique.
At first, we couldn't believe it. We didn't imagine this would happen until much later; it was a surprise for all of us. It took us months to convince ourselves that it was true, because we didn't want to leave any room for error. But it was true, and to clear up any doubt that the detectors really could measure these things, in December of that same year, we measured another gravitational wave, smaller than the first one. The first gravitational wave produced a difference in the distance of four-thousandths of a proton over four kilometers. Yes, the second detection was smaller, but still very convincing by our standards. Despite the fact that these are space-time waves and not sound waves, we like to put them into loudspeakers and listen to them. We call this "the music of the universe." I'd like you to listen to the first two notes of that music.
Au début, nous n'arrivions pas à y croire. On avait cru que ça n'arriverait pas avant longtemps. C'était une surprise pour tout le monde. Il nous a fallu des mois pour être sûrs que c'était vrai, parce que nous ne voulions pas laisser de place à l'erreur. Mais c'était vrai. Et pour dissiper tout doute sur la capacité des détecteurs à mesurer ces ondes, en décembre de la même année, nous avons mesuré une autre onde plus petite que la première. La première onde gravitationnelle avait produit une différence de distance de 4 millièmes de proton sur 4 km. Oui, la deuxième détection était plus petite mais encore très convaincante selon nos critères. Même s'il s'agit d'ondes d'espace-temps, et non d'ondes sonores, nous aimons bien les écouter sur haut-parleurs. Nous appelons ça « la musique de l’univers ». Je vais vous faire écouter les deux premières notes de cette musique.
(Chirping sound)
(Sifflement)
(Chirping sound) The second, shorter sound was the last fraction of a second of the two black holes which, in that fraction of a second, emitted vast amounts of energy -- so much energy, it was like three Suns converting into energy, following that famous formula, E = mc2. Remember that one? We love this music so much we actually dance to it. I'm going to have you listen again.
(Sifflement) La deuxième note, la plus courte, est la dernière fraction de seconde de ces deux trous noirs, qui, pendant cette fraction de seconde, ont émis énormément d'énergie, autant d'énergie que celle de trois soleils qui se transforment en énergie selon cette célèbre formule : E = mc². Vous vous en souvenez ? Elle nous enchante tellement cette musique que nous dansons dessus, tellement que je vais vous la faire écouter à nouveau.
(Chirping sound)
(Sifflement)
(Chirping sound) It's the music of the universe!
(Sifflement) C'est la musique de l'univers !
(Applause)
(Applaudissements)
People frequently ask me now: "What can gravitational waves be used for? And now that you've discovered them, what else is there left to do?" What can gravitational waves be used for?
Souvent les gens me demandent : « À quoi servent les ondes gravitationnelles ? Et maintenant qu'elles ont été découvertes, qu'est-ce qu'il reste à faire ? » À quoi servent les ondes gravitationnelles ?
When they asked Borges, "What is the purpose of poetry?" he, in turn, answered, "What's the purpose of dawn? What's the purpose of caresses? What's the purpose of the smell of coffee?" He answered, "The purpose of poetry is pleasure; it's for emotion, it's for living."
Quand on posa la question à J.L. Borges, « À quoi sert la poésie ? », il a demandé en retour : « À quoi sert le lever du jour ? À quoi servent les caresses ? À quoi sert l'odeur du café ? » Et il a répondu : « La poésie sert au plaisir, à l'émotion, à vivre. »
And understanding the universe, this human curiosity for knowing how everything works, is similar. Since time immemorial, humanity -- all of us, everyone, as kids -- when we look up at the sky for the first time and see the stars, we wonder, "What are stars?" That curiosity is what makes us human. And that's what we do with science.
Et comprendre l'univers, cette curiosité humaine de savoir comment ça fonctionne, c'est un peu la même chose. Depuis un temps immémorial, l'humanité, et nous tous, vous tous quand vous étiez enfants, quand on regarde le ciel pour la première fois et qu'on voit des étoiles, on se demande : « Qu'est-ce qu'une étoile ? » Cette curiosité est propre aux êtres humains. Et c'est ce que nous faisons en science.
We like to say that gravitational waves now have a purpose, because we're opening up a new way to explore the universe. Until now, we were able to see the light of the stars via electromagnetic waves. Now we can listen to the sound of the universe, even of things that don't emit light, like gravitational waves.
Nous aimons bien dire que les ondes gravitationnelles sont déjà utiles parce que nous ouvrons une nouvelle voie pour explorer l'univers. Jusqu'à maintenant, nous avions vu la lumière des étoiles à travers les ondes électromagnétiques. Maintenant, nous pouvons écouter le son de l'univers produit par quelque chose qui n'émet pas de lumière, les ondes gravitationnelles.
(Applause)
(Applaudissements)
Thank you.
(Anglais) Merci.
(Applause)
(Applaudissements)
But are they useful? Can't we derive any technology from gravitational waves?
Mais est-ce qu'elles ne serviront qu'à ça ? On ne tire aucune technologie des ondes gravitationnelles ?
Yes, probably. But it will probably take a lot of time. We've developed the technology to detect them, but in terms of the waves themselves, maybe we'll discover 100 years from now that they are useful. But it takes a lot of time to derive technology from science, and that's not why we do it. All technology is derived from science, but we practice science for the enjoyment. What's left to do? A lot. A lot; this is only the beginning.
C'est possible, oui. Mais cela prendra probablement beaucoup de temps. Nous avons créé la technologie pour les détecter, mais pour les ondes, peut-être que d'ici 100 ans, on leur découvrira une utilité. Il faut bien du temps pour tirer une technologie à partir de la science et ce n'est pas notre but. Toute technologie est tirée de la science, mais on fait de la science pour le plaisir. Qu'est-ce qu'il nous reste encore à faire ? Beaucoup. Énormément. On ne fait que commencer.
As we make the detectors more and more sensitive -- and we have lots of work to do there -- not only are we going to see more black holes and be able to catalog how many there are, where they are and how big they are, we'll also be able to see other objects. We'll see neutron stars fuse and turn into black holes. We'll see a black holes being born. We'll be able to see rotating stars in our galaxy produce sinusoidal waves. We'll be able to see explosions of supernovas in our galaxy. We'll be seeing a whole spectrum of new sources.
À mesure qu'augmente la sensibilité des détecteurs, - et il reste pas mal de choses à faire - nous allons repérer plus de trous noirs, mais aussi nous allons pouvoir les cataloguer, combien il y en a, où ils sont, leurs dimensions, et on verra également d'autres objets. La fusion des étoiles de neutrons, qui se transforment en trous noirs. On verra naître un trou noir. On pourra voir les étoiles en rotation dans notre galaxie qui produisent des ondes sinusoïdales. On pourra voir des explosions de supernovae dans notre galaxie. C'est tout un spectre de sources nouvelles qu'on pourra voir.
We like to say that we've added a new sense to the human body: now, in addition to seeing, we're able to hear. This is a revolution in astronomy, like when Galileo invented the telescope. It's like when they added sound to silent movies. This is just the beginning. We like to think that the road to science is very long -- very fun, but very long -- and that we, this large, international community of scientists, working from many countries, together as a team, are helping to build that road; that we're shedding light -- sometimes encountering detours -- and building, perhaps, a highway to the universe.
Nous aimons bien dire que nous avons ajouté un nouveau sens au corps humain : maintenant, au-delà de la vue, nous avons l'ouïe. C'est une révolution dans le domaine de l'astronomie, comme quand Galilée a inventé le télescope, ou comme quand le son s'est ajouté au cinéma muet. Ce n'est que le début. Nous aimons croire que le chemin de la science est très long - très amusant, mais très long - et notre grande communauté internationale de scientifiques qui travaillent ensemble, dans plusieurs pays, en équipe, aide à tracer ce chemin, en faisant de la lumière, en trouvant parfois des détours, et en construisant, peut-être, une autoroute de l'univers.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)