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

Белых пятен больше нет Белых пятен больше нет

Десять удивительных географических объектов, открытых в XX и XXI веке

Вокруг света
Жизнь продолжается Жизнь продолжается

Azimut Fly 72 — авангардная моторная яхта от итальянского бренда

Y Magazine
Хладнокровная любовь Хладнокровная любовь

Отправляясь в апрельский лес, я не помышлял ни о какой свадьбе

Наука и жизнь
«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
Жизнь без еды Жизнь без еды

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

Наука и жизнь
Точка невозврата: как распознать клиническую депрессию вовремя Точка невозврата: как распознать клиническую депрессию вовремя

Как самостоятельно диагностировать начало депрессии и вовремя принять меры

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

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Источники энергии Источники энергии

Почему кетодиета подходит не всем?

Лиза
Новая Москва Новая Москва

Мы давно хотели поговорить с главным архитектором столицы Сергеем Кузнецовым

ТехИнсайдер
Почему важно давать мужчине пространство и как это сделать правильно? Почему важно давать мужчине пространство и как это сделать правильно?

Личное пространство — важный аспект в отношениях, но как его давать?

VOICE
Потепление динозавров Потепление динозавров

Какая температура тела была у динозавров?

Наука и жизнь
Радикальный оптимизм: о чем поет Дуа Липа на новом альбоме? Радикальный оптимизм: о чем поет Дуа Липа на новом альбоме?

Какой смысл скрывается в новых песнях Дуа Липы?

Psychologies
Переучет Переучет

Чем теперь является бывший «кроссовер за миллион»

Автопилот
Виды и типы мотоциклов: какие бывают и как называются Виды и типы мотоциклов: какие бывают и как называются

Какие мотоциклы бывают и чем они отличаются между собой?

РБК
10+ предметов, которые сделает ослепительно чистыми перекись водорода: советы клинеров 10+ предметов, которые сделает ослепительно чистыми перекись водорода: советы клинеров

Как использовать перекись водорода для очистки самых разных поверхностей

VOICE
Для измерения лунотрясений разработаны лазерные сейсмические датчики Для измерения лунотрясений разработаны лазерные сейсмические датчики

Как распределенное акустическое зондирование позволит измерять лунотрясения

ТехИнсайдер
Сделано в Британии: 10 отличных английских сериалов, которые вы полюбили или пропустили Сделано в Британии: 10 отличных английских сериалов, которые вы полюбили или пропустили

Британские сериалы, которые стоит посмотреть

Правила жизни
Душа — в теле Душа — в теле

Театр Crave — заведение таинственное, притягательное и необычное

Men Today
Ставки против: как букмекеры принесли лигам США миллиарды и создали проблемы Ставки против: как букмекеры принесли лигам США миллиарды и создали проблемы

Мир профессионального спорта регулярно сотрясают скандалы, связанные со ставками

Forbes
Александр Пиперски: «Нейросети взломали систему человеческой коммуникации» Александр Пиперски: «Нейросети взломали систему человеческой коммуникации»

Как мы будем обмениваться информацией в век новых технологий

РБК
Убийца прокрастинации: как работать по технике «Помодоро» Убийца прокрастинации: как работать по технике «Помодоро»

Как выполнять задачи эффективно и все успевать благодаря технике «Помодоро»

ТехИнсайдер
Чистая работа Чистая работа

Как избавляться от цифрового мусора и кому можно поручить эту работу?

РБК
Нейропсихология счастья: как научиться получать удовольствие от жизни Нейропсихология счастья: как научиться получать удовольствие от жизни

Что нужно поменять в жизни для обретения всеобъемлющей радости

Psychologies
Королева глянца, Мэри Поппинс, бесстрашная наемница: экранная эволюция Эмили Блант Королева глянца, Мэри Поппинс, бесстрашная наемница: экранная эволюция Эмили Блант

Экранная эволюция Эмили Блант, прошедшей долгий мультижанровый путь

Правила жизни
«Грибная убийца»: австралийка отравила родственников бывшего мужа на семейном ужине «Грибная убийца»: австралийка отравила родственников бывшего мужа на семейном ужине

Эрин Паттерсон устроила ужин, через неделю после которого родственники умерли

Psychologies
Картель против барреля: почему ОПЕК не смогла вернуть нефть по $100 Картель против барреля: почему ОПЕК не смогла вернуть нефть по $100

Почему ОПЕК и ОПЕК+ не удается диктовать условия на нефтяном рынке

Forbes
Предложил, но не женится: что такое shut up ring и как этим пользуются мужчины Предложил, но не женится: что такое shut up ring и как этим пользуются мужчины

Что такое феномен shut up ring и как это влияет на отношения

Psychologies
50 000 подносов и рязанская Венеция: кто и как возрождает народные промыслы 50 000 подносов и рязанская Венеция: кто и как возрождает народные промыслы

Кто развивает традиционные промыслы и как пытается на этом заработать

Forbes
Воздушные порталы: где и как обновляют инфраструктуру аэропортов Воздушные порталы: где и как обновляют инфраструктуру аэропортов

Как правительство справляется с обновлением аэропортовой инфраструктуры?

ФедералПресс
Зеркальце, перышко и пучок льна: как на Руси без врачей определяли наступление смерти Зеркальце, перышко и пучок льна: как на Руси без врачей определяли наступление смерти

Как и кто на Руси констатировал смерть в момент её наступления?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении