ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНО ВСЕ? Вы когда-нибудь задумывались, из чего на ...

Дата публикации: 16-08-2026 14:28:00

ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНО ВСЕ?
Вы когда-нибудь задумывались, из чего на самом деле состоит всё, что нас окружает? Нет, не в философском смысле, а в самом что ни на есть физическом. Стол, за которым вы сидите, воздух, которым дышите, свет далёких звёзд, ваше собственное тело - всё это, как нам долго казалось, построено из атомов, а атомы, в свою очередь, из протонов, нейтронов и электронов. Эта привычная, знакомая нам материя, из которой сложены все звёзды, планеты, межзвёздный газ и мы с вами, в астрофизике называется барионной - потому что протоны и нейтроны относятся к семейству барионов. И вот тут-то начинается самое интересное и одновременно самое унизительное для человеческого самомнения: вся эта барионная материя, все эти бесчисленные галактики с их триллионами звёзд, вся пыль, весь водород, все чёрные дыры, которые мы способны наблюдать, - всё это составляет лишь жалкие пять процентов содержимого Вселенной. Остальные девяносто пять процентов приходятся на две загадочные сущности, которые мы называем тёмной материей и тёмной энергией, и о которых, положа руку на сердце, мы до сих пор знаем до обидного мало. Мы знаем, что они есть, мы довольно точно знаем, сколько их, мы знаем, как они влияют на космос, но мы не знаем, что они такое. И, пожалуй, в этом кроется одна из величайших интриг современной науки - жить во Вселенной, которая на девяносто пять процентов состоит из чего-то невидимого и непостижимого, но при этом определяющего её судьбу.
Начнём с тёмной материи, потому что её история началась раньше и, возможно, чуть менее головокружительна. В 1933 году швейцарско-американский астрофизик Фриц Цвикки изучал скопление галактик в созвездии Волосы Вероники и заметил нечто странное. Он измерил скорости, с которыми галактики движутся внутри скопления, и обнаружил, что эти скорости слишком велики. Настолько велики, что гравитации видимой материи, всех этих галактик вместе взятых, просто не хватило бы, чтобы удержать их вместе. Скопление должно было разлететься за миллиарды лет, но оно, как ни в чём не бывало, держалось. Цвикки сделал вывод, что в скоплении есть какая-то невидимая масса, которая своим тяготением скрепляет галактики. Он назвал её «тёмной материей» - по-немецки dunkle Materie - и, надо сказать, научное сообщество отнеслось к этому с изрядной долей скепсиса. Мало ли что там померещилось этому эксцентричному швейцарцу. Идея пролежала на полке почти сорок лет, пока за дело не взялась американский астроном Вера Рубин. В 1970-х она вместе с коллегами изучала вращение спиральных галактик, и обнаружила, что звёзды на периферии галактик движутся с такими скоростями, которые совершенно не соответствуют законам Ньютона, если учитывать только видимую массу. Если бы галактики состояли только из светящегося вещества, их внешние части должны были бы вращаться медленнее внутренних, как планеты в Солнечной системе, где скорости падают с удалением от Солнца. Но нет, кривые вращения оставались плоскими: внешние звёзды мчались по своим орбитам так же быстро, как и внутренние, а иногда и быстрее. Это означало, что вокруг каждой галактики есть массивное невидимое гало, простирающееся далеко за пределы видимого диска. И это гало должно содержать раз в пять-десять больше массы, чем сама галактика. Вот так тёмная материя из экзотической гипотезы превратилась в центральную проблему астрофизики.
С тех пор накопилось огромное количество независимых свидетельств существования тёмной материи, и они не сводятся только к вращению галактик. Один из самых красивых аргументов даёт эффект гравитационного линзирования. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, массивные объекты искривляют пространство-время вокруг себя, и свет, проходящий мимо, отклоняется, как если бы он проходил через гигантскую линзу. Наблюдая далёкие галактики и скопления, астрономы видят, как изображения ещё более далёких объектов искажаются, растягиваются в дуги, а иногда и удваиваются. По степени этого искажения можно вычислить массу линзирующего объекта, и всякий раз оказывается, что видимой массы катастрофически не хватает. Невидимая материя есть, и её много. Но, пожалуй, самое драматичное свидетельство дало знаменитое столкновение скоплений галактик, известное как «Пуля» (Bullet Cluster). В этом объекте два скопления недавно прошли друг сквозь друга, и их горячий газ, составляющий большую часть барионной массы, столкнулся и затормозил, а вот тёмная материя, которая почти не взаимодействует ни с чем, кроме гравитации, пролетела насквозь беспрепятственно. И когда учёные построили карту массы по гравитационному линзированию, оказалось, что центры массы не совпадают с центрами видимого газа, а разнесены в стороны. Это выглядит как два призрачных облака, прошедших сквозь друг друга, оставив после себя раскалённый газ, который светится в рентгене. Такая картина практически необъяснима, если пытаться модифицировать закон тяготения, но совершенно естественна, если тёмная материя реальна и состоит из частиц, которые не сталкиваются.
Космология добавляет ещё один мощный аргумент. Изучая реликтовое излучение - свет, оставшийся от Большого взрыва, - мы видим крошечные неоднородности температуры, которые отражают флуктуации плотности в ранней Вселенной. Из этих флуктуаций выросли галактики и скопления. Математический анализ этих неоднородностей, выполненный по данным спутников WMAP и Planck, показывает, что для того, чтобы за время существования Вселенной эти флуктуации успели вырасти в ту крупномасштабную структуру, которую мы наблюдаем сегодня, во Вселенной должно быть примерно в пять раз больше материи, чем мы видим в виде барионов. И эта материя должна быть небарионной, то есть не состоять из протонов и нейтронов, потому что точное соотношение лёгких элементов, водорода, гелия и лития, рождённых в первые минуты после Большого взрыва, жёстко ограничивает количество барионной материи. Её просто не может быть больше примерно пяти процентов. А раз так, то тёмная материя - это нечто иное, новый тип частиц, которые не участвуют ни в электромагнитных, ни в сильных взаимодействиях, а только в гравитационных и, возможно, слабых.
Что же это за частицы? Вот тут начинается настоящее детективное расследование, которое тянется уже несколько десятилетий и пока не привело к разгадке. Самый популярный класс кандидатов - так называемые WIMP'ы, слабо взаимодействующие массивные частицы. Их существование предсказывается некоторыми расширениями Стандартной модели физики частиц, например, суперсимметрией. WIMP'ы должны были рождаться в изобилии в ранней горячей Вселенной и естественным образом давать нужное количество тёмной материи, что называется «чудом WIMP'ов». На протяжении многих лет физики строили детекторы глубоко под землёй, надеясь уловить редкие столкновения этих частиц с атомами, но пока все поиски дали отрицательный результат. Другой популярный кандидат - аксионы, сверхлёгкие частицы, введённые для решения проблемы CP-нарушения в квантовой хромодинамике. Аксионы могли бы образовывать конденсат, ведущий себя как классическое поле, и их пытаются искать, преобразуя в фотоны в сильных магнитных полях. Есть и более экзотические варианты: стерильные нейтрино, которые, в отличие от обычных нейтрино, вообще не участвуют в слабых взаимодействиях, но имеют массу; первичные чёрные дыры, образовавшиеся в первые мгновения после Большого взрыва и не испарившиеся до сих пор; даже гипотетические частицы из скрытых секторов, взаимодействующие с нашей материей через какой-то новый тип сил. Честно говоря, список кандидатов напоминает меню в ресторане высокой кухни: звучит аппетитно, но до сих пор ни одно блюдо не принесли.
Кстати. Есть люди, которые считают, что никакой тёмной материи нет, а все эти аномалии объясняются тем, что на больших масштабах закон тяготения работает не так, как мы привыкли. Самая известная такая попытка - модифицированная ньютоновская динамика, сокращённо MOND, предложенная израильским физиком Мордехаем Милгромом в 1983 году. Идея проста и элегантна: при очень малых ускорениях, характерных для внешних областей галактик, гравитация начинает убывать не как обратный квадрат расстояния, а медленнее. Это позволяет объяснить плоские кривые вращения, не прибегая к невидимой массе. MOND неплохо работает для многих галактик, но сталкивается с серьёзными проблемами при объяснении других наблюдений, особенно на масштабах скоплений галактик и в столкновении скоплений вроде Bullet Cluster, где тёмная материя как бы отделяется от газа. Кроме того, MOND - это феноменологическая теория, не имеющая надёжного релятивистского обобщения, хотя попытки строить такие обобщения предпринимались, например, теория TeVeS. На сегодняшний день большинство астрофизиков считают MOND интересной, но вряд ли правильной альтернативой, и предпочитают гипотезу частиц тёмной материи, которая лучше согласуется со всей совокупностью данных. Но важно подчеркнуть: пока мы не поймали частицу тёмной материи напрямую, возможность того, что мы чего-то фундаментально не понимаем в гравитации, остаётся открытой. Такие сомнения полезны, они держат науку в тонусе.
Теперь перейдём к тёмной энергии, история которой ещё более недавняя и ещё более ошеломляющая. В 1998 году две независимые группы астрономов, работавшие с далёкими сверхновыми типа Ia, опубликовали результаты, которые перевернули космологию. Сверхновые типа Ia - это термоядерные взрывы белых карликов, которые имеют почти одинаковую максимальную светимость, что делает их «стандартными свечами»: зная их истинную яркость и сравнивая с видимой, можно определять расстояние до них. Учёные измеряли зависимость красного смещения от расстояния для далёких сверхновых, чтобы проверить, как расширение Вселенной менялось со временем. Все ожидали, что из-за гравитации расширение должно замедляться, но данные показали обратное: расширение Вселенной ускоряется. Галактики разлетаются всё быстрее и быстрее. Это было настолько неожиданно, что сами исследователи сначала не поверили, искали ошибки, но всё сошлось. За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс получили Нобелевскую премию по физике в 2011 году.
Ускоренное расширение означает, что в космосе действует какая-то сила или энергия, которая расталкивает пространство. Её назвали тёмной энергией. В отличие от тёмной материи, которая гравитирует и стягивает, тёмная энергия обладает отрицательным давлением и вызывает антигравитацию. Простейшее объяснение тёмной энергии - космологическая постоянная Λ (лямбда), которую Альберт Эйнштейн ввёл в свои уравнения общей теории относительности в 1917 году, чтобы получить статическую Вселенную, а после открытия расширения назвал своей «величайшей ошибкой». Однако в свете новых данных космологическая постоянная вернулась, но уже в иной роли. Она представляет собой энергию вакуума, постоянную плотность энергии, присущую самому пространству. Если она положительна, то создаёт отрицательное давление, которое приводит к ускоренному расширению. И вот здесь возникает одна из самых дьявольских проблем во всей физике: если попытаться вычислить энергию вакуума из квантовой теории поля, суммируя вклады всех возможных колебаний всех квантовых полей, получится чудовищное число, которое на 120 порядков превышает наблюдаемое значение. Это расхождение назвали «вакуумной катастрофой», и оно остаётся нерешённым. Некоторые физики полагают, что в ранней Вселенной какие-то механизмы компенсировали эту энергию почти точно до нуля, но это всё равно оставляет загадку, почему остаток так мал, но не равен нулю.
Помимо космологической постоянной, существуют и более динамичные варианты тёмной энергии, объединяемые под общим названием «квинтэссенция». Это может быть скалярное поле, медленно меняющееся во времени, похожее на поле инфлатона, которое, как считается, вызвало экспоненциальное расширение Вселенной в первые мгновения её существования. В отличие от космологической постоянной, плотность энергии квинтэссенции может меняться со временем, что даёт надежду на объяснение некоторых тонких расхождений в наблюдениях, например, недавних измерений, показывающих, что скорость расширения Вселенной, измеренная по сверхновым, несколько отличается от значения, предсказанного из реликтового излучения. Это так называемое «напряжение Хаббла» - ещё одна интригующая трещинка в стандартной космологической модели ΛCDM, которая пока не объяснена. Возможно, тёмная энергия чуть сложнее, чем просто константа, но пока данные недостаточно точны, чтобы утверждать это. Есть и совсем смелые идеи, например, фантомная энергия с уравнением состояния w < -1, которая в будущем может привести к «Большому разрыву», когда расширение станет настолько сильным, что разорвёт галактики, звёзды, атомы и, в конце концов, само пространство. К счастью, пока это чистая спекуляция, хотя и красивая в своей апокалиптичности.
Современные космологические наблюдения, главным образом данные спутника Planck по реликтовому излучению, барионные акустические осцилляции, измеренные по распределению галактик, и те же сверхновые, дают согласованную картину: примерно 68,3% всей энергии Вселенной составляет тёмная энергия, 26,8% - тёмная материя, и лишь 4,9% - обычное барионное вещество, то, из чего сделаны мы, планеты, звёзды и всё, что мы видим в телескопы. И вот это поразительное соотношение наводит на философские размышления. Получается, что всё, что человечество изучало на протяжении тысячелетий - от огня и камня до квантовой механики и генетики - касается лишь пяти процентов реальности. Остальные девяносто пять процентов мы обнаружили совсем недавно и до сих пор не понимаем, что они такое. Тёмная материя правит гравитацией в галактиках и скоплениях, удерживая их от распада, а тёмная энергия управляет судьбой всей Вселенной, заставляя её расширяться всё быстрее. Эти два «тёмных» компонента, возможно, связаны лишь тем, что мы одинаково плохо их понимаем, но вместе они формируют космический ландшафт, в котором мы существуем.
Стоит сказать пару слов о том, как современная наука пытается пролить свет на эти тёмные сущности. Для поиска тёмной материи строятся всё более чувствительные детекторы, такие как XENONnT в Италии, LZ в США, PandaX в Китае, которые пытаются уловить редкие отклики от столкновений WIMP'ов с ядрами ксенона или аргона. Ищут аксионы с помощью установок типа ADMX, которые пытаются превратить их в микроволновые фотоны в сильном магнитном поле. Большой адронный коллайдер продолжает искать следы новых частиц, которые могли бы быть связаны с тёмным сектором. Параллельно астрономы всё более подробно картографируют распределение тёмной материи с помощью слабого гравитационного линзирования в проектах вроде Euclid и будущих обзоров, надеясь по мелким деталям её структуры понять, из чего она состоит. Для тёмной энергии ключевые проекты включают тот же Euclid, телескопы DESI, который измеряет барионные акустические осцилляции, и будущие миссии, такие как Nancy Grace Roman Space Telescope, которые попытаются с высокой точностью измерить уравнение состояния тёмной энергии и выяснить, менялось ли оно со временем. Возможно, в ближайшие десятилетия нас ждут сюрпризы, которые снова перевернут наше представление о Вселенной.
Продолжение следует.
ОТКРЫТ НАБОР НА КУРС "СЦЕНАРИЙ ТЕЛЕСЕРИАЛА"
(ссылка в профиле).
СЛЕДУЙТЕ ЗА БЕЛЫМ КРОЛИКОМ!

Схожие новости

#	Наименование новости	Тональность	Информативность	Дата публикации
1	Звёзды, туманности и мы сами занимаем в мире всего пять ...	-1	7.15	14-08-2026
2	⚫️ ТЁМНАЯ материя: загадка Вселенной Тёмная материя — одна из ...	0	7	15-07-2026
3	Главные загадки нашей вселенной. Тёмная материя — призрак космоса. Представьте: ...	0	6.53	13-08-2026
4	ТЁМНАЯ МАТ(Ь)-ЕРИЯ. ТЁМНАЯ ЭНЕРГИЯ ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ=ВЕЛИКИЙ ИСТОЧНИК=МЕРЦАЮЩИЙ ДУХ=Я ГОСПОДЬ БОГ ...	-10	1	09-07-2026
5	✨О ТЕМНОЙ МАТЕРИИ ПО СУТИ И СОЦ.ИНФОРМАЦИЯ ✅Темная материя в ...	0	4.58	28-07-2026
6	1. Открытие Веры Рубин и парадокс «Невидимого каркаса». Астрофизический факт: ...	0	7.78	24-07-2026
7	Конец стандартной Вселенной: почему космологи снова спорят о природе темной энергии	0	8.91	02-08-2026
8	Тайна тёмной материи: почему её нельзя увидеть?	0	7	11-04-2025
9	Иногда в науке появляется странная ситуация. Наблюдения не сходятся с ...	0	9.18	25-07-2026

Классификация: . Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 9. Тональность: 0. Информативность: 5.34. Источник: vk.com.