Jakožto částicová fyzička zkoumám elementární částice a jejich vzájemnou interakci na té úplně nejzákladnější úrovni. Po většinu své vědecké dráhy jsem využívala urychlovače, jako je například urychlovač elektronů na Stanfordově univerzitě kousek odsud, ke zkoumání věcí v tom nejmenším měřítku. V poslední době jsem se však začala věnovat vesmíru v tom největším měřítku. Jak vám totiž vysvětlím, věci v nejmenším a největším měřítku jsou velmi úzce provázány. Budu vám povídat o našem pohledu na vesmír v jednadvacátém století, o tom, čím je tvořen a o tom, jakým zásadním otázkám čelí fyzika -- alespoň o některých těchto zásadních otázkách.
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.
V poslední době jsme dospěli k tomu, že obyčejná hmota ve vesmíru -- a obyčejnou hmotou myslím vás, sebe, planety, hvězdy, galaxie -- obyčejná hmota představuje jen několik procent z celkového obsahu vesmíru. Téměř čtvrtina, nebo přibližně čtvrtina, hmoty ve vesmíru je neviditelná. Slovem neviditelná mám na mysli, že neabsorbuje elektromagnetické spektrum. V rámci elektromagnetického spektra nevyzařuje. Neodráží. Vůbec neinteraguje s elektromagnetickým spektrem, které používáme k detekci různých věcí. Nedochází k žádné interakci. Jak tedy víme, že existuje? Víme, že existuje, díky jejím gravitačním účinkům. Tato temná hmota je totiž převažující silou v gravitačních účincích ve vesmíru ve velkém měřítku, a já vám řeknu, jaké pro to máme důkazy.
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.
Čím je tvořen zbytek? Zbytek je tvořen velmi tajemnou entitou známou jako temná energie. O té si povíme více později. Nyní se věnujme důkazům o existenci temné hmoty. V těchhle galaxiích, zejména ve spirálních galaxiích jako je tahle, je většina hmoty hvězd soustředěna ve středu galaxie. Tahle obrovská hmota všech hvězd udržuje hvězdy v galaxii na kruhových oběžných drahách. Jsou tu tedy hvězdy, které se pohybují v takovýchhle kruzích. Jak si dokážete představit, i pokud se věnujete fyzice, tohle by mělo být intuitivní -- hvězdy, které jsou blíže hmotě uprostřed, budou obíhat větší rychlostí než ty, které jsou tady někde více stranou.
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.
Očekávali byste tedy, že když změříte oběžnou rychlost hvězd, měla by být pomalejší na okrajích než uvnitř. Jinými slovy, pokud bychom měřili rychlost jako funkci vzdálenosti -- a teď vám výjimečně jedinkrát ukážu graf -- očekávali bychom, že se bude snižovat spolu s tím, jak poroste vzdálenost od středu galaxie. Když tato měření provedeme, zjistíme naopak, že rychlost je v podstatě konstantní jakožto funkce vzdálenosti. Pokud je konstantní, znamená to, že ty hvězdy tady opodál jsou vystaveny gravitačním účinkům hmoty, kterou nevidíme. Tahle galaxie a vlastně všechny galaxie jsou zjevně zasazeny do oblaku této neviditelné temné hmoty. Ten oblak hmoty je mnohem kulovitější než galaxie jako taková, a zabírá mnohem větší prostor než galaxie. My tedy vidíme galaxii a soustředíme se na ni, ale ve skutečnosti je to oblak temné hmoty, který rozhodujícím způsobem určuje strukturu a dynamiku dané galaxie.
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.
Galaxie samotné nejsou náhodně rozesety v prostoru; mají sklon k tomu se kupit. Tohle je příklad velmi známé kupy, kupy Coma. V této kupě jsou tisíce galaxií. Jsou to tady ty bílé, rozmazané, eliptické objekty. Tyhle kupy galaxií -- můžeme je vyfotit teď, můžeme je vyfotit za deset let, a budou vypadat naprosto stejně. Ve skutečnosti se ale tyhle galaxie pohybují nesmírně vysokou rychlostí. Pohybují se uvnitř potenciálu gravitační studny téhle kupy. Všechny tyto galaxie se tedy pohybují. Můžeme změřit rychlost těchto galaxií, jejich oběžnou rychlost, a zjistit tak, kolik hmoty se nachází v téhle kupě.
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.
Znovu zjistíme, že je tam mnohem více hmoty, než kolik odpovídá galaxiím, které vidíme. Nebo, pokud se podíváme na další části elektromagnetického spektra, uvidíme, že v téhle kupě je také hodně plynu. Ani to však nevysvětluje existenci této hmoty. V zásadě to vypadá tak, že je tu asi desetkrát více hmoty v podobě neviditelné či temné hmoty než v podobě obyčejné hmoty. Bylo by užitečné, kdybychom se mohli podívat na temnou hmotu více zpříma. Dám sem tuhle velkou, modrou bublinu, aby vám připomínala, že tu temná hmota je. Umíme si ji lépe zviditelnit? Ano, umíme.
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.
Teď bych vám tedy chtěla ukázat, jak toho můžeme dosáhnout. Tady máme pozorovatele: může to být oko; může to být dalekohled. Dejme tomu, že ve vesmíru existuje nějaká galaxie. Jak tuhle galaxii můžeme spatřit? Galaxii opustí světelný paprsek, který letí vesmírným prostorem možná miliardy let před tím, než vstoupí do dalekohledu nebo do vašeho oka. Jak potom můžeme odvodit, kde se galaxie nachází? Můžeme to odvodit podle směru, ze kterého paprsek přichází, když vám vstupuje do oka. Řekněme například, že světelný paprsek přišel odsud, takže galaxie musí být tady. No, a teď dejme tomu, že dám doprostřed kupu galaxií -- a nezapomínejte přitom na temnou hmotu. Když si představíme jiný světelný paprsek, který letí takhle, musíme přitom vzít v úvahu to, co předvídal Einstein, když vymyslel obecnou teorii relativity. Tedy skutečnost, že gravitační pole, vzhledem k hmotě, odchýlí nejen dráhu letu částic, ale že odchýlí i samotné světlo.
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.
Tenhle světelný paprsek nepoletí tedy dál v přímce, ale ohne se a možná nakonec vstoupí do našeho oka. Kde potom spatří pozorovatel galaxii? Můžete odpovídat. Tady nahoře, že ano? Dedukujeme zpětně a řekneme, že se galaxie nachází tady nahoře. Existuje nějaký jiný světelný paprsek, který by se mohl z téhle galaxie dostat až do oka pozorovatele? Ano, výborně. Vidím, jak někteří ukazují takhle směrem dolů. Světelný paprsek tedy může směřovat dolů, ohnout se směrem vzhůru do oka pozorovatele a pozorovatel pak spatří světelný paprsek zde.
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.
Vezměte nyní v úvahu, že žijeme v trojrozměrném vesmíru, v trojrozměrném prostoru. Existují ještě jiné světelné paprsky, které by se takhle dostaly do oka? Ano! Paprsky by ležely - chtěla bych to vidět -- ano, na kuželu. Tady máme celý světelný paprsek -- světelné paprsky na kuželu -- všechny budou ohnuty onou kupou galaxií a vstoupí do pozorovatelova oka. Když mi do oka vstupuje světelný kužel, co přitom vidím? Kruh, prstenec. Říká se mu Einsteinův prstenec. Einstein toto předpověděl. Ten prstenec bude dokonalý pouze v případě, že jeho zdroj, prvek, který odráží, a v tomto případě oční bulva leží všechny v dokonalé přímce. Pokud by byly lehce vychýleny, výsledný obrázek by byl jiný.
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.
Můžete si dnes večer zaexperimentovat s příjmem obrazu, abyste si vyzkoušeli, jak by takový obrázek vypadal. Dokážeme totiž vyrobit určitý typ čočky, která má ten správný tvar k tomu, aby vytvořila tento efekt. Říkáme tomu gravitační čočkování. A tohle je tedy váš nástroj. (Smích). Ale té horní části si nevšímejte. Chci, abyste se soustředili na spodek. U nás doma, pokaždé, když rozbijeme skleničku na víno, tak si schovám spodek a vezmu ho do dílny. Tam ho obrousíme a mám z něj malou gravitační čočku. Má ten správný tvar k tomu, aby umožnila čočkování. Další věc, kterou musíte během svého pokusu udělat, je vzít papírový ubrousek. Já jsem sebrala kus čtverečkovaného papíru -- jsem fyzička. (Smích) Takže, ubrousek. Nakreslete uprostřed malou modelovou galaxii. A teď položte přes tu galaxii čočku, a zjistíte, že vidíte prstenec, Einsteinův prstenec. Teď posuňte spodek na stranu a prstenec se rozdělí jednotlivé oblouky. Můžete čočku položit na jakýkoliv obrázek. Na čtverečkovaném papíře můžete vidět, jak jsou všechny čáry překroucené. Znovu říkám, že tohle je poměrně přesná simulace toho, co se děje při gravitačním čočkování.
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.
Otázka tedy zní: uvidíme tohle na obloze? Uvidíme na obloze oblouky, když se podíváme, dejme tomu, na kupu galaxií? Odpověď zní ano. Tady máme snímek z Hubbleova vesmírného dalekohledu. Řada obrázků, které vidíte, pocházejí původně z Hubbleova vesmírného dalekohledu. Zaprvé tady máme ty zlatavé tvarované galaxie -- to jsou galaxie nacházející se v kupě. Jsou to ty, které jsou zasazeny do moře temné hmoty a způsobují ohýbání světla, které vytváří ty optické klamy, či v podstatě přeludy, galaxií v pozadí. Takže ty proužky, které vidíte, všechny ty proužky, jsou ve skutečnosti pokřivené obrázky galaxií, které se nacházejí mnohem dále.
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.
Můžeme tedy na základě toho, jak velké zakřivení v těchto obrázcích vypozorujeme, spočítat, kolik hmoty se musí nacházet v dané kupě. A je to skutečně ohromný objem hmoty. Můžete také od oka říct, když se na to díváte, že ty oblouky nejsou soustředěny na jednotlivé galaxie. Jsou soustředěny na nějakou šíře rozprostřenou entitu, a tou je temná hmota, do níž je kupa zasazena. Tímto způsobem se tedy nejvíce přiblížíte tomu, abyste spatřili pouhým okem alespoň účinky temné hmoty.
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.
Takže, teď rychle zopakování, jestli mě zvládáte sledovat. Důkaz, který máme pro tvrzení, že čtvrtinu vesmíru tvoří temná hmota -- tato gravitačně přitažlivá látka -- je skutečnost, že galaxie, rychlost, kterou hvězdy obíhají galaxie, je až příliš vysoká; musí být tedy zasazeny do temné hmoty. Rychlost, jakou obíhají galaxie v kupách, je až příliš vysoká; musí být tedy zasazeny do temné hmoty. A my vidíme účinky gravitačního čočkování, ta pokřivení, která rovněž dokazují, že kupy jsou zasazeny do temné hmoty.
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.
Tak. Teď se podívejme na temnou energii. Abychom porozuměli důkazům o existenci temné energie, musíme probrat něco, o čem hovořil Stephen Hawking při předešlé přednášce. Je to skutečnost, že vesmír jako takový se rozpíná. Pokud si tedy představíme část našeho nekonečného vesmíru -- označila jsem tedy čtyři spirální galaxie -- a představíme si, že sem položíme několik skládacích metrů, tak každá přímka tady odpovídá skládacímu metru, vodorovnému či svislému, a slouží k změření toho, kde se jednotlivé věci nacházejí. Kdyby tohle bylo ve vaší moci, zjistili byste, že s každým uplynulým dnem, každým uplynulým rokem, každou uplynulou miliardou let, se vzdálenost mezi galaxiemi zvětšuje. A není to proto, že se galaxie pohybují pryč od sebe navzájem napříč vesmírem. Ne vždy se pohybují napříč vesmírem. Vzdalují se od sebe navzájem, protože vesmír jako takový se zvětšuje. Takový je význam rozpínání vesmíru, rozpínání prostoru. Vzdalují se tedy od sebe.
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.
Stephen Hawking rovněž zmiňoval, že po velkém třesku se vesmír rozpínal velice rychlým tempem. Jelikož je však do vesmírného prostoru zasazena gravitačně přitažlivá hmota, má sklon k tomu rozpínání vesmíru zpomalovat. Proces rozpínání se tak s ubíhajícím časem zpomaluje. V minulém století byla vedena debata o tom, jestli rozpínání vesmíru bude pokračovat navěky; nebo jestli se zpomalí, bude se nějak zpomalovat, ale bude pokračovat navěky; nebo se zpomalí a zastaví, asymptoticky zastaví; nebo se zpomalí, zastaví, a pak se obrátí, takže se vesmír začne znovu smršťovat. Před o něco více jak deseti lety dvě skupiny fyziků a astronomů začaly měřit tempo, jakým se zpomaluje rozpínání vesmíru. O kolik méně se rozpíná dnes, ve srovnání, řekněme, se situací před miliardou let?
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?
Překvapivá odpověď na tuto otázku, kterou přinesly zmíněné pokusy, byla, že se dnes vesmír rozpíná rychlejším tempem, než tomu bylo před několika miliardami let. Rozpínání vesmíru se tedy ve skutečnosti zrychluje. To byl naprosto překvapivý výsledek. Neexistuje žádný přesvědčivý teoretický argument, který by tento jev vysvětloval. Nikdo předem nepředpověděl, k jakým výsledkům se dospěje. Byly opačné, než se očekávalo. Potřebujeme tedy něco, co by nám pomohlo najít vysvětlení. V matematické rovině s tím můžete pracovat jako s členem, který představuje energii, ale je to zcela odlišný druh energie, jiný než všechno, co jsme dosud poznali. Říkáme mu temná energie a právě tato energie způsobuje, že se vesmír rozpíná. Nemáme ale přesvědčivý důvod pro to, abychom s tímto členem v tuhle chvíli pracovali. Chybí nám tedy vysvětlení, proč bychom s ním měli vůbec pracovat.
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.
V tuto chvíli bych proto chtěla hlavně zdůraznit, že, v prvé řadě, temná hmota a temná energie jsou dvě naprosto odlišné věci. Existují vlastně dvě záhady spojené s tím, čím je tvořena většina vesmíru, a mají velice rozdílné účinky. Temná hmota, protože je gravitačně přitažlivá, má sklon napomáhat vytváření struktur. Kupy galaxií se proto vytvářejí díky této gravitační přitažlivosti. Temná energie naopak vsunuje mezi galaxie více a více prostoru, způsobuje, že gravitační přitažlivost mezi nimi se snižuje, a ztěžuje tak vytváření struktur. Když se tedy podíváme na objekty jako jsou kupy galaxií, a na to jak -- na jejich početní hustotu, když hodnotíme jejich počet jako funkci času -- můžeme se poučit o tom, jak temná hmota a temná energie působí vzájemně protichůdně při formování struktur.
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.
Ještě k temné hmotě; jak jsem již řekla, nemáme žádný opravdu přesvědčivý důkaz pro existenci temné energie. Máme k dispozici něco podobného pro temnou hmotu? Ano. Máme tu dobře motivované kandidáty na to být temnou hmotou. Co myslím tím slovním spojením dobře motivované? Myslím tím, že máme matematicky konsistentní teorie, které byly vlastně zformulovány, aby vysvětlily zcela jiný úkaz, věci, o kterých jsem ani nehovořila, které předpovídají existenci velmi slabě interagující, nové částice.
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.
Je to přesně příklad toho, co chcete ve fyzice vidět: předpoklad vycházející z matematicky konsistentní teorie, která byla vlastně zformulována za jiným účelem. Nevíme však, jestli je některý z nich opravdu kandidátem na to být temnou hmotou. Jeden nebo oba, kdo ví? Nebo to může být něco úplně jiného. V každém případě hledáme částice temné hmoty, protože ty jsou nakonec i tady v sále, a dveřmi sem nepřišly. Projdou jednoduše čímkoliv. Dokáží projít budovou, Zemí -- jsou naprosto neinteragující.
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.
Jedna možnost, jak po nich pátrat, je zkonstruovat detektory, které jsou extrémně citlivé na průchod a nárazy částice temné hmoty. Krystal, který zacinká, když se něco takového stane. Jeden můj kolega, který pracuje kousek odsud, a jeho spolupracovníci takový detektor zkonstruovali. A umístili jej hluboko do železného dolu v Minnesotě, hluboko pod zem, a právě v několika uplynulých dnech zveřejnili dosud nejzásadnější dosažené výsledky. Nic neviděli, ale zjistili, jaké jsou limitní hodnoty hmoty a interakční síly těchto částic temné hmoty. Ještě tento rok bude vypuštěn satelitní dalekohled, který bude obrácen směrem ke středu galaxie, a ukáže nám, zda je možné pozorovat anihilaci částic temné hmoty a vznik gama paprsků, které by touto cestou mohly být zaznamenány. Je tu LHC, urychlovač pro částicovou fyziku, který v průběhu roku uvedeme do provozu Je možné, že právě na LHC budou vznikat částice temné hmoty.
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.
Protože jsou tak silně neinteragující, nebudou zachyceny detektorem, ale bude je poznat podle chybějící energie. Bohužel existuje hodně nových fyzikálních jevů, které se dají poznat podle chybějící energie, takže to bude těžké odlišit. A nakonec, co se týče budoucích projektů, jsou vyvíjeny dalekohledy, které jsou určeny speciálně ke zkoumání temné hmoty a temné energie -- pozemní dalekohledy, a rovněž tři dalekohledy umístěné ve vesmíru, které si nyní konkurují v přípravách na vypuštění s cílem zkoumat temnou hmotu a temnou energii. Co se tedy týká zásadních otázek: co je to temná hmota? Co je to temná energie? To jsou zásadní otázky, které stojí před fyzikou. Jsem si jistá, že máte hodně dotazů, na jejichž zodpovězení se nesmírně těším během příštích 72 hodin, co tady budu. Děkuji vám. (Potlesk)
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)