Patricia Burchat: Shedding light on dark matter

پاتریشیا بورخات ماده تاریک را برای ما روشن می کند

Translator: Ali Moeeny Reviewer: Hasan Moeeni

As a particle physicist, I study the elementary particles

من به عنوان یک فیزیکدان ذرات، روی ذرات بنیادی و

and how they interact on the most fundamental level.

تعامل آن ها در بنیادی ترین سطح پژوهش می کنم.

For most of my research career, I've been using accelerators,

بیشتر عمر علمی من صرف کار با شتابدهنده ها شده است،

such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,

مثلا شتابدهنده الکترون ها در دانشگاه استنفورد که بالای همین جاده است،

to study things on the smallest scale.

پژوهش های من روی کوچکترین اجزای این دنیا متمرکز بوده است.

But more recently, I've been turning my attention

اما اخیرا من توجه کارهای پژوهشی ام را

to the universe on the largest scale.

به سمت بزرگترین چیزهایی که در این دنیا وجود دارد تغییر داده ام.

Because, as I'll explain to you,

چرا که، همینطور که برای شما توضیح خواهم داد،

the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.

سوالهایی که در مورد کوچکترین سطح و بزرگترین سطح مطرح است خیلی به هم مرتبط هستند.

So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,

من می خواهم برای شما از تصوری که ما در قرن بیست و یکم از جهان داریم صحبت بکنم.

what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --

اینکه جهان از چه چیز ساخته شده است و اینکه سوالات اساسی فیزیک کدام هستند.

at least some of the big questions.

لااقل به بعضی از سوالهای مهم اشاره خواهم کرد.

So, recently, we have realized

اخیرا ما متوجه شده ایم که

that the ordinary matter in the universe --

ماده معمولی در جهان،

and by ordinary matter, I mean you, me,

منظورم از ماده معمولی شما و من است،

the planets, the stars, the galaxies --

و سیاره ها، ستاره ها و کهکشانها،

the ordinary matter makes up only a few percent

این ماده معمولی درصد کمی از کل

of the content of the universe.

محتوای جهان را تشکیل می دهد.

Almost a quarter, or approximately a quarter

ولی نزدیک به یک چهارم

of the matter in the universe, is stuff that's invisible.

از کل محتوی دنیا را ماده ای که غیر قابل مشاهده است، تشکیل می دهد.

By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.

منظورم از غیر قابل مشاهده این است که امواج الکترومغناطیسی را جذب نمی کند،

It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.

امواج الکترومغناطیسی ساتع نمی کند. امواج الکترومغناطیسی را منعکس نمی کند.

It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,

هیچ تعاملی با گستره امواج الکترومغناطیسی ندارند،

which is what we use to detect things.

گستره امواج الکترمغتاطیسی ابزارهای ما برای تشخیص اشیاء هستند.

It doesn't interact at all. So how do we know it's there?

مطلقا هیچ تعاملی بین ماده تاریک و این امواج وجود ندارد. پس ما اصلا چطور از وجود این ماده تاریک خبر داریم؟

We know it's there by its gravitational effects.

ما از طریق تاثیرات جاذبه ای ماده تاریک است که می دانیم ماده تاریک وجود دارد.

In fact, this dark matter dominates

در واقع ماده تاریک بر نیروهای جاذبه ای

the gravitational effects in the universe on a large scale,

حاکم بر ابعاد بزرگ دنیا موثر است.

and I'll be telling you about the evidence for that.

من شواهد این ادعا را به شما نشان خواهم داد.

What about the rest of the pie?

خوب ۷۵ درصد باقیمانده این نمودار از چه تشکیل شده است؟

The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.

بقیه این نمودار یک چیز خیلی رمز آلود است که ما به آن انرژی تاریک می گوییم.

More about that later, OK.

بعدا بیشتر در این مورد صحبت خواهیم کرد.

So for now, let's turn to the evidence for dark matter.

خوب الان بیایید در مورد شواهد مربوط به ماده تاریک صحبت بکنیم.

In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,

در این کهکشانها مخصوصا در کهکشانهای مارپیچی شبیه به این،

most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.

بیشتر جرم ستاره ها در مرکز کهکشان متمرکز شده است.

This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.

جرم بسیار زیاد این ستاره ها باعث می شود که سایر ستاره های کهکشان هم در مدارهای دایره ای به دور مرکز کهکشان در چرخش باشند.

So we have these stars going around in circles like this.

خوب، پس ما ستاره هایی داریم که در مدارهای دایره ای به این شکل در حال چرخش هستند.

As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --

همینطور که می توانید تصور بکنید - حتی اگر فیزیک هم ندانید - می توانید این را تصور بکنید که

that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed

ستاره هایی که نزدیک تر به این جرم بزرگ مرکزی هستند باید سریع تر از

than those that are further out here, OK.

ستاره هایی که از مرکز دورتر هستند بچرخند.

So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,

پس انتظار داریم که اگر ما سرعت چرخش این ستاره ها را اندازه بگیریم

that they should be slower on the edges than on the inside.

باید در حاشیه کهکشان سرعتشان کمتر از داخل خود کهکشان باشد.

In other words, if we measured speed as a function of distance --

به بیان دیگر اگر ما سرعت ستاره ها را بر اساس فاصله آنها از مرکز کهکشهان اندازه گیری و رسم بکنیم

this is the only time I'm going to show a graph, OK --

-- این آخرین باری است که من یک نمودار نشان می دهم --

we would expect that it goes down as the distance increases

ما انتظار داریم که با افزایش فاصله از مرکز کهکشان

from the center of the galaxy.

سرعت چرخش ستاره ها کاهش پیدا کند.

When those measurements are made,

اما وقتی این اندازه گیری ها انجام شد

instead what we find is that the speed is basically constant,

بر خلاف انتظار ما متوجه شدیم که سرعت چرخش اینها ثابت است.

as a function of distance.

یعنی وابسته به فاصله از مرکز نیست.

If it's constant, that means that the stars out here

اگر سرعت ثابت باشد، یعنی به ستاره هایی که در بیرون قرار دارند

are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.

از طرف جرمی که ما آن را نمی بینیم و از وجودش خبر نداریم، نیروی جاذبه وارد می شود.

In fact, this galaxy and every other galaxy

در واقع به نظر می رسد که این کهکشان و همه کهکشانهای دیگر

appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.

در ابری از ماده تاریک (که ما آن را نمی بینیم و قبلا از وجودش خبر نداشتیم) قرار گرفته اند.

And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,

و این ابر ماده تاریک، خیلی کروی تر از خود کهکشان ها است.

and it extends over a much wider range than the galaxy.

و این ابر قطری بزرگتر از خود کهکشان دارد.

So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter

پس ما چون کهکشان را می بینیم به آن توجه می کنیم ولی آن ابر ماده تاریک

that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.

که نقش مهمتری در دینامیک کهکشان دارد را نادیده می گیریم.

Galaxies themselves are not strewn randomly in space;

کهکشان ها به طور اتفاقی در فضا پخش نشده اند.

they tend to cluster.

بلکه به صورت خوشه خوشه در کنار هم جمع می شوند.

And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.

و این تصویر یک خوشه خیلی معروف به نام خوشه کوما است.

And there are thousands of galaxies in this cluster.

در این خوشه هزاران کهکشان قرار دارد.

They're the white, fuzzy, elliptical things here.

در این تصویر کهکشان ها، این چیزهای سفیدِ بیضی شکلِ محو هستند.

So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,

خوب ما اگر از این خوشه های کهکشانی، امروز یک عکس بگیریم،

we take a snapshot in a decade, it'll look identical.

و ده سال بعد هم یک عکس بگیریم، ظاهرا تغییری نکرده اند.

But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.

اما واقعیت این است که اینها با سرعتهای بسیار بسیار بالایی در حرکت هستند.

They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.

اینها به دور حفره ی ناشی از انرژی پتانسیل گرانشی این خوشه در حال چرخش هستند.

So all of these galaxies are moving.

پس همه این کهکشهان ها در حال حرکت هستند.

We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,

ما می توانیم سرعت چرخش این کهکشانها در مدار را اندازه گیری بکنیم.

and figure out how much mass is in this cluster.

و از روی این سرعت می توانیم جرم خوشه را محاسبه بکنیم.

And again, what we find is that there is much more mass there

این محاسبه هم نشان می دهد که خیلی بیش از مجموع جرم کهکشان هایی که درون یک خوشه دیده می شوند،

than can be accounted for by the galaxies that we see.

در یک خوشه باید جرم وجود داشته باشد.

Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,

اگر ما به قسمتهای دیگر گستره الکترمغناطیسی غیر از نور مرئی نگاه کنیم،

we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.

می بینیم که مقدار زیادی گاز نیز در این خوشه وجود دارد.

But that cannot account for the mass either.

ولی وجود این گاز نیز برای توجیه این جرم بزرگ کافی نیست.

In fact, there appears to be about ten times as much mass here

در واقع به نظر می رسد که ده برابر بیشتر

in the form of this invisible or dark matter

از ماده ای که مشاهده می شود،

as there is in the ordinary matter, OK.

ماده تاریک غیر قابل مشاهده در این خوشه وجود دارد.

It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.

خیلی خوب بود اگر ما می توانستیم این ماده تاریک را به نحوی مستقیم تر مشاهده کنیم.

I'm just putting this big, blue blob on there, OK,

من این دایره بزرگ آبی رنگ را اینجا گذاشته ام

to try to remind you that it's there.

که به شما یاد آوری کنم که این جرم آنجا وجود دارد.

Can we see it more visually? Yes, we can.

آیا ما می توانیم بهتر این ماده تاریک را ببینیم؟ بله می توانیم.

And so let me lead you through how we can do this.

بگذارید من برایتان توضیح بدهم که چطور می توانیم این کار را انجام بدهیم.

So here's an observer:

فرض کنید که یک ناظر اینجا ایستاده باشد.

it could be an eye; it could be a telescope.

این ناظر می تواند یک چشم یا یک تلسکوپ باشد.

And suppose there's a galaxy out here in the universe.

فرض کنیم یک کهکشان هم این طرف در این قسمت از جهان وجود داشته باشد.

How do we see that galaxy?

این ناظر چطور این کهکشان را می بینید؟

A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe

یک شعاع نور از آن کهکشان جدا می شود و از این مسیر طولانی در عرض جهان می گذرد،

for perhaps billions of years

و شاید میلیاردها سال طول می کشد تا

before it enters the telescope or your eye.

به چشم ناظر یا تلسکوپ برسد.

Now, how do we deduce where the galaxy is?

خوب ناظر چطور می فهمد که این کهکشان کجا قرار دارد؟

Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling

از امتداد مسیر حرکت شعاع نور می تواند جهت آن کهکشان را بفهمد.

as it enters our eye, right?

درست است؟

We say, the ray of light came this way;

می گوییم شعاع نور از آن طرف می آید،

the galaxy must be there, OK.

بنابراین کهکشان مورد نظر باید آن طرف باشد.

Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --

حالا فرض کنید یک خوشه از کهکشان ها در این مسیر قرار گرفته باشد.

and don't forget the dark matter, OK.

ماده تاریک را فراموش نکنید.

Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,

حالا،‌ اگر ما یک شعاع دیگر نور را هم در نظر بگیریم که به این طرف در حال حرکت است.

we now need to take into account

البته باید به این مساله هم توجه کنیم که

what Einstein predicted when he developed general relativity.

همانطور که انیشتین در نظریه نسبیت عام پیش بینی کرده بود،

And that was that the gravitational field, due to mass,

هر جا به خاطر وجود یک جرم، میدان جاذبه ای

will deflect not only the trajectory of particles,

وجود داشته باشد،‌ نه فقط مسیر حرکت ذراتی که از میدان عبور می کنند،

but will deflect light itself.

بلکه مسیر حرکت نور نیز تحت تاثیر میدان جاذبه، خمیده می شود.

So this light ray will not continue in a straight line,

پس این شعاع نوری روی یک خط راست حرکت نخواهد کرد.

but would rather bend and could end up going into our eye.

بلکه خمیده خواهد شد و به این شکل به چشم شما وارد می شود.

Where will this observer see the galaxy?

از دید این ناظر کهکشهان مورد نظر کجا قرار گرفته است؟

You can respond. Up, right?

جواب بدهید. بالا؟ موافقید؟

We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.

اگر ما این خط را ادامه بدهیم خواهیم گفت که کهکشان ما در این بالا واقع شده است.

Is there any other ray of light

آیا اشعه نوری دیگری هم

that could make into the observer's eye from that galaxy?

از آن کهکشان به چشم ناظر ما خواهد رسید؟

Yes, great. I see people going down like this.

بله. درست است. همانطور که بعضی از شما اشاره می کنید،

So a ray of light could go down, be bent

یک شعاع نور می تواند به سمت پایین حرکت کند و بعد به این شکل خم شود

up into the observer's eye,

و به چشم ناظر ما وارد شود.

and the observer sees a ray of light here.

و ناظر ما یک شعاع نور در این جهت خواهد دید.

Now, take into account the fact that we live in

خوب حالا توجه داشته باشید که ما

a three-dimensional universe, OK,

در یک دنیای سه بعدی زندگی می کنیم.

a three-dimensional space.

در یک فضای سه بعدی.

Are there any other rays of light that could make it into the eye?

خوب، آیا اشعه دیگری همه وجود دارند که از آن کهکشان به چشم ما برسد؟

Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.

بله! این اشعه ها روی یک - بله درست است - روی یک مخروط قرار می گیرند.

So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --

بله. پس اشعه نور روی یک مخروط قرار می گیرند.

that will all be bent by that cluster

و همه توسط آن خوشه خمیده می شوند.

and make it into the observer's eye.

و نهایتا به چشم ناظر ما می رسند.

If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?

اگر مخروطی از نور به چشم من برسد من چه شکلی را می بینم؟

A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.

یک دایره، یک حلقه. به این دایره، حلقه انیشتین می گوییم. انیشتین این را پیش بینی کرده بود.

Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector

خوب این حلقه فقط وقتی یک دایره کامل خواهد بود که منبع و منحرف کننده و چشم ناظر،

and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.

یعنی کهکشان مورد نظر و خوشه سر راه و چشم ما در یک امتداد و بر یک خط راست باشند.

If they're slightly skewed, we'll see a different image.

اگر اینها اندکی جابجا بشوند تصویر دیگری به چشم خواهد رسید.

Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,

امشب شما موقع شام می توانید یک آزمایش انجام بدهید.

to figure out what that image will look like.

برای اینکه بفهمید آن تصویر چه شکلی خواهد بود.

Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,

ما می توانیم یک نوع لنز تهیه کنیم که به ما نشان بدهد که

that has the right shape to produce this kind of effect.

که آن تصویر به چه شکلی باید دیده بشود.

We call this gravitational lensing.

ما به این پدیده لنز جاذبه ای می گوییم.

And so, this is your instrument, OK.

خوب این ابزار شما است.

(Laughter).

(خنده)

But ignore the top part.

قسمت بالایی را نادیده بگیرید.

It's the base that I want you to concentrate, OK.

به پایه این لیوان توجه کنید.

So, actually, at home, whenever we break a wineglass,

هر وقت توی خانه ی ما یک لیوان شراب می شکند،

I save the bottom, take it over to the machine shop.

من پایه لیوان را به یک کارگاه می برم،

We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.

و آن را تراش می دهم تا یک لنز جاذبه ای کوچک تهیه کنم.

So it's got the right shape to produce the lensing.

شکل این پایه لیوان، برای ایجاد پدیده لنز جاذبه ای مناسب است.

And so the next thing you need to do in your experiment

قدم بعدی برای انجام این آزمایش این است که

is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)

یک دستمال بردارید، البته من چون فیزیکدان هستم یک کاغذ شطرنجی برداشته ام (خنده)

So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.

پس یک دستمال بر می دارید و یک کهکشان وسط آن نقاشی می کنید.

And now put the lens over the galaxy,

حالا لنز را روی آن کهکشان می گذارید.

and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.

شما کهکشان را به شکل یک حلقه می بینید. حلقه انیشتین.

Now, move the base off to the side,

حالا پایه لیوان را کمی به یک سمت حرکت دهید.

and the ring will split up into arcs, OK.

می بینید که حلقه تبدیل به دو هلال می شود.

And you can put it on top of any image.

شما می توانید این لنز را روی هر عکسی بگذارید.

On the graph paper, you can see

روی این کاغذ شطرنجی شما می بینید که

how all the lines on the graph paper have been distorted.

چطور این خطوط خمیده شده اند.

And again, this is a kind of an accurate model

این یک مدل نسبتا دقیق

of what happens with the gravitational lensing.

از آنچه در اثر لنز جاذبه ای رخ می دهد است.

OK, so the question is: do we see this in the sky?

حتما می پرسید: در آسمان چه چیزی می بینیم؟

Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?

آیا ما وقتی به کهکشان ها یا خوشه های کهکشانی نگاه می کنیم هلال می بینیم؟

And the answer is yes.

جواب این است: بله

And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.

این تصویر را تلسکوپ هابل تهیه کرده است.

Many of the images you are seeing

خیلی از این تصویر هایی که شما می بینید

are earlier from the Hubble Space Telescope.

قبل از تلسکوپ هابل تهیه شده اند.

Well, first of all, for the golden shape galaxies --

این کهکشانهای طلایی را می بینید؟

those are the galaxies in the cluster.

اینها کهکشانهایی هستند که خوشه مورد نظر را می سازند،

They're the ones that are embedded in that sea of dark matter

اینها کهکشانهایی هستند که در دریای ماده تاریک قرار گرفته اند،

that are causing the bending of the light

و باعث خمیده شدن اشعه نور می شوند.

to cause these optical illusions, or mirages, practically,

و خطای دیدی که در مورد آن صحبت کردیم را

of the background galaxies.

در مشاهده کهکشانهایی که پشت آنها قرار گرفته اند به وجود می آورند.

So the streaks that you see, all these streaks,

این رگه هایی که اینجا می بینید، همه این رگه ها

are actually distorted images of galaxies that are much further away.

در واقع تصاویر تغییر شکل پیدا کرده کهکشانهای دور دست تر هستند.

So what we can do, then, is based on how much distortion

حالا ما می توانیم با توجه به میزان تغییر شکل این کهکشانها

we see in those images, we can calculate how much mass

جرم خوشه را

there must be in this cluster.

محاسبه کنیم.

And it's an enormous amount of mass.

و این جرم ها خیلی خیلی زیاد هستند.

And also, you can tell by eye, by looking at this,

همینطور با نگاه کردن به این شکل هم

that these arcs are not centered on individual galaxies.

می بینید که این هلال ها روی یک کهکشان خاص متمرکز نشده اند.

They are centered on some more spread out structure,

این هلال ها گرد ساختاری بزرگتر از یک کهکشان متمرکز شده اند.

and that is the dark matter

و این ساختار همان ماده تاریک است.

in which the cluster is embedded, OK.

که خوشه درون آن قرار گرفته است.

So this is the closest you can get to kind of seeing

این بهترین تصویری است که شما می توانید با چشم غیر مسلح

at least the effects of the dark matter with your naked eye.

از ماده تاریک یا لااقل آثار آن بدست بیاورید.

OK, so, a quick review then, to see that you're following.

خوب، برای اینکه مطمئن بشویم شما مطالب را تا اینجا متوجه شده اید، سریع مرور بکنیم.

So the evidence that we have

شواهدی که ما برای اثبات وجود ماده تاریک داریم،

that a quarter of the universe is dark matter --

برای اینکه نشان بدهیم یک چهارم جهان از ماده تاریک تشکیل شده است،

this gravitationally attracting stuff --

همین میدان های جاذبه ای است،

is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies

همان مطلب که در کهکشان ها سرعت گردش ستاره ها به دور مرکز کهکشان

is much too large; it must be embedded in dark matter.

خیلی بیش از حد پیش بینی است و این نشان دهنده وجود ماده تاریک در کهکشان ها است.

The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;

سرعت چرخش کهکشان ها درون خوشه ها نیز خیلی زیاد تر از حد انتظار است.

it must be embedded in dark matter.

این هم نشان دهنده وجود ماده تاریک در خوشه ها است.

And we see these gravitational lensing effects, these distortions

و پدیده لنزهای جاذبه ای را نیز دیدیم.

that say that, again, clusters are embedded in dark matter.

که باز نشان می دهد خوشه ها درون ماده تاریک قرار گرفته اند.

OK. So now, let's turn to dark energy.

خوب، حالا بیایید سراغ انرژی تاریک برویم.

So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something

برای اینکه شواهد مربوط به انرژی تاریک را درک کنیم باید به مساله ای که

that Stephen Hawking referred to in the previous session.

استفان هاوکینگ در جلسه قبل مطرح کرد برگردیم.

And that is the fact that space itself is expanding.

این مساله که خودِ «مکان» در حال اتساع است.

So if we imagine a section of our infinite universe --

خوب ما اگر یک قسمت از جهان بی پایانمان را در نظر بگیریم،

and so I've put down four spiral galaxies, OK --

مثلا من اینجا قسمتی از جهان را با چهار کهکشان مارپیچ نشان داده ام.

and imagine that you put down a set of tape measures,

فرض کنید که چهار تا خط کش داریم.

so every line on here corresponds to a tape measure,

هر یک از این خط ها یکی از این خطکش ها را نشان می دهد.

horizontal or vertical, for measuring where things are.

با استفاده از این خطکش ها می خواهیم بدانیم که هر یک از این کهکشانها نسبت به هم کجا قرار دارند.

If you could do this, what you would find

اگر چنین کاری ممکن بود شما متوجه می شدید که

that with each passing day, each passing year,

با گذشت زمان با گذشت هر روز و هر سال،

each passing billions of years, OK,

و با گذشت هر یک میلیارد سال،

the distance between galaxies is getting greater.

فاصله بین این کهکشان ها در حال افزایش است.

And it's not because galaxies are moving

و این افزایش فاصله به خاطر این نیست که خود این کهکشان ها در حال حرکت هستند

away from each other through space.

و در فضا از هم دور می شوند.

They're not necessarily moving through space.

اینها لزوما درون فضا در حال حرکت نیستند.

They're moving away from each other

بلکه اینها به این خاطر از هم دور می شوند که

because space itself is getting bigger, OK.

«مکان» در حال گسترش است.

That's what the expansion of the universe or space means.

این معنی اتساع جهان یا بزرگ شدن مکان است.

So they're moving further apart.

به هر حال اینها در حال دور شدن از هم هستند.

Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,

چیزی که استفان هاوکینز مطرح کرد این بود که

is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.

بعد از بیگ بنگ «مکان» با سرعت بسیار زیادی شروع به اتساع کرد.

But because gravitationally attracting matter

اما به خاطر اینکه ماده ی دارای خاصیتِ جاذبه

is embedded in this space,

در این فضای رو به گسترش قرار گرفته است،

it tends to slow down the expansion of the space, OK.

انتظار می رود که این گسترش کند تر و کند تر بشود.

So the expansion slows down with time.

پس سرعت این اتساع باید با گذر زمان رو به کاهش باشد.

So, in the last century, OK, people debated

در قرن گذشته مردم در این باره بحث هایی کردند.

about whether this expansion of space would continue forever;

که مثلا آیا این اتساع فضا تا ابد ادامه خواهد یافت؟

whether it would slow down, you know,

یا این اتساع کند خواهد شد؟

will be slowing down, but continue forever;

یا این اتساع کند تر خواهد شد ولی به هر حال تا ابد ادامه خواهد یافت؟

slow down and stop, asymptotically stop;

یا کند تر می شود و متوقف می شود و متوقف باقی می ماند؟

or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.

یا اینکه کند می شود و متوقف می شود و سپس شروع به انقباض می کند؟

So a little over a decade ago,

حدود ده سال قبل،

two groups of physicists and astronomers

دو گروه از فیزیک دان ها و اختر شناسها

set out to measure the rate at which

تصمیم به اندازه گیری

the expansion of space was slowing down, OK.

سرعت کند شدن اتساع فضا گرفتند.

By how much less is it expanding today,

یعنی این سوال که: امروز اتساع مکان چقدر کند تر از مثلا

compared to, say, a couple of billion years ago?

یک میلیارد سال پیش رخ می دهد؟

The startling answer to this question, OK, from these experiments,

نتیجه شگفت آور این آزمایشات این بود که

was that space is expanding at a faster rate today

سرعت اتساع مکان امروز

than it was a few billion years ago, OK.

بیش تر از سرعت اتساع مکان در چند میلیارد سال قبل است.

So the expansion of space is actually speeding up.

یعنی سرعت اتساع مکان رو به افزایش است.

This was a completely surprising result.

این نتیجه کاملا غیر منتظره بود.

There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.

هیچ توجیه قابل قبولی برای اینکه چطور چنین چیزی ممکن است وجود ندارد.

No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.

هیچ کس پیش بینی نمی کرد که چنین نتیجه ای از این آزمایش ها بدست بیاید.

It was the opposite of what was expected.

اینها دقیقا خلاف آنچه انتظار می رفت هستند.

So we need something to be able to explain that.

پس ما نیاز به چیزی داریم که این نتایج را به کمک آن توضیح بدهیم.

Now it turns out, in the mathematics,

معلوم شد که به لحاظ ریاضی

you can put it in as a term that's an energy,

شما می توانید یک مولفه «انرژی» به معادلات اضافه کنید.

but it's a completely different type of energy

البته این انرژی متفاوت با همه

from anything we've ever seen before.

انرژی هایی است که قبلا دیده ایم.

We call it dark energy,

برای همین ما به این انرژی، انرژی تاریک می گوییم.

and it has this effect of causing space to expand.

و تاثیر آن این است که باعث اتساع فضا می شود.

But we don't have a good motivation

ولی خوب هنوز ما انگیزش کافی

for putting it in there at this point, OK.

برای اینکه این مساله را بپذیریم نداریم.

So it's really unexplained as to why we need to put it in.

یعنی هنوز برای ما روشن نیست چرا باید این فاکتور را وارد معادلات کنیم.

Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,

در اینجا چیزی که من باید واقعا برای شما تاکید کنم،

is that, first of all, dark matter and dark energy

این است که اولا ماده تاریک و انرژی تاریک،

are completely different things, OK.

دو چیز کاملا متفاوت هستند.

There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,

این دو، دو راز متفاوت در مورد ماده تشکیل دهنده قسمت عمده جهان هستند.

and they have very different effects.

و تاثیرات خیلی متفاوتی نیز در دنیا دارند.

Dark matter, because it gravitationally attracts,

ماده تاریک، به خاطر کشش جاذبه ای اش،

it tends to encourage the growth of structure, OK.

به تشکیل ساختارها و رشد آنها کمک می کند.

So clusters of galaxies will tend to form,

برای همین خوشه های کهکشانی تشکیل می شوند،

because of all this gravitational attraction.

به خاطر همین کشش جاذبه ای است که خوشه های کهکشانی شکل می گیرند.

Dark energy, on the other hand,

در مقابل، انرژی تاریک،

is putting more and more space between the galaxies,

فاصله کهکشان ها را مدام افزایش می دهد.

makes it, the gravitational attraction between them decrease,

و باعث کاهش کشش جاذبه ای بین آنها می شود.

and so it impedes the growth of structure.

و به همین خاطر رشد این ساختارها را کند می کند.

So by looking at things like clusters of galaxies,

بنابراین با مشاهده چیزهایی مثل خوشه های کهکشانی،

and how they -- their number density,

و اینکه چطور تشکیل شده اند و تعداد آنها و چگالی آنها،

how many there are as a function of time --

و تعداد آنها بر حسب زمان،

we can learn about how dark matter and dark energy

ما می توانیم اطلاعات بیشتری در مورد ماده تاریک و انرژی تاریک بدست آوریم.

compete against each other in structure forming.

و اینکه چگونه رقابت اینها باعث تشکیل این ساختارها می شود.

In terms of dark matter, I said that we don't have any,

من گفتم که ما هنوز

you know, really persuasive argument for dark energy.

استدلال قانع کننده ای برای وجود انرژی تاریک نداریم.

Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.

آیا برای وجود ماده تاریک استدلال قانع کننده ای وجود دارد؟ جواب مثبت است.

We have well-motivated candidates for the dark matter.

ما نامزدهایی با پشتوانه قوی برای ماده تاریک داریم.

Now, what do I mean by well motivated?

خوب منظور من از پشتوانه قوی چیست؟

I mean that we have mathematically consistent theories

منظور من تئوری هایی است که به لحاظ ریاضی همخوان هستند،

that were actually introduced

و در واقع از اول برای

to explain a completely different phenomenon, OK,

توضیح پدیده های دیگری وضع شده اند.

things that I haven't even talked about,

چیزهایی که ما در موردشان صحبت نکردیم.

that each predict the existence

ولی این تئوری ها وجود ذرات جدیدی

of a very weakly interacting, new particle.

که به طور ضعیف با سایر ذرات تعامل دارند را پیش بینی کرده اند.

So, this is exactly what you want in physics:

این دقیقا چیزی است که در فیزیک ما دنبال آن می گردیم.

where a prediction comes out of a mathematically consistent theory

وقتی یک پیش بینی از نظریه ای که به لحاظ ریاضی هم خوان است بیرون می آید،

that was actually developed for something else.

که آن نظریه از اول برای حل مساله دیگری ارائه شده است،

But we don't know if either of those

ولی ما نمی دانیم که آیا هیچ یک از این ها

are actually the dark matter candidate, OK.

همان نامزد مورد نظر ما برای ماده تاریک هستند.

One or both, who knows? Or it could be something completely different.

یکی یا دو تا از این نامزدها می توانند جواب سوال ما باشند. شاید هم جواب چیز دیگری باشد.

Now, we look for these dark matter particles

فعلا ما به دنبال این ذرات ماده تاریک هستیم،

because, after all, they are here in the room, OK,

چونکه به هر حال اینها اینجا در این اتاق هم هستند،

and they didn't come in the door.

و البته اینها از درِ اتاق وارد نشده اند.

They just pass through anything.

اینها از درونِ همه چیز رد می شوند،

They can come through the building, through the Earth --

اینها از لابلای ساختمان، از درون زمین رد شده اند،

they're so non-interacting.

اینها با هیچ چیز تعامل نمی کنند و در نتیجه می توانند از همه چیز رد بشوند.

So one way to look for them is to build detectors

خوب یک راه برای تشخیص اینها ساختن آشکارگر هایی است

that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.

که خیلی خیلی به ذرات ماده تاریک که وارد آن می شوند و به آن بر خورد می کنند حساس هستند.

So a crystal that will ring if that happens.

مثل یک بلوری که با برخورد اینها می لرزد.

So one of my colleagues up the road and his collaborators

یکی از همکاران من که آخر همین خیابان کار می کند با کمک همکارانش

have built such a detector.

یک آشکارگر ساخته اند.

And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,

و این آشکار گر را در اعماق یک معدن آهن در مینسوتا قرار داده اند.

OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days

در اعماق زمین. و همین دو سه روز پیش

announced the most sensitive results so far.

دقیق ترین نتایج شان را منتشر کردند. نتیجه کارشان این است که

They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass

هنوز هیچ چیزی پیدا نکرده اند! این یافته منفی خودش می تواند محدوده ی جستجو را مشخص تر کند.

and the interaction strength of these dark matter particles are.

و قدرت تعامل ذرات ماده تاریک را مشخص تر کند.

There's going to be a satellite telescope launched later this year

قرار است اواخر امسال یک تلسکوپ فضایی به فضا فرستاده شود،

and it will look towards the middle of the galaxy,

که به سمت مرکز کهکشان نگاه خواهد کرد،

to see if we can see dark matter particles annihilating

تا شاید بتواند از بین رفتن ذرات ماده تاریک را که

and producing gamma rays that could be detected with this.

باعث انتشار امواج گاما می شود ثبت کند.

The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,

LHC که یک شتابگر ذرات بنیادی است،

that we'll be turning on later this year.

قرار است امسال راه اندازی شود.

It is possible that dark matter particles might be produced

ممکن است که ذرات ماده تاریک در LHC

at the Large Hadron Collider.

تولید بشوند.

Now, because they are so non-interactive,

از آنجا که این ذرات خیلی غیر تعاملی هستند،

they will actually escape the detector,

در واقع از دست آشکارگرها فرار خواهند کرد.

so their signature will be missing energy, OK.

در نتیجه رد پای این ذرات به شکل انرژی گم شده خواهد بود.

Now, unfortunately, there is a lot of new physics

البته متاسفانه در فیزیکِ ذراتِ جدید، ذراتِ ناشناخته ی زیادی وجود دارد که

whose signature could be missing energy,

آنها هم امضایی به شکل انرژی گم شده دارند.

so it will be hard to tell the difference.

و این قضیه را کمی سخت خواهد کرد.

And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed

در آخر باید بگویم که برای اکتشافات آینده تلسکوپ های جدیدی در حال طراحی است،

specifically to address the questions of dark matter and dark energy --

اختصاصا برای پاسخ به سوالهایی که ما درباره ماده تاریک و انرژی تاریک داریم.

ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes

چند تلسکوپ زمینی و ۳ تلسکوپ فضایی در حال ساخت هستند.

that are in competition right now

این ۳ تلسکوپ فضایی فعلا در حال رقابت با هم هستند.

to be launched to investigate dark matter and dark energy.

که کدام زودتر به فضا فرستاده شوند و پژوهش بر ماده تاریک و انرژی تاریک را شروع کنند.

So in terms of the big questions:

خوب سوالهای مهم اینها هستند:

what is dark matter? What is dark energy?

ماده تاریک چیست؟ انرژی تاریک چیست؟

The big questions facing physics.

اینها سوالات مهم فیزیک هستند.

And I'm sure you have lots of questions,

مطمئن هستم که شما هم خیلی سوال دارید.

which I very much look forward to addressing

من امیدوارم که در این ۷۲ ساعتی

over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.

که اینجا هستم بتوانم به آنها جواب بدهم. متشکرم.

(Applause)

(تشویق)