Около 85% массы во Вселенной — это так называемая тёмная материя, таинственная материя, которую невозможно увидеть и которая оказывает огромное воздействие на космос. Что же это за вещество и как оно связано с нашим существованием?

Астрофизик Риса Векслер изучает, почему тёмная материя может быть ключом к пониманию того, как образовалась Вселенная. 

Риса Векслер создает модели вселенных. Эти цифровые вселенные созданы из разных материалов в разных пропорциях и имеют разные начала. Потом их сравнивают с нашей вселенной и так удаётся узнать из чего она состоит и как эволюционировала.

В телескопы мы можем увидеть только 15% общей массы Вселенной. Остальные 85% - это тёмная материя. Её нельзя увидеть, засечь радиоволнами и микроволнами. Но благодаря тому, что она влияет на видимые объекты, мы знаем, что она есть.

Тёмная материя окружает нас с вами прямо сейчас. Более того, частицы тёмной материи проходят сквозь наши тела. Ведь мы на Земле, которая крутится вокруг Солнца, а Солнце движется по нашей галактике со скоростью 800 тысяч километров в час.

Давайте вернёмся к моменту рождения Вселенной, всего на долю секунды после Большого взрыва. Тогда материи ещё не было. Совсем. Вселенная быстро расширялась. Благодаря квантовой механике мы знаем, что материя создаётся и разрушается постоянно, но тогда Вселенная слишком быстро расширялась - создаваемая материя не успевала разрушаться.

Спустя 400 тысяч лет после Большого взрыва Вселенная была горячей, плотной и достаточно однородной. Появились протоны, нейтроны, водород. В некоторых местах было немного больше массы и гравитация притягивала в эти области ещё больше массы.

Со временем в одном месте накапливалось достаточно всего, чтобы газ водород, который до этого был перемешан с тёмной материей, начал отделяться от неё, охлаждаться, образовывать звёзды и превращаться в маленькую галактику. Спустя многие миллиарды лет маленькие галактики сталкивались друг с другом, сливались и становились большими, такими как наша галактика Млечный Путь.

Так какова роль тёмной материи? Благодаря ей и начали образовываться звёзды. Без тёмной материи достаточной массы в одном месте не соберётся.

Риса Векслер говорит, что без тёмной материи не появилась бы наша Галактика, Солнце, не было бы нас с вами.

Итак, эта невероятная тёмная материя составляет бóльшую часть массы Вселенной, проходит сквозь нас прямо сейчас, без неё нас бы просто не было. Так что же это? Ну, мы не знаем.

Но есть некоторые эмпирические предположения. Большая часть учёных полагает, что тёмная материя — это частица, во многом похожая на известные нам элементарные частицы, такие как протоны, нейтроны и электроны. Дело в том, что гравитация действует на неё схожим образом. Однако она не излучает и не поглощает свет, а также без проблем проходит сквозь обычную материю.

Риса Векслер рассказывает, что физики и астрономы ищут тёмную материю по-разному. К примеру, с помощью приборов под землёй. Учёные ждут когда частица тёмной материи, проходящая через Землю, столкнётся с более плотной материей и оставит какой-нибудь след. Ещё мы ищем её в небе, надеясь, что частицы тёмной материи столкнутся друг с другом и создадут энергию и свет. Ну и конечно мы пытаемся создать тёмную материю в Большом адронном коллайдере в Швейцарии.

Риса Векслер участвует в проекте «Исследование тёмной энергии», в рамках которого была построена самая большая карта Вселенной. Учёные измерили позиции и формы 100 миллионов галактик, расположенных на 1/8 части неба. Так как гравитация материи достаточно сильна, чтобы искривить путь света, мы знаем, сколько существует тёмной материи, а также о том, как она меняется со временем.

Благодаря самым маленьким галактикам нашей Вселенной, мы узнали, что тёмная материя движется достаточно медленно. Если бы скорость была выше, то маленькие галактики не могли бы сформироваться. Также учёные узнали, что мало что происходит при столкновении тёмной материи с обычной материей.

Специалисты продолжают разгадывать загадки тёмной материи. И эта тайна касается нас всех. Как говорит Риса Векслер, “поиск тёмной материи может стать ключом к абсолютно новому пониманию физики и нашего места во Вселенной”.

Сенсационное заявление прозвучало на собрании Американского астрономического сообщества в Гонолулу и вызвало ожесточенную полемику в научных кругах, поскольку фактически ставит под вопрос принятую на сегодняшний день модель устройства Вселенной.

Критики работы указывают на ее возможные недостатки и напоминают о других косвенных доказательствах устоявшейся теории.

Однако, несмотря на все усилия, ученые уже 20 лет не могут объяснить природу темной энергии (или хотя бы приблизиться к такому объяснению). И сенсационная работа южнокорейских астрономов - не первая попытка опровергнуть само ее существование.

Что такое темная энергия?

В 1990-е годы астрономы обнаружили, что галактики не просто разбегаются в разные стороны, а делают это все быстрее и быстрее - то есть Вселенная расширяется с ускорением.

Это открытие сильно озадачило ученых, поскольку совершенно не укладывалось в принятую модель. Наблюдения телескопов опровергали сам принцип гравитации: ведь силы притяжения, возникающие между любыми материальными объектами, по идее должны замедлять расширение, а никак не ускорять его.

Для того чтобы как-то объяснить это противоречие, и была выдвинута гипотеза темной энергии - некой неведомой силы, которая заставляет галактики ускоряться.

Грубо говоря, ученые обнаружили в существующей теории дыру и наложили на нее заплатку: ввели в уравнение новую переменную, которая позволяла сойтись сделанным ранее расчетам.

С тех пор наблюдения астрономов принесли еще несколько не вполне объяснимых результатов, однако каждый раз их выручала все та же "математическая заплатка". С ней формулы сходились - а значит, существование загадочной энергии получало все новые косвенные подтверждения.

В 2011 году открытие ускоряющейся Вселенной было удостоено Нобелевской премии по физике, а гипотеза о темной энергии окончательно легла в основу современной космологии .

Как было сделано это открытие?

Один из способов измерить расстояние в астрономии - так называемый метод "стандартных свечей", на основе наблюдения за сверхновыми звездами определенного типа .

Когда звезда из типа белых карликов резко сжимается под действием гравитации и взрывается, этот взрыв сопровождается яркой вспышкой сверхновой. При этом, где бы ни располагалась такая звезда, ее яркость (ученые используют термин "светимость") примерно одинакова - во всяком случае так было принято считать до последнего времени.

Однако при наблюдении с Земли яркость сильно зависит от расстояния: чем ближе взорвавшаяся звезда, тем ярче вспышка. И это позволяет довольно точно рассчитать, насколько далеко произошел взрыв.

Помимо "стандартных свечей", для расчета астрономических расстояний используются и другие способы - например, уравнение Хаббла , составленное для равномерно расширяющейся Вселенной. И когда разные методы дают один и тот же результат, они как бы подтверждают друг друга.

Но в 1998 году астрономы вдруг обнаружили, что в удаленных галактиках разные способы подсчета приводят к разному результату. Расстояние, вычисленное по методу "стандартных свечей", оказывается значительно больше, чем рассчитанное ранее по методу Хаббла.

Численный анализ заставил ученых предположить, что Вселенная расширяется быстрее, чем предполагалось ранее, и расширение это происходит с ускорением.

20 лет назад эта гипотеза звучала совершенно революционно, но сегодня в научном мире это общепринятая точка зрения.

Что изменилось теперь?

Команда астрономов из Университета Ёнсе в Сеуле и Лионского университета провела наиболее точные измерения возраста большинства галактик, где наблюдались вспышки сверхновых.

Результаты исследования, на которое ушло девять лет, показали, что яркость сверхновых звезд абсолютно соотносится с возрастом родительской галактики и не требует никаких дополнительных переменных. То есть в галактиках разного возраста светимость сверхновых будет разной.

Другими словами, расхождение измерений, поставившее ученых в тупик в 1998 году, легко объясняется одной лишь эволюцией яркости звезд - и нет никаких оснований предполагать, что Вселенная расширяется с ускорением.

А значит, отпадает и необходимость объяснения этого ускорения - загадочная темная энергия оказывается просто не нужна.

"Как говорил [американский астроном] Карл Саган, экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств, а я вовсе не уверен, что у нас есть подобные экстраординарные доказательства существования темной энергии", - заявил руководитель исследования, профессор Ён Вук Ли.

"Наши результаты показывают, что сама гипотеза темной энергии на основе космологии сверхновых, удостоенная в 2011 году Нобелевской премии по физике, может базироваться на ненадежном и попросту ошибочном предположении", - утверждает он.

Ученые 20 лет искали то, чего нет?

Публикация работы южнокорейских астрономов подлила масла в огонь ожесточенной полемики, которая разгорелась в научном сообществе в последнее время.

Дело в том, что в ноябре и декабре были опубликованы сразу две работы, предлагающие альтернативные объяснения ускорению Вселенной.

В одной статье оно объясняется квантовыми свойствами материи (так называемым эффектом Казимира). В другой и вовсе делается предположение , что Вселенная на самом деле не ускоряется: противоречия в измерениях 1998 года объясняются лишь точкой, из которой ведется наблюдение.

"Важно понимать, что непосредственно ускоренное космологическое расширение наблюдать невозможно, - поясняет автор первой статьи Артем Асташенок, возглавляющий лабораторию астрофизики и космологии в Балтийском федеральном университете. - Когда астрофизики говорят об этом, то речь всегда идет об интерпретации тех или иных измерений"

Так или иначе, все три опубликованные в последние месяцы работы объединяет одно: ни одна из них не требует существования темной энергии. Той самой невидимой силы, которую физики и астрономы искали последние 20 лет. Той самой, за "открытие" которой в 2011 году вручили Нобелевскую премию. Той самой, которая лежит в основе современных представлений о Вселенной.

Возможно, сама гипотеза о ее существовании изначально была ошибкой.

Что все это значит?

Наука постоянно развивается, углубляя наши представления об окружающем мире. Но выдвигаемые теории, объясняющие тот или иной феномен, не так уж редко впоследствии оказываются неточными или даже откровенно ошибочными.

Например, сейчас любой школьник знает, что горение - это процесс взаимодействия горючего вещества с кислородом. Однако этот химический элемент был открыт только в конце XVIII века, а до этого ученые считали, что все горючие вещества наполняет таинственная огненная субстанция - флогистон , который высвобождается при горении и смешивается с воздухом.

Когда выяснилось, что при прокаливании стали масса металла не уменьшается, а наоборот увеличивается, ученые озадачились - но быстро придумали объяснение: очевидно, флогистон обладает отрицательной массой.

Даже открытый в 1774 году кислород поначалу называли "дефлогистированный воздух" - то есть воздух, который очищен от флогистона и потому лучше поддерживает горение.

И темная энергия вполне может оказаться "флогистоном XXI века" - если в итоге выяснится, что на самом деле расширение Вселенной не ускоряется.

С другой стороны, наблюдения последних 20 лет дали ученым немало результатов, косвенно свидетельствующих в пользу ускоренного расширения ( 1 , 2 ). И не очень понятно, как объяснять эти наблюдения, если отказаться от принятой теории.

"В таком важном вопросе требуется комплексный подход, поэтому рано говорить о том, что ускоренное расширение Вселенной связано просто с ошибочной интерпретацией данных наблюдений, - предупреждает Асташенок. - Но сама по себе возможность объяснить ускоренное расширение без темной энергии весьма интересна".

"Конечно, с точки зрения "бритвы Оккама", обойтись без темной энергии было бы хорошо, - резюмирует эксперт, - это избавило бы от многих проблем. Так что подождем развития дискуссии".

https://www.bbc.com/russian/features-50977275

Сенсационное заявление прозвучало на собрании Американского астрономического сообщества в Гонолулу и вызвало ожесточенную полемику в научных кругах, поскольку фактически ставит под вопрос принятую на сегодняшний день модель устройства Вселенной.

Критики работы указывают на ее возможные недостатки и напоминают о других косвенных доказательствах устоявшейся теории.

Однако, несмотря на все усилия, ученые уже 20 лет не могут объяснить природу темной энергии (или хотя бы приблизиться к такому объяснению). И сенсационная работа южнокорейских астрономов - не первая попытка опровергнуть само ее существование.

Что такое темная энергия?

В 1990-е годы астрономы обнаружили, что галактики не просто разбегаются в разные стороны, а делают это все быстрее и быстрее - то есть Вселенная расширяется с ускорением.

Это открытие сильно озадачило ученых, поскольку совершенно не укладывалось в принятую модель. Наблюдения телескопов опровергали сам принцип гравитации: ведь силы притяжения, возникающие между любыми материальными объектами, по идее должны замедлять расширение, а никак не ускорять его.

Для того чтобы как-то объяснить это противоречие, и была выдвинута гипотеза темной энергии - некой неведомой силы, которая заставляет галактики ускоряться.

Грубо говоря, ученые обнаружили в существующей теории дыру и наложили на нее заплатку: ввели в уравнение новую переменную, которая позволяла сойтись сделанным ранее расчетам.

С тех пор наблюдения астрономов принесли еще несколько не вполне объяснимых результатов, однако каждый раз их выручала все та же "математическая заплатка". С ней формулы сходились - а значит, существование загадочной энергии получало все новые косвенные подтверждения.

В 2011 году открытие ускоряющейся Вселенной было удостоено Нобелевской премии по физике, а гипотеза о темной энергии окончательно легла в основу современной космологии.

Как было сделано это открытие?

Один из способов измерить расстояние в астрономии - так называемый метод "стандартных свечей", на основе наблюдения за сверхновыми звездами определенного типа.

Когда звезда из типа белых карликов резко сжимается под действием гравитации и взрывается, этот взрыв сопровождается яркой вспышкой сверхновой. При этом, где бы ни располагалась такая звезда, ее яркость (ученые используют термин "светимость") примерно одинакова - во всяком случае так было принято считать до последнего времени.

Однако при наблюдении с Земли яркость сильно зависит от расстояния: чем ближе взорвавшаяся звезда, тем ярче вспышка. И это позволяет довольно точно рассчитать, насколько далеко произошел взрыв.

Помимо "стандартных свечей", для расчета астрономических расстояний используются и другие способы - например, уравнение Хаббла, составленное для равномерно расширяющейся Вселенной. И когда разные методы дают один и тот же результат, они как бы подтверждают друг друга.

Но в 1998 году астрономы вдруг обнаружили, что в удаленных галактиках разные способы подсчета приводят к разному результату. Расстояние, вычисленное по методу "стандартных свечей", оказывается значительно больше, чем рассчитанное ранее по методу Хаббла.

Численный анализ заставил ученых предположить, что Вселенная расширяется быстрее, чем предполагалось ранее, и расширение это происходит с ускорением.

20 лет назад эта гипотеза звучала совершенно революционно, но сегодня в научном мире это общепринятая точка зрения.

Что изменилось теперь?

Команда астрономов из Университета Ёнсе в Сеуле и Лионского университета провела наиболее точные измерения возраста большинства галактик, где наблюдались вспышки сверхновых.

Результаты исследования, на которое ушло девять лет, показали, что яркость сверхновых звезд абсолютно соотносится с возрастом родительской галактики и не требует никаких дополнительных переменных. То есть в галактиках разного возраста светимость сверхновых будет разной.

Другими словами, расхождение измерений, поставившее ученых в тупик в 1998 году, легко объясняется одной лишь эволюцией яркости звезд - и нет никаких оснований предполагать, что Вселенная расширяется с ускорением.

А значит, отпадает и необходимость объяснения этого ускорения - загадочная темная энергия оказывается просто не нужна.

"Как говорил [американский астроном] Карл Саган, экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств, а я вовсе не уверен, что у нас есть подобные экстраординарные доказательства существования темной энергии", - заявил руководитель исследования, профессор Ён Вук Ли.

"Наши результаты показывают, что сама гипотеза темной энергии на основе космологии сверхновых, удостоенная в 2011 году Нобелевской премии по физике, может базироваться на ненадежном и попросту ошибочном предположении", - утверждает он.

Ученые 20 лет искали то, чего нет?

Публикация работы южнокорейских астрономов подлила масла в огонь ожесточенной полемики, которая разгорелась в научном сообществе в последнее время.

Дело в том, что в ноябре и декабре были опубликованы сразу две работы, предлагающие альтернативные объяснения ускорению Вселенной.

В одной статье оно объясняется квантовыми свойствами материи (так называемым эффектом Казимира). В другой и вовсе делается предположение, что Вселенная на самом деле не ускоряется: противоречия в измерениях 1998 года объясняются лишь точкой, из которой ведется наблюдение.

"Важно понимать, что непосредственно ускоренное космологическое расширение наблюдать невозможно, - поясняет автор первой статьи Артем Асташенок, возглавляющий лабораторию астрофизики и космологии в Балтийском федеральном университете. - Когда астрофизики говорят об этом, то речь всегда идет об интерпретации тех или иных измерений".

Так или иначе, все три опубликованные в последние месяцы работы объединяет одно: ни одна из них не требует существования темной энергии. Той самой невидимой силы, которую физики и астрономы искали последние 20 лет. Той самой, за "открытие" которой в 2011 году вручили Нобелевскую премию. Той самой, которая лежит в основе современных представлений о Вселенной.

Возможно, сама гипотеза о ее существовании изначально была ошибкой.

Что все это значит?

Наука постоянно развивается, углубляя наши представления об окружающем мире. Но выдвигаемые теории, объясняющие тот или иной феномен, не так уж редко впоследствии оказываются неточными или даже откровенно ошибочными.

Например, сейчас любой школьник знает, что горение - это процесс взаимодействия горючего вещества с кислородом. Однако этот химический элемент был открыт только в конце XVIII века, а до этого ученые считали, что все горючие вещества наполняет таинственная огненная субстанция - флогистон, который высвобождается при горении и смешивается с воздухом.

Когда выяснилось, что при прокаливании стали масса металла не уменьшается, а наоборот увеличивается, ученые озадачились - но быстро придумали объяснение: очевидно, флогистон обладает отрицательной массой.

Даже открытый в 1774 году кислород поначалу называли "дефлогистированный воздух" - то есть воздух, который очищен от флогистона и потому лучше поддерживает горение.

И темная энергия вполне может оказаться "флогистоном XXI века" - если в итоге выяснится, что на самом деле расширение Вселенной не ускоряется.

С другой стороны, наблюдения последних 20 лет дали ученым немало результатов, косвенно свидетельствующих в пользу ускоренного расширения (1, 2). И не очень понятно, как объяснять эти наблюдения, если отказаться от принятой теории.

"В таком важном вопросе требуется комплексный подход, поэтому рано говорить о том, что ускоренное расширение Вселенной связано просто с ошибочной интерпретацией данных наблюдений, - предупреждает Асташенок. - Но сама по себе возможность объяснить ускоренное расширение без темной энергии весьма интересна".

"Конечно, с точки зрения "бритвы Оккама", обойтись без темной энергии было бы хорошо, - резюмирует эксперт, - это избавило бы от многих проблем. Так что подождем развития дискуссии".

https://www.bbc.com/russian/features-50977275

Из школьного учебника по химии всем нам хорошо известно следующее определение - "признаки, по которым вещества отличаются друг от друга или сходны между собой, называются - свойства".

Но даже, если перед всеми, кто это запамятовал, поставить два разных по форме сосуда с жидкостью одинакового, цвета, запаха и вкуса, то они без особого труда определят, что в них содержится одно и тоже. Таким образом, сравнивая известные свойства одного вещества или предмета с другим, нам удаётся их идентифицировать.

В 1933 году, американский астрофизик швейцарского происхождения , Фриц Цвикки, занимаясь исследованием созвездия Волосы Вероники измерил радиальные скорости восьми галактик в скоплении Кома и обнаружил, что его полная масса в десятки раз больше, чем масса входящих в него звёзд. Для объяснения данного парадокса он выдвинул предположение о присутствии там некой "тёмной материи", которая и восполняет обнаруженный недостаток массы.

Впоследствии, и другие астрономы пришли к аналогичному выводу. Позднее была открыта и тёмная энергия. Но, выяснить, что же всё таки из себя представляют эти неведомые субстанции, с того времени, учёным так и не удалось. Хотя многие свойства тёмной материи они уже описали.

Перечислим их:

1. Темная материя не отражает свет и не испускает его. Она полностью не видима.

2. Несмотря на то, что она принимала самое активное участие в создании видимой вселенной, имеет огромную массу и занимает большую её часть, ощутить её присутствие непосредственно на себе, мы не можем. Обычная материя никаким образом не взаимодействует с тёмной.

3. О ней написано много статей и даже сняты фильмы, но всё это лишь теории, не имеющие никаких фактических доказательств. Не имея никакого другого научного объяснения постоянно расширяющейся вселенной, учёным приходится верить в её существование.

Где-то я уже сталкивался с подобными свойствами.

Стоп, стоп, стоп... Не может быть! Это невероятно!

1. Мы его никогда не видели, но не зримо Он всегда рядом с нами.

2. Мы верим, что именно Он всё и создал из ничего. Он и есть всё, но ощутить его присутствие непосредственно на себе, мы не можем. Он никак не проявляет себя в нашей жизни.

3. О Нём написано столько! Вы без меня знаете сколько, но ни одного доказательства Его существования нет и нам приходится лишь верить в Него.

Мне одному так показалось, что тёмная материя и есть Он?