Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда - Нил Деграсс Тайсон

Может быть, на галактических масштабах действуют иные законы гравитации? Едва ли. Скорее всего, темное вещество состоит из вещества, природу которого нам еще предстоит разгадать, вещества менее сконцентрированного, чем обычное. Иначе мы зарегистрировали бы гравитацию отдельных концентрированных сгустков темного вещества, испещряющих Вселенную: комет из темного вещества, планет из темного вещества, галактик из темного вещества. А насколько мы можем судить, это не так.

Зато мы знаем, что вещество, которое мы видим и любим, то самое, из которого состоят звезды, планеты и живые существа, – это лишь тоненькая глазурь на космическом торте, скромные льдинки в огромном космическом океане, состоящем из чего-то, которое выглядит как ничто.

* * *

В первые полмиллиона лет после Большого взрыва – сущий миг по сравнению с хронологией космической истории, насчитывающей 14 миллиардов лет, – вещество во Вселенной уже начало образовывать сгустки, которым предстояло превратиться в скопления и сверхскопления галактик. При этом в следующие полмиллиона лет космос увеличился вдвое и продолжал расти. Так что во Вселенной противоборствуют две силы: гравитация хочет, чтобы все слиплось, а расширение – чтобы все рассеялось. Если все сосчитать, становится понятно, что гравитация обычного вещества в одиночку не выиграла бы эту битву. Ей нужна помощь темного вещества, без которого мы жили бы – то есть не жили бы – во Вселенной, где не было бы никаких структур: ни скоплений, ни галактик, ни звезд, ни планет, ни людей.

Сколько же нужно было гравитации темного вещества? В шесть раз больше, чем дает обычное вещество само по себе. То есть именно столько, сколько мы обнаруживаем во Вселенной. Эта оценка не говорит нам, что такое темное вещество, а лишь подтверждает, что оно и в самом деле играет роль, которую не может сыграть одно лишь обычное вещество, как ни старайся.

Так что темное вещество – наш закадычный враг и лютый друг. Мы понятия не имеем, что это такое. Это несколько раздражает. Но без него наши расчеты не дают точной картины мироздания.

В общем и целом ученых смущает, что приходится опираться в расчетах на концепты, которых мы не понимаем, но надо – значит надо. Причем темное вещество – не первое препятствие такого рода на пути научного прогресса. Например, в XIX веке ученые измерили энергию солнечного света и показали, как именно она влияет на наш климат и смену времен года, не подозревая, что за выработку этой энергии отвечает термоядерный синтез. В то время в перечень самых лучших гипотез входила, например, смешная с нашей точки зрения идея, что Солнце – это горящая глыба угля. В том же XIX веке мы наблюдали звезды, измеряли их спектры и классифицировали их задолго до того, как появилась квантовая физика (это произошло уже в ХХ веке), которая позволила нам разобраться, почему эти спектры выглядят так, а не иначе.

Закоренелые скептики зачастую сравнивают сегодняшнее темное вещество с гипотетическим эфиром: в XIX веке считали, будто космический вакуум пронизан невесомой прозрачной субстанцией, проводящей свет, однако в наши дни эта теория списана со счетов. До 1887 года, когда Альберт Майкельсон и Эдвард Морли в Университете Кейс-Вестерн-Резерв в Кливленде провели свой знаменитый эксперимент, показавший, что никакого эфира нет, ученые были убеждены, что он существует, хотя не было ни единого доказательства этой гипотезы. Считалось, что поскольку свет – это волна, ему нужна среда, чтобы распространять свою энергию, примерно как звуку необходим воздух или какое-то другое вещество, в котором распространяются его волны. Однако, как выяснилось, свет прекрасно распространяется в вакууме космического пространства, где нет никакой среды-переносчика. В отличие от звуковых волн, представляющих собой колебания воздуха, световые волны, как выяснилось, представляют собой сгустки электромагнитной энергии, распространяющиеся сами собой, без посторонней помощи.

Однако незнание бывает разным, и наше незнание природы темного вещества – совсем не то, что незнание природы эфира. Эфир был своего рода заплаткой на том месте, где мы не знали ровным счетом ничего, а существование темного вещества – не просто предположение: мы наблюдаем, как оно воздействует на видимое вещество. Мы не выдумали темное вещество на пустом месте, а сделали вывод о его существовании на основании данных наблюдений. Темное вещество так же реально, как множество экзопланет, обнаруженных на орбитах вокруг далеких звезд: мы открыли их исключительно потому, что заметили их воздействие на блеск звезд, а не потому, что наблюдали их собственный свет.

Самое скверное, что может случиться, – это если окажется, что темное вещество вообще не вещество, а что-то иное. Может быть, мы наблюдаем воздействие сил из других измерений? Может быть, мы так ощущаем обычную гравитацию обычного вещества, пересекающего мембрану фантомной Вселенной, примыкающей к нашей? Если да, это может оказаться просто одна из бесконечного множества Вселенных, составляющих мультиверс – множественную Вселенную. На первый взгляд это как-то слишком диковинно и неправдоподобно. Но разве менее дико звучали первые предположения о том, что Земля вращается вокруг Солнца? Или что Солнце – всего лишь одна из ста миллиардов звезд в галактике Млечный Путь? Или что Млечный Путь – всего лишь одна из ста миллиардов галактик во Вселенной?

Но даже если одна из этих фантастических гипотез окажется верной, это никак не повлияет на тот факт, что учет гравитации темного вещества в соответствующих уравнениях позволяет нам прекрасно рассчитать ход формирования и эволюции нашей Вселенной.

Другие закоренелые скептики заявляют, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать»: этот жизненный принцип прекрасно зарекомендовал себя в самых разных ситуациях, в том числе в инженерном деле, механике, рыболовстве, а также при знакомствах с представителями противоположного пола. И, разумеется, среди жителей Миссури, которые славятся своим скептицизмом. Однако в науке все иначе. Наука не сводится к тому, чтобы убедиться в чем-то своими глазами: дело науки – измерять, причем лучше всего – именно не на глаз, а при помощи каких-нибудь инструментов, поскольку глаза неразрывно связаны с мозгом и всем его багажом. И чаще всего этот багаж – склад предубеждений, предрассудков, устаревших идей и откровенной предвзятости.

* * *

Хотя темное вещество вот уже три четверти века сопротивляется любым нашим попыткам его пронаблюдать, из игры оно не выходит. Физики-ядерщики убеждены, что темное вещество состоит из еще не открытых частиц-призраков, которые взаимодействуют с веществом только гравитационно, а больше почти или совсем никак не влияют ни на вещество, ни на свет.

Если вы склонны заключать пари на физические открытия, советую ставить на этот вариант. Крупнейшие ускорители частиц на Земле пытаются выработать частицы темной материи, сталкивая обычные частицы и регистрируя, так сказать, осколки. А специальные подземные лаборатории пытаются зарегистрировать частицы темного вещества пассивно – вдруг они залетят к нам из космоса? Слой земли служит естественным щитом, не пропускающим известные космические частицы, которые могут обмануть датчики и выдать себя за темное вещество.