Вы когда-нибудь задумывались, из чего сделана Вселенная, в которой мы живём? В детстве нам казалось, что из атомов, звёзд и планет. Нам внушали, что физики почти всё знают, и это давало ощущение покоя. Но если мы заглянем в отчёты современных космологов, наш уютный мир рухнет. Оказывается, 95% нашего космоса — это абсолютная, непроглядная, пугающая загадка. Мы состоим из обычного вещества (атомов) всего на 4–5%. Остальное — это тёмная материя и тёмная энергия.
И вот что страшно: чем больше мы узнаём о невидимом, тем меньше нам хочется верить в свои же фундаментальные законы.
Наш космос — чёрная бездна
Мы живём в тёмной Вселенной, где видимое вещество — это как крошечный, еле заметный островок среди бесконечного тёмного океана. Этот океан разделён на две чудовищные, невидимые силы.
Тёмная материя: невидимый цемент
Тёмная материя (около 22–27% всей массы-энергии) — это своего рода космический цемент. Мы не видим её, потому что она не взаимодействует со светом и не испускает никакого излучения. Она абсолютно "прозрачна".
Единственный способ, которым мы её обнаружили, — это её гравитационный шантаж. Астрономы заметили, что галактики, включая наш Млечный Путь, вращаются с такой бешеной скоростью, что они должны были бы давным-давно разлететься в стороны, если бы состояли только из видимых звёзд и газа. Чтобы удержать эти структуры, нужна гравитация, во много раз превышающая ту, что создаётся видимой материей. Мы предполагаем, что существует огромное невидимое гало тёмной материи, которое стягивает галактики воедино.
Тёмная энергия: антигравитация вакуума
Тёмная энергия (около 68–74%) — это нечто ещё более загадочное. Это антигравитация, рождённая из пустоты.
Она равномерно "разлита" по всему пространству и обладает отрицательным давлением, что заставляет Вселенную расширяться с ускорением. Эта сила — то самое слагаемое, космологическая постоянная (Λ), которое Альберт Эйнштейн когда-то ввёл в свои уравнения для "статической Вселенной", а потом назвал своей "величайшей ошибкой".
Но вот за что физики хватаются за голову: когда мы пытаемся рассчитать теоретическую плотность этой "энергии пустоты" с помощью квантовой механики, мы получаем число, которое превышает наблюдаемое значение в 10 в 120-й степени раз. Это самое масштабное расхождение между теорией и экспериментом в истории науки. Это буквально кричит о том, что мы не понимаем чего-то фундаментального в устройстве мира.
Что, если тёмной материи нет? Учёные нашли пугающую альтернативу
И вот мы подходим к главному вопросу, который заставляет по-настоящему нервничать: а что, если вся эта тёмная материя — это лишь фиговый листок, прикрывающий фундаментальный изъян в наших самых святых законах природы?
Когда учёные видят, что звёзды на окраинах галактик движутся слишком быстро, они поступают как хорошие детективы: либо ищут недостающее вещество (тёмную материю), либо признают, что их "инструмент" (закон гравитации) врёт.
Альтернатива тёмной материи называется Модифицированная Ньютоновская Динамика (MOND) или просто модификация гравитации. Идея проста: а что, если закон всемирного тяготения Ньютона (а также Общая теория относительности Эйнштейна) не совсем верны, когда речь идёт о космических масштабах — например, на периферии галактик? Может быть, на таких огромных расстояниях гравитация просто работает иначе, сильнее, чем мы рассчитывали, и для объяснения движения звёзд не нужно никакого "недостающего" вещества.
Модифицировать законы гравитации — это концептуальный ужас.
Мы привыкли считать, что законы физики универсальны и элегантны. Ньютоновская механика, а затем и теория относительности Эйнштейна, поразили нас своей красотой и простотой, позволяя объяснить огромное количество явлений одним махом. Модификация гравитации, чтобы она работала только на больших расстояниях, а на Земле и в Солнечной системе (где всё прекрасно сходится) оставалась прежней, кажется уродливой, искусственной подгонкой. Это как если бы мы вернулись к астрономам прошлого, которые добавляли "эпициклы" в свою модель мира, лишь бы планеты вращались вокруг Земли. Это не тот путь, который должна выбирать природа.
Если отказаться от идеи тёмной материи, мы должны будем признать, что законы, управляющие нашей реальностью, не являются универсальными и неизменными.
Почему эта развилка пугает физиков
Физики любят, когда природа оказывается простой, чистой и везде одинаковой. Идея о том, что гравитация — это некая капризная, "тонко настроенная" сила, которая ведёт себя иначе на краю галактики, чем у нас под ногами, разрушает саму веру в Единую Теорию Всего.
- Потеря элегантности: Природа, судя по нашим лучшим теориям, "не злонамеренна" и не "играет в кости" с нами так, чтобы её законы были максимально сложными для понимания. Если мы должны специально менять уравнения для каждого нового масштаба, чтобы объяснить, почему звёзды на окраине галактики не улетают, это означает, что у нас нет глубинного понимания устройства Вселенной.
- Угроза детерминизму: Когда мы признаём, что в нашей базовой картине мира есть такие огромные дыры (как DM или неверная гравитация), мы теряем ту "почти полную" уверенность в детерминизме, которую нам давала классическая физика.
- Вопрос о месте человека: Тёмная материя и тёмная энергия уже низвели нас до статуса "незначительного дополнения" (0,03%–4% от целого). Но если мы отказываемся от идеи DM, то, возможно, нам придётся пересмотреть и роль сознания. Учёные ищут простое, логическое объяснение миру, но если законы сами по себе нелогичны, то кто знает, какую роль в этой запутанной пьесе играет наблюдатель?
В конце концов, что же предпочтительнее? Принять существование невиданной субстанции, которая составляет 27% Вселенной, или выбросить Ньютона и Эйнштейна на свалку, признав, что на фундаментальном уровне мы до сих пор не понимаем, как работает гравитация? Выбор, как видите, совсем не из лёгких. И это только начало разговора о тьме в нашем космосе.
Хотите ли вы дальше углубляться в эти чёрные дыры нашего знания, или предпочитаете остаться в уютной иллюзии, что Луна существует, даже когда на неё никто не смотрит?