Тёмная материя

О том, что рядом с нами может существовать ещё одна Вселенная

Помните главку «Зеландия», в которой я грустил о том, что эпоха великих открытий в географии уже прошла? Зато в космологии новых материков ещё полно. Понятная нам материя составляет примерно 5 % Вселенной. Всё остальное – нечто странное и тёмное.

Понятная нам материя составляет примерно 5 % Вселенной. Всё остальное – нечто странное и тёмное.

В 1933 году астроном Фриц Цвикки измерил радиальные скорости восьми галактик в созвездии Волосы Вероники. Расчёты показали, что видимого вещества там в десятки раз меньше, чем нужно, чтобы сила тяготения удерживала галактики вместе. Значит, есть что-то другое, невидимое, но воздействующее своей массой.

Неожиданный результат можно было списать на погрешность измерения или ошибку в формулах. Но дальнейшие исследования подтвердили гипотезу Цвикки. Например, ещё одно доказательство существования тёмной материи было получено благодаря методу гравитационной линзы. Такие массивные объекты, как галактики и их скопления, искривляют лучи света, исходящего от звёзд, находящихся за ними (спасибо Альберту Эйнштейну за его теорию относительности). Но гравитации видимых космических тел не хватает на то, чтобы свет искривлялся так, как это показывают наблюдения.

Следовательно, во Вселенной есть некая субстанция, обладающая огромной массой, но ускользающая от любых других наблюдений. Эта материя не излучает ни видимый свет, ни другие волны. Её нельзя увидеть, пощупать, понюхать или хотя бы засунуть в ускоритель. Так появился термин «тёмная материя».

Из чего она состоит? Откуда взялась? Как устроена? На этот счёт есть несколько десятков гипотез, одна убедительнее другой. Наиболее популярный претендент на роль тёмной материи – так называемый вимп (Weakly Interacting Massive Particle). Эти гипотетические частицы могут обладать массой в десятки раз большей, чем у протона.

Сегодня физики по всему миру готовят эксперименты, которые, возможно, позволят эту частицу поймать. Всё-таки столь тяжёлая штука может рано или поздно врезаться в ядро обычной материи, и это столкновение сумеют зафиксировать датчики. Кстати, совсем недавно я был в лаборатории новосибирского Института ядерной физики, где как раз настраивают подобную ловушку. Выглядит она довольно скромно – больше напоминает здоровенную кастрюлю из нержавейки. Но если с помощью этой штуки получится поймать загадочную материю…

Вимпы – далеко не единственные кандидаты. В том же самом Новосибирске профессор Александр Долгов выдвинул новую теорию устройства Вселенной, согласно которой чёрные дыры образовывались не только после гибели крупных звёзд, но и намного раньше – вскоре после Большого взрыва. И их гораздо больше, чем было принято считать раньше, и вполне возможно, что именно они и составляют ту самую скрытую массу.

Есть ещё десятки гипотез, объясняющих, что представляет собой тёмная материя: неизвестные элементарные частицы, скопления особых видов нейтрино, привет из пятого измерения… Но большинство из них предполагает, что тёмная материя – штука довольно простая. Много массы и ничего больше.

Но есть и другие теории, согласно которым тёмный мир может быть устроен очень сложно. Одну из первых теорий предложили в 1966 году советские физики Кобзарёв, Окунь и Померанчук (между собой физики называют эту теорию КОП – по именам создателей). Правда, вместо «тёмной материи» использовалась «зеркальная», авторов явно вдохновлял Льюис Кэрролл. В аннотации к знаменитой статье, опубликованной в журнале «Ядерная физика», они писали:

«…Обсуждается возможность существования наряду с обычными частицами (L) «зеркальных» частиц (R), введение которых восстанавливает эквивалентность левого и правого. Показано, что «зеркальные» частицы не могут взаимодействовать с обычными ни сильно, ни полусильно, ни электромагнитно… Обсуждается вопрос о существовании макроскопических тел (звёзд) из R-вещества и возможность их обнаружения».

Фактически речь идёт о возможности параллельной Вселенной, в которой есть не только масса, но и другие виды взаимодействия. Уже в 2007 году Лев Окунь писал в журнале «Успехи физических наук»:

«Скрытый зеркальный сектор должен иметь свои собственные сильные, слабые и электромагнитные взаимодействия. А это означало, что невидимые зеркальные частицы, подобно обычным, должны образовывать зеркальные атомы, молекулы, невидимые звёзды, планеты и даже зеркальную жизнь. Более того, этот невидимый зеркальный мир может сосуществовать с нашим миром в одном и том же пространстве. Помню, как Игорь Кобзарёв и я в выходной день шли по подмосковному лесу (от станции Фирсановка на ленинградском направлении к станции Нахабино на рижском направлении). И вдруг я очень ярко «увидел», как через поляну по невидимым рельсам идёт невидимый и неслышимый поезд».

Автор, правда, сразу же признаётся, что такой «скрытый поезд» был бы невозможен – он бы выдал себя за счёт гравитации. Но это не так важно, ведь где-то этот тёмный мир существует. И если он имеет сложное устройство, то дальше можно пофантазировать о тёмных человечках, которые сидят под лампами с тёмным светом и тщетно пытаются вывести формулу, объясняющую существование Земли и Солнца, которые очевидно противоречат законам тёмной физики…

Можно пофантазировать о тёмных человечках, которые сидят под лампами с тёмным светом и тщетно пытаются вывести формулу, объясняющую существование Земли и Солнца…

А что? Тёмной материи в пять раз больше, чем видимой. Мы пока не знаем, какая физика благоприятнее для возникновения жизни и интеллекта – наша или та, что в скрытом секторе. Будем считать, что шансы равны, а значит, вероятность существования «тёмного разума» в пять раз выше, чем «обычных» инопланетян.

И это не просто досужие фантазии физиков-теоретиков. Например, сейчас в CERN идут эксперименты по поиску тёмных фотонов – переносчиков взаимодействия внутри тёмной материи. Кстати, в международной группе, которая проводит это исследование, преобладают российские учёные.

Сергей Гниненко, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и один из руководителей проекта по ловле тёмных фотонов, признался в интервью «Коту Шрёдингера»:

«Открытие нового взаимодействия между нашей и тёмной материей станет революцией в физике. Сродни открытию радиоволн. Появится возможность связи со скрытой Вселенной. Добавьте сюда тёмный Интернет, тёмные города, тёмные источники энергии».

Пока это не более чем теории. Но уж больно завораживающие.

Открытые вопросы:

• Сумеет ли человечество в какой-то момент окончательно решить вопрос о составе и происхождении тёмной материи?

• Какова вероятность того, что внутри тёмной материи возможны какие-то сложные структуры вроде планет, химических соединений, а то и живых организмов?

• Как изменится стандартная модель физики после открытия частиц тёмной материи?

• Могут ли исследования тёмной материи привести к какому-то прикладному результату?

• Удастся ли нам когда-нибудь встретиться с тёмными человечками и обсудить с ними проблемы фундаментальной физики?

• Как быть с тёмной энергией, о которой в этой главке не говорится ни слова?