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.
כפיזיקאית חלקיקים אני חוקרת את החלקיקים האלמנטריים ואת הדרך בה הם מגיבים זה עם זה ברמה הבסיסית ביותר. במשך רוב הקרירה המחקרית שלי השתמשתי במאיצי חלקיקים כמו מאיץ האלקטרונים שבאוניברסיטת סטאנפורד, שנמצאת במעלה הכביש לחקירת דברים בקנה המידה הקטן ביותר אך לאחרונה הפנתי את תשומת ליבי ליקום בקנה המידה הגדול ביותר. בגלל, כפי שאסביר לכם, השאלות על הקטן ביותר ועל הגדול ביותר קשורות מאוד לכן אני הולכת לתאר לכם את מבטנו על היקום במאה ה-21 ממה הוא מורכב ומה הן השאלות הגדולות במדעים הפיזיקאליים – לפחות חלק מהשאלות הגדולות.
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.
ובכן, לאחרונה הבנו שהחומר הרגיל ביקום וב"רגיל" אני מתכוונת לך, לי, כוכבי-לכת, כוכבים, הגלקסיות -- החומר הרגיל מרכיב רק כמה אחוזים מתכולת היקום כמעט רבע, או בערך רבע מהחומר ביקום, הוא בלתי נראה. כשאני אומרת "בלתי נראה" אני מתכוונת לכך שהוא לא סופג קרינה אלקטרומגנטית לא פולט קרינה אלקטרומגנטית, לא מחזיר, לא מגיב עם הספקטרום האלקטרומגנטי, שבו אנחנו משתמשים לגלות דברים. זה לא מגיב בכלל. אז איך אנחנו יודעים שזה שם? אנחנו יודעים שזה שם לפי התוצא הכבידתי שלו. למעשה, החומר האפל הזה שולט בתופעות הכבידה ביקום בקנה מידה גדול, ואני אסביר את הראיות לכך.
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.
מה בקשר לשאר העוגה? שאר העוגה הוא משהו מסתורי מאוד שנקרא אנרגיה אפלה. עוד על כך בהמשך. בואו נראה את הראיות למציאות חומר אפל. בגלקסיות כאלה, בעיקר בגלקסיות הספיראליות כמו זו, רוב המסה של הכוכבים מרוכזת במרכז הגלקסיה המסה הענקית הזו של כל הכוכבים האלה שומרת כוכבים בתנועה סיבובית בגלקסיה כך שיש לנו את הכוכבים האלה נעים בסיבוב ככה. כמו שאתם יכולים לדמין, גם אם אתם לא יודעים פיזיקה – זה צריך להיות אינטואיטיבי,כן – הכוכבים שקרובים יותר למסה במרכז יסתובבו במהירות גבוהה יותר מאלו שיותר רחוקים שם.
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.
אז הינו מצפים לכך שאם נמדוד את המהירות הסיבובית של הכוכבים הם צריכים להיות איטיים יותר בקצוות מאשר במרכז במילים אחרות, אם נמדוד את המהירות כפונקציה של מרחק -- וזו הפעם היחידה שאני אראה גרף --- הינו מצפים שהוא ירד למטה ככל שגדל המרחק ממרכז הגלקסיה כאשר המדידות האלו מבוצעות במקם זאת, אנחנו מוצאים שהמהירות בערך קבועה, כפונקציה של המרחק. אם היא קבועה, זה אומר שהכוכבים כאן בחוץ מרגישים משיכה כבידתית של חומר שאנחנו לא רואים למעשה, הגלקסיה הזו, וכל גלקסיה אחרת נראות כאילו הן משובצות בתוך ענן של החומר הבלתי-נראה האפל הזה ענן החומר הזה הרבה יותר כדורי מהגלקסיות עצמן והוא מתפשט לטווח גדול יותר מהגלקסיות. אז, אנחנו רואים את הגלקסיות ומתמקדים בהן, אבל בעצם הענן של החומר האפל הוא ששולט במבנה ובתנועה של הגלקסיה הזו.
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.
הגלקסיות עצמן לא מפוזרות באופן אקראי בחלל הן נוטות ליצור צבירים וזו דוגמא לאחד הצבירים המפורסמים ביותר, "צביר קומה" יש אלפי גלקסיות בצביר הן הדברים הלבנים, המטושטשים האלפטיים כאן אז אם ניקח תמונה של צביר גלקסיה עכשיו וניקח תמונה בעוד עשור -- הוא יראה זהה אבל הגלקסיות האלה באמת נעות במהירות מאוד גבוהה הן נעות בתוך באר הכבידה הפוטנציאלית של הצביר. אז כל הגלקסיות האלה נעות. אנחנו יכולים למדוד את המהירות של הגלקסיות האלה, את המהירות הסיבובית שלהן. ולחשב כמה מסה יש בצביר
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.
ושוב, מה שאנחנו מוצאים זה שיש שם הרבה יותר מסה ממה שאפשר להסביר על ידי הגלקסיות שאנחנו רואים. או, אם נסתכל בחלק אחר של הספקטרום האלקטרומגנטי נראה שיש הרבה גז בצביר, גם כן. אבל זה עדיין לא מסביר את המסה . למעשה, נראה שיש בערך פי עשר יותר מסה פה בצורה של החומר האפל, הבלתי-נראה מאשר בצורה של חומר רגיל. זה יהיה נחמד אם נוכל לראות את החומר האפל הזה בצורה יותר ישירה אני רק מוסיפה את הענן הכחול הגדול הזה פה, לנסות להזכיר לכם שזה שם. האם אנחנו יכולים לראות אותו בצורה יותר ישירה? כן, אנחנו יכולים
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.
ובואו נראה איך אנחנו יכולים לעשות את זה. אז הנה הצופה זה יכול להיות עין, זה יכול להיות טלסקופ ונניח שיש גלקסיה שם ביקום איך אנחנו רואים את הגלקסיה הזו? קרן אור יוצאת מהגלקסיה , נעה דרך היקום, למשך , אולי, מליוני שנים לפני שהיא פוגעת בטלסקופ או בעין שלכם עכשיו, איך אנחנו מסיקים איפה הגלקסיה נמצאת? ובכן, אנחנו מסיקים את זה לפי הכיוון שבה הקרן נעה כאשר היא פוגעת בעין שלנו, נכון? בואו נגיד, שקרן האור באה מהכיון הזה הגלקסיה חייבת להיות כאן, בסדר. עכשיו, נניח שאשים באמצע צביר גלקסיות -- ולא לשכוח את החומר האפל. עכשיו נחשוב על קרן אור אחרת, אחת שנעה ככה עכשיו אנחנו צריכים לקחת בחשבון מה שאיינשטיין חזה בפיתוח היחסות הכללית וזה ששדה כבידה, הנוצר בעקבות מסה, יסיט לא רק מסלול של חלקיקים, אלא יסיט גם את האור עצמו.
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.
לכן קרן האור הזו לא תמשיך בקו ישר אלא תתעקם ותסיים את מסלולה בעין שלנו. איפה הצופה הזה יראה את הגלקסיה? אתם יכולים לענות. למעלה, נכון? אנחנו ממשיכים אחורה את כיוון הקרן ואומרים שהגלקסיה נמצאת כאן למעלה. האם יש עוד קרני אור שיכולים להגיע לעין הצופה מהגלקסיה הזו? כן, מעולה. אני רואה אנשים עושים ככה. אכן קרן אור יכולה לנוע למטה, ולהתעקם למעלה לתוך עין הצופה. והצופה יראה את קרן האור שם.
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.
עכשיו, קחו בחשבון את העובדה שאנחנו חיים ביקום תלת-מימדי, החלל תלת-מימדי. האם יש עוד קרני אור שיכולים להגיע לעין? כן! הקרנים ייצרו -- אני רוצה לראות -- כן, חרוט. אז יש המון קרני אור -- קרני אור על חרוט -- שכולן תתעקמנה סביב צביר הגלקסיות וכולן יגיעו לעין של הצופה. אם יש חרוט של אור שמגיע לעין שלי, מה אני אראה? מעגל, טבעת. זה נקרא "טבעת אינשטיין" -- אינשטיין חזה את התופעה. עכשיו, זו תהיה טבעת מושלמת אם המקור, הגורם המעוות, וכדור העין, במקרה הזה, כולם על קו ישר אחד. אם הקו לא ישר לגמרי, נראה תמונה שונה.
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.
עכשיו, אתם יכולים לעשות ניסוי הערב, בקבלת הפנים, להבין מה נראה כי מתברר שיש עדשה שנוכל לייצר שיש לה את הצורה הנכונה לייצור סוג כזה של אפקט אנחנו קוראים לזה "עידוש כבידתי" וכך, זה המכשיר המדעי, בסדר. (צחוק) אבל תתעלמו מהחלק העליון. זה הבסיס בו אני רוצה שתתרכזו, בסדר. אז , בבית, בכל פעם שאנחנו שוברים כוס יין אני שומרת את התחתית, לוקחת אותה לסדנא משייפים אותה, ויש לי עדשה כבידתית קטנה. יש לזה את הצורה הנכונה ליצירת העידוש. והדבר הבא שאתם צריכים לעשות בניסוי הזה זה לקחת מפית. אני לקחתי פיסת נייר משובץ, אני פיזיקאית. (צחוק) אז, מפית. לצייר מודל קטן של גלקסיה במרכז ועכשיו לשים את העדשה על הגלקסיה. ומה שתגלו זה שתראו טבעת , טבעת אינשטיין ועכשיו, הזיזו את הבסיס מעט הצידה, והטבעת תתפצל לקשתות. אתם יכולים לעשות זאת עם כל תמונה. על הנייר המשובץ אתם יכולים לראות איך כל הקוים המשובצים מופרעים ושוב, זה סוג של מודל די מדויק למה שמתרחש בעידוש כבידתי
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.
בסדר, אז השאלה היא: האם אנחנו רואים את זה בשמים? האם אנחנו רואים קשתות בשמים כאשר אנחנו מסתכלים, נאמר, בצביר גלקסיות? והתשובה היא: כן. והנה, תמונה מטלסקופ החלל "האבל" הרבה מהתמונות שאתם רואים מקורן בטלסקופ החלל האבל. ובכן, דבר ראשון, הגלקסיות הזהובות אלו הן הגלקסיות בצביר הן אלו שמשובצות בים החומר האפל שגורם לעיקום האור ליצירת האשליה האופטית הזו, או חזיון תעתועים, בעצם, של הגלקסיות שברקע כך שכל הקוים המרוחים האלו שאתם רואים, כל המריחות הן בעצם תמונות מעוותות של גלקסיות שנמצאות הרבה יותר רחוק, מעבר
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.
ואז מה שאנחנו יכולים לעשות, בהסתמך על כמה עיוותים אנחנו רואים בתמונות האלה, אנחנו יכולים לחשב כמה מסה חייבת להיות בצביר הזה. וזו כמות עצומה של מסה. בנוסף, אתם יכולים להגיד על ידי התבוננות בתמונה שהקשתות האלה לא מרוכזות על גלקסיות מסוימות הן מרוכזות על מבנים יותר מפוזרים וזה הוא החומר האפל שבו הצביר משובץ. אז זה הכי קרוב שאפשר להגיע לאיזשהו סוג של ראייה של לפחות ההשפעה של החומר האפל , בעין בלתי מזוינת.
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.
אז, חזרה קצרה, לוודא שאתם עוקבים. הראיות שיש לנו שרבע מהיקום הוא חומר אפל -- הדבר שמפעיל משיכה כבידתית -- הן שגלקסיות, המהירות בה כוכבים מקיפים גלקסיות הרבה יותר מידי גדולה, הן חייבות להיות משובצות בחומר אפל. המהירות בה גלקסיות בתוך צבירים נעות גדולה מידי הצבירים חייבים להיות משובצים בחומר אפל. ואנחנו רואים את תוצא ה"עישוד הכבידתי" הזה, העיוותים האלו, שאומר, שוב, צבירים משובצים בחומר אפל.
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.
טוב. אז עכשיו בואו נפנה לאנרגיה אפלה. כדי להבין את הראיות לקיום אנרגיה אפלה, אנחנו צריכים לדבר על משהו שסטפן הוקינג הזכיר בשיחה קודמת, וזה העובדה שהחלל עצמו מתפשט אם נדמיין חלק מהיקום האינסופי שלנו, כן ושמתי בו ארבע גלקסיות ספיראליות ודמיינו שהוספנו סרטי מדידה, כך שכל קו שם מתאים לסרט מדידה אנכי או אופקי -- כדי למדוד איפה הדברים נמצאים. אם תוכלו לעשות את זה, מה שתמצאו זה שבכל יום שחולף, בכל שנה שעוברת, בכל מליון שנה שעוברים, בסדר המרחק בין הגלקסיות הולך וגדל וזה לא מכיוון שהגלקסיות נעות ומתרחקות אחת מהשניה דרך החלל הן לא בהכרח נעות דרך החלל הן נעות ומתרחקות אחת מהשניה מכיוון שהחלל עצמו נעשה גדול יותר, בסדר. ולכך מתכוונים כשמדברים על התרחבות היקום או החלל. אז הגלקסיות מתרחקות אחת מהשניה
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?
עכשיו, מה שסטפן הוקינג הזכיר אחרי המפץ הגדול, החלל התרחב בקצב מאוד גבוה. אך בגלל שהחומר, שגורם לכבידה נמצא בחלל הוא נוטה להאט את התרחבות החלל. בסדר לכן ההתרחבות מאיטה עם הזמן ולכן, במאה האחרונה, כן, אנשים התחילו להתווכח האם ההתרחבות הזו של החלל תימשך לנצח, האם היא תאט, אתם יודעים, תאט אבל תמשך לנצח, תאט ותעצור, עצירה אסימפטוטית או תאט, תעצור, ואז תתהפך, והיקום יתחיל להתכווץ שוב. אז קצת יותר מעשור אחורה שתי קבוצות של פיזיקאים ואסטרונומים ניסו למדוד את הקצב בו התפשטות היקום מאיטה, בסדר. בכמה פחות זה מתפשט היום, לעומת, נגיד, כמה מליארד שנים מוקדם יותר?
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.
התשובה המדהימה לשאלה זו, כן, מהניסויים האלה, היתה שהחלל מתפשט בקצב מהיר יותר היום, מאשר לפני כמה מליוני שנה, טוב. לכן ההתפשטות של החלל בעצם מאיצה. זו היתה תוצאה מפתיעה בהחלט. אין כל טיעון תיאורתי משכנע המסביר למה זה צריך לקרות, בסדר. אף אחד לא חזה, לפני הניסויים, שזה מה שיימצא זה ההפך ממה שהיה מצופה אז אנחנו צריכים משהו שיוכל להסביר את זה. עכשיו, מתברר, במתמטיקה שאפשר לשים את זה בתור אנרגיה אבל זה סוג אחר לגמרי של אנרגיה מכל דבר שראינו בעבר אנחנו קוראים לזה אנרגיה אפלה ויש לה את ההשפעה של לגרום לחלל להתפשט. אבל אין לנו מניע טוב לשים את זה שם בנקודה זו, טוב. ובעצם אין לנו הסבר בקשר לסיבה שבגינה אנחנו צריים לשים את זה במשוואה.
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.
עכשיו, בנקודה זו, לכן, מה שאני באמת רוצה להדגיש לכם, זה, שדבר ראשון, חומר אפל ואנרגיה אפלה הם דברים שונים לחלוטין, בסדר. יש שני דברים מסתוריים שם בחוץ שמרכיבים את רוב היקום ויש להם השפעה שונה לחלוטין חומר אפל, בעקבות המשיכה הכבידתית שלו נוטה לעודד גדילה של מבנים, בסדר. ולכן, צבירים של גלקסיות נוטים להיווצר בגלל כל המשיכה הכבידתית הזו אנרגיה אפלה, מצד שני מוסיפה יותר ויותר חלל בין הגלקסיות גורמת לזה -- למשיכה הכבידתית ביניהן -- לקטון. ולכן היא מעכבת גדילה של מבנים. ולכן בהתבוננות בדברים כמו צבירים של גלקסיות, ואיך הם -- מספרם, צפיפותם, כמה יש מהם כפונקציה של זמן -- אנחנו יכולים ללמוד איך חומר אפל ואנרגיה אפלה מתחרים אחד בשני ביצירת מבנים.
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.
במונחים של חומר אפל, אמרתי שאין לנו שום אתם יודעים, טיעון משכנע באמת להסברת אנרגיה אפלה. האם יש לנו משהו להסברת החומר האפל? והתשובה היא: כן יש לנו מועמד משכנע לחומר אפל. עכשיו, מה אני מתכוונת כשאני אומרת משכנע? אני מתכוונת שיש לנו תיאוריות עקביות באופן מתמטי שהוצגו, למען האמת, כדי להסביר תופעה אחרת לגמרי, בסדר. משהו שאפילו לא דיברתי עליו, שכולן מנבאות את קיומו של חלקיק חדש בעל אינטראקציות מאוד חלשות
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.
אז, זה בדיוק מה שאנחנו רוצים בפיזיקה: תחזית שיוצאת מתוך תיאוריה עקבית באופן מתמטי שבעצם פותחה עבור נושא אחר אבל אנחנו לא יודעים אם מישהו מאלה הוא באמת המועמד להיות החומר האפל, בסדר. אחד או שניהם, מי יודע? או שזה יכול להיות משהו שונה לגמרי עכשיו, אנחנו מחפשים את חלקיקי החומר האפל האלו בגלל שלאחר הכל, הם כאן בחדר, בסדר. והם לא באו דרך הדלת הם פשוט עברו דרך הכל הם יכולים לעבור דרך הבנין, דרך כדור הארץ הם כל כך חסרי-אינטראקציה
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.
כך שאחת הדרכים לחפש אחריהם היא לבנות גלאים מאוד רגישים לחלקיקי חומר אפל שעוברים דרכם ומתנגשים בהם כמו גביש שיצלצל כשזה קורה. כך שאחד מעמיתי במעלה הכביש, וקבוצתו בנו גלאי כזה והם התקינו אותו עמוק באדמה, במכרה ברזל במיניסוטה. כן? -- עמוק באדמה -- למעשה, בימים האחרונים הם הכריזו על התוצאות הכי רגישות עד כה הם לא ראו כלום. בסדר, אבל זה שם גבול עליון על המסה וחוזק האינטראציה שלחלקיקי החומר האפל האלה יש בהמשך השנה עומד להיות משוגר טלסקופ על לווין והוא יסתכל לכיוון מרכז הגלקסיה כדי לבדוק האם נוכל לראות חלקיקי חומר אפל מתאיינים ומפיקים קרינת גמא שיכולה להתגלות בעזרתו "מנגיש ההדרונים הגדול", מאיץ חלקיקים שיופעל מאוחר יותר בשנה זו זה אפשרי שחלקיקי חומר אפל ייוצרו במנגיש ההדרונים הגדול
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)
עכשיו, בגלל שהם כל כך חסרי-אינטראקציה הם בעצם יברחו מהגלאי כך שהסימן לנוכחותם יהיה אנרגיה חסרה, בסדר. עכשיו, לרוע מזלנו, יש הרבה דברים חדשים שהסימן לנוכחותם הוא אנרגיה חסרה. ולכן יהיה קשה להבדיל ולבסוף, כנסיונות עתידיים, ישנם טלסקופים שעוצבו במיוחד כדי לענות על השאלות של חומר אפל ואנרגיה אפלה: טלסקופים על הקרקע. ושלושה טלסקופים שיהיו בחלל מתמודדים כעת לשיגור לצורך חקירת חומר אפל ואנרגיה אפלה. אז, במונחים של השאלות הגדולות: מה הוא חומר אפל? מה היא אנרגיה אפלה? השאלות הגדולות העומדות בפני הפיזיקה. ואני בטוחה שיש לכם הרבה שאלות, שעליהן אני מצפה להתייחס במהלך 72 השעות הקרובות, כל עוד אני כאן. תודה (מחיאות כפים)