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

Параллельные люди Параллельные люди

С какими альтернативными человечествами мы могли бы делить Землю?

Вокруг света
На гравировке из Италии опознали последнего пещерного льва Европы На гравировке из Италии опознали последнего пещерного льва Европы

Археологи исследовали кусок известняка с гравировками из пещеры Романелли

N+1
Хладнокровная любовь Хладнокровная любовь

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

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

Какой смысл скрывается в новых песнях Дуа Липы?

Psychologies
Ледовая жизнь Арктики Ледовая жизнь Арктики

Мало кто знает, какая разнообразная жизнь скрывается во льдах Арктики

Наука и жизнь
Как добиться повышения на работе? Ни в коем случае не совершайте эти ошибки Как добиться повышения на работе? Ни в коем случае не совершайте эти ошибки

Как же показать себя во всей красе и добиться признания начальства?

ТехИнсайдер
Жизнь без еды Жизнь без еды

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

Наука и жизнь
Какой жир нужно есть, чтобы похудеть Какой жир нужно есть, чтобы похудеть

Исключать все подряд жиры в погоне за идеальным весом ― вредная стратегия

Maxim
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как пытались получить доказательства в пользу населённости соседних планет

Наука и жизнь
От «Хулиганов и ботанов» до «Эйфории»: 10 увлекательных подростковых сериалов От «Хулиганов и ботанов» до «Эйфории»: 10 увлекательных подростковых сериалов

Важные шоу о юношестве: без демогоргонов и супергероев

Правила жизни
В определенных обстоятельствах В определенных обстоятельствах

Светлана Иванова с дочерьми Полиной и Мирой впервые снималась для глянца!

OK!
8 случаев внезапных смертей глав государств 8 случаев внезапных смертей глав государств

Президенты, умершие насильственной смертью или в результате несчастных случаев

Maxim
Жизнь в серебре Жизнь в серебре

Чем живет город Гуанахуато, обеспечивший современный миропорядок?

Вокруг света
Сердечная недостаточность запустила генерацию провоспалительных макрофагов в костном мозге Сердечная недостаточность запустила генерацию провоспалительных макрофагов в костном мозге

Сердечный стресс модулирует эпигеном гемопоэтических стволовых клеток

N+1
Как не стать жертвой чистоты? Как не стать жертвой чистоты?

Мало кто догадывается, что средства чистоты могут стать причиной воспаления

Здоровье
Необратимость: как вернуться к себе, пережив насилие Необратимость: как вернуться к себе, пережив насилие

Что делать, чтобы найти в себе силы жить дальше после пережитого насилия?

Psychologies
5 признаков настоящей любви 5 признаков настоящей любви

Он правда тот самый? Сможем ли мы быть вместе всю жизнь?

Psychologies
Таблетки в сторону Таблетки в сторону

Как распознать аллергию на лекарства и снизить риск ее появления

Лиза
Сказочные мотивы Сказочные мотивы

Райский сад в просторных апартаментах в стиле современного ар-деко

SALON-Interior
Протектор шин: что это и как определить допустимый остаток, требования Протектор шин: что это и как определить допустимый остаток, требования

Все о глубине протектора шин: сколько считать нормой, какие допуски в ПДД

РБК
Короткие встречи Короткие встречи

Как открыть мир для тех, кто заперт

Новый очаг
Оцифрованный фитнес Оцифрованный фитнес

Виртуальная реальность и искусственный интеллект добрались и до тренажеров

ТехИнсайдер
Следующая золотая лихорадка будет в океане Следующая золотая лихорадка будет в океане

О шансах человека взять под контроль 72 процента площади Земли

Монокль
Правила жизни Любови Полищук Правила жизни Любови Полищук

Правила жизни народной артистки Российской Федерации Любови Полищук

Правила жизни
Не все коты одинаково полезны. История Непотопляемого Сэма — самого везучего кота в истории Не все коты одинаково полезны. История Непотопляемого Сэма — самого везучего кота в истории

Как кот Сэм три раза тонул, стал героем флота и дожил до старости

ТехИнсайдер
Ученые создали модель, которая поможет людям читать быстрее Ученые создали модель, которая поможет людям читать быстрее

Существует ли способ научить мозг более эффективно читать на новом языке?

ТехИнсайдер
Россиянки поделились историями о неадекватных свекровях: почему их так много? Россиянки поделились историями о неадекватных свекровях: почему их так много?

Как жить, если ваша родственница позволяет себе неприемлемые вещи

Psychologies
Источник вдохновения Источник вдохновения

Почему Марракеш привлекает богатых и знаменитых

RR Люкс.Личности.Бизнес.
10 вещей, по которым мы скучаем в современных автомобилях 10 вещей, по которым мы скучаем в современных автомобилях

Ностальгируем, вспоминая функции в машинах, которые так и остались в прошлом

Maxim
Мифы о банкротстве: как правильно покупать активы должников Мифы о банкротстве: как правильно покупать активы должников

Почему вокруг банкротства так много мифов? Какие из них реальны?

Forbes
Открыть в приложении