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.
Poco più di cento anni fa, nel 1915, Einstein pubblicò la sua teoria della relatività generale, che è un nome un po' strano, ma questa è una teoria che spiega la gravità. Dice che le masse -- tutta la materia, i pianeti -- si attraggono non perché li attragga una forza istantanea, come diceva Newton, ma perché tutta la materia -- tutti noi, tutti i pianeti -- accartocciano la tela flessibile dello spazio-tempo.
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.
Lo spazio-tempo è questo in cui viviamo e che ci collega tutti. È come quando ci stendiamo su un materasso e deformiamo il materasso. E le masse si muovono, di nuovo, non secondo le leggi di Newton, ma perché vedono la curvatura dello spazio-tempo e seguono queste curve, così come quando il nostro partner si avvicina a noi a causa delle curve del materasso.
(Laughter)
(Risate)
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.
Un anno dopo, nel 1916, Einstein derivò dalla sua teoria che esistevano le onde gravitazionali. Queste erano il prodotto dei movimenti delle masse come, ad esempio, quando due stelle girano una intorno all'altra, e provocano pieghe nello spazio-tempo che tolgono energia al sistema e le stelle si avvicinano. Comunque, calcolò anche che questi effetti erano tanto tanto tanto piccoli che non si sarebbero mai potuti misurare. Vi racconterò come, con il lavoro di centinaia di scienziati che hanno lavorato in tanti paesi per molti decenni, poco tempo fa, nel 2015, abbiamo scoperto quelle onde gravitazionali per la prima volta.
It's a rather long story. It started 1.3 billion years ago. A long, long time ago, in a galaxy far, far away --
È una storia abbastanza lunga. Iniziò 1300 milioni di anni fa. Tanto, tanto tempo fa, in una galassia molto molto lontana --
(Laughter)
(Risate)
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.
c'erano due buchi neri che giravano uno intorno all'altro, mi piace dire che "ballavano un tango", che iniziò lento, però man mano che emettevano onde gravitazionali, si avvicinavano, acceleravano, finché, girando quasi alla velocità della luce, si fusero in un solo buco nero che aveva 60 volte la massa del sole però compattata in 360 chilometri. La stessa superficie della Louisiana, dove vivo. Questo effetto incredibile produsse delle onde gravitazionali che trasmisero il messaggio di questo abbraccio cosmico al resto dell'universo.
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?
Ci è voluto molto tempo per scoprire l'effetto di queste onde gravitazionali, perché quello che fanno, il modo in cui le misuriamo, è cercando effetti nelle distanze. Noi vogliamo misurare longitudini, distanze. Quando queste onde gravitazionali sono passate per la Terra, e si è verificato nel 2015, hanno cambiato tutte le distanze, le distanze tra voi, le distanze tra voi e me, le nostre altezze -- tutti ci allunghiamo e ci rimpiccioliamo un po'. La previsione è che l'effetto sia proporzionale alla distanza. Però è piccolissimo: anche per distanze molto più grandi rispetto alla mia poca altezza, l'effetto è infinitesimale. Ad esempio, la distanza tra la Terra e il Sole è cambiata di un diametro atomico. E come si può calcolare? Come abbiamo potuto misurarlo?
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.
Cinquant'anni fa, c'erano dei fisici visionari al Caltech e al MIT, Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss, che pensavano si potessero misurare le distanze in modo preciso usando dei laser che misurassero le distanze tra specchi che stavano a chilometri di distanza. Ci sono voluti molti anni e molto lavoro e molti scienziati per elaborare la tecnologia, per elaborare le idee, e vent'anni dopo, circa trent'anni fa, più di venti, si è iniziato a costruire due rivelatori di onde gravitazionali, degli interferometri, negli Stati Uniti, ognuno lungo quattro chilometri. Uno si trova in Louisiana, a Livingston, nel cuore di un bellissimo bosco; l'altro a Hanford, Washington, nello stato di Washington, in mezzo al deserto.
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.
In questi interferometri ci sono laser che viaggiano dal centro, lungo quattro chilometri di vuoto, si riflettono in degli specchi e ritornano, e stiamo misurando la differenza di distanza tra questo braccio e questo braccio. E questi rivelatori sono molto molto molto sensibili, sono gli strumenti più precisi del mondo. Perché ne abbiamo fatti due? Perché i segnali che vogliamo misurare vengono dallo spazio, sono quelli che vogliamo misurare, però gli specchi si muovono in continuazione, quindi per distinguere gli effetti -- le onde gravitazionali, che sono effetti astrofisici e deve apparire nei due rivelatori, possiamo distinguerli dagli effetti locali, che appaiono diversi, nell'uno e nell'altro.
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.
Nel settembre 2015, stavamo finendo di installare la seconda generazione tecnologica in questi rivelatori, ma ancora non avevamo la sensibilità precisa che desideriamo -- ancora non l'abbiamo, nonostante siano passati due anni, però volevamo già raccogliere dei dati. Non pensavamo di vedere qualcosa, ma ci stavamo preparando per iniziare a raccogliere dei dati per alcuni mesi. E la natura ci sorprese.
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 --
Il 14 settembre 2015, abbiamo visto nei rivelatori un'onda gravitazionale. Nei due rivelatori abbiamo visto un segnale con dei cicli che crescevano in ampiezza e frequenza e poi decadevano, ed erano gli stessi nei due rivelatori. Erano onde gravitazionali. E non solo, decodificando questa forma d'onda, potevamo dedurre che provenivano da buchi neri che si erano fusi in uno solo, più di mille milioni di anni fa. E quello fu --
(Applause)
(Applausi)
that was fantastic.
Fu fantastico.
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.
All'inizio non potevamo crederci. Si pensava che avrebbe dovuto succedere un bel po' di tempo dopo. Fu una sorpresa per tutti. Ci sono voluti mesi per convincerci che era sicuro, perché non volevamo che ci fosse alcun errore. Ma era sicuro, e per eliminare ogni dubbio sul fatto che i rivelatori potessero davvero misurare queste cose, nel dicembre dello stesso anno, abbiamo misurato un'altra onda più piccola della prima. La prima onda gravitazionale ha prodotto una differenza di distanza di quattro millesimi di protone, su quattro chilometri. Sì, la seconda rilevazione è stata minore ma comunque molto convincente per i nostri standard. Nonostante queste siano onde di spazio-tempo, non onde di suono, a noi piace metterle sugli altoparlanti e ascoltarle. La chiamiamo "la musica dell'universo". E vorrei farvi ascoltare la prime due note di questa musica.
(Chirping sound)
(Sibilo)
(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.
(Sibilo) La seconda, la più corta, è stata l'ultima frazione di secondo di questi due buchi neri che in questa frazione di secondo hanno emesso tantissima energia -- molta energia -- come quella di tre soli che si convertono in energia seguendo la famosa formula, E=mc2. Ve la ricordate? Questa musica, in realtà, ci piace moltissimo, la balliamo, perciò ve la faccio risentire.
(Chirping sound)
(Sibilo)
(Chirping sound) It's the music of the universe!
(Sibilo) È la musica dell'universo!
(Applause)
(Applausi)
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?
Molto spesso la gente mi chiede: A cosa servono le onde gravitazionali? E adesso che le avete scoperte, cosa resta da fare? A cosa servono le onde gravitazionali?
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."
Quando chiesero a Borges: "A cosa serve la poesia?" Lui, a sua volta, chiese: "A cosa serve l'alba? A cosa servono le carezze? A cosa serve l'odore del caffè?" E poi rispose: "La poesia serve per il piacere, per l'emozione, per vivere."
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.
E capire l'universo, questa curiosità umana di sapere come funziona tutto è la stessa cosa. L'umanità, da tempo immemore, e tutti noi, tutti voi da bambini, quando si guarda il cielo per la prima volta e si vedono le stelle, ci si chiede: "Cosa sono le stelle?" Questa curiosità è quello che ci rende umani. E questo è quello che facciamo con la scienza.
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.
Ci piace dire che le onde gravitazionali sono già utili, perché stiamo scoprendo un nuovo modo di esplorare l'universo. Fino ad ora, abbiamo potuto vedere la luce delle stelle attraverso le onde elettromagnetiche. Adesso possiamo ascoltare il suono dell'universo anche di cose che non emettono luce, come le onde gravitazionali.
(Applause)
(Applausi)
Thank you.
Thank you.
(Applause)
(Applausi)
But are they useful? Can't we derive any technology from gravitational waves?
Ma serviranno solo per questo? Non si ricava nessuna tecnologia da queste onde gravitazionali?
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.
Forse sì. Ma ci vorrà probabilmente molto tempo. Abbiamo sviluppato una tecnologia per rilevarle, ma le onde stesse, forse si scoprirà tra cent'anni che servono a qualcosa. Ma ci vuole molto tempo per ricavare una tecnologia dalla scienza e non lo facciamo per questo. Tutta la tecnologia deriva dalla scienza, ma la scienza la facciamo per il piacere. Cosa ci resta da fare? Moltissimo. Moltissimo. Questo è appena l'inizio.
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.
Man mano che sviluppiamo dei rivelatori più sensibili -- e ci resta ancora molto da fare -- non solo potremo vedere più buchi neri, ma potremo catalogarli per sapere quanti sono, dove sono, quanto sono grandi, ma potremo vedere anche altri oggetti. Vedremo la fusione di stelle di neutroni, che si trasformano in un buco nero. Vedremo nascere un buco nero. Vedremo stelle rotanti nella nostra galassia che producono onde sinusoidali. Potremo vedere esplosioni di supernove nella nostra galassia. Tutto uno spettro di nuove origini che potremo vedere.
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.
Ci piace dire che abbiamo aggiunto un nuovo senso al corpo umano: ora, oltre a vedere, possiamo sentire. Questa è una rivoluzione in astronomia, come quando Galileo inventò il telescopio, o come quando al cinema muto si aggiunse il sonoro. Questo è solo l'inizio. Ci piace pensare che il cammino della scienza è molto lungo -- molto divertente, ma molto lungo -- e questa grande comunità internazionale di scienziati che lavorano in squadra da molto paesi, tutti insieme, stiamo aiutando a costruire questa strada, mettendo luci, a volte incontrando delle deviazioni, e costruendo, forse, un'autostrada per l'universo.
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)