Знание-сила, 2006 № 08 (950)

Кто-то хорошо сказал, что современные физики способны работать там, где уже не работает их воображение.

Например, рассчитывать пространственное распределение невидимого вещества или силу воздействия неощутимого энергетического поля.

Обе названные задачи не придуманы — они интенсивно обсуждаются сегодня теоретиками. Невидимое вещество, вошедшее в физику лет 30 назад, получило название «темного», а затем уж и неощутимая энергия, обнаруженная не так давно, тоже стала называться «темной» — просто по аналогии. Так в астрофизике появились сразу две темные сущности.

Судя по всему, открытие «темного вещества» и «темной энергии» в космосе — один из тех фундаментальных переворотов в нашей картине мира, громовые отзвуки которых могут еще столетиями, наверно, перекатываться от горизонта к горизонту. С чем сравнить потрясение астрономов, внезапно обнаруживших, что те звезды и галактики, которые они изучали в течение тысячелетий, полагая их самым важным в космосе, — это пылинки в сравнении с материковой глыбой «темного вещества» и еще более гигантским, необозримым массивом «темной энергии», не только доселе неведомыми, но к тому же еще и в самой высшей мере загадочными и ни на что не похожими. Неслучайно один из современных астрономов грустно заметил: «Всю свою историю астрономия изучала то, что видно на небе, но отныне ей предстоит изучать то, чего там не видно».

Пока что эта темнота не очень-то проясняется, и ученые, понятное дело, пытаются осветить ее прожекторами своих гипотез. 0 целой грозди таких гипотез и не только о них пойдет ниже речь.

Рафаил Нудельман

Игры с тяготением

Глядя на звезды, мы редко отдаем себе отчет, что глядим на Вселенную. Между тем это именно так. Мы видим звезды нашей галактики. Млечный Путь, видим туманные пятнышки, которые в телескоп распадаются на множество звезд, образующих другие галактики, видим какое-то серебристое свечение, создаваемое облаками межзвездного газа и пыли (оно заслоняет от нас центр нашей галактики, а то мы видели бы куда более яркую и богатою звездами картину). В сущности, это и есть видимая Вселенная. Но есть еще и невидимая.

Астрономические наблюдения последних десятилетий показали, что галактики и их скопления движутся так, будто их держат «на привязи» гравитационные силы каких-то невидимых, «темных» масс. Они не видны глазу и телескопу, потому что не испускают свет. Обычное вещество, из которого состоят звезды галактик и межзвездные облака, в свою очередь, состоит из атомов (главным образом, водорода и гелия). Когда летящие в космосе частицы вещества или света (фотоны) сталкиваются с атомами, они их возбуждают, и спустя какое-то время, возвращаясь в нормальное состояние, эти атомы испускают свет Поэтому обычное вещество светится. Но то вещество, которое называется темным, не светится, и это значит, что оно состоит не из обычных атомов. А из чего же?

Ответа на этот вопрос пока нет. Есть только разумные догадки, основанные на новейших физических теориях. Эти теории предсказывают возможность существования особых «темных» частиц, из которых, возможно, и состоит темное вещество. А в самое последнее время появились факты, которые могут подтвердить — или опровергнуть — эти предсказания. Понятно, что астрофизики взволнованы. Ведь согласно их теориям эти частицы образовались на самых ранних этапах существования Вселенной. Не исключено, что с тех пор они скопились вблизи мест с большой гравитацией, чем могут быть центры галактик или их звезды. Обнаружение таких скоплений могло бы объяснить многие загадки — например, что происходит в невидимом нам центре Млечного Пути или почему наше Солнце окружено очень ярко светящейся «короной», происхождение которой до сих пор остается необъяснимым.

Подсказки о возможной природе «темных» частиц физики получили из двух теорий. Одна из них называется теорией суперсимметрии. Она продолжает ту теорию, которая привела к общепринятой сегодня «стандартной модели» элементарных частиц. Согласно этой модели, все существующие микрочастицы, в соответствии со своими свойствами, могут быть распределены по клеточкам некой таблицы, по классам, причем внутри каждого класса частицы обладают определенными общими свойствами — являются, например, «фермионами» (с полуцелочисленным вращательным моментом) или «бозонами» (с целочисленным вращательным моментом). Позднее выяснилось, что уравнения стандартной модели не вполне точно описывают поведение частиц, когда они обладают очень высокой энергией. Тогда возникла новая теория, основанная на принципе так называемой «суперсимметрии».