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.
Стари Грци су имали сјајну идеју: свемир је једноставан. Према њиховом виђењу, све што вам треба да га направите су 4 елемента: земља, ваздух, ватра и вода. Што се теоријa тичe, ова је предивна. Поседује једноставност и елеганцију. Каже да кроз комбиновање четири основна елемента на различите начине, можете да створите сву сјајну разноликост у свемиру. Земља и ватра вам, рецимо, дају ствари које су суве. Ваздух и вода - ствари које су влажне. Ипак, са применом теорије, јавио се проблем. Није предвиђала ништа што се могло мерити, а мерења су основа експерименталне науке. Још горе, теорија је била погрешна, али су Грци били сјајни, паметни научници и у 5. веку п. н. е. Леукип из Милета дошао је на једну од најтрајнијих научних идеја које су се икада јавиле. Све што видимо састоји се од мајушних, невидљивих делића који се називају атомима. Ова теорија је једноставна, елегантна и у предности је над теоријом земље, ваздуха, ватре, и воде јер је тачна. Векови научних размишљања и експериментисања утврдили су да прави елементи, као што су водоник, угљеник и гвожђе, могу да се поделе на атоме. У Леукиповој теорији, атом је најмањи, невидљиви делић који се и даље препознаје као водоник, угљеник или гвожђе. Једино што је погрешно у Леукиповој идеји је то да су атоми заправо дељиви. Чак се испоставило да његова идеја о атомима објашњава само мали део онога од чега се свемир састоји. Оно што изгледа као уобичајена ствар у свемиру, заправо је прилично ретко. Леукипови атоми, ствари од којих се састоје, заправо чине само 5% онога за шта знамо да се налази у свемиру. Физичари препознају остатак свемира, његових 95%, као тамни свемир, који се састоји од тамне материје и тамне енергије. Како знамо ово? Па, знамо зато што гледамо у ствари и видимо их. То може деловати поједностављено, али је заправо врло промишљено. Све ствари сачињене од атома су видљиве. Светло се одбија о њих и можемо да их видимо. Када погледамо у свемир, видимо звезде и галаксије. Неке од њих, као што је она на којој живимо, дивни су, спирални облици, који се грациозно окрећу у свемиру. Када су научници први пут измерили кретање група галаксија 30-их година прошлог века и измерили количину материје коју садрже, чекало их је изненађење. Открили су да нема довољно видљивих ствари у овим групама да их држи на окупу. Скорашња мерења појединачних галаксија потврђују овај збуњујући резултат. Просто нема довољно видљивих ствари у галаксијама за довољно гравитације која би их држала на окупу. Из онога што видимо, требало би да се разлете, али оне то не чине. Значи, мора да постоје неке нама невидљиве ствари. Ту ствар зовемо тамна материја. Најбољи доказ о тамној материји данас долази из мерења космичког позадинског зрачења, светлости преостале после Великог праска, али то је друга прича. Сви докази које имамо говоре да тамна материја постоји и да чини већину ствари у дивним спиралним галаксијама које испуњавају небо. Дакле, на чему смо сада? Већ дуго знамо да се небо не окреће око нас и да смо становници прилично обичне планете, која кружи око прилично обичне звезде, у спиралном луку прилично обичне галаксије. Откриће тамне материје одвело нас је један корак даље од средишта ствари. Открило нам је да су ствари од којих смо сачињени само мали део онога што сачињава свемир, али неке ствари су тек уследиле. Почетком овог века, научници који су проучавали крајње границе свемира потврдили су да не само да се све удаљава од свега осталог, као што бисте и очекивали у свемиру насталом у врелом, густом великом праску, већ и да се ширење свемира, како се чини, убрзава. О чему се ту ради? Или постоји нека врста енергије која потпомаже ово убрзање, као када обезбедите енергију да убрзате кола, или се гравитација не понаша тачно онако како мислимо да би требало. Већина научника мисли да је ово прво у питању - да постоји нека енергија која покреће убрзање, а зову је тамна енергија. Данашња најбоља мерења нам дозвољавају да тачно израчунамо колики део свемира је таман. Изгледа да тамна материја чини око 68% свемира, а тамна материја око 27%, остављајући само 5% за нас и све остало што заправо видимо. Од чега се састоји тамна ствар? Не знамо, али постоји теорија названа суперсиметрија, која би могла објаснити део тога. Суперсиметрија или скраћено СУСИ, предвиђа низ нових честица, од којих би неке могле сачињавати тамну материју. Ако бисмо нашли доказ за СУСИ, могли бисмо да се померимо са 5% разумевања свемира, ствари које видимо, до око трећине. Није лоше за тако кратко време. Тамну материју би вероватно било теже разумети, али постоје неке спекулативне теорије које нас могу усмерити. Међу њима су и теорије које се враћају на прву сјајну идеју античких Грка, до идеје са којом смо започели пре неколико минута - да свемир мора бити једноставан. Ове теорије предвиђају да постоји само један елемент из ког сва дивна свемирска разноликост потиче - вибрирајућа струна. Идеја је да су све честице за које знамо данас само различите фреквенције на струни. Нажалост, теорије струна се данас још увек не могу тестирати. Ипак, са толико свемира који чека да буде истражен, улози су велики. Да ли све ово чини да се осећате малима? Не би требало. Уместо тога, треба да сте одушевљени чињеницом да сте, колико знамо, припадник једине врсте у свемиру, у могућности да започне са разумевањем његових чуда, а живите у правом времену да бисте видели како ће наше разумевање букнути.