ხილული სამყარო – რომელშიც შედის დედამიწა, მზე, სხვა ვარსკვლავები და გალაქტიკები – შედგება პროტონებისგან, ნეიტრონებისა და ელექტრონებისგან, რომლებიც ატომებად ერთიანდებიან. მეოცე საუკუნის ერთ-ერთი ყველაზე მოულოდნელი აღმოჩენა ალბათ ის იყო, რომ ეს ჩვეულებრივი, ანუ ბარიონული მატერია სამყაროს მასის მხოლოდ 5%-ს იკავებს.
დანარჩენი ნაწილი შედგება იდუმალი, უხილავი სუბსტანციისგან, რომელსაც უწოდებენ ბნელ მატერიას (25%) და გრავიტაციის საწინააღმდეგოდ მოქმედი ძალისგან, რომელიც ცნობილია, როგორც ბნელი ენერგია (70%).
მეცნიერებს ჯერჯერობით არ შეუძლიათ, ბნელ მატერიას პირდაპირ დააკვირდნენ. ის არ შედის ბარიონულ მატერიასთან კონტაქტში და არ ჩანს ხილული სინათლით თუ ელექტრომაგნიტური რადიაციის სხვა ფორმებით დაკვირვებისას, რაც ბნელი მატერიის ამჟამინდელი სამეცნიერო ინსტრუმენტებით აღმოჩენას შეუძლებელს ხდის. თუმცა მეცნიერები დარწმუნებული არიან მის არსებობაში, რადგან ადგენენ მის გრავიტაციულ ეფექტებს გალაქტიკებსა და გალაქტიკების კლასტერებზე.
მაგალითად, სტანდარტული ფიზიკის მიხედვით, მბრუნავი სპირალური გალაქტიკის განაპირას მდებარე ვარსკვლავები უფრო ნელა უნდა მოძრაობდნენ, ვიდრე გალაქტიკის ცენტრში მდებარენი, სადაც კონცენტრირებულია გალაქტიკის ხილული მატერია. მაგრამ დაკვირვებები აჩვენებს, რომ ვარსკვლავები მეტნაკლებად ერთნაირი სიჩქარით გადაადგილდებიან მიუხედავად იმისა, გალაქტიკური დისკოს რომელ წერტილში იმყოფებიან. ეს დამაბნეველი შედეგი გასაგები გახდება, თუკი დავასკვნით, რომ განაპირა ვარსკვლავები განიცდიან უხილავი მასის – ბნელი მატერიის – გრავიტაციულ ეფექტს.
ბნელმა მატერიამ შეიძლება ასევე ახსნას გარკვეული ოპტიკური ილუზიები, რომლებსაც ასტრონომები სამყაროს სიღრმეებში აწყდებიან. მაგალითად, გალაქტიკების გამოსახულება, რომელიც შეიცავს სინათლის უცნაურ რგოლებსა და თაღებს, შეიძლება აიხსნას უფრო შორეული გალაქტიკებიდან წამოსული სინათლის გადიდებითა და გამრუდებით, რასაც იწვევს ბნელი მატერიის უხილავი მასიური ღრუბლები. ამ ფენომენს გრავიტაციული ლინზირება ეწოდება.
მეცნიერებს რამდენიმე ვარიანტი გააჩნიათ იმის შესახებ, თუ რას წარმოადგენს ბნელი მატერია. ერთ-ერთი წამყვანი ჰიპოთეზის მიხედვით, ბნელი მატერია შედგება ეგზოტიკური ნაწილაკებისგან, რომლებიც ნორმალურ მატერიასთან ან სინათლესთან კონტაქტში არ შედიან, მაგრამ მაინც ახდენენ მათზე გავლენას გრავიტაციული ძალით. მეცნიერების რამდენიმე ჯგუფი, მათ შორის ცერნის დიდ ადრონულ კოლაიდერში მომუშავე, ამჟამად ცდილობს, ბნელი მატერიის ნაწილაკები ხელოვნურად შექმნას, რათა შესაძლებელი გახდეს მათი შესწავლა ლაბორატორიულ პირობებში.
სხვა მეცნიერები თვლიან, რომ ბნელი მატერიის ეფექტები შეიძლება აიხსნას გრავიტაციის შესახებ არსებული თანამედროვე თეორიების ფუნდამენტური ცვლილებით. მათი აზრით, არსებობს გრავიტაციის მრავალი ფორმა და დიდ მასშტაბებში მოქმედი გრავიტაცია, რომელიც მართავს გალაქტიკებს, განსხვავდება იმ გრავიტაციისგან, რომელსაც ჩვენ ვიცნობთ.
ბნელი ენერგია კიდევ უფრო იდუმალია და 1990-იანებში მისი აღმოჩენა სრული შოკი იყო მეცნიერებისთვის. მანამდე ფიზიკოსები მიიჩნევდნენ, რომ გრავიტაციული მიზიდულობის ძალა დროთა განმავლობაში შეანელებდა სამყაროს გაფართოებას. მაგრამ როცა ორმა ჯგუფმა ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად სცადა, შენელების ტემპი გაეზომა, აღმოაჩინეს, რომ სინამდვილეში გაფართოების სიჩქარე მატულობდა. ერთმა მეცნიერმა ეს აღმოჩენა შეადარა გასაღების ჰაერში აგდებას იმის მოლოდინით, რომ მალე უკან ჩამოვარდება, მაგრამ ამის ნაცვლად გასაღები ტრაექტორიას აგრძელებს ჭერისკენ.
ამჟამად მეცნიერები ფიქრობენ, რომ სამყაროს აჩქარებულ გაფართოებას წარმართავს უარყოფითი ძალის მსგავსი რამ, რომელიც კვანტური ფლუქტუაციების შედეგად წარმოიშობა სხვაგვარად „ცარიელ” სივრცეში. უფრო მეტიც, როგორც ჩანს, ეს ძალა სამყაროს გაფართოებასთან ერთად სულ უფრო მეტად ძლიერდება. მეცნიერებს სხვა არაფერი დარჩენოდათ გარდა იმისა, რომ ამ იდუმალი ძალისთვის „ბნელი ენერგია” დაერქმიათ.
ბნელი მატერიისგან განსხვავებით, მეცნიერებს არ გააჩნიათ რაიმე დამაჯერებელი ახსნა ბნელ ენერგიაზე. ერთ-ერთი მოსაზრებით, ბნელი ენერგია წარმოადგენს მეხუთე და აქამდე უცნობი ტიპის ფუდამენტურ ძალას, კვინტესენციას, რომელიც სამყაროს სითხესავით ავსებს.
ბევრი მეცნიერი ასევე აღნიშნავს, რომ ბნელი ენერგიის ცნობილი თვისებები თავსებადია კოსმოლოგიურ მუდმივასთან, მათემატიკურ ამონახსნთან, რომელიც ალბერტ აინშტაინმა დაუმატა თავის ზოგადი ფარდობითობის თეორიას, რათა მიესადაგებინა სტატიკური სამყაროს იდეასთან. აინშტაინის მიხედვით, მუდმივა იქნებოდა უარყოფითი ძალა, რომელიც წინააღმდეგობას უწევს გრავიტაციას და იცავს სამყაროს საკუთარ თავში კოლაფსისგან. მოგვიანებით მან უარყო ეს იდეა, რადგან ასტრონომიულმა დაკვირვებებმა გამოავლინა, რომ სამყარო ფართოვდებოდა და კოსმოლოგიურ მუდმივას „უდიდესი შეცდომა” უწოდა.
ახლა, როცა ვხედავთ, რომ სამყაროს გაფართოების ტემპი მატულობს, ბნელი ენერგიის, როგორც კოსმოლოგიური მუდმივის შემოტანამ შეიძლება ზუსტად ახსნას, როგორ იწელება დრო და სივრცე. მაგრამ ის, თუ რატომ არსებობს საერთოდ ასეთი უცნაური ძალა, მაინც გამოცანად რჩება.
