Виктор де Касто - Pro темную материю

© De Сasto V., 2016

© Жукова М., перевод на русский язык, 2016

© «Страта», 2016

Большинство современных людей, по крайней мере, из развитых стран, уверены в материальности нашего мира, в том, что нас окружает материя и мы сами являемся ею. Мы привыкли считать, что в нашей Солнечной системе и в нашей Вселенной доминирует материя в классическом понимании, то есть вещество, состоящее из атомов, в которых, в свою очередь, находятся протоны, электроны и нейтроны. Люди уже давно наблюдают светящуюся материю, то есть испускающую и отражающую свет – это значит, что ее каким-то образом можно увидеть. Пусть это нельзя сделать невооруженным глазом, но в XXI веке у нас есть множество приборов, позволяющих рассмотреть то, что в прошлые века было невидимым. Одна из моих предыдущих книг посвящена антиматерии – веществу, построенному из античастиц.

А в этой книге мы будем говорить о темной материи, изучением которой занимаются астрономия и космология. Эта форма материи не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Из-за этого свойства ее прямое наблюдение невозможно. Ее «не видно» – в традиционном значении слова. Но присутствие этой формы материи можно обнаружить по создаваемым ею гравитационным эффектам. Темная материя собирается в сгустки, подобно обычной материи. Это объясняется действием сил гравитации, а гравитация, как известно, универсальна. Места скоплений обычной и темной материи совпадают, но между ними практически не происходит столкновений.

Эту форму материи назвали «темной» (от англ. «dark») по нескольким причинам. Во-первых, она далекая и невидимая. Во-вторых, это таинственное и непонятное нам вещество. Английское слово было выбрано очень удачно: оно имеет значения и «темный, черный», и «тайный, неизвестный». Не исключено, что мы никогда не сможем понять этот вид материи до конца.

На обычную материю – то есть нас с вами и все привычное нам и видимое – во Вселенной приходится всего 4 %. Вдумайтесь! Это же так мало! Оставшиеся 96 % состава Вселенной имеют совсем другую природу – необычную и вызывающую много вопросов. Одни ученые считают, что темная материя составляет 22 %, другие – 23 %, соответственно, 74 % или 73 % приходится на нечто еще более таинственное, именуемое темной энергией.

Когда в научных кругах появилась эта цифра – 4 % – родились и шутки, часто понятные только специалистам. Я не буду приводить их здесь, но если задуматься, ведь при такой малой доле в общей массе-энергии во Вселенной мы – и все то, что мы считаем нашим миром, практически не имеет значения. Нас можно рассматривать как некий вид загрязнения, ничего не значащего дополнения к основной массе Вселенной. Если мы исчезнем, мало что изменится. Или все же изменится? 4 % – это, конечно, очень мало, но, может, благодаря им и существует все остальное? Например, отношение массы головного мозга к массе тела у человека составляет 2 %, более того, считается, что мы используем всего 10 % возможностей этого органа. Но ведь человек без мозга – это не человек, и его доля в нашем теле совсем не соответствует его огромному значению. Похоже, что и во Вселенной наша процентная доля играет роль, аналогичную мозгу в человеческом теле.

Говорят, что открытие темной материи и темной энергии стало очередной революцией в науке. Их открыли астрономы, которые не искали никакую темную материю! Но нашли – и привели доказательства. Аргументы стали накапливаться, в этом участвовали уже не только астрономы, и получилось, что известная нам Вселенная – только тень того, что существует в действительности. Мы не видим реальную Вселенную, которая состоит не только из доступного человеческому глазу, пусть и вооруженному самыми современными приборами. И теперь начинается новый этап исследования Вселенной. Что он нам даст? Посмотрим!

С самых древних времен, с тех самых пор как человек стал смотреть на небо над головой, он считал (или предполагал), что существует только то, что он видит. И еще он пытался объяснить, «как оно туда попало». Он прогуливался под греющим солнцем или лежал на спине, глядя на звезды, и строил различные версии. Во всех культурах в той или иной форме существуют легенды о борьбе света и тьмы, воды и огня, есть многочисленные божества, «ответственные» за небесные светила, или один бог, который создал все сущее, – китов, черепах, слонов, на которых стоит Земля, и даже рептилию туатару, участвовавшую в создании мира. Потом человек, естественно, задумывался о том, как все это должно закончиться. Что будет? Рай, ад или ничего?

В IV веке до н. э. Платон предложил своим ученикам описать движение небесных тел, которые они видели, с помощью геометрии. Он не ожидал, что ответы стопроцентно покажут то, что фактически происходит в небесах. Это знание было недостижимо: они не могли отправиться на небо и проверить, что там происходит. Платон говорил о приближении к знанию, он хотел, чтобы его ученики нашли математические способы объяснения не фактов, а видимого или кажущегося.

Один из его учеников, Евдокс Книдский (около 408 – около 355 г. до н. э.), математик и астроном, нашел ответ, математическую гипотезу, которая в той или иной форме, в большей или меньшей степени «продержалась» две тысячи лет. Евдокс представил небеса как ряд концентрических прозрачных сфер (вы же помните, что в те времена Земля считалась неподвижной и центром Вселенной). По Евдоксу, в некоторых из упомянутых сфер находились небесные тела, а другие сферы взаимодействовали с первыми, чтобы ускорить или замедлить их движение. Таким образом объяснялось ускорение или замедление движения небесных тел по своим орбитам. И Солнцу, и Луне Евдокс отдал по три сферы. Пяти известным тогда планетам – Меркурию, Венере, Марсу, Сатурну и Юпитеру – он дал по дополнительной сфере для объяснения редкого изменения направления их движения на фоне звезд (в настоящее время мы объясняем это «ретроградное движение» тем, что при движении Земли и других планет вокруг Солнца по своим орбитам Земля иногда обгоняет другую планету, или планета обгоняет Землю). Звездам Евдокс тоже выделил сферу – сферу неподвижных звезд. В целом получилось 27 сфер.

Аристотель внес изменения в эту систему. Он предположил, что сферы являются не математическими конструкциями, а физической реальностью. Получилось 56 сфер – он добавил вращающиеся в противоположных направлениях.

Около 150 года н. э. греческий астроном Клавдий Птолемей упростил систему. В системе Птолемея есть семь светил (Солнце, Луна, пять известных в то время планет) и сфера звезд, которые движутся вокруг неподвижной Земли. Для согласования видимой нерегулярности в движении планет с постулатом физики Аристотеля о равномерном круговом движении небесных светил Птолемей ввел эпициклы (вспомогательные окружности, по которым движутся планеты в геоцентрической системе мира). Таким образом получалось, что наблюдаемое движение планеты оказывалось комбинацией нескольких равномерных круговых движений. Но все равно математика не могла в точности отразить реальность.