אנרגיה אפלה: התעלומה הגדולה ביותר ביקום מדע | סמית'סוניאן - מאמרים, מדע, טכנולוגיה ומרחב

פעמיים ביום, שבעה ימים בשבוע, מפברואר ועד נובמבר בארבע השנים האחרונות, שני חוקרים שכבו את עצמם בתחתונים תרמיים ובגדים חיצוניים, עם פליס, פלנל, כפפות כפולות, גרביים כפולות, אוברולים מרופדים ופארקים אדומות ונפוחות, מהמאמים את עצמם עד שהם נראים כמו גברים תאומים של מישלן. ואז הם יוצאים החוצה, סוחרים את החום והנוחיות המודרנית של תחנת מדע (כדור כדורגל, מכון כושר, קפיטריה הפועלת 24 שעות ביממה) עבור נוף פרנהייט בן מינוס -100 מעלות, מחמיא יותר מקנזס ואחד המקומות הקרים ביותר בכדור הארץ. הם מסתובבים באפלה כמעט קילומטר, על פני מישור של שלג וקרח, עד שהם מבחינים, על רקע יותר כוכבים מכפי שכל מתבונן בחצר האחורית שעמד בכיס מעולם לא ראה, צללית הדיסק הענק של טלסקופ הקוטב הדרומי, שם הם מצטרפים למאמץ עולמי לפתור אולי את החידה הגדולה ביותר ביקום: ממה מורכב רובו.

תוכן קשור

התמונות הנותרות של מסע הקוטב הדרומי האבדון

במשך אלפי שנים המין שלנו חקר את שמי הלילה ותהה אם עוד משהו שם בחוץ. בשנה שעברה חגגנו 400 שנה לתשובה של גלילאו: כן. גלילאו אימן מכשיר חדש, הטלסקופ, על השמים וראה חפצים שאף אדם אחר לא ראה מעולם: מאות כוכבים, הרים על הירח, לוויינים של צדק. מאז מצאנו יותר מ -400 כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים, 100 מיליארד כוכבים בגלקסיה שלנו, מאות מיליארדי גלקסיות מעבר לשלנו, אפילו הקרינה הקלושה שהיא הד המפץ הגדול.

כעת מדענים חושבים שאפילו המפקד האקסטרווגנטי הזה של היקום עשוי להיות לא מעודכן כמו הקוסמוס בן חמשת הכוכבים שגלילאו ירש מהקדמונים. אסטרונומים אספו ראיות לכך שמה שתמיד חשבנו עליו כיקום האמיתי - אני, אתה, המגזין הזה, כוכבי לכת, כוכבים, גלקסיות, כל העניין בחלל - מייצג רק 4 אחוז ממה שבאמת נמצא שם. השאר הם מכנים, מחמת מילה טובה יותר, אפל: 23 אחוז זה משהו שהם מכנים חומר אפל, ו -73 אחוז זה משהו מסתורי עוד יותר, שהם מכנים אנרגיה אפלה.

"יש לנו מלאי מלא של היקום", אמר שון קרול, קוסמולוג מכון טכנולוגי בקליפורניה, "וזה לא הגיוני."

למדענים יש כמה רעיונות לגבי חומר אפל - חלקיקים אקזוטיים ועדיין היפותטיים - אך אין להם כמעט מושג לגבי אנרגיה אפלה. בשנת 2003 רשמה מועצת המחקר הארצית את "מה טיבה של אנרגיה אפלה?" כאחת הבעיות המדעיות הדוחקות ביותר בעשורים הבאים. ראש הוועדה שכתב את הדו"ח, הקוסמולוג של אוניברסיטת שיקגו, מייקל ס. טרנר, הולך רחוק יותר ומדרג אנרגיה אפלה כ"התעלומה העמוקה ביותר בכל המדע. "

המאמץ לפתורו גייס דור של אסטרונומים בחשיבה מחודשת של הפיזיקה והקוסמולוגיה כדי להתחרות ואולי לעלות על המהפכה שגלילאו נחנך בערב סתיו בפדובה. הם מסתדרים עם אירוניה עמוקה: המראה עצמו הוא שהסנוור אותנו כמעט ליקום כולו. וההכרה בעיוורון הזה, בתורו, עוררה בנו השראה לשאול, כאילו לראשונה: מה הקוסמוס הזה שאנו מכנים הביתה?

מדענים הגיעו לקונצנזוס בשנות השבעים כי יש ביקום יותר ממה שפוגש את העין. בהדמיות מחשב של הגלקסיה שלנו, שביל החלב, התיאורטיקנים גילו שהמרכז לא יחזיק - על סמך מה שאנחנו יכולים לראות עליו, לגלקסיה שלנו אין מספיק מסה כדי לשמור על הכל במקום. כאשר הוא מסתובב, עליו להתפורר, להזיל כוכבים וגז לכל כיוון. או שגלקסיה ספירלית כמו שביל החלב מפרה את חוקי הכובד, או האור הבוקע ממנה - מענני הגז הזוהרים העצומים וכוכבי האינספור - הוא אינדיקציה לא מדויקת למסת הגלקסיה.

אבל מה אם חלק מהמסה של הגלקסיה לא היה מקרין אור? אם גלקסיות ספיראליות הכילו מספיק מסת מסתורית כזו, ייתכן מאוד שהן מצייתות לחוקי הכובד. אסטרונומים כינו את המיסה הבלתי נראית "חומר אפל".

"אף אחד מעולם לא אמר לנו שכל החומר הקרין", אמרה ורה רובין, אסטרונומית שהתצפיות שלה על סיבובי הגלקסיה סיפקו עדויות לחומר אפל. "הנחנו שזה פשוט עשה."

המאמץ להבין חומר אפל הגדיר הרבה מהאסטרונומיה בשני העשורים הבאים. אסטרונומים אולי אינם יודעים מהו חומר אפל, אך הסקת נוכחותו אפשרה להם להמשיך בדרך חדשה בשאלה נצחית: מה גורלו של היקום?

הם כבר ידעו שהיקום מתרחב. בשנת 1929 גילה האסטרונום אדווין האבל כי גלקסיות רחוקות מתרחקות מאיתנו וכי ככל שהתרחקו יותר, כך נראה היה שהן הולכות ונמוגות.

זה היה רעיון קיצוני. במקום חיי הדומם המפוארים והבלתי משתנים לנצח שהיקום נראה להם פעם, הוא היה חי בזמן, כמו סרט. השיבו שוב את סרט ההתפשטות והיקום יגיעו בסופו של דבר למצב של צפיפות ואנרגיה אינסופית - מה שאסטרונומים מכנים המפץ הגדול. אבל מה אם תפגע במהירות קדימה? איך הסיפור ייגמר?

היקום מלא בחומר, והחומר מושך אליו חומר אחר דרך כוח הכבידה. אסטרונומים טענו כי האטרקציה ההדדית בין כל העניין צריכה להאט את התפשטות היקום. אך הם לא ידעו מה תהיה התוצאה הסופית. האם השפעת הכבידה תהיה כה עוצמתית שהיקום בסופו של דבר ימתח מרחק מסוים, יעצור ויפוך את עצמו, כמו כדור שהושלך לאוויר? או שמא יהיה קל כל כך שהיקום יימלט מתפיסתו ולעולם לא יפסיק להתרחב, כמו רקטה שמשאירה את האטמוספרה של כדור הארץ? או האם חיינו ביקום מאוזן להפליא, בו כוח המשיכה מבטיח קצב התפשטות של גולדילנד לא מהיר מדי ולא איטי מדי - כך שהיקום בסופו של דבר ייפסק לווירטואלי?

בהנחה שקיומו של חומר אפל וכי חוק הכבידה הוא אוניברסאלי, שני צוותים של אסטרופיזיקאים - האחד שהובל על ידי סול פרלמוטר, במעבדה הלאומית לורנס ברקלי, והשני על ידי בריאן שמידט, באוניברסיטה הלאומית האוסטרלית - קבעו את העתיד של היקום. לאורך שנות התשעים צוותי היריבה ניתחו מקרוב מספר כוכבים מתפוצצים, או סופרנובות, תוך שימוש באותם חפצים בהירים במיוחד, קצרי מועד, כדי לאמוד את צמיחת היקום. הם ידעו כמה בהיר הסופרנובות צריכות להופיע בנקודות שונות ברחבי היקום אם קצב ההתפשטות היה אחיד. על ידי השוואה כמה בהירים באמת הופיעו הסופרנובות, האסטרונומים הבינו שהם יכולים לקבוע עד כמה האטת התפשטות היקום. אך להפתעתם של האסטרונומים, כשהם נראו עד לאמצע הדרך ביקום, במרחק של שישה או שבעה מיליארד שנות אור, הם גילו שהסופרנובות לא היו בהירות יותר - ולכן קרובות יותר - מהצפוי. הם היו עמומים יותר - כלומר רחוקים יותר. שתי הקבוצות הגיעו למסקנה כי התרחבות היקום אינה מאטה. זה מאיץ.

ההשלכה של תגלית זו הייתה משמעותית: פירוש הדבר שהכוח הדומיננטי בהתפתחות היקום אינו כוח המשיכה. זה ... משהו אחר. שתי הקבוצות הודיעו על ממצאיהן בשנת 1998. טרנר נתן ל"משהו "כינוי: אנרגיה אפלה. זה נתקע. מאז, אסטרונומים רדפו אחר תעלומת האנרגיה האפלה עד קצות כדור הארץ - תרתי משמע.

"הקוטב הדרומי כולל את הסביבה הקשה ביותר בכדור הארץ, אך גם הכי שפירה", אומר ויליאם הולצפל, אוניברסיטת קליפורניה באסטרופיזיקאי בברקלי, שהיה החוקר הראשי באתר הטלסקופ הדרומי לקוטב (SPT) כשביקרתי.

הוא לא התייחס למזג האוויר, למרות שבשבוע שבין חג המולד לראש השנה האזרח - ראשית הקיץ בחצי הכדור הדרומי - השמש זרחה מסביב לשעון, הטמפרטורות בקושי היו בספרות מינוס בודדות (ויום אחד אפילו נשבר אפס ), והרוח הייתה בעיקר רגועה. הולצפל עשה את ההליכה מתחנת הקוטב הדרומי של אמונדסן-סקוט של קרן המדע הלאומית (מרחק של כדור שלג מהאתר המסורתי של הקוטב עצמו, המסומן, כן, עמוד) לטלסקופ כשהוא לובש ג'ינס ונעלי ריצה. יום אחד אחר הצהריים התחמם בניין המעבדה של הטלסקופ עד שהצוות פתח את הדלת.

אך מנקודת מבטו של אסטרונום, רק עד שהשמש שוקעת ונשארת למטה - מרץ עד ספטמבר - הקוטב הדרומי נהיה "שפיר".

"מדובר בשישה חודשים של נתונים ללא הפרעה", אומר הולצפל. במהלך חושך של 24 שעות של הסתיו והחורף האסטרלי, הטלסקופ פועל ללא הפסקה בתנאים ללא דופי לאסטרונומיה. האטמוספרה דקה (הקוטב נמצא מעל 9, 300 רגל מעל פני הים, מתוכם 9, 000 קרח). האווירה יציבה גם היא, בגלל היעדר השפעות החימום והקירור של שמש עולה ויורדת; לקוטב יש כמה רוחות רגועות ביותר בכדור הארץ, והם כמעט תמיד נושבים מאותו כיוון.

אולי החשוב ביותר לטלסקופ, האוויר יבש במיוחד; מבחינה טכנית אנטארקטיקה היא מדבר. (ידיים סדוקות יכולות לקחת שבועות לריפוי, וזיעה אינה באמת סוגיה של היגיינה, כך שההגבלה לשתי מקלחות בשבוע לשימור מים אינה בעיה במיוחד. כמו שאמר לי אחד הוותיקים במוט, "הרגע שאתה הולך חזרה דרך המכס בכריסטצ'רץ '[ניו זילנד], זה המקום שתצטרך להתקלח. ") ה- SPT מגלה מיקרוגל, חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי הרגיש במיוחד לאדי מים. אוויר לח יכול לקלוט מיקרוגלים ולמנוע מהם להגיע לטלסקופ, ולחות פולטת קרינה משלה, שעלולה להיות לא נכונה כאותות קוסמיים.

כדי למזער את הבעיות הללו, אסטרונומים שמנתחים גלי מיקרו וגלי תת-מטר קוטר הפכו את הקוטב הדרומי לבית שני. המכשירים שלהם שוכנים בסקטור האפל, אשכול מבנים הדוק בו אור ומקורות אחרים של קרינה אלקטרומגנטית נשמרים למינימום. (בקרבת מקום נמצאים המגזר השקט, למחקר סייסמולוגיה, ומגזר האוויר הנקי, לפרויקטים של אקלים.)

אסטרונומים רוצים לומר שלמרות תצפיות בתולי יותר ויותר, הם יצטרכו לצאת לחלל החיצון - הצעה יקרה יותר מעריכית, וכזו שנאס"א בדרך כלל לא אוהבת להמשיך אלא אם לא ניתן בקלות לעשות את המדע על כדור הארץ. (לוויין אנרגיה כהה נמצא על לוח הציור ומחוצה לו מאז 1999, ובשנה שעברה הלך "בחזרה לכיכר", לפי יועץ אחד של נאס"א.) לפחות על כדור הארץ, אם משהו ישתבש עם מכשיר, אתה לא ' אני לא צריך לפקד על מעבורת חלל כדי לתקן אותה.

ארצות הברית שמרה על נוכחות כל השנה בקוטב מאז 1956, וכעת התוכנית האמריקאית לאנטארקטיקה של הקרן הלאומית למדע השיגה את החיים שם למדע, ובכן. עד שנת 2008 שוכנת התחנה בכיפה גיאודזית שכתרה עדיין נראית מעל השלג. תחנת הבסיס החדשה דומה לספינת שייט קטנה יותר ממוצב מרוחק וישנה יותר מ -150, כולם ברבעים פרטיים. מבעד לשכבות הזכוכית הקוויות בין שתי הקומות, אתה יכול להרהר באופק ברמה הכי מהפנטת כמו כל אוקיינוס. התחנה החדשה נשענת על מעליות שככל שמצטבר שלג מאפשרות לחבר אותה לשני קומות מלאות.

גשמי השלג באזור הצחיח הזה עשויים להיות מינימליים, אבל זה שנשקע מקצות היבשת עדיין יכול לעשות בלגן, מה שיוצר את אחת המשימות היותר ארציות עבור צוות החורף של ה- SPT. אחת לשבוע במהלך החודשים החשוכים, כאשר אוכלוסיית התחנה מצטמצמת לסביבות 50, שני חוקרי ה- SPT באתר צריכים לטפס אל צלחת המיקרוגל הרוחבת 33 מטר של הטלסקופ ולסחוף אותה נקייה. הטלסקופ אוסף נתונים ושולח אותם לשולחן העבודה של חוקרים רחוקים. שני "אובר-חורף" מבלים את ימיהם בעבודה על הנתונים, מנתחים אותם כאילו הם חזרו לבית. אבל כשהטלסקופ פוגע בתקלות ונשמעת אזעקה במחשבים הניידים שלהם, הם צריכים להבין מה הבעיה - מהר.

"שעה של זמן השבתה היא אלפי דולרים של זמן תצפית אבוד, " אומר קית 'ונדרלינדה, אחת משתי חורף אוברול של 2008. "תמיד יש דברים קטנים. מאוורר ישבר כי כל כך יבש שם למטה, כל השימון נעלם. ואז המחשב יתחמם יתר על המידה ויכבה את עצמו, ופתאום אנו למטה ואין לנו מושג למה. "בשלב זה הסביבה אולי לא נראית כל כך" שפירה ". לא טסות לקוטב הדרומי או ממנו מהמרץ עד אוקטובר (שמן המנוע של המטוס היה מג'לטין), כך שאם החורף לא יוכל לתקן את מה שנשבר, הוא נשאר שבור - מה שעדיין לא קרה.

יותר מרוב המדעים, אסטרונומיה תלויה בחוש הראייה; לפני שהאסטרונומים יכולים לדמיין מחדש את היקום בכללותו, עליהם קודם להבין כיצד לתפוס את החלקים האפלים. הידיעה מהו חומר אפל תעזור למדענים לחשוב על צורת מבנה היקום. הידיעה מה עושה אנרגיה אפלה תעזור למדענים לחשוב כיצד התפתח המבנה הזה לאורך זמן - ואיך הוא ימשיך להתפתח.

למדענים יש כמה מועמדים להרכב החומר האפל - חלקיקים היפותטיים המכונים ניטרלינים וצירים. עם זאת עבור אנרגיה אפלה, האתגר הוא להבין לא מה זה אלא איך זה. בפרט, אסטרונומים רוצים לדעת אם אנרגיה אפלה משתנה על פני המרחב והזמן, או האם היא קבועה. אחת הדרכים ללמוד אותה היא למדוד תנודות אקוסטיות של הברון. כאשר היקום עוד היה בחיתוליו, רק בן 379, 000 שנה, הוא התקרר דיו כדי שהבריונים (חלקיקים עשויים מפרוטונים וניוטרונים) ייפרדו מפוטונים (חבילות אור). ההפרדה הזו הותירה אחריה חותם - שנקרא הרקע המיקרוגל הקוסמי - שניתן עדיין לאתר היום. זה כולל גלי קול ("תנודות אקוסטיות") שהובלו ביקום התינוקות. פסגות התנודות הללו מייצגות אזורים שהיו צפופים מעט יותר משאר היקום. ומכיוון שהחומר מושך אליו חומר דרך כוח הכובד, אזורים אלה הלכו והתעצמו ככל שהיקום התיישן, והתלכדו תחילה לגלקסיות ואחר כך לאשכולות גלקסיות. אם אסטרונומים משווים את תנודות הרקע הקוסמיות המקוריות עם התפלגות הגלקסיות בשלבים שונים בתולדות היקום, הם יכולים למדוד את קצב התפשטות היקום.

גישה נוספת להגדרת אנרגיה כהה כוללת שיטה המכונה עדשת כבידה. על פי תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין, נראה כי קרן אור העוברת בחלל מתכופפת בגלל משיכת הכבידה של החומר. (למעשה, המרחב עצמו מתכופף, והאור פשוט ממשיך לנסיעה.) אם שני אשכולות גלקסיות שוכנות לאורך קו ראייה יחיד, אשכול החזית ישמש כעדשה שמעוותת אור שמגיע מאשכול הרקע. עיוות זה יכול לספר לאסטרונומים את המסה של מקבץ החזית. על ידי דגימת מיליוני גלקסיות באזורים שונים ביקום, אסטרונומים צריכים להיות מסוגלים להעריך את הקצב בו גלקסיות התגבשו לאשכולות לאורך זמן, וקצב זה בתורו יגיד להם כמה מהר היקום התפשט בנקודות שונות בתולדותיו.

טלסקופ הקוטב הדרומי עושה שימוש בטכניקה שלישית, הנקראת אפקט סונייייב-צלדוביץ ', על שם שני פיסיקאים סובייטים, המונחת על רקע המיקרוגל הקוסמי. אם פוטון מהאחרון מתקשר עם גז חם באשכול, הוא חווה עלייה קלה באנרגיה. איתור אנרגיה זו מאפשר לאסטרונומים למפות את אותם אשכולות ולמדוד את השפעת האנרגיה האפלה על צמיחתם לאורך תולדות היקום. זו לפחות התקווה. "הרבה אנשים בקהילה פיתחו את מה שלדעתי ספקנות בריאה. הם אומרים, 'זה נהדר, אבל תראו לנו את הכסף', אומר הולצפל. "ואני חושב שתוך שנה-שנתיים נהיה מסוגלים לעשות זאת."

צוות SPT מתמקד באשכולות גלקסיות מכיוון שהם המבנים הגדולים ביקום, המורכבים לעתים קרובות ממאות גלקסיות - הם כמיליון מיליארד מכמות השמש. כאשר אנרגיה אפלה דוחפת את היקום להתפשט, לאשכולות הגלקסיה יהיה קשה יותר לצמוח. הם יתרחקו יותר זה מזה, והיקום יהפוך קר ובודד יותר.

אשכולות גלקסיה "הן כמו כנריות במכרה פחם מבחינת היווצרות מבנה", אומר הולצפל. אם צפיפות החומר האפל או תכונות האנרגיה האפלה היו משתנות, שפע האשכולות "היה הדבר הראשון שיש לשנות". טלסקופ הקוטב הדרומי צריך להיות מסוגל לעקוב אחר אשכולות גלקסיות לאורך זמן. "אתה יכול לומר 'לפני כל כך הרבה מיליארד שנים, כמה אשכולות היו שם וכמה יש עכשיו?'" אומר הולצפל. "ואז השווה אותם לתחזיות שלך."

עם זאת, כל השיטות הללו מגיעות עם אזהרה. הם מניחים שאנו מבינים מספיק את כוח המשיכה, שהוא לא רק הכוח המתנגד לאנרגיה אפלה אלא היווה את יסוד הפיזיקה בארבע המאות האחרונות.

עשרים פעמים בשנייה, לייזר גבוה בהרי סקרמנטו בניו מקסיקו מכוון דופק אור לירח, 239, 000 מיילים משם. מטרת הקורה היא אחד משלושה מחזירי אור בגודל מזוודה שאסטרונאוטים אפולו שתלו על פני הירח לפני ארבעה עשורים. פוטונים מהקרן מקפצים מהמראה וחוזרים לניו מקסיקו. זמן נסיעה כולל הלוך ושוב: 2.5 שניות, פחות או יותר.

"פחות או יותר" זה עושה את כל ההבדל. על ידי תזמון מסע מהירות האור, חוקרים במבצע מצפה הלייזר הירחי של Apache Point Observatory (APOLLO) יכולים למדוד את מרחק כדור הארץ-ירח רגע לרגע ולמפות את מסלול הירח בדיוק מדויק. כמו בסיפור האפוקריפי של גלילאו שמטיל כדורים ממגדל הפיזה הנטוי כדי לבחון את האוניברסליות של נפילה חופשית, APOLLO מתייחס לכדור הארץ וירח כמו שני כדורים הנושרים בשדה הכבידה של השמש. מריו ליביו, אסטרופיזיקאי במכון המדע לטלסקופ החלל בבולטימור, מכנה זאת "ניסוי מדהים לחלוטין." אם מסלול הירח מציג אפילו את הסטייה הקלה ביותר מהתחזיות של איינשטיין, יתכן שמדענים יצטרכו לחשוב מחדש על משוואותיו - ואולי אפילו את קיום של חומר אפל ואנרגיה אפלה.

"עד כה איינשטיין מחזיקה", אומר אחד המשקיפים המובילים של APOLLO, האסטרונום ראסט מקמילן, כשהפרויקט שלה לחמש שנים עובר את נקודת הדרך.

גם אם אינשטיין לא היה מחזיק, החוקרים היו צריכים קודם כל לבטל אפשרויות אחרות, כמו שגיאה במדד מסת האדמה, הירח או השמש, לפני שיווכחו שתורת היחסות הכללית מחייבת תיקון. אף על פי כן, אסטרונומים יודעים שהם לוקחים את הכובד כמובנים מאליהם בסכנתם שלהם. הם הסיקו את קיומם של חומר אפל עקב השפעותיו הכבידתיות על הגלקסיות, וקיומם של אנרגיה אפלה עקב השפעותיו האנטי-כבידתיות על התפשטות היקום. מה אם ההנחה העומדת בבסיס מסקנות התאומות הללו - שאנו יודעים כיצד כוח הכבידה עובד - אינה נכונה? האם תיאוריה של היקום יכולה להיות אפילו יותר מופלגת מאחת המציגה חומר אפל ואנרגיה אפלה להסביר את העדויות? כדי לגלות, מדענים בודקים את כוח הכבידה לא רק ברחבי היקום אלא על שולחן השולחן. עד לאחרונה פיזיקאים לא מדדו את כוח הכבידה בטווחים קרובים במיוחד.

"מדהים, לא?" אומר אריק אדלברגר, רכז כמה ניסויי כוח משיכה שהתקיימו במעבדה באוניברסיטת וושינגטון, סיאטל. "אבל לא היה מדהים אם תנסו לעשות זאת" - אם ניסית לבדוק כוח משיכה במרחקים קצרים ממילימטר. בדיקת כוח הכבידה אינה פשוט עניין של קירוב שני חפצים זה לזה ומדידת המשיכה ביניהם. כל מיני דברים אחרים עשויים להשפיע על כוח הכבידה.

"יש כאן מתכת", אומר אדלברגר ומצביע על מכשיר סמוך. "יש כאן צלע גבעה" - מנופף לעבר נקודה כלשהי מעבר לקיר הבטון העוטף את המעבדה. "יש שם אגם." יש גם את פני מי התהום באדמה, שמשתנה בכל פעם שיורד גשם. ואז יש את סיבוב כדור הארץ, את מיקום השמש, את החומר האפל בלב הגלקסיה שלנו.

במהלך העשור האחרון צוות סיאטל מדד את משיכת הכבידה בין שני עצמים במרחקים קטנים יותר וקטנים יותר, עד 56 מיקרון (או 1/500 אינץ '), רק כדי לוודא כי המשוואות של איינשטיין לכוח הכבידה אכן נכונים במרחקים הקצרים ביותר. גם. עד כה הם כן.

אבל אפילו איינשטיין הכיר בכך שתיאוריית היחסות הכללית שלו לא הסבירה לחלוטין את היקום. את שלושים השנים האחרונות לחייו בילה ליישב את הפיזיקה שלו בין הגדולות מאוד לפיזיקה של המכניקה הקוונטית הקטנה מאוד. הוא נכשל.

תיאורטיקנים גילו כל מיני אפשרויות בניסיון ליישב את היחסות הכללית עם מכניקת הקוונטים: יקומים מקבילים, יקומים מתנגשים, יקומי בועות, יקומים עם מימדים נוספים, יקומים המשתחזרים לנצח, יקומים המקפצים מ המפץ הגדול ועד קראנץ 'הגדול לביג באנג.

אדם רייס, אסטרונום ששיתף פעולה עם בריאן שמידט על גילוי האנרגיה האפלה, אומר שהוא מסתכל כל יום באתר אינטרנט (xxx.lanl.gov/archive/astro-ph) בו מדענים מפרסמים את הניתוחים שלהם כדי לראות מהם רעיונות חדשים. שם. "רובם די מגניבים, " הוא אומר. "אבל יתכן שמישהו ייצא עם תיאוריה עמוקה."

על כל התקדמותה, מסתבר שהאסטרונומיה עמלה תחת הנחה שגויה, אם סבירה, : מה שאתה רואה זה מה שאתה מקבל. כעת אסטרונומים צריכים להסתגל לרעיון שהיקום אינו החומר שלנו - בתכנית הגדולה של הדברים, המינים שלנו, הכוכב שלנו והגלקסיה שלנו וכל מה שראינו אי פעם הם, כמו הפיזיקאי התיאורטי לורנס קראוס מאוניברסיטת מדינת אריזונה. אמר, "קצת זיהום."

עם זאת הקוסמולוגים נוטים לא להתייאש. "הבעיות הקשות באמת גדולות, " אומר מייקל טרנר, "מכיוון שאנחנו יודעים שהם ידרשו רעיון חדש ומטורף." כפי שאמר אנדראס אלברכט, קוסמולוג מאוניברסיטת קליפורניה בדייויס, בכנס שנערך לאחרונה בנושא אנרגיה אפלה: "אם תשים לפני את ציר הזמן של תולדות המדע ויכולתי לבחור בכל זמן ובכל תחום, זה המקום בו הייתי רוצה להיות."

ריצ'רד פאנק כתב על איינשטיין עבור סמית'סוניאן בשנת 2005. ספרו על חומר אפל ואנרגיה אפלה יופיע בשנת 2011.

מייקל טרנר טבע את המונח "אנרגיה אפלה" בשנת 1998. איש אינו יודע מה זה. (באדיבות מייקל טרנר)

מדענים העובדים בקוטב הדרומי שוהים במתקן שנשען על כלונסאות המורמים ככל שמצטבר שלג. (קית 'ונדרלינדה / הקרן הלאומית למדע)

המהנדס דנה הרובס מכוון סוללה במתקן הקוטב הדרומי. (Calee Allen / National Science Foundation)

ללא טיסות מטוסים במהלך מחצית השנה החשוכה ביותר, החוקרים נוהגים לעצמם בגידול ירקות טריים תחת אור מלאכותי. (בריאן ברנט / השמש האנטארקטית)

הרחק מאור זרים וצלל בחשכה שאורכה חודשים, טלסקופ הקוטב הדרומי של אנטארקטיקה הוא אחד המקומות הטובים ביותר בכדור הארץ לצפייה בשאר היקום. (קית 'ונדרלינדה / הקרן הלאומית למדע)

כדי לשים את זה על קצה המזלג, היקום החל במפץ הגדול לפני כמעט 14 מיליארד שנה, התנפח במהירות והוא מתרחב גם היום. (צוות מדע של NASA / WMAP)

במקום להאט, אומרים המדענים, ההתרחבות מואצת, מונעת על ידי אנרגיה אפלה. מפה זו של נקודות חמות ברחבי יקום התינוקות מראה היכן החומר התרכז אחר כך והוליד גלקסיות. (צוות מדע של NASA / WMAP)

אסטרונומים כמו ראסט מקמילן משתמשים בכוח המשיכה בצידם לאנרגיה אפלה. (גרצ'ן ואן דורן)

מדענים במצפה הכוכב אפאצ'י בניו מקסיקו מכוונים שוב ושוב קרן לייזר לעבר הירח ומתייחסים לחזרת האור לכדור הארץ, ומעניקים להם את מרחק הירח לטווח של מילימטר. (גרצ'ן ואן דורן / קונסורציום המחקר האסטרופיזי)