Gabriela González: How LIGO discovered gravitational waves (with English subtitles) | TED

翻訳: Eriko T 校正: Tomoyuki Suzuki

A little over 100 years ago, in 1915,

今から100年以上遡った

1915年のこと

Einstein published his theory of general relativity,

アインシュタインは 一般相対性理論を発表しました

which is sort of a strange name,

これは少し変わった名前ですが

but it's a theory that explains gravity.

重力を説明する理論です

It states that mass -- all matter, the planets -- attracts mass,

あらゆる物体や惑星の持つ質量は それ自体が他の質量を引き付けますが

not because of an instantaneous force, as Newton claimed,

ニュートンが提唱したような 瞬間的に働く引力によるのでは無く

but because all matter -- all of us, all the planets --

人間、惑星も含めたあらゆる物体が

wrinkles the flexible fabric of space-time.

時空の柔軟な構造に 歪みを引き起こすからだという理論です

Space-time is this thing in which we live and that connects us all.

時空とは私たちが生きている場所で また全てのものを

互いに関係させている枠組みです

It's like when we lie down on a mattress and distort its contour.

例えばマットレスに寝そべると

その形が歪むのと似ています

The masses move -- again, not according to Newton's laws,

質量のあるものは動きます— ニュートンの法則に従うからではなく

but because they see this space-time curvature

時空が歪んでおり

and follow the little curves,

わずかに曲がった 曲面に沿って動くからです

just like when our bedmate nestles up to us

マットレスが沈んだ分 一緒に寝ている人が

寄り添ってくるようなものです

because of the mattress curvature.

(Laughter)

（笑）

A year later, in 1916,

１年後の1916年

Einstein derived from his theory

アインシュタインは自身の理論から

that gravitational waves existed,

重力波が存在すること そして重力波は

and that these waves were produced when masses move,

質量のあるものが動くときに 生まれることを導き出しました

like, for example, when two stars revolve around one another

例えば ２つの星が 互いの周りを回り

系の持つエネルギーを奪う―

and create folds in space-time which carry energy from the system,

時空の歪みを作り出し

星が互いに近づいていくような場合です

and the stars move toward each other.

However, he also estimated

しかし彼は同時に

この影響は大変微少なため

that these effects were so minute,

that it would never be possible to measure them.

計測されることは 決してないだろうと考えました

I'm going to tell you the story of how,

私がお話しするのは 多くの国で研究している―

with the work of hundreds of scientists working in many countries

数百人もの科学者たちの

over the course of many decades,

just recently, in 2015,

何十年間におよぶ研究をもとに ごく最近 2015年になって

we discovered those gravitational waves for the first time.

私たちが 重力波を 初めて観測することになった―

経緯についてです

It's a rather long story.

長い話になりますが

It started 1.3 billion years ago.

13億年前に始まります

A long, long time ago,

昔むかし—

in a galaxy far, far away --

遥か彼方の銀河で...

(Laughter)

（笑）

two black holes were revolving around one another --

２つのブラックホールが

互いの周りを回っていました

"dancing the tango," I like to say.

「タンゴを踊って」いたんです

It started slowly,

最初はゆっくり

but as they emitted gravitational waves,

しかし 重力波を発するにしたがって

they grew closer together, accelerating in speed,

互いの距離は縮まり スピードを増して

until, when they were revolving at almost the speed of light,

ほぼ光速で周り始めた頃

they fused into a single black hole

これらは１つのブラックホールへと合体し

that had 60 times the mass of the Sun,

太陽の60倍の質量になりました

but compressed into the space of 360 kilometers.

360キロメートル四方の空間に 押し込められたそれは

That's the size of the state of Louisiana,

私が住むルイジアナ州の大きさです

where I live.

私が住むルイジアナ州の大きさです

This incredible effect produced gravitational waves

この驚くべき効果は 重力波を生み出し

that carried the news of this cosmic hug to the rest of the universe.

これが銀河で起こった「抱擁」の知らせを

全宇宙へと届けました

It took us a long time to figure out the effects of these gravitational waves,

重力波による影響を検知する方法を 開発するには長い時間を要しました

because the way we measure them is by looking for effects in distances.

距離の変化を検知する方法を 用いているからです

距離の変化を検知する方法を 用いているからです

We want to measure longitudes, distances.

縦方向の距離を測るのです

When these gravitational waves passed by Earth,

2015年に重力波が地球を通り過ぎた時

which was in 2015,

2015年に重力波が地球を通り過ぎた時

they produced changes in all distances --

あらゆる距離という距離に 影響を及ぼしました

the distances between all of you, the distances between you and me,

皆さんのお互いとの距離 皆さんと私との距離

our heights --

私たちの背の高さ—

every one of us stretched and shrank a tiny bit.

私たちはひとり残らず ほんの僅かだけ引き伸ばされ縮められました

The prediction is that the effect is proportional to the distance.

その効果は距離と 比例しているという予測でしたが

But it's very small:

とても小さなもので

even for distances much greater than my slight height,

私の背の高さよりも ずっと長い距離に対しても

the effect is infinitesimal.

影響は無に等しいといえるものです

For example, the distance between the Earth and the Sun

例えば地球と太陽の間の距離が

changed by one atomic diameter.

原子１個分の直径ほどの 長さしか変化しませんでした

How can that be measured?

どのように計測できるでしょう？

How could we measure it?

どうやって測ったらいいのでしょう？

Fifty years ago,

50年前

some visionary physicists at Caltech and MIT --

カリフォルニア工科大学とMITの 先見の明のある物理学者たち

Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss --

キップ・ソーン、ロナルド・ドレーバー レイナー・ワイスは

thought they could precisely measure distances

数キロメートル離れた 鏡同士の距離を測る―

using lasers that measured distances between mirrors

レーザーを用いて 正確に距離を測れると考えました

レーザーを用いて 正確に距離を測れると考えました

kilometers apart.

It took many years, a lot of work and many scientists

長い年数をかけて 多くの科学者たちが研究を重ね

to develop the technology and develop the ideas.

技術とアイデアを発展させました

And 20 years later,

そして20年後

almost 30 years ago,

今からほぼ30年前になります

they started to build two gravitational wave detectors, two interferometers,

彼らはアメリカで２つの重力波検出器―

干渉計型重力波検出器を

in the United States.

アメリカで造り始めました

Each one is four kilometers long;

それぞれは４キロの長さで

one is in Livingston, Louisiana,

１つはルイジアナ州リビングストンの

美しい森の中に

in the middle of a beautiful forest,

and the other is in Hanford, Washington,

もう１つはワシントン州のハンフォード

砂漠の真ん中にあります

in the middle of the desert.

The interferometers have lasers

干渉計型重力波検出器には レーザーが取り付けられており

that travel from the center through four kilometers in-vacuum,

設備の中央から 真空の中を４キロメートル伝わり

are reflected in mirrors and then they return.

鏡に反射して戻って来ます

２つのアームの距離差を測定します

We measure the difference in the distances

between this arm and this arm.

２つのアームの距離差を測定します

These detectors are very, very, very sensitive;

これらの検出器は 極めて感度が高いものです

they're the most precise instruments in the world.

世界で最も精度の高い機器です

Why did we make two?

なぜ２つも作ったのでしょうか

It's because the signals that we want to measure come from space,

私たちが計測したいシグナルは 宇宙からやってきますが

それとは別に鏡は常に動いています

but the mirrors are moving all the time,

そこで 天体物理学的な効果である―

so in order to distinguish the gravitational wave effects --

重力波の影響を 区別する必要がありますが

which are astrophysical effects and should show up on the two detectors --

これは両方の検出器に 現れるはずなので

we can distinguish them from the local effects,

どちらか一方の検出器にしか 現れない―

which appear separately, either on one or the other.

局所的な動きからは 区別することができます

In September of 2015,

2015年9月

we were finishing installing the second-generation technology

第２世代の技術を用いた検出器を

in the detectors,

取り付けている途中で

and we still weren't at the optimal sensitivity that we wanted --

当時は未だ我々が求める最適な感度に 到達していませんでした

we're still not, even now, two years later --

２年後の今もそこに 至ったとは言えませんが

２年後の今もそこに 至ったとは言えませんが

but we wanted to gather data.

私たちはとにかくデータを集めたかったのです

We didn't think we'd see anything,

何かを見つけられるとは 思っていませんでしたが

but we were getting ready to start collecting a few months' worth of data.

数ヶ月分のデータを集める準備をしていました

And then nature surprised us.

その時 我々は自然に驚かされました

On September 14, 2015,

2015年9月14日

we saw, in both detectors,

両方の検出器で

a gravitational wave.

重力波が観測されました

In both detectors, we saw a signal

どちらの検出器でも

with cycles that increased in amplitude and frequency

振幅と周波数が増し そして減少するという 繰り返しが観測されました

and then go back down.

振幅と周波数が増し そして減少するという 繰り返しが観測されました

And they were the same in both detectors.

両方の検出器で同じものが観測されました

They were gravitational waves.

重力波だったのです

And not only that -- in decoding this type of wave,

それだけでなく この波の形を解析してみると

we were able to deduce that they came from black holes

これが10億年以上も前に ブラックホールが

fusing together to make one,

ひとつに合体した時のものだと

more than a billion years ago.

分かったんです

And that was --

これには—

(Applause)

（拍手）

that was fantastic.

感動しました

At first, we couldn't believe it.

最初は私たちも信じられませんでした

We didn't imagine this would happen until much later;

こんなに早く検出できるなどと 想像もしていなかったので

こんなに早く検出できるなどと 想像もしていなかったので

it was a surprise for all of us.

皆驚きました

It took us months to convince ourselves that it was true,

これが本物の信号だと確認するのに 何ヶ月もかけました

because we didn't want to leave any room for error.

誤りだったという可能性の 余地を残したくなかったからです

But it was true, and to clear up any doubt

しかしそれは本物でした

疑いを晴らすかのように

that the detectors really could measure these things,

検出器は この年の12月に 同じような信号を検出しました

in December of that same year,

最初のものよりは小さな 重力波を観測したのです

we measured another gravitational wave,

smaller than the first one.

最初のものよりは小さな 重力波を観測したのです

The first gravitational wave produced a difference in the distance

最初の重力波は 陽子の1/4000の大きさの変化を

of four-thousandths of a proton

４キロメートルの距離に対して

over four kilometers.

生じさせました

Yes, the second detection was smaller,

確かに２度目に検出した信号は 更に弱いものでしたが

but still very convincing by our standards.

私たちの基準では 間違いないと判断できるものでした

Despite the fact that these are space-time waves and not sound waves,

実際には これらの信号は音波ではなく

時空のさざ波ですが

we like to put them into loudspeakers and listen to them.

この信号でスピーカーを 鳴らしてみたいと思います

We call this "the music of the universe."

私たちはこれを 「宇宙の音楽」と呼んでいます

I'd like you to listen to the first two notes of that music.

その最初の２つの音を

聴いてください

(Chirping sound)

（鳥の鳴き声のような音）

(Chirping sound)

（鳥の鳴き声のような音）

The second, shorter sound was the last fraction of a second

２つめの短い音は ２つのブラックホールが

of the two black holes which,

最期の一瞬に発したもので

in that fraction of a second, emitted vast amounts of energy --

その一瞬の内に 莫大なエネルギーを放出しました

so much energy, it was like three Suns converting into energy,

太陽３つ分の質量が あの有名な式に従って

following that famous formula,

変換された大量のエネルギーです

E = mc2.

「E = mc2」

Remember that one?

これを覚えていますか？

We love this music so much we actually dance to it.

この愛する音楽に合わせて

踊り出したい程です

I'm going to have you listen again.

もう１度聴いて見ましょう

(Chirping sound)

（鳥の鳴き声のような音）

(Chirping sound)

（鳥の鳴き声のような音）

It's the music of the universe!

これが宇宙の音楽です！

(Applause)

（拍手）

People frequently ask me now:

人々にこう聞かれるようになりました

"What can gravitational waves be used for?

「重力波は何に役立つんですか？

And now that you've discovered them, what else is there left to do?"

それが見つかった今

まだ発見すべきことは 残っているのですか」

What can gravitational waves be used for?

重力波が何に役立つか？

When they asked Borges, "What is the purpose of poetry?"

ボルヘスに

「詩は何に役立つんです？」 と聞いたら

he, in turn, answered,

彼はこう聞き返しました

"What's the purpose of dawn?

「夜明けは何に役立つだろう？

What's the purpose of caresses?

愛撫は何のためにあるんだろう？

What's the purpose of the smell of coffee?"

コーヒーの匂いは何のためにあるんだろう？」

He answered,

彼の答えはこうでした

"The purpose of poetry is pleasure; it's for emotion, it's for living."

「詩の目的は喜びです 感情のために 生きるためにあるんですよ」

And understanding the universe,

このことと宇宙を理解するということ

this human curiosity for knowing how everything works,

つまりこの世の仕組みを知りたいという 人間の好奇心とは

is similar.

似ています

Since time immemorial, humanity -- all of us, everyone, as kids --

記録が残されていない古代から 人類は

私たち皆が 子供の時に

when we look up at the sky for the first time and see the stars,

空を初めて見上げ星を見て

不思議に思ったのです

we wonder,

"What are stars?"

「星って何だろう？」

That curiosity is what makes us human.

好奇心は人間らしさなのです

And that's what we do with science.

それが科学なんです

We like to say that gravitational waves now have a purpose,

重力波は今や目的を得たと言えます

重力波は今や目的を得たと言えます

because we're opening up a new way to explore the universe.

宇宙を探査する 新たな手法を得たからです

Until now, we were able to see the light of the stars

今までは電磁波によって

via electromagnetic waves.

星の光を見るだけでした

Now we can listen to the sound of the universe,

それが今では重力波のような 光を発しない

even of things that don't emit light, like gravitational waves.

宇宙の音を 聴けるようになったのです

(Applause)

（拍手）

Thank you.

ありがとうございます

(Applause)

（拍手）

But are they useful?

でも これは何かの役に立つでしょうか？

Can't we derive any technology from gravitational waves?

重力波から何か 新しい技術を生み出せないだろうか？

Yes, probably.

多分できるでしょう

But it will probably take a lot of time.

でもそれには時間がかかるでしょう

We've developed the technology to detect them,

私たちは重力波を検出する技術を 開発しました

but in terms of the waves themselves,

でも重力波自体の役立て方を 見つけられるのは

maybe we'll discover 100 years from now that they are useful.

100年後かもしれません

But it takes a lot of time to derive technology from science,

科学から技術を生み出すのには 時間がかかります

and that's not why we do it.

それに私たちの目的ではありません

All technology is derived from science,

全ての技術は科学から生まれますが

but we practice science for the enjoyment.

私たちは楽しいから科学するのです

私たちは楽しいから科学するのです

What's left to do?

これから何が残されているでしょう？

A lot.

たくさんのことです

A lot; this is only the beginning.

これは単なる始まりに過ぎません

As we make the detectors more and more sensitive --

検出器の感度を上げれば上げるほど

and we have lots of work to do there --

私たちのやるべきことが増えます

not only are we going to see more black holes

ブラックホールも新たに見つかるでしょうし

and be able to catalog how many there are, where they are

リストをつくって それらが幾つあるのか どこに位置しているのか

and how big they are,

どれ程の大きさなのかを記録できます

we'll also be able to see other objects.

異なるタイプの天体も 観測できるでしょう

We'll see neutron stars fuse and turn into black holes.

中性子星同士が合体し

ブラックホールが生まれるところを

We'll see a black holes being born.

目撃できるようになるでしょう

We'll be able to see rotating stars in our galaxy

私たちの銀河系で 互いの周りを回る２つの星が

produce sinusoidal waves.

正弦波を発するのを 観測することができるでしょう

We'll be able to see explosions of supernovas in our galaxy.

銀河系での超新星爆発を 観測することもできるでしょう

We'll be seeing a whole spectrum of new sources.

これまで知られていなかった あらゆる天体現象を観測できるでしょう

We like to say

私たちはこう考えています

that we've added a new sense to the human body:

人体にもうひとつ 新しい感覚が加わったようだと

now, in addition to seeing,

見ることに加えて

we're able to hear.

聞くことができるようになったのだと

This is a revolution in astronomy,

これは天文学における革新的出来事です

like when Galileo invented the telescope.

ガリレオが望遠鏡を発明した時や

It's like when they added sound to silent movies.

無声映画に音声が加わった時と 似ています

This is just the beginning.

これはまだ始まりに過ぎません

We like to think

こう思っています

that the road to science is very long -- very fun, but very long --

科学の道のりはとても長く楽しく

でも本当に長く

and that we, this large, international community of scientists,

この国際的な科学者コミュニティから

working from many countries, together as a team,

数々の国籍の研究者たちが集まり チーム一丸となって

are helping to build that road;

道を切り開き

that we're shedding light -- sometimes encountering detours --

この道のりを照らし

時には回り道をしながら

and building, perhaps,

宇宙へのハイウェイを 造っているようなものです

a highway to the universe.

宇宙へのハイウェイを 造っているようなものです

Thank you.

ありがとうございました

(Applause)

（拍手）