aatom koosneb elektronpilvest ümbritsetud tuumast. Tuum sisaldab prootoneid ja neutroneid, need omakorda u- ja d-kvarke. Nii saame kvarkidest ja elektronidest perioodilisussüsteemi mistahes elemendi aatomi. Mäherdune saavutus! Taandasime Universumi koosteosade nimistu lõpmata pikast sadakonna elemendini ja siis vaid kolme osakeseni.
Kõik, mida oleme iganes näinud, katsunud, haistnud või mille otsa komistanud, seisab koos vaid kolmest ehituskivist. Õnnitlegem miljonite inimajude ühistööd.
Kui võime liigina uhkust tunda, siis nendime ühtlasi, et kahes punktis on see kirjeldus puudulik.
Esiteks, peale elektroni ja kahe kvargi on teisigi osakesi. Möödunud sajandil on füüsikud avastanud üheksa aineosakest ning viis jõudu kandvat osakest. Mõni neist on üpris veider, näiteks viirastuslik neutriino, mis võib läbida miljardeid kilomeetreid pliid, põrkumata ainsagi osakesega.4
Miks on sellised osakesed olemas? Mis on nende otstarve? Kes nad seltskonda kutsus? Mitu osakest on veel olemas? Ei tea. Enamgi: pole aimugi. Mõningaid neist veidratest osakestest võtame vaatluse alla 4. peatükis.
See käsitlus on puudulik veel teiselgi olulisel moel. Kui läheb vaja vaid kolme osakest, et luua tähed, planeedid, komeedid ja hapukurgid, osutuvad nad üksnes pisiosaks kosmosest. Normaalseks peetav aines (ainus, mida tunneme) on tegelikult õige tavatu. Kogu ainesest Universumis moodustab ta vaid umbes 5 protsenti.
Aga ülejäänud 95 protsenti? Ei tea. Kui kanname selle kookdiagrammile, saame midagi seesugust:
Pilt on üsna salapärane. Üksnes 5% on tuntu. 27% moodustab tumeaine. 68% on see, millest midagi aimame. Füüsikud kutsuvad seda tumeenergiaks, see sunnib Universumit paisuma, kuid see on ka kõik, mida teame. Edaspidi selgitame mõlemat kontseptsiooni ja seda, kuidas nende arvudeni jõuda.
Lugu on veelgi kehvem. Isegi selle 5% hulgas on palju selgusetut
(meenutagem lisaosakesi). Mõnel juhul ei oska me küsidagi nende saladuste lahendusi.
Siin me nüüd seisame. Äsja õnnitlesime end uskumatu saavutuse eest kogu ainese kirjeldamise eest lihtsail sõnul. Nüüd näib see veidi ennatu, sest suurem osa Universumist koosneb millestki muust. Justkui oleksime tuhandeid aastaid uurinud elevanti ja järsku taipaksime, et oleme vaadanud üksnes tema saba.
Seda kuuldes võite olla pisut pettunud.
Vahest arvasite, et oleme jõudnud Universumi alistamise tippu (robotid küürivad põrandaid jne). Oluline on käsitada seda mitte pettumuse, vaid uskumatu võimalusena uurida ja saada teadmisi. Mis oleks, kui leiaksime, et oleme Maast avastanud üksnes 5%? Või maitsnud vaid 5% kõigist maailma jäätistest?
Teadlane teis nõuab põhjalikku seletust või siis enam lusikaid, ja erutust uute avastuste lävel olemisest.
Meenutage kooliaega, kui saite teada maadeavastustest. Nemad purjetasid tundmatusse, avastasid uusi maid ja kaardistasid neid. Kui pidasite seda erutavaks, tundsite ühtlasi nukrust, et kõik mandrid on juba avastatud, kõik pisisaaredki on saanud nime ning satelliitide ja GPSi ajastul on avastuste aeg läbi. Õnneks ei ole see nii.
On jäänud palju uurida. Oleme uue uurimisajastu alguses, mil peame oma arusaama Universumist ümber kujundama. Ühest küljest teame, et meie teadmised on üpris piiratud (meenutage 5 protsenti). Teisest küljest on meil vapustavad uudisriistad uurimiseks, nagu osakeste põrgutid, gravitatsioonilainete detektorid ja hiidteleskoobid, mis aitavad leida vastuseid. Kõik lausa praegu.
Erutab, et teaduse saladustel on tõsised lahendused. Me ei tunne neid veel. Nad võivad ilmuda veel meie elupäevil. Näiteks küsimus sellest, kas Universumis on veel kuskil mõistuslikke olendeid. Vastus on olemas (Mulderil oli õigus: tõde ON kusagil.) Vastused muudaksid põhjalikult meie maailmapilti.
Teaduslugu on revolutsioonide lugu. Iga kord adume, et meie maailmapilt oli meie perspektiivist moonutatud. Lapik maailm, Maa-kesksus, tähtedest ning planeetidest küllastatud Universum – need kõik tuginesid oma aja teadmistele. Nüüd vaatame neile kui naiivsustele. On üsna kindel, et meid ootab hulk sääraseid pöörakuid, mil sellised kaasaja saavutused nagu relatiivsusteooria ning kvantfüüsika löövad kõikuma ja asendatakse millegi üllatava ja uuega. Paarisaja aasta pärast vaadatakse meie arusaamale asjade olemusest võib-olla samuti, kui meie vaatame koopaelanike maailmapildile.
Inimkonna teekond kõiksuse mõistmisele pole hoopiski lõpul. Teie olete selle osalised. Tõotame, et see tuleb koogist magusam.
2. Mis on tumeaine?
Siin on see, mida me Universumi kohta teame, näidatud tulpdiagrammina.
Füüsikud arvavad, et tervenisti 27% ainet ja energiat tuntud ilmas koosneb millestki, mida nimetatakse tumeaineks, See tähendab, et suur osa Universumi mateeriast ei sarnane sellega, mida aastasadu on uuritud. Seda saladuslikku ainest on viis korda rohkem kui normaalset, tuttavat. Polegi õige nimetada seda normaalseks, kui ta on Universumis nii haruldane.
Mis see tumeaine siis õieti on? On ta ohtlik? Kas ta jätab riietele plekke? Kust teame ta olemasolust?
Tumeaine on kõikjal. Tegelikult ujute temas. Tema olemasolu oletati esmalt 1920ndail ja tõsiselt võeti teda 1960ndail, kui astronoomid täheldasid midagi naljakat galaktikate pöörlemises ja arvutasid sellest nende massi.
1. Pöörlevad galaktikad
Et mõista tumeaine seost galaktikate pöörlemisega, kujutlege, et panete kuhila pingpongipalle karussellile. Käivitame karusselli. Küllap siis lendavad pallid karussellilt minema. Pöörlev galaktika toimib umbes samaviisi.5 Et galaktika pöörleb, tikuvad tähed temast minema lendama. Ainus, mis neid koos hoiab, on gravitatsioonijõud galaktika kogumassilt. Mida väledamalt galaktika pöörleb, seda enam on vaja massi tähtede koos hoidmiseks. Teades galaktika massi, võib leida galaktika pöörlemiskiiruse.
Astronoomid püüdsid leida galaktika massi, loendades temas leiduvaid tähti. Kui nad arvutasid selle arvu põhjal galaktika pöörlemiskiiruse, jõudsid nad vastuolule. Leiti, et galaktikad pöörlesid kiiremini, kui tähtede hulgast järeldus. Teisisõnu, tähed peaks galaktikast välja lendama nagu pingpongipallid karussellilt. Et seletada suurt pöörlemiskiirust, pidid astronoomid lisama galaktikatele tublisti massi, vältimaks tähtede minemalendu. Nad ei mõistnud, kus see mass peitub. Tuli oletada, et igas galaktikas on hulk rasket nähtamatut, “tumedat” ainest.
See oli üsna tavatu oletus. Nagu tuntud astronoom Carl Sagan kord ütles: “Tavatu väide nõuab tavatut tõestust.” See mõistatus oli astronoomias lahenduseta mitu kümnendit. Aja jooksul võeti too salapärane aines (mis sai tumeaine nime) üha laiemalt omaks.
2. Gravitatsiooniläätsed
Teine tähtis tõik tumeaine
Meie arvame nii. Mitte keegi ei ole seda tegelikult proovinud. Neutriinodele on plii läbipaistev. Teised osakesed sarnanevad aineosakestega, aga on sootuks massiivsemad.
Kuigi galaktikad kipuvad olema karussellist pisut suuremad
