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.
Los antiguos griegos tuvieron una gran idea: el universo es simple. En sus mentes, para crearlo, solo eran necesarios cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua. Como teoría, es hermosa. Es simple y elegante. Dice que combinando los cuatro elementos básicos de diferentes maneras puede producirse toda la diversidad del universo. La tierra y el fuego, por ejemplo, nos dan las cosas secas. El aire y el agua, las cosas húmedas. Pero como teoría tenía un problema. No predecía nada que pudiera medirse, y la métrica es la base de la ciencia experimental. Peor aún, la teoría era errónea. Pero los griegos eran grandes científicos de la mente y en el siglo V aC, apareció Leucipo de Mileto con una de las ideas científicas más duraderas de la historia. Todo lo que vemos está compuesto de diminutos trozos indivisibles de materia llamados átomos. Es una teoría simple y elegante y tiene la ventaja --sobre la teoría de la tierra, el aire, el fuego y el agua-- de ser cierta. Siglos de pensamiento científico y experimentación han establecido que los elementos reales --cosas como el hidrógeno, el carbono, y el hierro-- pueden descomponerse en átomos. En la teoría de Leucipo, el átomo es el elemento indivisible más pequeño de materia que aún es reconocible como hidrógeno, carbono, o hierro. El único error de la idea de Leucipo es que los átomos son divisibles. Por otra parte, su idea átomo explica solo una pequeña parte de lo que constituye el universo. Lo que aparecía como materia común del universo en realidad es bastante poco común. Los átomos de Leucipo, y las cosas que ellos componen, en realidad son menos del 5 % de lo que sabemos que existe. Los físicos conocen el resto del universo, el 95 %, como universo oscuro, compuesto por materia y energía oscuras. ¿Cómo sabemos esto? Bueno, lo sabemos porque miramos las cosas y las vemos. Podría parecer simplista, pero es bastante profundo. Toda la materia constituida por átomos es visible. La luz rebota en ella y podemos verla. Cuando miramos hacia el espacio vemos estrellas y galaxias. Algunas, como la galaxia en que vivimos, son hermosas, son espirales, y giran con donaire por el espacio. Cuando los científicos midieron por primera vez el movimiento de grupos de galaxias en los años 30 y pesaron la cantidad de materia que contenían, se sorprendieron. Hallaron que no hay suficiente materia visible en esos grupos para mantenerlas unidas. Medidas posteriores de galaxias individuales confirmaron este resultado desconcertante. No hay suficiente materia visible en las galaxias para generar suficiente gravedad para unirlas. A juzgar por lo que podemos ver deberían desintegrarse, pero no lo hacen. Por eso debe haber algo allí que no podemos ver. Llamamos a eso materia oscura. La mejor evidencia de la materia oscura hoy viene de las mediciones de algo llamado fondo cósmico de microondas, el resplandor del Big Bang, pero esa es otra historia. Toda la evidencia que tenemos dice que la materia oscura está allí y es responsable de gran parte de la materia de esas hermosas galaxias en espiral que surcan los cielos. ¿A dónde llegamos con eso? Sabemos de sobra que el firmamento no gira a nuestro alrededor y que somos habitantes de un planeta bastante típico, que orbita una estrella bastante común, en el brazo espiral de una galaxia bastante normal. El descubrimiento de materia oscura nos pone un paso más lejos del centro de las cosas. Nos dice que las cosas de las que estamos hechos son solo una pequeña fracción de lo que constituye el universo. Pero falta algo más. A principios de siglo, científicos que estudian los confines del universo confirmaron que no solo todo se aleja de todo lo demás, como cabe esperar en el universo que empezó en un caliente y denso Big Bang, sino que la expansión del universo parece estar acelerándose. ¿Qué significa eso? O bien hay algún tipo de energía impulsando esta aceleración --al igual que uno proporciona energía para acelerar un auto-- o la gravedad no se comporta exactamente como pensamos. La mayoría de los científicos creen que ocurre lo primero, que algún tipo de energía produce la aceleración, y la llaman *energía oscura*. Las mejores mediciones de hoy nos permiten calcular qué proporción del universo es oscuro. Parece que la energía oscura constituye un 68 % del universo y la materia oscura un 27 %, dejando solo un 5 % para nosotros y para todo lo demás que podemos ver. ¿De qué está hecha la materia oscura? No lo sabemos, pero hay una teoría, llamada <i>supersimetría</i>, que podría explicar algo de eso. La supersimetría, o SUSI para abreviar, predice toda una serie de nuevas partículas algunas de las cuales podrían constituir la materia oscura. Si halláramos evidencia de SUSI, podríamos pasar de comprender el 5 % del universo, de las cosas que podemos ver a cerca de un tercio. No estaría mal para un día de trabajo. La energía oscura quizá sea más difícil de entender, pero existen algunas teorías especulativas por allí que podrían señalar el camino. Entre ellas hay teorías que se remontan a esa primera gran idea de los antiguos griegos, con la que empezamos hace varios minutos, la idea de que el universo debe ser simple. Estas teorías predicen que hay solo un elemento simple del que se desprende todo el maravilloso y diverso universo: una cuerda vibrante. La idea es que todas las partículas que conocemos hoy solo son diferentes armónicos de la cuerda. Por desgracia, las teorías de cuerdas hoy por el momento, no son comprobables. Pero, con tanto universo por explorar, las probablidades son muy altas. ¿Todo esto les hace sentir pequeños? No debería. En su lugar, deben maravillarse porque, hasta donde sabemos, somos miembros de la única especie del universo capaz de empezar a comprender sus maravillas, y estamos viviendo en el momento adecuado para ver la explosión de nuestro entendimiento.