Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Темная энергия и темная материя во Вселенной


Ирина Лагунина: С тридцатых годов XX века физики предполагали, что кроме видимого вещества, составляющего галактики, звезды и планеты, существует еще неизвестная материя, которая очень сильно влияет на развитие Вселенной. Несколько лет назад ученые объявили, что существование этой материи практически доказано. О роли темной энергии и темной материи во вселенной рассказывает доктор физико-математических наук, профессор Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, Вячеслав Муханов. Вопросы ему задает Александр Костинский.



Вячеслав Муханов: Мы обычно состоим из барионов, протонов, нейтронов и других химических элементов, звезды тоже состоят из обычного вещества. Но было найдено, что обычное вещество составляет только 5% полной энергии или полного объема количества материи во Вселенной. Первые указания на существование темной материи были получены из Суперновой, 99-й 98-й год. И если бы в принципе были бы только эти наблюдения и измерения, я не уверен, что я на сто процентов верил бы в существование этой темной энергии. Есть нечто темное во Вселенной, 95% всего во Вселенной - это нечто темное, чего мы еще не видели. Из этих 95% темного есть как минимум две темные не силы, а две темные компоненты. Одна из них то, что называется темная материя, а другая называется темная энергия. Чем отличается темная материя от темной энергии? Темная материя – это что-то, что может образовывать скопления, и она в принципе сначала организует такие огромные гравитационные ямы, в которые проваливается барионное вещество, потом оно начинает светиться, и мы видим галактики. А это всего 25% вещества, полного вещества во Вселенной, а еще 70% - это то, что называют темная энергия. Эта темная энергия однородно распределена во всей Вселенной. У нее плотность не варьируется из одного места в другое. Мало того, эта темная энергия, она не ведет к обычной гравитации, она ведет к антигравитации, то, что было на ранней стадии. И то, что мы сейчас видим – это начало второй стадии инфляции. Если первая стадия инфляции, когда гравитация действовала как антигравитация, вещь понятная, то почему сейчас начинается вторая стадия инфляции - это вещь абсолютно мистическая. И происхождение этой темной энергии достаточно непонятно.



Александр Костинский: Я просто хочу сказать, что не так давно было открыто, что Вселенная наша не просто расширяется, а расширяется с ускорением, как будто ее кто-то расталкивает. Что очень странно, потому что в большом масштабе действуют только силы гравитации.



Вячеслав Муханов: И сейчас то, что есть, это все относится к масштабам, которые миллиарды световых лет.



Александр Костинский: Итак, известно, что Вселенная стала расширяться с ускорением.



Вячеслав Муханов: Но самая потрясающая вещь, что открытие темной энергии тоже подтвердило существование стадии ускоренного расширения в прошлом. Если мы предположим, что была стадия ускоренного расширения в прошлом, то количество энергии, полное количество энергии сегодня фиксировано. И скажем, в течение длительного времени люди, когда не знали о существовании темной энергии, они ставили под сомнение стадию существования ускоренного расширения в прошлом, потому что количества энергии не хватало. И когда эта темная энергия была открыта, все пришло в полное соответствие с тем, что было предсказано. Мы видели 5% барионов, люди всегда с 30 годов подразумевали, что есть какая-то темная материя. Потому что, чтобы объяснить скопления, это нужно было сделать. Значит эта темная материя, как люди думали вначале, может быть мелкие звезды, какие-то барионы. Но сейчас стало ясно, что та темная материя, не путайте с энергией, та темная материя, которая есть, не может быть барионами. Это стало ясно опять же из наблюдения этой точной картины флуктуации реликтового излучения, точной фотографии Вселенной. Сто тысяч лет, даже не знаю, стара или молода, для Вселенной молода. И в принципе из этой полной картины и плюс еще по количеству из разных легких элементов, гелия, дейтерия во Вселенной, которое было тоже измерено, мы знаем, что барионов много быть не может, что барионов не более, чем 5%. Поэтому оставшаяся темная материя должна образовывать неоднородности, в которые падают барионы, но она не может барионами. И скорее всего это тяжелые элементарные частицы, которые еще не видели. Делаются невероятные усилия для того, чтобы открыть эти частицы. Более того, я думаю, что в течение ближайших десяти лет с помощью ускорителя, потом есть много других экспериментов, эти частицы будут открыты и идентифицированы. Так же сейчас будут планироваться эксперименты, в январе запускается эксперимент. Но это 25% вещества. Плюс остается 70% вещества с загадочным отрицательным эффективным давлением, которое дает антигравитацию. О его происхождении и о том, чем это обусловлено, мы имеем гораздо меньше сегодня представлений, чем о темной материи, про которую мы что-то можем предполагать. Это то, что можно называть космологической постоянной. Может быть ответственен за эту темную энергию, которую Эйнштейн ввел в 1916 году и про которую он сказал, что это была величайшая ошибка в моей жизни. И это то, что называется вакуум. Вакуум тоже может иметь энергию. Вот эта однородная энергия, в принципе она взаимодействует с нами только гравитационно, мы видим эту энергию по этому разбеганию галактик, которые ускоряются или эффективно расталкиваются этой энергией. И расталкиваются так, что они со временем набирают большие и большие скорости. Как я сказал, что при расширении гравитация пытается затормозить расширяющийся шар, а эта энергия наоборот старается его ускорить. То есть на шар действуют какие-то силы, которые увеличивают скорость частиц и расталкивают вещество в нем, причем скорость его расширения увеличивается и увеличивается.



Александр Костинский: Когда рассматривали решение Фридмана, рассматривали будущее Вселенной, то было три сценарий. Первый сценарий – это сценарий печки, что Вселенная расширяется, но ее масса большая, но она остановится в расширении и стянется в точку и все опять будет горячим. Второй сценарий был: все уравновешено, будет расширяться, но выйдет на какой-то стационар. И третий сценарий был, что все будет бесконечно расширяться. Судя по тому, что вы говорите, новые результаты о том, что Вселенная будет бесконечно расширяться.



Вячеслав Муханов: Бесконечно расширяться и выйдет на стационар. Она фактически вышла на стационар. Одна из трех моделей Фридмана, та модель, которая самая простая и которую он пропустил в своем математическом рассмотрении. Она фактически была предсказана инфляцией и подтверждена. Но она подтверждена только внутри наблюдаемого куска Вселенной, то, что мы видим. Поскольку Вселенная существовала 13 миллиардов лет, мы можем жить в огромной Вселенной, но мы не видим все, мы видим только расстояния, которые свет может пройти за это время, а Вселенная может быть гораздо дальше. И согласно современным представлениям, лучше сказать, продления, логического продолжения того, что мы сейчас видим, Вселенная в огромных масштабах должна стать опять сильно неоднородной и это расширение должно продолжаться где-то вечно и где-то есть области, где происходит инфляция, которая рождает новую жизнь и так далее. Но это уже метафизическое. Это можно проверить, если бы мы жили, скажем, миллиард миллиардов лет. В противном случае непосредственных экспериментальных проверок того, что происходит очень далеко от нас, невозможно. Это логика, но это еще не факт. Факт - это то, что мы видим сегодня. Понимаете, космология в течение длительного времени была что-то вроде археологии. Это та наука, когда на основе того, что мы имеем сейчас, пытаемся восстановить прошлое. Значит это восстановление неоднозначно, тем более используя скудные достаточно наблюдательные данные. Это не эксперимент, потому что мы не можем создать еще одну Вселенную и посмотреть. Поэтому люди, которые занимались физикой элементарных частиц, все это серьезно не рассматривали, это считалось областью спекуляций. За последние 25 лет произошел колоссальный прогресс, когда космология превратилась в экспериментальную науку. Превратилась в науку, когда на основе простых идей о прошлом Вселенной стало возможным сделать предсказания о том, что мы сегодня можем увидеть в суперточных экспериментах по измерению флуктуации реликтового излучения. И самая потрясающая вещь заключается в том, что наши подозрения о том, что произошло в прошлом, что было ответственно за Большой взрыв, подтверждаются сегодня невероятным образом. Это кажется фантастикой.



Александр Костинский: Это кажется фантастикой, и это позволяет от археологии к футурологии перейти. Если бы мы могли заглянуть за горизонт света, который до нас доходит, чего мы не можем сделать, то оказалось бы, что Вселенная сильно неоднородна.


XS
SM
MD
LG