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

Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

О том, как удалось обнаружить и «взвесить» одну из сверхмассивных чёрных дыр

Наука и жизнь
Можно ли съесть слишком «много» белка Можно ли съесть слишком «много» белка

Задумывались ли вы когда-нибудь, не может ли избыток белка стать проблемой?

ТехИнсайдер
Универсальный фри Универсальный фри

Кто придумал жарить картофель и почему его любят почти во всех странах мира?

Наука и жизнь
Новое слово от зумеров: кого молодежь называет анками и что это значит Новое слово от зумеров: кого молодежь называет анками и что это значит

Что такое «анк» и кого так называет молодежь?

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

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
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
Лучшие после белых Лучшие после белых

Почему грибники так любят подосиновики и подберёзовики?

Наука и жизнь
Отключи и молчи? Отключи и молчи?

Как не переплачивать за связь и мобильный интернет в путешествии

Лиза
Тепло, еще теплее: будет ли профит от таяния льдов в Арктике Тепло, еще теплее: будет ли профит от таяния льдов в Арктике

Как сокращение площади льда в Арктике повлияет на разные отрасли

Монокль
Выход за рамки: как российскому бизнесу повысить шансы на успех за рубежом Выход за рамки: как российскому бизнесу повысить шансы на успех за рубежом

Что необходимо учитывать, чтобы вывести бизнес за пределы страны

Forbes
Ледниковые прерии Ледниковые прерии

Что погубило тундростепь и мамонтовую фауну?

Вокруг света
Зеленые технологии спасут мир: как GreenTech помогает избавить планету от мусора Зеленые технологии спасут мир: как GreenTech помогает избавить планету от мусора

GreenTech – не новомодное слово, а отрасль, которая сегодня спасает природу

ТехИнсайдер
Семь подземных королей Семь подземных королей

Удивительные машины, которые можно встретить только под землей

ТехИнсайдер
Как самопожертвование портит отношения Как самопожертвование портит отношения

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

Psychologies
«Следствие насилия»: 4 шага, чтобы справиться с угодливостью «Следствие насилия»: 4 шага, чтобы справиться с угодливостью

Как перестать угождать всем?

Psychologies
Детское золотое кольцо с драгоценным гранатом обнаружено в ходе раскопок в Иерусалиме. Кольцу 2300 лет Детское золотое кольцо с драгоценным гранатом обнаружено в ходе раскопок в Иерусалиме. Кольцу 2300 лет

Небольшое золотое кольцо с гранатом найдено при раскопках в Иерусалиме

ТехИнсайдер
Медные слитки из минойского дворца Агия-Триада отлили из уральской руды Медные слитки из минойского дворца Агия-Триада отлили из уральской руды

Ученые проанализировали состав 15 медных слитков, обнаруженных на Крите

N+1
Заповеди женского полка: отрывок из книги о бомбардировщицах — героях Великой Отечественной войны Заповеди женского полка: отрывок из книги о бомбардировщицах — героях Великой Отечественной войны

Воспоминания писателя Бориса Ласкина о женщинах на войне

СНОБ
Своим путём Своим путём

Разработка российского Стандарта отчетности об устойчивом развитии

Позитивные изменения
Рейтинг для чемпионов Рейтинг для чемпионов

Рейтинг топовых российских спортсменов, чьи выступления не теряют актуальности

Men Today
К чему мы до сих пор не можем привыкнуть в китайских автомобилях К чему мы до сих пор не можем привыкнуть в китайских автомобилях

Поднебесная не перестает удивлять экзотическими решениями в своих авто

Maxim
Радикальная оптимистка: как Дуа Липа заставила весь мир танцевать под свой бит Радикальная оптимистка: как Дуа Липа заставила весь мир танцевать под свой бит

Кто такая Дуа Липа и чем примечателен её альбом Radical Optimism?

Правила жизни
Вот и сказочке конец: как Винни-Пух стал серийным убийцей Вот и сказочке конец: как Винни-Пух стал серийным убийцей

Почему сказки становятся кровавыми хоррорами?

СНОБ
Список на лето: 7 важных книг для подростков Список на лето: 7 важных книг для подростков

7 небанальных, но важных книг для людей 12–18 лет

СНОБ
Туда, где есть всё Туда, где есть всё

Греция и Хорватия — преимущества и особенности этих направлений для плаваний

Y Magazine
Что такое КШМ, как он устроен и для чего предназначен Что такое КШМ, как он устроен и для чего предназначен

Все о КШМ: назначение, устройство, принцип действия

РБК
Если в отношениях есть секреты, что-то не так? Если в отношениях есть секреты, что-то не так?

Обязаны ли мы рассказывать партнеру абсолютно обо всем, если он нам дорог?

Psychologies
Почти как люди: почему и как растет рынок товаров для питомцев в России и зарубежом Почти как люди: почему и как растет рынок товаров для питомцев в России и зарубежом

Чем обусловлен рост рынка зоотоваров?

Inc.
Незаменимый помощник орнитолога: как бинокль со встроенным искусственным интеллектом помогает определять виды птиц Незаменимый помощник орнитолога: как бинокль со встроенным искусственным интеллектом помогает определять виды птиц

Бинокль с искусственным интеллектом — shazam для орнитологов

ТехИнсайдер
И/ИЛИ И/ИЛИ

Отношения народа со своим голосом в рассказе Кафки «Жозефина, или Народ мышей»

Weekend
Открыть в приложении