Нил Тайсон - Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Так из чего же состоит темная материя? Что мы о ней знаем? Обычное вещество собирается в атомы, молекулы и дальше в объекты самого разного размера, от крохотных крупинок песка до гигантских космических камней. О темной материи этого сказать нельзя. Если бы она тоже так делала, мы находили бы кусочки и глыбы темной материи повсюду во Вселенной.

Мы бы отыскали кометы из темной материи.

Планеты из темной материи.

Галактики из темной материи.

Однако, насколько мы можем судить, мир устроен не так. И мы знаем, что вещество Вселенной, к которому мы привыкли, из которого состоят звезды, планеты и живые существа, – это лишь тоненькая корочка глазури на огромном и темном космическом пироге.

Мы не знаем, что это такое. Но мы точно знаем, что темная материя нам нужна. И всегда была нужна.

В первые полмиллиона лет после Большого взрыва – а это был всего лишь миг по сравнению с четырнадцaтью миллиардами лет космической истории – вещество во Вселенной уже начало собираться в бесформенные сгустки. Потом эти сгустки станут скоплениями и сверхскоплениями галактик. За следующие почти полмиллиона лет Вселенная удвоилась в размерах и продолжала расти. В течение этого периода роста два процесса соперничали друг с другом.

С одной стороны, гравитация стремилась стянуть весь мир вместе.

С другой – расширение Вселенной растягивало его в разные стороны.

Одна только гравитация обычного вещества не могла бы выиграть эту битву. Нужна была добавочная сила тяготения темной материи. Без нее мы оказались бы во Вселенной, лишенной каких-либо структур.

В ней не было бы скоплений галактик.

И самих галактик.

Не было бы звезд.

Не было бы планет.

Не было бы людей.

Без темной материи мы вообще не могли бы появиться.

Получается, что темная материя – наш друг и враг одновременно. Мы понятия не имеем, что это такое, что нас несколько беспокоит. Но мы отчаянно в ней нуждаемся. Вообще-то мы, ученые, не любим, когда нам приходится сталкиваться с непонятными сущностями, но иногда такое случается, и здесь ничего не поделаешь. Темная материя – не первый случай, когда нам приходится признать существование чего-то загадочного.

Например, в XIX веке ученые измерили энергию, излучаемую Солнцем, и показали, какое влияние она оказывает на времена года и климат на Земле. Они знали, что Солнце дает нам тепло и обеспечивает нас энергией, необходимой для жизни. Но никто не понимал, откуда берется солнечная энергия, пока одна женщина по имени Маргарет Бербидж и ее сотрудники не сумели это объяснить. До работ Бербидж Солнце было для ученых такой же загадкой, как сейчас темная материя. Некоторые, например, считали, что Солнце – это просто горящая куча угля.

Звезды, такие как наше Солнце, формируются из огромных газовых облаков. Гравитация сжимает эти облака, и они становятся меньше и меньше, а одновременно горячее и горячее. Некоторые облака перестают сжиматься и становятся гигантскими светящимися массами. Но другие, как те, из которого образовалось Солнце, оказываются такими большими, что в их недрах начинается процесс термоядерного синтеза. Молекулы водорода в ядре такого облака врезаются друг в друга и слипаются – или сплавляются, – выделяя при этом энергию. Энергия миллионов таких микростолкновений действует против тяготения, не давая облаку дальше сжиматься, и ее оказывается достаточно, чтобы Солнце ярко засияло.

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] Наверное, именно в него и провалились все наши потерянные носки? 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.