Если бы Вы заснули на 500 лет… (отвечает Кирилл Половников)

Есть такая байка. Однажды у знаменитого математика Давида Гильберта поинтересовались: «Представьте, что вы заснули на 500 лет, а потом проснулись. О чем бы вы спросили в первую очередь после своего пробуждения?» Гильберт ответил: «Я бы спросил, доказана ли гипотеза Римана». А о чём бы спросили вы как физик и почему?

Отвечает кандидат физико-математических наук, популяризатор науки, стипендиат фонда «Династия» Кирилл Половников

Я бы спросил, разгадана ли тайна тёмной материи и тёмной энергии. На сегодняшний день это два самых больших и тёмных (или белых – кому как больше нравится) пятна в нашей картине мира, в наших представлениях о том, как устроена Вселенная и из чего она состоит.

В ХХ веке физики и космологи выяснили, что обычное вещество, которое нас окружает, из которого все мы состоим и которое так детально было изучено и описано, составляет не более 5% от всей материи Вселенной. Оставшиеся 95% приходятся на тёмную материю (примерно 25%) и тёмную энергию (около 70%). И до сих пор никто не понимает, что это за таинственные субстанции и какова их природа. Известны лишь некоторые их свойства.

Так тёмная материя очень похожа на обычное вещество, она участвует в гравитационных взаимодействиях, то есть под действием сил гравитации может собираться в сгустки, образуя целые галактики или даже их скопления. Астрофизики полагают, что без участия тёмной материи было бы невозможно формирование таких сложных структур. На существование тёмной материи указывают множество наблюдений: от измерения гравитационного поля в скоплениях галактик (так называемого гравитационного линзирования) до измерения скоростей вращения звезд вокруг центров галактик.

Скопление Пуля (снимок телескопов Хаббл + Чандра). Полное распределение массы, полученной из обработки сильного и слабого гравитационного линзирования, показано синим, а рентгеновское излучение горячего газа показано красным

Однако тёмную материю невозможно наблюдать напрямую, поскольку она не участвует в электро-магнитных взаимодействиях и не испускает электромагнитного излучения (именно поэтому её и назвали тёмной). Наиболее реалистичная модель тёмной материи – это новый тип частиц, которые физики еще не смогли пронаблюдать или получить на ускорителях. Сейчас теоретики строят гипотезы о возможных свойствах этих частиц, а экспериментаторы ведут поиски, ориентируясь на предложенные модели. Но до сих пор эта работа не привела к желаемому результату и частицы тёмной материи остаются неуловимыми.

А вот тёмная энергия – значительно более странная и непонятная субстанция. Ее пришлось ввести в физику, чтобы объяснить наблюдаемое ускорение в расширении Вселенной (со временем скорость расширения Вселенной увеличивается). При этом, в отличие от тёмной материи, тёмная энергия как бы «размазана» ровным слоем по всей Вселенной. Более того, тёмная энергия создает «антигравитацию», то есть вместо гравитационного притяжения, которое стремится «сжать» Вселенную, тёмная энергия ее «расталкивает», причём настолько сильно, что расширение происходит увеличивающимися темпами.

На объяснение природы тёмной энергии сейчас претендуют три основные гипотезы: космологическая константа (или энергия вакуума), новое сверхслабое поле (называемое «квинтэссенция») и модифицированная гравитация (предположение о том, что законы гравитации меняются на больших расстояниях). Однако на современном уровне развития техники проверить, какая из гипотез верна, не представляется возможным. Или мы просто еще не догадались, как это можно сделать.

Надеюсь, что разгадка природы тёмной материи и тёмной энергии произойдет быстрее, чем через 500 лет, и перед учеными откроются новые, еще более сложные и интересные вопросы.

Записаться на курс https://tsentr-arhe-v-sankt-peter.timepad.ru/event/916591/