Nauki przyrodnicze ukazują “prawdy obiektywne” o otaczającym nas świecie. Przynajmniej chcielibyśmy, żeby tak było. Rozwój nauki zawdzięczamy naukowcom. A to oznacza, że sam proces odkrywania praw przyrody jest nie tylko nieprzewidywalny, ale przebiega według specyficznych reguł mających swe źródła w ludzkiej naturze. Odkrycia, które trafiają do serwisów agencji informacyjnych, nie pojawiają się znikąd, a dojrzewają powoli, nieraz latami w atmosferze narastającego niepokoju w całym środowisku naukowców danej dziedziny; niepokoju, czasem wręcz kłótni, wzniecanych przez nowe obserwacje, kontrowersyjne pomysły teoretyków, ale także ambicje i wzajemne animozje naukowców.

Sprawy z ciemną materią i ciemną energią toczyły się dokładnie według takiego właśnie scenariusza. Z wielkim wyczuciem opisał je Richard Panek w Ciemnej stronie Wszechświata. Problemy z niewidoczną metarią wypełniającą przestrzeń kosmiczną mają długą historię i borykała się z nimi cała plejada wielkich fizyków i astronomów. Opowieść Panka w równej mierze objaśnia sens fizyczny dokonywanych odkryć, jak też przedstawia pracę astronomów tak, jak ona naprawdę wygląda. Może to być ciągnące się godzinami ślęczenie przed ekranem komputera by z dostępnego materiału obserwacyjnego uzyskać informację, początkowo nie będąc pewnym, czy ona jest tam rzeczywiście ukryta. Innym razem można stracić wiele czasu przekonując do swojego pomysłu obserwacyjnego komisję przyznającą czas dostępu do teleskopu. Można wreszcie polemizować z recenzentem naszego opracowania, który oczywiście wie lepiej, jakie obserwacje należało wykonać, jak je analizować i w końcu ma zasadnicze wątpliwości co do zastosowanej metody. Wszystko to podszyte niepokojem, że ktoś wpadł na ten sam pomysł i opublikuje “nasze“ wyniki o miesiąc wcześniej. I tak szlachetnej pracy wydzierania przyrodzie jej tajemnic towarzyszą – jak każdej ludzkiej działalności – “krew, pot i łzy”.

Prawo powszechnego ciążenia Newtona uporządkowało otaczającą nas kosmiczną rzeczywistość. Posłuszny mu okazał się Ksieżyc, wszystkie planety z Ziemią włącznie, komety, planetoidy ... do czasu. Gdy obserwacje astronomiczne osiągnęły pewien stopień doskonałości, okazało sie, że nie wszystko jest w porzadku. Uran – odkryta przez Herschela planeta – poruszał się niezgodnie z prawem grawitacji. Astronomowie zaufali jednak bardziej teorii Netwona niż własnym zmysłom i przyjęli, że odchylenie Urana MUSI mieć przyczynę w postaci nieznanej dotychczas planety, która zgodnie z prawem grawitacji wpływa na jego ruch. Po czym - korzystając z newtonowskiej grawitacji, metodami rachunkowymi wyznaczono miejsce na niebie, gdzie POWINNA się owa planeta znajdować. W ten sposób w połowie XIX w. odkryto Neptuna. Stosując dzisiejszą terminologię (obcą jednak wiekowi XIX) Neptun pojawił się w nauce najpierw jako ciemna materia, gdyż zanim udało się go dostrzec, stwierdzono jego istnienie dzięki oddziaływaniu grawitacyjnemu na materię “jasną”.

Pamiętając o tym doświadczeniu dziwią perypetie “ciemnej materii” w galaktykach. W latach 30. XX wieku pracujący w Stanach Zjednoczonych szwajcarski astronom Zwicky zauważył, że galaktyki występujące w gromadach poruszają się tak, jakby miały dziesięciokrotnie większą masę, niż ta widoczna w postaci świecących gwiazd. Stwierdził wówczas, że musi istnieć w galaktykach i wokół nich materia ciemna, która grawitacyjnie jest zupełnie zwykła, ale w żaden inny sposób ze zwykłą materią się nie kontaktuje. Obserwacje zgodne z wnioskiem Zwicky'ego przeprowadziła 20 lat póżniej Vera Rubin. W jej badaniach gwiazdy w galaktykach takich, jak Droga Mleczna, również wydawały się poruszać w polu grawitacyjnym wytworzonym przez niewidoczna materię. Mimo tej sugestywnej zgodności, przekonanie o istnieniu ciemnej materii bardzo opornie przebijało się do świadomości astronomów i w latach 70.–80. ubiegłego wieku zaczynało być obowiązujacą “linią partii”. W rezultacie, dopiero pod koniec lat 80. rozpoczęto systematyczne poszukiwania ciemnej materii w formie konkretnych obiektów takich jak niewielkie gwiazdy czy czarne dziury lub szczególny rodzaj cząstek elementarnych. Na razie – niestety – bez powodzenia. Wróćmy do Newtona. W jakiś czas po Uranie, kłopoty zaczął sprawiać Merkury. Tym razem rozwiązanie problemu tkwiło jednak rzeczywiście w teorii, a nie obserwacji. Rewolucyjne rozszerzenie prawa Newtona przez Einsteina, znane jako Ogólna Teoria Względności, nie tylko usunęło problem orbity Merkurego, ale pozwoliło “poważnie”, to jest za pomocą równań matematycznych, podjąć próbę opisu całego Wszechświata. Zadanie ambitne, pozostające dotychczas w sferze dociekań filozofów. Po odkryciu przez Lemaîtra i Hubble'a ekspansji Wszechświata, w równaniach OTW pozostały trzy parametry swobodne, tj. szybkość ekspansji, spowalnianie tej szybkości wskutek grawitacyjnego przyciągania i wielkość opisująca szczególną formę energii Wszechświata, generującą siłę równoważącą grawitację. W późniejszych latach ten tajemniczy i hipotetyczny wciąż element zyskał nazwę ciemnej energii, gdyż podobnie jak ciemna materia nie miał żadnego widzialnego źródła. Wymienione trzy wielkości astronomowie powinni wyznaczyć z obserwacji. Pierwszą z nich, nazywaną obecnie stałą Hubble'a, zmierzył bardzo wcześnie sam Hubble. Jego wynik był wprawdzie zawyżony blisko dziesięciokrotnie, ale kolejne pomiary pozwoliły wyeliminować liczne błędy w opracowaniu materiału obserwacyjnego. Druga wielkość, tzw. parametr deceleracji, z samej swej natury była trudna do wyznaczenia. Rzecz polegała bowiem na zmierzeniu szybkości ekspansji nie tylko w chwili obecnej, ale również w przeszłości. Można byłoby wówczas porównać tempo współczesne z dawnym i określić, jak się ono zmienia. Zasadnicza trudność wiąże się z pomiarem w przeszłości, ale – wbrew pozorom – jest to wykonalne. Wystarczy obserwować obiekty astronomiczne bardzo odległe. Odległe na tyle, żeby wysłane przez nie światło biegło miliardy lat. Rejestrując te świetlne sygnały, uzyskujemy informacje pochodzące właśnie sprzed miliardów lat, a o to nam chodziło. Trzeci parametr wreszcie, nazwany przez Einsteina stałą kosmologiczną, został przez niego wstawiony do równań, jak sam to określił raczej pochopnie. W kilka lat bowiem po sformułowaniu OTW, okazało się że nie ma potrzeby wpowadzania jakiejkolwiek siły równoważącej grawitacyjne przyciaganie.

Historia opowiedziana przez Panka dotyczy powolnego akceptowania przez astronomów i fizyków ciemnej materii i pomiaru parametru decelaracji. Dlaczego tylko tego jednego z trzech wymienionych? Jak wspomniano, stała Hubble'a została w zasadzie wyznaczona, a o stałą kosmologiczną raczej się nie martwiono, gdyż wszystkie znaki na niebie (według astronomów) i na Ziemi (według fizyków teoretyków) wskazywały, że ona po prostu nie istnieje, albo – co na jedno wychodzi – jest równa dokładnie zero.

Miejscami książka Panka przypomina powieść obyczajową “Życie codzienne kosmologów”. Dowiadujemy się, kto kogo nie lubił i dlaczego, albo jak rozmawiać z szefem instytutu, aby uzyskać dalsze finansowanie eksperymentu, albo jak istotny wpływ na końcowy sukces miało sprawne działanie poczty lotniczej (w latach 80.) i elektronicznej (w latach 90.). Pod koniec akcja nabiera jednak tempa i nietrudno odgadnąć tego powody. Już na okładce bowiem pojawia się informacja “NOBEL w dziedzinie fizyki 2011”. To wyjaśnia dlaczego książka niesie ważne przesłanie. Dla postronnego obserwatora miesiące i lata spędzone przy teleskopie i komputerze w celu zmierzenia jednego z parametrów stojących w równaniu może się wydać zajęciem pozbawionym uroku. Wynik pomiaru faktycznie pozostaje interesujący jedynie dla niewielkiej grupy fachowców. Czasami jednak, przy pewnej dozie szczęścia, a może raczej intuicji, wynik trafia do wieczornych dzienników telewizyjnych. Tak właśnie było tym razem. Pomiary parametru deceleracji przyniosły nieoczekiwane i zaskakujące rezultaty dotyczące trzeciego parametru – stałej kosmologicznej, czyli ciemnej energii. Nie wiemy, czym ona jest i skąd się wzięła. I to jest dopiero naprawdę ciekawe.