Глава 4 Темная материя

Забудьте о котах, собаках и параллельных вселенных альтернативных реальностей.

Забудьте о квантовом мире.

Забудьте о мини-копии.

Сейчас вы в космосе в виде разума.

Вы увидели, что микромир наполнен тайнами, и намерены проверить, работает ли теория Эйнштейна везде или у нее тоже есть недостатки, даже не пытаясь превратить ее в квантовую теорию.

Так что вы в космосе. Земля позади вас, и вы летите вперед. Вы пролетаете мимо Луны, Солнца, соседних звезд.

Вплоть до этого места теория гравитации Эйнштейна работает превосходно. Звезды и планеты движутся так, как должны.

Вы направляетесь из Млечного Пути в межгалактическую среду, где и останавливаетесь.

Млечный Путь находится прямо под вами. Другие галактики светят на расстоянии. Огромные спирали из сотен миллиардов звезд, излучающие свет в непроглядно темной Вселенной.

Из того, что вы выяснили о гравитации, вы знаете, что, так же как у планет вокруг Солнца, скорость любой звезды в пределах галактики не может быть случайной. Звезды, летящие слишком быстро, неизбежно покинут безопасное убежище галактики, эти одинокие светила обречены на вечные странствия по гигантским просторам, отделяющим отдельные галактики друг от друга. Если бы звезды летели слишком медленно, то скатились бы вниз по склону пространства-времени, созданному всеми другими звездами, склону, который заставил бы их действительно двигаться в направлении ядра галактики, центрального утолщения, заполненного звездами, где они в конечном итоге проглатываются или разрушаются гигантской черной дырой, терпеливо дожидающейся своих жертв. Не имея нужной скорости, чтобы удержаться на стабильной орбите, звезда либо покидает свою галактику, либо обречена упасть, так же как мраморный шарик в миске либо скатывается на дно, либо вылетает из нее.

Помните, как закон всемирного тяготения Ньютона не сработал, когда гравитация оказалась слишком сильной? Вблизи Солнца его уравнения требуют корректировки с учетом вращения Меркурия. Эйнштейн обнаружил эти корректировки, чтобы совершить революцию в нашем видении пространства и времени. И теперь, спустя 100 лет, настала очередь Эйнштейна столкнуться с изменением масштаба. А как насчет действия теории гравитации Эйнштейна в отношении целых галактик? Работает ли его теория кривых пространства-времени, столкнувшись с сотнями миллиардов звезд вместо одной?

Именно это вы и собираетесь проверить.

Вы вынимаете секундомер и начинаете отсчет времени перемещения звезд по Млечному Пути. Одновременно подсчитать скорости 300 миллиардов звезд непросто, поэтому вы начинаете с окраин галактики, с конца одного из великолепных спиральных рукавов вдали от Стрельца А*, нашей собственной сверхмассивной черной дыры.

Вы засекаете десять секунд.

Звезда, за которой вы ведете наблюдение, пролетела 2500 километров. Неплохо.

Это соответствует в среднем скорости около 900 тысяч километров в час вокруг центра галактики. Совсем неплохо.

Соседние с ней звезды движутся практически так же быстро.

На самом деле любые две звезды, находящиеся на равном расстоянии от ядра нашей Галактики, имеют одинаковую скорость; самые медленные звезды расположены далеко от центра, в то время как самые быстрые, вроде звезды-спринтера S2, с которой вы столкнулись некоторое время назад, лежат глубоко внутри нее. И если вам интересно, сколько времени занимает полный оборот таких аутсайдеров вокруг Млечного Пути, ответ будет – около 250 миллионов земных лет. Долгое путешествие. Млечный Путь огромен. Солнце (а значит, и Земля), находясь немного ближе к центру, проходят путь вокруг Млечного Пути почти за 225 миллионов лет, период, называемый галактическим годом. Когда в последний раз Земля занимала то же положение в Галактике, что и сегодня, у динозавров оставалось еще 160 миллионов лет спокойной жизни… Если использовать такую терминологию, Большой взрыв произошел около 61 галактического года назад, и если мы начнем отсчет с сегодняшнего дня, то еще через 20 кругов Млечный Путь и Галактика Андромеды сблизятся настолько, что начнут сталкиваться. Кстати, Солнце взорвется несколько галактических месяцев спустя. Рассматриваемое таким образом, это событие вовсе не кажется таким отдаленным…

Прекрасно.

И на том спасибо.

Кажется, никаких проблем здесь с теорией Эйнштейна нет, за исключением…

За исключением того, что проблема есть.

Если быть откровенным, вы не первый, кто проверяет динамику вращения звезд вокруг Галактики. Их скорости известны уже довольно долгое время, с начала 30-х годов прошлого века, когда нидерландский астроном Ян Оорт измерил их.

Но Оорт зашел еще немного дальше.

Для начала он оценил количество материи, содержащейся внутри всего Млечного Пути. Затем проверил, совпадают ли наблюдаемые им скорости с ожидаемыми скоростями в отношении тех звезд, что не падают или не покидают галактику.

Они не совпали.

Не совпали вообще.

Находясь здесь, над Млечным Путем, вы можете проверить это самостоятельно.

Складывая массу каждой звезды с облаком пыли и всем видимым остальным, принадлежащим родной Галактике, вы придете к тому же загадочному выводу: здесь определенно недостаточно материи, чтобы удержать любую звезду от выкидывания из Галактики с учетом ее скорости.

И в отличие от несоответствия между теорией Ньютона и орбитой Меркурия, расхождение здесь вовсе не крошечное.

Должно существовать в пять раз больше материи, чем той, что вы можете видеть. В противном случае все звезды выкинуло бы из Галактики. В том числе и Солнце.

Должно быть, вы что-то упустили из виду. И Оорт тоже.

Не хватает не просто нескольких сотен миллионов звезд и окружающей их пыли, тогда бы вы могли обвинить себя или Оорта за небрежно выполненный подсчет. Кстати, это было бы нормально. Но превышение в пять раз? Что происходит? И вообще кто такой этот Оорт? Можно ли ему доверять?

Можно. Он был не просто обычный астроном. На самом деле его невероятные идеи помогли человечеству выяснить многое из того, что вы видели во время путешествия по Солнечной системе и Млечному Пути в первой части книги. Ему, например, приписывают демонстрацию того, что Солнце находится не в центре нашей Галактики (сейчас факт может показаться очевидным, но он таким не был, пока Оорт его не доказал). Он также человек, который выдвинул гипотезу о существовании огромного хранилища комет (миллиардов миллиардов комет), носящего теперь его имя – облако Оорта, которое вы пересекли на внешней границе Солнечной системы перед входом в гравитационное поле красного карлика Проксима Центавра.

Оорт был необычным ученым, вслед за тем объяснившим в 1932 году абсурдное несоответствие между видимой материей нашей Галактики и скоростью ее звезд, сделав на удивление смелое утверждение. Он заявил, что Млечный Путь заполняет неизвестный вид материи, которая еще никогда не обнаруживалась ни в какой форме, ни здесь на Земле, ни где-либо еще, потому что она не взаимодействует со светом, что делает невозможным ее наблюдение любым типом телескопа. Оорт назвал ее темной материей. Согласно его работе, видимые эффекты темной материи проявляются лишь косвенным путем, через гравитацию: темную материю нельзя увидеть, но она искривляет пространство-время, как и обычная материя, хотя таковой, безусловно, не является. Она даже не может состоять из тех же частиц, что образуют все привычное нам, в противном случае мы могли бы ее увидеть.

Такое открытие может показаться слишком огромным – и захватывающим, – чтобы оказаться правдой, но как бы ни хорош был Оорт, никто не совершенен. Он мог и ошибаться. Чтобы выяснить это, вы решаете взглянуть на другие галактики, чтобы рассмотреть их движение вокруг друг друга, точно так же как поступил швейцарский астроном Фриц Цвикки примерно через год после первоначального заявления Оорта в 1933 году.

Если бы темная материя оказалась реальной, присутствующей и гравитационно активной не только внутри Млечного Пути, но и снаружи и внутри других галактик тоже, она не просто изменила бы орбиты движущихся в галактике звезд. Она также повлияла бы на орбиты вращающихся вокруг друг друга галактик.

Так что вы пристально рассматриваете их.

Вы анализируете захватывающий космический танец огромных скоплений ярких звезд, и… у вас не остается больше сомнений.

Так же как Цвикки, вы вынуждены признать, что все галактики слишком быстро вращаются вокруг друг друга, не скрывая огромного количества гравитационно притягательной темной материи.

И темная материя не материя.

И не антиматерия.

Это нечто другое.

Никто не знает что.

Все проведенные с 30-х годов многочисленные эксперименты пришли к такому же выводу. Темная материя есть. Она существует. Везде есть материя, сверху которой обернута темная материя. И хотя я пытался на протяжении всей книги показать вам все знания о Вселенной, которыми я хотел бы поделиться с вами, в этом вопросе я вынужден признать, я не могу познакомить вас с ней ближе.

Почему?

Потому что даже сегодня, по прошествии более восьмидесяти лет после смелого предположения Оорта, мы все еще не имеем никакого понятия о том, из чего эта темная материя состоит. Мы знаем, что она существует. Мы знаем, где она находится. У нас есть карты ее присутствия внутри и вокруг галактик по всей Вселенной. У нас даже есть жесткие условия для того, что ею являться не может, но мы не имеем ни малейшего понятия, что она из себя представляет. И да, ее присутствие подавляюще: на каждый килограмм обычной материи, состоящей из нейтронов, протонов и электронов, приходится пять килограммов темной материи, состоящей неизвестно из чего. ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ СУЩЕСТВУЕТ ПОВСЮДУ, ВОКРУГ ГАЛАКТИК, ВОКРУГ НАШЕГО СОБСТВЕННОГО МЛЕЧНОГО ПУТИ И ПО ВСЕЙ ВСЕЛЕННОЙ.

Темная материя.

Неожиданная гравитационная тайна номер один. Она может означать, что теория Эйнштейна не работает в таких масштабах, точно так же как теория Ньютона не работала вблизи Солнца. Но было проведено много независимых исследований. Темная материя, кажется, действительно существует повсюду, вокруг галактик, вокруг нашего собственного Млечного Пути и по всей Вселенной, и вы не можете ее видеть.

Кажется, что во Вселенной намного больше невидимого, чем видимого.