How your life would be different if you were born 5,000 years from now instead of today?

もし、あなたが今ではなく5,000年後に生まれていたら、あなたの人生はどのように変わっていたでしょうか？

How history would be different if the continents were at different latitudes or how life in the Solar system would have developed if the Sun were 10 percent larger.

大陸の緯度が違えば歴史はどう変わるか、太陽が10％大きければ太陽系の生命はどう発展したか。

Well, playing with these kinds of possibilities is what I get to do for a living but with the entire universe.

まあ、このような可能性と遊ぶことが私個人の仕事だが、宇宙全体と関わっています。

I make model universes in a computer.

私はコンピュータでモデルユニバースを作っています。

Digital universes that have different starting points and are made of different amounts of different kinds of material.

異なる出発点を持っているデジタルユニバースは、異なる量と種類の物質で作られています。

And then I compare these universes to our own to see what it is made of and how it evolved.

そして、これらの宇宙を我々の宇宙と比較して、何でできていて、どのように進化してきたのかを調べます。

This process of testing models with measurements of the sky has taught us a huge amount about our universe so far.

このように、空の測定値を使ってモデルを検証する過程で、これまでに私たちの宇宙について多くのことがわかってきました。

One of the strangest things we have learned is that most of the material in the universe is made of something entirely different than you and me.

私たちが学んだ最も不思議なことの1つは、宇宙の物質のほとんどが、あなたや私とは全く異なるものでできているということです。

But without it, the universe as we know it wouldn't exist.

しかし、それがなければ、私たちが知っている宇宙は存在しないでしょう。

Everything we can see with telescopes makes up just about 15 percent of the total mass in the universe.

私たちが望遠鏡で見えるすべてのものは、宇宙の約15％に過ぎません。

Everything else, 85 percent of it, doesn't emit or absorb light.

それ以外の85％のものは、光を発さないし、吸収しません。

We can't see it with our eyes, we can't detect it with radio waves or microwaves or any other kind of light.

目で見ることはできないし、電波やマイクロウエーブなどの光で感知することもできない。

But we know it is there because of its influence on what we can see.

しかし、目に見えるものに影響を与えているので、そこにあることはわかっています。

It's a little bit like, if you wanted to map the surface of our planet and everything on it using this picture of the Earth from space at night.

それはまるで、宇宙から見た夜の地球の写真を使って、地球の表面とその上にあるすべてのものをマッピングしようとしたときのようです。

You get some clues from where the light is, but there's a lot that you can't see, everything from people to mountain ranges.

光の位置からヒントは得られますが、人や山脈など見えないものがたくさんあります。

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

そして、その限られた手がかりから、そこにあるものを推測しなければならない。

We call this unseen stuff "dark matter."

この目に見えないものを "ダークマター "と呼んでいます。

Now, a lot of people have heard of dark matter, but even if you have heard of it, it probably seems abstract, far away, probably even irrelevant.

さて、暗黒物質については多くの人が耳にしたことがあると思いますが、たとえ聞いたことがあっても、抽象的で遠い存在であり、おそらく無関係であると思われます。

Well, the interesting thing is, dark matter is all around us and probably right here.

まあ、興味深いことに、ダークマターは私たちの周りにあり、おそらくここにもあるのです。

In fact, dark matter particles are probably going through your body right now as you sit in this room.

実際、この部屋に座っているあなたの体の中にも、ダークマターの粒子が入っているはずです。

Because we are on Earth and Earth is spinning around the Sun, and the Sun is hurtling through our galaxy at about half a million miles per hour.

私たちは地球にいて、地球は太陽の周りを回っていて、太陽は銀河系の中を時速50万マイルで疾走しているからです。

But dark matter doesn't bump into us, it just goes right through us.

しかし、暗黒物質は私たちにぶつかることなく、通り抜けていきます。

So how do we figure out more about this?

では、どうすればこのことを詳しく知ることができるのでしょうか？

What is it, and what does it have to do with our existence?

それは何なのか、そして私たちの存在とどんな関係があるのか。

Well, in order to figure out how we came to be, we first need to understand how our galaxy came to be.

私たちがどのようにして生まれたのかを知るためには、まず、私たちの銀河系がどのようにして生まれたのかを理解する必要があります。

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

これは、私たちの銀河系である天の川の現在の姿です。

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

100億年前はどうだったのか、100億年後の未来はどうなっているのか。

What about the stories of the hundreds of millions of other galaxies that we've already mapped out with large surveys of the sky?

空の大規模な調査ですでにマッピングされている、他の何億もの銀河の物語はどうでしょうか？

How would their histories be different if the universe was made of something else or if there was more or less matter in it?

もし宇宙が別のものでできていたり、物質が多かったり少なかったりしたら、彼らの歴史はどのように変わるのでしょうか。

So the interesting thing about these model universes is that they allow us to test these possibilities.

このような可能性を試すことができるのが、モデルユニバースの面白いところです。

Let's go back to the first moment of the universe -- just a fraction of a second after the big bang.

ビッグバンからほんの数秒後の、宇宙の最初の瞬間に戻ってみましょう。

In this first moment, there was no matter at all.

この最初の瞬間に何の問題もありませんでした。

The universe was expanding very fast.

宇宙は非常に急速に膨張していた。

And quantum mechanics tells us that matter is being created and destroyed all the time, in every moment.

そして、量子力学では、物質はいつでも、どんな時でも創造され、破壊されています。

At this time, the universe was expanding so fast that the matter that got created couldn't get destroyed.

この時、宇宙は急速に膨張しており、生成された物質は破壊されずに残っていました。

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

こうして、すべての物質はこの時期に作られたと考えられます。

Both the dark matter and the regular matter that makes up you and me.

こうして、すべての物質はこの時期に作られたと考えられます。

Now, let's go a little bit further to a time after the matter was created, after protons and neutrons formed, after hydrogen formed, about 400,000 years after the big bang.

さて、もう少し進んで、物質ができてから、陽子や中性子ができてから、水素ができてから、ビッグバンから約40万年後の時代に行ってみましょう。

The universe was hot and dense and really smooth but not perfectly smooth.

宇宙は熱くて密度が高く、実に滑らかだが、完全な滑らかさではなかった。

This image, taken with a space telescope called the Planck satellite, shows us the temperature of the universe in all directions.

この画像は、プランク衛星と呼ばれる宇宙望遠鏡で撮影されたものです。宇宙の温度を教えてくれる 四方八方に

And what we see is that there were places that were a little bit hotter and denser than others.

そして見えてきたのは、他の場所よりも少しだけ熱く、密度の高い場所があったということです。

The spots in this image represent places where there was more or less mass in the early universe.

この画像のスポットは、初期の宇宙で質量が多かった場所と少なかった場所を示している。

Those spots got big because of gravity.

重力の影響で大きくなったのです。

The universe was expanding and getting less dense overall over the last 13.8 billion years.

宇宙は138億年前から膨張し、全体的に密度が低くなっていました。

But gravity worked hard in those spots where there was a little bit more mass and pulled more and more mass into those regions.

しかし、少しでも質量のある場所では重力が働き、その部分にどんどん質量が引き寄せられていきます。

Now, all of this is a little hard to imagine, so let me just show you what I am talking about.

さて、これらのことは少し想像しにくいので、私が言っていることをお見せしましょう。

Those computer models I mentioned allow us to test these ideas, so let's take a look at one of them.

先ほど紹介したコンピュータモデルでは、これらのアイデアを検証することができます。

This movie, made by my research group, shows us what happened to the universe after its earliest moments.

私の研究グループが制作したこのムービーは、宇宙が誕生してから何が起こったのかを示しています。

You see the universe started out pretty smooth, but there were some regions where there was a little bit more material.

宇宙は最初はとても滑らかでしたが、少し物質が多い領域もありました。

Gravity turned on and brought more and more mass into those spots that started out with a little bit extra.

重力が働いて、最初は少ししかなかった場所にどんどん質量が増えていく。

Over time, you get enough stuff in one place

時間が経てば、一箇所に十分なものが集まります。

you get enough stuff in one place that the hydrogen gas, which was initially well mixed with the dark matter, starts to separate from it, cool down, form stars, and you get a small galaxy.

そのため、最初は暗黒物質とよく混ざっていた水素ガスが暗黒物質から分離し始め、冷えて星を形成し、小さな銀河ができるのです。

Over time, over billions and billions of years, those small galaxies crash into each other and merge and grow to become larger galaxies, like our own galaxy, the Milky Way.

何十億年、何百億年という時間をかけて、小さな銀河同士がぶつかり合い、合体・成長して、私たちの銀河系のような大きな銀河になっていくのです。

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

では、暗黒物質がない場合はどうなるのでしょうか？

If you don't have dark matter, those spots never get clumpy enough.

暗黒物質がなければ、その斑点は十分に固まらない。

It turns out, you need at least a million times the mass of the Sun in one dense region, before you can start forming stars.

星の形成を始めるためには、少なくとも太陽の100万倍の質量が1つの密集した領域に必要であることがわかりました。

And without dark matter, you never get enough stuff in one place.

ダークマターなしで一箇所では物足りない

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

つまり、ここでは2つの宇宙が隣り合わせになっているのです。

In one of them you can see that things get clumpy quickly.

その中には、すぐに固まってしまうものもあります。

In that universe, it's really easy to form galaxies.

その宇宙では、銀河を作るのはとても簡単です。

In the other universe, the things that start out like small clumps, they just stay really small.

もう一つの宇宙では、最初は小さな塊のようなものが、ずっと小さいままなのです。

Not very much happens.

あまり起こりません。

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

その宇宙では、私たちの銀河系は得られません。

Or any other galaxy.

他の銀河系でも

You wouldn't get the Milky Way,

天の川を手に入れることはできないでしょう。

you wouldn't get the Sun, you wouldn't get us.

太陽がなければ、私たちもいないんでしょう。

We just couldn't exist in that universe.

その宇宙では、私たちは存在できないのです。

OK, so this crazy stuff, dark matter, it's most of the mass in the universe, it's going through us right now, we wouldn't be here without it.

暗黒物質は宇宙の質量のほとんどを占めていて、今私たちの中を通り抜けていますが、それがなければ私たちはここにいません。

What is it?

それは何ですか？

Well, we have no idea.

それは、私たちにはわかりません。

But we have a lot of educated guesses, and a lot of ideas for how to find out more.

しかし、私たちには多くの経験則に基づいた推測があり、より多くの情報を得るためのアイデアもたくさんあります。

So, most physicists think that dark matter is a particle, similar in many ways to the subatomic particles that we know of, like protons and neutrons and electrons.

つまり、ほとんどの物理学者は、暗黒物質は粒子であり、私たちが知っている陽子や中性子、電子などの素粒子と多くの点で似ていると考えているのです。

Whatever it is, it behaves very similarly with respect to gravity.

それが何であれ、重力に関しては非常によく似た振る舞いをします。

But it doesn't emit or absorb light, and it goes right through normal matter, as if it wasn't even there.

しかし、光を発することも吸収することもなく、普通の物質をあたかも存在しないかのように通り抜けてしまうのです。

We'd like to know what particle it is.

どのような粒子なのか知りたいです。

For example, how heavy is it?

例えば、どのくらいの重さなのか？

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

あるいは、通常の物質と相互作用しても何も起こらないのか？

Physicists have lots of great ideas for what it could be, they're very creative.

物理学者は素晴らしいアイデアをたくさん持っていて、とてもクリエイティブです。

But it's really hard, because those ideas span a huge range.

しかし、そのアイデアは膨大な範囲に及ぶので、本当に難しい。

It could be as small as the smallest subatomic particles, or it could be as large as the mass of 100 Suns.

それは最小の素粒子のように小さなものかもしれないし、太陽100個分の質量のように大きなものかもしれない。

So, how do we figure out what it is?

では、それをどうやって見極めるか。

Well, physicists and astronomers have a lot of ways to look for dark matter.

物理学者や天文学者は、ダークマターを探す方法をたくさん持っています。

One of the things we're doing is building sensitive detectors in deep underground mines, waiting for the possibility that a dark matter particle, which goes through us and the Earth, would hit a denser material and leave behind some trace of its passage.

私たちが行っていることの1つは、地下深くの鉱山に高感度の検出器を作り、私たちや地球を通過するダークマター粒子が、より密度の高い物質にぶつかって通過の痕跡を残す可能性を待っていることです。

We're looking for dark matter in the sky, for the possibility that dark matter particles would crash into each other and create high-energy light that we could see with special gamma-ray telescopes.

私たちは空に浮かぶ暗黒物質を探しています。暗黒物質の粒子が互いに衝突して高エネルギーの光を生み出し、特殊なガンマ線望遠鏡で見ることができる可能性があるからです。

We're even trying to make dark matter here on Earth, by smashing particles together and looking for what happens, using the Large Hadron Collider in Switzerland.

スイスの大型ハドロン衝突型加速器を使って、地球上で粒子を衝突させて暗黒物質を作ろうとしているのです。

Now, so far, all of these experiments have taught us a lot about what dark matter isn't but not yet what it is.

さて、これまでのところ、これらの実験は、暗黒物質が何でないかについては多くのことを教えてくれていますが、何であるかについてはまだ分かっていません。

There were really good ideas that dark matter could have been, that these experiments would have seen.

暗黒物質の可能性については、これらの実験で見られたであろう本当に良いアイデアがありました。

And they didn't see them yet, so we have to keep looking and thinking harder.

そして、彼らはまだそれを見ていないので、私たちはもっと見て、考え続けなければなりません。

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

さて、暗黒物質の正体を知るためのもう一つの方法は、銀河を調べることです。

We already talked about how our galaxy and many other galaxies wouldn't even be here without dark matter.

私たちの銀河系をはじめとする多くの銀河が、暗黒物質なしには存在しなかったことはすでにお話しました。

Those models also make predictions for many other things about galaxies:

また、これらのモデルは、銀河に関する他の多くの事柄を予測します。

How they're distributed in the universe, how they move, how they evolve over time.

宇宙にどのように分布しているのか、どのように動いているのか、どのように時間をかけて進化しているのか。

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

そして、その予測を空の観測で検証することができます。

So let me just give you two examples of these kinds of measurements we can make with galaxies.

では、このような銀河を使った測定の例を2つ挙げてみましょう。

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

1つ目は、銀河を使った宇宙の地図が作れること。

I am part of a survey called the Dark Energy Survey, which has made the largest map of the universe so far.

私は「Dark Energy Survey」という調査に参加しており、これまでで最大の宇宙地図を作成しています。

We measured the positions and shapes of 100 million galaxies over one-eighth of the sky.

全天の8分の1を占める1億個の銀河の位置と形状を測定しました。

And this map is showing us all the matter in this region of the sky, which is inferred by the light distorted from these 100 million galaxies.

そしてこの地図は、1億個の銀河からの歪んだ光によって推測される、この空の領域のすべての物質を示しています。

The light distorted from all of the matter

すべての物質から歪んだ光が

that was between those galaxies and us.

それらの銀河と我々の間にあった

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

物質の重力は、光の道を曲げるほど強い。

And it gives us this image.

そして、このようなイメージを与えてくれます。

So these kinds of maps

だから、これらの種類の地図は

can tell us about how much dark matter there is,

暗黒物質がどれくらいあるかを教えてくれます。

they also tell us where it is

どこにあるかも教えてくれる

and how it changes over time.

と、それが時間の経過とともにどのように変化するのかを知ることができます。

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

私たちは、宇宙が何でできているのかを学ぼうとしています。

on the very largest scales.

非常に大きなスケールで。

It turns out that the tiniest galaxies in the universe

宇宙で最も小さな銀河であることが判明した

provide some of the best clues.

最高のヒントを提供してくれます。

So why is that?

では、なぜそうなるのか？

Here are two example simulated universes

ここでは、2つのシミュレーションされた宇宙の例を示します。

with two different kinds of dark matter.

2種類の暗黒物質を使って

Both of these pictures are showing you a region

どちらの写真も地域を示しています。

around a galaxy like the Milky Way.

天の川銀河のような銀河の周りに

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

そして、その周りには他にもたくさんの材料があることがわかります。

little small clumps.

小さな小さな塊。

Now, in the image on the right,

さて、右の画像では

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

暗黒物質の粒子は左のものよりもゆっくり動いています。

If those dark matter particles are moving really fast,

ダークマター粒子が本当に速く動いているなら、

then the gravity in small clumps is not strong enough

小さな塊の重力は十分に強くはありません

to slow those fast particles down.

高速粒子を減速させ、

And they keep going.

そして、彼らは進み続けている。

They never collapse into these small clumps.

このような小さな塊に崩れることはありません。

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

結局、右の宇宙よりも少ない数で終わるんですね。

If you don't have those small clumps,

あなたがそれらの小さな塊を持っていない場合。

then you get fewer small galaxies.

そうすると、小さな銀河が少なくなります。

If you look up at the southern sky,

南の空を見上げれば

you can actually see two of these small galaxies,

実際にこれらの小さな銀河のうちの2つを見ることができます。

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

私たちの天の川を周回している小さな銀河の中で最大のもの。

the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

大マゼラン雲と小マゼラン雲。

In the last several years,

ここ数年の間に

we have detected a whole bunch more even smaller galaxies.

私たちは、さらに小さな銀河をたくさん検出しました。

This is an example of one of them

これはその一例です。

that we detected with the same dark energy survey

同じ暗黒エネルギー調査で検出した

that we used to make maps of the universe.

宇宙の地図を作るのに使っていた

These really small galaxies,

本当に小さな銀河です。

some of them are extremely small.

中には極端に小さいものもあります。

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

中には星の数ほどのものもあります。

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

私たちの天の川にある数千億個の星と比較しても。

So that makes them really hard to find.

だから、それを見つけるのは本当に難しいんです。

But in the last decade,

しかし、この10年で

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

実際にはもっとたくさん見つけました

We now know of 60 of these tiny galaxies

私たちは現在、これらの小さな銀河のうち60個を知っています。

that are orbiting our own Milky Way.

私たちの天の川を周回している

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

そして、このちっちゃい連中がダークマターの大きな手がかりになっています。

Because just the existence of these galaxies tells us

なぜなら、これらの銀河の存在だけで、私たちに教えてくれるからです。

that dark matter can't be moving very fast,

ダークマターはとても速くは移動できません

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

と、通常の物質に走った時にはあまり起こらないことがあります。

In the next several years,

数年後には

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

私たちは、より正確な空の地図を作ろうとしています。

And those will help refine our movies

そして、それらは私たちの映画を洗練させるのに役立ちます。

of the whole universe and the entire galaxy.

宇宙全体と銀河系全体の

Physicists are also making new, more sensitive experiments

物理学者はまた、新しい、より敏感な実験を行っています。

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

彼らの研究室で暗黒物質の兆候を 捕らえようとしています

Dark matter is still a huge mystery.

ダークマターはやはり大きな謎です。

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

でも、この作品に取り組むのは本当にエキサイティングな時間です。

We have really clear evidence it exists.

それが存在するという明確な証拠があります。

From the scale of the smallest galaxies

小さな銀河のスケールから

to the scale of the whole universe.

宇宙全体のスケールに合わせて

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

実際にそれを見つけて、それが何なのかを突き止めることができるのでしょうか？

I have no idea.

私にはさっぱりわかりません。

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

でも、それを見つけるのはとても楽しいことになりそうです。

We have a lot of possibilities for discovery,

忖度の可能性を秘めています。

and we definitely will learn more about what it is doing

そして、私たちはそれが何をしているかについて、間違いなくもっと学ぶことになるでしょう。

and about what it isn't.

と、そうでないものについて。

Regardless of whether we find that particle anytime soon,

その粒子がすぐに見つかるかどうかに関わらず

I hope I have convinced you

納得していただけたでしょうか

that this mystery is actually really close to home.

この謎は実は身近なところにあるのです。

The search for dark matter

暗黒物質の探索

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

物理学の新しい理解

and our place in the universe.

と私たちが住んでいる場処の鍵になるかもしれない

Thank you.

ご静聴ありがとうございます。