Драконоборцы. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый

Нейтрино вокруг нас очень много, например, через человеческий глаз каждую секунду пролетают сотни миллиардов нейтрино, рождённых на Солнце…

– Кыш, кыш! – Галатея замахала рукой перед лицом, отгоняя вездесущие нейтрино.

– Они так слабо взаимодействуют с веществом, что легко пролетают и человека, и Землю насквозь, как свет сквозь самое прозрачное стекло. Но масса нейтрино оказалась такой крошечной, что стало ясно: сильно повлиять на массу Вселенной эта элементарная частица не в состоянии. Более того, когда учёные попробовали рассчитать, какими скоростями должны обладать частицы тёмной материи, чтобы с их помощью можно было объяснить наблюдаемое вращение и структуру галактики, то оказалось, что они должны двигаться медленно, то есть тёмная материя должна быть «холодной». «Горячие» нейтрино, которые движутся почти со скоростью света, на роль такой «холодной» тёмной материи никак не годились.

Физики назвали гипотетические неуловимые частицы тёмной материи Слабо Взаимодействующими Массивными Частицами и стали искать её повсюду. Они проводили эксперименты на Большом Адронном Коллайдере в Европе, они запускали детекторы частиц на воздушных шарах над Антарктидой. В разных странах было организовано около десятка подземных лабораторий, которые спускали многотонные детекторы в шахты на глубины до двух километров, в надежде зарегистрировать там загадочные частицы. Но ничего не получалось. Детекторы частиц тёмной материи стали выводить в космос – как на отдельных спутниках, так и в качестве приборов на Международной космической станции, где для поиска частиц тёмной материи установлено бочкообразное устройство стоимостью два миллиарда долларов.

– Ну и поймала такая бочка эти частицы? – нетерпеливо спросила Галатея.

– Нет, – покачала головой Дзинтара, – частицы тёмной материи всё ещё остаются неуловимыми. Поэтому возникла собравшая немало сторонников идея, что надо изменить законы гравитации, которые действуют в масштабах галактики и всей Вселенной. Это позволит обойтись без тёмной материи, но цена такого решения будет велика: придётся отказаться от проверенной и красивой теории Эйнштейна-Ньютона.

В 2015 году детектор гравитационных волн ЛИГО поймал первую в истории гравитационную волну от слияния двух чёрных дыр с массой в 29 и 36 масс Солнца. Этот результат поразил учёных: оказывается, в космосе существует большое количество чёрных дыр, гораздо более тяжёлых, чем обычные дыры звёздных масс! Сразу возникло предположение, что тёмная материя – это большое количество чёрных дыр в десятки масс Солнца. Но откуда взялись такие массивные чёрные дыры, ведь обычные модели звёздной эволюции их не предсказывают? Появилась смелая гипотеза, что эти чёрные дыры пришли к нам из предыдущего цикла Вселенной, потому что чёрные дыры – это единственные макроскопические объекты, которые могут пережить коллапс мира и, пройдя через огненную фазу максимально сжатой Вселенной, попасть в следующий цикл её жизни.

Итак, «тёмная материя» (а её, по последним данным, в пять-шесть раз больше, чем обычного газа и звёзд) всё ещё остаётся загадкой, которую предстоит решить учёным будущего. Чёрные ли это дыры? Элементарные ли это частицы? Несомненно, к середине XXI века эта загадка будет разгадана.

Вера Рубин почти всю жизнь проработала в небольшом частном институте Карнеги, расположенном в парковой зоне американской столицы, и была независимым исследователем. Её работы часто встречали непонимание астрономического сообщества, но в конце XX века тёмная материя, которую в 1933 году Фриц Цвикки нашёл в скоплениях галактик, а Вера Рубин и Кент Форд в 1970-х обнаружили внутри отдельных галактик, превратилась в объект активнейших исследований. В начале XXI века уже тысячи учёных изучали проблему тёмной материи. Но ни Фриц Цвикки, обнаруживший тёмную материю в скоплениях галактик, ни Вера Рубин, которая открыла её внутри галактик, не получили Нобелевской премии.

Это вызывало негодование многих, но сама исследовательница не вмешивалась в эти споры. Она скромно говорила: «Мне жаль, что я так мало знаю. Извините, мы все так мало знаем. Но в этом же и состоит всё удовольствие, не так ли?»

Кроме научных результатов, Вера Рубин воспитала четверых детей – они все стали учёными и защитили диссертации в области естественных наук.

– Почему они все выбрали науку своей профессией? – удивилась Галатея.

– Их отец был физиком, мать – астрономом, которая получала столько удовольствия от своей работы, что десятилетний сын как-то спросил удивлённо: «Мама, тебе за твою работу ещё и деньги платят?»

Вера Рубин не только изучала загадки, перед которыми стояла современная ей наука, но и раздумывала над проблемами будущего.

«Какие задачи станут решать астрономы будущего? Какими вопросами будут задаваться астрономы Вселенной через сто лет? Через тысячу лет? Легко перечислить нерешённые вопросы настоящего времени. Каков возраст Вселенной? Какова скорость расширения Вселенной? Какова масса Вселенной? Что такое тёмная материя? Достаточно ли её гравитационного притяжения, чтобы остановить расширение Вселенной и заставить её сжиматься? Есть ли у ближайших звёзд планеты, на которых зародилась жизнь и разум? Достаточно ли они близки к нам, чтобы мы могли установить с ними связь в обозримом времени?

Но есть ещё проблемы, о которых мы знаем так мало, что с трудом можем сформулировать нужные вопросы. Вот очень приблизительный их список: существуют ли другие вселенные? Будем ли мы когда-нибудь общаться с ними? Как изменится наше представление о Вселенной при обнаружении гравитонов? Когда мы вглядываемся во Вселенную, мы смотрим в наше прошлое, но наши „глаза“ слабы, и мы ещё не можем проникнуть взглядом на большие расстояния. Загадки края вселенной превосходят наше понимание. Как Колумбы или викинги, мы заглянули в новый мир и увидели, что он более загадочен и сложнее, чем мы себе представляли. Самые большие загадки Вселенной остаются нерешёнными. Они станут приключениями для учёных будущего. Мне это нравится».

Вера Рубин сказала, обращаясь к молодёжи: «Для тех из вас, кто хочет быть учёным, у меня есть один совет. Не сдавайтесь! Наука трудна и требовательна, но каждый из вас должен верить в то, что вы можете добиться успеха. Сегодня может показаться невероятным, но среди вас нет никого, кто не мог бы внести важный, значительный вклад в мир науки. Наука ревнива, агрессивна, требовательна. Но она также великолепна, вдохновляет и окрыляет. Каждый из вас может изменить мир, потому что вы состоите из звёздного вещества и связаны со Вселенной».

Примечания для любопытных

Фриц Цвикки (1898–1974) – знаменитый швейцарский астроном, родившийся в Варне (Болгария) и почти всю жизнь проработавший в Калифорнии (США). Атеист. Открыл тёмную материю в скоплениях галактик, ввёл вместе с В. Бааде понятие «сверхновой», как взрыва, который превращает обычную звезду в нейтронную. Предсказал гравитационное линзирование галактик друг на друге. Получил в 1949 году за