What the discovery of gravitational waves means | Allan Adams

翻訳: Yasushi Aoki 校正: Eriko T

1.3 billion years ago,

遠い13億年の昔

in a distant, distant galaxy,

はるか彼方の銀河系で

two black holes locked into a spiral,

２つのブラックホールが

falling inexorably towards each other

逃れようのない 螺旋運動に捉えられ

引き寄せ合って 衝突しました

and collided,

converting three Suns' worth of stuff

太陽３つ分の物質が

into pure energy in a tenth of a second.

コンマ１秒の間に 純粋なエネルギーへと変わりました

For that brief moment in time,

その瞬間

the glow was brighter than all the stars

既知の宇宙の

すべての銀河の 星を合わせたよりも

in all the galaxies

in all of the known Universe.

明るい輝きを 放ちました

It was a very

とてつもなく

big

大きな

bang.

爆発です

But they didn't release their energy in light.

しかしブラックホールですから

エネルギーが光として解放された わけではありません

I mean, you know, they're black holes.

All that energy was pumped into the fabric of space and time itself,

すべてのエネルギーが 時空そのものに取り込まれ

making the Universe explode in gravitational waves.

宇宙を重力波で 振るわせることになりました

Let me give you a sense of the timescale at work here.

ここで話している時間の規模を 確認しておきましょう

1.3 billion years ago,

13億年前というと

Earth had just managed to evolve multicellular life.

地球ではようやく 多細胞生物が現れた頃です

Since then, Earth has made and evolved

それ以降 地球には

珊瑚礁や魚や植物や恐竜や人間や さらにはインターネットまで現れました

corals, fish, plants, dinosaurs, people and even -- God save us -- the Internet.

And about 25 years ago,

そして25年前には

a particularly audacious set of people --

とりわけ野心的な人々 MITのレイナー・ワイス

Rai Weiss at MIT, Kip Thorne and Ronald Drever at Caltech --

カリフォルニア工科大のキップ・ソーンや ロナルド・ドレーバーたちが

ブラックホールの 衝突などで生じる

decided that it would be really neat

to build a giant laser detector

重力波を検出する

with which to search for the gravitational waves

巨大なレーザー検出器を

作ったらいいんじゃないかと 思い立ちました

from things like colliding black holes.

Now, most people thought they were nuts.

多くの人は常識外れな連中だと 思いましたが

それを 卓越した常識破りだと 認める人もたくさんいて

But enough people realized that they were brilliant nuts

that the US National Science Foundation decided to fund their crazy idea.

米国立科学財団が このぶっ飛んだアイデアに 研究費を出すことにしました

So after decades of development,

そして数十年におよぶ

構想 開発 建設

construction and imagination

and a breathtaking amount of hard work,

驚異的な努力の末に 完成させました

they built their detector, called LIGO:

その名も LIGO (ライゴ)

The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.

レーザー干渉計 重力波観測所です

For the last several years,

この数年間に

LIGO's been undergoing a huge expansion in its accuracy,

LIGOは精度を 大幅に上げて

a tremendous improvement in its detection ability.

検出能力を飛躍的に高め

It's now called Advanced LIGO as a result.

これは改良型LIGOと 呼ばれています

In early September of 2015,

2015年9月初め

LIGO turned on for a final test run

LIGOは残っていた 細かな調整をしつつ

while they sorted out a few lingering details.

最終試運転のため 稼働を始めました

And on September 14 of 2015,

そして2015年9月14日

検出器が稼働を始めて ほんの数日後

just days after the detector had gone live,

the gravitational waves from those colliding black holes

あのブラックホール衝突からの 重力波が

passed through the Earth.

地球を通り過ぎました

And they passed through you and me.

私や皆さんの体を通り抜け

And they passed through the detector.

そしてLIGOの検出器を 通り抜けました

(スコット・ヒューズの声) 人生で これ以上に心動かされた体験は

(Audio) Scott Hughes: There's two moments in my life

more emotionally intense than that.

２度しかありません

娘が生まれたときと —

One is the birth of my daughter.

The other is when I had to say goodbye to my father when he was terminally ill.

病床の父にお別れを 言わなければならなかったときです

これは自分の全仕事人生における クライマックスでした

You know, it was the payoff of my career, basically.

Everything I'd been working on -- it's no longer science fiction! (Laughs)

オレがこれまでずっとやってきたものは もう空想科学じゃないんだって！

Allan Adams: So that's my very good friend and collaborator, Scott Hughes,

(講演者) これは私の親友であり 共同研究者でもある

スコット・ヒューズ MITの理論物理学者です

a theoretical physicist at MIT,

who has been studying gravitational waves from black holes

彼はブラックホールからの 重力波や

and the signals that they could impart on observatories like LIGO,

LIGOのような観測施設で 検出しうる信号を

for the past 23 years.

23年に渡って 研究してきました

So let me take a moment to tell you what I mean by a gravitational wave.

ここで重力波とは何かを 少しお話ししておきましょう

A gravitational wave is a ripple

重力波というのは

時空の形に現れる 波紋のようなものです

in the shape of space and time.

As the wave passes by,

波が通るとき

it stretches space and everything in it

空間と その中の あらゆるものが

in one direction,

同じ１つの方向に 引き延ばされ

and compresses it in the other.

他の方向に 押し縮められます

This has led to countless instructors of general relativity

お陰で一般相対性理論を 教える教師は

doing a really silly dance to demonstrate in their classes on general relativity.

教室でおかしなダンスを する羽目になります

"It stretches and expands, it stretches and expands."

「伸びて 広がる 伸びて 広がる」

問題は 重力波が 極めて弱いということです

So the trouble with gravitational waves

is that they're very weak; they're preposterously weak.

馬鹿げているくらいに 弱いんです

For example, the waves that hit us on September 14 --

たとえば 9月14日の重力波は —

and yes, every single one of you stretched and compressed

そう ここにいる全員が

重力波が来た時 引き延ばされ 圧縮されたんですよ —

under the action of that wave --

when the waves hit, they stretched the average person

伸縮の大きさは 平均的な人で

by one part in 10 to the 21.

10の21乗分の１ほどです

That's a decimal place, 20 zeroes,

これは小数点の後に 0が20個続いて

and a one.

1が来るという数字です

That's why everyone thought the LIGO people were nuts.

だからこそ みんなLIGOに取り組む人々を どうかしていると思ったんです

Even with a laser detector five kilometers long -- and that's already crazy --

５kmの長さのレーザー検出器を使っても — これだけで十分クレージーですが

they would have to measure the length of those detectors

検出器の長さを

原子核の半径の 千分の１以下という精度で

to less than one thousandth of the radius of the nucleus

測らなければならないんです

of an atom.

And that's preposterous.

途方もない話です

So towards the end of his classic text on gravity,

重力論の有名な教科書の 終わりの方で

LIGO co-founder Kip Thorne

LIGOの設立者の１人である キップ・ソーンが

重力波検出の難しさについて こう語っています

described the hunt for gravitational waves as follows:

He said, "The technical difficulties to be surmounted

「そのような検出器を 構築するためには

in constructing such detectors

技術的に膨大な困難を

乗り越える必要があります

are enormous.

But physicists are ingenious,

しかし物理学者には 独創性があります

and with the support of a broad lay public,

広く一般の人々からの 支援があれば

all obstacles will surely be overcome."

どんな困難も 乗り越えられるでしょう」

Thorne published that in 1973,

ソーンはこれを1973年

42 years before he succeeded.

成功の42年も前に 書いていたのです

Now, coming back to LIGO,

LIGOに話を戻すと

Scott likes to say that LIGO acts like an ear

スコットが よく言っているように

LIGOは 目よりは 耳に近いものです

more than it does like an eye.

I want to explain what that means.

どういうことかと言うと

Visible light has a wavelength, a size,

可視光の場合 波長は

that's much smaller than the things around you,

身の回りにある物 —

the features on people's faces,

人の顔かたちや 携帯電話なんかより

the size of your cell phone.

はるかに小さなものです

And that's really useful,

これはとても有り難いことで

because it lets you make an image or a map of the things around you,

いろんな所から来る 光を見るだけで

身の回りの物について

by looking at the light coming from different spots

イメージや地図のようなものを 構成できます

in the scene about you.

Sound is different.

音だと話が違います

Audible sound has a wavelength that can be up to 50 feet long.

可聴音の波長は 15mにもなり得ます

And that makes it really difficult --

そのため音で 子供の顔のような

in fact, in practical purposes, impossible -- to make an image

関心ある物の形を 捉えるというのは

of something you really care about.

非常に難しく

Your child's face.

実用的に不可能です

Instead, we use sound to listen for features like pitch

その代わり 音の場合には

高さや 音色や リズムや 大きさに耳を傾けることで

and tone and rhythm and volume

to infer a story behind the sounds.

音の背後にある物語を 推測します

That's Alice talking.

アリスが話しているな

That's Bob interrupting.

ボブが遮った

Silly Bob.

バカなやつ

So, the same is true of gravitational waves.

重力波も同じです

We can't use them to make simple images of things out in the Universe.

重力波で宇宙にある物の形を 単純に描き出すことはできません

But by listening to changes

しかし波の大きさや

in the amplitude and frequency of those waves,

振動数の変化に 耳を傾けることで

we can hear the story that those waves are telling.

波の語っている物語を 聞き取ることができます

And at least for LIGO,

LIGOの場合

the frequencies that it can hear are in the audio band.

捉えられる振動数は 可聴帯域です

So if we convert the wave patterns into pressure waves and air, into sound,

だから波のパターンを 空気の圧力波である音に変換すれば

宇宙が語っていることを 文字通り聞くことができます

we can literally hear the Universe speaking to us.

For example, listening to gravity, just in this way,

たとえば重力に 耳を傾けることで

ブラックホールの衝突について 分かることが 沢山あります

can tell us a lot about the collision of two black holes,

something my colleague Scott has spent an awful lot of time thinking about.

私の同僚のスコットが 多くの時間を 考えて過ごしてきたことです

(Audio) SH: If the two black holes are non-spinning,

(スコットの声) ２つのブラックホールが 回転していない場合

音は単純です 「ウゥーップ！」

you get a very simple chirp: whoop!

If the two bodies are spinning very rapidly, I have that same chirp,

２つのブラックホールが高速に 回り合っている場合 音は似ていますが

but with a modulation on top of it,

それに抑揚が加わって こんな感じになります

so it kind of goes: whir, whir, whir!

「ウゥッウゥッウゥッ」

It's sort of the vocabulary of spin imprinted on this waveform.

波形に回転の言葉が 刻まれているようなものです

AA: So on September 14, 2015,

(講演者) 2015年9月14日 —

a date that's definitely going to live in my memory,

この日は 私の記憶に ずっと残り続けるでしょう

LIGO heard this:

LIGOが こんな音を捉えました

[Whirring sound]

(ウゥーップという音)

So if you know how to listen, that is the sound of --

聞く者が聞けば この音は紛れもなく—

(Audio) SH: ... two black holes, each of about 30 solar masses,

(スコットの声) それぞれ 太陽30個分ほどの質量がある

that were whirling around at a rate

２つのブラックホールが

comparable to what goes on in your blender.

ミキサーなみの速さで 回転し合っています

AA: It's worth pausing here to think about what that means.

(講演者) この意味することを ちょっと考えてみましょう

Two black holes, the densest thing in the Universe,

ブラックホールは宇宙で 最も密度が高い存在です

one with a mass of 29 Suns

一方は太陽29個分

and one with a mass of 36 Suns,

もう一方は 太陽36個分の質量があり

whirling around each other 100 times per second

衝突の直前には 毎秒100回転という速さで

before they collide.

互いに回り合っていました

Just imagine the power of that.

それがどれほどの力か 想像してみてください

It's fantastic.

すごいものです

And we know it because we heard it.

そして我々が それを知ったのは 聞くことによってなのです

That's the lasting importance of LIGO.

ここに LIGOの 揺るぎない価値があります

It's an entirely new way to observe the Universe

宇宙を観測するかつてない

that we've never had before.

まったく新しい方法なんです

It's a way that lets us hear the Universe

宇宙の目に見えない部分を

and hear the invisible.

聞けるようにしてくれる 方法なんです

And there's a lot out there that we can't see --

事実上であれ 本質的にであれ

目に見えないものは 沢山あります

in practice or even in principle.

So supernova, for example:

たとえば超新星です

I would love to know why very massive stars explode in supernovae.

重い星がどうして爆発して超新星になるのか 是非知りたいところです

They're very useful;

超新星からは

we've learned a lot about the Universe from them.

宇宙について 多くのことを学べます

The problem is, all the interesting physics happens in the core,

問題は 興味深い物理現象は 核の部分で起きており

and the core is hidden behind thousands of kilometers

核は何千キロもの 鉄や炭素やケイ素に

of iron and carbon and silicon.

覆い隠されている ということです

We'll never see through it, it's opaque to light.

光を通さず 見通すことはできません

Gravitational waves go through iron as if it were glass --

でも重力波なら 鉄だろうと

ガラスか何かのように 通り抜けられます

totally transparent.

The Big Bang: I would love to be able to explore

それにビッグバン

宇宙誕生直後のことを 探求できればと思いますが

the first few moments of the Universe,

but we'll never see them,

それを見ることは 決してできません

because the Big Bang itself is obscured by its own afterglow.

ビッグバン自体は その残光に 包み隠されているからです

With gravitational waves,

重力波なら

we should be able to see all the way back to the beginning.

原初の時に遡って 見ることができるはずです

Perhaps most importantly,

何より重要なのは

I'm positive that there are things out there

私たちが決して 見たことがなく

that we've never seen

見ることもできず

that we may never be able to see

想像したことすら ないけれど

and that we haven't even imagined --

聞くことによってのみ 発見できるものが

things that we'll only discover by listening.

きっとあるということです

And in fact, even in that very first event,

実際 あの最初の出来事において

LIGO found things that we didn't expect.

LIGOは我々の予期しなかったものを 発見しました

Here's my colleague and one of the key members of the LIGO collaboration,

私の同僚で LIGO共同研究の 主要メンバーである

MITのマット・エヴァンズが まさにそのことを語っています

Matt Evans, my colleague at MIT, addressing exactly that:

(Audio) Matt Evans: The kinds of stars which produce the black holes

(マット・エヴァンズの声) ここで我々が観測している

that we observed here

ブラックホールを作った星は

are the dinosaurs of the Universe.

いわば宇宙の 恐竜のような存在です

They're these massive things that are old, from prehistoric times,

とても大きく古い 太古の存在で

and the black holes are kind of like the dinosaur bones

あのブラックホールは 古生物学者が研究する

with which we do this archeology.

恐竜の骨のようなものです

So it lets us really get a whole nother angle

宇宙には何があり

on what's out there in the Universe

星はどのように生まれ

and how the stars came to be, and in the end, of course,

その混沌の中からどうやって 我々が生まれるに到ったのか

how we came to be out of this whole mess.

まったく違った視点を 与えてくれるんです

AA: Our challenge now

(講演者) 我々の挑戦は今や

is to be as audacious as possible.

これ以上なく 野心的なものになりました

Thanks to LIGO, we know how to build exquisite detectors

LIGOのお陰で

宇宙の そよぎや さえずりを 聴くことのできる

that can listen to the Universe,

to the rustle and the chirp of the cosmos.

精巧な検出器の作り方が 分かりました

Our job is to dream up and build new observatories --

我々の仕事は 新たな観測所を 構想し建設することです

a whole new generation of observatories --

まったく新世代の観測所を

on the ground, in space.

地上に 宇宙に作るのです

I mean, what could be more glorious than listening to the Big Bang itself?

ビッグバンそのものに耳を傾ける以上に 壮麗なことが他にあるでしょうか？

Our job now is to dream big.

大きな夢を抱くことが 私たちの仕事です

Dream with us.

一緒に夢を抱きましょう

Thank you.

どうもありがとうございました

(Applause)

(拍手)