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

Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Управлять наслаждением Управлять наслаждением

Вы готовы к необычным ощущениям, потрясениям и открытиям?

Psychologies
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
«Болезнь молчания»: как правильно говорить на сложные и запретные темы с коллегами «Болезнь молчания»: как правильно говорить на сложные и запретные темы с коллегами

Как создать среду без табу в коммуникации? Почему возникает «болезни молчания»?

Forbes
Лучшие после белых Лучшие после белых

Почему грибники так любят подосиновики и подберёзовики?

Наука и жизнь
Не очень милый котик Не очень милый котик

История самого успешного авторского мультфильма и его героя, кота Фрица

Weekend
Жизнь без еды Жизнь без еды

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

Наука и жизнь
Как вернуть себе контроль над эмоциями: 2 простые техники Как вернуть себе контроль над эмоциями: 2 простые техники

Почему важно уметь определять свои эмоции и что помогает ими управлять

Psychologies
Ноутбук: локализация в разрезе Ноутбук: локализация в разрезе

Как производится «глубоко российская» компьютерная техника

Монокль
Первый советский хакер остановил конвейер ВАЗа… и раскрыл заговор айтишников. Вот как это было Первый советский хакер остановил конвейер ВАЗа… и раскрыл заговор айтишников. Вот как это было

Амбициозный программист сначала стал преступником, затем национальным героем

ТехИнсайдер
Самый большой магнит в мире Самый большой магнит в мире

Самый массивный и мощный на планете магнит – центральный соленоид

Популярная механика
Нерадужное будущее: 5 сериалов-антиутопий, правдоподобно показывающих возможные сценарии для человечества Нерадужное будущее: 5 сериалов-антиутопий, правдоподобно показывающих возможные сценарии для человечества

Рассказываем о самых интересных сериалах-фантазиях о ближайшем будущем

Правила жизни
Чистокровный Чистокровный

Чистокровный люксовый кроссовер

Автопилот
Иран: линия прежняя, обстоятельства жестче Иран: линия прежняя, обстоятельства жестче

Почему вокруг смерти президента Ирана Эбрахима Раиси так много конспирологии?

Монокль
5 советов тем, кто хочет создавать семейные традиции 5 советов тем, кто хочет создавать семейные традиции

Как создать особую атмосферу дома и напитать детей любовью?

Psychologies
Было больно: MAXIM одним из первых посмотрел «Майор Гром: Игра» Было больно: MAXIM одним из первых посмотрел «Майор Гром: Игра»

Стала ли «Майор Гром: Игра» новым уровнем для российского кино?

Maxim
20 способов держать мозг в тонусе 20 способов держать мозг в тонусе

Полезные привычки для улучшения когнитивных способностей

Psychologies
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
5 решений, которые нужно принять парам поколения Y 5 решений, которые нужно принять парам поколения Y

Какие вопросы перед свадьбой нужно обсудить молодым парам?

Psychologies
Стена недоверия: почему интернет скоро перестанет быть глобальным Стена недоверия: почему интернет скоро перестанет быть глобальным

Почему всемирная сеть начала трансформироваться в геополитические кластеры

Forbes
Исследование: мужчины, как правило, выбирают себе друзей с другим вкусом на девушек Исследование: мужчины, как правило, выбирают себе друзей с другим вкусом на девушек

Мужчины стараются дружить с теми, у кого вкус на девушек не совпадает с их

ТехИнсайдер
9 альтернатив Jeep Wrangler 9 альтернатив Jeep Wrangler

Jeep Wrangler давно превратился в легенду. Есть ли альтернативы?

4x4 Club
Хвостатый рейс: в США открыли авиакомпанию премиум-класса для собак Хвостатый рейс: в США открыли авиакомпанию премиум-класса для собак

В этой авиакомпании все для... собак

ТехИнсайдер
Лавочка древностей: секреты мастерства торговца антиквариатом и советы начинающим Лавочка древностей: секреты мастерства торговца антиквариатом и советы начинающим

«Каким антикваром быть не стоит»: ценные советы от Дрю Притчарда

Forbes
Супер-Шишига: как Афган «взорвал» перспективный армейский грузовик ГАЗ-3301 Супер-Шишига: как Афган «взорвал» перспективный армейский грузовик ГАЗ-3301

Чем была примечательна армейская «Шишига»?

ТехИнсайдер
Как стать алхимиком Как стать алхимиком

Николя Фламель — легендарный алхимик и создатель философского камня

Дилетант
Осмыслить опыт: как показывают Вторую мировую войну в современных фильмах и сериалах Осмыслить опыт: как показывают Вторую мировую войну в современных фильмах и сериалах

Фильмы, где упор сделан на ежедневную жизнь тех, чью судьбу перевернула война

Forbes
«Как я встретил ее маму»: психологический разбор героев нового фильма «Как я встретил ее маму»: психологический разбор героев нового фильма

«Как я встретил ее маму»: характеры и мотивы главных героев

Psychologies
Надежда Зозуля: «Свёртывание крови – две стороны одной медали. С одной стороны – склонность к тромбозам, с другой – к не менее опасным кровотечениям» Надежда Зозуля: «Свёртывание крови – две стороны одной медали. С одной стороны – склонность к тромбозам, с другой – к не менее опасным кровотечениям»

Как понять, что есть проблемы со свертыванием крови? Что должно насторожить?

Здоровье
Какие витамины и как лучше пить: подробный гид от эндокринолога Какие витамины и как лучше пить: подробный гид от эндокринолога

Как же понять, есть у вас авитаминоз? Может ли быть передозировка витаминами?

Psychologies
Открыть в приложении