The search for dark matter -- and what we've found so far | Risa Wechsler

Переводчик: Natalia Ost Редактор: Yulia Kallistratova

Do you ever think about what would happen

Вы когда-нибудь думали, что случилось бы,

if the world were a little bit different?

будь мир немного другим?

How your life would be different

Как изменилась бы ваша жизнь,

if you were born 5,000 years from now

если бы вы родились через 5 000 лет,

instead of today?

а не в наши дни?

How history would be different

Как бы изменилась история,

if the continents were at different latitudes

будь континенты расположены на других широтах,

or how life in the Solar system would have developed

или как развивалась бы жизнь в Солнечной системе,

if the Sun were 10 percent larger.

если бы Солнце было на 10% крупнее?

Well, playing with these kinds of possibilities

Размышлять о таких возможностях —

is what I get to do for a living

это моя работа,

but with the entire universe.

но думаю я в масштабах Вселенной.

I make model universes in a computer.

Я создаю модели вселенных на компьютере.

Digital universes that have different starting points

Цифровые вселенные, имеющие разные начала

and are made of different amounts of different kinds of material.

и созданные из разных материалов в различных пропорциях.

And then I compare these universes to our own

Затем я сравниваю эти вселенные с нашей,

to see what it is made of and how it evolved.

чтобы увидеть, из чего она состоит и как эволюционировала.

This process of testing models with measurements of the sky

Этот процесс проверки моделей через измерения неба

has taught us a huge amount about our universe so far.

уже открыл для нас многое о Вселенной.

One of the strangest things we have learned

Одна из самых больших выявленных странностей

is that most of the material in the universe

заключается в том, что материя во Вселенной

is made of something entirely different than you and me.

состоит не из того же, из чего вы и я.

But without it,

Но без неё

the universe as we know it wouldn't exist.

Вселенная, какой мы её знаем, не существовала бы.

Everything we can see with telescopes

Всё, что мы видим в телескопы,

makes up just about 15 percent of the total mass in the universe.

составляет только около 15% общей массы Вселенной.

Everything else, 85 percent of it,

Остальное, целых 85%,

doesn't emit or absorb light.

не излучает и не поглощает свет.

We can't see it with our eyes,

Эту материю не увидеть,

we can't detect it with radio waves

не засечь радиоволнами

or microwaves or any other kind of light.

или микроволнами, никаким другим видом света.

But we know it is there

Но мы знаем, что она существует,

because of its influence on what we can see.

по тому, как она влияет на видимые нам объекты.

It's a little bit like,

Похоже на то,

if you wanted to map the surface of our planet

как если бы вы рисовали карту нашей планеты

and everything on it

и всего на ней,

using this picture of the Earth from space at night.

основываясь на сделанной из космоса фотографии ночной Земли.

You get some clues from where the light is,

По тому, где есть свет, можно сделать некоторые выводы,

but there's a lot that you can't see,

но многое остаётся невидимым:

everything from people to mountain ranges.

от людей до горных хребтов.

And you have to infer what is there from these limited clues.

Выводы приходится делать, исходя из этих ограниченных подсказок.

We call this unseen stuff "dark matter."

Мы зовём это невидимое вещество тёмной материей.

Now, a lot of people have heard of dark matter,

Многие слышали о тёмной материи,

but even if you have heard of it,

но даже если слышали,

it probably seems abstract,

понятие, вероятно, кажется абстрактным,

far away, probably even irrelevant.

далёким, даже неважным.

Well, the interesting thing is,

Интересно то,

dark matter is all around us

что нас окружает тёмная материя,

and probably right here.

вероятно, прямо здесь.

In fact, dark matter particles

На самом деле, частицы тёмной материи,

are probably going through your body right now

вероятно, проходят сейчас через ваше тело,

as you sit in this room.

пока вы здесь сидите.

Because we are on Earth

Поскольку мы находимся на Земле,

and Earth is spinning around the Sun,

а Земля крутится вокруг Солнца,

and the Sun is hurtling through our galaxy

а Солнце движется по нашей галактике

at about half a million miles per hour.

со скоростью 800 тысяч километров в час.

But dark matter doesn't bump into us,

Но тёмная материя с нами не сталкивается,

it just goes right through us.

а проходит сквозь нас.

So how do we figure out more about this?

Так как же нам узнать о ней больше?

What is it,

Что это,

and what does it have to do with our existence?

как она связана с нашим существованием?

Well, in order to figure out how we came to be,

Чтобы разобраться, откуда мы произошли,

we first need to understand how our galaxy came to be.

сначала нужно понять, как образовалась наша галактика.

This is a picture of our galaxy, the Milky Way, today.

Это современное изображение нашей галактики Млечный Путь.

What did it look like 10 billion years in the past

Как она выглядела 10 миллиардов лет назад

or what would it look like 10 billion years in the future?

или как она будет выглядеть через 10 миллиардов лет?

What about the stories

А какие истории

of the hundreds of millions of other galaxies

у сотен миллионов других галактик,

that we've already mapped out with large surveys of the sky?

которые мы уже обнаружили при масштабном исследовании неба?

How would their histories be different

Чем отличались бы их истории,

if the universe was made of something else

если бы Вселенная состояла из чего-то иного,

or if there was more or less matter in it?

или если бы в ней было больше или меньше материи?

So the interesting thing about these model universes

В этих моделях вселенных интересно то,

is that they allow us to test these possibilities.

что они позволяют нам проверить эти возможности.

Let's go back to the first moment of the universe --

Вернёмся к моменту рождения Вселенной,

just a fraction of a second after the big bang.

всего на долю секунды после Большого взрыва.

In this first moment,

В этот первый момент

there was no matter at all.

материи совсем не существовало.

The universe was expanding very fast.

Вселенная очень быстро расширялась.

And quantum mechanics tells us

Квантовая механика подсказывает,

that matter is being created and destroyed

что материя создаётся и разрушается

all the time, in every moment.

постоянно, в каждый момент.

At this time, the universe was expanding so fast

Тогда Вселенная расширялась так стремительно,

that the matter that got created couldn't get destroyed.

что создаваемая материя не успевала разрушаться.

And thus we think that all of the matter was created during this time.

Поэтому мы думаем, что вся материя появилась именно в то время.

Both the dark matter

И тёмная материя,

and the regular matter that makes up you and me.

и обычная, из которой состоим вы и я.

Now, let's go a little bit further

Продвинемся немного дальше

to a time after the matter was created,

ко времени, когда материя уже была создана,

after protons and neutrons formed,

сформировались протоны и нейтроны,

after hydrogen formed,

водород,

about 400,000 years after the big bang.

перейдём на 400 000 после Большого взрыва.

The universe was hot and dense and really smooth

Вселенная была горячей, плотной и очень однородной,

but not perfectly smooth.

но не совсем.

This image, taken with a space telescope called the Planck satellite,

Этот снимок, сделанный космическим телескопом Планк,

shows us the temperature of the universe

показывает температуру Вселенной

in all directions.

во всех направлениях.

And what we see

Мы видим,

is that there were places that were a little bit hotter

что раньше одни места были более горячими и плотными,

and denser than others.

чем другие.

The spots in this image

Точки на этом снимке

represent places where there was more or less mass in the early universe.

показывают места, где в молодой Вселенной были места с большей или меньшей массой.

Those spots got big because of gravity.

Из-за гравитации эти точки разрослись.

The universe was expanding and getting less dense overall

Вселенная расширялась и становилась в целом менее плотной

over the last 13.8 billion years.

за последние 13,8 миллиардов лет.

But gravity worked hard in those spots

Но гравитация активно действовала там,

where there was a little bit more mass

где было немного больше массы,

and pulled more and more mass into those regions.

и притягивала в эти области всё больше массы.

Now, all of this is a little hard to imagine,

Всё это сложно вообразить,

so let me just show you what I am talking about.

позвольте показать вам, а чём я говорю.

Those computer models I mentioned allow us to test these ideas,

Упомянутые компьютерные модели позволяют проверить эти идеи,

so let's take a look at one of them.

посмотрим на одну из них.

This movie, made by my research group,

Это видео создано моей исследовательской группой,

shows us what happened to the universe after its earliest moments.

на нём показано, что произошло со Вселенной сразу после её рождения.

You see the universe started out pretty smooth,

Видите, Вселенная вначале была довольно однородной,

but there were some regions

но в некоторых областях

where there was a little bit more material.

было несколько больше материи.

Gravity turned on and brought more and more mass

Сработала гравитация и привлекла ещё больше массы туда,

into those spots that started out with a little bit extra.

где массы изначально было чуть больше.

Over time,

Со временем

you get enough stuff in one place

в одном месте накапливалось достаточно всего,

that the hydrogen gas,

чтобы газ водород,

which was initially well mixed with the dark matter,

который до этого был перемешан с тёмной материей,

starts to separate from it,

начал отделяться от неё,

cool down, form stars,

охлаждаться, образовывать звёзды

and you get a small galaxy.

и превращаться в маленькую галактику.

Over time, over billions and billions of years,

Со временем, через миллиарды и миллиарды лет,

those small galaxies crash into each other

те маленькие галактики сталкивались друг с другом,

and merge and grow to become larger galaxies,

сливались и становились большими,

like our own galaxy, the Milky Way.

такими как наша галактика Млечный Путь.

Now, what happens if you don't have dark matter?

Что произойдёт, если тёмной материи не будет?

If you don't have dark matter,

Без тёмной материи

those spots never get clumpy enough.

те места никогда не наберут достаточно массы.

It turns out, you need at least a million times the mass of the Sun

Выяснилось, что необходимо не менее миллиона масс нашего Солнца

in one dense region,

в одной небольшой области,

before you can start forming stars.

чтобы смогли образоваться звёзды.

And without dark matter,

Без тёмной материи

you never get enough stuff in one place.

достаточной массы в одном месте не соберётся.

So here, we're looking at two universes, side by side.

Здесь мы видим рядом две галактики.

In one of them you can see

На одной мы можем видеть,

that things get clumpy quickly.

что быстро образуются скопления материи.

In that universe,

В этой вселенной

it's really easy to form galaxies.

легко образуются галактики.

In the other universe,

В другой вселенной

the things that start out like small clumps,

формирующиеся небольшие скопления

they just stay really small.

остаются очень маленькими.

Not very much happens.

Почти ничего не происходит.

In that universe, you wouldn't get our galaxy.

Во второй вселенной нашей галактики не появится.

Or any other galaxy.

И никакой другой тоже.

You wouldn't get the Milky Way,

Не появится Млечный Путь,

you wouldn't get the Sun,

не будет Солнца,

you wouldn't get us.

не будет нас.

We just couldn't exist in that universe.

В такой вселенной мы вообще не могли бы существовать.

OK, so this crazy stuff, dark matter,

Итак, эта невероятная тёмная материя

it's most of the mass in the universe,

составляет бóльшую часть массы Вселенной,

it's going through us right now, we wouldn't be here without it.

проходит сквозь нас прямо сейчас, без неё нас бы просто не было.

What is it?

Так что это?

Well, we have no idea.

Мы без понятия.

(Laughter)

(Смех)

But we have a lot of educated guesses,

Но у нас много эмпирических предположений

and a lot of ideas for how to find out more.

и много идей, как выяснить о ней больше.

So, most physicists think that dark matter is a particle,

Большинство физиков считают, что тёмная материя — это частица,

similar in many ways to the subatomic particles that we know of,

во многом похожая на известные нам элементарные частицы,

like protons and neutrons and electrons.

такие как протоны, нейтроны и электроны.

Whatever it is,

Что бы это ни было,

it behaves very similarly with respect to gravity.

гравитация действует на неё схожим образом.

But it doesn't emit or absorb light,

Но она не излучает и не поглощает свет,

and it goes right through normal matter,

проходит сквозь обычную материю,

as if it wasn't even there.

как будто её там и нет.

We'd like to know what particle it is.

Мы бы хотели знать, что это за частица.

For example, how heavy is it?

Например, насколько она тяжёлая?

Or, does anything at all happen if it interacts with normal matter?

Происходит ли хоть что-то при её взаимодействии с обычной материей?

Physicists have lots of great ideas for what it could be,

У физиков много отличных предположений о тёмной материи,

they're very creative.

очень изобретательных.

But it's really hard,

Но всё непросто,

because those ideas span a huge range.

потому что круг идей очень широк.

It could be as small as the smallest subatomic particles,

Тёмная материя может быть размером с мельчайшую из элементарных частиц

or it could be as large as the mass of 100 Suns.

или, напротив, иметь массу ста Солнц.

So, how do we figure out what it is?

Как это выяснить?

Well, physicists and astronomers

Физики и астрономы

have a lot of ways to look for dark matter.

ищут тёмную материю разными способами.

One of the things we're doing is building sensitive detectors

Например, мы строим чувствительные улавливающие приборы

in deep underground mines,

глубоко под землёй

waiting for the possibility

и ждём возможности,

that a dark matter particle, which goes through us and the Earth,

когда частица тёмной материи, проходящая через нас и Землю,

would hit a denser material

столкнётся с более плотной материей

and leave behind some trace of its passage.

и оставит какой-нибудь след.

We're looking for dark matter in the sky,

Мы ищем тёмную материю в небе,

for the possibility that dark matter particles

надеясь, что частицы тёмной материи

would crash into each other

столкнутся друг с другом

and create high-energy light that we could see

и создадут энергию и свет, который мы сможем увидеть

with special gamma-ray telescopes.

специальными телескопами с гамма-лучами.

We're even trying to make dark matter here on Earth,

Мы даже пытаемся создать тёмную материю здесь, на Земле,

by smashing particles together and looking for what happens,

сталкивая частицы между собой и наблюдая за результатом

using the Large Hadron Collider in Switzerland.

в Большом адронном коллайдере в Швейцарии.

Now, so far,

На данный момент

all of these experiments have taught us a lot

в результате этих экспериментов мы много узнали о том,

about what dark matter isn't

чем тёмная материя не является,

(Laughter)

(Смех)

but not yet what it is.

но не чем она является.

There were really good ideas that dark matter could have been,

Были действительно хорошие предположения о тёмной материи,

that these experiments would have seen.

что продемонстрировали бы эксперименты.

And they didn't see them yet,

Но пока её не увидели,

so we have to keep looking and thinking harder.

нам придётся думать и искать дальше.

Now, another way to get a clue to what dark matter is

Другой способ найти подсказку о том, что такое тёмная материя, —

is to study galaxies.

изучать галактики.

We already talked about

Мы уже обсудили,

how our galaxy and many other galaxies wouldn't even be here

как наша и многие другие галактики не существовали бы

without dark matter.

без тёмной материи.

Those models also make predictions

По этим моделям можно сделать предположения

for many other things about galaxies:

о многом другом о наших галактиках:

How they're distributed in the universe,

как они распределены по Вселенной,

how they move,

как движутся,

how they evolve over time.

как эволюционируют со временем.

And we can test those predictions with observations of the sky.

Мы можем проверить эти предположения, наблюдая за небом.

So let me just give you two examples

Позвольте привести вам два примера

of these kinds of measurements we can make with galaxies.

таких измерений галактик.

The first is that we can make maps of the universe with galaxies.

Первый заключается в том, что мы можем построить карты Вселенной с галактиками.

I am part of a survey called the Dark Energy Survey,

Я участвую в проекте «Исследование тёмной энергии»,

which has made the largest map of the universe so far.

в рамках которого была построена пока самая большая карта Вселенной.

We measured the positions and shapes of 100 million galaxies

Мы измерили позиции и формы 100 миллионов галактик,

over one-eighth of the sky.

расположенных на 1/8 части неба.

And this map is showing us all the matter in this region of the sky,

На карте показана вся материя этой области неба,

which is inferred by the light distorted from these 100 million galaxies.

о которой мы сделали вывод по свету, искривлённому этими 100 млн галактик.

The light distorted from all of the matter

По искривлению света от всей этой материи

that was between those galaxies and us.

между галактиками и нами.

The gravity of the matter is strong enough to bend the path of light.

Гравитация материи достаточно сильна, чтобы искривить путь света.

And it gives us this image.

Так мы получаем это изображение.

So these kinds of maps

Такие карты

can tell us about how much dark matter there is,

могут рассказать нам о том, сколько существует тёмной материи,

they also tell us where it is

а также о том,

and how it changes over time.

как она меняется со временем.

So we're trying to learn about what the universe is made of

Мы пытаемся понять, из чего состоит Вселенная

on the very largest scales.

в величайшем масштабе.

It turns out that the tiniest galaxies in the universe

Оказывается, что самые маленькие галактики нашей Вселенной

provide some of the best clues.

дают самые лучшие подсказки.

So why is that?

Почему так происходит?

Here are two example simulated universes

Вот два примера симуляции вселенных

with two different kinds of dark matter.

с двумя разными видами тёмной материи.

Both of these pictures are showing you a region

На обеих изображениях показана область

around a galaxy like the Milky Way.

рядом с галактикой типа Млечного Пути.

And you can see that there's a lot of other material around it,

Вы видите, что вокруг неё есть много другого вещества,

little small clumps.

небольшие скопления.

Now, in the image on the right,

На изображении справа

dark matter particles are moving slower than they are in the one on the left.

частицы тёмной материи движутся медленнее, чем на изображении слева.

If those dark matter particles are moving really fast,

Если частицы тёмной материи движутся действительно быстро,

then the gravity in small clumps is not strong enough

гравитация в скоплениях недостаточна,

to slow those fast particles down.

чтобы замедлить эти частицы.

And they keep going.

И они продолжают движение.

They never collapse into these small clumps.

Они не сталкиваются и не образуют скопления.

So you end up with fewer of them than in the universe on the right.

Поэтому скоплений меньше, чем во вселенной справа.

If you don't have those small clumps,

Без этих маленьких скоплений

then you get fewer small galaxies.

образуется меньше галактик.

If you look up at the southern sky,

Если смотреть на южную часть неба,

you can actually see two of these small galaxies,

видно две такие маленькие галактики,

the largest of the small galaxies that are orbiting our Milky Way,

самые крупные из маленьких галактик, окружающих Млечный Путь:

the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако.

In the last several years,

За последние несколько лет

we have detected a whole bunch more even smaller galaxies.

мы обнаружили целую кучу ещё меньших галактик.

This is an example of one of them

Вот пример одной из них,

that we detected with the same dark energy survey

которую мы обнаружили в ходе того же изучения тёмной энергии,

that we used to make maps of the universe.

которое мы использовали, чтобы нарисовать карты Вселенной.

These really small galaxies,

Это по-настоящему маленькие галактики,

some of them are extremely small.

некоторые чрезвычайно малы.

Some of them have as few as a few hundred stars,

В некоторых всего несколько сотен звёзд,

compared to the few hundred billion stars in our Milky Way.

при том что в Млечном Пути несколько сотен миллиардов звёзд.

So that makes them really hard to find.

Поэтому их так сложно найти.

But in the last decade,

Но в последние десять лет

we've actually found a whole bunch more of these.

мы нашли много таких галактики.

We now know of 60 of these tiny galaxies

Сейчас нам известно 60 таких крошечных галактик,

that are orbiting our own Milky Way.

окружающих наш Млечный Путь.

And these little guys are a big clue to dark matter.

Эти малютки дают большую подсказку к тайне тёмной материи.

Because just the existence of these galaxies tells us

Само существование этих галактик говорит нам о том,

that dark matter can't be moving very fast,

что тёмная материя не движется слишком быстро,

and not much can be happening when it runs into normal matter.

и мало что происходит при её столкновении с обычной материей.

In the next several years,

В следующие несколько лет

we're going to make much more precise maps of the sky.

мы создадим ещё больше точных карт неба.

And those will help refine our movies

Они помогут улучшить наши видео

of the whole universe and the entire galaxy.

всей Вселенной и всей галактики.

Physicists are also making new, more sensitive experiments

Физики проводят новые, более точные эксперименты,

to try to catch some sign of dark matter in their laboratories.

чтобы уловить знаки тёмной материи в своих лабораториях.

Dark matter is still a huge mystery.

Тёмная материя остаётся большой загадкой.

But it's a really exciting time to be working on it.

Но работать над этим сегодня — восхитительно.

We have really clear evidence it exists.

У нас есть явные свидетельства её существования.

From the scale of the smallest galaxies

Как в масштабе мельчайших галактик,

to the scale of the whole universe.

так и всей Вселенной.

Will we actually find it and figure out what it is?

Сможем ли мы найти её и во всём разобраться?

I have no idea.

Понятия не имею.

But it's going to be a lot of fun to find out.

Но было бы очень здорово всё выяснить.

We have a lot of possibilities for discovery,

У нас есть много возможностей сделать это открытие,

and we definitely will learn more about what it is doing

и мы определённо узнаем больше о том, что она делает

and about what it isn't.

и чего нет.

Regardless of whether we find that particle anytime soon,

Независимо от того, обнаружим ли мы в ближайшее время эту частицу,

I hope I have convinced you

я надеюсь, что смогла убедить вас,

that this mystery is actually really close to home.

что эта тайна касается всех нас.

The search for dark matter

Поиск тёмной материи

may just be the key to a whole new understanding of physics

может стать ключом к абсолютно новому пониманию физики

and our place in the universe.

и нашего места во Вселенной.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)