Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
パトリシア・バーチャット: 暗黒物体ダークマターの解明
75,137 views ・ 2008-08-25
下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。
翻訳: Seiko Kawagoe
校正: Takako Sato
00:18
As a particle physicist, I study the elementary particles
0
18330
4000
私は素粒子物理学者として 素粒子の
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
22330
3000
根本的な動きを研究しています
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
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25330
3000
これまでの研究にあたりミクロの観察には
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
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28330
3000
スタンフォード大学で電子加速器などを用いて
00:31
to study things on the smallest scale.
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31330
3000
研究をしてきました
00:34
But more recently, I've been turning my attention
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34330
2000
ですが最近 私の関心はこうしたミクロの視点から
00:36
to the universe on the largest scale.
6
36330
3000
宇宙という大きなスケールへと移行しています
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
39330
2000
それは 説明していくうちにご理解いただけると思いますが
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
41330
4000
ミクロの世界とマクロの世界は非常に密接に関わっています
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
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45330
5000
では 21世紀の視野でみる宇宙とはどのような世界なのか
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
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50330
3000
一体何で作られ どのような謎が潜んでいるのか
00:53
at least some of the big questions.
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53330
2000
それらを発表していきたいと思います
00:55
So, recently, we have realized
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55330
3000
近年 解明された事なのですが
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
58330
2000
宇宙を形成している通常物質
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
60330
3000
ここでいう通常物質は 例えば あなた 私
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
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63330
2000
植物 星 そして銀河などを指し
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
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65330
3000
これらは 宇宙全体のほんの数パーセントにしか
01:08
of the content of the universe.
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68330
2000
満たないという事実が分かりました
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
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70330
3000
宇宙全体の約1/4を占めている物質は
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
73330
3000
私たちの目には見えないものであり
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
76330
4000
それは電磁スペクトルを吸収もしなければ
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
80330
3000
放出してもいない つまり電磁スペクトルに映し出されない物質です
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
83330
2000
電磁スペクトルに無反応な物質なため
01:25
which is what we use to detect things.
23
85330
2000
検出することができません
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
87330
3000
全く反応を起こさない物質の存在を私たちがどのように知ったのかというと
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
90330
2000
そこに重力が存在するからです
01:32
In fact, this dark matter dominates
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92330
3000
実際 この無反応な物質(ダークマター)が
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
95330
3000
宇宙全体に存在する重力の大半を占めているのです
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
98330
2000
その根拠も説明していきます
01:40
What about the rest of the pie?
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100330
2000
では このグラフの残りは何を表しているのでしょう
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
102330
4000
これはダークエネルギーという謎めいた物質です
01:46
More about that later, OK.
31
106330
2000
ダークエネルギーに関しての説明は後ほど...
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
108330
3000
ではさっそく ダークマターの存在について目を向けてみましょう
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
111330
3000
銀河全般に言えることで このような渦巻銀河は特に
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
114330
5000
過半数の星が銀河の中心部に集中しています
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
119330
7000
この巨大な星のかたまりでできた渦によって 銀河内の円形軌道は保たれているのです
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
126330
3000
物理学を学んだ人なら 即座に分かると思いますが
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
129330
4000
このように軌道を回る星があった場合
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
133330
6000
中心部に近い星は 外側にある星よりも
02:19
than those that are further out here, OK.
39
139330
3000
速いスピードで回っています
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
142330
5000
ですから星が軌道を回る速さは
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
147330
4000
内側よりも外側のほうが遅いと予測するはずです
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
151330
2000
中心部から星までの距離と星の動く速度を
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
153330
2000
図で表すと
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
155330
4000
距離と速度は反比例の関係にあると
02:39
from the center of the galaxy.
45
159330
2000
予測するでしょう
02:41
When those measurements are made,
46
161330
1000
ですが 実際はそうではなく
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
162330
3000
星の速度はどの位置においても
02:45
as a function of distance.
48
165330
2000
一定を保っていたのです
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
167330
3000
もし一定ならば そこにある星には
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
170330
4000
私たちには見えない物質からの引力が働いているはずです
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
174330
3000
実際に 宇宙に存在するどんな銀河にも
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
177330
5000
このような肉眼で確認する事のできないダークマターの雲で覆われている事が解明されました
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
182330
4000
また ダークマターは銀河の形体は異なり 球面的な形であり
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
186330
4000
その球体は銀河よりも広い範囲で存在しているのです
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
190330
4000
通常 私たちは銀河だけにとらわれがちですが 実際には
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
194330
5000
銀河の構造や原動力を支配するダークマターが存在しています
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
199330
3000
銀河は宇宙にバラバラとちりばめられて出来上がってたのではなく
03:22
they tend to cluster.
58
202330
2000
集合体を作る性質を持っています
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
204330
3000
これは有名な集合体の例で かみのけ座銀河団と言います
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
207330
3000
この銀河団には何千もの銀河が存在していて
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
210330
3000
どれも白くぼやけて楕円のような形をしています
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
213330
3000
今の瞬間の銀河のスナップ写真をとってみるとして
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
216330
3000
10年後に撮影するスナップ写真と比較してみても なんら変化はありません
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
219330
4000
しかし実際には これらの銀河は驚くほどに速いスピードで移動していて
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
223330
5000
この重力の渦に沿うように動いているのです
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
228330
2000
全ての銀河は このように動いているわけで
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
230330
4000
私たちは銀河の動く速度と軌道速度を測定し
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
234330
2000
この銀河団の重力質量を調べる事ができます
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
236330
4000
やはり 実際に目で見て確認できる分以上の
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
240330
4000
重力質量がそこから検出されます
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
244330
2000
仮に電磁スペクトルを別の角度から分析して
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
246330
3000
この銀河団に含まれている大量のガスを測定してみても
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
249330
2000
巨大な重力質量の謎は解けません
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
251330
3000
実際に ここでは通常物質よりも
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
254330
3000
約10倍にあたる質量が肉眼で測定できない形
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
257330
4000
つまりダークマターとして存在しています
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
261330
4000
このダークマターも見る事が出来れば いいですよね
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
265330
2000
大きな青いまるで囲んであるのは
04:27
to try to remind you that it's there.
79
267330
2000
ダークマターの代わりです
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
269330
3000
もっと分かりやすく見る方法はないのでしょうか?それがあるんです
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
272330
2000
では その説明をしましょう
04:34
So here's an observer:
82
274330
2000
これが観察者の視点です
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
276330
2000
観察者の眼でも天体望遠鏡でも構いません
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
278330
2000
ここに銀河があるとしましょう
04:40
How do we see that galaxy?
85
280330
2000
観察者の眼からはどのように見えますか?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
282330
3000
銀河から放たれた光が宇宙を
04:45
for perhaps billions of years
87
285330
2000
何十億年も旅して
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
287330
3000
観測者の眼にたどり着きます
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
290330
3000
銀河の位置をどのように推測できるのかというと
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
293330
3000
光の飛んで来た方向から
04:56
as it enters our eye, right?
91
296330
2000
直線で結んだ位置に銀河があると憶測します
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
298330
2000
光がこのような角度から眼に入ると考えると
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
300330
2000
銀河はこの直線の延長線上にあるはずです
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
302330
4000
では この二つの間にもう一つの銀河団を置いてみましょう
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
306330
2000
もちろんこの銀河団にはダークマターが存在しています
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
308330
4000
では もう一つの光がこのように射していた場合どうなるのでしょう
05:12
we now need to take into account
97
312330
2000
ここではアインシュタインの
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
314330
3000
相対性理論が重要となります
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
317330
4000
ダークマターの巨大な質量によって発生した重力は
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
321330
3000
粒子の軌道だけではなく
05:24
but will deflect light itself.
101
324330
3000
そこに存在する光さえも曲げてしまいます
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
327330
3000
ですから この光も重力によって屈折し
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
330330
4000
私たち 観測者の眼に入ってくるのです
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
334330
3000
観測者の立場から見てみると 銀河は
05:37
You can respond. Up, right?
105
337330
4000
実際よりも上に存在しているように映るはずです
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
341330
3000
銀河が光の直線上にあると推測するので 実際よりも上に位置づけてしまうわけです
05:44
Is there any other ray of light
107
344330
1000
他にはどのように光が
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
345330
3000
観測者の眼に届いているのでしょう?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
348330
3000
はい そうです あちらの方のいう通り 下に曲がります
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
351330
2000
下に曲がった光は重力によって 屈折し
05:53
up into the observer's eye,
111
353330
2000
上昇しながら 観測者の眼に入り
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
355330
2000
実際より下に位置して見えます
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
357330
2000
それでは ここから応用編です
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
359330
2000
私たちの住む三次元の世界は
06:01
a three-dimensional space.
115
361330
2000
縦 横 奥行きの空間なのですが
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
363330
3000
そう考えると 他にはどのように光が進むと考えられますか?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
366330
6000
その通りです!光は円すいに変形します
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
372330
2000
光が銀河団の引力で屈折し
06:14
that will all be bent by that cluster
119
374330
2000
円すいの形で進んで
06:16
and make it into the observer's eye.
120
376330
3000
観測者の眼に入ります
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
379330
5000
では 円すい形の光は実際の眼球にどのように映るのでしょう?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
384330
4000
丸い輪です アインシュタインはこの現象を予言していた為 アインシュタインリングと呼ばれています
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
388330
5000
このアインシュタインリングが完璧なリングの形として現れるのは
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
393330
5000
3つ全てが一直線上にある時のみです
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
398330
3000
もし 少しでも傾いている場合 それは違うイメージとして映るでしょう
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
401330
3000
今夜のパーティーでもできる実験を教えましょう
06:44
to figure out what that image will look like.
127
404330
3000
どのようなイメージが浮かぶのか調べる事ができます
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
407330
4000
この効果を再現するのに最適な形をしたレンズを
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
411330
3000
作り出すことが出来るのです
06:54
We call this gravitational lensing.
130
414330
2000
この道具を重力レンズと呼んでいます
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
416330
3000
これが 必要な材料です
06:59
(Laughter).
132
419330
1000
(笑)
07:00
But ignore the top part.
133
420330
3000
上の部分は省きます
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
423330
3000
この下の部分が大事なのです
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
426330
2000
私の家では割れたワイングラスは
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
428330
2000
底をとっておき 機械工場へ持って行きます
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
430330
4000
研磨をかけた後には重力レンズができるというわけです
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
434330
2000
このようにしてレンズを用意したら
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
436330
2000
次に必要なものは紙ナプキンです
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
438330
4000
私は物理学者なのでグラフ用紙を使いますが(笑)
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
442330
4000
この紙ナプキンの中心部に銀河を描きます
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
446330
3000
そして その上に重力レンズをのせると
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
449330
3000
アインシュタインリングが出来ているのが分かります
07:32
Now, move the base off to the side,
144
452330
3000
では レンズを少し中心部からずらしてみましょう
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
455330
3000
するとリングは割れて弓の形になります
07:38
And you can put it on top of any image.
146
458330
2000
このようにしてレンズを活用します
07:40
On the graph paper, you can see
147
460330
1000
グラフ用紙を見て分かるように
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
461330
2000
直線はゆがんで曲線のように見えます
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
463330
3000
この直線を曲げる力が重力レンズによって
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
466330
2000
正確に表現されているのです
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
468330
4000
こういった現象を実際の天体望遠鏡はとらえているのでしょうか?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
472330
4000
このような歪んだ弓の形の光は銀河団の中に存在しているのでしょうか?
07:56
And the answer is yes.
153
476330
2000
その答えは YESです
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
478330
2000
これはハッブル宇宙望遠鏡からの画像です
08:00
Many of the images you are seeing
155
480330
2000
画像の多くはこの宇宙望遠鏡が
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
482330
2000
最近のものではありませんが
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
484330
2000
この金色に輝く銀河の数々を見てみると
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
486330
3000
これが銀河団だと分かります
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
489330
4000
銀河団はダークマターによって引き寄せられて出来た集合体で
08:13
that are causing the bending of the light
160
493330
2000
光を屈折させる原因です
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
495330
3000
そして それにより
08:18
of the background galaxies.
162
498330
2000
銀河の光は歪んでみえるのです
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
500330
3000
ですから これらの縦や横に流れる光の帯は
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
503330
4000
実際にはずっと離れた位置にある銀河がひずんでしまった姿なのです
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
507330
3000
次に この画像の光の歪み具合を測って
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
510330
4000
そこにどれだけの質量が存在しているのかを
08:34
there must be in this cluster.
167
514330
2000
計算で導きだします
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
516330
2000
結果 そこには極めて大きな質量が存在しました
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
518330
2000
実際に眼で確認できる通り
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
520330
4000
これらの弓形は個々の銀河に集中しているのではなく
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
524330
4000
無数に広がった状態で存在している事が分かります
08:48
and that is the dark matter
172
528330
4000
そしてこのダークマターの中に
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
532330
3000
銀河団が含まれているのです
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
535330
2000
この画像がダークマターの影響を
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
537330
3000
肉眼でかろうじて捉えられる画像です
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
540330
3000
では 簡単におさらいです
09:03
So the evidence that we have
177
543330
2000
宇宙の 1/4はダークマターという
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
545330
2000
重力をもつ質量で
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
547330
2000
占められている証拠は
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
549330
4000
銀河の周りを回る星のスピードが非常に速いので
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
553330
3000
ダークマターが影響しているはずで
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
556330
4000
銀河団の中の銀河の回転速度からも
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
560330
2000
ダークマターの影響が考えられます
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
562330
4000
そして光を屈折させる重力レンズ効果からも
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
566330
3000
ダークマターが影響しているはずだと言えるのです
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
569330
4000
では ここからはダークエネルギーについて話します
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
573330
3000
ダークエネルギーの存在を理解する為には 先ほどの
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
576330
4000
スティーヴンホーキング氏の話に戻る必要があります
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
580330
4000
宇宙そのものが膨張し拡大しているという事実です
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
584330
5000
この果てなく続く宇宙の一部に
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
589330
3000
4つの銀河を並べるとしましょう
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
592330
4000
その間に巻き尺を配置すると仮定します
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
596330
2000
その縦と横に広がる線は
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
598330
4000
それぞれの位置を計測することができます
10:02
If you could do this, what you would find
195
602330
2000
もし 実際にそのような事が出来た場合
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
604330
3000
この4つの銀河は日々 年々
10:07
each passing billions of years, OK,
197
607330
3000
やがては何十億年という時を経て
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
610330
3000
少しずつお互いの距離を増し 離れていっている事が結果的に現れるのです
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
613330
1000
これは これら4つの銀河が
10:14
away from each other through space.
200
614330
3000
お互いから離れるようにして動いているからではありません
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
617330
2000
これらの銀河は宇宙を駆け巡っているのではないのです
10:19
They're moving away from each other
202
619330
2000
銀河の距離が離れていったのは
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
621330
3000
宇宙そのものが膨張しているからなのです
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
624330
4000
それが ユニバース つまり宇宙全体の姿なのです
10:28
So they're moving further apart.
205
628330
2000
宇宙はぐんぐんと拡大し続けています
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
630330
4000
ホーキング氏も触れていたのは
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
634330
6000
ビッグバンが起きた後 宇宙が極度の速さで拡大したという点です
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
640330
4000
しかし 引力をもつ物質が宇宙に
10:44
is embedded in this space,
209
644330
2000
存在するために
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
646330
3000
宇宙の拡大を減速させる性質があります
10:49
So the expansion slows down with time.
211
649330
3000
よって拡大速度は時間とともに低下するのです
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
652330
4000
20世紀の科学者達は この宇宙の拡大は
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
656330
5000
永遠に続くものなのか それとも
11:01
whether it would slow down, you know,
214
661330
2000
衰えながらも
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
663330
2000
永遠に続くのか
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
665330
5000
あるいは やがては絶えてしまうものなのか議論しました
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
670330
5000
速度が低下した後に収縮するのではないかとの意見もありました
11:15
So a little over a decade ago,
218
675330
2000
そして10年ほど前に
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
677330
5000
2組の物理学者と天文学者達が
11:22
set out to measure the rate at which
220
682330
2000
宇宙の膨張速度の減少率を
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
684330
4000
計測したのです
11:28
By how much less is it expanding today,
222
688330
2000
今日の膨張率は数十億年昔と比べて
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
690330
3000
どのくらい減少していたのでしょう
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
693330
5000
結果は予想に反して驚くべきもので
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
698330
4000
宇宙の膨張率は数十億年前に比べて
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
702330
3000
増加している事が分かったのです
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
705330
3000
これは 宇宙が以前よりも速いスピードで拡大している事を表し
11:48
This was a completely surprising result.
228
708330
3000
大半の予想をくつがえす結果でした
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
711330
6000
なぜ宇宙が膨張率を増しながら拡大しているのかという原因ははっきりと分かっていません
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
717330
3000
誰もが予想だにしなかった結果で
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
720330
2000
想像に反する発見でした
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
722330
3000
ですから 私たちには宇宙が拡大し続けている原因を探る必要がありました
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
725330
2000
この事を数学上で説明する場合
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
727330
4000
この一連の現象を言い表すのに エネルギーの存在を使います
12:11
but it's a completely different type of energy
235
731330
1000
このエネルギーは
12:12
from anything we've ever seen before.
236
732330
2000
これまでに見てきたものとは全く別の種類で
12:14
We call it dark energy,
237
734330
2000
ダークエネルギーと呼ばれています
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
736330
3000
ダークエネルギーは宇宙が膨張する要因を作り出しています
12:19
But we don't have a good motivation
239
739330
2000
公式にするのは
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
741330
2000
現時点ではできません
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
743330
3000
公式にする妥当性も まだ説明がつかないのです
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
746330
4000
ですので 現段階で私の言える事は
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
750330
2000
ダークマターとダークエネルギーは
12:32
are completely different things, OK.
244
752330
2000
全くの別物であるという事
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
754330
4000
この二つの謎の物体が宇宙全体の大半を占めているという事
12:38
and they have very different effects.
246
758330
3000
そしてこの二つは全く別の役割を果たしているという事です
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
761330
3000
ダークマターは重力があるために
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
764330
4000
その周辺にある銀河を引き寄せ
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
768330
3000
銀河団という骨組みを構成する基になります
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
771330
2000
これは ダークマターの重力無くしては出来ません
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
773330
2000
一方で ダークエネルギーは
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
775330
4000
宇宙空間を拡大させる事で 銀河同士の距離を広げ
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
779330
3000
重力の影響を減少させる働きがあります
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
782330
3000
重力を減少させる事で 銀河団の構築を妨げるのです
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
785330
3000
ですから 銀河団を観察し
13:08
and how they -- their number density,
256
788330
4000
銀河団の数密度や
13:12
how many there are as a function of time --
257
792330
2000
時間との相対関係を調べる事で
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
794330
4000
どのようにダークマターとダークエネルギーが
13:18
compete against each other in structure forming.
259
798330
3000
銀河団の形成に影響しているのかを探る事が出来ます
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
801330
3000
ダークエネルギーに関しては 先ほども言ったように
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
804330
4000
その存在を証明するような理論は発表されていません
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
808330
3000
ダークマターに関しては 有力な理論が存在します
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
811330
3000
ダークマターの立証につながる有力理論とは
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
814330
3000
数学的にも立証できるもので
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
817330
5000
その存在がきちんと確立されている理論の事であり
13:42
that were actually introduced
266
822330
2000
偶然にも全く異なった現象を
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
824330
3000
説明する為に導きだされた理論です
13:47
things that I haven't even talked about,
268
827330
2000
まだここでは触れていませんが
13:49
that each predict the existence
269
829330
3000
どれも非常に作用のゆるい素粒子を
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
832330
3000
予測している理論です
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
835330
2000
物理では理想的なパターンです
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
837330
4000
数学的に説明のつく理論が作られ それが後に
14:01
that was actually developed for something else.
273
841330
2000
別の現象を説明に使われるのです
14:03
But we don't know if either of those
274
843330
3000
ですが 私たちは未だこれらの理論が
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
846330
3000
ダークマターを解き明かす候補なのか わかりません
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
849330
3000
もしかしたら まったく違った場所に答えはあるのかもしれません
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
852330
2000
ダークマターの素粒子は
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
854330
3000
この場にでさえ存在しています
14:17
and they didn't come in the door.
279
857330
1000
ドアから入って来たのではなく
14:18
They just pass through anything.
280
858330
2000
全ての物体を通り抜けます
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
860330
2000
建物も 地球さえも通り抜けて
14:22
they're so non-interacting.
282
862330
2000
どの物体とも作用することはありません
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
864330
3000
ですから ダークマターの存在を探知する
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
867330
4000
とても高性能の探知機を作ることも考えられます
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
871330
3000
ダークマターに反応する鉱石はないか
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
874330
2000
同僚の一人が 共同研究者たちと協力して
14:36
have built such a detector.
287
876330
2000
そのような探知機を造りました
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
878330
3000
ミネソタ州の鉄鉱地帯の地中奥深くに
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
881330
3000
その探知機を置き 研究を続けた結果
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
884330
3000
二日前には 鋭い結果が発表されました
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
887330
3000
実際に何かの存在を確認したという訳ではないのですが
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
890330
3000
ダークマターが他の物体と作用の強さの限度を示唆するものでした
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
893330
4000
今年の終わりにはサテライト望遠鏡が打ち上げられます
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
897330
3000
そして銀河の中心部を焦点として観測し
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
900330
2000
ダークマターの素粒子が消滅した際に発する
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
902330
4000
ガンマ線がその望遠鏡でとらえられるかもしれません
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
906330
3000
今年の末には稼働し始める
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
909330
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大型ハドロン衝突型加速器の観測結果にも注目です
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It is possible that dark matter particles might be produced
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大型ハドロン衝突型加速器によって
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at the Large Hadron Collider.
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ダークマター素粒子が生まれるかもしれません
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Now, because they are so non-interactive,
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ダークマターは他の物質と
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they will actually escape the detector,
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作用しない為 加速器には探知されないでしょう
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so their signature will be missing energy, OK.
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つまり エネルギー質量が減少すると予想されるのです
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Now, unfortunately, there is a lot of new physics
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しかしながら エネルギー質量の損失を鍵としている
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whose signature could be missing energy,
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理論が多数存在しているため
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so it will be hard to tell the difference.
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それぞれの差を見極める事が必要です
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And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
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そして最後に ダークマターやダークエネルギーの存在に対する疑問を解くためにデザインされた
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specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
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天体望遠鏡が造られています
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ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
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さらに3つの宇宙望遠鏡も現在打ち上げられる予定で
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that are in competition right now
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ダークマターやダークエネルギーの
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to be launched to investigate dark matter and dark energy.
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調査開始に乗り出しています
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So in terms of the big questions:
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今日はダークマターと
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what is dark matter? What is dark energy?
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ダークエネルギーとは何かという
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The big questions facing physics.
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物理学における大きな謎を話しました
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And I'm sure you have lots of questions,
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この件に関して質問がある方が沢山いらっしゃると思います
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which I very much look forward to addressing
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その方は是非 今からの72時間を使って
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over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
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私の所へお越し下さい 喜んで質問をお受けします
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(Applause)
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ありがとう (拍手)
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