Знание-сила, 2002 №6 (900)

За видимым разнообразием скрывался конгломерат электронов, нейтронов, протонов и других знакомых частиц. Позднее расчеты космологов показали, что это не так. «Большая часть мироздания состоит из материи не известного нам происхождения – темной материи» – таково было общее мнение. Но и оно было перечеркнуто. Сейчас мы лучше понимаем, из чего состоит космос. Этому «из чего» и посвящен наш рассказ.

Шапка-невидимка для целой Вселенной

Год назад в Балтиморе, в стенах Университета Джона Хопкинса прошла знаменательная конференция. Девиз ее звучал так: «Темная Вселенная: материя, энергия и гравитаиия». Словно Палата мер и весов заседала здесь! Ученые пересчитывали содержимое Вселенной, вели ее опись, полагаясь на открытия последних лет.

Для участников форума все мироздание будто составилось из черных и белых шаров. Белые шары – видимые части Вселенной, а именно галактики, звезды, планеты – клали в одну корзину; черные шары – в другую. Эти шары были «непонятно чем» – «белыми пятнами» на карте мироздания. Их становилось все больше. Они уже непрерывно сыпались в корзину, тогда как белые пополняли ее тонкой струйкой. Черных шаров было так много, что они забаллотировали все прежние теории космологов. Под их тяжестью картина мира проваливалась, рушилась в тьму. Разводья темной краски захлестнули мир.

Можно подобрать и другое сравнение. Море огромное, как космос. Фигурки на волнах. Катера, яхты… Из окна гостиницы ты глядишь в бинокль, открывая одно «морское тело» за другим. Они словно парят в пространстве. Темная материя воды окружает их, удерживает в равновесии. Если упразднить эту непонятную стихию, то и пловцы, и лодки, и корабли вмиг провалятся, упадут на десятки и сотни метров вниз. Космос моря сожмется. Именно такой странно сжавшейся уже давно предстала перед учеными Вселенная, если оставить в ней только зримое: любые небесные тела.

За последние годы мы свыклись с мыслью о том, что видимая материя составляет меньшую часть Вселенной. Какими бы громадными ни казались нам звезды и галактики, они – песчинки, брошенные в океан тьмы. И облик этого океана стал проясняться только теперь. По последним данным, Вселенная лишь на четыре процента состоит из видимой нам материи – из барионных частиц.

Все остальное – невидимый и неведомый мир, сказочное «то, не знаю что». Оно не искажает свет и не улавливает потоки частиц, не излучает электромагнитные волны и не отражает их. Безмерная шапка-невидимка накинута на весь окружающий космос, и лишь россыпь звезд, разбросанных вокруг этого таинственного Нечто, выдает его очертания. Мы ощущаем неимоверную тяжесть, исходящую от него. Это Нечто «все важнее для астрономов», заявил американский астрофизик Марио Ливио, руководивший конференцией в Балтиморе.

Это Нечто разрослось на наших глазах. Первые сомнения в том, что все видимое нами и есть космический мир, зародились, когда ученые измерили скорость вращения спиральных галактик. По законам Кеплера, их центральная часть должна была вращаться быстрее периферийной. Это не подтвердилось. Очевидно, галактики были окружены массивными, но невидимыми скоплениями материи.

В восьмидесятые годы во Вселенной были обнаружены обширные скопления галактик. Они тоже не вписывались в привычную теорию. Так, в 1989 году на небе Северного полушария была открыта так называемая Великая стена-скопление галактик размерами 500 х 200 х 15 миллионов световых лет. Она напоминала полосу пены, взбитую на небосводе, и содержала тысячи галактик. Подобные структуры могли возникнуть вскоре после Большого Взрыва лишь потому, что в космосе гораздо больше материи, чем можем заметить мы. Иначе бы их не было и по сей день!

Было время, когда ученые говорили, что «во Вселенной есть невидимое вещество», «немалая часть Вселенной сложена из неизвестной для нас материи», «большая ее часть», «90 процентов»… И вот – последний вывод: % процентов! Читатель, подобно автору, живущий в стандартной двухкомнатной квартире, легко поймет астрономов, если представит себе, что все в его обители вдруг растворилось в воздухе, и лишь какой-то клочок, к примеру любимый «обломовский» диван, он еще может разглядеть.

Мир распался. Теперь его составляли отдельные «чистые сущности» – стихии, не соединяемые друг с другом.

Новая дружба Нестиды и Зевса

Современные космологи, подобно античным философам, разделяют мир на несколько разных стихий.

«Мнения его были таковы. Основ существует четыре – огонь, вода, земля, воздух; а также Дружба, которою они соединяются, и Вражла, которою они разъединяются. Вот его слова:

Зевс лучезарный, и Аидоней, и живящая Гера, Также слезами текущая в смертных потоках Нестида.., где Зевсом он называет огонь, Герой – землю, Аидонеем – воздух и Нестидою – воду. И он говорит.., что такой распорядок вечен» (пер. М. Гаспарова).

Так видел мироздание греческий философ Эмпедокл (ок. 490 – 430 годов до новой эры). Эти стихии неизменны, не создаваемы и не разрушаемы, писал он в своем трактате «О природе» (цитируется по книге Диогена Лаэртского «О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов»). Они не могут превращаться одна в другую, а могут лишь механически смешиваться друг с другом.

То, влекомое Дружеством, сходится все воедино, То ненавистной Враждой вновь гонится врозь друг от друга.

Море не превращается в пловцов, черные шары – в белые, и незримое не увидеть воочию; оно воистину недоступно зрению. Его открытие навсегда останется «на кончике пера».

Мир состоит из отдельных стихий. И нет им общей первоосновы! Нам не найти atomos – той неделимой частицы, которая слагает мир зримый и темную материю, поток света и темную энергию. Новая научная картина мира пишется словно по древнему эскизу. В ней, пусть и с поправками, проступают черты, угаданные еще Эмпедоклом. Мир составлен из отдельных стихий, неразрушаемых, но лишь смешиваемых друг с другом.

Немецкие ученые Вольфганг Пристер и Джеймс Овердуин даже соотнесли учение Эмпедокла с выводами современных космологов.

* Земля, «живящая Гера» – это барионная материя (около 4 процентов) в самых разных ее проявлениях: от случайных атомов водорода, снующих в космическом пространстве, до сверхплотных нейтронных звезд.

* Воздух, «Аидоней» – это световое излучение (0,005 процента) и «горячая темная материя» (0,3 процента), состоящая в основном или исключительно из нейтрино.

* Вода, или «текущая в смертных потоках Нестида» – это и есть пресловутая темная материя (около 30 процентов), давно занимающая умы ученых. Теперь ее называют «холодной темной материей». Очевидно, она состоит из не открытых пока элементарных частиц. Им уже подобраны звучные названия: «аксионы», «нейтралино», WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, «слабо взаимодействующие тяжелые частицы»). «Как океан объемлет шар земной», так видимый мир кругом объят темной материей. Подробнее о ее поисках смотрите статью А. Семенова «Астрофизика элементарных частиц»[ * «Знание – сила», 2001, № 4.].

* Большая же часть космоса «охвачена Огнем». Здесь царит «Зевс лучезарный». Это – мир «темной энергии» (почти 66 процентов), открытой недавно косвенным путем. Общая масса этого вида материи должна быть невероятно велика, но поскольку темная энергия разлита по всему мирозданию, ее плотность, как показывают расчеты, не превышает четырех электронвольт на кубический миллиметр. Для сравнения: масса покоя одного электрона равна 511 тысяч электронвольт.

Открытие Огня