Динозавры и жизнь вымерли после встречи с темной материей. «Темная материя и динозавры»

Недавние исследования этой таинственной субстанции позволяют предположить сценарий, при котором она могла быть «виновата» в вымирании динозавров или, по крайней мере, в том, что кометы попадали в нашу планету.

Хотя последовательность событий, связывающих темную материю с динозаврами или кометами, все еще довольно размытая, само предположение интригует, поскольку оно включает в себя два важных астрономических вопроса: природу темной материи и изменение направлений полета космических объектов . Идея о неизвестной темной материи зародилась в тот момент, когда ученые обнаружили, что во Вселенной есть некая необъяснимая гравитационная сила, заставляющая двигаться галактики. А в прошлом году Лиза Рэндалл (Lisa Randall) и Мэтью Рис (Matthew Reece) из Гарвардского университета вместе со своими коллегами разработали модель, которая предполагает, что темная материя - это некие невидимые тонкие диски, скрывающиеся в галактиках, или расположенные под определенным углом по отношению к ним.

Облако Оорта — гипотетическая сферическая область Солнечной системы, служащая источником долгопериодических комет. Инструментально существование облака Оорта не подтверждено, однако многие косвенные факты указывают на его существование.

Как Солнечная система вращается вокруг центра нашей галактики Млечного Пути, так и галактика двигается вверх и вниз примерно каждые 70 миллионов лет. Это означает, что примерно каждые 35 миллионов лет галактику должен пересекать диск темной материи.

Рэндалл и Рис отмечают, что этот цикл соотносится со временем падений комет на Землю.

Именно это и заставило исследователей задуматься, есть ли связь между падениями небесных объектов и прохождениями Солнечной системы через темную материю. По их мнению, когда это происходит, во-первых, диск оказывает более сильное гравитационное притяжение на Солнечную систему. Такая сила может нарушить Облако Оорта, тем самым вырвав из него какое-то количество комет и отправив их в нашу систему.

Так, например, в прошлом году именно из Облака Оорта до нас долетела . Во-вторых, когда исследователи рассматривали кратеры на Земле, по размерам превышающие 20 километров, созданные в последние 250 миллионов лет, они заметили, что частота появления и глубина этих кратеров увеличивается именно в 35-миллионные циклы, когда Солнечная система должна была сдвигаться. Тем не менее, кратер от падения кометы, образованный около 66 миллионов лет назад, не полностью совпадает с предложенной моделью, но, по словам Рэндалл, он довольно близок к этому.

Так же осложняющим моментом для анализа является то, что кратеры на Земле остаются и от ударов комет и от ударов астероидов. Но только кометы, прилетевшие из Облака Оорта, находятся изначально достаточно далеко, чтобы им можно было приписать влияние темной материи.

Ученые надеются, что в дальнейшем им удастся более детально различать и анализировать разные виды ударов по земной поверхности. Луиджи Фосчини (Luigi Foschini) из астрономической обсерватории в Милане говорит, что такие теории просто необходимы для науки.

астроном, обсерватория в Милане Я думаю, что всегда стоит выдвигать такое количество гипотез, какое только возможно.

Однако по его мнению пока что слишком мало подтверждений связи частоты ударов комет и теории о диске темной материи.

Физик из Гарварда Лиза Рэндалл считает, что темная материя может многое объяснить о нашей Вселенной, в том числе и гибель динозавров.

Свою версию она изложила изданию Huffington Post .

Что такое темная материя?

Это неуловимая форма материи, которая взаимодействует через гравитацию, подобно обычной материи, но не излучает или поглощает свет. Темная материя, похоже, существует везде во Вселенной. Но мы не воспринимаем ее напрямую: только через ее гравитационное влияние, поскольку она так слабо взаимодействует с обычной материей, к которой мы привыкли.

Темная материя состоит из атомов?

Нет. Она состоит не из атомов и даже не из знакомых нам элементарных частиц вроде протонов и электронов, которые заряжены и поэтому взаимодействуют со светом. Впрочем, возможно, темная материя состоит из частиц, масса которых сравнима с теми, что нам известны. Если это так и если эти частицы движутся со скоростью, которую мы можем предположить, миллиарды частиц темной материи проникают через каждого из нас каждую секунду. Но никто этого не замечает.

Если она невидимая, почему мы называем ее «темной»?

Возможно, темной материи лучше было бы с названием «прозрачная материя». Обычно мы называем «темным» то, что, вроде вашей черной рубашки или пиджака, поглощает свет. Но в случае с темной материей свет просто проходит через нее.

Откуда мы знаем, что темная материя существует?

Мы знаем, что она есть, поскольку видим ее эффекты на звездах и галактиках. При помощи телескопов и других инструментов мы можем увидеть, что что-то, помимо гравитации звезд и галактик, которые мы наблюдаем, влияет на движение этих звезд и галактик.

Темная материя влияет на расширение Вселенной, на путь, который проходят лучи света, достигающие нас от далеких объектов, и многие другие измеряемые явления, которые убеждают нас в существовании темной материи. Мы знаем о темной материи — и о ее безусловном существовании — по измерению гравитационных эффектов.

Гипотеза темной материи впервые была выдвинута много десятков лет назад. Расскажите нам об этом.

Впервые гипотезу темной материи выдвинул в 1933 году Фриц Цвикки, швейцарский астроном из Калифорнийского технологического института. Он пришел к этой идее после наблюдения скоростей звезд в гигантской группе гравитационно соединенных галактик, известной как скопление Волос Вероники (скопление Кома). Необходимо определенное количество гравитации, чтобы удержать быстро движущиеся звезды в скоплении от разбегания. И на основе вычислений скорости звезд Цвикки подсчитал, что количество массы, которой должно обладать скопление, чтобы иметь необходимую гравитационную тягу, было в 400 раз больше, чем вклад измеренной светящейся массы — то есть материи, которая излучает свет. Для учета всей этой дополнительной материи Цвикки предположил существование, как он назвал, dunkle materie, что по-немецки означает «темную материю».

Несмотря на эти первые наблюдения, долгое время темную материю по сути игнорировали (и его оценка недостающей материи была на самом деле слишком большой). Но в 1970-х годах идею возродили, когда астрономы наблюдали движение спутниковых галактик — небольших галактик в окрестностях более крупных — которое можно было объяснить только присутствие дополнительной невидимой материи. Эти и другие наблюдения перевели темную материю в область серьезных исследований.

Но ее статус значительно укрепился в 1970-х годах, благодаря работе Веры Рубин, астронома из Института Карнеги в Вашингтоне. Рубин и ее коллега Кент Форд обнаружили, что скорости вращения звезд были в значительной степени одними и теми же на любом расстоянии от галактического центра. То есть звезды вращались с постоянной скоростью даже далеко за пределами региона, содержащего светящуюся материю. Единственным возможным объяснением было наличие некой неучтенной материи, которая помогла удерживать дальние звезды, которые двигались быстрее, чем ожидалось.

Примечательным выводом этих исследователей было то, что на обычную материю приходилась лишь одна шестая от массы, необходимой для удержания звезд на орбите. Их наблюдения стали самым убедительным доказательством темной материи на то время.

В каком состоянии текущее знание о темной материи?

Ученые проделали большой прогресс в понимании темной материи, но остаются большие вопросы. Для исследователя вроде меня это оптимальная ситуация. Пожалуй, можно сказать, что физики, изучающие «темное», участвуют в революции Коперника в более абстрактной форме. Не только Земля физически не является центром Вселенной, но и наше физическое состояние далеко не центральное для большей части материи.

Выявить самые базовые элементы обычной материи было сложно, но ее исследование было куда более прямолинейным, нежели исследование темной материи, которая нас окружает. Несмотря на слабость ее взаимодействий, в ближайшие десять лет у ученых есть реальный шанс выявить и определить природу темной материи. И поскольку темная материя скапливается в галактиках и других структурах, грядущие наблюдения галактики и Вселенной позволяет физикам и астрономам изучать ее по-новому.

Что новые открытия о темной материи могут рассказать нам о происхождении Вселенной?

Никто не знает, с чего началась Вселенная, и понимание темной материи совсем необязательно принесет нам новые идеи. Но существование темной материи помогает нам понять, как Вселенная развивалась и как формировались структуры вроде галактик. Если темная материя имеет особенные свойства, они могут отразиться в размерах галактик и распределении.

Как насчет существования множественных вселенных — так называемой мультивселенной?

Темная материя и множественные вселенные на самом деле никак не связаны. Мы знаем о темной материи по ее эффектам на расширение Вселенной, наряду с другими вещами. Другие вселенные могут быть еще более темной материей в том смысле, что они настолько далеки от нас, что не повлияют на нас гравитационно ни разу за весь срок жизни вселенной. Но это также означает, что мы не сможем изучать их при помощи наблюдений. Я предпочитаю изучать «мультивселенную», которая находится здесь и сейчас.

Какова связь между темной материей и динозаврами, о которой вы писали в своей книге?

Мои коллеги и я считаем, что темная материя могла в конечном счете (и косвенно) быть ответственной за исчезновение динозавров. Мы знаем, что 66 миллионов лет назад объект шириной не меньше 10 километров упал на Землю из космоса и уничтожил наземных динозавров, а также три четверти других видов на Земле. Этот объект мог быть кометой из пояса Оорта, гипотетической области из комет и других тел за пределами орбиты Нептуна. Но почему эта комета была сбита со своей стабильной орбиты в поясе Оорта, никто толком не знает.

Наше предположение таково: во время прохождения Солнечной системы через среднюю плоскость галактики Млечный Путь, она столкнулась с диском темной материи, который выбил этот удаленный объект, что привело к катастрофическому столкновению. В нашей галактической окрестности основная часть темной материи окружает нас невероятно гладким и диффузным сферическим гало.

Тот тип темной материи, которая запустила кончину динозавров, распределялся совсем не так, как большая часть темной материи во Вселенной. Этот дополнительный тип темной материи должен был оставить гало нетронутым, но его отличное взаимодействие привело к тому, что он конденсировался в диск — прямо в центре плоскости Млечного Пути. Эта тонкая область стала настолько плотной, что когда Солнечная система проходила через нее и Солнце осциллировало вверх и вниз по мере движения через нашу галактику, гравитационное влияние этого диска было невероятно сильным.

Ее гравитационное притяжение было достаточно мощным, чтобы выбить кометы на внешней границе Солнечной системы, где противодействующая тяга Солнца была слишком слабой, чтобы вернуть их на место. Сбежавшие кометы были выброшены из Солнечной системы или же — моментально — перенаправлены во внутреннюю Солнечной систему, где могли потенциально ударить Землю.

Если темная материя может объяснить гибель динозавров, может ли она также объяснит, с чего началась жизнь на Земле?

Материал, падающий на Землю, вроде комет и астероидов, почти наверняка сыграл роль в определении состава Земли и мог также сыграть роль в запуске ключевых жизненных процессов. Большинство таких теорий остаются спекулятивными, но вполне вписываются в картину мира и стоят затраченных на них усилий.

А если темная материя может отправить опасные кометы или астероиды в нашу сторону, стоит ли нам переживать?

Безусловно, иногда астероиды подходят довольно близко. Столкновения будут, несомненно, происходить, но их ожидаемая частота и величина остаются предметом дебатов. Ударит по нам что-нибудь, нанесет ли нам урон со временем и стоит ли нам об этом беспокоиться, это пока нерешенные вопросы. Лично я не считаю это величайшей опасностью для человечества.

Стоит ли нам переживать? Это зависит от масштабов, цены, порога нашего беспокойства, решений, которые принимает общество, и того, сможем ли мы справиться с угрозой. Такие угрозы нечасто вызывают ажиотаж, даже если возможен потенциальный ущерб. И хотя они действительно могут ударить и уничтожить крупный населенный центр, шансы на то, что это произойдет в обозримом будущем, ничтожно малы.

Ваш взгляд на космос как физика отличается от взгляда людей, далеких от науки. Какие неправильные выводы такие люди делают относительно Вселенной?

Их много, но позвольте мне сосредоточиться на самой темной материи. Учитывая то, что они никогда ее не видели (не чувствовали ее тепла или запаха), многие люди, с которыми я говорю, с удивлением узнают о существовании темной материи и находят ее весьма загадочной — или даже уточняют, нет ли в этом какой-нибудь ошибки. Люди спрашивают, как это вообще может быть возможно, чтобы большую часть материи — в пять раз больше обычного вещества — нельзя было обнаружить с помощью современных телескопов.

Лично я бы ожидала чего-то противоположного (хотя далеко не все так считают). Для меня было бы куда большей загадкой, если бы вся материя, которую мы видим своими глазами, была единственное существующей материей. С чего бы нам иметь идеальные органы чувств, которые ощущают практически все? Большой урок, который физики получили за много веков, заключается в том, как много скрыто от нашего взора. С этой точки зрения вопрос должен звучать иначе: почему все, что мы знаем, должно сходиться с плотностью энергии, которой она обладает?

Ощущаете ли вы во Вселенной некое величие? Или ваши научные знания ставят все на свои места?

Когда я начала концентрироваться на идеях, лежащих в основе моей книги, я была поражена и очарована не только нашими текущими знаниями об окружающей среде — местной, солнечной, галактической и вселенской — но и тем, как сильно мы вообще надеемся понять все на нашем крошечном островке здесь, на Земле. Меня также поразили многочисленные связи между явлениями, которые позволяют нам существовать вообще.

Чтобы вы понимали, моя точка зрения не является религиозной. Я не вижу необходимости наделять все целью или смыслом. Тем не менее я беспомощно ощущаю эмоции, которые мы склонны называть религиозными, когда пытаюсь осознать необъятность Вселенной, наше прошлое и как это увязывается вместе. По-другому начинаешь смотреть на дурацкую повседневность. Это новое исследование позволило мне иначе взглянуть на мир и на многие кусочки Вселенной, которые создали Землю — и нас.

ЕЩЁ

Мы не можем ее увидеть или почувствовать. Но Лиза Рэндалл считает, что темная материя может многое объяснить о нашей Вселенной — в том числе и гибель динозавров. Но каждый любитель астрономии знает, что темная материя весьма неуловимая штука. Мы не видим ее, не слышим, не чувствуем, не знаем, какова она на вкус и запах. Даже с использованием самого хитроумного научного оборудования в мире нам пока не удалось получить доказательств того, что эта давно предположенная форма вещества существует вообще — хотя считается, что Вселенная полна темной материи.

Но если ее существование уже не оставляет сомнений, остается много вопросов о темной материи — включая и тип частиц, из которой она состоит . И, наряду с другими ведущими учеными, гарвардский физик Лиза Рэндалл пытается ответить на эти вопросы.

Не так давно старший научный редактор Huffington Post пообщался с Рэндалл, и в результате на свет появилось любопытное интервью, которым мы с вами и поделимся. Всегда интересно услышать мнение специалиста о его теме, да еще и доступным языком.

Что такое темная материя?

Темная материя состоит из атомов?

Если она невидимая, почему мы называем ее «темной»?

Откуда мы знаем, что темная материя существует?

Гипотеза темной материи впервые была выдвинута много десятков лет назад. Расскажите нам об этом.

Впервые гипотезу темной материи выдвинул в 1933 году Фриц Цвикки, швейцарский астроном из Калифорнийского технологического института. Он пришел к этой идее после наблюдения скоростей звезд в гигантской группе гравитационно соединенных галактик, известной как скопление Волос Вероники (скопление Кома). Необходимо определенное количество гравитации, чтобы удержать быстро движущиеся звезды в скоплении от разбегания. И на основе вычислений скорости звезд Цвикки подсчитал, что количество массы, которой должно обладать скопление, чтобы иметь необходимую гравитационную тягу, было в 400 раз больше, чем вклад измеренной светящейся массы — то есть материи, которая излучает свет. Для учета всей этой дополнительной материи Цвикки предположил существование, как он назвал, dunkle materie , что по-немецки означает «темную материю».

В каком состоянии текущее знание о темной материи?

Что новые открытия о темной материи могут рассказать нам о происхождении Вселенной?

Как насчет существования множественных вселенных — так называемой мультивселенной ?

Какова связь между темной материей и динозаврами, о которой вы писали в своей книге?

На иллюстрации показано движение Солнца через галактическую плоскость

Тот тип темной материи, которая запустила кончину динозавров, распределялся совсем не так, как большая часть темной материи во Вселенной. Этот дополнительный тип темной материи должен был оставить гало нетронутым, но его отличное взаимодействие привело к тому, что он конденсировался в диск — прямо в центре плоскости Млечного Пути. Эта тонкая область стала настолько плотной, что когда проходила через нее и Солнце осциллировало вверх и вниз по мере движения через нашу галактику, гравитационное влияние этого диска было невероятно сильным.

Ощущаете ли вы во Вселенной некое величие? Или ваши научные знания ставят все на свои места?

Транскрипт

1 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ

2 Lisa Randall DARK MATTER AND THE DINOSAURS THE ASTOUNDING INTERCONNECTEDNESS OF THE UNIVERSE An Imprint of HarperCollinsPublishers

3 Лиза Рэндалл ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ УДИВИТЕЛЬНАЯ ВЗАИМОСВЯЗЬ СОБЫТИЙ ВО ВСЕЛЕННОЙ Перевод с английского Москва 2017

4 УДК 524.8: ББК:28.01 Р96 Переводчик Вячеслав Ионов Научные редакторы Елена Наймарк, д-р биол. наук; Дмитрий Горбунов, канд. физ.-мат. наук Р96 Рэндалл Л. Темная материя и динозавры: Удивительная взаимосвязь событий во Вселенной / Лиза Рэндалл; Пер. с англ. М.: Альпина нон-фикшн, с. ISBN Что общего между темной материей и динозаврами, которые господствовали на Земле многие миллионы лет, а потом неожиданно вымерли? Считается, что причиной их гибели стало столкновение с кометой, однако никто не знает, почему она сошла со своей обычной орбиты. В этом шедевре научно-популярной литературы известный физик-теоретик, Лиза Рэндалл предлагает свое объяснение. Именно темная материя, по ее мнению, могла направить роковую для динозавров комету к Земле. Хитросплетения астрономии и биологии в книге читаются как детективная история, в которой новые представления о темной материи помогают раскрыть не только тайны пяти массовых вымираний, но и истоки нашего существования. УДК 524.8: ББК:28.01 Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время». Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель». Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru. Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, а также запись в память ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца авторских прав. По вопросу организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по адресу ISBN (рус.) ISBN (англ.) Lisa Randall, 2015 Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2017

5 СОДЕРЖАНИЕ Введение... 7 Часть I: ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ 1 Тайное общество темной материи Открытие темной материи Большие вопросы Почти самое начало: очень хорошая отправная точка Рождение галактики...85 Часть II ЖИВАЯ СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА 6 Метеорные тела, метеоры и метеориты Короткая, но яркая жизнь комет Край Солнечной системы Жизнь, полная опасностей Шок и трепет Массовые вымирания биологических видов

6 12 Конец динозавров Жизнь в обитаемой зоне Чему быть, того не миновать Кометы из облака Оорта Часть III Природа темной материи 16 Материя невидимого мира Как увидеть невидимое Социально связанная темная материя Скорость тьмы Поиски темного диска Темная материя и столкновения с кометами Заключение: вечный поиск Благодарности Список иллюстраций Дополнительная литература Об авторе Предметно-именной указатель

7 ВВЕДЕНИЕ Слова «темная материя» и «динозавры» редко звучат вместе, разве что в компьютерных играх, в к лубе любителей фэнтези или в каком-нибудь еще не вышедшем на экраны фильме Спилберга. Темная материя неуловимая субстанция Вселенной участвует в гравитационном взаимодействии подобно обычной материи, но не испускает и не поглощает света. Астрономы регистрируют гравитационные проявления темной материи, но в буквальном смысле не видят ее. Ну а динозавры не думаю, что нужно объяснять, кто они такие. Эти позвоночные доминировали на Земле млн лет назад. Хотя и темная материя, и динозавры будоражат воображение, у вас есть все основания считать, что между невидимой физической субстанцией и легендарными созданиями нет ничего общего. Вполне возможно, что так оно и есть. Вместе с тем Вселенная по определению единое целое, и, в принципе, ее составляющие должны взаимодействовать. В этой книге представлен гипотетический сценарий, в основу которого я и мои коллеги положили идею, что именно темная материя могла быть причиной (косвенной, конечно) вымирания динозавров. Палеонтологи, геологи и физики сходятся во мнении, что 66 млн лет назад с Землей столкнулся космический объект,

8 8 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ имевший в поперечнике не менее 10 км, и уничтожил сухопутных динозавров, а вместе с ними еще три четверти биологических видов, существовавших на нашей планете. Это могла быть комета с периферии Солнечной системы, однако никто не знает, почему она сошла со своей слабосвязанной, но устойчивой орбиты. Мы предполагаем, что во время прохождения Солнца через срединную плоскость Млечного Пути скопления звезд и светлой пыли, видимого на ясном ночном небе на пути Солнечной системы оказался диск темной материи, который столкнул удаленный объект с его орбиты и, таким образом, спровоцировал катаклизм. В окрестностях нашей Галактики находится огромная масса темной материи, она окружает нас и образует однородное и рассеянное сферическое гало. Однако причиной исчезновения динозавров стал другой тип темной материи, которая распределяется совершенно иначе, чем подавляющая часть неуловимой темной материи во Вселенной. Этот тип темной материи никак не сказывается на гало, но в результате взаимодействий другого характера формирует диск прямо в срединной плоскости Млечного Пути. Эта тонкая область может быть настолько плотной, что при прохождении через нее Солнечной системы по ходу движения по галактической орбите гравитационное влияние этого диска оказывается необычно сильным. И тогда на периферии Солнечной системы, где притяжение Солнца слабеет, кометы могут сойти со своих орбит, сбитые мощным притяжением диска. Такие кометы улетают за пределы Солнечной системы или, что для нас важнее, направляются к ее центру, и тогда возможно столкновение с Землей. Так, в принципе, могло быть. Хочу сразу сказать, что я не знаю, верна ли эта идея. Ведь только очень необычный тип темной материи мог оказать ощутимое влияние на живых существ (которых, строго говоря, уже нет в живых). Здесь представлен рассказ о нашем нетривиальном предположении о существовании удивительно «влиятельной» темной материи.

10 10 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ итоге понять, опираясь на крупицы знаний, полученные здесь, на Земле. Меня также потрясло многообразие взаимосвязей между процессами, которые привели к появлению людей. Подчеркну, что я далека от религиозного мировоззрения. У меня нет потребности связывать происходящее с высшей целью или замыслом. И все же я не могу не испытывать восхищения, которое обычно называют религиозным, наблюдая наше приближение к пониманию бесконечности Вселенной, к пониманию нашего прошлого и их взаимосвязи. И когда мы пытаемся преодолеть ограниченность повседневной жизни, это чувство очень обнадеживает. Новейшие исследования буквально заставили меня по-другому смотреть на мир и многие элементы Вселенной, взаимодействие которых привело к появлению Земли и человека. Я выросла в Нью-Йорке, в Квинсе, и каменные стены города мне привычнее, чем природные ландшафты. То немногое живое, чем можно было любоваться, ограничивалось парками и газонами, мало походившими на то, что существовало до появления людей. Вместе с тем мы буквально ходим по останкам живых существ или как минимум их панцирей. Меловые скалы, которые можно увидеть на побережье или за городом, состоят из останков существ, живших миллионы лет назад. В местах сближения тектонических плит вырастают горы, эти плиты приводит в движение расплавленная магма, которая, в свою очередь, является результатом распада радиоактивных материалов вблизи ядра Земли. Наши ископаемые энергоносители результат протекающих на Солнце ядерных процессов, энергия которых трансформируется и накапливается различными путями. Многие используемые нами полезные ископаемые представляют собой тяжелые элементы, попадающие на поверхность Земли с астероидами и кометами. Метеориты принесли на Землю и некоторые аминокислоты, а может быть, и саму жизнь или семена жизни. Но еще до того, как все это произошло, темная материя стала образовывать сгустки, которые притягивали к себе обычную материю, превратившуюся в конечном итоге в галактики, скопления галак-

12 12 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ на ход земной жизни бывало и гибельным. Как минимум один такой космический объект привел к опустошительному вымиранию биологических видов 66 млн лет назад. Вместе с тем он, хотя и уничтожил полностью динозавров, обеспечил условия для процветания крупных млекопитающих, включая человека. Второй не менее поразительный аспект это щедрость нашего времени на научные открытия, о которых я собираюсь рассказать. Такое заявление, наверное, можно сделать в любой точке истории человеческих цивилизаций, но это не лишает его справедливости: мы совершили огромный скачок в развитии нашей науки в последние [здесь надо вставить соответствующую контексту цифру] лет. Для исследований, которые я рассматриваю, эта величина составляет менее 50 лет. И мои собственные исследования, и работы других ученых заставляют постоянно поражаться новизне и дерзости последних открытий. С изобретательностью и упорством ученые пытаются увязать бытующие представления с удивительными, всегда интересными и подчас пугающими фактами, которые открываются нам о мире. Научные знания, представленные в этой книге, относятся к истории мироздания, которая насчитывает 13,8 млрд лет, если вас интересует Вселенная, или же 4,6 млрд лет, если интерес касается Солнечной системы. Но при этом история человеческого интереса к этим научным загадкам насчитывает менее столетия. Динозавры вымерли 66 млн лет назад, однако палеонтологи и геологи предположили причину их исчезновения только в х гг. Сначала потребовались десятилетия аккуратных догадок, лишь потом научное сообщество в полной мере оценило их. Такие сроки не случайны. Связь вымирания динозавров с внеземным объектом стала выглядеть более правдоподобной, только когда астронавты высадились на Луне и увидели вблизи кратеры эти реальные свидетельства динамического характера Солнечной системы. В последние 50 лет значительные достижения в физике элементарных частиц и космологии позволили построить Стан-

13 ВВЕДЕНИЕ 13 дартную модель, описывающую базовые элементы материи так, как мы понимаем их сегодня. Количество темной материи и темной энергии во Вселенной стало понятно в последние десятилетия XX в. Примерно в этот же период изменилось наше представление о Солнечной системе. И только в 1990-х гг. ученые открыли объекты пояса Койпера в окрестностях Плутона, показавшие, что Плутон обращается вокруг Солнца не в одиночестве. Количество планет сократилось, но лишь потому, что естествознание, которое мы изучали в школе, стало богаче и намного сложнее. Третий аспект касается темпов изменений. Виды адаптируются в ходе естественного отбора, если им для адаптации хватает времени. Но адаптация не происходит сразу радикальным образом. Она слишком нетороплива. Динозавры не были готовы к столкновению 10-километрового метеорита с Землей. Они не смогли приспособиться. Тем, кто жил на суше, кто не мог зарыться в землю из-за своих размеров, деваться было некуда. С появлением новых идей и технологий споры вокруг радикальности и постепенности изменений становятся как нельзя важными. Ключом к пониманию большинства новейших открытий как научных, так и всех прочих является скорость процессов, которые они описывают. Я частенько слышу разговоры о том, что развитие в некоторых областях, например в генетике и интернет-технологиях, беспрецедентно быстрое. Однако это не совсем так. Понимание причин болезней или принципов функционирования системы кровообращения, полученное столетия назад, привело к изменениям по меньшей мере столь же глубоким, какие сулит сегодняшняя генетика. Появление письменности, а позднее печатного станка повлияло на пути приобретения знаний и мировоззрение людей не менее значительно, чем появление Интернета. Все современные изменения, если речь зашла об их важных особенностях, отличает действительно исключительная быстрота, причем относится это не только к научным процессам,

14 14 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ но и к изменениям экологическим и социологическим. Хотя вряд ли нам стоит сейчас всерьез опасаться гибели от столкновения с метеоритом, но ускорение темпа изменения окружающей среды и вымирания видов вполне реальная опасность, и последствия этого явления во многом можно сравнить с последствиями космической катастрофы. Так что цель этой книги вполне прозрачна помочь нам лучше понять потрясающую историю о том, как мы оказались здесь и сейчас, и мудро распорядиться полученными знаниями. Существует и четвертый важный аспект замечательная наука, описывающая зачастую скрытые элементы нашего мира и его развитие, а также насколько глубоко наше познание может проникнуть во Вселенную. Многих завораживает идея мультивселенной множества других недоступных нам вселенных. Однако не менее интересна идея множества скрытых миров как биологических, так и физических, на исследование и познание которых у нас все же есть шансы. Я надеюсь показать в этой книге, насколько увлекательными могут быть размышления о том, что мы знаем, и о том, что можем узнать в будущем. Книга начинается с объяснения основных моментов космологии науки о том, как Вселенная пришла в ее нынешнее состояние. Первыми рассматриваются теория Большого взрыва, модель космологической инфляции и формирование Вселенной. В этой части также объясняется, что такое темная материя, откуда мы знаем о ее существовании и почему она вписывается в структуру Вселенной. На темную материю приходится 85% вещества Вселенной, в то время как на обычную материю, т. е. на то, из чего состоят звезды, газ и люди, всего 15%. Несмотря на это, людей в основном занимает существование и значение обычной материи, которая, надо отдать должное, взаимодействует несравненно сильнее.

15 ВВЕДЕНИЕ 15 Так или иначе, как и в случае человечества, нет никакого резона замыкаться на небольшой доле имеющего непропорционально сильное влияние. Доминирующие 15% материи, которую мы можем видеть и чувствовать, всего лишь часть сущего. Я покажу критическую роль темной материи во Вселенной как для галактик и скоплений галактик, формировавшихся из неупорядоченной космической плазмы в ранней Вселенной, так и для поддержания стабильности этих структур сегодня. Во второй части книги рассматривается Солнечная система. Конечно, тема Солнечной системы настолько необъятна, что ей вполне можно посвятить отдельную книгу, ее хватит даже для энциклопедии. Поэтому я ограничиваюсь вопросами, которые могут иметь отношение к динозаврам, метеоритами, астероидами и кометами. В этой части описываются объекты, которые сталкивались с Землей или столкновения с которыми можно ожидать в будущем, а также немногочисленные, но весомые свидетельства исчезновения видов или падений метеоритов, происходящих с завидной регулярностью с интервалом примерно 30 млн лет. Здесь, кроме того, обсуждаются вопросы возникновения и уничтожения жизни, обобщается все, что известно о пяти крупнейших случаях массового вымирания биологических видов, включая катастрофу, которая уничтожила динозавров. Третья и последняя часть книги объединяет в единое целое идеи первых двух частей и начинается с обсуждения моделей темной материи. В ней объясняются наиболее известные представления о том, что такое темная материя, а также новейшие предположения относительно взаимодействий темной материи, о которых упоминалось выше. На сегодняшний момент мы знаем только то, что темная материя взаимодействует с обычной материей гравитационным образом. Гравитационные эффекты в целом настолько ничтожны, что мы можем наблюдать только влияние огромных масс, таких как Земля и Солнце, но и оно довольно слабо. В конце концов, даже держатель для бумаги с крошечным

16 16 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ магнитом с успехом противодействует притяжению планеты Земля. Вместе с тем в темной материи могут действовать и другие силы. Наша новая модель ставит под сомнение общепринятое предположение и предубеждение о том, что знакомая нам материя уникальна с точки зрения тех сил электромагнетизм, слабые и сильные ядерные взаимодействия, через которые она взаимодействует. Именно этими силами обусловлены многие удивительные особенности нашего мира. А что, если в определенных видах темной материи тоже наблюдаются сильные негравитационные взаимодействия? Если это так, то силы темной материи могут стать неожиданным подтверждением связей между микромиром и макроскопическими явлениями, более глубоких, чем те, что нам известны сейчас. Хотя все во Вселенной способно, в принципе, взаимодействовать, большинство таких взаимодействий слишком слабы, чтобы быть заметными. Мы можем наблюдать только то, что влияет на нас ощутимым образом. Если что-то вызывает ничтожный эффект, то оно может находиться у нас под носом и оставаться незамеченным. Скорее всего, именно поэтому частицы темной материи, которые, предположительно, окружают нас, до сих пор не обнаружены. В третьей части книги показано, как более широкий взгляд на темную материю вопрос о том, почему темная вселенная должна быть такой простой, когда наша Вселенная так сложна открывает перед нами ранее неизведанные возможности. Может быть, часть воздействий темной материи обусловлена силой темным светом, если хотите. Если представить подавляющую часть темной материи как сравнительно маловлиятельные 85% популяции, то вновь предложенный тип темной материи можно рассматривать как преуспевающий средний класс, подражающий в своих взаимодействиях обычной материи. Дополнительные взаимодействия будут изменять строение галактики и позволять этой новой части влиять на движение звезд и других объектов из обычной материи.

17 ВВЕДЕНИЕ 17 В ближайшие пять лет наблюдения со спутников позволят определить форму нашей Галактики, ее состав и прочие характеристики намного точнее, чем когда-либо, расскажут много нового о нашем галактическом окружении и покажут, правильно наше предположение или нет. Такие осязаемые перспективы превращают темную материю и нашу модель в реальное направление исследований, заслуживающее изучения, даже если темная материя и не является тем кирпичиком, из которых состоите и вы, и я. В сферу исследований, возможно, войдут столкновения с метеоритами, один из которых вполне может оказаться связующим звеном между темной материей и исчезновением динозавров. Предпосылки и концепции, связывающие эти явления, дают емкую, трехмерную картину Вселенной. Мне хотелось бы не только представить эти идеи, но и подтолкнуть вас к исследованию и более глубокому пониманию удивительного богатства нашего мира.

19 ЧАСТЬ I ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ

21 1 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ Мы часто не замечаем того, чего не ожидаем. Метеоры вспыхивают и пропадают в небе безлунной ночью, незнакомые животные идут за нами по пятам в лесу, великолепные архитектурные формы окружают нас во время прогулки по городу. Но мы не видим их, даже если они находятся в поле зрения. Наше тело служит пристанищем целых колоний бактерий. Количество бактериальных клеток внутри нас десятикратно превышает количество наших собственных клеток. Но мы не ощущаем присутствия этих микроскопических созданий, не чувствуем, как они поглощают питательные вещества и помогают нашей пищеварительной системе. Только когда бактерии дурно ведут себя и вызывают расстройства, большинство из нас спохватываются и даже признают их существование. Чтобы увидеть что-то, нужно смотреть, да к тому же еще и знать, как смотреть. Кроме того, явления, о которых я только что говорила, принципиально наблюдаемые. А теперь представьте себе сложность понимания того, что вы в буквальном смысле не можете увидеть. Именно такой является темная материя, неуловимая субстанция Вселенной, которая

22 22 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ бесконечно слабо взаимодействует с понятной нам материей. В последующих главах я познакомлю вас с разными методами измерения, позволившими астрономам и физикам доказать существование темной материи. Здесь же я расскажу вам о самой этой неуловимой субстанции: что это такое, почему она кажется непостижимой и почему с точки зрения определенных теорий это не так. НЕВИДИМОЕ СРЕДИ НАС Хотя Интернет представляет собой гигантскую сеть, связывающую в реальном времени миллиарды людей, большинство из тех, кто общается в социальных сетях, не взаимодействуют друг с другом напрямую и даже опосредованно. Участники добавляют в друзья тех, кто имеет сходные мнения и интересы, подписываются на страницы единомышленников и обращаются к источникам новостей, отражающим их собственные представления о мире. При таких ограниченных взаимодействиях совокупность людей, связанных онлайн, распадается на отчетливые невзаимодействующие группы, в пределах которых редко встречается альтернативная точка зрения. Даже друзья друзей обычно не ссылаются на отличные мнения других групп, поэтому большинство интернет-обитателей не замечают существования незнакомых сообществ с иными, несовместимыми идеями. Мы не слишком изолированы от миров, находящихся за пределами нашего собственного. Но в отношении темной материи мы все одним миром мазаны. Темная материя просто не является частью социальной сети обычной материи. Она обитает в интернет-чате, в который мы даже не знаем, как войти. Она находится в той же самой Вселенной и занимает те же области пространства, что и видимая материя. Однако частицы темной материи взаимодействуют крайне незначительно с обычной материей, которую мы знаем. Как и в случае с интернет-сообществами, о которых мы не подозреваем, если не говорить

23 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 23 каждодневно о темной материи, то о ее существовании никто и знать не будет. Как и бактерии внутри нас, темная материя одна из множества других «вселенных» прямо под нашим носом. И, подобно этим микроскопическим созданиям, она вокруг нас. Темная материя проходит прямо через наши тела она кругом нас в космическом пространстве 1. Мы, однако, не замечаем ни одного из ее проявлений, поскольку она взаимодействует так слабо, что не образует отчетливого сообщества. Это сообщество полностью изолировано от материи, которую мы знаем. Она тем не менее очень важна. Если на бактериальные клетки, несмотря на их многочисленность, приходится всего 1 2% нашей массы, то на темную материю, хотя в нашем теле она и составляет незначительную часть, приходится примерно 85% вещества во Вселенной. Каждый кубический сантиметр пространства вокруг вас содержит темную материю, масса которой примерно соответствует массе протона 2. Много это или мало зависит от того, с какой точки зрения смотреть. Если темная материя состоит из частиц, чья масса сопоставима с массой известных нам частиц, и если эти частицы движутся со скоростью, которую можно ожидать исходя из известных законов, то сквозь каждого из нас ежесекундно проходят миллиарды частиц темной материи. Так или иначе, никто не замечает этого. Воздействие даже миллиардов частиц темной материи на нас исчезающе мало. Именно поэтому мы не можем чувственно воспринимать темную материю. Она не взаимодействует со светом, по крайней мере так, чтобы люди могли обнаружить это взаимодействие. Темная материя представляет собой иную субстанцию, 1 Вообще-то мы этого не знаем. Есть модели темной материи, в которых она представляет собой не элементарные частицы, а компактные макроскопические объекты большой массы. Таких объектов не так много в окружающем космосе, чтобы можно было ожидать регулярные «встречи» человеческого тела с ними. Прим. науч. ред. 2 Надо понимать, что это в среднем, т. е. если рассматривать массу вещества в большой области пространства Вселенной, то масса темной материи такая, словно в каждом кубическом сантиметре «находится» один протон. Прим. науч. ред.

24 24 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ чем обычная материя, она не состоит из атомов или других знакомых нам элементарных частиц, вступающих во взаимодействие со светом, а такое взаимодействие является принципиальным для всего, что мы видим. Из чего состоит темная материя и есть та загадка, над которой бьются мои коллеги и я вместе с ними. Не исключено, что это частицы какого-то нового типа. Если это так, то каковы их свойства? Вступают ли они помимо гравитационных взаимодействий в какие-либо другие взаимодействия? Если осуществляемые сейчас эксперименты будут успешными, то у частиц темной материи могут обнаружиться ничтожные электромагнитные взаимодействия, настолько малые, что до сих пор их не удавалось зарегистрировать. Специальные космические зонды ищут эти взаимодействия как это происходит, я объясню в третьей части книги. Но пока темная материя остается невидимой. Ее присутствие никак не влияет на детекторы при нынешнем уровне чувствительности. Вместе с тем, когда темная материя концентрируется в локализованном пространстве, ее чистое гравитационное влияние становится значительным и она оказывает заметное воздействие на звезды и близлежащие галактики. Темная материя влияет на расширение Вселенной, на траекторию света, поступающего от удаленных объектов, на орбиты движения звезд вокруг центра галактики и на многие другие измеримые явления так, что это заставляет верить в ее существование. Из-за этих-то измеримых гравитационных эффектов мы и знаем о существовании темной материи. Кроме того, несмотря на свою невидимость и неосязаемость, темная материя играла ключевую роль в формировании структуры Вселенной. Темную материю можно сравнить с недооцененными рядовыми членами общества. Хотя они и не видны верховным вершителям судеб, без армии работников, строящих пирамиды, прокладывающих автомагистрали, собирающих электронную аппаратуру, невозможно развитие цивилизации. Как и другие незаметные группы людей в на-

25 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 25 шем обществе, темная материя принципиально важна для нашего мира. Не будь темной материи в ранней Вселенной, сейчас некому было бы даже рассуждать о происходившем, не говоря уже о создании связной картины эволюции Вселенной. Без темной материи не было бы времени на формирование структуры, которую мы наблюдаем. Сгустки темной материи стали зародышами Млечного Пути, а также других галактик и скоплений галактик. Если бы не сформировались галактики, то не было бы ни звезд, ни Солнечной системы, ни жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Даже сегодня суммарное воздействие темной материи поддерживает целостность галактик и галактических систем. Темная материя, возможно, влияет даже на траекторию движения Солнечной системы, если существует упомянутый во введении темный диск. Так или иначе, мы не наблюдаем темную материю непосредственно. Ученым известно множество форм материи, но те из них, состав которых мы знаем, наблюдаются через тот или иной вид испускаемого света или в более общем случае электромагнитного излучения 1. Электромагнитное излучение воспринимается как свет в диапазоне видимых частот, а за пределами этого узкого диапазона оно может представлять собой, например, радиоволны или ультрафиолетовое излучение. Эффекты можно наблюдать с помощью микроскопа, радиолокатора или как оптические образы на фотоснимке. При этом всегда присутствует электромагнитное взаимодействие. Не всякое взаимодействие является прямым самым непосредственным образом со светом взаимодействуют заряженные частицы. Однако элементы Стандартной модели в физике элементарных частиц наиболее фундаментальные элементы материи, которые нам известны взаимодействуют в такой мере, что свет 1 Есть, однако, элементарные частицы нейтрино, которые участвуют только в слабых взаимодействиях и «наблюдаются» через рождение электрически заряженных частиц электронов и их более тяжелых аналогов мюонов и тау-лептонов. Прим. науч. ред.

26 26 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ является, если не впрямую другом, то как минимум другом друга всех форм видимой для нас материи. Не только зрительные, но и другие наши чувственные восприятия осязательные, обонятельные, вкусовые и звуковые основаны на атомных взаимодействиях, которые, в свою очередь, связаны с взаимодействиями электрически заряженных частиц. Осязание тоже, хотя и по более тонким причинам, связано с электромагнитными колебаниями и взаимодействиями. Поскольку все без исключения чувственные восприятия людей основаны на электромагнитных взаимодействиях того или иного рода, мы не можем напрямую замечать темную материю привычным нам образом. Хотя темная материя везде вокруг нас, мы не видим и не чувствуем ее. Когда свет падает на темную материю, ничего не происходит, он просто проходит сквозь нее. Учитывая, что никто никогда не видел (не осязал и не обонял) ее, многие, с кем я разговаривала, воспринимали факт существования темной материи с удивлением и считали его загадочным, а то и вовсе спрашивали, не является ли это плодом воображения. Люди спрашивают, разве может быть такое, чтобы подавляющая часть материи примерно в пять раз больше по массе, чем обычная материя не была видна в традиционные телескопы. Лично я ожидала бы прямо противоположного (хотя, наверное, не все смотрят на вещи таким образом). Для меня более загадочным было бы, если бы наши глаза могли видеть всю материю, которая существует. Кто сказал, что мы наделены идеальными органами чувств, способными непосредственно воспринимать все сущее? Самое большое, что дала нам физика за многие столетия, это понимание того, как много скрыто от нашего взора. С этой точки зрения вопрос вызывает то, почему на материю, которую мы знаем, приходится такая плотность энергии во Вселенной. Темная материя, возможно, кому-то кажется экстравагантной идеей, однако предположение о ее существовании несравненно меньшее безрассудство, чем пересмотр законов грави-

27 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 27 тации, который, наверное, предпочли бы противники такой экстравагантности. Темная материя, хотя и совершенно непривычна, имеет, скорее всего, более-менее традиционное объяснение, полностью соответствующее всем известным законам физики. В конце концов, с какой стати вся материя, подчиняющаяся известным законам гравитации, должна вести себя точно так же, как знакомая нам материя? Короче говоря, почему вся материя должна взаимодействовать со светом? Темная материя может быть просто субстанцией, имеющей иной фундаментальный заряд или лишенной фундаментального заряда. Без электрического заряда или взаимодействий с заряженными частицами она не может ни поглощать, ни испускать свет. Впрочем, неувязка с одним из аспектов темной материи все же существует это ее название. Я имею в виду не слово «материя». Эта субстанция действительно является формой материи в том смысле, что она образует сгустки и оказывает гравитационное влияние, реагируя на силу тяготения подобно любым другим видам материи. Именно это взаимодействие позволяет физикам и астрономам обнаруживать ее присутствие. Не вполне уместно в названии слово «темная» по той причине, что мы видим темные вещи, поглощающие свет, а также потому, что такой ярлык делает эту субстанцию в нашем восприятии более могущественной и отрицательной, чем она есть на самом деле. Темная материя вовсе не темная она прозрачная. Темное вещество поглощает свет. Прозрачные же тела индифферентны к нему. Свет может падать на темную материю, но ни эта материя, ни сам свет не претерпевают при этом изменений. Не так давно на междисциплинарной конференции я познакомилась с Массимо, профессиональным маркетологом, специализирующимся на брендинге. Когда я рассказала ему о своем исследовании, он посмотрел на меня с недоверием и спросил: «А почему это называют темной материей?» Его смутило не научное обоснование, а чрезмерно негативная коннотация названия. Конечно, далеко не каждый бренд приобретает

28 28 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ негативную окраску из-за присутствия слова «темный». «Темный рыцарь» 1 был отличным парнем, ну разве что со сложным характером. Но по сравнению с ролью этого слова в названиях «Темные тени» 2, «Темные начала» 3, «Трансформеры: темная сторона Луны» 4, «темная сторона силы» Дарта Вейдера 5, не говоря уже о «темной песне» из «Лего. Фильма», «темная» в темной материи имеет довольно невинный смысл. Несмотря на наше очевидное увлечение темной стороной вещей, темная материя в реальности не оправдывает репутации своего названия. Все же у нее есть одна общая черта со злыми силами: она невидима для нас. Темная материя абсолютно правильно названа в том смысле, что, как ее не нагревай, никакого света она не излучает. С этой точки зрения она действительно темная не потому, что она непрозрачна, а потому, что является противоположностью всему светоизлучающему и даже светоотражающему. Никто не видит темную материю непосредственно ни в микроскоп, ни в телескоп. Как и в случае со злыми духами в кинофильмах и литературе, невидимость служит ей защитным покрывалом. На взгляд Массимо, «прозрачная материя» звучала бы лучше или как минимум не так пугающе. С точки зрения физики, однако, я не уверена в его правоте. Темная материя, даже если это мне и не нравится, привлекает внимание. Так или иначе, в темной материи нет ничего ни зловещего, ни могущественного, по крайней мере пока она не скапливается в огромных количествах. Она взаимодействует с обычной материей настолько слабо, что обнаружить ее чрезвычайно сложно. Именно в этом и заключается интерес. 1 Dark Knight герой кинотриллера режиссера Кристофера Нолана. Прим. пер. 2 Dark Shadows приключенческий триллер с элементами ужасов, в русской версии «Мрачные тени». Прим. пер. 3 His Dark Materials фантастическая трилогия британского писателя Филипа Пулмана. Прим. пер. 4 Transformers: Dark of the Moon американский фантастический боевик. Прим. пер. 5 Дарт Вейдер главный герой киноэпопеи «Звездные войны». Прим. пер.

29 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 29 ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ С названием «темная материя» связаны и другие недоразумения помимо упомянутого выше зловещего звучания. Например, многие из тех, с кем я обсуждала мою работу, не видели разницы между темной материей и черными дырами. Чтобы подчеркнуть различие, я сделаю небольшой экскурс в природу черных дыр, представляющих собой объекты, которые образуются, когда в очень маленькой области космического пространства оказывается слишком много материи. Ничто, включая свет, не может вырваться из их чудовищного гравитационного поля. У черных дыр и темной материи общего не больше, чем у черных чернил и черной комедии. Темная материя не взаимодействует со светом. Черные дыры поглощают свет, как и все остальное, что оказывается слишком близко. Черные дыры являются черными потому, что весь попадающий в них свет остается внутри. Он не излучается и не отражается. Темная материя вполне может иметь отношение к формированию черных дыр 1, поскольку любая материя способна сколлапсировать и превратиться в черную дыру. Однако черные дыры и темная материя определенно не одно и то же. Их ни в коем случае нельзя смешивать. Другое заблуждение связано с неудачным названием темной материи. Поскольку во Вселенной существует еще темная энергия тоже неоднозначное название, ее нередко путают с темной материей. Хотя это и отступление от нашей главной темы, я замечу, что темная энергия занимает важное место в современной космологии, и постараюсь объяснить ее сущность во избежание путаницы в дальнейшем. Темная энергия это не материя, это просто энергия. Темная энергия существует, даже если вокруг нет ни одной частицы или вещества в другой форме. Она распределена по Вселенной, но не образует сгустков, как обычная материя. Плот- 1 Точнее говоря, есть предположение, что черные дыры являются возможными источниками темной материи к этой теме мы обратимся позже. Вместе с тем экспериментальные ограничения и теоретические выкладки в настоящее время делают такой сценарий крайне маловероятным. Прим. авт.

30 30 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ ность темной энергии везде одинакова ее плотность в одной области не отличается от плотности в другой области. Темная энергия очень отличается от темной материи, которая собирается в объекты и в одних местах плотнее, чем в других. Темная материя ведет себя точно так же, как знакомая нам материя, которая образует объекты вроде звезд, галактик и скоплений галактик. Темная энергия всегда распределена равномерно. Темная энергия также не меняется во времени. В отличие от материи или излучения, темная энергия не становится более рассеянной по мере расширения Вселенной. Это в определенном смысле ее определяющее свойство. Плотность темной энергии энергии, которая не связана с частицами или материей остается неизменной во времени. По этой причине физики нередко называют этот вид энергии космологической постоянной. На раннем этапе эволюции Вселенной подавляющая часть энергии существовала в форме излучения. Однако излучение рассеивается 1 быстрее, чем материя, поэтому материя со временем стала самым значительным носителем энергии. Значительно позднее в процессе эволюции Вселенной доминирующая позиция перешла к темной энергии, которая никогда не рассеивается, в отличие от излучения и материи, и на которую ныне приходится примерно 70% энергетической плотности Вселенной. До того как Эйнштейн предложил свою теорию относительности, всех интересовала лишь относительная энергия разница между энергией одного состояния и энергией другого. Однако теория Эйнштейна показала, что абсолютное количество энергии значимо само по себе и определяет гравитационную силу, которая сжимает или расширяет Вселенную. Большая загадка темной энергии кроется не в ее существовании кван- 1 Слово «рассеивается» здесь и далее употребляется в том же обыденном смысле, что и в выражении «туман рассеялся». Для уточнения этого употребления отметим, что в расширяющейся Вселенной плотность всех частиц падает, а у ультрарелятивистских частиц излучения уменьшаются и импульсы, или частота (свет краснеет). В результате вклад излучения в плотность энергии Вселенной падает быстрее, чем вклад материи (нерелятивистских частиц, чей основной вклад определяется массой). Прим. науч. ред.

Чёрные дыры и информационный парадокс Хуан Малдасена Институт перспективных исследований, Принстон, США Чёрные дыры в теории тяготения Ньютона Теория относительности: специальная общая искривлённое пространство-время

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Стивен Хокинг Краткая история времени Это краткий конспект книги Стивена Хокинга, который я написал когда-то. На пяти страницах я постарался отразить основные

Способны ли Вы верить в существование Аллаха? Слово «ийман» в переводе означает веру, подтверждение и признание. Улемы науки акыды (вероубеждения) дают ийману следующее определение: «Ийман признание языком

Спросите Итана 21: Почему Существует Жизнь? Тэги: Жизнь Абиогенез Автор: Ethan Siegel Перевод: Вячеслав Голованов @SLY_G Опубликовано: Geektimes В двух словах я могу сформулировать всё, что я узнал о жизни:

1. Условие. Известно, что Луна повернута к Земле всегда одной стороной, поэтому обратную сторону Луны наблюдать с Земли невозможно. С какой планеты Солнечной системы было бы удобно наблюдать обратную сторону

I II III Лабораторная работа 18 Опыт Резерфорда Цель работы Теоретическая часть 1 Введение 2 Рассеяние α -частиц 3 Дифференциальное сечение рассеяния 4 Формула Резерфорда Экспериментальная часть 1 Методика

УМЕНЬШЕНИЕ МАССЫ ЗВЕЗД ВСЛЕДСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ1). Г. Фогт. Не только сторонники теории относительности, но также и те ученые, которые стоят на почве классической физики, в настоящее время считают,

2.Пояснительная записка. Программа соответствует Федеральному компоненту государственного стандарта основного общего образования по физике (приказ Минобразования России от 05.03.2004 1089 «Об утверждении

63 Л.А. Сергеева Человек и Вселенная: современное прочтение проблемы Проблемы космологии, их философская интерпретация приобрели в настоящий момент новое актуальное звучание, хотя проблема человека и окружающего

Презентация (по физике) Исаак Ньютон (04.01.1643 года - 31.03.1727 года) Великобритания Выдающийся английский учѐный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ 11 КЛАСС (базовый уровень) 4 ЭЛЕКТРОДИНАМИКА 35 часов 4.1 Элементарный электрический заряд. 1 Знать: 4.2 Закон сохранения электрического заряда Закон Кулона 1 понятия: электрический

Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением иностранного языка при Посольстве России в Великобритании СОГЛАСОВАНО на заседании МС (Зубов С.Ю.) «10» сентября 2014 УТВЕРЖДАЮ директор школы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Планковские частицы, как продукты распада N-частицы, будут иметь, зависящие от возраста Вселенной соответствующие характеристики Этими характеристиками являются масса покоя, равная величине элементарной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ (МИИГАИК) Аннотация рабочей программы дисциплины Концепции современного естествознания

Изменение скорости света и нобелевские премии за интерпретации. Один из методов измерения расстояния в дальнем космосе, называют методом «стандартных свечей», рисунок 1. Площади секторов, освещенные одинаковым

Региональный этап Всероссийской олимпиады по астрономии 6 года Условия задач 9 класс 1. Может ли созвездие Южного Креста (склонение около 6) наблюдаться в северной части неба? Если да, то в каких районах

В.Ю.Ганкин, Ю.В.Ганкин Тяготение Любое открытие нового закона полезно лишь тогда, когда из него можно извлечь больше того, что в него было вложено Р.Фейнман Из предисловия к русскому изданию книги

12.5.13. Физика Механические явления распознавать механические явления и объяснять на основе имеющихся знаний основные свойства или условия протекания этих явлений: равномерное и равноускоренное прямолинейное

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей «Детский (подростковый) центр» администрации мо Киреевский район СЦЕНАРИЙ «ПУТЕШЕСТВИЕ К ЗВЁЗДАМ» Педагог-организатор:

Условия и решение задач Открытой городской олимпиады по астрономии, астрофизике и физике космоса им. Виктора Юрьевича Трахтенгерца 01 февраля 2015 г. 8 9 классы Каждая задача оценивается в 7 баллов 1.

Планеты Солнечной системы Урок окружающего мира в 4 классе (Учебник Поглазовой О. Т. «Окружающий мир», 4 класс, часть 3) Старунова Ольга Эдуардовна, учитель начальных классов ГОУ СОШ 427 Кронштадтского

Лекция 4 КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ И СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНЫЕ КАРТИНЫ МИРА Квантово-полевая НКМ (начало XX в.) сформировалась на основе квантовой гипотезы М. Планка, волновой механики Э. Шредингера, квантовой механики

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЛАСТНОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ЛИПЕЦКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» КОМПЛЕКТ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ В данной статье я хотел бы представить новый подход к возникновению и развитию Вселенной. Необходимость нового подхода обусловлена противоречиями, которые, с моей точки

В этом файле Satellites_Fedotovo_2016.pdf собрана полная информация обо всех вспышках спутников Иридиум и всех полётах других ярких спутников, которые можно будет наблюдать во время восьмой Карельской

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по физике составлена на основе примерной программы среднего (полного) общего образования по физике базового уровня и соответствует федеральному государственному

Аннотация к учебнику физики класс (базовый уровень) Громов С.В. Рабочая программа составлена на основе примерной программы, подготовленной и опубликованной в сборнике "Программы общеобразовательных учреждений:

4 ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПРИ НАЛИЧИИ ПРОВОДНИКОВ Проводники электричества это вещества, содержащие свободные заряжённые частицы. В проводящих телах электрические заряды могут свободно перемещаться в пространстве.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа 41 «Гармония» с углубленным изучением отдельных предметов» городского округа Самара РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Предмет физика Класс 9 Количество часов

Пояснительная записка При составлении программы были использованы следующие правовые документы федеральный компонент государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике, утвержденный

Аннотация к рабочей программе по физике.7-9 классы. Рабочая программа разработана на основе: 1. Примерной программы среднего общего образования по физике. 2. Программы основного общего образования по физике

Лекция 5 5. ДВОЙНЫЕ ЗВЕЗДЫ И ЗВЕЗДНЫЕ МАССЫ Очень часто две звезды могут выглядеть близкими друг к другу на небе, хотя в действительности они находятся на существенно разных расстояниях. Такие случайные

Раздел 3. ФИЛОСОФСКАЯ КАРТИНА МИРА 1. Основа бытия, существующая как причина самой себя а) субстанция б) бытие в) форма г) акциденция 2. Бытие это а) все, что существует вокруг б) некое вещественное образование

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Школа 13» города Сарова РАССМОТРЕНА на заседании школьного методического объединения учителей естественнонаучного цикла Протокол 1 от 29.08.2016 СОГЛАСОВАНА

2. Решения заданий Регионального этапа и система оценивания каждого задания. 9 класс 1. Условие. Некоторая далекая звезда одновременно взошла над горизонтом в Москве (широта 55 45, долгота 37 37) и в

СПРАВОЧНИК «Определение плотности планет земной группы» ученика 7 «Б» класса средней школы 167 Тепикина Виктора Меркурий. Меркурий первая планета от Солнца и самая маленькая из земной группы. Ее диаметр

ФИЛОСОФИЯ Лекция Тема: ФИЛОСОФИЯ И НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА (2 часа) Цели: - формирование представлений о философском понимании мира, бытии и материи - создание условий для развития философского мышления;

ГБОУ ПУШКИНСКИЙ ЛИЦЕЙ 1500 СП «Красное Село» Познавательно-творческий проект подготовительной группы о космосе. Что бывает выше неба? Автор проекта: Тамразян А.Р. Москва, 2015 г. Введение Интерес к космосу

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУННЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА НА СВЧ Ц е л ь р а б о т ы: Ознакомление с основными закономерностями туннельного эффекта на СВЧ-модели. П р и б о р ы и п р и н а д л е ж н

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная щкола 2 городского поселения «Рабочий поселок Ванино» Ванинского муниципального района Хабаровского края РАССМОТРЕНО на

Кафедра экспериментальной физики СПбГПУ, Работа 3.6 ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ СВЕТА ВВЕДЕНИЕ М. Ю. Липовская Ю. П. Яшин Скорость света является одной из основных констант нашего мира и определяет предельную скорость

Часть I Мир в движении The 5th Wave Ðè Òåííàíò Ïîñëå óâîëüíåíèÿ èç öèðêà êëîóí Ôóçÿ ðåøèë ðàçðàáîòàòü êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâóþ ìîäåëü êëàêñîíà, áðûçãàþùåãî êâàðêàìè. В этой части... Эта часть является введением

Такая разная логика Тьютор программы: Казангапова М.С Авторы проекта:- Вагнер А.Н., Горбачева В.В., Кожахметова З.М., Орынбаев Б. Н. Вильям Шекспир Дать объяснение понятию «логика» с научной точки зрения

Приложение к рабочей программе КАЛЕНДАРНО - ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА на 2013-2014 учебный год Предмет: окружающий мир Класс: 2д Учитель Васильева И.Н. Количество часов за год: 68ч Количество

МЕДЛЕННАЯ АРХИТЕКТУРА Мария Элькина Норвежский архитектор Рейульф Рамстад рассказал ART1 о реконструкции знаменитой Дороги троллей, движении на Восток и учебе у пейзажей. Мария Элькина: Расскажите немного

Л. Г. Джахая (г. Тбилиси, Грузия) ЧЕЛОВЕК В СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ И ФИЛОСОФСКИХ КОНЦЕПЦИЯХ МИРОЗДАНИЯ Человек и человеческое общество, их появление и дальнейшее прогрессивное развитие могут быть правильно,

Глава 3 ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ По вечерам в небе загораются звезды. В ясную погоду невооруженным глазом их можно насчитать на небосводе до трех тысяч. Но это лишь очень небольшая часть тех звезд и других космических

ФЕВРАЛЬ 38 365 позитивных настроев по методу Луизы Хей Давайте сделаем февраль месяцем хороших ощущений! Каждое утро громко провозглашайте: «Я выбираю мысли, которые создают мне хорошее настроение!» Ложась

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО АСТРОНОМИИ ИНФОРМАЦИЯ для участника Регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по астрономии 2012 года Москва 2011 1 Дорогой друг! Прежде чем начать решать

Справкадля Ученого Совета АКЦ по материалам доклада от 9.02.07 Темная материя (проблема идентификации) составили:а.г. Дорошкевич В. Н. Лукаш, И. Д. Новиков Где находится материя? Светящаяся: * звезды Темные

Учебно-методический комплекс (УМК) Физика Аннотация к рабочей программе 7 класса А.В.Пѐрышкин. Физика 7 класс. Москва. Дрофа.2012г. А.В.Пѐрышкин. Сборник задач по физике 7-9. Москва Экзамен.2015 Учебный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК УТВЕРЖДАЮ " " 01_ г. РАБОЧАЯ

Рассмотрено на заседании МО Согласовано Утверждаю учителей математики и физики Зам. Директора по УВР Директор МБОУ СОШ с.ключи /Камалтдинова З.З./ /Селянина Ф.Ф./ /Селянина З.Р/ 2011 г. 2011 г. Приказ

XXIII Санкт-Петербургская астрономическая олимпиада теоретический тур, решения 206 4 февраля 9 класс В сказке Льюиса Кэролла у Алисы, попавшей в Страну чудес, постоянно менялся рост На сколько изменялась

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Экспериментальные материалы для учащихся 5 классов ОБЩЕСТВОЗНАНИЕ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (1) Вариант 3 Школа Класс 5 Фамилия, имя фамилия, имя учащегося ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ

8 Примеры решения задач Задача Абсолютно черное тело нагрето от температуры до 3 С Во сколько раз изменилась мощность суммарного излучения при этом Дано: Т С373К; Т 3 С573К; σ 5,67-3 Вт м К Найти: N /N

Автономная образовательная некоммерческая организация высшего образования «Институт менеджмента, маркетинга и финансов» Учебное издание МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ К ПРАКТИЧЕСКИМЗАНЯТИЯМ И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

XXI Санкт-Петербургская астрономическая олимпиада заочный отборочный тур, решения 2013 2014 5 декабря 15 января 5 6 классы 1. Антарес, Туманность Андромеды, Юпитер, Альфа Центавра, Солнце. Расположите