Guten Tag.
Ich versuche mir jetzt vorzustellen, was die nächste Herausforderung über diese Rede hinaus sein wird, also für den Nachmittag.
Heute möchte ich über die Arbeit sprechen, an der ich gearbeitet habe, die, wie ich denke, Forschung darstellt ...
Ist das die richtige Folie...ja.
... kann Forschung repräsentieren, die Fragen beantworten, von denen ich immer gedacht habe,
dass auch die allerersten Menschen auf dieser Erde sie sich gefragt haben müssen.
In der Tat, vielleicht kann es auch definieren, was es bedeutet, ein Mensch zu sein, dass man nachts aus seiner Höhle kommt
und in den Himmel hinauf schaut und während man in die sternenklare Nacht hinaus schaut sich fragt,
geht dieser Himmel im Weltall unendlich weiter,
und wird er für alle Zeit anhalten?
Ich habe mir immer gedacht, dass dies die Art von Frage ist, die sich jeder einmal fragt,
selbst bevor wir wussten, wie sie zu beantworten ist.
In der Tat gab es keine wirklich guten Möglichkeiten, diese Art von Frage zu beantworten, außer die Philosophen für alle Fragen
der menschlichen Vorgeschichte und Geschichte zu Rate zu ziehen und dies war der Fall bis zu Beginn des letzten Jahrhunderts,
als Einstein seine Allgemeine Relativitätstheorie niederschrieb.
Zum ersten Mal, hatten wir einige der konzeptionellen Werkzeuge zur Lösung dieses Problems zur Hand.
Einstein hatte einen interessanten Moment, eines Sommers, ich glaube es war im Jahre 1917,
als er versuchte, seine Allgemeine Relativitätstheorie auf den Fall des Universums, in dem wir leben, anzuwenden
und er stieß auf ein - ich stelle mir immer vor,
dass er diesen Moment ziemlich aufregend gefunden haben muss. Dieses Foto, das Sie hier sehen,
wurde in jenem Jahr gemacht, und es zeigt nicht wirklich den vollen Grad der Aufregung.
Er stoß auf ein Problem, und zwar, als er versuchte die Gleichungen auszuarbeiten, er ein Universum erhielt, das sich erweitern würde,
oder er erhielt ein Universum, das ... schlechter Empfang hier heute, okay -
... sich ausbreitet oder ein Universum, dass sich zusammenzieht, aber er kam auf kein Universum, das nur still sitzt.
Und soweit er wusste, und soweit die Astronomen, die er kannte, ihm erklären würden, dachte er,
dass wir in einem statischen Universum lebten.
Also tat er etwas, wozu die meisten von uns als Studenten zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Physikkurs versucht waren,
und zwar, wenn Sie das Problem nicht lösen können, dann fügt man vielleicht eine extra Bedingung in die Gleichung, um es auszugleichen.
Als Einstein es tat, nutzte er die griechische Variable Lambda und er nannte sie die kosmologische Konstante,
damit es gut klingt, aber tatsächlich war es nur ein Schummelfaktor in der Gleichung, und es war keine sehr gute Lösung.
Es entstand ein Universum, das sich nur knapp ausglich, wenn es still stand. Und erst etwa ein Dutzend Jahre später
maßen die Astronomen die Abstände zu dem, was wir jetzt als ferne Galaxien kennen,
und realisierte, dass wir in einem Universum lebten, das sich wirklich erweiterte. Und Einstein
hat sich bekanntermaßen über sich geärgert und nannte die Einführung dieser kosmologischen Konstante seinen gröbsten Fehler.
Aber, wie Sie sehen werden, auch Einsteins gröbster Fehler wandelte sich in eine fruchtbare Idee um, mit der wir uns heute beschäftigen.
Wenn ich sage, dass das Universum expandiert, dann sollten Sie an dieser Stelle eine gewisse Beunruhigung fühlen.
Ich werde versuchen, Ihnen ein Werkzeug zu liefern,
damit Sie, nachdem Sie dieses Treffen heute verlassen, nach Hause gehen und mit Ihren Freunden und Familie darüber sprechen.
Dieser besondere Teil der fundamentalen Physik ist eines der wenigen Beispiele der Grundlagenphysik, die ich kenne,
wo Sie es prinzipiell fast jeden erklären können. Ich habe es in Flugzeugen versucht,
wenn die Leute mich fragten, woran ich arbeite, und daher sollten Sie dies versuchen, wenn Sie nach Hause kommen.
Und Sie werden feststellen,
dass es nur ein paar grundlegende Konzepte gibt, für die Sie sich wirklich einen Moment Zeit nehmen müssen, um ihn zu erklären.
Eins von ihnen ist dieses:
die Idee, dass das Universum expandiert.
Und ich denke, die meisten Menschen finden diese Idee beunruhigend, und das aus einem guten Grund,
denn Sie kennen den Begriff, "The Big Bang", der große Knall,
und assoziieren ein Bild eines expandierenden Universums mit einer Explosion in den leeren Raum.
Und der leere Raum selbst, ist für die meisten Menschen ein Teil des Universums selbst.
Was meinen wir, wenn wir sagen, dass das Universum expandiert?
Ich werde versuchen Ihnen ein etwas vereinfachtes Bild des Universums zu geben,
und, wie man sehen kann, ist es vielleicht zu sehr vereinfacht,
was in dieser Situation, glaube ich, nützlich ist.
Sie sollen sich jetzt vorstellen, dass wir in einem Universum leben,
das nur aus einer Folge von Galaxien besteht, eine Galaxie nach der anderen;
und diese blauen Flecken sollen Galaxien repräsentieren.
Es soll unendlich sein, was bedeutet, dass, wenn ich besser zeichnen könnte, die Punkte
unendlich in diese Richtung erscheinen würden.
Sie würden unendlich in Ihre Richtung gehen, unendlich in den Boden gehen,
und wir sind nur in diesem Meer der unendlichen Galaxien positioniert.
Und das einzige, was charakteristisch an diesem Universum ist, ist, dass es einen typischen Abstand zwischen den Galaxien gibt.
Wenn Sie durch das Universum in einem Raumschiff reisen, dann machen Sie hin und wieder fürs Mittagessen
an der nächsten Galaxie Pause. Und darum geht es, wenn wir sagen,
dass das Universum expandiert: wir meinen, dass der charakteristische Abstand
zwischen diesen Galaxien in einem unendlichen Universum ein wenig größer wird.
Es ist so unendlich wie es vorher war, es gibt genauso viele Galaxien, wie es sie vorher gab,
nur jetzt gibt es ein wenig mehr Raum zwischen den Galaxien.
Wenn Sie fragen, wo die Expansion stattfindet, dann pumpen wir zusätzlichen Platz, extra Vakuum
zwischen zwei Punkte im Weltall, zwischen den Galaxien.
Mit diesem Bild im Kopf, werden Sie feststellen, dass es in Wirklichkeit - gut, es ist immer noch irgendwie unfassbar,
aber wenn Sie jetzt darüber nachdenken, was die Alternative ist,
dann ist es dies die am ehesten fassbare Option eines expandierenden Universums.
Die Idee, dass sich das Universum tatsächlich in dieser grundlegenden Art und Weise verändert, erlaubt es Ihnen,
wieder zu jener ursprünglichen Frage nach dem Schicksal des Universums auf eine differenziertere Art zurückzukehren.
Weil jetzt fragen Sie sich:
Wenn sich das Universum verändert und erweitert, expandiert es weiterhin, und setzt es sich mit der gleichen Geschwindigkeit fort?
Man könnte sich vorstellen, dass all diese Galaxien, die ganze Masse im Universum alle anderen Massen anziehen würde
und das würde die Expansion verlangsamen. Und in der Tat, direkt nach dieser Entdeckung der Expansion des Universums, war die nächste Frage:
Wie sehr verlangsamt sich das Universum aufgrund der Schwerkraft?
Die Leute fragten sich, ob wir dies messen konnten, und ob wir herausfinden konnten, ob es langsam genug war,
sodass es eines Tages sogar zu einem Stillstand kommen und dann zusammenbrechen könnte. Das ist also ein Weg, um das
Schicksal des Universums auf drastischere Weise zu bestimmen.
Zu dieser Zeit hatten wir nicht die Werkzeuge, um dies zu tun, obwohl es schon den Vorschlag gab, dass wir vielleicht
einen explodierenden Stern als Werkzeug nutzen könnten. Und dies wurde gesagt, nachdem man schon wusste, dass es sehr weit entfernte
Sterne und ferne (wie wir jetzt wissen)
Galaxien gibt. Und Sie können sie in einem plötzlichen Ausbruch von Licht explodieren und dann verblassen sehen.
Sie brauchen ein paar Wochen, um zu leuchten, und ein paar Monate, um zu verschwinden. Und der eine Stern, wenn er explodiert,
kann heller sein als die gesamte Galaxie von 100 Milliarden Sternen, in der es gerade gesehen wird.
Das sind also dramatisch helle Ereignissen, und deshalb können Sie sie über weite Strecken des Universums sehen.
In der Astronomie, ist die nächste Idee, auf die Sie hinweisen möchten, wenn Sie versuchen, diese Ideen jemanden zu erklären,
eine sehr einfache: die Idee, dass das Licht Zeit braucht, um zu reisen. Und die meisten Menschen, mit denen Sie sprechen, wissen
dies. Aber sie realisieren wahrscheinlich nicht, wie lange das Licht braucht, um zwischen Entfernungen
zu reisen, denen wir in der astronomischen Welt begegnen.
Also, das ist unsere Sonne, die uns relativ nahe ist.
Das Licht der Sonne erreicht uns in etwa acht Minuten.
Wenn die Sonne erlöschen würde, dann wüssten wir für etwa acht Minuten nicht darüber, und erst dann würden wir es bemerken.
Der nächste Stern ist weiter entfernt, wir müssten viermal um die Sonne herum reisen, vier Jahre vergehen, während das Licht zu uns
von einem fernen Stern reist, das ist also interessant.
Aber es wird viel interessanter, wenn man sich die nächstgelegene Galaxie von Sternen anschaut, denn jetzt schauen wir auf Licht,
wenn wir diese Bilder sehen, diese schönen Bilder einer fernen Galaxie, sehen wir Licht,
das 150 Tausend Jahre zu uns unterwegs ist, das Licht, das wir in dieser fernen Galaxie sehen, verließ seinen Ausgangspunkt,
als es hier auf der Erde einige der ersten Beweise für die menschliche Kultur gab.
Der nächste Galaxienhaufen von Sternen ist noch dramatisch weiter weg als das.
Dort ist das Licht für 65 Millionen Jahre unterwegs gewesen, um zu uns zu von diesen fernen Galaxienhaufen zu uns zu gelangen.
Das Licht, dass wir dort sehen, ging also auf die Reise, als hier auf der Erde die Dinosaurier ausstarben.
Ja, mein ausgestorbener Dinosaurier.
Das ist nichts im Vergleich zu dem, wie weit Sie diese sehr, sehr hellen explodierenden Sterne sehen können.
Das Licht der entferntesten dieser Supernovas die wir momentan sehen, ist für rund 10 Milliarden Jahre zu uns gereist,
das entspricht zwei Drittel des Alters des Universums.
Jetzt sprechen wir wirklich über eine dramatische Zeitspanne, und das ist wirklich, was Sie wollen,
wenn Sie studieren wollen, wie sich das Universum im Laufe der Zeit verändert hat, wie die Expansion, wie wir dachten, sich verlangsamt hat.
Die einzige andere Frage, die Sie sich vielleicht noch stellen, ist, ob wir feststellen können, wie weit diese Punkte entfernt sind?
Und es stellt sich heraus, dass das neue Tool, das zur Verfügung stand,
als wir mit diesem Forschungsprojekt in den späten 1980er-Jahren begannen,
ein Subtyp der Supernova namens Type 1a Supernova war, die Sie durch sein Spektrum erkennen können.
Wie diese zur Verfügung standen, bedeutete dies, dass wir ein Werkzeug gefunden hatten, wo sie fast immer die gleiche Helligkeit haben.
Wir glauben, dass es sich um ausgelöste Explosion handelt, es erhellt sich also immer mit einer bestimmten Helligkeit, die
etwa jedes Mal dieselbe ist, und dann verschwindet.
Daher können Sie die Helligkeit der Spitze dieser Supernovae als das, was wir eine Standard-Kerze nennen, nutzen.
Sie wissen, wie weit es weg ist, je nachdem wie hell es erscheint.
Je weiter es also entfernt ist, desto schwächer sieht man sie und desto länger ist es her,
dass diese bestimmte Supernova explodierte.
Jeder Supernova-Helligkeit vermittelt also, wann sich diese bestimmte Explosion ereignete.
Es gibt noch einen weiteren Teil an Information, den Sie gerne wissen würden.
Sie möchten wissen, wie weit das Universum seit diesem Zeitpunkt expandiert ist?
Das ist etwas, was wir gerade von diesem sehr einfachen Trick lernen können, dass das Licht
von der Supernova zu uns in erster Linie in blau kommt.
Wenn Sie in der Lage wären, neben einer Supernova zu stehen und eine davon explodiert, würde es überwiegend blau aussehen.
Und dann reist das Licht zu uns im expandierenden Universum und alles, was in einem expandierenden nicht niet- und nagelfest ist
erstreckt sich mit dem Universum. Und das schließt die Wellenlänge des Lichts dieser
Supernova, die explodierte, mit ein. Wenn uns dieses Licht dann erreicht ist es rot gestreckt worden - wir nennen das die "Rotverschiebung".
Und je nachdem wie sehr es gestreckt wurde, wissen wir wie sehr das Universum gestreckt wurde.
Wenn wir das also zusammenfassen: In einer fernen Galaxie explodiert eine Supernova, und dann beginnt ihr Licht, das blau ist,
in einem expandierenden Universum zu reisen, was sich streckt, und das Licht wird röter und röter.
Und wenn es uns erreicht hat, dann können wir ablesen, wieviel sich das Universum seit dieser Explosion gestreckt hat;
und wir wissen dies ist abhängig von der Helligkeit.
Das ist die gesamte Messung, die Sie versuchen müssen, zu vermitteln, wenn Sie nach Hause kommen,
Sie können mir danach eine E-Mail schreiben, und berichten, ob es funktioniert hat.
Wie Sie sehen können, ist dies ein relativ einfaches Konzept.
Prinzipiell ist es einfach, eine solche Messung durchzuführen.
In der Praxis war es jedoch zu der Zeit sehr schwierig, zu sehen, wie es funktionieren könnte. Das war teilweise, weil
wir in der Lage sein mussten, diese sehr, sehr weit entfernt explodierenden Sterne zu finden. Und zur damaligen Zeit,
hatte niemand eine Supernova gefunden, die weit genug entfernt war, um jegliche dieser Messungen zu machen.
Als wir begannen an diesem Projekt zu arbeiten, mussten wir als erstes herausfinden,
wie man diese systematisch und zuverlässig finden konnten.
Dies machte die Entwicklung neuer Technologien, neuer Kameras erforderlich, die einem erlaubten,
in Tausende von Galaxien gleichzeitig zu suchen.
Das Bild hier ist eine zehn Minuten verstrichene Belichtung
mit einem Teleskop der 4 Meter Klasse, dieses hier steht in Chile.
All diese kleinen schwachen blauen Flecken hier im Hintergrund sind das, auf das ich Sie bitten würde, sich zu konzentrieren.
Dies sind die entfernten Galaxien, in denen wir nach Supernovae suchen wollten.
Die hellen Dinge im Vordergrund sind in der Nähe und waren für diesen Zweck nicht interessant.
In jenen fernen blauen Flecken, mussten wir einen neuen Lichtpunkt finden, der vorher nicht da war.
Und das war natürlich eine sehr herausfordernde Aufgabe, selbst die geduldigsten Doktoranden konnte es mit dem bloßen Auge nicht sehen.
Aber es bedeutete, dass wir einen Vorteil aus dem ziehen konnten, was dann mit dem Wachstum der Rechenleistung möglich wurde.
Wozu wir schließlich in der Lage waren, dass der Computer sich auf einen Punkt wie diesen konzentrieren würde,
und uns innerhalb von drei Wochen zeigen konnte, dass dieser Punkt heller war, als drei Wochen zuvor.
Und wenn Sie dieses Bild von diesem subtrahieren, dann verbleibt nur das Supernova-Licht als Differenz.
Es dauerte eine Weile, bis diese Technik entwickelt war, aber schließlich kamen wir an den Punkt, dass man die
Entdeckungen garantieren konnte, und man konnte diese sogar schließlich vom Weltraum beobachteten. Das Weltraumteleskop Hubble wurde um die
Zeit herum in Betrieb genommen und hier können Sie diesen kleinen weißen Fleck sehen.
Das ist ein Supernova-Licht, das gegen diese Galaxie gezeigt wird,
wogegen sie vom Boden aus alles ineinander zu verschwimmen scheint.
Nachdem wir diese Technik entwickelt hatten, waren wir bereit, sie zu verwenden
und hinaus zu den großen Teleskopen weltweit zu gehen. Wir beobachteten einmal pro Semester, und in jedem Semester konnten wir
ein halbes Dutzend bis zu einem Dutzend dieser Galaxien erfassen. Und wir erstellten eine Auswahl von rund 42 Supernovae
im Laufe von drei Jahren. Und für diejenigen unter Ihnen, die "The Hitchhiker's Guide to the Galaxy" gelesen haben,
erscheint die Zahl 42 eine günstige Nummer.
Diejenigen, die es nicht gelesen haben, müssen dann später fragen.
Die Frage war dann, wenn wir diese 42 Supernovae
in einem Teil der Expansionsgeschichte des Universums grafisch darstellen, was würden wir dann sehen?
Würden wir uns auf einer dieser Kurven hier befinden, die sich für immer verzögern und verlangsamen würden,
aber für immer expandieren würden, wie hier dargestellt?
Oder gab es genug Masse im Universum, um das Universum zu einem Stillstand zu bringen, es umzuklappen und am Ende zu kollabieren?
Das waren die Möglichkeiten, und wir waren sehr aufgeregt, tatsächlich Daten zu einem Plot wie diesem aufzuzeichnen.
Die in der Nähe befindlichen Supernovae, zeigte zum damaligen Zeitpunkt nicht den Unterschied zwischen diesen verschiedenen Linien an,
aber sie zeigten schon, dass die helleren Supernovae näher und die weiteren Supernovae weiter entfernt waren.
Das sagt Ihnen, wie weit zurück sie sich in der Zeit befanden, hier in der unteren Achse dargestellt.
Die Farbe der Supernovae, die Besonderheiten bei der Rotverschiebung, zeigt Ihnen,
wie sehr sich das Universum seit dieser Zeit ausgestreckt hatte.
Das ist also die durchschnittliche Entfernung der Galaxien, relativ zum heutigen Durchschnitt. Und dann waren wir bereit,
die 42 Supernovae grafisch darzustellen, um zu sehen, auf welche dieser Kurven wir uns befanden
und als Antwort erwies sich: keine der oben genannten.
Es verpasste alle Kurven. Das war also die Überraschung zu der Zeit, und es scheint, dass die diese Daten uns sagten
dass wir in einem sehr andersartigen Universum leben.
Offenbar verlangsamte es sich für die erste Hälfte seines Lebens hier unten,
aber dann in der letzten Hälfte der Lebensdauer des Universums, beschleunigt es sich und, soweit wir wissen,
die Beschleunigung könnte ewig so weitergehen.
Also, das ist ein völlig anderes Universum. Und es war ein große Überraschung, als wir sahen, dass
jetzt zwei verschiedene Forschungsgruppen sich abhetzten, um diese Ergebnisse in den letzten Jahren des Projekts
zu erhalten. Und beide setzten diese Analyse in Berkeley um, eine am Fuß des Hügels
in der Astronomie-Abteilung, die andere oben am Hügel, am Lawrence Berkeley Labor, wo meine Gruppe war.
Ich führte ein Team, und Brian Schmitt, in Australien, führte das andere Team. Diese Teams waren zu jenem Zeitpunkt
international, jedes Team hatte Mitglieder aus sieben verschiedenen Ländern aus der ganzen Welt.
Und wir alle rangen mit der Frage: "Ist dies möglich, sehen wir tatsächlich eine Universum, das schneller expandiert?"
Es gab keinen Grund, dies zu erwarten.
Man würde annehmen, dass die Schwerkraft die Expansion verlangsamen würde.
Dies hat sich zu einer der wichtigsten Fragen heutzutage in der Kosmologie entwickelt:
Was passiert hier?
Warum leben wir in diesem Universum?
Eine mögliche Erklärung ist, dass es eine neue Form der Energie gibt, die wir zuvor nicht erforscht hatten,
und die den ganzen Raum durchdringt.
Wir nennen sie "Dunkle Energie",
nur um unsere Unwissenheit darüber auszudrücken, es hat nichts mit der Farbe der Energie zu tun.
Es besteht die Möglichkeit, dass ein Großteil des Universums in dieser Form existiert. Es könnte bis zu
fast drei Viertel des Universums in Form der dunklen Energie haben, und wir haben es zuvor noch nie gesehen.
Das wäre faszinierend, wenn es sich als wahr erwiese.
Jetzt ist es auch möglich, dass wir falsch verstanden haben, wie die Schwerkraft arbeitet.
Und vielleicht stellt sich heraus, dass wir Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie modifizieren müssen -
was natürlich, wenn überhaupt noch möglich, sogar noch dramatischer wäre, da Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie
ein erstaunlich erfolgreiches Instrument für das Verständnis der Schwerkraft gewesen ist, und wir in der Lage waren,
Dinge auf viele Stellen genau vorherzusagen.
Es ist bemerkenswert mathematisch symmetrisch. Und es ist sehr schwer es anzupassen und alle diese
wunderbaren Eigenschaften, die wir über die allgemeine Relativitätstheorie kennen, beizubehalten.
Es hat sich zu einem sehr spannender Moment entwickelt, während wir versuchen und untersuchen, was geschieht und wie dies geschieht.
Seit der Zeit, als wir dieses Ergebnis sahen, wurden mehrere Arbeiten von der Theorie-Gemeinschaft veröffentlicht.
An einem Punkt schätzte ich, dass seit der dieser Entdeckung alle 24 Stunden eine Arbeit veröffentlicht wurde.
Wenn Sie einen dieser Theoretiker fragen, ob sie die Antwort auf das haben, was tatsächlich geschieht, dann antwortet er fröhlich,
"Nein, nein, ich versuche nur die Palette der Möglichkeiten zu erweitern".
An einer Stelle, dachten wir, dass eines der besten Dinge dabei war, dass sie diesen Theorien wunderbaren Namen gaben.
Mir gefallen Namen wie "Große Rippen-Kosmologie"
und "Ekpyrotisches Universum", was man kaum aussprechen kann -
es ist eigentlich eine nette Theorie.
Die Theoretiker sagten uns dann, "Nein, wir haben den Ball wieder an euch zurück gespielt, als die Beobachter, ihr müsst uns etwas mehr
über die Eigenschaften dieser dunklen Energie erzählen.
Wir müssen ein bisschen mehr über das lernen, was vor sich geht."
Und ist dies nicht der Fall; wir haben nicht nur herumgesessen als die Beobachter, die Forscher.
Wir haben Fortschritt gemacht in dem Versuch, zu verstehen, was vor sich geht.
Die ursprüngliche Zeichnung der Expansionsgeschichte des Universums, die ich Ihnen zuvor mit den Daten der zwei Teams gezeigt habe,
hatten nur ca. 50 Supernovae.
Wenn ich dies umdrehe und es auf den Kopf stelle, wie es die Astronomen in der Regel darstellen,
dann kann man sehen, dass diese ursprünglichen 50 Supernovae sich jetzt in mehr als 700 Supernovae
in einer aktuellen Punktplotation hier entwickelt haben.
Eine, die wir gerade vollenden, hat über 1.000 Supernovae.
Jeder einzelne dieser Supernovae ist viel besser gemessen als die original gemessenen 50 Supernovae.
Wir lernen also eine Menge über diese Expansionsgeschichte des Universums. Aber wenn Sie fragen:
"Haben wir Fortschritte bei der Messung der Eigenschaften dieser dunklen Energie gemacht?"
Wenn wir in der Zeit zurückgehen, ist eine der Eigenschaften, von der wir gerne mehr wissen würden: wie elastisch ist diese dunkle Energie?
Wie sehr trägt es zur schnelleren Expansion des Universums bei?
Das ist das, was durch diese Gleichung erfasst wurde, die Zustandsvariable "W", das einem Verhältnis des Drucks
zur Dichte in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie entspricht.
Sie stellen fest, dass wir sehr enge Messungen nur in den letzten Jahren, sehr geringe Rotverschiebung haben.
Je weiter man weggeht, desto mehr erweitert sich die Palette der Möglichkeiten, bis fast jede Theorie dort hinein passt.
Und wir wissen sehr wenig über die Eigenschaften der dunklen Energie, je weiter wir in der Zeit zurückgehen.
Warum ist dies so schwierig?
Nun es ist so, dass die Messungen - obwohl sie dieses Bild, wie Sie sehen können, wirklich
seit den ursprünglichen 50 Supernovae bis heute deutlich geschärft haben -, dass wir die
Geschichte der Expansion des Universums viel besser rückverfolgen können.
Das Problem ist, dass alle Theorien, die wir haben, um zu vergleichen, sehr, sehr leicht unterschiedliche Versionen
dieser Geschichte voraussagen. Und die Unterschiede sind so gering,
dass sie alle in die Dicke dieser grünen Linie auf der Darstellung passen.
Das heißt also, dass wir rund 20-mal mehr Präzision bei den Messungen brauchen.
Die Supernova-Community ist jeden Schritt in der Geschichte zurückgegangen, während wir von der ursprünglichen
Explosion der Supernova nach unten durch den astronomischen Weg gehen, die es zu uns bringt und durch die Eigenschaften der Detektoren,
die wir verwenden. Und jeder von ihnen wird immer in Bezug auf unser Verständnis und unsere Fähigkeit verbessert,
um die Fehler bei der Messung zu steuern.
Ich werde nur eine dieser Schritte heute beschreiben, nur um Ihnen ein Gefühl für unsere Arbeit zu geben,
und einige Arbeiten, an denen ich persönlich in letzter Zeit beteiligt war.
Dies ist der erste Schritt, wenn Sie fragen: "Ist es möglich, dass die Supernova ihre Helligkeit verändert, je
mehr man in der Zeit zurück geht? Sind wir sicher,
dass wir auf der Suche der exakt gleichen Arten von explodierenden Sternen damals sind, nach denen wir heute suchen?"
Was sinnvoll ist, ist dass die Supernova während ihrer Explosion ein Spektrum aussendet, das viel
über all die Elemente und deren physikalischen Zustände zu einem bestimmten Zeitpunkt aussagt.
Zuerst senden die äußeren Gas-Schichten dieser Explosion ein Spektrum, aber dann im Laufe der Zeit,
schaut man tiefer und tiefer und tiefer in diesen explodierenden Gasball, während die äußeren Schichten expandieren und transparent werden.
Dann unterschiedlichen chemische und molekulare, in diesem Fall, elementare Funktionen in unterschiedlichen Anregungszustände und
Temperaturen erscheinen. Und dies ermöglicht es Ihnen im Wesentlichen einen CAT-Scan durch den gesamten Gasball zu machen,
und Sie können jetzt entferntere mit nah gelegenen ganz genau vergleichen.
Wir haben an einem Projekt gearbeitet, um eine relativ nahe Supernova zu diesem Genauigkeitsgrad zu untersuchen.
Dies sind Zeitreihen von verschiedenen Supernovae. Was in diesen Darstellungen interessant ist, ist dass
jedes dieser Parzellen nicht nur eine Supernova zeigt, sondern zwei Supernovae, bei der die eine die andere überlagert
innerhalb der gleichen Daten ihres CAT-Scan, die gleichen Daten in der Geschichte ihrer Explosion.
Für die obere rechte, zum Beispiel, können Sie eine schwarze Zeitreihe, und eine grüne Zeitreihe sehen, und Sie können sehen,
dass diese beiden Supernovae fast identisch aussehen.
Wenn Sie nach links oben schauen, sieht man eine rote Zeitreihe und eine schwarze Zeitreihe, und sie sehen identisch aus,
aber diese, wenn man sie überlagern würde, sind nicht die gleiche wie die ganz rechts.
Jetzt können wir diese Supernovae als Fälle behandeln, in denen einzelne Supernovae anderen individuellen
Supernovae sehr detailliert zugeordnet werden können, und diese wurden unseren neuen Standardkerzen für diese Art von Arbeit.
Dies ist einer der Verbesserungen, die wir machen können, um diesen zusätzlichen Faktor von 20 zu bekommen, den wir
in dieser Präzision brauchen, um mehr über die dunkle Energie zu erfahren.
Wir können noch nicht diese gleichen Präzisionsmessungen für sehr, sehr weit entfernte Supernovae machen, und aus diesem Grund
sind wir jetzt im Begriff die nächste Generation von beispielsweise Raumteleskopen zu entwickeln.
Es gibt ein neues Projekt namens WFIRST, das diese Art von Messungen durchführen kann,
und es sieht sehr danach aus, dass dieses Projekt von der
NASA innerhalb des nächsten Jahres genehmigt werden wird.
Wir denken, wir haben eine Chance, diese Messung der Supernovae sehr bald machen zu können.
Und ich sollte auch erwähnen, dass jetzt andere Techniken sich endlich abzeichnen.
Gerade in den letzten Jahren haben wir endlich ein weiteres Verfahren zur Durchführung der Messung des Expansionsverlaufs entdeckt.
Dies wurde veröffentlicht mit dem Ergebnis, dass diese Technik, die Baryon akustische Schwingung,
abgekürzt BAO, die Entfernungen weg von den frühen Zeiten,
um die Zeit des Überrests seit dem Urknall, den kosmischen Mikrowellenhintergrund misst,
und es seinen Weg bahnt, indem es sich die Tatsache zunutze macht, dass es überdichte und unterdichte Regionen gibt,
die wir damals gesehen haben, wo sich schließlich die überdichten und unterdichten Bereiche heute befinden,
die wir Galaxien und Galaxienhaufen nennen.
Sie können tatsächlich diesen Strecken vorwärts in der Zeit folgen, so wie die Supernova es Ihnen ermöglicht, in der Zeit rückwärts
von relativ nahen Supernovae zu arbeiten.
Diese Techniken stehen also an, es gibt auch eine andere Technik namens schwacher Linseneffekt.
Wir hoffen, dass wir bald in der Lage sein werden, die Vorteile aller drei nutzen zu können, um
eine Antwort auf diese Frage zu erhalten, und um eine reelle Chance zu erhalten,
dieser faszinierenden Frage auf den Grund zu gehen und herauszufinden,
was tatsächlich die Beschleunigung verursacht:
Welche Arten dunkler Energie oder welche Änderungen in Einsteins Relativitätsgleichung?
Dies ist eine ungewöhnliche Zeit, glaube ich, in unserer Geschichte, in diesem Bereich, weil wir dabei sind,
einige dieser Projekte auf die nächste Stufe der Präzision zu bringen. Und ich denke, wir sind immer noch in der Phase
in diesem Bereich der Kosmologie, wo wir jedes Mal lernen, wie man eine viel detailliertere Messung
dieser Geschichte des Universums in dem wir leben, machen können, und wir haben Überraschungen erlebt. Und ich denke, die Wetten stehen gut,
dass wir noch weitere Überraschungen finden werden.
Wir sind sehr auf diese nächste Serie gespannt.
Kommen wir zurück zu meinem Titel. Was haben wir über den Prozess des Lernens gelernt, während wir diese Studie durchführen?
Ich möchte nur auf ein paar Aspekte dieser Arbeit hinweisen.
Zunächst einmal gibt es die Tatsache, dass, wenn man vor einem richtig schwierigen Problem steht, dieses nicht unbedingt
in ein paar Monaten gelöst werden kann, und dieser Fall war ein sehr gutes Beispiel dafür.
Wir dachten, dass es sich um ein sehr schwieriges Problem handelte und dass es drei Jahre,
in unserem ursprünglichen Plänen, dauern würde, um es zu lösen.
Tatsächlich hatten wir nach drei Jahren noch nicht einmal unsere erste ferne Supernova gefunden; das dauerte fünf Jahre,
sechs Jahre, um die Technik zu zeigen, 9 Jahre, um die Daten zu sammeln, und im zehnten Jahr sahen wir endlich das Ergebnis.
Ich glaube nicht, dass jemand von uns über diesen Zeitrahmen enttäuscht war, weil wir währenddessen viel lernten.
Ich denke, ein wirklich gutes Problem verdient es, das man dran bleibt.
Man muss viel wiederholen, man macht etwas falsch, man findet bessere Wege, um es richtig zu machen.
Und dabei handelt es sich um etwas, was Sie im Laufe der Zeit lernen werden, es geht nicht nur darum, dass man
das Selbstbewusstsein und die Ausdauer hat, etwas durchzuziehen, wovon man glaubt, dass es ein Fortschritt sein wird.
Es geht auch darum, die Förderorganisationen davon zu überzeugen und der Welt um sich herum,
zu zeigen, dass man Geduld braucht und man an den Problemen festhalten muss und es sich langfristig lohnt.
Ich glaube, das war ein wichtiger Punkt hier.
Eine anderer erwähnungswerter Punkt ist, dass man selbst bei dieser Art von Arbeit, ein wirklich wichtiges Element
für vieles davon ist, dass man ein Verständnis darüber erlangt, wie man Fehler macht, dass man danach sucht, wie deine
große Theorie möglicherweise falsch sein könnte?
In diesem Fall stellte sich heraus, dass etwas im Universum im Gange war, das wir noch nicht ganz richtig greifen konnten.
Und dann wie jede Messung, die Sie machen, falsch sein könnte. Und dass man
95% seiner Zeit damit verbringt, nach Wegen zu suchen, wie man feststellen kann, dass dich die Welt an der Nase herumführt oder
dass einen die Maße zum Narren halten oder die Messungen einige Fehler beinhalten.
Wenn die Leute manchmal fragen: "Was wollten Sie beweisen, als Sie anfingen an diesem Projekt zu arbeiten?"
Ich habe immer das Gefühl, nein, das ist wirklich nicht die Art meiner Erfahrungen mit der Wissenschaft.
Es ging wirklich darum, offen für das zu sein, was falsch über Ihr aktuelles Verständnis sein könnte,
und um in der Lage zu sein, zu sagen, dass man den aktuellen Messwerte und aktuellen Ergebnissen vertraut.
Ich glaube, das war ein wichtiger Bestandteil der Geschichte.
Und dann möchte ich darauf hinweisen, dass es diesen Aspekt
all dieser Arbeit gibt, der in meiner Erfahrung sehr gesellschaftlich ist.
Einiges davon bezieht sich auf die Gruppen, mit denen man arbeitet. Diese Projekte hingen von diesen erstaunlichen Wissenschaftlerteams
ab, die über einen langen Zeitraum in der Lage waren, miteinander zu arbeiten.
Dies ist auch kein leichter Aspekt, wenn man in der Wissenschaft arbeitet, aber es geht auch um den Spaß an der Wissenschaft.
Es ist eine Tätigkeit, die wirklich die Menschen in einer Weise zusammenbringen kann, wie man es nie erwarten würde.
Und herauszufinden, wie man sicherstellt, dass Gruppen von Menschen gut zusammenarbeiten, und wie man sicherstellt,
dass alle Karrieren machen können, das erfordert fast den gleichen Einfallsreichtum wie die Wissenschaft selbst.
Ich denke es ist auch ein wichtiger Teil der Geschichte, auch das mit einzubeziehen.
Zum Ende meiner Rede, sollte ich noch erwähnen,
dass ich denke, dass die Übertragung dieser Kultur: der Suche nach unseren Fehlern, nicht zu versuchen, sich selbst Recht zu geben -
diese Suche, wie Sie mit Gruppen von Menschen in einer Weise arbeiten, die produktiv ist,
und all diese Dinge - ich glaube, dass sie es wert sind, sie anderen beizubringen,
und zwar nicht nur der nächsten Generation von Wissenschaftlern, sondern fast allen.
Als Teil davon, was es bedeutet, ein kritischer Denker zu sein,
und ich habe mich gefragt, können wir entwickeln, wie wir dies lehren können?
Ich möchte mit ein paar Beispielen enden, wie man darüber nachdenken kann.
Ich möchte diese Gruppe im Laufe einer Woche fragen, wenn wir Zeit haben: Welche Dinge
möchten sie lehren, damit unsere Gesellschaft besser in der Lage ist, Entscheidungen zu treffen und Probleme zu lösen,
wogegen man oft das Gefühl hat, dass sie nicht wissen, wie sie miteinander reden sollen und Fragen gemeinsam angehen können?
Woher stammt unsere Autorität in der Wissenschaft, und warum sollte jemand daran glauben?
Ich denke, es stammt aus der Tatsache, dass wir diese Sammlungen von Heuristiken und Tricks entwickelt haben,
die es uns ermöglichen, unsere verschiedenen mentalen Schwächen zu umgehen und unsere Stärken auszuspielen -
wir schauen auch oft, wo wir uns irren und
wo wir uns selbst in die Tasche lügen. Und ich habe eine Reihe von Ideen ausprobiert, von denen
einige damit zu tun haben, dass wir in Wahrscheinlichkeiten denken,
dass wir uns nicht 100% sicher sind, aber wir haben einen Weg gefunden, wie wir quantifizieren können, wie sicher wir uns sein können.
Eine Menge der Elemente unseres Denkens sind sehr skeptisch, die zusammen mit diesem statistischen Denken auftreten,
und dennoch müssen wir die Skepsis ausgleichen, mit dieser "Can-do"-Einstellung,
die es uns erlaubt an einem Problem für viele Jahre festhalten zu können.
Und, natürlich, der ganze Aspekt, wie die Gruppen zusammen arbeiten wird ein wichtiger Teil dieser Geschichte.
Ich werde nur noch erwähnen, dass, wenn wir diese Woche Zeit haben,
dass ich sehr gerne diese unterschiedlichen Ideen sprechen würde,
was wir lehren könnten, was nützlich für die Menschen sein könnte, wenn sie in der Wissenschaft arbeiten.
Aber auch, wenn sie andere Fragen an die Gesellschaft haben. Und ich habe keine Ahnung, ob das hier alle Fragen abdeckt,
oder ob die Themensammlung alles umfasst. Aber es wird interessant sein, mit Menschen zu sprechen und herauszufinden, was sie
in den verschiedenen Bereichen lehren wollen würden,
bei dem es nicht um Inhalte geht, sondern vielmehr um die Art, wie wir Wissenschaftler denken.
Lassen Sie mich mit den Gedanken beenden, dass ich denke, dass wir in einer sehr aufregenden Zeit leben,
sowohl für die Wissenschaften, wo wir auf einige sehr tiefgreifende Fragen eingehen können,
während wir die nächste Generation von Werkzeugen entwickeln.
Wir haben eine reelle Chance, zu verstehen, warum wir in einem Universum leben, das sich beschleunigt,
und vielleicht sogar in unserer eigenen Generation, erhalten wir eine Chance, um die Antwort dazu zu erfahren.
Vielleicht wird es uns etwas sehr Tiefgreifendes offenbaren, wie die vier Kräfte des Universums -
Schwerkraft und die anderen drei Kräfte - zusammen arbeiten.
Und während wir dies tun, hoffe ich, wir lernen auch mehr darüber, wie wir kritisches Denken als Wissenschaftler anwenden können,
sodass wir einen Unterschied in der Welt in vielerlei Hinsicht machen können
und zwar über die Wissenschaft hinaus, die wir gegenwärtig machen.
Und damit komme ich zum Ende.