Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла

Рубин сейчас за восемьдесят, а ее серьезный дебют в космологии состоялся в 22-летнем возрасте. В канун нового 1950 года газета «Вашингтон пост» сообщила о докладе в Американском астрономическом обществе под пафосным заголовком: «Юная мать вычислила центр мироздания по бегу звезд». В редакционном вступлении говорилось: теория Рубин «настолько смела, что большинство астрономов находит ее пока что невозможной». Но самое дерзновенное из дел, затеянных Рубин, — борьба за то, чтобы темную материю приняли всерьез, — было впереди.

Начнем с того, что Рубин и себя-то принимала не вполне всерьез. Эта история, по ее собственным словам, дает поучительный пример «ученой глухоты». В 1962 году Рубин преподавала в Джорджтаунском университете в Вашингтоне. Ее слушатели в большинстве были сотрудниками Военно-морской обсерватории США, находившейся по соседству, и, как ей вспоминается, отлично разбирались в астрономии. Общими усилиями им удалось рассчитать кривую вращения галактики. Этот график отображает зависимость орбитальной скорости звезд от их расстояния до центра галактики. Скорость должна падать по мере удаления, как в примере с человеческой головой и ее «спутником», грузиком на нитке. Однако Рубин со своими флотскими астрономами ничего подобного не обнаружила: кривая и вдали от центра оставалась плоской. Опубликовав три научных сообщения, они благополучно забыли о проблеме.

В шестьдесят пятом Рубин перешла в вашингтонский Институт Карнеги. Проведя год в изматывающей гонке за квазарами — самыми активными и далекими из всех известных объектов во Вселенной, — она задумала взяться за что-нибудь поскромнее, что могла бы проделать своими силами. И решила всмотреться в пространство у границ галактик, поскольку никто эти области толком не изучал, все сосредоточились на центрах скоплений. Но Рубин не только запамятовала напрочь об университетской находке — по ходу дела ей пришлось усомниться и в собственных результатах. Она измеряла скорости звезд, наблюдая, как меняется световой спектр в зависимости от параметров движения. Каждую ночь Рубин составляла в среднем по четыре спектрограммы, постепенно уходя все дальше от центра галактики. Однако, несмотря на любые уточнения на этом пути, все результаты выглядели примерно одинаково, не сходясь с условиями задачи.

«Я постоянно ждала, что при следующем измерении монетка выпадет правильной стороной, — вспоминает Рубин. — А она всякий раз не хотела упасть, как надо».

Так или иначе, дело было сделано. К 1970 году Рубин закончила расчеты ротационной кривой для туманности Андромеды. Скорость движения звезд практически не менялась, как бы далеко от центра ни заглядывал наблюдатель. При таком сумасшедшем коловращении на периферии галактики центробежная сила неизбежно должна была вышвырнуть ее внешние звезды в открытый космос. По всем законам физики Андромеда обречена рассыпаться. Если этого не происходит, значит — она окутана галактическим гало, невидимым ореолом темной материи.

Из чего сделана сама темная материя, не знает никто. Кембриджский профессор Малькольм Сим Лонгэйр в своем «букваре» по космологии «Наша эволюционирующая Вселенная» [4] М. Longair, Our Evolving Universe (Cambridge: Cambridge University Press, 1996). (Прим. авт.). привел список кандидатов на темную материю. Этот перечень открывается одиночными планетами и звездами-карликами, а завершается обыкновенными кирпичами и подшивками старых журналов по астрофизике. Последний вариант — неслабый образчик научного юмора: именно в «Астрофизическом журнале» в 1970 году вышла работа Веры Рубин, впервые пролившая свет на темную материю.

Нельзя сказать, что та статья напрашивалась на сенсацию. Заголовок выглядел вполне нейтрально: «Вращение туманности Андромеды согласно спектральному анализу эмиссионных областей». Резюме как будто не содержало спорных утверждений, и броских выводов тоже не было. Автор просто сообщала о результатах измерения круговых скоростей звезд в галактике, не более того. Однако же график с двенадцатой страницы журнала до сих пор висит на стене кабинета Рубин в отделе геомагнетизма Института Карнеги. Он и сегодня столь же точен… и столь же загадочен, как в момент первой публикации.

Представления о незримом сгустке материи, удерживающем в своем гравитационном поле внешние звезды Андромеды, далеко не сразу завоевали популярность, но, во всяком случае, на сей раз привлекли к себе внимание. Для начала астрономы приоткрыли один глаз, который крепко зажмуривали тридцать семь лет кряду. Они принялись строить собственные ротационные кривые, порой придумывая самые диковинные объяснения, отчего галактическая масса распределяется так, а не иначе. Как говорит Рубин, ни одна из этих потуг ее не убедила: во всех альтернативных версиях часть точек на графике устанавливалась произвольно, часть попросту опускалась, в результате всякий раз выходил абсурд.

В начале следующего десятилетия астрономы перестали уклоняться от фактов. Наилучшим объяснением «неправильностей» в полях притяжения галактик было признано наличие некоего вещества, которое не светится, подобно звездам, не отражает свет, не испускает никаких волн или частиц, поддающихся обнаружению, и вообще не заявляет о своем существовании ничем, кроме гравитации. Теперь оставалось определить природу этого странного явления.

Первый симпозиум, посвященный новооткрытому феномену, состоялся в 1980 году в Гарвардском университете. Рубин уверенно заявила перед аудиторией, что проблему темной материи мы сможем решить не раньше чем через десять лет. Назначенный срок наступил и миновал, но ничего нового мы так и не услышали. В 1990 году на конференции в Вашингтоне британский королевский астроном — директор Гринвичской обсерватории Мартин Рис просто повторил обещание раскрыть тайну до начала очередного десятилетия. Но в девяносто девятом, за год до им же названной даты, пошел на попятную, объявив: «Нет сомнений, если бы я писал эти строки не сегодня, а пять лет спустя, то сумел бы объяснить, что такое темная материя».

И опять надежды не оправдались. Объяснений по-прежнему нет. За минувшие годы был предложен целый ряд экзотических версий — от черных дыр до не открытых пока частиц с необычными свойствами. Однако ни одна из них не соответствует всем положенным требованиям. Такое едва ли вдохновляет на продолжение поисков.

Ловля темной материи в черном пространстве — занятие не для малодушных, коль скоро попытки тридцать с лишним лет не приносили успеха. Однако за этот срок ученые разжились некоторыми идеями о том, где и как искать разгадку. Физики построили теоретические модели, объясняющие, какие частицы могли образоваться в момент Большого взрыва и до сих пор присутствовать во Вселенной, создавая эффект темной материи. Самый многообещающий кандидат на эту роль — гадательное нечто, получившее имя слабовзаимодействующих массивных частиц. Их чаще называют просто «вимпы», пользуясь английским сокращением [5] ВИМП — от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle. (Прим. ред.). . Если теория верна, то темного вещества полно и вокруг нас. Специалисты по физике частиц считают, что Земля как раз сейчас проходит через облако темной материи; стало быть, каждую секунду нам на головы падает примерно миллиард вимпов.