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

«Gaia»: новый взгляд на небо «Gaia»: новый взгляд на небо

Что телескоп «Gaia» позволил узнать о нашей Галактике?

Наука и жизнь
«Отменить свадьбу проще, чем жить в несчастливом браке»: 17 вопросов, на которые надо ответить до росписи «Отменить свадьбу проще, чем жить в несчастливом браке»: 17 вопросов, на которые надо ответить до росписи

17 вопросов, которые нужно задать себе и партнеру перед росписью

Psychologies
Разорвавшие шаблон Разорвавшие шаблон

Идеи этих ученых настолько опережали эпоху, что современники считали их чушью

Вокруг света
Пять возможных шагов к экономике предложения Пять возможных шагов к экономике предложения

Правительство собирается перевести народное хозяйство на экономику предложения

Монокль
Масса за горизонтом событий Масса за горизонтом событий

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

Наука и жизнь
Надежда Позднякова: Сертифицированные бриллианты — это валюта, которая работает по всему миру Надежда Позднякова: Сертифицированные бриллианты — это валюта, которая работает по всему миру

О том, какие камни имеют шанс стать инвестиционным инструментом

СНОБ
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
5 ошибок, которые могут привести к разводу после 20 лет брака 5 ошибок, которые могут привести к разводу после 20 лет брака

Что такое «серый», или «седой» развод?

Psychologies
Как полюбить будущее и не сойти с ума Как полюбить будущее и не сойти с ума

Артемий Лебедев в российском интернете, как Пелевин – в русской литературе

Популярная механика
«Здоровые границы — это главное условие». О чем новая книга Анны Бабич «Здоровые границы — это главное условие». О чем новая книга Анны Бабич

Анны Бабич: почему самооценка — краеугольный камень благополучной жизни

РБК
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
«Нужды путешественника»: как южнокорейская драма создает портрет женщины в эмиграции «Нужды путешественника»: как южнокорейская драма создает портрет женщины в эмиграции

Как в «Нуждах путешественника» рассказывается о женской судьбе в эмиграции

Forbes
Новая уникальная антилопа Азии Новая уникальная антилопа Азии

Уникальные саолы — редкие "единороги" из горных лесов Вьетнама

Знание – сила
Возможно ли отбелить зубы в домашних условиях? Узнайте простое объяснение экспертов! Возможно ли отбелить зубы в домашних условиях? Узнайте простое объяснение экспертов!

Могут ли помочь средства для домашнего отбеливания зубов?

ТехИнсайдер
Еще по одной: 10 мини-сериалов, которые можно посмотреть за вечер Еще по одной: 10 мини-сериалов, которые можно посмотреть за вечер

Необычные мини-сериалы, которые вы могли пропустить

Правила жизни
Темная сторона: почему не стоит бояться «недопустимых» мыслей и фантазий Темная сторона: почему не стоит бояться «недопустимых» мыслей и фантазий

Настало время взглянуть на нашу темную сторону по-новому

Psychologies
Как взбодриться без кофе: 6 научно доказанных способов (с примерами) Как взбодриться без кофе: 6 научно доказанных способов (с примерами)

Глубокое дыхание, холодная вода, берпи и другие альтернативные источники энергии

РБК
«Хитрости»: сериал о том, как уживаются друг с другом женщины разных поколений «Хитрости»: сериал о том, как уживаются друг с другом женщины разных поколений

«Хитрости»: сериал, рассказывающий о легенде стендапа Деборе Вэнс

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
«ОКМО» возможностей «ОКМО» возможностей

Индекс коммуникационной состоятельности  медийных команд атомных городов

Позитивные изменения
«Я из Московской газовой службы»: история первого советского маньяка Владимира Ионесяна «Я из Московской газовой службы»: история первого советского маньяка Владимира Ионесяна

«Сейчас я очень ужасный человек, а в прошлом — очень хороший человек»

ТехИнсайдер
6 книг, которые помогут увеличить ваш социальный капитал 6 книг, которые помогут увеличить ваш социальный капитал

Подборка книг для исследования ваших социальных связей и развития эмпатии

Psychologies
Расчлененка, порнография и мрачный взгляд на любовь: каким получился новый фильм Йоргоса Лантимоса? Расчлененка, порнография и мрачный взгляд на любовь: каким получился новый фильм Йоргоса Лантимоса?

«Виды доброты»: отрубленные пальцы, порнография, танцующие собаки, бассейны слез

Правила жизни
Полина Luxury Girl: интервью о хейтерах, стримах, рыбалке и фильмах для взрослых Полина Luxury Girl: интервью о хейтерах, стримах, рыбалке и фильмах для взрослых

Актриса из фильмов 18+ Полина Марченко — обо всем и сразу

Maxim
Как выбрать хороший бинокль и не прогадать Как выбрать хороший бинокль и не прогадать

На что обращать внимание при выборе хорошего бинокля?

CHIP
«Я думала, что никогда не сделаю аборт»: отрывок из романа о разрушающем чувстве вины «Я думала, что никогда не сделаю аборт»: отрывок из романа о разрушающем чувстве вины

Отрывок из повести Клаудии Пиньейро «Элена знает»

Forbes
«Красные гиганты»: как баскетбол становился частью советской культуры и спорта «Красные гиганты»: как баскетбол становился частью советской культуры и спорта

Отрывок из книги «Красные гиганты. История советского баскетбола»

Forbes
Самые известные пираты в истории Самые известные пираты в истории

Пираты, лихой судьбе которых позавидует сам капитан Джек Воробей!

Maxim
20 способов держать мозг в тонусе 20 способов держать мозг в тонусе

Полезные привычки для улучшения когнитивных способностей

Psychologies
«Пища для ума»: 10 продуктов, необходимых для здоровья мозга «Пища для ума»: 10 продуктов, необходимых для здоровья мозга

Продукты, которые помогут улучшить память и работу мозга в целом

ТехИнсайдер
Открыть в приложении