Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

По поводу природы этой «темной лошадки» ученые выдвигали и выдвигают разные версии. Например, одни предполагают, будто гравитация на очень больших расстояниях не притягивает, а отталкивает тела — вот они и разбегаются, расширяя пространство. Другие высказывают догадку, что при достаточном отдалении объектов между ними возникает доселе не изученное взаимодействие, не относящееся ни к гравитационному, ни к электромагнитному. Эта сила направлена обратно гравитации, но пока непонятно, постоянно она действует или периодически. В первом случае Вселенной грозит расширение и охлаждение до того предела, когда наступит кромешная тьма и остановка всех процессов; во втором случае космическое пространство будет то раздаваться, то снова съеживаться. Еще одна гипотеза основана на так называемых флуктуациях: ткань пространства-времени бурлит, растягиваясь и сжимаясь в каждой микроточке, вследствие чего выделяется дополнительная энергия, которая и распирает Вселенную во всех направлениях. Ну а некоторые астрофизики говорят о частицах — переносчиках энергии: якобы гравитация распространяется посредством гравитонов, а темную энергию несут в себе частицы темной материи.

Собственно, о существовании этой материи — невидимой и неизвестной — ученые догадались в 30-х годах ХХ в. Именно тогда американо-швейцарский астроном Фриц Цвикки (1898–1974) обратил внимание на то, что галактики в скоплении Волосы Вероники недостаточно массивны, чтобы держаться вместе. Скопление выглядело абсолютно устоявшимся и стабильным: галактики двигались с постоянной скоростью, отвечающей расстоянию между ними, направление их вращения тоже было согласованным, но относительно небольшая масса не могла обеспечить им необходимой силы тяготения. Напрашивался вывод: в Волосах Вероники прячется еще какая-то материя, которая обладает собственной массой и гравитацией и стягивает галактики между собой. Назвав эту материю темной ( Dunkle Materie ), Цвикки рассказал о ней другим ученым, но те не приняли его открытие всерьез. Думали — может, Цвикки неверно рассчитал массу светил в галактиках или последние отдаляются друг от друга… Однако подобные нестыковки возникали и с другими скоплениями: иногда лежащие за ними галактики внешне настолько искажались, что было ясно — вещество внутри скопления весит гораздо больше, чем кажется. Из-за этого в научном мире даже поползли слухи о неких таинственных космических силах.

Сорок лет спустя подобные слухи частично были развеяны Верой Рубин (1928–2016). Американская ученая вычисляла скорость, с которой двигаются звезды и межзвездное вещество вокруг ядра галактики, и определила, что с отдалением от центра количество звезд и газа уменьшается, однако даже на самом краю объекты двигаются так же быстро, как в центре. Это означало, что на окраине галактики присутствует какое-то незримое вещество с высокой плотностью и массой, причем видимых тел должно быть вдесятеро меньше, чем материи-невидимки. И Рубин поняла: ей удалось обнаружить темную материю. Правда, кто-то еще пытался возражать, аргументируя это тем, что в космических масштабах ньютоновские законы могут не действовать и что скорость объектов с увеличением орбитального радиуса не обязана уменьшаться. Но факты упрямо доказывали обратное.

Изучение теплового спектра реликтового излучения, рожденного на заре нашей Вселенной, когда она была еще очень горячей и плотной, показало: температура лучей, а значит, и вещество в пространстве распределено неравномерно. Когда реликтовые лучи проходят через какую-либо галактику, горячий газ поднимает их температуру, и на спектре появляется красное пятно или линия. А вот синие и зеленые пятна свидетельствовали о том, что во Вселенной около 23 % холодной темной материи. Кроме того, реконструкция процесса образования первых галактик продемонстрировала: сила, с которой частицы видимого вещества разлетались в расширяющейся Вселенной, была в разы больше, чем сила гравитации. То есть сами по себе эти частицы не могли собраться в звезды и галактики — им требовалась дополнительная масса, и ее роль, скорее всего, сыграли невидимые частицы темной материи. Предположительно именно они образовали основу первых звезд, а уже потом к ним подтянулись видимые элементы.

Дальнейшие исследования навели ученых на мысль, что темная материя не похожа ни на один другой вид материи: и звезды, и черные дыры, и даже газ можно увидеть и «пощупать», а эта загадочная субстанция невидимая, неощутимая, всепроникающая — и в то же время очень массивная. Наблюдая за скоплением Пуля, астрономы выяснили, что оно образовалось при столкновении двух разных скоплений галактик: звезды успешно обошли одна другую, газовые облака смешались и сконцентрировались в центре, а темная материя незаметно рассредоточилась по краям, прибавив скоплению лишнего веса.

Не так давно была разработана новая модель горячей Вселенной — «космическое согласие». Она включает три компонента: барионную материю (то есть звезды, планеты и другие видимые тела, а также газ), состоящую из известных химических элементов; темную материю, сложенную из неизвестных массивных частиц, не взаимодействующих между собой; и темную энергию, природа которой до сих пор не изучена. Если видимой материи во Вселенной всего 4 %, то невидимой — 25 %, а темной энергии вообще 75 %! Распределяясь равномерно, она заполняет почти все космическое пространство.

Озон — трехатомный кислород — был открыт в далеком 1785 г. голландским биологом Мартином ван Марумом (1750–1837). Ученый «прошил» воздух электрическим разрядом и почувствовал резкий металлический запах, а потом обнаружил, что заряженная атмосфера странным образом действует на ртуть, заставляя ее тускнеть и липнуть к стеклу. Из этого ученый заключил, что в наэлектризованном состоянии кислород активно делится своими электронами с окружающими веществами — то есть окисляет их. Новый газ Марум назвал электрической материей, а полвека спустя швейцарский химик Кристиан Шёнбейн (1799–1868) повторил его открытие, придумав другое название — озон, что в переводе с греческого означает «пахучий». Конечно же, Кристиан не мог не заметить сильную окисляющую способность озона: под его влиянием белый и прозрачный йодид калия превращался в коричневый йод, а серебро темнело.

О том, что озон покрывает нашу планету плотным слоем, защищая от проникновения вредного излучения, в начале ХХ в. узнали французы Анри Буиссон и Шарль Фабри. Ученые внимательно рассмотрели спектр ультрафиолетового излучения и по темным линиям определили, что в средних слоях земной атмосферы оно поглощается молекулами озона. Чуть позже стало ясно: озон не только защищает от лучей, но и создается ими. Электромагнитные волны ультрафиолетового диапазона порциями-фотонами атакуют молекулы кислорода в воздухе, и от них отпадают атомы, которые затем присоединяются к неповрежденным молекулам.