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

Лучшие люди Лучшие люди

В Осетии часто так бывает: сквозь современный быт проступает древняя традиция

Вокруг света
Принцип бинокля в отношениях Принцип бинокля в отношениях

Как щедрый мужчина может оставить тебя без копейки и при чем тут принцип бинокля

Лиза
Бей, молись, беги Бей, молись, беги

Игры с мячом и битой – древнейшие развлечения человечества

Вокруг света
7 фраз, с помощью которых легко завести друзей в любом возрасте 7 фраз, с помощью которых легко завести друзей в любом возрасте

Фразы, которые помогут завязать разговор с любым незнакомцем

Psychologies
Где рождается свет Где рождается свет

Что такое Солнце? Газовый шар плотнее воды, мощнейший термоядерный реактор

Вокруг света
Психологические травмы: чем они могут быть полезны — беседа с психотерапевтом Психологические травмы: чем они могут быть полезны — беседа с психотерапевтом

Что такое травма? Чем она опасна как для нас, так и для окружающих?

Psychologies
Завтрак инков Завтрак инков

Настоящий перуанец обязательно съест воскресным утром порцию тамалеса

Вокруг света
Распространенная пищевая добавка снижает агрессивность на 30% Распространенная пищевая добавка снижает агрессивность на 30%

Добавки с рыбьим жиром, содержащие омега-3, снижают агрессивность

ТехИнсайдер
Свинячьи грибы, или маслята Свинячьи грибы, или маслята

Маслята — одни из самых собираемых грибов в России

Наука и жизнь
К коже нежно К коже нежно

Какими будут последствия «уколов красоты» спустя годы?

Лиза
Артемов Андрей Артемов Андрей

Стилист Андрей Артемов — о концептуальном ремесле и вычеркнутых надеждах

Собака.ru
Битва за Берлин: квинтэссенция опыта советской армии Битва за Берлин: квинтэссенция опыта советской армии

Как проходила финальная битва Великой Отечественной войны

Монокль
Даниил Медведев — Forbes: «Ошибки — это часть спорта» Даниил Медведев — Forbes: «Ошибки — это часть спорта»

Даниил Медведев о его любви к футболу, Евро-2024, а также о киберспорте

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

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

ТехИнсайдер
Максимальное уважение: почему японцы вместо рукопожатий предпочитают поклоны? Максимальное уважение: почему японцы вместо рукопожатий предпочитают поклоны?

Почему японцы так трепетно относятся к одзиги, поклонам?

ТехИнсайдер
Как в СССР «делали» главных конструкторов: 5 шагов в бессмертие Как в СССР «делали» главных конструкторов: 5 шагов в бессмертие

Как в Союзе решали, кому суждено занять почетную должность главного конструктора

ТехИнсайдер
Почему креативность — ключевой навык будущего Почему креативность — ключевой навык будущего

Почему работодатели стали обращать внимание именно на креативность сотрудников?

СНОБ
«Постельный развод»: почему все чаще партнеры предпочитают спать в разных кроватях «Постельный развод»: почему все чаще партнеры предпочитают спать в разных кроватях

Почему раздельный сон может быть необходим в паре?

Forbes
Чем лабрадор отличается от голден ретривера Чем лабрадор отличается от голден ретривера

Существует ли какая-то существенная разница между лабрадором и голден ретривером

ТехИнсайдер
Дядя честных правил Дядя честных правил

«Дядя Леша»: Юрий Деточкин нового времени

Weekend
Что такое русский модерн? Что такое русский модерн?

Как русский модерн преломляется и выглядит в современных интерьерах наших дней?

Правила жизни
Где в мозге находится компас, который помогает нам не заблудиться Где в мозге находится компас, который помогает нам не заблудиться

Ученые впервые смогли определить местоположение внутреннего нейронного компаса

ТехИнсайдер
Двум древним египтянам диагностировали рак Двум древним египтянам диагностировали рак

Палеопатологи исследовали два черепа, хранящихся в Кембриджском университете

N+1
Король полноразмерных внедорожников. Пять поколений Cadillac Escalade Король полноразмерных внедорожников. Пять поколений Cadillac Escalade

Escalade до сих пор остаётся одним из самых неоднозначных автомобилей

4x4 Club
Новые улики: как тру-крайм-сериалы и подкасты помогают в реальных расследованиях Новые улики: как тру-крайм-сериалы и подкасты помогают в реальных расследованиях

Тру-крайм проекты, которые помогли сдвинуть расследования с мертвых точек

Forbes
Смена образа Смена образа

TLC-диета — один из самых простых и гуманных способов похудеть

Лиза
Зигмунд Фрейд: что посмотреть, чтобы узнать больше о знаменитом психоаналитике Зигмунд Фрейд: что посмотреть, чтобы узнать больше о знаменитом психоаналитике

Фильмы, которые по-новому расскажут о личности Зигмунда Фрейда

Psychologies
Ты лучший: можно ли завести роман с близким другом? Ты лучший: можно ли завести роман с близким другом?

Стоит ли вступать в отношения с близким другом? Расцениваем все риски

VOICE
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
Употребление нездоровой пищи может серьезно ухудшить память Употребление нездоровой пищи может серьезно ухудшить память

Употребление нездоровой пищи увеличивает риск проблем с памятью и инсульта

ТехИнсайдер
Открыть в приложении