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.
今から100年以上遡った 1915年のこと アインシュタインは 一般相対性理論を発表しました これは少し変わった名前ですが 重力を説明する理論です あらゆる物体や惑星の持つ質量は それ自体が他の質量を引き付けますが ニュートンが提唱したような 瞬間的に働く引力によるのでは無く 人間、惑星も含めたあらゆる物体が 時空の柔軟な構造に 歪みを引き起こすからだという理論です
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.
時空とは私たちが生きている場所で また全てのものを 互いに関係させている枠組みです 例えばマットレスに寝そべると その形が歪むのと似ています 質量のあるものは動きます— ニュートンの法則に従うからではなく 時空が歪んでおり わずかに曲がった 曲面に沿って動くからです マットレスが沈んだ分 一緒に寝ている人が 寄り添ってくるようなものです
(Laughter)
(笑)
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.
1年後の1916年 アインシュタインは自身の理論から 重力波が存在すること そして重力波は 質量のあるものが動くときに 生まれることを導き出しました 例えば 2つの星が 互いの周りを回り 系の持つエネルギーを奪う― 時空の歪みを作り出し 星が互いに近づいていくような場合です しかし彼は同時に この影響は大変微少なため 計測されることは 決してないだろうと考えました 私がお話しするのは 多くの国で研究している― 数百人もの科学者たちの 何十年間におよぶ研究をもとに ごく最近 2015年になって 私たちが 重力波を 初めて観測することになった― 経緯についてです
It's a rather long story. It started 1.3 billion years ago. A long, long time ago, in a galaxy far, far away --
長い話になりますが 13億年前に始まります 昔むかし— 遥か彼方の銀河で...
(Laughter)
(笑)
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.
2つのブラックホールが 互いの周りを回っていました 「タンゴを踊って」いたんです 最初はゆっくり しかし 重力波を発するにしたがって 互いの距離は縮まり スピードを増して ほぼ光速で周り始めた頃 これらは1つのブラックホールへと合体し 太陽の60倍の質量になりました 360キロメートル四方の空間に 押し込められたそれは 私が住むルイジアナ州の大きさです 私が住むルイジアナ州の大きさです この驚くべき効果は 重力波を生み出し これが銀河で起こった「抱擁」の知らせを 全宇宙へと届けました
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?
重力波による影響を検知する方法を 開発するには長い時間を要しました 距離の変化を検知する方法を 用いているからです 距離の変化を検知する方法を 用いているからです 縦方向の距離を測るのです 2015年に重力波が地球を通り過ぎた時 2015年に重力波が地球を通り過ぎた時 あらゆる距離という距離に 影響を及ぼしました 皆さんのお互いとの距離 皆さんと私との距離 私たちの背の高さ— 私たちはひとり残らず ほんの僅かだけ引き伸ばされ縮められました その効果は距離と 比例しているという予測でしたが とても小さなもので 私の背の高さよりも ずっと長い距離に対しても 影響は無に等しいといえるものです 例えば地球と太陽の間の距離が 原子1個分の直径ほどの 長さしか変化しませんでした どのように計測できるでしょう? どうやって測ったらいいのでしょう?
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.
50年前 カリフォルニア工科大学とMITの 先見の明のある物理学者たち キップ・ソーン、ロナルド・ドレーバー レイナー・ワイスは 数キロメートル離れた 鏡同士の距離を測る― レーザーを用いて 正確に距離を測れると考えました レーザーを用いて 正確に距離を測れると考えました 長い年数をかけて 多くの科学者たちが研究を重ね 技術とアイデアを発展させました そして20年後 今からほぼ30年前になります 彼らはアメリカで2つの重力波検出器― 干渉計型重力波検出器を アメリカで造り始めました それぞれは4キロの長さで 1つはルイジアナ州リビングストンの 美しい森の中に もう1つはワシントン州のハンフォード 砂漠の真ん中にあります
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.
干渉計型重力波検出器には レーザーが取り付けられており 設備の中央から 真空の中を4キロメートル伝わり 鏡に反射して戻って来ます 2つのアームの距離差を測定します 2つのアームの距離差を測定します これらの検出器は 極めて感度が高いものです 世界で最も精度の高い機器です なぜ2つも作ったのでしょうか 私たちが計測したいシグナルは 宇宙からやってきますが それとは別に鏡は常に動いています そこで 天体物理学的な効果である― 重力波の影響を 区別する必要がありますが これは両方の検出器に 現れるはずなので どちらか一方の検出器にしか 現れない― 局所的な動きからは 区別することができます
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.
2015年9月 第2世代の技術を用いた検出器を 取り付けている途中で 当時は未だ我々が求める最適な感度に 到達していませんでした 2年後の今もそこに 至ったとは言えませんが 2年後の今もそこに 至ったとは言えませんが 私たちはとにかくデータを集めたかったのです 何かを見つけられるとは 思っていませんでしたが 数ヶ月分のデータを集める準備をしていました その時 我々は自然に驚かされました
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 --
2015年9月14日 両方の検出器で 重力波が観測されました どちらの検出器でも 振幅と周波数が増し そして減少するという 繰り返しが観測されました 振幅と周波数が増し そして減少するという 繰り返しが観測されました 両方の検出器で同じものが観測されました 重力波だったのです それだけでなく この波の形を解析してみると これが10億年以上も前に ブラックホールが ひとつに合体した時のものだと 分かったんです これには—
(Applause)
(拍手)
that was fantastic.
感動しました
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.
最初は私たちも信じられませんでした こんなに早く検出できるなどと 想像もしていなかったので こんなに早く検出できるなどと 想像もしていなかったので 皆驚きました これが本物の信号だと確認するのに 何ヶ月もかけました 誤りだったという可能性の 余地を残したくなかったからです しかしそれは本物でした 疑いを晴らすかのように 検出器は この年の12月に 同じような信号を検出しました 最初のものよりは小さな 重力波を観測したのです 最初のものよりは小さな 重力波を観測したのです 最初の重力波は 陽子の1/4000の大きさの変化を 4キロメートルの距離に対して 生じさせました 確かに2度目に検出した信号は 更に弱いものでしたが 私たちの基準では 間違いないと判断できるものでした 実際には これらの信号は音波ではなく 時空のさざ波ですが この信号でスピーカーを 鳴らしてみたいと思います 私たちはこれを 「宇宙の音楽」と呼んでいます その最初の2つの音を 聴いてください
(Chirping sound)
(鳥の鳴き声のような音)
(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.
(鳥の鳴き声のような音) 2つめの短い音は 2つのブラックホールが 最期の一瞬に発したもので その一瞬の内に 莫大なエネルギーを放出しました 太陽3つ分の質量が あの有名な式に従って 変換された大量のエネルギーです 「E = mc2」 これを覚えていますか? この愛する音楽に合わせて 踊り出したい程です もう1度聴いて見ましょう
(Chirping sound)
(鳥の鳴き声のような音)
(Chirping sound) It's the music of the universe!
(鳥の鳴き声のような音) これが宇宙の音楽です!
(Applause)
(拍手)
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?
人々にこう聞かれるようになりました 「重力波は何に役立つんですか? それが見つかった今 まだ発見すべきことは 残っているのですか」 重力波が何に役立つか?
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."
ボルヘスに 「詩は何に役立つんです?」 と聞いたら 彼はこう聞き返しました 「夜明けは何に役立つだろう? 愛撫は何のためにあるんだろう? コーヒーの匂いは何のためにあるんだろう?」 彼の答えはこうでした 「詩の目的は喜びです 感情のために 生きるためにあるんですよ」
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.
このことと宇宙を理解するということ つまりこの世の仕組みを知りたいという 人間の好奇心とは 似ています 記録が残されていない古代から 人類は 私たち皆が 子供の時に 空を初めて見上げ星を見て 不思議に思ったのです 「星って何だろう?」 好奇心は人間らしさなのです それが科学なんです
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.
重力波は今や目的を得たと言えます 重力波は今や目的を得たと言えます 宇宙を探査する 新たな手法を得たからです 今までは電磁波によって 星の光を見るだけでした それが今では重力波のような 光を発しない 宇宙の音を 聴けるようになったのです
(Applause)
(拍手)
Thank you.
ありがとうございます
(Applause)
(拍手)
But are they useful? Can't we derive any technology from gravitational waves?
でも これは何かの役に立つでしょうか? 重力波から何か 新しい技術を生み出せないだろうか?
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.
多分できるでしょう でもそれには時間がかかるでしょう 私たちは重力波を検出する技術を 開発しました でも重力波自体の役立て方を 見つけられるのは 100年後かもしれません 科学から技術を生み出すのには 時間がかかります それに私たちの目的ではありません 全ての技術は科学から生まれますが 私たちは楽しいから科学するのです 私たちは楽しいから科学するのです これから何が残されているでしょう? たくさんのことです これは単なる始まりに過ぎません
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.
検出器の感度を上げれば上げるほど 私たちのやるべきことが増えます ブラックホールも新たに見つかるでしょうし リストをつくって それらが幾つあるのか どこに位置しているのか どれ程の大きさなのかを記録できます 異なるタイプの天体も 観測できるでしょう 中性子星同士が合体し ブラックホールが生まれるところを 目撃できるようになるでしょう 私たちの銀河系で 互いの周りを回る2つの星が 正弦波を発するのを 観測することができるでしょう 銀河系での超新星爆発を 観測することもできるでしょう これまで知られていなかった あらゆる天体現象を観測できるでしょう
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.
私たちはこう考えています 人体にもうひとつ 新しい感覚が加わったようだと 見ることに加えて 聞くことができるようになったのだと これは天文学における革新的出来事です ガリレオが望遠鏡を発明した時や 無声映画に音声が加わった時と 似ています これはまだ始まりに過ぎません こう思っています 科学の道のりはとても長く楽しく でも本当に長く この国際的な科学者コミュニティから 数々の国籍の研究者たちが集まり チーム一丸となって 道を切り開き この道のりを照らし 時には回り道をしながら 宇宙へのハイウェイを 造っているようなものです 宇宙へのハイウェイを 造っているようなものです
Thank you.
ありがとうございました
(Applause)
(拍手)