Wszystko, co widzimy na nocnym niebie – lśniące gwiazdy, gigantyczne galaktyki, mgławice oraz planety układu słonecznego – stanowi zaledwie znikomą część otaczającej nas rzeczywistości. Zgodnie z ustaleniami współczesnej astrofizyki i kosmologii, materia barionowa, czyli ta, z której zbudowane są atomy, krzesła, drzewa i nasze własne ciała, odpowiada za niecałe pięć procent całkowitej zawartości wszechświata. Pozostałe dziewięćdziesiąt pięć procent to dwie tajemnicze i niewidzialne składowe: ciemna materia oraz ciemna energia. Ich odkrycie postawiło naukowców przed największym kryzysem intelektualnym w historii fizyki.
Ciemna materia stanowi około dwudziestu siedmiu procent wszechświata. Choć nie emituje, nie odbija ani nie pochłania żadnego promieniowania elektromagnetycznego (co czyni ją całkowicie niewidoczną dla teleskopów), wiemy o jej istnieniu dzięki jej potężnemu wpływowi grawitacyjnemu. W latach siedemdziesiątych XX wieku astronom Vera Rubin zauważyła, że zewnętrzne gwiazdy w galaktykach spiralnych poruszają się wokół centrum z tak dużą prędkością, że siła odśrodkowa powinna je rozerwać i wyrzucić w przestrzeń kosmiczną. Jedynym wyjaśnieniem tego fenomenu jest obecność gigantycznego, niewidzialnego „halo” materii, która działa jak grawitacyjny klej utrzymujący galaktyki w całości.
Z kolei ciemna energia to jeszcze większa zagadka, stanowiąca aż sześćdziesiąt osiem procent wszechświata. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych naukowcy badający odległe supernowe dokonali szokującego odkrycia: wszechświat nie tylko się rozszerza, ale tempo tej ekspansji nieustannie rośnie. Zgodnie z klasyczną teorią grawitacji Einsteina, przyciąganie między galaktykami powinno spowalniać ekspansję zapoczątkowaną przez Wielki Wybuch. Aby wyjaśnić to przyspieszenie, wprowadzono pojęcie ciemnej energii – jednolitej, przenikającej całą przestrzeń siły, która działa jak „anty-grawitacja”, rozpychając kosmos od wewnątrz z coraz większą prędkością.
Mimo dekad intensywnych badań w laboratoriach podziemnych oraz za pomocą zaawansowanych teleskopów kosmicznych, takich jak Teleskop Jamesa Webba, bezpośrednia natura obu tych składników pozostaje nieznana. Naukowcy nie wiedzą, czy ciemna materia to nieodkryte jeszcze cząstki subatomowe, czy może konieczna jest całkowita modyfikacja naszych teorii grawitacji. Rozwiązanie tej kosmicznej zagadki będzie bez wątpienia kluczem do stworzenia nowej, jednolitej teorii fizycznej, która zunifikuje mechanikę kwantową z ogólną teorią względności.
