كان لدى اليونانيين القدماء فكرة عظيمة، هي أن الكون بسيط. فقد كانوا يعتقدون أن ما يكوّنه أربعة عناصر: تراب، هواء، نار، وماء. وبالرغم من تطور النظريات، إلا أنها لا تزال نظرية جميلة. فهي مميزة وبسيطة. تقول النظرية أنه بجمع الأربعة عناصر الأساسية بطرق مختلفة، فأنت تستطيع إنتاج كل مافي الكون من تنوعات بديعة. فمثلاً، التربة والماء ينتجان الأشياء الجافة. و الهواء والماء، ينتجان الأشياء الرطبة. ولكن فيما بعد، اتضح أن فيها خللًا. فهي لم تشمل أي شيء يمكن قياسه، والقياس هو أساس العلم التجريبي. والأسوأ من ذلك أن النظرية كانت خاطئة. لكن اليونانيين كانوا علماء عظماء وفي القرن الخامس قبل الميلاد، ظهر رجل يدعى ليوسيبوس بإحدى أهم قواعد العلم الخالدة. و هو أن كل ما نراه يتكون من أجزاء متناهية في الصغر لا تتجزأ، تسمى الذرات. هذه النظرية بسيطة ومميزة، كما أنها أفضل من نظرية التراب، والهواء، و النار والماء لكونها صحيحة. قرون من الأفكار والتجارب العلمية أثبتت أن العناصر الحقيقية، كالهيدروجين، و الكربون، والحديد، من الممكن تجزئتها إلى ذرات. وبحسب نظرية ليوسيبوس، فإن الذرة هي أصغر جزء من المادة لا يمكن تجزئتها لكن يمكن تمييزها كالهيدروجين، و الكربون، أو الحديد. والخطأ الوحيد في نظرية ليوسيبوس هو أن الذرات في الواقع، قابلة للتجزئة. علاوة على ذلك، اتضح أن نظريته تشرح فقط جزءًا صغيرًا جداً عما يكوّن الكون. الذي يبدو بأنه مكونات الكون الاعتيادية هو في الواقع، نادر نوعاً ما. فالذرات، والأشياء التي تتكون منها، في الواقع تكون فقط 5% مما نعرفه. الفيزيائيون يُعرّفون الباقي من الكون، والذي يمثل 95% من الكون، بالكون المظلم. والذي يتكون من طاقة مظلمة ومواد مظلمة. كيف نعرف ذلك؟ حسناً، نحن نعرف لأننا ننظر للأشياء كما أننا نراها. قد يبدو ذلك بسيطاً نوعاً ما، لكن الحقيقة أعمق مما تتخيل. كل المواد المكونة من ذرات نستطيع رؤيتها. الضوء ينعكس منها، فنراها. حين ننظر إلى الفضاء، نرى النجوم والمجرات. بعض المجرات، مثل التي نعيش عليها، لها شكل لولبي جميل، تدور برشاقة في الفضاء. عندما قاس العلماء لأول مرة حركة مجموعة من المجرات في الثلاثينات وحسبوا وزن المواد التي تحتوي عليها، تفاجئوا بالنتيجة. وجدوا أنه لا توجد أشياء مرئية كافية في تلك المجموعات لتحافظ على تماسكهم معاً. وقياسات لاحقة لمجرات منفردة أثبتت هذه النتيجة المحيرة. ببساطة،أنه لا توجد مواد كافية في المجرات لتوفر الجاذبية الكافية ليبقوا قريبين من بعضهم البعض. وبحسبما نراه، يفترض ابتعاد المجرات عن بعض لكن ذلك لا يحدث. فوجب أن يكون هناك شيء لا نستطيع رؤيته. نسمي ذلك الشيء: المادة المظلمة. أفضل إثبات لوجود المادة المظلمة حالياً يأتي من قياسات لشيء يسمى إشعاع الخلفية الكونية الميكروي، التوهج ما بعد الانفجار الكبير، لكن تلك حكاية أخرى. كل الأدلة التي نملكها تثبت أن المادة المظلمة موجودة وذلك يتمثل في كثير من الأشياء في تلك المجرات اللولبية الجميلة التي تملؤ السماء. فإلى أين يقودنا ذلك؟ منذ زمن بعيد، علمنا أن السماوات لا تدور حولنا. وأننا سكان عالم اعتيادي، يدور حول نجمٍ اعتيادي، في مجرة لولبية اعتيادية. اكتشاف المادة المظلمة قادنا إلى خطوة بعيداً عن مركز الأشياء. وجعلنا ندرك أن ما يكوننا هو فقط جزء صغير مما يكوّن الكون. و كان هناك الكثير لمعرفته. في مطلع هذا القرن، العلماء الذين يدرسون المراكز الخارجية للكون أكّدوا أنه ليس فقط كل شيء يتحرك بعيداً عن الأشياء حوله، كما نتوقع حدوثه في الكون الذي بدأ من الانفجار العظيم، إلا أن تمدد الكون يبدو أنه في تسارع. ماذا يعنيه ذلك؟ إما أنه يوجد نوع من الطاقة تقوم بتسريع ذلك التسارع، تماماً كما توفر طاقة لتسرّع سيارة، أو أن الجاذبية لا تعمل كما نعتقد. معظم العلماء يعتقدون أنه يوجد نوع من الطاقة تسرّع هذا التسارع، يسمونها الطاقة المظلمة. القياسات المتواجدة حالياَ تسمح لنا بحساب مقدار ظلام الكون. يبدو أن الطاقة المظلمة تشكل ما يقارب 68% من الكون والمادة المظلمة ما يقارب 27% ، ويبقى فقط 5% لنا ولكل شيء آخر نراه. فمم تتكون هذه الأشياء المظلمة؟ لا علم لنا. لكن هناك نظرية تسمى التناظر الفائق، تستطيع شرح ذلك. التناظر الفائق، تتـنبأ بمجموعة جديدة من الجزيئات، وممكن أن بعضها يكون الطاقة المظلمة. إن أثبتنا وجود التناظر الفائق، نستطيع التحول من فهم 5% من كوننا، أي الأشياء التي يمكن رؤيتها، إلى الثلث تقريباً. وذلك ليس سيئاً. قد يكون فهم الطاقة المظلمة أصعب، لكن هناك بعض النظريات التي قد توضح الصورة. منها التي ترجع للوراء إلى أول فكرة عظيمة وضعها الونانيون القدماء، الفكرة التي ابتدأنا بها منذ دقائق، فكرة أن الكون لابد أن يكون بسيطاً. تلك النظريات تفترض أن هناك عنصرًا وحيدًا تخرج منه كل تنوعات الكون المختلفة ، كاهتزاز الوتر. فكرة أن كل الذرات التي نعرفها اليوم هي مجرد نغمات على ذلك الوتر المهتزّ. للأسف، فنظريات الوتر غير قابلة للاختبار إلى الآن. لكن هناك الكثير ينتظرنا في الكون ليتم اكتشافه. الفرص أمامنا كبيرة. هل هذا يجعلك تشعر بصغر حجمك؟ لا يجدر به ذلك. عوضاً عن ذلك، عليك أن تتعجب لأننا بحسب ما توصلنا إليه، أنك أحد الكائنات الوحيدة الموجودة في الكون التي تستطيع الاندهاش من عجائب هذا الكون، وأنت تعيش في الوقت الصحيح لترى مداركنا تتوسع.
The ancient Greeks had a great idea: The universe is simple. In their minds, all you needed to make it were four elements: earth, air, fire, and water. As theories go, it's a beautiful one. It has simplicity and elegance. It says that by combining the four basic elements in different ways, you could produce all the wonderful diversity of the universe. Earth and fire, for example, give you things that are dry. Air and water, things that are wet. But as theories go, it had a problem. It didn't predict anything that could be measured, and measurement is the basis of experimental science. Worse still, the theory was wrong. But the Greeks were great scientists of the mind and in the 5th century B.C., Leucippus of Miletus came up with one of the most enduring scientific ideas ever. Everything we see is made up of tiny, indivisible bits of stuff called atoms. This theory is simple and elegant, and it has the advantage over the earth, air, fire, and water theory of being right. Centuries of scientific thought and experimentation have established that the real elements, things like hydrogen, carbon, and iron, can be broken down into atoms. In Leucippus's theory, the atom is the smallest, indivisible bit of stuff that's still recognizable as hydrogen, carbon, or iron. The only thing wrong with Leucippus's idea is that atoms are, in fact, divisible. Furthermore, his atoms idea turns out to explain just a small part of what the universe is made of. What appears to be the ordinary stuff of the universe is, in fact, quite rare. Leucippus's atoms, and the things they're made of, actually make up only about 5% of what we know to be there. Physicists know the rest of the universe, 95% of it, as the dark universe, made of dark matter and dark energy. How do we know this? Well, we know because we look at things and we see them. That might seem rather simplistic, but it's actually quite profound. All the stuff that's made of atoms is visible. Light bounces off it, and we can see it. When we look out into space, we see stars and galaxies. Some of them, like the one we live in, are beautiful, spiral shapes, spinning gracefully through space. When scientists first measured the motion of groups of galaxies in the 1930's and weighed the amount of matter they contained, they were in for a surprise. They found that there's not enough visible stuff in those groups to hold them together. Later measurements of individual galaxies confirmed this puzzling result. There's simply not enough visible stuff in galaxies to provide enough gravity to hold them together. From what we can see, they ought to fly apart, but they don't. So there must be stuff there that we can't see. We call that stuff dark matter. The best evidence for dark matter today comes from measurements of something called the cosmic microwave background, the afterglow of the Big Bang, but that's another story. All of the evidence we have says that dark matter is there and it accounts for much of the stuff in those beautiful spiral galaxies that fill the heavens. So where does that leave us? We've long known that the heavens do not revolve around us and that we're residents of a fairly ordinary planet, orbiting a fairly ordinary star, in the spiral arm of a fairly ordinary galaxy. The discovery of dark matter took us one step further away from the center of things. It told us that the stuff we're made of is only a small fraction of what makes up the universe. But there was more to come. Early this century, scientists studying the outer reaches of the universe confirmed that not only is everything moving apart from everything else, as you would expect in a universe that began in hot, dense big bang, but that the universe's expansion also seems to be accelerating. What's that about? Either there is some kind of energy pushing this acceleration, just like you provide energy to accelerate a car, or gravity does not behave exactly as we think. Most scientists think it's the former, that there's some kind of energy driving the acceleration, and they called it <i>dark energy</i>. Today's best measurements allow us to work out just how much of the universe is dark. It looks as if dark energy makes up about 68% of the universe and dark matter about 27%, leaving just 5% for us and everything else we can actually see. So what's the dark stuff made of? We don't know, but there's one theory, called <i>supersymmetry</i>, that could explain some of it. Supersymmetry, or SUSY for short, predicts a whole range of new particles, some of which could make up the dark matter. If we found evidence for SUSY, we could go from understanding 5% of our universe, the things we can actually see, to around a third. Not bad for a day's work. Dark energy would probably be harder to understand, but there are some speculative theories out there that might point the way. Among them are theories that go back to that first great idea of the ancient Greeks, the idea that we began with several minutes ago, the idea that the universe must be simple. These theories predict that there is just a single element from which all the universe's wonderful diversity stems, a vibrating string. The idea is that all the particles we know today are just different harmonics on the string. Unfortunately, string theories today are, as yet, untestable. But, with so much of the universe waiting to be explored, the stakes are high. Does all of this make you feel small? It shouldn't. Instead, you should marvel in the fact that, as far as we know, you are a member of the only species in the universe able even to begin to grasp its wonders, and you're living at the right time to see our understanding explode.