Fizycy od niedawna, a astronomowie już od ponad 70 lat mają poważny problem. Są przekonani, że dominujący ilościowo budulec Wszechświata stanowi materia, której nie widać. Jest wszędzie; w ogólnych zarysach wiemy nawet, ile jej jest, ale nie umiemy powiedzieć, CZYM jest. Z pewnością nie świeci ani jak gwiazdy, ani jak wypełniający puste przestrzenie pył lub gorący gaz. Została więc nazwana "ciemną materią". Niestety samo nadanie nazwy nie przybliżyło nas do zrozumienia jej natury.

Kilkunaście lat temu pojawił się nowy kłopot. Nie dość, że wszystko przenika niewidzialna ciemna materia, wszechobecnym składnikiem Wszechświata jest jeszcze coś. I jest tego trzy razy więcej, niż materii. Przy tym to "coś" jest niepodobne do czegokolwiek, z czym mieliśmy dotąd do czynienia. Ponieważ "coś" nie brzmi dostatecznie poważnie, astronomowie nazwali je "ciemną energią".

W matematyce – tym sprawdzonym języku fizyki – można tworzyć przedziwne konstrukcje, które często otwierają nowe obszary poznania. Nie jest jednak jasne, czy wszystko, co jest matematycznie poprawne, jest realizowane w przyrodzie, choć natura często wystawia naszą wyobraźnię na próbę. Ne przykład Szczególna Teoria Względności Einsteina przewiduje różne szybkości upływu czasu w poruszających się układach odniesienia, a Ogólna Teoria mówi, że zegar umieszczony na dnie szybu kopalni idzie wolniej niż na powierzchni Ziemi. Choć kłóci się to z intuicją i codziennym doświadczeniem, to jedynie dzięki uwzględnieniu tej grawitacyjnej dylatacji czasu, zamontowany w samochodzie GPS może nam poprawnie wskazywać drogę. Jeżeli akceptujemy już względność czasu i “powyginaną” przestrzeń, czy nie powinniśmy przyjąć do wiadomości, że żyjemy – powiedzmy – w jedenastowymiarowej przestrzeni, że najdrobniejsze cegiełki materii, czyli cząstki elementarne są w rzeczywistości ministrunami uwiązanymi jednym końcem w naszej przestrzeni, albo że istnieje wiele wszechświatów? Niewykluczone, że w końcu będziemy musieli przyjąć do wiadomości, że “wszystko to być może” i teorie te nie trafią “między bajki”, ale na razie są to spekulacje, a nie dojrzałe teorie cieszące się życzliwym zainteresowaniem społeczności uczonych.

Jak wobec tego – unikając spekulacji – szukać rozwiązania zagadki ciemnej materii i ciemnej energii? Właściwe podejście proponuje Evalyn Gates. Jej Teleskop Einsteina wyjaśnia przesłanki obserwacyjne, które zmusiły astronomów do uznania, że ciemna materia i energia są realnymi składnikami Wszechświata, a następnie omawia krok po kroku metody (można chyba użyć słowa 'triki') obserwacyjne zastosowane przez astronomów, aby określić własności tych obiektów. Nie jest to zadanie łatwe. Gates dała sobie z tym radę w sposób wzorcowy. Mamy więc przejrzyste omówienie teorii Wielkiego Wybuchu i mikrofalowego promieniowania tła, czyli dramatycznych początków Wszechświata i widocznych dzisiaj śladów tamtych wydarzeń. Gates dokłada starań, aby takie terminy jak "geometria riemannowska", czy "spontaniczne łamanie symetrii" stały się pojęciami przyjaznymi czytelnikowi i rzeczywiście pomogły mu zrozumieć istotę zachodzących procesów. Z jednym wyjątkiem (znajdziemy równanie Einsteina, "bo nie sposób go nie zamieścić", ale Gates nie przekonuje, że można je łatwo zrozumieć, gdyż nie można), nie ma w książce równań, są natomiast przedstawione zjawiska i zachodzące między nimi związki.

Głównym bohaterem pozostaje oczywiście tytułowy teleskop Einsteina. Pod tą nazwą nie kryje się konkretny przyrząd; jest to bowiem określenie techniki obserwacyjnej wykorzystującej własności propagacji światła w zakrzywionej przestrzeni. Ogólna Teoria Względności wiąże własności geometryczne przestrzeni z rozkładem znajdującej się w niej materii i tym samym pozwala badać rozmieszczenie materii w oparciu o bieg promieni. Obserwując odległy obiekt, galaktykę lub kwazar, możemy stwierdzić, że jego obraz został zdeformowany, gdyż materia leżąca na drodze promieni świetlnych wpływała na ich trajektorię. W efekcie obserwowany obiekt może stać się jaśniejszy, zostać powiększony, a nawet mogą powstać dwa i więcej jego obrazów. Zjawisko to nosi nazwę soczewkowania grawitacyjnego, gdyż powoduje skutki analogiczne do działania zwykłej soczewki, czy właśnie teleskopu. Zasadniczo różne są natomiast rozmiary obu “urządzeń”. Zwierciadło dużego teleskopu optycznego ma średnicę kilku metrów, natomiast największe soczewki grawitacyjne tworzone przez gromady galaktyk mają rozmiary milionów lat świetlnych.

W wykorzystanie soczewkowania grawitacyjnego dla poszukiwań ciemnej materii istotny wkład wnieśli polscy astronomowie, przede wszystkim zmarły przed trzema laty Bohdan Paczyński. Jego pomysł, aby obserwować skutki soczewkowania przez obiekty jak na skalę astronomiczną małe, czyli gwiazdy, a nawet planety, został podjęty na świecie przez trzy niezależne grupy badaczy.

Mimo że zagadka ciemnej materii nie została dotąd rozwiązana, wydaje się, że współpraca fizyków i astronomów prowadzi w dobrym kierunku. Zastosowanie teleskopu Einsteina pokazało, że procentowa zawartość "ciemnych" gwiazd, łącznie z czarnymi dziurami, w ciemnej materii jest stosunkowo niewielka. Wobec tego głównym składnikiem tej ostatniej są zapewne cząstki elementarne powstałe w chwilę po Wielkim Wybuchu. Ich charakterystyczną własnością jest znikoma zdolność do oddziaływania ze "zwykłą" materią, tj. cząstkami tworzącymi atomy materii, z której jest zbudowane wszystko, co widzimy, w tym my sami. Nic dziwnego, że nie możemy zarejestrować cząstek ciemnej materii, jeżeli przez każdy przyrząd pomiarowy, ba – przez Ziemię i Słońce przenikają nie pozostawiając po sobie żadnego śladu. Do ich badania, obok teleskopu Einsteina, trzeba będzie korzystać z potężnego akceleratora, Wielkiego Zderzacza Hadronów.

Sprawa ciemnej energii jest bardziej zagmatwana. I tu również konieczne będzie współdziałanie uczonych obu specjalności. Wyjaśnienie zagadki może pociągnąć za sobą zasadnicze zmiany w naszym rozumieniu takich podstawowych pojęć, jak przestrzeń, materia, próżnia. Przeczucie nadciągającej rewolucji naukowej wynika z niezwykłych własności ciemnej energii. Wypełnia ona równomiernie cały Wszechświat. Jest jej tyle, że w równaniu Einsteina ma dominujący wkład w płaską geometrię przestrzeni. Termin "płaska geometria" oznacza tu, iż spełnia ona założenie geometrii Euklidesa. Jednakże własności grawitacyjne ma ciemna energia odmienne od materii – jest źródłem siły odpychającej. W rezultacie obecnie Wszechświat pod jej wpływem rozszerza się coraz szybciej. Właśnie ten dziwny zestaw atrybutów ciemnej energii stanowi pożywkę dla wspomnianych wcześniej spekulacji naukowych. Gates nie epatuje nas wynikającymi z nich fantazjami. Prowadzi spokojny wykład oparty na wiarygodnych przesłankach naukowych i pokazuje, że teleksop Einsteina stanowi również w tym przypadku przydatną metodę badawczą.

Precyzyjny tok rozumowania, przemyślane przykłady, obrazowe porównania, liczne odsyłacze do literatury przedmiotu – wszystko według przepisu na dobrą książkę popularnonaukową. Nic nie jest jednak doskonałe: tłumaczenie miejscami robi wrażenie pospiesznego i korekta pozostawia wiele do życzenia. Ale czy to może zniechęcić kogokolwiek do wędrowania po ścieżkach nauki?