Это уже четвёртый мой материал из серии «Космогид». Пожалуй, он получается самым абстрактным, однако сегодняшняя тема настолько захватывает в первую очередь моё сознание, что я считаю своим долгом немного о ней рассказать.
Оторвите взгляд от экрана и оглянитесь. Всё в вашей комнате имеет массу. Мышка за компьютером, семейная фотография на полке, шелуха из-под семечек, которую вы небрежно затолкали под ковёр. Даже самая крохотная пылинка обладает определённой массой. Которую мы сегодня можем измерить.
Теперь подойдите к окну. Если сейчас день, возможно, вы сможете увидеть Солнце. Если ночь — тысячи других звёзд, Луну, планеты нашей Солнечной Системы. Все эти объекты мы можем увидеть, все они имеют массу и взаимодействуют с другими имеющими массу телами. Это действительно для всего, что нас окружает.
«А как же воздух?», спросит ваш ребёнок? Да, мы его не видим. Но это не значит, что воздух не взаимодействует со светом (фотонами). Воздух — это смесь газов, его молекулы имеют определённую массу, он неоднороден. Если не вдаваться в подробности, фотоны поглощаются атомами газов, а газы получает энергию этих фотонов. Взаимодействие на таком уровне всё равно есть.
Эти правила схожим образом действуют на пылинки, нас с вами, планеты, звёзды и галактики: все перечисленные тела взаимодействуют со светом (фотонами, электромагнитное взаимодействие) и друг с другом (имеют массу, гравитационное взаимодействие).
На деле существует четыре типа фундаментальных взаимодействий (опустим недавние новости об открытии пятого). Помимо двух названных в именуемых слабым и сильным взаимодействиями участвуют W- Z- бозоны и глюоны соответственно. Но сегодня речь не о них.
Сегодня речь о том, что вся окружающая нас материя связана со светом и гравитационно.
В прошлом столетии астрономы получили возможность заглянуть в далёкий космос. Были рассчитаны массы звёзд, мы научились оценивать гравитационное взаимодействие таких массивных и сложных систем как галактики. И тут внезапно столкнулись с неувязкой.
Дело в том, что спиральные галактики (точно так же как и простые небесные тела) вращаются. Все мы знаем, что чем дальше от центра вращения объект находится, тем выше его скорость. Но расчёты показывали, что гравитационного взаимодействия в некоторых из обнаруженных галактик было бы недостаточно, чтобы удерживать все наблюдаемые в них звёзды. Попросту говоря, они разлетелись бы во все стороны, никакая гравитация бы не спасла.
При этом на деле скорость вращения звёзд у центра и на краях галактик была одинаковой. Отсюда можно сделать вывод, что их что-то удерживало. Что-то, чего мы не видим. Что-то очень тёмное, не взаимодействующее со светом.
Кажется, я достаточно уже понагнетал. В общем, эту непонятную штуку назвали тёмной материей. Чтобы проще себе представить её роль, вспомните новогоднюю ёлку: в темноте мы видим лишь зажжённую на ней гирлянду. При этом сама ёлка играет роль «каркаса» и незаметна. То же можно сказать и о тёмной материи: знаем, что она есть, но не видим её. Мы наблюдаем только интересный эффект, когда свет (из-за огромной гравитации) как бы искривляется вместе с пространством. В таком случае мы видим «гравитационную линзу».
Так вот, по последним расчётам тёмной материи в нашей Вселенной в 6 раз больше, чем видимой! Этот вывод открывает нам новый мир, в котором бедный фотон даже ни на что не влияет! Важна лишь масса, гравитация.
Однако это не единственное важное открытие, сделанное во время наблюдений за галактиками. Выйдя на следующий, «межгалактический» уровень наблюдений, учёные обнаружили, что галактики отдаляются друг от друга. Это в целом вписывалось в существовавшую на то время теорию. Звучала она вот так:
Оставшаяся со времён большого взрыва энергия приводила к расширению Вселенной. Запасы этой энергии ограничены, следовательно расширение рано или поздно остановилось бы. А гравитация — сила притяжения — компенсировала бы этот эффект: галактики бы начали сближаться, сталкиваться, пока рано или поздно вся Вселенная не схлопнулась бы в одну точку. Это состояние, кстати, называют сингулярностью.
Эйнштейн даже вписал в свою теорию знаменитую «космологическую» постоянную, которая была призвана компенсировать гравитацию и предотвратить сингулярный ужас.
Но всё поломали детали наблюдений: выяснилось, что самые дальние галактики не просто отталкиваются, но еще и делают это со всё нарастающей скоростью! Получается, что эффект только усиливается, а не угасает! Следовательно, наши представления вновь оказались не верны.
Если тёмную материю можно назвать каркасом галактик, то эта новая сила обеспечивает постоянное расширение пространства, в котором галактики находятся. Возвращаясь к аналогии с ёлками, представьте, что у нас есть комната, в которой много таких ёлок. Комната постоянно увеличивается, а ёлки, не изменяясь в размерах, отдаляются друг от друга. Именно так выглядит расширение Вселенной. Именно управляющую этим расширением энергию мы называем тёмной энергией. Её во Вселенной почти в 18 раз больше, чем видимой материи.
Нам ещё предстоит нащупать «выключатель», который позволит увидеть миллиарды «ёлок» и саму комнату. Но пока, увы, до этого далеко.
Давно доказано: визуальная подача материала гораздо лучше усваивается. Поэтому чтобы закрепить полученные знания, посмотрите занимательное видео от In a nutshell. Я перевёл и озвучил его на украинский язык в рамках работы моей команды Alpha Centauri над популяризацией науки и космоса в Украине.
Кроме того, настоятельно рекомендую посмотреть фильм «Тёмная материя», из которого я позаимствовал сравнение с ёлкой.
Перед нашей страной сегодня распахнуто окно научных возможностей: мы просто обязаны говорить о науке, помогать ей, растить молодых учёных — будущих Масков и Безосов. Не проморгайте наш шанс!
Если вам нравится инициатива и подобные материалы, не забудьте поделиться текстом в социальных сетях.
P.S. Если вы вдруг хотите поддержать нас ещё и гривной — вам вот по этой ссылке.
P.P.S. Ну и чтобы получать свежую космическую и научную информацию прямо в ленты Facebook, настоятельно рекомендую подписаться на мою страничку.
P.P.P.S. Чуть не забыл, Андрей Колесник как-то советовал в Facebook хорошее видео на тему. Его можно тоже посмотреть по ссылке.
