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

Время Евы Время Евы

История о том, как ученые всех запутали библейской метафорой об Адаме и Еве

Вокруг света
«Я уеду в Туву»: как регион стал перспективным вариантом для жизни «Я уеду в Туву»: как регион стал перспективным вариантом для жизни

Как Тува становится все более привлекательной и для жизни, и для туризма

Правила жизни
Лучшие после белых Лучшие после белых

Почему грибники так любят подосиновики и подберёзовики?

Наука и жизнь
Модный дом Модный дом

Респектабельный интерьер пентхауса в духе современной роскоши

SALON-Interior
Ледовая жизнь Арктики Ледовая жизнь Арктики

Мало кто знает, какая разнообразная жизнь скрывается во льдах Арктики

Наука и жизнь
3 женские ошибки, которые могут разрушить отношения 3 женские ошибки, которые могут разрушить отношения

Почему сохранить отношения удается далеко не всем женщинам?

Psychologies
Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
Станет ли ваш мужчина хорошим отцом? Ответьте на 6 вопросов, чтобы понять Станет ли ваш мужчина хорошим отцом? Ответьте на 6 вопросов, чтобы понять

Признаки, по которым можно определить потенциально хорошего папу

Psychologies
Быть на вершине Быть на вершине

Удовольствие, свобода и безумие во французских Альпах

Автопилот
Слоны поприветствовали друг друга жестами и голосом Слоны поприветствовали друг друга жестами и голосом

Поведение слонов включает в себя совокупность вокализаций, движений и жестов

N+1
Стихийные отношения Стихийные отношения

Громкие заявления о подъеме уровня океана голландцы не слышат, а видят

Вокруг света
Эволюция смайликов: как выглядели первые эмодзи Эволюция смайликов: как выглядели первые эмодзи

Хотя кажется, что эмодзи является современной функцией, это на самом деле не так

ТехИнсайдер
Семь подземных королей Семь подземных королей

Удивительные машины, которые можно встретить только под землей

ТехИнсайдер
Как правильно пить в одиночестве: 12 честных правил Как правильно пить в одиночестве: 12 честных правил

Как пить в одиночку осознанно и продуманно?

Maxim
Путь таракана: как печально известный паразит завоевал мир Путь таракана: как печально известный паразит завоевал мир

Откуда таракан распространился по всему миру?

ТехИнсайдер
«Память»: драма с Джессикой Честейн о том, как мы переживаем травмы и забываем их «Память»: драма с Джессикой Честейн о том, как мы переживаем травмы и забываем их

Как режиссер Мишель Франко говорит о проживании трагедии в фильме «Память»

Forbes
Какой жир нужно есть, чтобы похудеть Какой жир нужно есть, чтобы похудеть

Исключать все подряд жиры в погоне за идеальным весом ― вредная стратегия

Maxim
Общее число зверя Общее число зверя

Как народ разом теряет человеческий облик

Weekend
Генетики пересчитали время смешения предков современных людей и неандертальцев Генетики пересчитали время смешения предков современных людей и неандертальцев

Когда произошло смешение предков современных людей с неандертальцами?

N+1
Выкидыш, муж-тиран и страшная болезнь: трагедии «Моей прекрасной няни» Анастасии Заворотнюк Выкидыш, муж-тиран и страшная болезнь: трагедии «Моей прекрасной няни» Анастасии Заворотнюк

В жизни Анастасии Заворотнюк хватало поводов для слез

VOICE
Пыльца покажет Пыльца покажет

Как растения раскрывают преступления и загадки археологии

N+1
На склонах Окского каньона На склонах Окского каньона

Ока здесь течёт в узкой долине, за что она и получила название Окского каньона

Наука и жизнь
Дачный марафон Дачный марафон

Как не превратить дачный отдых в изнуряющий труд?

Лиза
Как увеличить шрифт на iPhone и еще несколько полезных фишек, о которых вы могли даже не слышать Как увеличить шрифт на iPhone и еще несколько полезных фишек, о которых вы могли даже не слышать

Если покопаться в настройках своего телефона, можно найти много полезных опций

ТехИнсайдер
Удовольствие или проблема. Что такое нимфомания и как ее определить Удовольствие или проблема. Что такое нимфомания и как ее определить

Нимфомания – понятие, довольно часто встречающееся в разговорах о сексуальности

Лиза
Улыбка без боли: как избавиться от заедов — рекомендации врача Улыбка без боли: как избавиться от заедов — рекомендации врача

Почему появляются заеды и как от них избавиться?

Psychologies
Цена прохлады: как выбрать кондиционер для дома Цена прохлады: как выбрать кондиционер для дома

На что обратить внимание при выборе кондиционера?

CHIP
Как придать обивке мебели восхитительный свежий аромат: 5 лайфхаков профессиональных клинеров Как придать обивке мебели восхитительный свежий аромат: 5 лайфхаков профессиональных клинеров

Как сделать так, чтобы в гостиной всегда восхитительно пахло?

VOICE
Интегратор и предвосхищатель: как Эль Лисицкий предопределил архитектуру Интегратор и предвосхищатель: как Эль Лисицкий предопределил архитектуру

Как художнику Элю Лисицкому удалось заложить основы современного искусства

РБК
Палеоантропологи реконструировали череп жившего около миллиона лет назад гоминина Юньсянь-2 Палеоантропологи реконструировали череп жившего около миллиона лет назад гоминина Юньсянь-2

Палеоантропологи реконструировали деформированный череп Юньсянь-2

N+1
Открыть в приложении