Невидимая Вселенная. Темные секреты космоса
Шрифт:
Но кто знает? MOND — лишь один из возможных вариантов пересмотра законов гравитации. Несовпадение MOND с наблюдениями совсем не означает, что создание адекватных альтернативных теорий гравитации в принципе невозможно.
Я побывал на нескольких лекциях, посвященных MOND и другим альтернативным теориям гравитации, которые обходятся без темной материи. Такие лекции никогда не проходят без моря вопросов. «А как тогда быть с Пулей? Ее ваша альтернативная теория гравитации тоже объясняет?» В этом скоплении галактик ясно «видно», что темная материя прошла прямо сквозь столкновение, в то время как обычная материя замедлилась. Ответы, как правило, звучат не особо убедительно. Скопление галактик Пуля — головная
2.16. Так существует ли темная материя?
Так что же получается? Темная материя — это Нептун или Вулкан? Как уже говорил, я сам придерживаюсь мнения большинства астрономов и почти уверен, что темная материя существует.
Должно же быть какое-то объяснение у наших наблюдений за Вселенной. Мы рассмотрели ряд примеров, и все они указывают в сторону темной материи. Игнорировать проблему карликовых галактик не стоит, но все же галактики представляют собой сложные системы, в которых мы еще не полностью разобрались, и есть неплохой шанс, что проблема исчезнет, когда наши знания усовершенствуются.
В начале книги я писал, что смелые заявления требуют надежных доказательств — это я намекал на самонадеянное заявление о том, что Вселенная состоит на 95 процентов из темной материи и энергии. Пусть темная энергия немного постоит в сторонке, а вот что насчет темной материи? Есть ли у нас надежные доказательства ее существования? Ну если честно, то… нет. У нас есть ряд наблюдений за совершенно разными свойствами Вселенной, и все, как одно, свидетельствуют о существовании темной матери, а это неплохой знак, скажу я вам.
Но теперь остался последний кирпичик — открытие частицы темной материи. И только когда физика элементарных частиц и астрофизика, досконально изучив даже самые незначительные мелочи, сойдутся на едином мнении, мы получим те самые надежные доказательства.
Я постарался донести и еще одну мысль: заявление о существовании большого количества темной материи, возможно, в конце концов, не такое уж смелое. Мы уже изучили невидимые частицы, встречающиеся в огромных количествах, — нейтрино. Мы также знаем, что Стандартная модель физики элементарных частиц не дает нам полной картины микроскопического мира. У нас есть веские основания полагать, что большое количество невидимых частиц пока просто не удалось обнаружить. В общем, признаки существования темной материи имеются, так что эту гипотезу чересчур смелой не назовешь.
А как быть с альтернативными теориями, например MOND? Они неплохо справляются со своей задачей внутри галактик, а вот за их пределами дела обстоят хуже. Сегодня вопросов к ним гораздо больше, чем к концепции темной материи. И тем не менее даже здорово, что остались ученые, старательно изучающие альтернативные гипотезы. Пока частица темной материи не найдена, рано полностью забрасывать иные варианты.
Ранее в книге мы использовали наблюдения Веры Рубин за вращающимися галактиками как один из нескольких убедительных фактов, указывающих на существование темной материи. Так что же получается, Вера Рубин — мать темной материи? В 2005 году в интервью научно-популярному журналу New Scientist она заявила: «Если бы я имела возможность выбирать, то предпочла бы, чтобы дальние гравитационные взаимодействия могли быть описаны модифицированными законами Ньютона. Мне это представляется более привлекательным, чем необходимость допущения неизвестного до сих пор вида элементарных частиц».
Вера Рубин мечтала о MONO.
3. Темная энергия
Темную материю и темную энергию я проиллюстрировал с помощью яблок в саду Исаака Ньютона. Яблоко из темной материи было не только невидимо, но и проходило сквозь землю, при этом
3.1. Так экзотична, так проста!
Как я упоминал в начале книги, считается, что Вселенная состоит на 5 процентов из обычной материи, на 25 — из темной материи и на 70 — из темной энергии. Только представьте: больше половины книги уже позади, но только сейчас мы приступаем к главному ингредиенту Вселенной — темной энергии. Почему же ей достается намного меньше внимания, чем темной материи? Одна из причин, конечно же, заключается в том, что мы уже потратили много времени на изучение общих свойств Вселенной и способов наблюдения за ними. Мы поняли, что такое скопления галактик и реликтовое излучение. Теперь настало время пожинать плоды наших стараний. Другая причина заключается в том, что мы знаем о темной энергии гораздо меньше, чем о темной материи. Например, нет никаких экспериментов по поиску частицы темной энергии.
Но третья и, возможно, самая основная причина того, почему на темную энергию нам потребуется меньше времени, вот какая: темная энергия ведет себя гораздо проще. Понимаю, звучит странно. Когда явление настолько экзотично, что одновременно и невидимо, и связано с отталкивающей гравитацией, вполне естественно ожидать еще и эффектного поведения. Но именно отталкивающая гравитация обуславливает простоту темной энергии.
На карте реликтового излучения мы наблюдали множество пятен. Узор из пятен говорит о том, что в определенных точках Вселенной материя распределялась чуть более плотно, а в каких-то — чуть менее. Я еще назвал их семенами, из которых впоследствии произросло все во Вселенной. Дело в том, что гравитация притягивает обычную (ну и темную) материю. Силы притяжения заставляли плотные области притягивать к себе все больше и больше материи и становиться еще плотнее. Это, в свою очередь, усиливало гравитацию, а и без того плотные сгустки вещества впитывали еще больше материи. Из-за гравитации неоднородности во Вселенной постоянно усиливаются. А вот и результат: на сегодняшний день неоднородная Вселенная заполнена областями со сгустками материи, такими как скопления галактик, галактики и звезды. Пространство же между ними, по большому счету, пусто.
Этот эффект можно сравнить с распределением людей в большой столовой. Давайте представим, что места там гораздо больше, чем желающих пообедать. Общительным людям во время обеда свойственно садиться рядом. То есть получается, что большинство столов останутся совсем пустыми, в то время как у некоторых и яблоку будет негде упасть. Люди притягивают друг друга и объединяются в несколько групп.
Обратный эффект в той же столовой создают интроверты- одиночки, которые просто хотят спокойно пообедать, читая газету. Тогда можно представить, что между людьми тоже существуют некие отталкивающие силы. Все новоприбывшие из таких одиночек постараются сесть подальше от ближайшего соседа. В результате все рассядутся достаточно равномерно. И вместо скоплений тех, кто любит пообщаться, перед нами появится равномерная и одиночная рассадка.
То же самое происходит и с темной энергией. Отталкивающая гравитация заставляет темную энергию противостоять образованию скоплений. Вместо этого она накрывает Вселенную тонким ровным одеялом. А без скоплений все становится гораздо проще: никаких комков ни в галактиках, ни в скоплениях галактик — все однородно.
(Строго говоря, темная энергия может немного накапливаться, в зависимости от того, что на самом деле из себя представляет. Но космологическая постоянная не образует сгустков темной энергии.)