Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Идея темной материи – странная идея, но она согласуется с фактами. Наше убеждение, что эта материя существует, опирается на работы Веры Рубин и Фрица Цвикки и на наши современные наблюдения. Темная материя так же реальна, как далекие внесолнечные планеты, которые астрономы открыли в последние годы. Ученые никогда не видели этих так называемых экзопланет – планет, находящихся вдалеке от Солнечной системы, не ступали на них. Но наука имеет дело не только с тем, что можно видеть. Она занимается и тем, что измеряет невидимое, используя для этого инструменты более мощные и чувствительные, чем человеческие глаза. Мы знаем, что экзопланеты реальны, потому что для изучения звезд, вокруг которых они обращаются по своим орбитам, мы используем замечательные инструменты. И, исследуя с их помощью эти звезды, мы получаем надежные свидетельства существования планет в их окрестностях.

Самое плохое, что может случиться, – это если обнаружится, что темная материя вообще является не материей, а чем-то другим. Может, мы видим проявления сил другого измерения?[3] Или чувствуем обычное тяготение обычного вещества, только находящегося в призрачной Вселенной, смежной с нашей? Если так, то эта Вселенная, возможно, просто одна из бесконечного ряда вселенных, составляющих Мультивселенную. Где-то в ней существует бесконечное число версий Земли. И бесконечное число версий каждого из нас.

Звучит невероятно. Но разве эта идея более сумасшедшая, чем были когда-то первые предположения о том, что Земля обращается вокруг Солнца? Ведь до того все были уверены, что Земля – центр Вселенной, а небо – просто огромный купол над ней. Теперь мы разобрались в этом вопросе получше. Мы знаем, что Солнце – лишь одна из сотни миллиардов звезд Млечного Пути, а сам Млечный Путь – лишь одна из сотни миллиардов галактик во Вселенной. И наша родная планета вовсе не такая особенная, как нам когда-то казалось. Мы ошибались насчет Земли, а значит, мы, возможно, ошибаемся и насчет темной материи.

Некоторые ученые подозревают, что темная материя состоит из каких-то призрачных частиц, пока нами не открытых. Они используют гигантские машины, называемые ускорителями частиц, чтобы попытаться получить темную материю на Земле. Другие физики проектируют лаборатории глубоко под землей. Если частицы темной материи действительно странствуют в космосе и некоторые из них врезаются в Землю, тогда, возможно, их удастся зарегистрировать в этих подземных лабораториях. Может показаться, что успех подобных попыток крайне маловероятен. Но ученым однажды уже удалось поймать таким способом призрачные неуловимые микрочастицы – нейтрино.

В 1930-х, когда ученые пытались понять природу атомов, несколько ведущих мыслителей пришли к идее о существовании микроскопических частиц, имеющих очень малую массу, а может, и вообще не обладающих массой. Вначале никаких прямых свидетельств присутствия таких частиц не было. Но некоторые атомы выделяли энергию непонятным способом, и ученые предположили, что виной всему именно эти неизвестные частицы: они уносят энергию. И хотя прямых доказательств по-прежнему не было, ученые предсказали существование нейтрино, частиц, которые почти не взаимодействуют с веществом. И вот через несколько десятилетий другая группа ученых нашла-таки доказательства реальности этих частиц. С тех пор нейтрино были много раз найдены и подсчитаны в различных экспериментах. Оказалось, что ежесекундно через каждый квадратный сантиметр вашего тела пролетает сотня миллиардов нейтрино из недр Солнца. И они не оказывают на вас никакого воздействия.

То, что начиналось с интуитивной научной догадки, с объяснения частного явления, казалось бы, не имеющего большого значения, обернулось реальностью. Может, так же как мы нашли нейтрино, мы отыщем и способ регистрировать темную материю. Или, что еще более захватывающе, мы узнаем, что частицы темной материи представляют собой нечто совершенно новое и неизвестное, что они связаны с какими-то неизведанными силами природы.

А пока что мы должны довольствоваться тем, что знаем: темная материя – странный, невидимый наш союзник, помогающий объяснить непонятное доселе поведение Вселенной. И этого уже более чем достаточно для того, чтобы любознательные астрофизики взялись за работу.

Но темная материя – не единственная великая нераскрытая космическая тайна. Есть еще одна грандиозная задача, которую предстоит решить.

6

Темная энергия

Когда я был маленьким, мне очень нравился мультяшный персонаж по имени Майти Маус. Ну да, всего лишь мышь, он всегда находил выход из отчаянных положений. Еще он обладал фантастическим голосом – он замечательно пел! Он всегда держал грудь колесом, был невероятно сильным и умел летать.