Древните гърци имали страхотна идея: Вселената е много проста. Те си мислели, че всичко необходимо за да бъде изградена били четири елемента: земя, въздух, огън, и вода. Що се касае до теории, това е красива теория. Тя е проста и елегантна. Тя твърди, че чрез комбиниране на четирите основни елементи по различни начини, вие може да произведете цялото прекрасно многообразие във Вселената. Земя и огън, например, дават неща, които са сухи. Въздуха и водата, неща, които са мокри. Но що се отнася до теории, тя имала проблем. Тя не предвидила нищо, което може да бъде измерено, а измерването е в основата на експерименталната наука. Още по-лошо, теорията била погрешна. Но гърците са велики мислители и в 5-ти век пр.н.е., Левкип от Милет достигнал до една от най-дълготрайните научни идеи някога. Всичко, което виждаме е съставено от малки, неделими парченца от неща наречени атоми. Тази теория е проста и елегантна, и тя има предимството над теорията за земята, въздуха, огъня и водата, че е правилна. Векове на научна мисъл и експериментиране са установили, че истинските елементи, неща като водород, въглерод, и желязо, могат да бъдат разбити на атоми. В теорията на Левкип, атомът е най-малката, неделима частица, която все още се разпознава като водород, въглерод, или желязо. Единственото нещо, което не е наред с идеята на Левкип е, че атомите са, всъщност, делими. Освен това, идеята му за атомите се оказва че обяснява само малка част за това, от какво е направена Вселената. Това, което изглежда е обикновено нещо във Вселената е, всъщност, доста рядко. Атомите на Левкип и нещата, от които са направени, всъщност съставляват само около 5% от това, което знаем, че същестува. Физиците знаят останалата част от Вселената, 95% от нея, като тъмната Вселена, направена от тъмна материя и тъмна енергия. Как знаем това? Ами знаем го, защото гледаме неща и ги виждаме. Това може да изглежда доста опростено, но в действителност е доста задълбочено. Всички неща, което са направени от атоми са видими. Светлината отскача от тях, и можем да ги видим. Когато погледнем в космоса, ние виждаме звезди и галактики. Някои от тях, като тази, в която живеем, са красиви, спираловидни форми, въртящи се грациозно из пространството. Когато учените измерили движението на групи галактики за първи път през 1930-те и измерили количеството материя, която съдържали, те били изненадани. Те открили, че нямало достатъчно видима материя в тези групи, за да ги държи заедно. По-нататъшни измервания на индивидуални галактики потвърдили този озадачаващ резултат. Просто нямало достатъчно видима материя в галактиките, за да осигури достатъчно гравитация, която да ги държи заедно. От това, което можем да видим, те би трябвало да се раздалечават, но не го правят. Така че там трябва да има материя, която не можем да видим. Ние наричаме това тъмна материя. Най-доброто доказателство за тъмната материя днес идва от измерванията на нещо, наречено космически микровълнов фон, сияние от Големия взрив, но това е друга история. Всички доказателства, които имаме, казват, че тъмната материя е там и на нея се пада по-голяма част от материята в тези красиви спирални галактики, които изпълват небесата. Та къде ни води това? Ние отдавна знаем, че небето не се върти около нас, и че сме жители на една доста обикновена планета, обикаляща сравнително обикновена звезда, в спиралния ръкав на доста обикновена галактика. Откриването на тъмната материя ни отведе една стъпка по-надалеч от центъра на нещата. То ни каза, че материята от която сме направени е само една малка част от това, което образува Вселената. Но предстоеше още. В началото на този век, учените, изучаващи външните предели на Вселената, потвърдиха, че не само всичко се отдалечава от всичко останало, както можете да очаквате от Вселена, която е започнала от горещ и плътен голям взрив, но, че разширяването на Вселената също така изглежда се ускорява. На какво се дължи това? Или има някакъв вид енергия, която тласка това ускорение, точно както осигурявате енергия за ускоряването на кола, или гравитацията не се държи точно както си мислим. Повечето учени мислят, че първото е вярно, че има някакъв вид енергия движеща ускорението, и те я наричат "тъмна енергия." Днес най-добрите измервания ни позволяват да разберем точно каква част от Вселената е тъмна. Изглежда, че тъмната енергия съставлява около 68% от Вселената и тъмна материя около 27%, оставяйки само 5% за нас и всичко останало, което всъщност може да видим. От какво е направена тъмната материя? Не знаем, но има теория, наречена "суперсиметрия," която може да обясни част от нея. Суперсиметрията, или СУСИ за кратко, прогнозира цяла гама от нови частици, някои от които могат да съставляват тъмната материя. Ако намерим доказателства за СУСИ, можем да отидем от разбиране на 5% от нашата Вселена, нещата, които можем да видим, до около една трета. Не е зле за един ден работа. Тъмната енергия вероятно ще бъде по-трудна за разбиране, но има някои спекулативни теории, които може да посочат правилния път. Сред тях са теории, които се връщат до тази първа голяма идея на древните гърци, идеята, с която започнахме преди няколко минути, идеята, че Вселената трябва да е проста. Тези теории предвиждат, че има само един елемент от който произтича прекрасното многообразие на Вселената, вибрираща струна. Идеята е, че всички частици които знаем днес са просто различни хармоници в струната. За съжаление, струнните теории днес са, все още, недоказуеми. Но с толкова голяма част от Вселената, чакаща да бъде изследвана, залозите са високи. Дали всичко това ви кара да се чувствате малки? Не трябва да бъде така. Вместо това, трябва да се възхищавате на факта, че доколкото знаем, вие сте член на единствения вид във Вселената, който може дори да започне да разбира нейните чудеса, и че живеете в точното време за да видите нашето разбиране да експлодира.
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.