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

«Пустые клеточки» таблицы Менделеева «Пустые клеточки» таблицы Менделеева

Откуда берутся новые химические элементы? Зачем расширять таблицу Менделеева?

Наука и жизнь
«К 2026 году ей будет страдать каждый второй европеец». Врач-иммунолог — о причинах появления аллергии, эффективных способах лечения и мифе о гипоаллергенных животных «К 2026 году ей будет страдать каждый второй европеец». Врач-иммунолог — о причинах появления аллергии, эффективных способах лечения и мифе о гипоаллергенных животных

Откуда у человека берется аллергия и какие существуют способы её лечения?

СНОБ
Разорвавшие шаблон Разорвавшие шаблон

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

Вокруг света
Что делать, чтобы жить счастливее: идеи из книги «Мозг и его потребности» Что делать, чтобы жить счастливее: идеи из книги «Мозг и его потребности»

Как нейромедиаторы влияют на качество жизни?

РБК
Жизнь без еды Жизнь без еды

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

Наука и жизнь
«Кладбище самолетов»: какой у лайнеров срок годности и что с ними происходит, когда они больше не могут летать «Кладбище самолетов»: какой у лайнеров срок годности и что с ними происходит, когда они больше не могут летать

У всего в этом мире есть срок годности, даже у самолетов. Но где их «кладбища»?

ТехИнсайдер
Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре Вселенная, пульсирующая в чёрной дыре

Происхождение Вселенной всегда волновало людей

Наука и жизнь
Анна Большова: «Сейчас я думаю: «Сколько упущено! Сколько надо было сказать Николаю Петровичу...» Анна Большова: «Сейчас я думаю: «Сколько упущено! Сколько надо было сказать Николаю Петровичу...»

Караченцов был невероятно демократичным, как бы свой парень, душа нараспашку

Коллекция. Караван историй
Ильич раздора Ильич раздора

Фреска Риверы, которая должна была воспевать бурный научно-технический прогресс

Вокруг света
Как защитить от дождя натуральную велосумку: простой лайфхак от туристов 19 века Как защитить от дождя натуральную велосумку: простой лайфхак от туристов 19 века

Как справиться с тем, что натуральные ткани промокают и боятся плесени

ТехИнсайдер
«То, что на экране, — это психическая реальность тех, кто смотрит, а не тех, кого показывают» «То, что на экране, — это психическая реальность тех, кто смотрит, а не тех, кого показывают»

Режиссер Рената Джало о своем фильме «На этой земле»

Weekend
Город в поисках культурной идентичности Город в поисках культурной идентичности

Улан-Удэ: русская провинциальная архитектура и монгольская героика

Weekend
Ледниковые прерии Ледниковые прерии

Что погубило тундростепь и мамонтовую фауну?

Вокруг света
Крестоносец за решёткой Крестоносец за решёткой

Роберт Нормандский — один из первых политических узников Средневековья

Дилетант
Как окружение влияет на наш успех: 3 типа людей, которых стоит избегать Как окружение влияет на наш успех: 3 типа людей, которых стоит избегать

Как негативные люди влияют на наш успех?

Psychologies
Сепарация от супруга после развода: почему она необходима и как ее пройти Сепарация от супруга после развода: почему она необходима и как ее пройти

Как сепарироваться от партнера после расставания? Почему это сложно?

Psychologies
По ту сторону мира: 5 книг о жизни после смерти от писателей-фантастов По ту сторону мира: 5 книг о жизни после смерти от писателей-фантастов

Как писатели-фантасты представляют загробную жизнь

ТехИнсайдер
«Я видел и слышал космос во всей его полноте»: что переживает человек, когда сходит с ума «Я видел и слышал космос во всей его полноте»: что переживает человек, когда сходит с ума

Что чувствует человек, который перестает осознавать границы нормальности?

Psychologies
Эмоциональная анестезия: как перестать выбирать холодных партнеров Эмоциональная анестезия: как перестать выбирать холодных партнеров

Что такое «химия» отвержения и эмоциональной депривации? Как она работает?

Psychologies
В зоне особого внимания В зоне особого внимания

Зональная диета: что это за система питания и как она работает?

Лиза
Лизнуть яйцо за миллион: почему жители Урала готовы рискнуть здоровьем ради денег Лизнуть яйцо за миллион: почему жители Урала готовы рискнуть здоровьем ради денег

Почему люди считают деньги приоритетнее своего здоровья?

Psychologies
Худеем по-австралийски Худеем по-австралийски

В Австралии родился новый диетический бестселлер

Лиза
Как удобно загрузить багажник в путешествии: 10 правил опытных автотуристов Как удобно загрузить багажник в путешествии: 10 правил опытных автотуристов

Как правильно разместить вещи в багажнике автомобиля?

ТехИнсайдер
Как избавиться от заевшей в голове песни: 3 простых шага Как избавиться от заевшей в голове песни: 3 простых шага

Практический способ стряхнуть наваждение от заевшей песни

Psychologies
Генетики пересчитали время смешения предков современных людей и неандертальцев Генетики пересчитали время смешения предков современных людей и неандертальцев

Когда произошло смешение предков современных людей с неандертальцами?

N+1
«Я должна говорить»: как слепоглухая Хелен Келлер боролась за права людей «Я должна говорить»: как слепоглухая Хелен Келлер боролась за права людей

Как Хелен Келлер посвятила жизнь борьбе за права женщин, незрячих и глухих людей

Forbes
Как наладить отношения с новыми коллегами и подчиненными: правило трех К Как наладить отношения с новыми коллегами и подчиненными: правило трех К

Как влиться в коллектив, быть в нем эффективным и на хорошем счету?

Psychologies
Александр Домогаров: «Если бы я проиграл, не поднялся бы. И я дрался, дрался как в последний раз!» Александр Домогаров: «Если бы я проиграл, не поднялся бы. И я дрался, дрался как в последний раз!»

Александр Домогаров об отношениях с сыном, актерском мастерстве и идеях

Караван историй
Что такое хорошо. Как жить подросткам в мире, где нет опоры Что такое хорошо. Как жить подросткам в мире, где нет опоры

На что могут опереться современные подростки

СНОБ
Сказки для взрослых. Мариана Павлюкевич — об искусстве создания маркетинговых арт-проектов Сказки для взрослых. Мариана Павлюкевич — об искусстве создания маркетинговых арт-проектов

Мариана Павлюкевич о том, зачем брендам культурный код, эмоции и ДНК

СНОБ
Открыть в приложении