Теория Большого взрыва: гид по сериалу по версии Kuraj-Bambey

История эта началась в 1937 году, когда астроном Цвикки (кстати, работавший в том же Калифорнийском технологическом университете, что и наши «ботаники») внимательно присмотрелся к скоплению галактик в созвездии Волос Вероники и применил к нему известную теорему о вириале. В нашем случае эта теорема связывает скорость вращения галактик друг относительно друга с суммарной массой всего скопления. После всех проделанных вычислений оказалось, что галактики вращаются с такой скоростью, что сила гравитации просто не способна удержать их вместе. И для того, чтобы скопление не разлетелось на мелкие кусочки[35], его масса должна быть существенно больше, раз эдак в 500. Тут надо заметить, что до Цвикки молчаливо предполагалось, что вещество, если уж оно существует, должно как-то себя проявлять, а не просто болтаться бесполезной грудой в пространстве. Представьте себе ощущения только что отлипших от окуляров своих приборов астрономов, когда им навязывают факт, что все, что они видят, составляет лишь малую часть огромного пирога, называющегося Вселенной. Естественно, про открытие Цвикки постарались забыть, и на сорок лет в астрономии восстановилось хрупкое спокойствие. Впрочем, также понятно, что чем более новые приборы становились доступны для развлечения ученых, тем сложнее было утаить шило в мешке.

Гром грянул в 1975 году, когда молодые астрономы Вера Рубин и Кент Форд сделали заявление, отмахнуться от которого так просто уже не получилось. Для того, чтобы понять, что они там «наспектрометрировали», нам стоит слегка коснуться школьного курса физики. Если мы напряжемся, то вспомним, что сила гравитации обратно пропорциональна квадрату расстояния, поэтому скорость одного объекта, вращающегося вокруг другого, уменьшается с увеличением расстояния между ними. Но, если мы захотим измерить скорости вращающихся объектов уже внутри тяготеющей массы, например, Земли, результат будет отличаться. С этой целью можно провести следующий мысленный эксперимент. Начнем бурить круговые, проходящие по экватору туннели под поверхностью Земли, все глубже зарываясь в нее и приближаясь к центру. Мы с удивлением обнаружим, что скорости объектов, запущенных по этим искусственным, вырезанным в толще планеты орбитам окажутся одинаковыми. В этом случае уменьшение эффективной массы Земли компенсируется приближением к ее центру. Собственно это и обнаружили Рубин и Форд применительно к спиральным галактикам. Большая часть светящегося вещества в них находится ближе к их яркому и взрывающемуся центру[36], и скорость звезд на большом удалении от него по идее должна быть меньше. На самом же деле она оказывается практически одинаковой вдоль всего рукава галактики, что означает и одинаковую плотность материи. На рис. 2 схематично показан основной вывод Рубин и Форда: кривая А отвечает веществу, сосредоточенному в центре, а B — экспериментально полученный результат. Работа была проделана очень серьезная и в дальнейшем неоднократно подтверждалась для всех из подвергнутых этой процедуре галактик, так что даже самым упертым скептикам пришлось согласиться с доводами в пользу скрытой массы. В настоящий момент считается, что все видимое вещество — пульсары, звезды, планеты, межзвездный газ, кометы, астероиды и прочее — вместе составляют не более 20 % от всей материи Вселенной.

^Рис. 2

Само собой разумеется, что космологи и физики, изучающие элементарные частицы, не стали сидеть сложа руки и предложили десятки возможных объяснений этому эффекту. Диапазон предлагаемых вариантов очень широк: от гипотетических сверхмассивных слабовзаимодействующих частиц — вимпов (от английского Weak Interactive Massive Particle) — до поправок теории гравитации на больших расстояниях. Большинству физиков вариант с частицами гораздо более симпатичен: во-первых, потому, что гипотетические частицы можно изобретать в любых количествах, а в каждой новой теории они еще и заводятся сами собой, как микробы от грязи. А во-вторых — потому, что можно построить огромную дорогостоящую установку и спокойно ждать, когда хоть один из вимпов посетит вас своим вниманием, а эксперименты с гравитацией осуществить на Земле практически невозможно. Сейчас в мире создано уже несколько таких установок, и у их создателей считается хорошим тоном говорить, что им кажется, будто бы видят вимпы. Правда, утверждать это наверняка никто из них не берется.