Новости высоких технологий. Эфир темная материя

Тайны темной материи | Мир Знаний

Рано или поздно наш мир прекратит свое существование. Точно так же, как когда-то он появился из одной-единственной частицы размером меньше атома. В этом у ученых уже давно нет никаких сомнений. Однако если раньше господствовавшей являлась теория, согласно которой гибель Вселенной наступит в результате её стремительно набирающего скорость расширения и, как следствие, — неминуемой «тепловой смерти», то с открытием темной материи это мнение поменялось.

ТЕМНЫЕ СИЛЫ ВСЕЛЕННОЙ

Специалисты говорят, что весь необъятный космос может погибнуть в результате его свертывания, засосавшись в некую гигантскую черную дыру, являющуюся частью таинственной «темной материи».

В холодных глубинах космоса от сотворения мира враждуют две непримиримые силы — темная энергия и темная материя. Если первая обеспечивает разбегание Вселенной, то вторая, напротив, стремится втянуть ее внутрь себя, сжать до небытия. Противостояние это идет с переменным успехом. Победа одной из сил над другой, нарушение космического равновесия одинаково гибельно для всего сущего.

Еще Эйнштейн предположил, что в космосе находится гораздо больше материи, чем мы можем увидеть. В истории науки встречались ситуации, когда движение небесных тел не подчинялось законам небесной механики. Как правило, это загадочное отклонение от траектории находило объяснение в существовании неизвестного материального тела (или нескольких тел). Именно так были открыты планета Нептун и звезда Сириус В.

КОСМИЧЕСКИЕ СКРЕПЫ

В 1922 году астрономы Джеймс Джиме и Якобус Каптейн исследовали движение звезд в нашей Галактике и пришли к выводу, что большая часть вещества в Галактике невидима; в этих работах впервые появился термин «темная материя» (англ. dark matter), однако он не вполне соответствует нынешнему смыслу этого понятия.

Астрономам уже давно известен феномен ускоряющегося расширения Вселенной. Наблюдая за удалением галактик друг от друга, они установили, что скорость эта все увеличивается. Энергия, которая распирает космос во все стороны, подобно воздуху в надувном шарике, была названа «темной». Энергия эта отодвигает галактики друг от друга, она действует против силы гравитации.

Но, как выяснилось, силы ее не безграничны. Существует и некий космический «клей», удерживающий галактики от расползания. И масса этого «клея» значительно превышает массу видимой Вселенной. Эта огромная, неизвестного происхождения сила была названа темной материей. Несмотря на угрожающее название, последняя не является абсолютным злом. Все дело в хрупком равновесии космических сил, на котором держится существование нашего, казалось бы, незыблемого мира.

Вывод о существовании таинственной материи, которую не видно, не регистрирует ни один из приборов, но существование которой можно считать доказанным, был сделан на основе нарушения гравитационных законов Вселенной. По крайней мере в том виде, как мы их знаем. Было замечено, что звезды в спиральных галактиках, подобных нашей, имеют довольно высокую скорость обращения и по всем законам при таком быстром движении они должны бы просто вылетать в межгалактическое пространство под действием центробежной силы, но они не делают этого. Их удерживает некая сильнейшая гравитационная сила, которая не регистрируется и не улавливается никакими известными современной науке способами. Это заставило ученых задуматься.

ВЕЧНАЯ БОРЬБА

Если бы не существовало этих неуловимых, но превосходящих по силе гравитации все видимые космические объекты темных «скреп», то через некоторое продолжительное время скорость расширения Вселенной под действием темной энергии приблизилась бы к пределу, в котором произойдет разрыв пространственно-временного континуума. Пространство аннигилирует, и Вселенная прекратит свое существование. Однако пока этого не происходит.

Астрофизики выяснили, что около 7 миллиардов лет назад гравитация (преобладающей частью которой является темная материя) и темная энергия находились в равновесии. Но Вселенная расширялась, плотность уменьшалась, сила темной энергии увеличивалась. С тех пор она доминирует в нашей Вселенной. Теперь ученые пытаются понять, закончится ли когда-нибудь этот процесс.

На сегодняшний день уже известно, что Вселенная состоит всего на 4,9% из обычного вещества — барионной материи, из которой состоит наш мир. Большая часть (74%) всей Вселенной приходится на загадочную темную энергию, а 26,8% массы во Вселенной приходится на неподвластные физическим законам, трудно обнаруживаемые частицы, названные темной материей.

Пока что в непримиримой извечной борьбе темной материи с темной энергией побеждает последняя. Они похожи на двух борцов разных весовых категорий. Но это не значит, что схватка предрешена. Галактики продолжат разбегаться. Но долго ли будет протекать этот процесс? Согласно последней гипотезе, темная материя — это лишь одно из проявлений физики черных дыр.

ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ — СГУСТКИ ТЕМНОЙ МАТЕРИИ?

Черные дыры — это самые массивные и мощные объекты в известной нам Вселенной. Они настолько сильно искривляют пространство-время, что даже свет не может покинуть их пределы. Поэтому, так же как и темную материю, мы их не можем видеть. Черные дыры являются своего рода центрами притяжения огромных пространств космоса. Можно предположить, что это структурированная темная материя. Ярким примером этого являются сверхмассивные черные дыры, которые живут в центре галактик. Глядя на центр, к примеру, нашей Галактики, мы видим, как ускоряются звезды вокруг него.

Энн Мартин из Корнелльского университета отмечает, что единственное, что объяснит это ускорение, это сверхмассивная черная дыра. О существовании темной материи, так же как и черных дыр, мы можем судить лишь на основе их взаимодействия с окружающими объектами. Поэтому мы наблюдаем ее эффекты в движении галактик и звезд, но не видим ее напрямую; она не излучает и не поглощает свет. Логично предположить, что черные дыры являются лишь сгустками темной материи.

Может ли одна из гигантских черных дыр, которая со временем проглотит не только окружающий космос, но и своих менее мощных «дырчатых» сородичей, поглотить всю Вселенную? Вопрос об этом остается открытым. Согласно оценкам ученых, если это и произойдет, то не раньше чем через 22 млрд лет. Так что на наш век хватит. А пока что окружающий мир продолжает свое плавание между Сциллой темной энергии и Харибдой темной материи. Судьба Вселенной будет зависеть от исхода борьбы между этими двумя господствующими в космосе силами.

ПРОРОЧЕСТВО ТЕСЛЫ

Существует, однако, и альтернативный взгляд на проблему темной материи. Определенные параллели можно найти между таинственной субстанцией и теорией вселенского эфира Николы Теслы. Согласно Эйнштейну, эфир не является реальной категорией, а существует как результат ошибочных научных воззрений. Для Теслы эфир — реальность.

Несколько лет назад на уличной распродаже в Нью-Йорке один любитель антиквариата купил себе истершийся от времени пожарный шлем. Внутри него, под подкладкой, лежала старая тетрадь. Тетрадь была тонкой, с обгоревшей обложкой, от нее пахло плесенью. Пожелтевшие от времени листы были исписаны выцветшими от времени чернилами. Как выяснилось, рукопись принадлежала известному изобретателю Николе Тесле, жившему и работавшему в США. В записи разъясняется теория эфира, в которой можно найти несомненные указания на открытую десятилетия спустя после его смерти неуловимую темную материю.

«Что представляет из себя эфир, и почему его так трудно обнаружить? — пишет изобретатель в манускрипте. — Я долго думал над этим вопросом и вот к каким выводам пришел. Известно, что чем плотнее вещество, тем выше скорость распространения в нем волн. Сравнивая скорость звука в воздухе со скоростью света, я пришел к выводу, что плотность эфира в несколько тысяч раз больше плотности воздуха. Но эфир электрически нейтрален и поэтому он очень слабо взаимодействует с нашим материальным миром, к тому же плотность вещества материального мира ничтожна по сравнению с плотностью эфира».

По мнению ученого, это не эфир бесплотен — это наш материальный мир является бесплотным для эфира. Таким образом, он предлагает куда более позитивный взгляд на темную материю, видя в ней некое первовещество, колыбель Вселенной. Но не только. По мнению Теслы, при умелом подходе из темной материи эфира можно получать неиссякаемые источники энергии, проникать в параллельные миры и даже устанавливать контакты с разумными обитателями других галактик. «Я думаю, что звезды, планеты и весь наш мир возникли из эфира, когда по каким-то причинам часть его стала менее плотной. Сжимая наш мир со всех сторон, эфир пытается вернуться в первоначальное состояние, а внутренний электрический заряд в веществе материального мира препятствует этому. Со временем, потеряв внутренний электрический заряд, наш мир будет сжат эфиром и превратится в эфир. Из эфира вышел эфир и уйдет», — утверждал Тесла.

1503

mir-znaniy.com

Тайны темной материи — Эзотерическая информация

Тайны темной материи

Однако если раньше господствовавшей являлась теория, согласно которой гибель Вселенной наступит в результате её стремительно набирающего скорость расширения и, как следствие, — неминуемой «тепловой смерти», то с открытием темной материи это мнение поменялось.

Темные силы Вселенной

Противостояние это идет с переменным успехом. Победа одной из сил над другой, нарушение космического равновесия одинаково гибельно для всего сущего.

Как правило, это загадочное отклонение от траектории находило объяснение в существовании неизвестного материального тела (или нескольких тел). Именно так были открыты планета Нептун и звезда Сириус В.

Космические скрепы

Энергия, которая распирает космос во все стороны, подобно воздуху в надувном шарике, была названа «темной». Энергия эта отодвигает галактики друг от друга, она действует против силы гравитации.

Несмотря на угрожающее название, последняя не является абсолютным злом. Все дело в хрупком равновесии космических сил, на котором держится существование нашего, казалось бы, незыблемого мира.

Было замечено, что звезды в спиральных галактиках, подобных нашей, имеют довольно высокую скорость обращения и по всем законам при таком быстром движении они должны бы просто вылетать в межгалактическое пространство под действием центробежной силы, но они не делают этого.

Их удерживает некая сильнейшая гравитационная сила, которая не регистрируется и не улавливается никакими известными современной науке способами. Это заставило ученых задуматься.

Вечная борьба

Черные дыры — сгустки темной материи?

Можно предположить, что это структурированная темная материя. Ярким примером этого являются сверхмассивные черные дыры, которые живут в центре галактик. Глядя на центр, к примеру, нашей Галактики, мы видим, как ускоряются звезды вокруг него.

Поэтому мы наблюдаем ее эффекты в движении галактик и звезд, но не видим ее напрямую; она не излучает и не поглощает свет. Логично предположить, что черные дыры являются лишь сгустками темной материи.

А пока что окружающий мир продолжает свое плавание между Сциллой темной энергии и Харибдой темной материи. Судьба Вселенной будет зависеть от исхода борьбы между этими двумя господствующими в космосе силами.

Пророчество Теслы

Как выяснилось, рукопись принадлежала известному изобретателю Николе Тесле, жившему и работавшему в США. В записи разъясняется теория эфира, в которой можно найти несомненные указания на открытую десятилетия спустя после его смерти неуловимую темную материю.

Сравнивая скорость звука в воздухе со скоростью света, я пришел к выводу, что плотность эфира в несколько тысяч раз больше плотности воздуха. Но эфир электрически нейтрален и поэтому он очень слабо взаимодействует с нашим материальным миром, к тому же плотность вещества материального мира ничтожна по сравнению с плотностью эфира».

По мнению Теслы, при умелом подходе из темной материи эфира можно получать неиссякаемые источники энергии, проникать в параллельные миры и даже устанавливать контакты с разумными обитателями других галактик.

«Я думаю, что звезды, планеты и весь наш мир возникли из эфира, когда по каким-то причинам часть его стала менее плотной. Сжимая наш мир со всех сторон, эфир пытается вернуться в первоначальное состояние, а внутренний электрический заряд в веществе материального мира препятствует этому. Со временем, потеряв внутренний электрический заряд, наш мир будет сжат эфиром и превратится в эфир. Из эфира вышел эфир и уйдет», — утверждал Тесла.

Перейти на главную страницу.

Источник

Делитесь с друзьями, им тоже будет интересно:

Самое популярное в сети:

Загрузка...

neo-ezoterika.ru

А что, если темная материя – это не частицы?

Все, что мы когда-либо наблюдали во Вселенной, от материи до излучения, можно разложить на малейшие составляющие. Все в этом мире состоит из атомов, которые состоят из нуклонов и электронов, а нуклоны делятся на кварки и глюоны. Свет тоже состоит из частиц: фотонов. Даже гравитационные волны, в теории, состоят из гравитонов: частиц, которые мы однажды, если повезет, найдем и зафиксируем. Но что с темной материей? Косвенные доказательства ее существования невозможно отрицать. Но должна ли она также состоять из частиц?

Мы привыкли считать, что темная материя состоит из частиц, и безнадежно пытаемся их обнаружить. Но что, если мы ищем не то и не там?

Если темную энергию можно интерпретировать как энергию, присущую самой ткани пространства, может ли быть так, что “темная материя» также является внутренней функцией самого пространства – тесно или отдаленно связанной с темной энергией? И что вместо темной материи гравитационные эффекты, которые могли бы объяснить наши наблюдения, будут больше обусловлены «темной массой»?

Что ж, специально для вас физик Итан Зигель разложил по полочкам наши теоретические подходы и возможные варианты развития событий.

Одна из самых интересных особенностей Вселенной заключается в соотношении один к одному между тем, что есть во Вселенной, и тем, как меняется скорость расширения с течением времени. Благодаря множеству тщательных измерений многих разрозненных источников – звезд, галактик, сверхновых, космического микроволнового фона и крупномасштабных структур Вселенной – мы смогли измерить и то и другое, определив, из чего состоит Вселенная. В принципе, есть много разных представлений о том, из чего может состоять наша Вселенная, и все они по-разному влияют на космическое расширение.

Благодаря полученным данным, теперь мы знаем, что Вселенная сделана из следующего:

68% темной энергии, которая остается при постоянной плотности энергии даже при расширении пространства;
27% темной материи, которая проявляет гравитационную силу, размывается по мере увеличения объема и не дает измерить себя при помощи любой другой известной силы;
4,9% обычной материи, которая проявляет все силы, размывается по мере увеличения объема, сбивается в комки и состоит из частиц;
0,1% нейтрино, которые проявляют гравитационное и электрослабое взаимодействия, состоят из частиц и сбиваются вместе, только когда замедляются достаточно, чтобы вести себя подобно материи, а не излучению;
0,01% фотонов, которые проявляют гравитационные и электромагнитные воздействия, ведут себя как излучение и размываются как по мере увеличения объема, так и при растяжении длин волн.

Со временем эти различные компоненты становятся относительно более или менее важными, а это процентное соотношение представляет, из чего сегодня состоит Вселенная.

Темная энергия, как следует из лучших наших измерений, обладает одинаковыми свойствами в любой точке пространства, во всех направлениях космоса и во все эпизоды нашей космической истории. Другими словами, темная энергия одновременно гомогенна и изотропна: она везде и всегда одинакова. Насколько мы можем судить, темной энергии не нужны частицы; она запросто может быть свойством, присущим ткани пространства.

Но темная материя принципиально другая.

Чтобы сформировалась структура, которую мы видим во Вселенной, особенно в больших космических масштабах, темная материя должна не только существовать, но и собираться вместе. У нее не может быть одинаковой плотности повсюду в пространстве; скорее, она должна концентрироваться в регионах повышенной плотности и должна иметь меньшую плотность, либо вообще отсутствовать, в регионах пониженной плотности. Мы можем фактически сказать, сколько всего вещества находится в различных областях пространства, руководствуясь наблюдениями. Вот три наиболее важных из них:

Спектр мощности материи. Нанесите на карту материю во Вселенной, посмотрите, на каких масштабах она соответствует галактикам, – то есть с какой вероятностью вы найдете другую галактику на определенном расстоянии от той галактики, с которой вы начинаете, – и изучите результат. Если бы Вселенная состояла из однородного вещества, структура была бы смазанной. Если бы во Вселенной была темная материя, которая не собралась достаточно рано, структура в небольших масштабах была бы разрушена. Спектр мощности энергии говорит нам, что приблизительно 85% материи во Вселенной представлено темной материей, которая серьезно отличается от протонов, нейтронов и электронов, и эта темная материя родилась холодной, либо же ее кинетическая энергия сопоставима с массой покоя.

Гравитационное линзирование. Взгляните на массивный объект. Допустим, квазар, галактику или скоплений галактик. Посмотрите, как фоновый свет искажается присутствием объекта. Поскольку мы понимаем законы тяготения, которЫЕ регулируются общей теорией относительности Эйнштейна, то, как искривляется свет, позволяет нам определить, сколько массы присутствует в каждом объекте. Посредством других методов мы можем определить количество массы, которое присутствует в обычном веществе: звезды, газ, пыль, черные дыры, плазма и пр. И снова мы находим, что 85% материи представлено темной материей. Более того, она распределена более диффузно, облачно, чем обычная материя. Это подтверждается слабым и сильным линзированием.

Космический микроволновый фон. Если вы посмотрите на оставшееся свечение излучения Большого Взрыва, вы обнаружите, что оно примерно равномерное: 2,725 Kво всех направлениях. Но если взглянуть пристальнее, можно обнаружить, что в масштабах от десятков до сотен микрокельвинов наблюдаются крошечные дефекты. Они рассказывают нам несколько важных вещей, включая энергетические плотности обычной материи, темной материи и темной энергии, но самое главное – они говорят нам, насколько однородной была Вселенная, когда ей было всего 0,003% от ее нынешнего возраста. Ответ таков, что самый плотный регион был всего на 0,01% плотнее наименее плотного региона. Другими словами, темная материя начала с однородного состояния и по мере течения времени сбилась в комки.

Объединяя все это, мы приходим к выводу, что темная материя должна вести себя как жидкость, наполняющая Вселенную. Эта жидкость обладает пренебрежимо малым давлением и вязкостью, реагирует на давление излучения, не сталкивается с фотонами или обычным веществом, была рождена холодной и нерелятивистской и сбивается в кучу под действием собственной гравитации с течением времени. Она определяет формирование структур во Вселенной на самых больших масштабах. Она высоко неоднородна, и величина ее неоднородности растет со временем.

Вот что мы можем сказать о ней в больших масштабах, поскольку они связаны с наблюдениями. На малых масштабах мы можем лишь предполагать, не будучи уверенными сполна, что темная материя состоит из частиц со свойствами, которые заставляют ее вести себя таким образом на больших масштабах. Причина, по которой мы это предполагаем, состоит в том, что Вселенная, насколько нам известно, состоит из частиц в основе своей, да и все. Если ты вещество, если у тебя есть масса, квантовый аналог, то ты неизбежно должен состоять из частиц на определенном уровне. Но пока мы не нашли эту частицу, мы не имеем права исключать другие возможности: например, что это некое жидкое поле, которое состоит не из частиц, но влияет на пространство-время так, как должны были бы частицы.

Вот почему так важно предпринимать попытки прямого обнаружения темной материи. Подтвердить или опровергнуть фундаментальную составляющую темной материи в теории невозможно, только на практике, подкрепив наблюдениями. По всей видимости, темная материя никак не связана с темной энергией.

Состоит ли она из частиц? Пока мы не найдем их, мы можем только догадываться. Вселенная проявляет себя как квантовая по своей природе, когда речь заходит о любой другой форме материи, поэтому разумно предположить, что темная материя будет такой же.

hi-news.ru

Новая теория утверждает, что темная материя не существует

Читали мы, разбирались в темной, темной материи, а тут оказывается ее вовсе то может и не существует! Вот те раз!

Мы можем находиться на пороге научной революции, которая радикально изменит наши представления о пространстве, времени и гравитации», — говорит физик Эрик Верлинде (Erik Verlinde). Общая теория относительности Эйнштейна не может применяться в микроскопическом масштабе и, видимо, не может дать объяснения таким явлениям как черная дыра и Большой взрыв. Идея о невидимой темной материи и темной энергии не может объяснить те наблюдения, которые противоречат теории Эйнштейна.

Нидерландский физик Эрик Верлинде предлагает совершенно новую теорию, которая может объяснить движение во Вселенной без влияния на него темной материи.

Верлинде отрицает силу притяжения как одну из фундаментальных сил и считает, что она — явление, возникающее как следствие других меньших движений. Он называет это эмергентной гравитацией.

В 2011 году Нобелевская премия по физике была присуждена трем астрофизикам Солу Перлмуттеру (Saul Perlmutter), Адаму Риссу (Adam Riess) и Брайану Шмидту (Brian Schmidt).

Ученые открыли то, что считается одним из первых прорывов в теоретической астрофизике, а именно — что Вселенная ускоряет свое расширение, а не замедляет, как думали раньше.

Сол Перлмуттер начал эту работу, приступив в 1988 году к изучению света от сверхновых звезд. Шесть лет спустя Адам Рисс и Брайан Шмидт приняли эту эстафету, и как говорят, у двух команд возникли споры в связи с открытиями.

Обе команды ожидали, что расширение Вселенной замедлилось из-за гравитации между галактиками, это одно из следствий общей теории относительности Эйнштейна. Обе команды, между тем, пришли к одному и тому же выводу: предположение было ошибочным, Вселенная расширяется все быстрей.

На основе теории Эйнштейна 1915 года существовало предположение, что единственной продолжительной естественной силой, способной влиять на расширение Вселенной, была гравитация. Также считалось, что галактики будут притягивать друг друга и поэтому замедлять скорость расширения Вселенной после Большого взрыва.

Мы пока еще не знаем точно, в чем состоит ошибка. Мы совершенно не знаем, что это за отталкивающая сила, и только называем ее темной энергией. Ученые предположили, что 96% Вселенной состоят из темной материи и темной энергии.

Термин «темная материя» используется также и для того, чтобы объяснить, почему звезды остаются в перекручивающейся галактике, а не вылетают из нее во Вселенную.

Но: не только обычный человек считает, что идея о некоей невидимой силе во Вселенной не совсем правильна.

Известный нидерландский физик Эрик Верлинде опубликовал научную статью, где утверждает, что может объяснить движение без влияния на него темной материи, пишет сайт phys.org.

Ядром объяснения Верлинде является противоречивая идея о энтропийной гравитации. В 2010 году он удивил научное сообщество этой своей теорией, опровергавшей образ мышления людей в последние 300 лет.

Согласно теории Верлинде, сила притяжения не является одной из четырех фундаментальных сил, она является чем-то, что возникает. Верлинде утверждает, что гравитация — это эмергентное явление.

Так же, как образуется тепло, когда двигаются микроскопические частицы, образуется и гравитация — путем изменений в положении небесных тел, собранных в самой структуре пространство-время.

Бах!

«У нас есть доказательства того, что этот способ рассматривания гравитации фактически совпадает с тем, что мы наблюдаем. В большом масштабе сила притяжения ведет себя абсолютно не так, как предсказывает теория Эйнштейна», — говорит он на сайте Phys.org.

На пороге научной революции

Наука уже давно знала, что в общей теории относительности Эйнштейна и теориях квантовой механики есть что-то непонятное.

Первая объясняет вещи большого масштаба, как предметы во Вселенной влияют друг на друга. Квантовая механика используется, чтобы объяснять вещи на микроскопическом уровне. Но обе теории не могут быть использованы одновременно друг с другом, что действительно является большой мистерией современной физики.

Обе теории не могут быть истинными в одно и то же время. Проблемы начинаются в самый напряженных ситуациях, таких как близость черной дыры и Большой взрыв.

Верлинде считает, что мы приближаемся к решению мистерии, что потребует переписать многое в учебниках.

«Многие физики-теоретики, такие, как я, работают над пересмотром теории, и уже сделаны большие шаги вперед. Может быть, мы стоим на пороге научной революции, которая радикально изменит наши представления о пространстве, времени и гравитации», — говорит Верлинде на сайте Phys.org.

А вообще есть такое мнение, что "Со старой теории содрать больше нечего...кости обглоданы...а дети, а жена? Срочно нужна новая теория, а под нее гранты, награды, почет...."

[источники]источникиhttp://inosmi.ru/science/20161119/238222367.html

Вот еще вам кстати, теория струн для "чайников" и давайте еще вспомним про Происхождение пространства и времени, а может быть вообще Времени не существует ?.

masterok.livejournal.com

Дмитрий Вибе. Темная материя и темная энергия

В феврале 2003 г. американские ученые вынесли на суд научной общественности "детское фото" нашей Вселенной - карту реликтового излучения, которая позволяет заглянуть в догалактическую эпоху, непосредственно последовавшую за Большим Взрывом. С ее помощью астрономы попытались с максимальной возможной точностью ответить на вопрос, из чего сделан Космос. Ответ оказался неутешительным: лишь 4% массы Вселенной приходятся на понятное нам "обычное" вещество, состоящее из атомов. На остальные 96% она состоит из субстанций с простыми, но звучными именами - темная материя (23%) и темная энергия (73%). Что, кроме названий, известно о них на сегодняшний день?

Наука за последние сотни лет нанесла несколько ощутимых ударов по самосознанию человека. Сначала из центра Вселенной была удалена "колыбель человечества" Земля, потом - Солнце. Затем выяснилось, что наша Галактика - не единственная в Космосе, и даже не самая большая, а всего лишь один из многих миллиардов звездных островов, расположенный то ли на задворках крупного скопления галактик, то ли вообще за его пределами - этакая глухая вселенская провинция, преисполненная сознания собственной важности, но безнадежно далекая от метрополии.

Но если на Земле провинциал всегда может найти утешение в мечтах о столице, во Вселенной мы, как выясняется, лишены даже этой возможности. Не только города и страны, большие и малые, бедные и богатые, но и вся Земля, и Солнце, и Млечный Путь, и все галактики оказались вдруг лишь блестящим налетом, тонкой позолотой на таинственной, непроницаемо черной основе. Взлеты и падения цивилизаций, образование и разрушение планет, взрывы звезд и столкновения галактик, а также все прочие события, которые, как нам кажется, заполняют Вселенную, на самом деле имеют к ее жизни такое же отношение, какое узкая полоса прибоя имеет к жизни Мирового Океана.

Межзвездное пространство не пусто

При простом взгляде на звездное небо довольно трудно предположить, что кроме звезд и планет во Вселенной есть что-то еще. Однако чуть более пристальное изучение доказывает, что это не так. По-видимому, одним из первых астрономов, покусившихся на пустоту, был российский ученый В.Я.Струве, основатель Пулковской обсерватории. В середине XIX века он обнаружил, что количество звезд в единице объема убывает с удалением от Солнца. Ученый связал это убывание с тем, что на пути к наблюдателю свет звезд ослабевает пропорционально пройденному расстоянию в результате взаимодействия с каким-то веществом. Поначалу это поглощающее вещество было названо темным.

Прилагательное "темный" в астрономии используется по своему прямому значению - "несветящийся". Поскольку единственным источником информации о дальнем космосе для нас является свет, заодно очень уместным оказывается и другое значение слова "темный" - неясный, непонятный. В наше время природа межзвездного поглощающего вещества никаких сомнений уже не вызывает - это просто пыль, микроскопические частички, состоящие из соединений углерода и кремния. Пыль рассеяна в пространстве неравномерно. Она собрана в плотные облака, которые почти полностью блокируют свет расположенных за ними звезд. На фоне звездной россыпи такие облака видны, как черные беззвездные провалы. По старой памяти астрономы все еще называют такие облака темными, хотя это и несправедливо. Пыль не только поглощает излучение звезд, но и сама светится, правда, не в видимом, а в инфракрасном, субмиллиметровом и радиодиапазонах. Но никаких принципиальных трудностей регистрация этого излучения у современных астрономов не вызывает.

С появлением радиотелескопов стало ясно, что пыль - не главный "наполнитель" пространства между звездами. На каждый грамм пыли в межзвездном пространстве приходится 100 граммов газа, который представляет собой главным образом смесь водорода и гелия. И если внутри галактик в межзвездном газе сосредоточено всего несколько процентов массы (остальное собрано в звездах), то в пространстве между галактиками газа гораздо больше. В скоплениях масса межгалактического газа в несколько раз превышает суммарную массу самих "звездных островов". Может показаться, что галактические рои правильнее было бы называть не скоплениями галактик, а гигантскими облаками газа с небольшой звездно-галактической "примесью". Но даже такая уничижительная формулировка не отражает истинного положения вещей!

Темная материя

Наш мир - это царство гравитации. Из всех фундаментальных сил она одна обладает дальнодействием, достаточным для преодоления космических расстояний. Поэтому основной характеристикой любого астрономического объекта является его масса. Ее можно оценить как по наблюдениям самого объекта (например, массу звезды можно приближенно определить по форме линий в ее спектре), так и по гравитационному действию, которое он оказывает на другие объекты. Если оценки, полученные двумя этими способами, приблизительно совпадают, значит, с нашими теоретическими представлениями о природе объекта все в порядке. Их расхождение указывает на то, что мы чего-то не понимаем или что-то упускаем из виду. Сильное расхождение в двух оценках массы является вероятным признаком каких-то очень крупных заблуждений.

Но какие могут быть сложности с представлениями о структуре, скажем, скоплений галактик? Вот они - галактики, видны даже в небольшой телескоп. Вот он - горячий газ, заполняющий пространство между ними. Его, правда, в обычный телескоп не увидишь, но с помощью рентгеновских телескопов этот газ наблюдался уже неоднократно. Находим суммарную массу всех галактик, прибавляем к ней массу газа и получаем полную массу скопления. Для типичного скопления галактик, скажем, скопления в созвездии Девы, эта масса равна нескольким десяткам триллионов солнечных масс.

Массу скопления галактик можно определить и другим способом. Единственная сила, которая связывает скопление в единое целое, - это гравитация. Для скопления галактик, как и для Земли, существует вторая космическая скорость. Если скорость галактики превышает "вторую космическую" для данного скопления, галактика способна вырваться из его гравитационных объятий и отправиться в свободный полет. Величина скорости зависит от массы скопления: чем массивнее скопление, тем быстрее должна двигаться галактика, чтобы покинуть его.

Еще в 30-е годы XX века американский астроном Фриц Цвикки обратил внимание на то, что галактики в скоплениях движутся быстрее второй космической скорости! Скопления со столь стремительно передвигающимися членами попросту не могут существовать. Но они существуют, а значит в чем-то мы ошибаемся. Но как можно ошибиться, если все скопление лежит перед нами как на ладони? Или не все?

Результат Цвикки означал, что всей видимой массы типичного скопления недостаточно, чтобы удержать входящие в него галактики от разлета. Значит, решил Цвикки, в скоплениях галактик имеется также и невидимое вещество, которое никак не проявляет себя в излучении, но вносит существенный, а точнее сказать, определяющий вклад в гравитационное поле скопления. Чтобы объяснить высокие галактические скорости, приходится предположить, что "темного" вещества в скоплениях галактик в десяток раз больше, чем "светящегося" вещества всех видов. Вот и получается, что скопление галактик на самом деле представляет собой скопление не галактик и не газа, а конденсацию непонятно чего с небольшой примесью газа и галактик. Проблема выяснения природы этой загадочной сущности с тех пор известна в астрономии как проблема скрытой массы, а саму эту сущность называют темным веществом или темной материей.

Позже выяснилось, что не только скопления галактик, но и сами галактики содержат скрытую массу. Как известно, наша Галактика (точнее ее видимая часть!) представляет собой плоский вращающийся газо-звездный диск. Солнце удалено от центра Галактики на 25000-30000 световых лет и совершает полный оборот примерно за 200 млн. лет, двигаясь по своей галактической орбите со скоростью около 220 км/с. Светящееся вещество в диске сильно сконцентрировано к ядру Галактики. Сила тяготения, управляющая орбитальным движением звезд, как известно, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому логично предположить, что звезды на периферии диска, далеко от основной массы Галактики, будут двигаться медленнее, чем звезды, близкие к ядру.

Увы, в 70-е годы XX века выяснилось, что ни в нашей, ни в других похожих галактиках это внешне логичное предположение не выполняется. Даже очень далекие от центра звезды и газовые облака несутся по своим орбитам с большими скоростями, словно не желая знать, что там, где они находятся, галактика уже практически закончилась. Где же источник этого тяготения в пространстве, которое кажется почти пустым? Ответ был найден быстро. Если скрытая масса есть в скоплениях галактик, почему не быть ей и в самих галактиках? Необходимое количество темного вещества - примерно то же, что и в скоплениях. Например, чтобы описать движение звезд на окраинах нашей Галактики, нужно допустить, что она окружена обширным "темным гало", размеры и масса которого по меньшей мере в несколько раз превосходят размеры и массу видимого диска.

Поначалу многим ученым предположение о существовании темного вещества казалось чересчур искусственным. Однако к настоящему времени о нем накоплено так много наблюдательных данных, что отмахнуться от скрытой массы, по-видимому, все-таки не удастся. Осталось только выяснить, что она из себя представляет. По счастью, теория не стоит на месте, и в настоящее время на роль темного вещества присмотрено уже несколько кандидатов.

Конечно, с точки зрения простоты хотелось бы предположить, что темное вещество состоит из привычных астрофизикам объектов, которые обладают массой, но при этом либо не излучают совсем, либо излучают настолько слабо, что в современные астрономические инструменты видны лишь на очень небольшом (в галактических масштабах) расстоянии. Таких объектов ученым известно множество: коричневые и белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, планеты, компактные газовые облака. Поскольку все они состоят или состояли в прошлом из обычных протонов и нейтронов, которые в физике обобщенно называются барионами, сформированное из этих объектов темное вещество называется барионным.

К сожалению, очень трудно объяснить, откуда бы вокруг Галактики могло взяться большое количество подобных объектов. Каждый из них возникает не на пустом месте и до превращения в темное вещество оставляет в эволюции галактики тот или иной след. Допустим, например, что темное гало состоит из нейтронных звезд. Они представляют собой остатки массивных звезд, которые завершают свой жизненный путь грандиозным взрывом - вспышкой сверхновой. Вряд ли взрыв миллиардов сверхновых вокруг Галактики мог пройти для нее бесследно.

Поэтому сейчас предпочтительной считается гипотеза о небарионном темном веществе, состоящем из особых, пока не известных элементарных частиц, которые обладают специфическим набором свойств, в частности, почти не взаимодействуют с "обычным" веществом и потому до сих пор избегают обнаружения. Одно время считалось, что темной материей могут оказаться нейтрино, однако результаты последних экспериментов и наблюдений на нейтринных телескопах доказывают, что масса нейтрино хотя и не равна нулю, но все-таки слишком мала, чтобы списать на нее все "пропавшее" вещество.

Нейтралино - ваш надежный суперпартнер!

Скорее всего, речь все-таки идет о частицах нового типа. Нужно отметить, что физиками существование таких частиц не только не отрицается, но напротив всячески приветствуется, поскольку согласуется с уточненными за последнее время представлениями о строении вещества, в частности, о двух основных видах элементарных частиц - фермионах и бозонах. В нашем сравнительно холодном мире сама материя состоит из фермионов (например, протонов и нейтронов), а бозоны (например, фотоны) обеспечивают перенос взаимодействия между ними. Но при очень высокой температуре, по сравнению с которой меркнет даже температура в звездных недрах, разница между частицами материи и частицами-переносчиками стирается, и они начинают вести себя одинаково. Теория тождественности фермионов и бозонов при высоких температурах носит название теории суперсимметрии. Об энергиях, необходимых для ее экспериментальной проверки, физики пока могут только мечтать, но они уверены, что доказательства суперсимметрии осталось ждать несколько лет. Большая работа в этом направлении ведется во многих лабораториях мира, в частности на российских нейтринных обсерваториях в Баксане (Северный Кавказ) и на Байкале.

Между тем, в Природе эксперимент по получению элементарных частиц сверхвысоких энергий уже проведен! Правда, закончился он довольно давно, больше 10 млрд. лет назад, но следы его проведения окружают нас со всех сторон, да и сами мы являемся ничем иным, как итогом этого грандиозного эксперимента, названного учеными Большим Взрывом! Теория суперсимметрии предсказывает, что в первые доли секунды после рождения Вселенной все ее частицы были равны и одинаковы, но затем Вселенная расширилась, остыла, и равенства в ней не стало... Интересно, что наряду с протонами, нейтронами, электронами, фотонами, нейтрино и другими известными элементарными "кирпичиками" теория суперсимметрии предсказывает рождение целого зоопарка неизвестных частиц. Впрочем, скорее стоит говорить не о зоопарке, а о ковчеге - эти неизвестные частицы образуют пары с известными частицами: у каждого фермиона есть парный с ним бозон и наоборот. Чтобы подчеркнуть суперсимметричность этого сообщества, такие пары называются суперпартнерами.

Все гипотетические частицы - суперпартнеры известных частиц - имеют общее свойство: они очень слабо взаимодействуют с обычным веществом, значительно превосходя в этом отношении даже всепроникающие нейтрино. На научном жаргоне их иногда называют "вимпами", от английского сокращения WIMP - "weakly interacting massive particles", то есть слабовзаимодействующие массивные частицы. Увидеть вимпы очень сложно, но их можно "почувствовать" - как и все, обладающее массой, они создают вокруг себя гравитационное поле. После Большого Взрыва подобных частиц должно было остаться огромное количество, и их совокупное гравитационное влияние вполне могут ощущать на себе целые галактики. Вот вам и темное вещество! Этот факт весьма знаменателен, ибо наглядно демонстрирует, как свойства гигантских скоплений галактик и вообще макромира могут быть связаны со свойствами микромира.

Наиболее вероятным претендентом на роль темного вещества считается самая легкая суперсимметричная частица нейтралино, масса которой превышает массу протона в сотню раз. С ней и другими вимпами конкурирует другая невидимая частица - аксион, - существование которой предсказывается другой современной физической теорией - квантовой хромодинамикой.

Наша Галактика и другие звездные системы погружены в облака из нейтралино, аксионов и других невидимых частиц. Эти облака, как сейчас считается, в догалактическую эпоху послужили гравитационными "затравками", на которые стягивалось обычное вещество, ставшее строительным материалом для первых поколений звезд. На научном языке эти затравки называют первичными флуктуациями плотности. И хотя со времен их возникновения утекло много воды, свойства этих флуктуаций навеки запечатлены в виде пространственных вариаций интенсивности реликтового излучения. Именно изучая эти вариации, ученые установили, что только 4% массы Вселенной приходятся на обычное атомное вещество. Еще 23% заняты небарионной темной материей (нейтралино, аксионы и пр.). Что представляют из себя оставшиеся 73%? Мы можем считать себя акционерами АООТ "Вселенная", которые на очередном собрании обнаружили, что им даже приблизительно неизвестно, кому принадлежит контрольный пакет!

Самый большой промах Эйнштейна

Одно из предсказаний эйнштейновской теории относительности состояло в том, что Вселенная не может существовать вечно. Действительно, если признать ее царством одной только гравитации, то есть притяжения, нужно согласиться и с тем, что со временем все вещество во Вселенной должно стянуться в одну точку. Самому Эйнштейну эта перспектива не нравилась настолько, что он насильственно ввел в свои уравнения так называемый лямбда-член - гипотетическое "всемирное отталкивание", которое должно было противодействовать всемирному тяготению. Однако в 1929 г. выяснилось, что Вселенная расширяется. Это означало, что взаимному притяжению галактик противостоит их разбегание, порожденное Большим Взрывом, а необходимость во взаимном отталкивании как будто бы отпадает. Широко известно признание Эйнштейна, сделанное им советско-американскому астрофизику Георгию Гамову, что он считает изобретение лямбда-члена своим самым большим промахом. Но шло время, и эта ошибка перестала быть столь очевидной: как пишет тот же Гамов, космологическая постоянная "продолжает поднимать свою гадкую голову". Правда, теперь у нее появилось множество других имен - антигравитация, квинтэссенция, энергия вакуума и, конечно, темная энергия.

Открытие нестационарности Вселенной заставило ученых (и не только их) задуматься о том, чем закончится ее расширение. Дальнейшую судьбу нашего мира удобно характеризовать, сравнивая среднюю плотность вещества во Вселенной с неким критическим значением. Если плотность больше критической, силы гравитации рано или поздно остановят разлет галактик, и он сменится всеобщим сжатием, которое снова стянет Вселенную в точку. Если плотность меньше критической, расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно... На сегодняшний день наблюдаемые свойства Космоса наилучшим образом описываются так называемой инфляционной теорией, в разработке которой большую роль сыграли советские и российские физики. Согласно ей, в первые доли секунды своего существования Вселенная испытала катастрофическое "раздувание" (именно так переводится с английского языка слово "inflation"), в ходе которого ее размер увеличился в 1050 раз. Все неоднородности и искривления, которые наличествовали во Вселенной до этого, в процессе раздувания разгладились - именно поэтому так и вышло, что мы живем в таком однородном и плоском (в геометрическом смысле!) мире.

Инфляционная теория среди прочего предсказывает, что средняя плотность вещества во Вселенной должна быть в точности равна критической. Собственно говоря, именно относительно критической плотности и рассчитаны все проценты, которые уже неоднократно упоминались в этой статье. Проблема очевидна - после выскребания всех сусеков в космическом пространстве удалось набрать вещества лишь на 27% критической плотности. Где взять оставшиеся 73%?

Что ж, в пространстве не осталось вещества, но осталось само пространство. Почему мы должны считать, что оно ничего не весит? Подобно тому, как в геодезии все высоты отсчитываются от некоего нулевого уровня (в России - от нуля кронштадтского футштока), в физике можно считать, что все энергии отсчитываются от нулевой энергии - энергии вакуума, которая вовсе не обязана быть равной нулю. В этой изначальной энергии и может быть скрыта недостающая плотность. Поскольку раньше астрономы уже назвали невидимое вещество темной материей, показалось логичным применить тоже прилагательное и к невидимой энергии.

Ускорение Вселенной

Может показаться, что концепция темной энергии, что называется, "притянута за уши": вместо того чтобы честно признаться в провале инфляционной теории, да и всей космологии Большого Взрыва, ученые приписывают энергию пустоте! Чтобы избежать подобных обвинений, необходимо выяснить, какими свойствами должна обладать темная энергия, и попытаться обнаружить эти свойства в результатах астрономических наблюдений. И такие результаты были получены! В 1998 году группа американских астрономов под руководством Адама Риса сообщила о знаменательном факте - Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением. К этому выводу ученые пришли, наблюдая взрывы сверхновых в далеких галактиках.

Большинство способов измерения расстояния в астрономии основано на сравнении видимой яркости объекта с его истинным блеском, который, конечно, должен быть известен. Источники с известной истинной яркостью называют "стандартными свечами". Сверхновые типа Ia, связанные, как полагают, с термоядерными взрывами на белых карликах, видны на очень больших расстояниях и отличаются завидным постоянством блеска, что делает их незаменимым инструментом для измерения космологических расстояний.

С другой стороны, в близких (по космологическим масштабам) окрестностях нашей Галактики действует закон Хаббла - расстояние до галактики прямо пропорционально скорости ее движения по лучу зрения. Лучевую скорость легко определить по спектру - эффект Доплера сдвигает линии в красную часть спектра, если источник удаляется от нас, и в синюю часть, если источник приближается. Поскольку величина сдвига пропорциональна скорости, закон Хаббла позволяет по спектральным наблюдениям оценивать расстояние до далеких объектов - при условии, что далеко от Млечного Пути расширение Вселенной подчиняется тем же закономерностям, - или выявлять отклонения от этих закономерностей.

Именно к этому способу и прибегли Рис и его коллеги. По видимой яркости нескольких сверхновых они определили расстояние до них - оно оказалось весьма значительным, несколько миллиардов световых лет. Затем с помощью закона Хаббла вычислили скорость, с которой должны были бы удаляться от нас эти сверхновые, если бы расширение Вселенной несколько миллиардов лет назад происходило с той же скоростью, что и сейчас. Реальная скорость сверхновых оказалась существенно ниже значения, предсказанного законом Хаббла - сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем несколько миллиардов лет назад!

Ученые легко восприняли бы обратный результат - во Вселенной, которая подчиняется закону всемирного тяготения, логично ожидать, что расширение со временем замедляется. Но ускорение означает, что помимо притяжения во Вселенной действительно существует и сила отталкивания, или попросту антигравитация, причем в настоящее время на космологических расстояниях она явно превосходит гравитацию. Учитывая сенсационность этого вывода, в результатах группы Риса многие ученые, включая и самих авторов этого открытия, пытались найти ошибку, но пока эти попытки успехом не увенчались. Приходится признать, что темная энергия действительно существует! Тем более, что ее количество, вычисленное по наблюдениям сверхновых, совпало с тем, что было оценено по наблюдениям флуктуаций интенсивности реликтового излучения - порядка 70%.

Новые способы сравнения теоретических предсказаний космологии с данными наблюдений появились у ученых благодаря накопленным в последние годы данных о координатах сотен тысяч галактик. В феврале 2002 г. ученые из Великобритании оценили значения всех основных космологических параметров, скомбинировав данные о реликтовом излучении с характеристиками крупномасштабного распределения 250 тыс. галактик, расстояния до которых были определены в ходе выполнения обзора 2dF на Англо-Австралийском телескопе. Вычисленные значения прекрасно согласуются с данными других исследований. И в этой работе оказалось невозможным обойтись без темной энергии! Совершенно независимо от результатов группы Риса Джордж Эфстатиу и его коллеги оценили, что ее вклад в полную плотность Вселенной равен 65-85%.

Темна вода во облацех

Дмитрий Вибе

Космология давно уже перестала быть "чистой наукой". В основе современных представлений о строении и эволюции Вселенной лежит значительный объем наблюдательных и экспериментальных данных. Об этом нужно помнить тем, кто считает себя готовым к созданию собственной Теории Мироздания. Часто приходится слышать о том, что "официальная" наука нетерпима к новым идеям и упрямо отвергает все то, что не вписывается в сложившуюся систему знаний. История становления космологии - прямое опровержение этого тезиса. На разных ее этапах спокойно обсуждались и до сих пор обсуждаются такие, например, странные гипотезы, как переменность фундаментальных постоянных - гравитационной постоянной, скажем, или даже скорости света. Некоторые из этих гипотез канули в Лету, другие продолжают существовать, обрастают экспериментальными доказательствами и новыми сторонниками.

Какая судьба ждет темную материю и темную энергию? Не появится ли через десяток лет более успешная физическая концепция, в которую впишутся и странности в движении галактик, и свойства реликтового излучения? Пока более или менее реальная альтернатива имеется только у гипотезы о темной материи. Это так называемая теория МОНД - Модифицированная Ньютоновская Динамика, разработанная в середине 1980-х годов израильским физиком М. Милгромом. Согласно этой теории, обычная запись закона всемирного тяготения - с обратной пропорциональностью квадрату расстояния - действует лишь до определенного предела. Если ускорение тела, вызываемое силой гравитации, оказывается меньше примерно 10-10 м/с2, в закон всемирного тяготения нужно вносить поправку, которая и объясняет странное движение звезд на окраинах спиральных галактик. К сожалению, у теории МОНД отсутствует релятивистское продолжение, поэтому она неспособна объяснить явления, выходящие за рамки простых динамических задач.

В целом, нужно признать, что темная материя и темная энергия, которые поначалу были лишь гипотетическими концепциями, введенными в теорию, чтобы примирить ее с наблюдениями, очень хорошо вписываются в современную картину мира. Немаловажно, что с их помощью ученым удалось связать между собой два полюса физики - космологию и физику элементарных частиц. Тем не менее, прямое экспериментальное обнаружение двух этих сущностей остается делом будущего. Пока этого не произошло, будем готовы к любым неожиданным поворотам!

Tags: Dark Energy, Dark matter, вселенная, галактика, гравитация, космология, темная материя, темная энергия, Хаббл, Цвикки, черная дыра

victorpetrov.ru