Рядом с нами может существовать параллельный зеркальный мир, названный теневым

Наука и жизньНаука

Тёмное зазеркалье

Беседу ведёт Наталия Лескова

Одно из самых массивных известных скоплений галактик Abell 1689. Газ с температурой в 100 миллионов градусов, обнаруженный рентгеновской обсерваторией «Чандра», показан на этом изображении фиолетовым цветом, а галактики, по оптическим данным космического телескопа «Хаббл», окрашены в жёлтый цвет. По краям получившейся гравитационной линзы видны дуги искажённых дальних галактик. Их внешний вид зависит от распределения вещества в линзе и от относительного расположения линзы и далёких галактик. Источник:: NASA/CXC/MIT/E.-H Peng et al; NASA/STSc

Когда мы смотрим на окружающий мир, нам кажется, что мы видим всё. Ну, или почти всё. На самом деле это совсем не так, уверены астрофизики: мир полон невидимой тёмной материей. Более того, рядом с нами может существовать целый параллельный зеркальный мир, образно названный теневым. Какие частицы его наполняют? Может ли он быть отчасти видимым?

Рассказывает доктор физико-математических наук Сергей Блинников, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ.

Сергей Иванович Блинников. Фото Ольги Шитовой

— Сергей Иванович, о загадочной тёмной материи сейчас слышали даже школьники, но никто толком не понимает, что это такое. А вы понимаете?

— Нет. К сожалению, пока мировая наука этого не понимает. Некоторые учёные даже считают, что нет никакой тёмной материи, а есть модифицированная гравитация. И у сторонников этой гипотезы, и у её противников есть свои аргументы, хотя наиболее весомые — за тёмную материю.

— Вы не сомневаетесь в существовании тёмной материи?

— Я не сомневаюсь. Она должна существовать. Я не верю, что все эффекты тёмной материи можно объяснить простой модификацией гравитации, потому что эффектов много. А вот различные модели тёмной материи способны многое объяснить.

— О каких эффектах речь?

Началось всё с парадокса Фрица Цвикки, который 90 лет назад первым в мире обнаружил, что суммарная масса видимых галактик в сверхскоплении галактик Coma (названо по созвездию Волосы Вероники, на латыни Coma Berenices) совершенно недостаточна для того, чтобы удержать их внутри скопления за счёт гравитации, поскольку их скорости достигают 1000 км/с. Для снятия этого парадокса он уже тогда использовал скрытую массу, которую называл Dunkle Materie («тёмная материя» по-немецки). Его открытие забыли почти на 40 лет, но в 1970-е годы возникла рентгеновская астрономия, она обнаружила огромные количества газа во всех скоплениях галактик. Газ оказался с температурой в несколько миллионов градусов. Такой горячий газ нельзя удержать в скоплениях даже с учётом его массы, он должен был бы давно испариться (как водород испарился из атмосфер планет земной группы). Тут-то вспомнили про Цвикки и тёмную материю.

Самый важный эффект — образование структур во Вселенной. Без тёмной материи их и, соответственно, нас с вами не было бы. По наблюдениям реликтового фонового излучения мы видим, что его отклонения от среднего значения или возмущения температуры (2,7 K) совсем ничтожны: на уровне нескольких микрокельвинов. Отсюда следует, что 13—14 миллиардов лет назад, на момент рекомбинации водорода, возмущения плотности вещества также были очень малы, на уровне одной стотысячной. С тех пор расстояния во Вселенной выросли почти в тысячу раз, и теория эволюции малых возмущений показывает, что контраст плотности мог бы вырасти не более чем в тысячу раз. Это означает, что возмущения от современного среднего значения плотности не превышали бы нескольких процентов.

— То есть никаких галактик, звёзд и планет, а значит, и людей не могло бы существовать?

— Именно. Сейчас во Вселенной в среднем плотность 10-29 г/см3. Эта оценка следует из экспериментального факта, что в настоящее время Вселенная практически плоская. Данное значение учитывает все виды энергии: барионы, тёмную материю и тёмную энергию. В барионной материи (то есть в обычном веществе) имеем примерно 10-31 г/см3. А в звёздах, в планетах плотность на 30 порядков больше (в нейтронных звёздах — на 45 порядков больше). Получается, что без учёта тёмной материи возмущения до нужных значений не нарастают. Дело в том, что возмущения в тёмной материи ещё до рекомбинации водорода могли быть гораздо больше, чем возмущения плотности обычного вещества. Сгустки тёмной материи быстро уплотнялись, и в созданные ими гравитационные ямы «падало» наше обычное вещество и очень сильно сжималось. Так и возник окружающий нас мир — со звёздами, планетами и животными...

Кроме того, есть отклонение света квазаров гравитацией от скоплений галактик, в результате чего мы видим множественные изображения одного и того же квазара. Это называют сильным гравитационным линзированием. Такое явление невозможно в Общей теории относительности, если учитывать только видимое вещество. Его на порядок меньше, чем нужно для такого гравитационного линзирования.

А есть ещё эффекты столкновения скоплений галактик, как, например, в знаменитом скоплении галактик Пуля. Когда одно скопление газа пролетает через другое, оно порождает мощную ударную волну, как от сверхзвукового реактивного самолёта. И газ тормозится. Но основные массы этих скоплений прошли друг сквозь друга без возмущения — значит, они реально не взаимодействуют и состоят из тёмной материи.

— Вы упоминали модифицированную гравитацию. Что это такое и чем она не устраивает астрофизиков?

— Это альтернативная теория гравитации, позволяющая объяснить некоторые эффекты без использования тёмной материи. Ньютоновская гравитация была скалярной теорией — достаточно было знать только одно число в зависимости от положения в пространстве, чтобы все эффекты описать. Но эта теория была нерелятивистской, то есть она не учитывала наличие в природе конечной скорости распространения всех сигналов, поэтому пришла в противоречие с экспериментом. Первой успешной релятивистской теорией гравитации оказалась тензорная Общая теория относительности Эйнштейна — в ней в каждой точке нужно знать 10 чисел.

В 1982 году израильский физик Мордехай Милгром создал теорию, которую назвал МOND — модифицированная динамика Ньютона (MOdified Newtonian Dynamics), но это была подгонка, а не настоящая физическая теория. Как должны знать выпускники средней школы, все скорости относительные, а ускорение в некотором смысле абсолютно: начнём двигаться с какой-то скоростью, и в нашей системе отсчёта все скорости изменятся, но ускорения останутся прежними. Так вот, гравитация массивных звёзд, по ньютоновской (и эйнштейновской) теории на расстоянии R от своего центра масс производит гравитационное ускорение g = GM/R2 (здесь M — масса, а G — гравитационная постоянная. — Прим. ред.). Это то самое g, которое и в школе изучают, — ускорение свободного падения. Для нас важнее, что это мера напряжённости гравитационного поля. Однако в MOND формула g = GM/R2 работает, только пока g больше предельного значения, приблизительно равного 1,2⋅10-8 см/с2. А далее по MOND оно спадает просто как 1/R. То есть начинает спадать медленно. Для Солнца переход на МОНДовский закон 1/R происходит на долях парсека. Для массивной галактики этот переход осуществляется на нескольких десятках килопарсек. Это объясняет наблюдаемую скорость обращения звёзд вокруг центров галактик на больших расстояниях.

Кривая вращения галактики M 33 (скорость вращения объектов вокруг центра галактики в зависимости от расстояния). Жёлтые точки получены из наблюдений за звёздами, синие — из наблюдений за водородными облаками. Штриховая линия — кривая вращения, рассчитанная при учёте только видимого вещества. Расхождение между двумя кривыми можно объяснить, только добавив ореол тёмной материи, окружающий галактику. На это явление впервые обратил внимание Фриц Цвикки, но для движения галактик в скоплении. Рисунок Mario De Leo на основе рисунка из статьи: Corbelli E., Salucci P. Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 311:441—447 (2000).

Но MOND не может одновременно объяснить отклонение света квазаров в скоплениях галактик, парадокс Цвикки в скоплениях галактик и температуру газа в них. В каждом случае нужны разные параметры. Если, например, подогнать параметры для объяснения нашего с вами существования, то есть сделать так, чтобы в ранней Вселенной возмущения обычного вещества нарастали бы сильнее, чем в обычной гравитации без возмущений тёмной материи, то тогда не объясняются эффекты типа вращения галактик (парадокс Цвикки).

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Разорвавшие шаблон Разорвавшие шаблон

Идеи этих ученых настолько опережали эпоху, что современники считали их чушью

Вокруг света
Сера преткновения Сера преткновения

Каким радикальным способом разрубили норильский экологический узел

Монокль
Сложные связи Сложные связи

Какими удивительными чертами могут обладать человеческие языки

Вокруг света
Не для того, чтобы вернуться: почему появилась традиция бросать монеты в море и фонтаны? Не для того, чтобы вернуться: почему появилась традиция бросать монеты в море и фонтаны?

Зачем раньше бросали монеты в воду и откуда вообще пошла эта традиция

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
«Их глаза видели бога»: лучшая история любви всех времен по мнению Опры Уинфри «Их глаза видели бога»: лучшая история любви всех времен по мнению Опры Уинфри

Отрывок из романа Зоры Нил Херстон «Их глаза видели бога»

Forbes
Жизнь без еды Жизнь без еды

Среди насекомых есть виды, которые во взрослом состоянии не питаются вовсе

Наука и жизнь
Александр Домогаров: «Если бы я проиграл, не поднялся бы. И я дрался, дрался как в последний раз!» Александр Домогаров: «Если бы я проиграл, не поднялся бы. И я дрался, дрался как в последний раз!»

Александр Домогаров об отношениях с сыном, актерском мастерстве и идеях

Караван историй
Искусственный интеллект отвечает на вопросы Искусственный интеллект отвечает на вопросы

Как сверхпопулярный бот ChatGPT может изменить работу высшей школы

Наука
Как наладить отношения с деньгами: 4 главных правила управления капиталом Как наладить отношения с деньгами: 4 главных правила управления капиталом

Как его сбросить ложные установки и дать зеленый свет энергии денег?

Psychologies
Выход в поле Выход в поле

Чем японский кроссовер сродни российской сельхозтехнике

Автопилот
В Греции нашли остатки древнейших в Европе молотильных досок В Греции нашли остатки древнейших в Европе молотильных досок

Анализ каменных артефактов, найденных на четырех археологических памятниках

N+1
Ледниковые прерии Ледниковые прерии

Что погубило тундростепь и мамонтовую фауну?

Вокруг света
«Я думала, что никогда не сделаю аборт»: отрывок из романа о разрушающем чувстве вины «Я думала, что никогда не сделаю аборт»: отрывок из романа о разрушающем чувстве вины

Отрывок из повести Клаудии Пиньейро «Элена знает»

Forbes
«Рынки вернулись к привычному росту» «Рынки вернулись к привычному росту»

Как экономика Рунета адаптировалась к высоким рискам

РБК
Жители острова Алор отведали икру морских ежей примерно 43 тысячи лет назад Жители острова Алор отведали икру морских ежей примерно 43 тысячи лет назад

Древние люди начали собирать морских ежей еще примерно 43 тысячи лет назад

N+1
Необратимость: как вернуться к себе, пережив насилие Необратимость: как вернуться к себе, пережив насилие

Что делать, чтобы найти в себе силы жить дальше после пережитого насилия?

Psychologies
10 цитат Альфрида Лэнгле, которые вернут вашей жизни смысл 10 цитат Альфрида Лэнгле, которые вернут вашей жизни смысл

Несколько цитат известного психолога, которые помогут вернуть смысл жизни

Psychologies
«Пища для ума»: 10 продуктов, необходимых для здоровья мозга «Пища для ума»: 10 продуктов, необходимых для здоровья мозга

Продукты, которые помогут улучшить память и работу мозга в целом

ТехИнсайдер
Зеленые технологии спасут мир: как GreenTech помогает избавить планету от мусора Зеленые технологии спасут мир: как GreenTech помогает избавить планету от мусора

GreenTech – не новомодное слово, а отрасль, которая сегодня спасает природу

ТехИнсайдер
Язык цветов Язык цветов

Учимся выражать чувства с помощью правильно составленного букета

Лиза
Грянет майский гром Грянет майский гром

Мы встретились с одной из главных звезд проекта «Майор Гром» Сергеем Горошко

Men Today
Сложное соседство: как жить в одном доме с кошкой, если у вас появилась аллергия Сложное соседство: как жить в одном доме с кошкой, если у вас появилась аллергия

Как ужиться в одной квартире с кошкой, если у вас появилась аллергия на нее?

ТехИнсайдер
Тру-крайм по-русски: как Леонид Каневский, бессменный ведущий передачи «Следствие вели…», стал культовой фигурой для зумеров Тру-крайм по-русски: как Леонид Каневский, бессменный ведущий передачи «Следствие вели…», стал культовой фигурой для зумеров

В чем феномен популярности передачи «Следствие вели…»?

Правила жизни
Психологический тест: что встало у вас на пути к успеху? Выберите бабочку и узнайте ответ Психологический тест: что встало у вас на пути к успеху? Выберите бабочку и узнайте ответ

Что делать, если уже очень долгое время не можете достичь желаемого?

ТехИнсайдер
5 загадочных смертей великих русских писателей и поэтов 5 загадочных смертей великих русских писателей и поэтов

Истории из мира литературы, которые остаются неразгаданными и полными тайн

Maxim
«Как я приняла свою негативно настроенную мать»: 6 уроков «Как я приняла свою негативно настроенную мать»: 6 уроков

Как научиться быть счастливой, несмотря на негатив, исходящий от близких?

Psychologies
Бескишечные морские черви, нефть, газ и жизнь на других планетах Бескишечные морские черви, нефть, газ и жизнь на других планетах

О положении вестиментифер и погонофор в системе животного царства

Наука и жизнь
Обмен дарами: почему мы так нуждаемся в отношениях Обмен дарами: почему мы так нуждаемся в отношениях

Почему мы нуждаемся друг в друге и как закрепить значимые для нас связи?

Psychologies
Сочувствие господину Капитализму Сочувствие господину Капитализму

«Сочувствующий»: экранизация пулитцеровского романа

Weekend
Открыть в приложении