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

«А он, мятежный, просит бури» «А он, мятежный, просит бури»

Самые опасные места океанов, как смогли их покорить. Беседа с Федором Конюховым

Вокруг света
А ведьмы кто: краткая история инквизиции между мифом и реальностью А ведьмы кто: краткая история инквизиции между мифом и реальностью

Что из историй об инквизиторах имеет под собой реальные основания, а что выдумка

Правила жизни
Хладнокровная любовь Хладнокровная любовь

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

Наука и жизнь
Почему астрология — лженаука: ученый опроверг утверждения о знаках зодиака и их влиянии на судьбу человека Почему астрология — лженаука: ученый опроверг утверждения о знаках зодиака и их влиянии на судьбу человека

Положение небесных тел в момент рождения человека не влияет на его судьбу

ТехИнсайдер
Цикличность большого взрыва Цикличность большого взрыва

Каков физический механизм Большого взрыва?

Наука и жизнь
От ларьков поворот! От ларьков поворот!

Почему сотрудникам ГУЛАГа было строго запрещено пользоваться лагерными ларьками?

Дилетант
Жизнь без еды Жизнь без еды

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

Наука и жизнь
Позолоти перчатку: как зарабатывает и на что тратит состояние Тайсон Фьюри Позолоти перчатку: как зарабатывает и на что тратит состояние Тайсон Фьюри

Forbes Sport рассказывает о сумасшедших заработках Тайсона и его инвестициях

Forbes
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

«Квантовый компьютер – атомная бомба XX века»

ТехИнсайдер
Последний звонок: что чувствуют дети в день прощания со школой Последний звонок: что чувствуют дети в день прощания со школой

Какие чувства дети испытывают и что значит для них день последнего звонка?

Psychologies
Грязь под крышей мира Грязь под крышей мира

Что ждет Катманду в ближайшем будущем?

Вокруг света
Восстанавливаем водный баланс: как заставить себя пить больше воды Восстанавливаем водный баланс: как заставить себя пить больше воды

Что делать, если пить 8 стаканов в день не получается?

ТехИнсайдер
Не ставь туда фото котика: о чем рассказывает людям твое фото профиля в соцсетях Не ставь туда фото котика: о чем рассказывает людям твое фото профиля в соцсетях

Какой портрет человека можно создать по его аватарке?

VOICE
«Цербер»: детектив о жестоких убийствах, которые начались в Петербурге в 1826 году «Цербер»: детектив о жестоких убийствах, которые начались в Петербурге в 1826 году

Глава из романа «Цербер» — о серии жестоких убийств, которые происходили в 1826

Forbes
«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
Смотрите фильмы во время работы или учебы? Это может увеличить продуктивность: интересный факт! Смотрите фильмы во время работы или учебы? Это может увеличить продуктивность: интересный факт!

Хотите успеть больше? Попробуйте сходить в кинотеатр в течение рабочего дня!

ТехИнсайдер
5 отличных книг в жанре эпического фэнтези, о которых вы, скорее всего, не слышали 5 отличных книг в жанре эпического фэнтези, о которых вы, скорее всего, не слышали

На что обратить внимание поклонникам творчества Джона Толкина и Тэда Уильямса?

Maxim
Почему Сеул стал столицей Южной Кореи: отрывок из книги Андрея Ланькова Почему Сеул стал столицей Южной Кореи: отрывок из книги Андрея Ланькова

Отрывок из сборника очерков об истории, культуре и бытовой жизни Южной Кореи

СНОБ
Бемби против Годзиллы Бемби против Годзиллы

«Олененок»: триумф травмы

Weekend
Типология энергетических вампиров: как не стать жертвой Типология энергетических вампиров: как не стать жертвой

Энергетические вампиры — кто они и что задумали?

Psychologies
Как появилось то, без чего вообще нельзя выходить на улицу: история создания солнцезащитных средств Как появилось то, без чего вообще нельзя выходить на улицу: история создания солнцезащитных средств

Кому же мы обязаны за изобретение незаменимых средств, спасающих от солнца?

ТехИнсайдер
Избавляемся от пятен и запаха: 3 лайфхака, как стирать стельки Избавляемся от пятен и запаха: 3 лайфхака, как стирать стельки

Как ухаживать за стельками в обуви?

ТехИнсайдер
О чем на самом деле мужчины и женщины думают во время секса: 3 частые фантазии О чем на самом деле мужчины и женщины думают во время секса: 3 частые фантазии

Почему в сексе мы пускаемся в разнообразное фантазирование?

Psychologies
Ехать ли в Магадан Ехать ли в Магадан

Несколько очень красивых и интересных маршрутов по акватории Магадана

Y Magazine
«Конвейером нас не испугать!» Как братья Додж утерли нос Генри Форду «Конвейером нас не испугать!» Как братья Додж утерли нос Генри Форду

Почему Генри Форд боялся братьев Додж?

ТехИнсайдер
Насколько обоснована защита авторских прав и как быть с компьютерным кодом Насколько обоснована защита авторских прав и как быть с компьютерным кодом

Что сейчас на переднем крае «битвы копирайтов»?

Forbes
Сумасшедшие бактерии меняют главную догму биологии: они сами себе создают новые гены Сумасшедшие бактерии меняют главную догму биологии: они сами себе создают новые гены

Как показали ученые, бактерии могут создавать сами себе новые гены

ТехИнсайдер
Что такое маховик и для чего он нужен. Устройство и неисправности Что такое маховик и для чего он нужен. Устройство и неисправности

Все о маховике: что это и для чего нужно в автомобиле

РБК
Как самопожертвование портит отношения Как самопожертвование портит отношения

Когда можно идти на уступки, а когда это лишь навредит и вам, и отношениям

Psychologies
Москва по-собянински: азиатский город с архитектурными доминантами и фасадами Москва по-собянински: азиатский город с архитектурными доминантами и фасадами

Какую Москву хочет построить Сергей Собянин?

Монокль
Открыть в приложении