Οι αρχαίοι Έλληνες είχαν μια σπουδαία ιδέα: Το σύμπαν είναι απλό. Στα μυαλά τους, όλα όσα χρειαζόσουν για να το φτιάξεις ήταν τέσσερα στοιχεία: Γη, αέρας, φωτιά, και νερό. Συγκριτικά με άλλες θεωρίες, είναι όμορφη. Έχει απλότητα και γλαφυρότητα. Λέει ότι συνδυάζοντας τα τέσσερα βασικά στοιχεία με διαφορετικούς τρόπους, θα μπορούσες να παράγεις όλη τη θαυμάσια ποικιλία του σύμπαντος. Η γη και η φωτιά, για παράδειγμα, σου δίνουν πράγματα που είναι ξηρά. Ο αέρας και το νερό, πράγματα που είναι υγρά. Συγκριτικά, όμως, με άλλες θεωρίες, είχε ένα πρόβλημα. Δεν προέβλεπε τίποτα που μπορούσε να μετρηθεί, και η μέτρηση είναι η βάση της πειραματικής επιστήμης. Ακόμα χειρότερα, η θεωρία ήταν λανθασμένη. Οι Έλληνες, όμως, ήταν σπουδαίοι επιστήμονες του μυαλού και τον 5ο αιώνα π.Χ., ο Λεύκιππος της Μιλήτου εμφανίστηκε με μία από τις πιο διαχρονικές επιστημονικές ιδέες όλων των εποχών. Όλα όσα βλέπουμε είναι φτιαγμένα από μικροσκοπικές, αόρατες κουκκίδες υλικού που λέγονται άτομα. Αυτή η θεωρία είναι απλή και γλαφυρή, και έχει το πλεονέκτημα έναντι της θεωρίας γης, αέρα, φωτιάς και νερού, ότι είναι σωστή. Αιώνες επιστημονικής σκέψης και πειραματισμού έχουν καθιερώσει ότι τα πραγματικά στοιχεία, πράγματα όπως το υδρογόνο, ο άνθρακας, και ο σίδηρος, μπορούν να διασπαστούν σε άτομα. Στη θεωρία του Λεύκιππου, το άτομο είναι το μικρότερο, αδιάσπαστο κομμάτι υλικού που είναι ακόμα αναγνωρίσιμο, όπως το υδρογόνο, ο άνθρακας, ή ο σίδηρος. Το μόνο λάθος με την ιδέα του Λεύκιππου είναι ότι τα άτομα μπορούν, στην ουσία, να διασπαστούν. Επιπλέον, η ιδέα των ατόμων του αποδεικνύεται ότι εξηγεί μόνο ένα μικρό μέρος αυτού που είναι φτιαγμένο το σύμπαν. Αυτό που εμφανίζεται ως το συνηθισμένο υλικό του σύμπαντος είναι, ουσιαστικά, αρκετά σπάνιο. Τα άτομα του Λεύκιππου και αυτά από τα οποία είναι φτιαγμένα, ουσιαστικά αποτελούν μόνο το 5% από αυτό που ξέρουμε ότι υπάρχει εκεί. Οι φυσικοί γνωρίζουν το υπόλοιπο σύμπαν, το 95% αυτού, ως το σκοτεινό σύμπαν, φτιαγμένο από σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια. Πώς το ξέρουμε αυτό; Λοιπόν, το ξέρουμε επειδή κοιτάζουμε τα πράγματα και τα βλέπουμε. Μπορεί να μοιάζει απλοϊκό, αλλά είναι αρκετά βαθυστόχαστο. Όλο το υλικό που είναι φτιαγμένο από άτομα είναι ορατό. Το φως αναπηδά και μπορούμε να το δούμε. Όταν κοιτάζουμε έξω στο διάστημα, βλέπουμε αστέρια και γαλαξίες. Κάποιοι από αυτοί, όπως αυτός που ζούμε, είναι όμορφοι, με σπειροειδή σχήματα και περιστρέφονται με χάρη στο σύμπαν. Οι επιστήμονες μέτρησαν για πρώτη φορά την κίνηση γαλαξιών τη δεκαετία του 1930, ζυγίζοντας το ποσό της ύλης που περιείχαν, αλλά βρέθηκαν προ εκπλήξεως. Βρήκαν ότι δεν υπάρχει αρκετό ορατό υλικό στους γαλαξίες για να τους κρατά ενωμένους. Μεταγενέστερες μετρήσεις μεμονωμένων γαλαξιών επιβεβαίωσαν το αίνιγμα. Δεν υπάρχει αρκετό ορατό υλικό στους γαλαξίες για να παρέχει αρκετή βαρύτητα, ώστε να τους κρατά μαζί. Από αυτό που βλέπουμε, θα έπρεπε να διαλύονται, αλλά δεν το κάνουν. Άρα πρέπει να υπάρχει υλικό που δεν μπορούμε να δούμε. Το αποκαλούμε σκοτεινή ύλη. Η καλύτερη απόδειξη για τη σκοτεινή ύλη σήμερα έρχεται από μετρήσεις από κάτι που ονομάζεται Ακτινοβολία Υποβάθρου, που προέρχεται από τη Μεγάλη Έκρηξη, αλλά αυτό είναι άλλη ιστορία. Όλες οι αποδείξεις λένε ότι η σκοτεινή ύλη είναι εκεί και αντιπροσωπεύει μεγάλο μέρος αυτών των όμορφων σπειροειδών γαλαξιών που γεμίζουν τους ουρανούς. Πού, λοιπόν, μας αφήνει αυτό; Ξέρουμε από καιρό ότι οι ουρανοί δεν περιστρέφονται γύρω μας και ότι είμαστε κάτοικοι ενός συνηθισμένου πλανήτη, που γυρίζει γύρω από συνηθισμένο αστέρι, στον σπειροειδή βραχίονα ενός συνηθισμένου γαλαξία. Η ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης μάς πήγε ένα βήμα πιο μακριά από το κέντρο των πραγμάτων. Μας είπε ότι το υλικό που είμαστε φτιαγμένοι είναι μόνο ένα μικρό ποσοστό από αυτό που φτιάχνει το σύμπαν. Ήρθαν, όμως, κι άλλα. Στις αρχές αυτού του αιώνα, οι επιστήμονες που μελετούσαν βαθύτερα το σύμπαν επιβεβαίωσαν πως όχι μόνο όλα απομακρύνονται από όλα τα άλλα, όπως αναμενόταν σε σύμπαν που ξεκίνησε με μια καυτή, πυκνή Μεγάλη Έκρηξη, αλλά ότι η διαστολή του σύμπαντος επίσης μοιάζει να επιταχύνεται. Γιατί συμβαίνει αυτό; Είτε υπάρχει ενός είδους ενέργεια που ωθεί αυτήν την επιτάχυνση, όπως παρέχεις ενέργεια για να επιταχύνεις ένα αμάξι, ή η βαρύτητα δε συμπεριφέρεται ακριβώς όπως νομίζουμε. Οι πιο πολλοί επιστήμονες υποστηρίζουν το προηγούμενο, ότι υπάρχει ένα είδος ενέργειας που κινητοποιεί την επιτάχυνση, και την αποκάλεσαν σκοτεινή ενέργεια. Με τις καλύτερες μετρήσεις επεξεργαζόμαστε πόσο από το σύμπαν είναι σκοτεινό. Φαίνεται ότι η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί περίπου το 68% του σύμπαντος και η σκοτεινή ύλη περίπου το 27%, αφήνοντας μόνο 5% για εμάς και όλα τα άλλα που ουσιαστικά μπορούμε να δούμε. Από τι είναι φτιαγμένο το σκοτεινό υλικό; Δεν ξέρουμε, αλλά υπάρχει η θεωρία της Υπερσυμμετρίας, που θα μπορούσε να εξηγήσει μέρος αυτού. Η Υπερσυμμετρία, ή SUSY εν συντομία, προβλέπει νέα σωματίδια που θα μπορούσαν να φτιάχνουν τη σκοτεινή ύλη. Αν αποδεικνύαμε την Υπερσυμμετρία, θα πηγαίναμε από την κατανόηση του 5% του σύμπαντος, τα πράγματα που ουσιαστικά βλέπουμε, σε περίπου ένα τρίτο. Όχι άσχημα για κάτι καθημερινό. Η σκοτεινή ενέργεια μπορεί να κατανοείται πιο δύσκολα, αλλά υπάρχουν κάποιες θεωρίες που μπορεί να δείξουν το δρόμο. Ανάμεσά τους, θεωρίες που γυρίζουν πίσω στη σπουδαία ιδέα των αρχαίων Ελλήνων, την ιδέα που ξεκινήσαμε μερικά λεπτά πριν, την ιδέα ότι το σύμπαν πρέπει να είναι απλό. Αυτές οι θεωρίες προβλέπουν ότι υπάρχει μόνο ένα στοιχείο από το οποίο προκύπτει όλη η θαυμάσια ποικιλία του σύμπαντος, μια δονούμενη χορδή. Όλα τα σωματίδια που γνωρίζουμε σήμερα είναι διαφορετικές αρμονίες της χορδής. Δυστυχώς, οι θεωρίες χορδής σήμερα είναι, μέχρι τώρα, ανυπόστατες. Με τόσο, όμως, μέρος του σύμπαντος ανεξερεύνητο ακόμα, διακυβεύονται πολλά. Νιώθετε μικροί με όλα αυτά; Δε θα έπρεπε. Αντί για αυτό, θα έπρεπε να θαυμάζετε το γεγονός ότι, από όσο ξέρουμε, είστε μέλος του μόνου είδους στο σύμπαν που μπορεί να κατανοήσει τα θαύματά του, και ζείτε στη σωστή στιγμή για να δείτε την έκρηξη της κατανόησή μας.
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,