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.
Antik Yunanlıların harika bir fikri vardı: Evren basittir. Zihinlerinde, bunu yapmak için gereken dört element vardı: Toprak, hava, ateş ve su. Diğer teoriler arasında, bu güzel bir tanesidir. Sadeliği ve zarafeti vardır. Dört temel elementi farklı şekillerde birleştirerek evrenin tüm harika çeşitliliğini üretebileceğinizi söylüyor. Örneğin, toprak ve ateş, size kuru olan şeyleri verir. Hava ve su, ıslak olan şeyleri verir. Ama bu teorinin bir problemi vardı. Ölçülebilen hiçbir şeyi öngöremedi ve ölçüm, deneysel bilimin temelidir. Daha da kötüsü, teori yanlıştı. Ancak Yunanlılar iyi bilim insanlarıydı, ve MÖ 5. yüzyılda Miletli Leukippos şimdiye kadarki en kalıcı bilimsel fikirlerden birini ortaya attı. Gördüğümüz her şey atom denilen küçük, bölünemez parçalardan oluşuyor. Teori basit ve zarifti, ve toprak, hava, ateş ve su teorisinin aksine doğruydu. Yüzyıllarca süren bilimsel düşünceler ve araştırmalar atomlarına ayrılabilen hidrojen, karbon ve demir gibi gerçek elementler bulmuştu. Leukippos'un teorisinde atom, hala hidrojen, karbon veya demir olarak tanınabilen en küçük bölünemez parçadır. Leukippos'un fikrinedeki tek yanlış, atomların gerçekte bölünebilir olduklarıydı. Dahası sonradan anlaşıldı ki onun atom fikri evrenin neyden oluştuğunun sadece küçük bir kısmını açıklıyordu. Evrenin sıradan gibi görünen şeyleri aslında oldukça nadirdir. Leukippos'un atomları ve onların yapıtaşları aslında orada olduğunu bildiklerimizin sadece %5'ini oluşturuyor. Fizikçiler evrenin geri kalan %95'ini karanlık madde ve karanlık enerjiden oluşmuş karanlık evren olarak biliyorlar. Bunu nasıl mı biliyoruz? Biliyoruz çünkü etrafımıza bakıyoruz ve görüyoruz. Bu, çok basit görünebilir ama aslında oldukça derindir. Atomlardan yapılan her şey görünebilir. Işık üzerinden yansır ve bu sayede görebiliriz. Uzaya baktığımızda yıldızlar ve galaksiler görürüz. Bizim yaşadığımız gibi bazıları uzayda zarif bir şekilde dönen, güzel spiral şekillerdir. Bilim insanları 1930'larda ilk kez galaksi gruplarının hareketini ölçtüğünde ve içerdikleri madde miktarını tarttıklarında, şaşırdılar. Bu gruplarda, onları bir arada tutmak için yeterince görünür şey olmadığını buldular. Daha sonradan yapılan galaksilerin ölçümleri bu şaşırtıcı sonucu onayladı. Galaksilerde, onları bir arada tutacak kadar yerçekimi sağlayacak yeteri kadar görünür malzeme yoktu. Görebildiğimiz kadarıyla parçalanmaları gerekiyordu ama parçalanmıyorlardı. O zaman, orada bizim göremediğimiz şeyler olmalıydı. Bu şeylere karanlık madde diyoruz. Bugün karanlık madde için en iyi kanıt, Büyük Patlamadan gelen kozmik mikrodalga arka planı denilen bir şeyin ölçümlerinden geliyor ama bu başka bir hikaye. Elimizde olan tüm kanıtlar, karanlık maddenin orada olduğunu söylüyor ve gökleri dolduran o güzel sarmal galaksilerde olan bir sürü şeyi açıklıyor. Peki, bu bizi nerede bırakıyor? Uzun zamandır, göklerin bizim etrafımızda dönmediğini ve bizim oldukça sıradan bir galaksinin bir sarmal kolunda oldukça sıradan bir yıldızın etrafında dönen, oldukça sıradan bir gezegenin sakinleri olduğumuzu biliyoruz. Karanlık maddenin keşfi bizi olayların merkezinden bir adım uzağa götürdü. Bize oluştuğumuz şeylerin evreni oluşturan şeylerin sadece küçük bir kısmı olduğunu söyledi. Ama dahası da vardı. Bu yüzyılın başlarında evrenin dış alanlarını inceleyen bilim insanları, sıcak, yoğun, büyük bir patlamayla başlayan bir evrenden bekleyeceğiniz gibi yalnızca her şeyin birbirinden uzaklaşmakla kalmayıp aynı zamanda evrenin genişlemesinin hızlanıyor gibi göründüğünü doğruladılar. Bu da ne oluyor? Ya tıpkı bir aracı hızlandırmak için enerji sağladığınız gibi bu ivmeyi iten bir tür enerji var ya da yerçekimi tam olarak düşündüğümüz gibi davranmıyor. Çoğu bilim insanı, ivmeyi harekete geçiren bir çeşit enerji olduğunu yani birincisi olduğunu düşünüyor. Buna "karanlık enerji" diyorlar. Günümüzün en iyi ölçümleri, evrenin ne kadarının karanlık olduğunu bulmamıza izin veriyor. Görünen o ki karanlık enerji evrenin %68'ini ve karanlık madde evrenin %27'sini oluşturuyor. Bu bize ve görebildiğimiz her şeye sadece %5'ini bırakıyor. Peki, karanlık şeyler neyden yapılmış? Bilmiyoruz ama "süpersimetri" adında bir kısmını açıklayabilecek bir teori var. Süpersimetri veya kısaca SUSY bir kısmı karanlık maddeyi oluşturabilecek yeni bir dizi parçacığı öngörüyor. Eğer SUSY için kanıt bulursak evrenimizin görebildiğimiz %5'ini anlamaktan üçte birini anlamaya kadar gidebiliriz. Bir günlük iş için fena değil. Karanlık enerjiyi anlamak büyük ihtimalle daha zor olacaktır ama ortada doğru yöne işaret edebilecek bir kaç kuramsal teori var. Bunların arasında birkaç dakika önce bahsettiğimiz eski Yunanlıların ilk büyük fikrine, yani evrenin basit olması gerektiği fikrine dönen teoriler var. Bu teoriler, tüm evrenin harika çeşitliliğinin tek bir unsurdan geldiğini öngörmektedir: Titreşen bir ip. Buradaki fikir, bugün bildiğimiz tüm parçacıkların ipte farklı harmonikler olduğu. Ne yazık ki sicim teorisi günümüzde hala test edilemiyor. Ama evrenin büyük bir kısmı keşfedilmeyi bekliyor ve kazanılacak çok şey var. Bütün bunlar sizi küçük hissettiriyor mu? Hissettirmemeli. Onun yerine bildiğimiz kadarıyla evrendeki harikaları kavramaya başlayabilen tek türün bir üyesi olduğunuz ve anlayışımızın daha da genişlediğini görmek için doğru zamanda yaşadığınız gerçeğine hayret etmelisiniz.