كعالمة فيزياء مختصة بالجسيمات، أدرس الجسيمات الأولية وكيف تتفاعل مع بعضها البعض في المستوى الأساسي. في خلال معظم حياتي المهنية قمت باستخدام مسارعات الجسيمات ، مثل مسارع الإلكترون في جامعة ستانفورد ، الواقع في الطريق الرئيسي ، لدراسة الأشياء على مقياس مصغر. ولكن مؤخرا ، أصبحت أوجه تركيزي على الكون على مقياس أكبر. لأنه ، كما سأشرح لكم ، الغموض حول الأشياء المتناهية الصغر والأحجام الكبيرة في الحقيقة مترابطان جدا. لذلك سأخبركم عن تصورنا للكون في القرن الحادي والعشرين ، مما يتكون الكون وماهي الإجابات التي نبحث عنها في علم الفيزياء -- على الأقل البعض من الإجابات المهمة التي نبحث عنها.
As a particle physicist, I study the elementary particles and how they interact on the most fundamental level. For most of my research career, I've been using accelerators, such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road, to study things on the smallest scale. But more recently, I've been turning my attention to the universe on the largest scale. Because, as I'll explain to you, the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected. So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe, what it's made of and what the big questions in the physical sciences are -- at least some of the big questions.
ومؤخرا جدا ، أدركنا أن المادة الطبيعية في الكون -- وعندما أقول المادة الطبيعية أعني أنتم ، حسنا ، أنا الكواكب ، النجوم ، المجرات -- المادة الطبيعية تكون فقط نسبة بسيطة من المادة المكونة للكون. و ربع المادة المكونة للكون ، أو تقريبا ربع المادة الكونية ، هي أشياء غير مرئية. وعندما أقول غير مرئية أعني أنها لا تمتص موجات الطيف الكهرومغناطيسي. ولا تبعث الطيف الكهرومغناطيسي ولا تعكسه. بل إنها لا تتفاعل مع موجات الطيف الكهرومغناطيسي ، وهو ما نستخدمه للتعرف على الأجسام الكونية. لا تتفاعل معه مطلقا. إذن كيف علمنا بوجودها ؟ نحن نعلم بوجودها بسبب تأثير جاذبيتها. في الحقيقة ، المادة المظلمة تسيطر على تأثير الجاذبية في الكون كله على مقياس أكبر ، وسأخبركم عن أدلة على ذلك.
So, recently, we have realized that the ordinary matter in the universe -- and by ordinary matter, I mean you, me, the planets, the stars, the galaxies -- the ordinary matter makes up only a few percent of the content of the universe. Almost a quarter, or approximately a quarter of the matter in the universe, is stuff that's invisible. By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum. It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect. It doesn't interact with the electromagnetic spectrum, which is what we use to detect things. It doesn't interact at all. So how do we know it's there? We know it's there by its gravitational effects. In fact, this dark matter dominates the gravitational effects in the universe on a large scale, and I'll be telling you about the evidence for that.
ولكن ماذا عن تكملة الرسمة ؟ تكملة الرسمة عبارة عن شيء غامض جدا يسمى الطاقة المظلمة. سنتحدث عنه لاحقا ، حسنا. اذا الان ، لنتحدث عن الأدلة على وجود المادة المظلمة. في هذه المجرات ، خاصة في مجرة حلزونية مثل هذه ، فإن أغلب الكتلة للنجوم مركزة في وسط المجرة. وهذا الكم الهائل من الكتلة لكل هذه النجوم يبقي النجوم في مدار دائري في المجرة. لذلك فإن هذه النجوم تدور في دائرة بهذا الشكل. وكما نتخيل ، و لو أنكم درستم الفيزياء -- فإن هذا يجب أن يكون بدهيا ، حسنا -- أن النجوم التي قريبة من مركز الكتلة ستدور بسرعة أكبر من النجوم التي هي أبعد في هذه المنطقة ، حسنا.
What about the rest of the pie? The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy. More about that later, OK. So for now, let's turn to the evidence for dark matter. In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this, most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy. This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy. So we have these stars going around in circles like this. As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK -- that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed than those that are further out here, OK.
لذلك من الطبيعي أن نفترض أننا لو قمنا بقياس السرعة المدارية للنجوم ، أنها ستكون أبطء في الأطراف من التي في الداخل. وبمعنى اخر ، إذا قمنا بقياس السرعة كمعادلة بمتغير المسافة -- هذه هي المرة الوحيدة التي سأعرض فيها رسم بياني ، حسنا -- سنتوقع أن السرعة ستقل كلما ازدادت المسافة من مركز المجرة. وعندما أخذت هذه القياسات ، بدلا من ذلك وجدنا أن السرعة ثابتة ، مع تغير المسافة. وإذا كانت السرعة ثابتة ، هذا يعني أن النجوم هنا تتأثر بتأثير جاذبية لمادة لا نستطيع رؤيتها. في الحقيقة ، فإن هذه المجرة وكل المجرات الأخرى تبدوا وكأنها محاطة بسحابة من هذه المادة المظلمة. وهذه السحابة من المادة أكثر كروية من المجرات نفسها وتتمدد حول نطاق أكبر بكثير من المجرة نحن نرى المجرة لذا نركز فيها ، بينما أنها في سحابة ضخمة من المادة المظلمة وهو ما يسيطر على بنية المجرة وحركتها.
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars, that they should be slower on the edges than on the inside. In other words, if we measured speed as a function of distance -- this is the only time I'm going to show a graph, OK -- we would expect that it goes down as the distance increases from the center of the galaxy. When those measurements are made, instead what we find is that the speed is basically constant, as a function of distance. If it's constant, that means that the stars out here are feeling the gravitational effects of matter that we do not see. In fact, this galaxy and every other galaxy appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter. And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves, and it extends over a much wider range than the galaxy. So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
بل إن المجرات لا تنتشر في الفضاء عشوائيا ؛ ولكن تتجه إلى التجمع. وهذا مثال على تجمع مشهور جدا للمجرات يدعى : تجمع كوما ( Coma ) وهناك الالاف من المجرات في هذا التجمع. إنها عبارة عن تجمع بيضوي غامض أبيض اللون. وهذه التجمعات للمجرات -- إذا أخذنا صورة لها في هذه اللحظة ، وأخذنا صورة لها بعد عشر سنوات -- ستبدوا متطابقة. ولكن في الحقيقة فإن هذه المجرات تتحرك بسرعة هائلة جدا. إنها تدور بسبب نطاق جاذبية ذلك التجمع الهائل ، حسنا. إذاً كل هذه المجرات تتحرك. وبإمكاننا قياس سرعة المجرات ، السرعة المدارية ، وبالتالي معرفة كمية الكتلة التي في هذا التجمع.
Galaxies themselves are not strewn randomly in space; they tend to cluster. And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster. And there are thousands of galaxies in this cluster. They're the white, fuzzy, elliptical things here. So these galaxy clusters -- we take a snapshot now, we take a snapshot in a decade, it'll look identical. But these galaxies are actually moving at extremely high speeds. They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK. So all of these galaxies are moving. We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities, and figure out how much mass is in this cluster.
ومرة أخرى ، نجد أن هناك كمية من الكتلة أكبر بكثير من مجموع الكتلة للمجرات التي نراها. أو إذا نظرنا إلى أجزاء أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي ، نلاحظ وجود الكثير من الغاز في هذا التجمع ، ولكن ذلك لا يفسر كمية الكتلة الموجودة أيضا. في الحقيقة ، هناك عشرة أضعاف الكتلة على شكل مادة غير مرئية ، أو مادة مظلمة من المادة الطبيعية ، حسنا. سيكون من الأفضل لو أننا استطعنا رؤية تلك المادة مباشرة. حيث أنني أرمز لها بتلك الفقاعة الزرقاء الكبيرة ، حسنا ، لأحاول تذكيركم بوجودها هناك. هل بالإمكان رؤيتها بالعين ؟ نعم ، نستطيع ذلك.
And again, what we find is that there is much more mass there than can be accounted for by the galaxies that we see. Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum, we see that there's a lot of gas in this cluster, as well. But that cannot account for the mass either. In fact, there appears to be about ten times as much mass here in the form of this invisible or dark matter as there is in the ordinary matter, OK. It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly. I'm just putting this big, blue blob on there, OK, to try to remind you that it's there. Can we see it more visually? Yes, we can.
سأريكم الان كيف بإمكاننا رؤيتها. إذا كان هناك مراقب: قد تكون عين مجردة أو منظار فلكي. ولنفترض أن هناك مجرة ما في الكون. كيف سنرى المجرة ؟ سينطلق شعاع من الضوء من المجرة ويسافر عبر الكون ربما لمليارات من السنين قبل أن يصل إلى المنظار الفلكي أو العين. الان ، كيف سنستدل على موقع المجرة ؟ حسنا ، نستدل على ذلك عن طريق اتجاه الشعاع الضوئي عندما يصل إلى أعيننا ، أليس كذلك ؟ لذلك نقول ، أن شعاع الضوء قادم من هذا الإتجاه ؛ يجب أن تكون المجرة هناك ، حسنا. لنفترض الان أنني وضعت تجمعا من المجرات في الوسط -- ولا تنسوا المادة المظلمة ، حسنا. والان ، إذا افترضنا أشعة مختلفة من الضوء ، أحدها يتجه بهذا الإتجاه ، والان علينا أن نأخذ بالحسبان ما توقعه أينشتاين عندما طور النظرية النسبية العامة. وهي أن مجال الجاذبية ، وبسبب الكتلة ، يسبب انحرافا ليس في مسار الجسيمات فقط ، بل في مسار الضوء أيضا.
And so let me lead you through how we can do this. So here's an observer: it could be an eye; it could be a telescope. And suppose there's a galaxy out here in the universe. How do we see that galaxy? A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe for perhaps billions of years before it enters the telescope or your eye. Now, how do we deduce where the galaxy is? Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling as it enters our eye, right? We say, the ray of light came this way; the galaxy must be there, OK. Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies -- and don't forget the dark matter, OK. Now, if we consider a different ray of light, one going off like this, we now need to take into account what Einstein predicted when he developed general relativity. And that was that the gravitational field, due to mass, will deflect not only the trajectory of particles, but will deflect light itself.
لذلك فإن شعاع الضوء هذا لن يستمر في مسار مستقيم ، ولكن سينحني ومن ثم يصل إلى أعيننا. ولكن أين سيتوقع المراقب مكان المجرة ؟ بإمكانكم الإجابة. بالأعلى أليس كذلك ؟ سنقوم بالتقدير بأن المجرة هناك في الأعلى. هل هناك أي شعاع اخر من الضوء من الممكن أن يصل من المجرة إلى عين المراقب ؟ نعم ، عظيم. أرى البعض يشير إلى هناك بالأسفل. إذا شعاع اخر من الضوء قد يتجه إلى الأسفل ، وسينحني حتى يصل إلى عين المراقب ، وسيرى المراقب شعاعا من الضوء هنا.
So this light ray will not continue in a straight line, but would rather bend and could end up going into our eye. Where will this observer see the galaxy? You can respond. Up, right? We extrapolate backwards and say the galaxy is up here. Is there any other ray of light that could make into the observer's eye from that galaxy? Yes, great. I see people going down like this. So a ray of light could go down, be bent up into the observer's eye, and the observer sees a ray of light here.
والان وبالأخذ بالإعتبار أننا نعيش في كون ثلالثي الأبعاد ، حسنا ، فضاء ثلاثي الأبعاد. هل هناك أي أشعة ضوء أخرى قد تصل إلى عين المراقب ؟ نعم ! الأشعة ستكون على شكل -- أحب أن أرى ذلك -- مخروط منطلق من المجرة. إذا هناك مجموعة من الأشعة الضوئية -- أشعة ضوئية على شكل مخروط -- والتي ستنحني بسبب ذلك التجمع من المجرات ومن ثم تصل إلى عين المراقب. وإذا كان هناك مخروطا من الأشعة الضوئية يصل إلى عيني ، فماذا يجب أن أرى ؟ دائرة ، حلقة. تدعى حلقة أينشتاين -- أينشتاين توقع ذلك ، حسنا. والان ، ستكون حلقة مكتملة فقط إذا كان المصدر ، ومسبب الإنحناء ، وكرة العين ، في هذه الحالة ، في خط مستقيم. وإذا كان هناك انحراف بسيط ، سنرى صورة مختلفة.
Now, take into account the fact that we live in a three-dimensional universe, OK, a three-dimensional space. Are there any other rays of light that could make it into the eye? Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone. So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone -- that will all be bent by that cluster and make it into the observer's eye. If there is a cone of light coming into my eye, what do I see? A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK. Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line. If they're slightly skewed, we'll see a different image.
بإمكانكم الان القيام بتجربة هذا المساء في الردهة ، حسنا ، لمعرفة كيف ستبدو الصورة. لأنه تبين أن هناك نوع من العدسات من الممكن أن نوصي بها ، والتي لديها الشكل المناسب لإنتاج هذا النوع من الإنعكاس. نسمي هذه عدسات الجاذبية. إذا هذه هي معداتكم ، نعم. (ضحك) ولكن تجاهلوا الجزء الأعلى. أريدكم أن تركزوا في القاعدة ، حسنا. بالفعل ، في المنزل ، عندما نكسر كأس النبيذ ، أحتفظ بالقاعدة ، ثم اخذها إلى الورشة. ونقوم بتشذيبها ، فأكون قد حصلت على عدسة الجاذبية ، نعم. لديها الشكل المناسب للحصول على الإنعكاس المطلوب. لذلك المطلوب عمله الان من أجل التجربة ، الحصول على قماش منديل. استخدمت ورق الرسم البياني؛ لأنني فيزيائية. (ضحك) إذاً منديل. أرسم رسمة مصغرة للمجرة في الوسط. والان دع العدسة فوق المجرة ، وستلاحظ أنك سترى حلقة ، حلقة أينشتاين. والان حرك القاعدة جانبيا ، وستنفصل الحلقة وتصبح على شكل قوس ، نعم. وبإمكانكم تحريك العدسة فوق أي صورة. ففي ورق الرسم البياني ستلاحظون كيف أن كل الخطوط البيانية قد انحرفت. ومرة أخرى ، هذا نموذج متطابق ودقيق لما يحدث في الإنعكاس بسبب الجاذبية.
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK, to figure out what that image will look like. Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise, that has the right shape to produce this kind of effect. We call this gravitational lensing. And so, this is your instrument, OK. (Laughter). But ignore the top part. It's the base that I want you to concentrate, OK. So, actually, at home, whenever we break a wineglass, I save the bottom, take it over to the machine shop. We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK. So it's got the right shape to produce the lensing. And so the next thing you need to do in your experiment is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter) So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle. And now put the lens over the galaxy, and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring. Now, move the base off to the side, and the ring will split up into arcs, OK. And you can put it on top of any image. On the graph paper, you can see how all the lines on the graph paper have been distorted. And again, this is a kind of an accurate model of what happens with the gravitational lensing.
حسنا ، السؤال الان هو : هل نرى ذلك بالفعل في الفضاء ؟ هل نرى فعليا أقواس في الفضاء عندما ننظر ، لنقل ، إلى تجمع من المجرات ؟ والإجابة هي : نعم. وهذه صورة من المنظار الفضائي هابل. والكثير من الصور التي ترونها صور قديمة من المنظار الفضائي هابل. حسنا ، أولا ، بالنسبة للمجرات الذهبية اللون -- هذه هي المجرات التي في التجمع. إنها المجرات التي تسبح في بحر من المادة المظلمة التي تسبب انحناء الضوء والذي بدوره يسبب الخدعة البصرية ، أو سرابا ، فعليا ، للمجرات التي في الخلف. إذن الأشعة الضبابية التي ترونها ، كل تلك الأشعة ، هي بالفعل صورة مشوهة لمجرات بعيدة جدا.
OK, so the question is: do we see this in the sky? Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies? And the answer is yes. And so, here's an image from the Hubble Space Telescope. Many of the images you are seeing are earlier from the Hubble Space Telescope. Well, first of all, for the golden shape galaxies -- those are the galaxies in the cluster. They're the ones that are embedded in that sea of dark matter that are causing the bending of the light to cause these optical illusions, or mirages, practically, of the background galaxies. So the streaks that you see, all these streaks, are actually distorted images of galaxies that are much further away.
لذا ما نستطيع قياسه الان ، يعتمد على كمية التشوه الحاصل في تلك الصور ، وبالتالي قياس كمية الكتلة الموجودة في ذلك التجمع للمجرات. وتلك كمية ضخمة جدا من الكتلة. ويمكنكم أيضا ، بالعين المجردة ، وبالنظر إلى هذا ، أن تلاحظوا أن هذه الأقواس ليست مركزة في مجرات بعينها؛ ولكن في تركيبة موزعة ومنتشرة. وتلك هي المادة المظلمة التي تحتوي ذلك التجمع من المجرات ، حسنا. هذه أفضل صورة لمشاهدة تلك المادة المظلمة على الأقل لمشاهدة التأثير الذي تحدثه تلك المادة المظلمة.
So what we can do, then, is based on how much distortion we see in those images, we can calculate how much mass there must be in this cluster. And it's an enormous amount of mass. And also, you can tell by eye, by looking at this, that these arcs are not centered on individual galaxies. They are centered on some more spread out structure, and that is the dark matter in which the cluster is embedded, OK. So this is the closest you can get to kind of seeing at least the effects of the dark matter with your naked eye.
مراجعة سريعة الان ، للتأكد من إلمامكم بالموضوع. إذاً الدليل الذي لدينا على أن ربع الكون عبارة عن مادة مظلمة -- تلك الجاذبية الهائلة -- هي أن المجرات ، والسرعة التي تدور بها النجوم فيها كبيرة جدا؛ لدرجة أنه لابد أن تكون محاطة بمادة مظلمة. والسرعة التي تدور بها أيضا المجرات في داخل التجمعات هائلة جدا؛ لدرجة أنها لابد أن تكون أيضا محاطة بمادة مظلمة. ونستطيع أن نرى تأثير الإنعكاس بسبب الجاذبية ، وذلك التشويه في الصورة وذلك يؤدي أيضا إلى أن التجمعات كذلك لابد أن تحاط بمادة مظلمة.
OK, so, a quick review then, to see that you're following. So the evidence that we have that a quarter of the universe is dark matter -- this gravitationally attracting stuff -- is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies is much too large; it must be embedded in dark matter. The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large; it must be embedded in dark matter. And we see these gravitational lensing effects, these distortions that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
حسنا. الان لننتقل إلى الطاقة المظلمة. لفهم الأدلة على وجود الطاقة المظلمة ، علينا مناقشة شئ ما شرحه ستيفن هوكينج في المناقشة السابقة. وهي حقيقة أن الفضاء نفسه في حالة تمدد. لذا فإذا تخيلنا قسما من الفضاء اللا متناهي ، حسنا ، ووضعنا فيه أربعة مجرات حلزونية ، حسنا. ولو تخيلنا وجود خطوط لقياس المسافات ، لذا فإن كل خط هنا يمثل مقياسا -- أفقيا أو عموديا -- لتحديد أماكن الأجسام. إذا استطعنا من فعل ذلك ، فإننا سنجد أننا مع كل يوم يمر ، وكل سنة تمر ، وبعد مرور مليارات من السنين ، حسنا ، المسافة بين المجرات ستزداد. وليس ذلك بسبب تحرك المجرات متباعدة عن بعضها في الفضاء بل إنها قد لا تتحرك في الفضاء. لكنها تتباعد عن بعضها بسبب تمدد الفضاء نفسه ، حسنا. وهذا هو معنى تمدد أو توسع الكون. لذلك فإن المجرات في تباعد دائم.
OK. So now, let's turn to dark energy. So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something that Stephen Hawking referred to in the previous session. And that is the fact that space itself is expanding. So if we imagine a section of our infinite universe -- and so I've put down four spiral galaxies, OK -- and imagine that you put down a set of tape measures, so every line on here corresponds to a tape measure, horizontal or vertical, for measuring where things are. If you could do this, what you would find that with each passing day, each passing year, each passing billions of years, OK, the distance between galaxies is getting greater. And it's not because galaxies are moving away from each other through space. They're not necessarily moving through space. They're moving away from each other because space itself is getting bigger, OK. That's what the expansion of the universe or space means. So they're moving further apart.
والان ماذكره ستيفن هوكينج ، أيضا ، أنه بعد الإنفجار العظيم ، تمدد الفضاء بمعدل عالي جدا. ولكن بسبب قوى الجاذبية للمادة التي تملأ هذا الفضاء ، فإنها تسبب في إبطاء حركة تمدد الفضاء . لذا فإن التمدد يتباطأ مع مرور الزمن. ففي القرن الأخير ، اختلف العلماء عما إذا كان هذا التمدد في الفضاء سيستمر للأبد ، أو أنه سيتباطأ ، كما تعرفون ، سيتباطأ ، ولكن يستمر إلى الأبد. أو أنه سيتباطأ ومن ثم يتوقف ، أو يتجه نحو التوقف ، أو أنه سيتباطأ ، ثم يقف ، ثم يعكس الإتجاه ، ويبدأ بالإنكماش مرة أخرى. لذا قبل نحو أكثر من عشر سنوات بقليل ، قامت مجموعة من الفيزيائيين وعلماء الفلك بدراسة معدل التباطؤ في سرعة تمدد الفضاء . أو ماهو معدل التباطؤ في التمدد الحاصل اليوم مقارنة ، لنقل ، بمعدل التباطؤ قبل بضع مليارات من السنين ؟
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well, is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate. But because gravitationally attracting matter is embedded in this space, it tends to slow down the expansion of the space, OK. So the expansion slows down with time. So, in the last century, OK, people debated about whether this expansion of space would continue forever; whether it would slow down, you know, will be slowing down, but continue forever; slow down and stop, asymptotically stop; or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again. So a little over a decade ago, two groups of physicists and astronomers set out to measure the rate at which the expansion of space was slowing down, OK. By how much less is it expanding today, compared to, say, a couple of billion years ago?
الإجابة المروعة لهذا السؤال ، نعم ، من تلك التجارب ، هي أن الفضاء في معدل تمدد أكبر اليوم ، من قبل بضع مليارات من السنين . لذا فإن الحقيقة هي أن الفضاء في تمدد بسرعة أكبر. وهذه كانت مفاجأة كبرى. لم يكن هناك من نظرية أو فرضية مقنعة لتفسير ذلك ، حسنا. ولم يكن أحد ليتوقع تلك النتيجة. بل كانت عكس كل التوقعات. لذلك فنحن بحاجة إلى شيء يفسر كل ذلك. والان تبين ، بالمسائل الرياضية ، أنه بإمكاننا حسابها كمتغير للطاقة. ولكنها نوع مختلف جدا من الطاقة بل عن أي شيء رأيناه من قبل. نسميها الطاقة المظلمة ، ولديها ذلك التأثير المسبب لتمدد الفضاء. ولكن ليس لدينا سبب جيد لوضعها هناك في هذه اللحظة ، نعم. إذ أنه ليس لدينا تفسير مقنع لوضعها هناك.
The startling answer to this question, OK, from these experiments, was that space is expanding at a faster rate today than it was a few billion years ago, OK. So the expansion of space is actually speeding up. This was a completely surprising result. There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK. No one was predicting ahead of time this is what's going to be found. It was the opposite of what was expected. So we need something to be able to explain that. Now it turns out, in the mathematics, you can put it in as a term that's an energy, but it's a completely different type of energy from anything we've ever seen before. We call it dark energy, and it has this effect of causing space to expand. But we don't have a good motivation for putting it in there at this point, OK. So it's really unexplained as to why we need to put it in.
الان ، في هذه المرحلة ، أريد التأكيد لكم أولا ، أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة شيئان مختلفان تماما ، نعم. هناك بالفعل لغزين بخصوص المواد التي يتكون منها الكون ، ولكل منهما تأثير مختلف جدا. المادة المظلمة ، بسبب تأثير قواها الجاذبية فهي تساعد على بناء التجمعات ، حسنا. لذلك فإنها تساعد على بناء تجمعات للمجرات ، بسبب كل تلك القوى من الجاذبية. أما الطاقة المظلمة ، من جهة أخرى ، فهي تسبب في خلق الكثير من المساحات بين المجرات. وبالتالي تجعل -- قوى التجاذب بينها -- أقل ، ولذلك فهي تقاوم بناء التجمعات. إذا عندما ننظر إلى تجمعات المجرات ، وكيف أن -- كثافتها العددية ، ونسبة ازدياد الكثافة مع مرور الوقت -- نستطيع معرفة كيف أن المادة المظلمة والطاقة المظلمة يتنافسون فيما بينهم في تكوين بنية التجمعات المجرية.
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you, is that, first of all, dark matter and dark energy are completely different things, OK. There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe, and they have very different effects. Dark matter, because it gravitationally attracts, it tends to encourage the growth of structure, OK. So clusters of galaxies will tend to form, because of all this gravitational attraction. Dark energy, on the other hand, is putting more and more space between the galaxies, makes it, the gravitational attraction between them decrease, and so it impedes the growth of structure. So by looking at things like clusters of galaxies, and how they -- their number density, how many there are as a function of time -- we can learn about how dark matter and dark energy compete against each other in structure forming.
وبالمقارنة مع المادة المظلمة ، قلت لكم أنه ليس لدينا ، كما تعرفون ، أي فرضية مقنعة بالنسبة للطاقة المظلمة. ولكن هل لدينا فرضية مقنعة للمادة المظلمة ؟ والإجابة هي : نعم. لدينا مرشح "مدعوم" للمادة المظلمة. والان ، ماذا أعني عندما أقول "مدعوم" ؟ أعني أننا نملك نظريات رياضية متسقة والتي كانت في الحقيقة لتفسير ظواهر مختلفة جدا ، أشياء لم أتحدث عنها أصلا ، ولكنها جميعا تتوقع وجود مادة جديدة ولا تترك أثرا.
In terms of dark matter, I said that we don't have any, you know, really persuasive argument for dark energy. Do we have anything for dark matter? And the answer is yes. We have well-motivated candidates for the dark matter. Now, what do I mean by well motivated? I mean that we have mathematically consistent theories that were actually introduced to explain a completely different phenomenon, OK, things that I haven't even talked about, that each predict the existence of a very weakly interacting, new particle.
وهذا مانبحث عنه بالضبط في الفيزياء: عندما تأتي توقعات من نظرية رياضية متماسكة والتي طورت في الأصل لشيء مختلف جدا. ولكننا لا نعلم حتى الان ما إذا كانت تلك هي فعليا المادة المظلمة المرشحة. أحدهما أو كلاهما ، من يعرف ؟ وقد تكون شيئا مختلفا كليا. الان ، نحن نبحث عن جسيمات تلك المادة المظلمة لأنها في النهاية ، متواجدة هنا في القاعة ، نعم ، وهي لم تدخل عبر الباب. لأنها تعبر من خلال الأشياء. بإمكانها العبور من خلال المبنى ، من خلال الكرة الأرضية؛ ليس لها أي أثر.
So, this is exactly what you want in physics: where a prediction comes out of a mathematically consistent theory that was actually developed for something else. But we don't know if either of those are actually the dark matter candidate, OK. One or both, who knows? Or it could be something completely different. Now, we look for these dark matter particles because, after all, they are here in the room, OK, and they didn't come in the door. They just pass through anything. They can come through the building, through the Earth -- they're so non-interacting.
لذلك فإن إحدى الطرق للبحث عنها هي عبر بناء جهاز كاشف حساس جدا لجسيمات المادة المظلمة العابرة ويصطدم بها و ستدق البلورة حينها إذا حدث ذلك. لذلك فإن أحد زملائي القريبين وبعض من المتعاونين معه بنوا ذلك الجهاز. ووضعوه عميقا في الأسفل في منجم حديدي في مينيسوتا ، حسنا ؟ -- عميقا جدا تحت الأرض -- في الحقيقة ، في اليومين الأخيرين أعلنوا أكثر النتائج أهمية حتى الان. لم يروا شيئا ، نعم ، ولكنها بينت حدود كمية الكتلة و مقياس تفاعل جسيمات تلك المادة المظلمة. وسيكون هناك منظار فلكي فضائي لاحقا هذه السنة. وسيتم توجيهه باتجاه وسط المجرة ، لمعرفة ما إذا كانت جسيمات المادة المظلمة ستخفي أو تنتج أشعة جاما والتي من الممكن كشفها بواسطة ذلك المنظار. ومسارع الجسيمات الفيزيائية LHC ، والذي سيعمل لاحقا في هذه السنة. من المحتمل أن ينتج جسيمات المادة المظلمة بداخل المسارع.
So one way to look for them is to build detectors that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it. So a crystal that will ring if that happens. So one of my colleagues up the road and his collaborators have built such a detector. And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota, OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days announced the most sensitive results so far. They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass and the interaction strength of these dark matter particles are. There's going to be a satellite telescope launched later this year and it will look towards the middle of the galaxy, to see if we can see dark matter particles annihilating and producing gamma rays that could be detected with this. The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator, that we'll be turning on later this year. It is possible that dark matter particles might be produced at the Large Hadron Collider.
ولكن لأن تلك الجسيمات لا تترك أثرا ، فإنه لا يمكن كشفها ، ولكن الدليل على وجودها سيكون فقدان بعض من الطاقة ، حسنا. والان ولسوء الحظ ، فهناك الكثير من الأسباب الفيزيائية التي تسبب فقدان جزء من الطاقة ، وسيكون من الصعب تحديد الفرق. وأخيرا ، وللمحاولات المستقبلية ، يتم تصميم منظار خاص للإجابة على الأسئلة عن المادة المظلمة والطاقة المظلمة: منظار فلكي أرضي. وهناك ثلاثة مناظير فلكية فضائية والتي تتنافس فيما بينها الان للإنطلاق إلى الفضاء لدراسة المادة المظلمة والطاقة المظلمة. لذا فالأسئلة المهمة هي : ماهي المادة المظلمة ؟ وماهي الطاقة المظلمة ؟ وهي الأسئلة الأهم التي تواجه علم الفيزياء. وإنني متأكدة تماما أنكم تملكون الان الكثير من الأسئلة. والتي أتطلع للإجابة عليها خلال الـ 72 ساعة القادمة أثناء تواجدي هنا ، نعم. شكرا لكم. (تصفيق)
Now, because they are so non-interactive, they will actually escape the detector, so their signature will be missing energy, OK. Now, unfortunately, there is a lot of new physics whose signature could be missing energy, so it will be hard to tell the difference. And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed specifically to address the questions of dark matter and dark energy -- ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes that are in competition right now to be launched to investigate dark matter and dark energy. So in terms of the big questions: what is dark matter? What is dark energy? The big questions facing physics. And I'm sure you have lots of questions, which I very much look forward to addressing over the next 72 hours, while I'm here. Thank you. (Applause)