НАУКА

С Костей

Наука

Моя первая статья в редакции получила тему «Наука». Честно говоря, для меня эта рубрика была крайне неожиданной. Мне, человеку, который совершенно ничего не понимает в этой теме, на удивление, есть о чём написать.
Сегодня речь пойдёт о физике. Почему большая часть материи во Вселенной остаётся невидимой? Что смогло изменить наши представления о физике? Что же находится за ночным небом? Сейчас я буду объяснять очень сложные вещи простым языком. Также хочу сказать, что не буду использовать ни одной формулы в этой статье. Ответ на эти вопросы стоил физикам многих лет работы, а я попытаюсь собрать их выводы и размышления в одно целое.

Тёмная материя
Начнём по порядку. В 1933 году Фриц Цвикки — астроном и астрофизик — изучал скопление галактик.
Он использовал два независимых друг от друга метода:
Первый: подсчёт галактик и оценка их массы по яркости.
Второй: измерение скоростей галактик в скоплении. Чем больше масса галактик, тем больше гравитации нужно, чтобы держать их вместе, а значит, и скорости будут отличаться.

Результаты подсчётов двумя способами не совпали. Чудовищно не совпали. Масса, полученная вторым способом, оказалась в сотни раз больше массы, рассчитанной первым способом, то есть по видимым галактикам. Что же создаёт такой перевес? Вещество, которое обладает массой и создаёт гравитационное влияние, но не испускает, не поглощает и не отражает свет.
Учёный назвал его «тёмная материя». Спустя 90 лет мы всё ещё не знаем, что это такое. Ошибка наблюдений? Может быть, ошибка теории? Вовсе нет. Есть несколько способов доказать существование этой материи. Все эти способы включают в себя огромное количество доказательств, кучу формул, которые я обещал вам не показывать, поэтому прошу поверить мне на слово. Сразу несколько независимых наблюдений указывают на одно и то же: тёмная материя есть. Газ, тусклые звёзды, стандартные объяснения не работают. Это самая необычная загадка для физиков, ведь данные есть, а ответа нет.
Учёные высчитали, что на тёмную материю приходится около 27 процентов состава Вселенной. 27 процентов по меркам Вселенной — это очень много. Ещё более 68 процентов занимает тёмная энергия, и всего несколько процентов — это планеты, звёзды и всё, что мы можем видеть.

Но почему же мы не можем видеть тёмную материю? И почему тёмная энергия проявляется не в повседневной жизни, а в масштабах всей Вселенной?
Тёмная материя не испускает, не поглощает и не отражает электромагнитное излучение, включая свет. Это делает её невидимой для традиционных методов наблюдения, таких как световые телескопы. Поскольку она не взаимодействует с фотонами, её нельзя увидеть с помощью оптических приборов. Поэтому значительная часть массы галактик остаётся невидимой: она не светится, хотя влияет на движение звёзд и галактик.

Несмотря на наше незнание природы тёмной материи, мы видим с помощью наших приборов, подсчётов и измерений, как она работает, как она влияет на поведение звёзд и туманностей. Тёмная материя может беспрепятственно проходить через нашу планету и нас самих, но мы это никак не ощущаем. Если очень просто объяснить поведение тёмной материи, то нужно представить, например, подушку, которая падает на пол. Когда подушка упала, электроны подушки отталкиваются от электронов пола. Таким же образом кружка не проходит сквозь стол, рука — сквозь стену. Частицы тёмной материи ведут себя ровно наоборот. Они проходят сквозь любые поверхности и через нас самих. Учёные предполагают, что эти частицы не участвуют в электромагнитном и сильном взаимодействиях, а если и взаимодействуют с обычным веществом, то крайне слабо. Поэтому они могут проходить сквозь атомы почти так же, как призраки в мультиках проходят сквозь стены. Они способны пролетать сквозь звёзды и галактики.
Пока тёмную материю надёжно обнаруживают именно по её гравитационному влиянию. Но не волнуйтесь: даже при своей огромной общей массе она никого не сплющит. Плотность тёмной материи очень маленькая: например, если использовать оценки средней плотности тёмной материи в окрестностях Солнечной системы, то в объёме, равном объёму Земли, её было бы всего порядка нескольких сотен граммов. Эти частицы не могут склеиваться в атомы и молекулы, а тем более в звёзды и планеты, поэтому тёмная материя не образует привычные нам небесные тела, а распределяется вокруг галактик в виде протяжённых гало.
Тёмная материя кажется тихоней лишь до того момента, пока речь не заходит о цифрах. Суммарная масса тёмной материи гораздо больше, чем масса обычной материи. Например, в нашей Галактике, по оценкам, около 90 процентов массы может приходиться на тёмную материю. Узнав это, картину мира пришлось изменить. Получается, что тёмная материя действительно задаёт многие правила игры. Из-за её огромной массы возникает гравитация, которая притягивает обычную материю, а та, в свою очередь, формирует галактики, планеты и, конечно, нас, людей.
Это открытие изменило многое. Нам известны частицы Стандартной модели, но ни одна из них не подходит на роль основной частицы тёмной материи. Скорее всего, для объяснения тёмной материи потребуется физика за пределами Стандартной модели. Но это не то же самое, что приписать новый элемент в таблицу Менделеева. В этом случае придётся переосмыслять наши представления о квантовой физике и гравитации.
Сейчас таблица частиц выглядит так. Если догадки о природе тёмной материи верны, то в будущем учёным придётся много работать над пониманием квантовой физики и влияния гравитации.
Эта тема очень сложная для понимания. Спустя целый век сильнейшие умы планеты не смогли дать чёткого определения тёмной материи. Мне было очень интересно подумать над тем, что так далеко от обычной жизни, но при этом так близко.
Благодарю за внимание!