Само за сложните неща: какво е тъмна материя и къде да я търсим.

Тъмната материя е още едно от откритията на човечеството „на върха на писалката“. Никой никога не го е усещал, той не излъчва електромагнитни вълни и не взаимодейства с тях. Повече от половин век няма експериментални доказателства за съществуването на тъмна материя; предоставят се само експериментални изчисления, които уж потвърждават нейното съществуване. Но в момента това е само хипотеза на астрофизиците. Все пак трябва да се отбележи, че това е една от най-интригуващите и много разумни научни хипотези.

Всичко започна в началото на миналия век: астрономите забелязаха, че картината на света, която наблюдаваха не се вписва в теорията на гравитацията.Теоретично, галактиките, които имат изчислената маса, се въртят по-бързо, отколкото би трябвало.

Това означава, че те (галактики) имат много по-голяма маса, отколкото предполагат изчисленията от направените наблюдения. Но тъй като те все още се въртят, тогава или теорията за гравитацията не е правилна, или тази теория не „работи“ върху обекти като галактики. Или във Вселената има повече материя, отколкото съвременните инструменти могат да открият. Тази теория стана по-популярна сред учените и това нематериално хипотетично вещество беше наречено тъмна материя.
От изчисленията се оказва, че тъмната материя в галактиките е приблизително 10 пъти повече от обикновено и различните материи взаимодействат помежду си само на гравитационно ниво, тоест тъмната материя се проявява изключително под формата на маса.
Някои учени предполагат, че някои тъмна материя- Това е обикновено вещество, но не излъчва електромагнитно излъчване. Такива обекти включват тъмни галактически ореоли, неутронни звезди и кафяви джуджета, както и други, все още хипотетични космически обекти.

Ако вярвате на заключенията на учените, тогава се събира обикновена материя (съдържаща се главно в галактиките).
около области с най-плътни концентрации на тъмна материя. На полученото пространство
На картата тъмната материя е неравномерна мрежа от гигантски нишки във времето
увеличаване и намаляване на местата на галактическите клъстери.

Тъмната материя се разделя на няколко класа: гореща, топла и студена (това зависи от скоростта на частиците, от които се състои). Така се разграничава гореща, топла и студена тъмна материя. Студената тъмна материя е от най-голям интерес за астрономите, тъй като може да образува стабилни обекти, например цели тъмни галактики.
Теорията за тъмната материя също се вписва в теорията за Големия взрив. Затова учените предполагат, че 300 хиляди години след експлозията частиците от тъмната материя първо са започнали да се групират в огромни количества, а след това са се образували частици от обикновена материя, събрани върху тях от силата на гравитацията и галактики.
Тези изненадващи открития означават че масата на обикновената материя е само няколко процента от общата маса на Вселената!!!

Тоест видимият за нас свят е само малка част от това, от което всъщност се състои Вселената. И дори не можем да си представим какво е това огромно „нещо“.

Тъмна материя и тъмна енергия във Вселената

В. А. Рубаков,
Институт за ядрени изследвания РАН, Москва, Русия

1. Въведение

Сега естествената наука е в началото на нов, изключително интересен етап от своето развитие. Той е забележителен преди всичко с това, че науката за микрокосмоса - физиката на елементарните частици - и науката за Вселената - космологията - се превръщат в една наука за фундаменталните свойства на света около нас. Използвайки различни методи, те отговарят на едни и същи въпроси: с каква материя е изпълнена Вселената днес? Каква е еволюцията му в миналото? Какви процеси са се случили между елементарните частици в ранната Вселена, които в крайна сметка са довели до сегашното й състояние? Ако сравнително наскоро обсъждането на този вид въпроси спря на нивото на хипотези, днес има множество експериментални и наблюдателни данни, които позволяват да се получат количествени (!) отговори на тези въпроси. Това е друга особеност на сегашния етап: космологията се превърна в точна наука през последните 10-15 години. Още днес данните от наблюдателната космология са много точни; Още повече информация за съвременната и ранна Вселена ще бъде получена през следващите години.

Последните космологични данни изискват радикално допълнение към съвременните представи за структурата на материята и фундаменталните взаимодействия на елементарните частици. Днес знаем всичко или почти всичко за „градивните елементи“, от които е съставена обикновената материя – атоми, атомни ядра, протони и неутрони, които изграждат ядрата – и как тези „градивни елементи“ взаимодействат помежду си на разстояния до 1 /1000 размер на атомното ядро ​​(фиг. 1). Тези знания са получени в резултат на дългогодишни експериментални изследвания, главно в ускорители, и теоретично разбиране на тези експерименти. Космологичните данни показват съществуването на нови видове частици, които все още не са открити в земни условия и представляват „тъмна материя“ във Вселената. Най-вероятно става дума за цял пласт от нови явления във физиката на микросвета и е напълно възможно този слой от явления да бъде открит в земните лаборатории в близко бъдеще.

Още по-изненадващ резултат от наблюдателната космология беше индикацията за съществуването на напълно нова форма на материя - "тъмна енергия".

Какви са свойствата на тъмната материя и тъмната енергия? Какви космологични данни показват тяхното съществуване? Какво означава от гледна точка на физиката на микросвета? Какви са перспективите за изучаване на тъмната материя и тъмната енергия в земни условия? На тези въпроси е посветена предлаганата на вашето внимание лекция.

2. Разширяваща се Вселена

Има редица факти, които говорят за свойствата на Вселената днес и в сравнително близкото минало.

Вселената като цяло хомогенен: Всички области във Вселената изглеждат еднакво. Разбира се, това не се отнася за малки области: има области, където има много звезди - това са галактики; има области, където има много галактики – това са купове от галактики; Има и области, където има малко галактики - това са гигантски празнини. Но всички региони от 300 милиона светлинни години или повече изглеждат еднакви. Това ясно се доказва от астрономически наблюдения, които доведоха до „карта“ на Вселената до разстояния от около 10 милиарда светлинни години от нас. Трябва да се каже, че тази „карта“ служи като източник на изключително ценна информация за съвременната Вселена, тъй като ни позволява да определим на количествено ниво как точно е разпределена материята във Вселената.

На ориз. 2показан е фрагмент от тази карта, покриващ относително малък обем от Вселената. Вижда се, че във Вселената има доста големи структури, но като цяло галактиките са „разпръснати” равномерно в нея.

Вселена разширяване: Галактиките се отдалечават една от друга. Космосът се простира във всички посоки и колкото по-далеч е тази или онази галактика от нас, толкова по-бързо се отдалечава от нас. Днес скоростта на това разширяване е малка: всички разстояния ще се удвоят за около 15 милиарда години, но преди скоростта на разширяване беше много по-голяма. Плътността на материята във Вселената намалява с времето и в бъдеще Вселената ще става все по-разредена. Напротив, Вселената е била много по-плътна, отколкото е сега. Разширяването на Вселената се доказва пряко от „зачервяването“ на светлината, излъчвана от далечни галактики или ярки звезди: поради общото разтягане на пространството, дължината на вълната на светлината се увеличава, докато лети към нас. Именно това явление беше открито от Е. Хъбъл през 1927 г. и послужи като наблюдателно доказателство за разширяването на Вселената, предсказано три години по-рано от Александър Фридман.

Забележително е, че съвременните данни от наблюдения позволяват да се измери не само скоростта на разширяване на Вселената в момента, но и да се проследи скоростта на нейното разширяване в миналото. Ще говорим за резултатите от тези измервания и далечните заключения, които следват от тях. Тук ще кажем следното: самият факт на разширяването на Вселената, заедно с теорията на гравитацията – общата теория на относителността – показва, че в миналото Вселената е била изключително плътна и се е разширявала изключително бързо. Ако проследим еволюцията на Вселената назад в миналото, използвайки известните закони на физиката, ще стигнем до заключението, че тази еволюция е започнала с Големия взрив; в този момент материята във Вселената е била толкова плътна и гравитационното взаимодействие толкова силно, че известните закони на физиката не са приложими. Оттогава са изминали 14 милиарда години, това е възрастта на съвременната Вселена.

Вселената е „топла“: съдържа електромагнитно излъчване, характеризиращо се с температура T = 2,725 градуса по Келвин (реликтни фотони, днес представляващи радиовълни). Разбира се, тази температура днес е ниска (по-ниска от температурата на течния хелий), но това далеч не е било така в миналото. Докато Вселената се разширява, тя се охлажда, така че в ранните етапи от нейната еволюция температурата, както и плътността на материята, са били много по-високи, отколкото са днес. В миналото Вселената е била гореща, плътна и бързо разширяваща се.

Снимката, показана на ориз. 3 , доведе до няколко важни и неочаквани заключения. Първо, това направи възможно да се установи, че нашето триизмерно пространство е евклидово с добра степен на точност: сумата от ъглите на триъгълник в него е равна на 180 градуса, дори за триъгълници със страни, чиято дължина е сравнима с размер на видимата част от Вселената, т.е. сравним с 14 милиарда светлинни години години. Най-общо казано, общата теория на относителността допуска, че пространството може да не е евклидово, а извито; данните от наблюдения показват, че това не е така (поне за нашия регион на Вселената). Методът за измерване на „сумата от ъгли на триъгълник“ на космологични скали за разстояние е както следва. Възможно е надеждно да се изчисли характерният пространствен размер на областите, където температурата се различава от средната: в момента на прехода плазма-газ този размер се определя от възрастта на Вселената, т.е. той е пропорционален на 300 хиляди светлина години. Наблюдаваният ъглов размер на тези области зависи от геометрията на триизмерното пространство, което позволява да се установи, че тази геометрия е евклидова.

В случая на евклидовата геометрия на триизмерното пространство общата теория на относителността недвусмислено свързва скоростта на разширяване на Вселената с общата плътност на всички форми на енергия и, точно както в теорията на гравитацията на Нютон, скоростта на въртене на Земята около Слънцето се определя от масата на Слънцето. Измерената скорост на разширение съответства на общата енергийна плътност в съвременната Вселена

По отношение на плътността на масата (тъй като енергията I е свързана с масата чрез връзката д = мс 2 ) това число е

Ако енергията във Вселената се определя изцяло от енергията на покой на обикновената материя, тогава средно ще има 5 протона на кубичен метър във Вселената. Ще видим обаче, че във Вселената има много по-малко обикновена материя.

Второ, от снимката ориз. 3 може да се установи какво е било величина(амплитуда) нееднородноститемпература и плътност в ранната Вселена - тя е била 10 –4 –10 –5 от средните стойности. Именно от тези нехомогенности на плътността са възникнали галактиките и клъстерите от галактики: региони с по-висока плътност привличат околната материя поради гравитационните сили, стават още по-плътни и в крайна сметка образуват галактики.

Тъй като първоначалните нехомогенности на плътността са известни, процесът на образуване на галактики може да бъде изчислен и резултатът да се сравни с наблюдаваното разпределение на галактиките във Вселената. Това изчисление е в съответствие с наблюденията само ако приемем, че в допълнение към обикновената материя във Вселената има и друг вид материя - тъмна материя, чийто принос към общата енергийна плътност днес е около 25%.

Друг етап от еволюцията на Вселената съответства на още по-ранни времена, от 1 до 200 секунди (!) от момента на Големия взрив, когато температурата на Вселената е достигнала милиарди градуси. По това време във Вселената възникват термоядрени реакции, подобни на реакциите, протичащи в центъра на Слънцето или в термоядрена бомба. В резултат на тези реакции някои протони се свързват с неутрони и образуват леки ядра - ядрата на хелий, деутерий и литий-7. Броят на образуваните леки ядра може да бъде изчислен, докато единственият неизвестен параметър е плътността на броя на протоните във Вселената (последната, разбира се, намалява поради разширяването на Вселената, но нейните стойности в различно време са просто свързани помежду си).

Сравнение на това изчисление с наблюдаваното количество леки елементи във Вселената е дадено в ориз. 4 : линиите представят резултатите от теоретичните изчисления в зависимост от един параметър - плътността на обикновената материя (бариони), а правоъгълниците - данни от наблюдения. Забележително е, че има съгласие и за трите леки ядра (хелий-4, деутерий и литий-7); Съществува също така съгласие с данните за космическото микровълново фоново лъчение (показано с вертикална ивица на фиг. 4, означено като CMB - Космически микровълнов фон). Това съгласие показва, че общата теория на относителността и известните закони на ядрената физика правилно описват Вселената на възраст от 1 до 200 секунди, когато материята в нея е имала температура от един милиард градуса или по-висока. За нас е важно, че всички тези данни водят до заключението, че масовата плътност на обикновената материя в съвременната Вселена е

тоест обикновената материя допринася само с 5% за общата енергийна плътност във Вселената.

4. Енергиен баланс в съвременната Вселена

И така, делът на обикновената материя (протони, атомни ядра, електрони) в общата енергия в съвременната Вселена е само 5%. Освен обикновена материя, Вселената съдържа и реликтови неутрино – около 300 неутрино от всички видове на кубичен сантиметър. Техният принос към общата енергия (маса) във Вселената е малък, тъй като масите на неутриното са малки и със сигурност е не повече от 3%. Останалите 90–95% от общата енергия във Вселената е „това, което е неизвестно“. Освен това, това „неизвестно какво“ се състои от две фракции - тъмна материя и тъмна енергия и, както е изобразено в ориз. 5 .

В същото време материята в звездите все още е 10 пъти по-малко; обикновената материя се намира главно в облаци газ.

5. Тъмна материя

Тъмната материя е подобна на обикновената материя в смисъл, че е способна да се събира в бучки (с размерите, да речем, на галактика или клъстер от галактики) и участва в гравитационни взаимодействия по същия начин като обикновената материя. Най-вероятно се състои от нови частици, които все още не са открити в земни условия.

В допълнение към космологичните данни, измерванията на гравитационното поле в галактическите купове и в галактиките подкрепят съществуването на тъмна материя. Има няколко начина за измерване на гравитационното поле в галактическите купове, един от които е гравитационна леща, илюстрирана в ориз. 6 .

Гравитационното поле на клъстера огъва светлинните лъчи, излъчвани от галактиката, разположена зад клъстера, т.е. гравитационното поле действа като леща. В този случай понякога се появяват няколко изображения на тази далечна галактика; в лявата половина на фиг. 6 те са сини. Огъването на светлината зависи от разпределението на масата в клъстера, независимо кои частици създават тази маса. Разпределението на масата, възстановено по този начин, е показано в дясната половина на фиг. 6 в синьо; ясно е, че е много различно от разпределението на светещото вещество. Масите на галактическите купове, измерени по този начин, са в съответствие с факта, че тъмната материя допринася с около 25% за общата енергийна плътност във Вселената. Нека припомним, че същото това число се получава от сравняване на теорията за формирането на структури (галактики, клъстери) с наблюдения.

Тъмна материя съществува и в галактиките. Това отново следва от измервания на гравитационното поле, сега в галактиките и техните околности. Колкото по-силно е гравитационното поле, толкова по-бързо звездите и облаците от газ се въртят около галактиката, така че измерването на скоростта на въртене в зависимост от разстоянието до центъра на галактиката ни позволява да реконструираме разпределението на масата в нея. Това е илюстрирано в ориз. 7 : когато се отдалечаваме от центъра на галактиката, скоростта на въртене не намалява, което показва, че в галактиката, включително далеч от нейната светеща част, има несветеща, тъмна материя. В нашата Галактика в близост до Слънцето масата на тъмната материя е приблизително равна на масата на обикновената материя.

Какво представляват частиците тъмна материя? Ясно е, че тези частици не трябва да се разпадат на други, по-леки частици, в противен случай те биха се разпаднали по време на съществуването на Вселената. Самият този факт показва, че в природата има нов, все още не е отворено закон за опазване, което предотвратява разпадането на тези частици. Аналогията тук е със закона за запазване на електрическия заряд: електронът е най-леката частица с електрически заряд и затова не се разпада на по-леки частици (например неутрино и фотони). Освен това частиците на тъмната материя взаимодействат изключително слабо с нашата материя, в противен случай вече биха били открити в земни експерименти. След това започва областта на хипотезите. Най-правдоподобната (но далеч не единствената!) хипотеза изглежда е, че частиците на тъмната материя са 100–1000 пъти по-тежки от протона и че тяхното взаимодействие с обикновената материя е сравнимо по интензитет с взаимодействието на неутрино. Именно в рамките на тази хипотеза съвременната плътност на тъмната материя намира просто обяснение: частиците тъмна материя са се раждали интензивно и унищожавали в много ранната Вселена при свръхвисоки температури (около 10-15 градуса), а някои от тях са оцелели и до днес. При зададените параметри на тези частици, сегашният им брой във Вселената се оказва точно толкова, колкото е необходимо.

Можем ли да очакваме откриването на частици тъмна материя в близко бъдеще при земни условия? Тъй като днес не знаем природата на тези частици, е невъзможно да се отговори напълно еднозначно на този въпрос. Въпреки това перспективата изглежда много оптимистична.

Има няколко начина за търсене на частици тъмна материя. Една от тях е свързана с експерименти в бъдещи високоенергийни ускорители и колайдери. Ако частиците тъмна материя наистина са 100–1000 пъти по-тежки от протон, тогава те ще се раждат при сблъсъци на обикновени частици, ускорени в колайдери до високи енергии (енергиите, постигнати в съществуващите колайдери, не са достатъчни за това). Непосредствените перспективи тук са свързани с изграждащия се в международния център CERN близо до Женева Големия адронен колайдер (LHC), който ще произвежда сблъскващи се снопове протони с енергия 7x7 тераелектронволта. Трябва да се каже, че според популярните днес хипотези частиците тъмна материя са само един представител на ново семейство от елементарни частици, така че наред с откриването на частици тъмна материя може да се надяваме на откриването на цял клас нови частици и нови взаимодействия в ускорителите. Космологията предполага, че светът на елементарните частици далеч не е изчерпан от известните днес „градивни елементи“!

Друг начин е да открием летящи около нас частици тъмна материя. Те никак не са малко: с маса, равна на 1000 пъти масата на протона, трябва да има 1000 от тези частици тук и сега на кубичен метър. Проблемът е, че те взаимодействат изключително слабо с обикновените частици, веществото е прозрачно за тях. Въпреки това, частиците от тъмната материя понякога се сблъскват с атомни ядра и тези сблъсъци могат да се надяват да бъдат открити. Търсете в тази посока

И накрая, друг начин е свързан със записването на продуктите от унищожаването на частиците тъмна материя помежду си. Тези частици трябва да се натрупват в центъра на Земята и в центъра на Слънцето (материята е почти прозрачна за тях и те могат да паднат в Земята или Слънцето). Там те се унищожават взаимно и в процеса се образуват други частици, включително неутрино. Тези неутрино преминават свободно през дебелината на Земята или Слънцето и могат да бъдат записани от специални инсталации - неутрино телескопи. Един от тези неутрино телескопи се намира в дълбините на езерото Байкал (NT-200, ориз. 8 ), друга (АМАНДА) - дълбоко в леда на Южния полюс.

Както е показано в ориз. 9 , неутрино, идващо например от центъра на Слънцето, може с малка вероятност да изпита взаимодействие във водата, което води до образуването на заредена частица (мюон), светлината от която се записва. Тъй като взаимодействието на неутриното с материята е много слабо, вероятността от такова събитие е ниска и е необходим детектор с много голям обем. Сега на Южния полюс започна изграждането на детектор с обем 1 кубичен километър.

Има и други подходи за търсене на частици тъмна материя, например търсене на продуктите от тяхното унищожаване в централната област на нашата Галактика. Времето ще покаже кой от всички тези пътища ще доведе до успех първи, но във всеки случай откриването на тези нови частици и изследването на техните свойства ще бъде най-важното научно постижение. Тези частици ще ни разкажат за свойствата на Вселената 10 -9 s (една милиардна от секундата!) След Големия взрив, когато температурата на Вселената е била 10 15 градуса, а частиците от тъмната материя са интензивно взаимодействали с космическата плазма.

6. Тъмна енергия

Тъмната енергия е много по-странна субстанция от тъмната материя. Като начало, той не се събира на бучки, а е равномерно „разпръснат“ из цялата Вселена. Има толкова много от него в галактиките и галактическите купове, колкото и извън тях. Най-необичайното е, че аз в известен смисъл не изпитвам тъмна енергия анти-гравитация. Вече казахме, че съвременните астрономически методи могат не само да измерват текущата скорост на разширяване на Вселената, но и да определят как тя се е променила с течение на времето. И така, астрономическите наблюдения показват, че днес (и в близкото минало) Вселената се разширява с ускоряваща се скорост: скоростта на разширяване се увеличава с времето. В този смисъл можем да говорим за антигравитация: обикновеното гравитационно привличане би забавило оттеглянето на галактиките, но в нашата Вселена се оказва, че е точно обратното.

Тази картина, най-общо казано, не противоречи на общата теория на относителността, но за това тъмната енергия трябва да има специално свойство - отрицателно налягане. Това рязко го отличава от обикновените форми на материята. Няма да е преувеличено, ако го кажа природата на тъмната енергия е основната мистерия на фундаменталната физика на 21 век.

Един от кандидатите за ролята на тъмна енергия е вакуумът. Плътността на енергията на вакуума не се променя с разширяването на Вселената и това означава отрицателно вакуумно налягане. Друг кандидат е ново свръхслабо поле, което прониква в цялата Вселена; за него се използва терминът „квинтесенция“. Има и други кандидати, но във всеки случай Азът на тъмната енергия е нещо напълно необичайно.

Друг начин да се обясни ускореното разширяване на Вселената е да се приеме, че самите закони на гравитацията се променят в зависимост от космологичните разстояния и космологичните времена. Тази хипотеза далеч не е безобидна: опитите да се обобщи общата теория на относителността в тази посока срещат сериозни трудности.

Очевидно, ако такова обобщение изобщо е възможно, то ще бъде свързано с идеята за съществуването на допълнителни измерения на пространството, в допълнение към трите измерения, които възприемаме в ежедневния опит.

За съжаление, в момента няма видими начини за директно експериментално изследване на тъмната енергия при земни условия. Това, разбира се, не означава, че в бъдеще не могат да се появят нови гениални идеи в тази насока, но днес се свързват надежди за изясняване природата на тъмната енергия и (или по-широко – причините за ускореното разширяване на Вселената) изключително с астрономически наблюдения и с получаване на нови, по-точни космологични данни. Трябва да научим в детайли как точно се е разширявала Вселената на сравнително късен етап от своята еволюция и това, да се надяваме, ще ни позволи да направим избор между различни хипотези.

Говорим за наблюдения на свръхнови тип 1а.

Промяната в енергията и с промяната в обема се определя от налягането, Δ д = -стрΔ V. С разширяването на Вселената енергията на вакуума нараства заедно с обема (плътността на енергията е постоянна), което е възможно само ако налягането на вакуума е отрицателно. Обърнете внимание, че противоположните знаци на налягането, енергията и вакуума директно следват от инвариантността на Лоренц.

7. Заключение

Както често се случва в науката, грандиозният напредък във физиката на елементарните частици и космологията повдигнаха неочаквани и фундаментални въпроси. Днес не знаем какво представлява по-голямата част от материята във Вселената. Можем само да гадаем какви явления се случват на свръхкъси разстояния и какви процеси са протичали във Вселената в най-ранните етапи от нейната еволюция. Чудесно е, че много от тези въпроси ще получат отговор в обозримо бъдеще - в рамките на 10-15 години, а може би и по-рано. Нашето време е време на радикална промяна в представата за природата и основните открития тепърва предстоят.

ДИСКУСИЯ

Терминът "тъмна материя" (или скрита маса) се използва в различни области на науката: космология, астрономия, физика. Говорим за хипотетичен обект - форма на пространствено и времево съдържание, която директно взаимодейства с електромагнитното излъчване и не го пропуска да премине през себе си.

Тъмна материя - какво е това?

От незапомнени времена хората са били загрижени за произхода на Вселената и процесите, които я оформят. В ерата на технологиите са направени важни открития и теоретичната рамка е значително разширена. През 1922 г. британският физик Джеймс Джийнс и холандският астроном Якобус Каптейн откриват, че по-голямата част от галактическата материя е невидима. Тогава за първи път се използва терминът тъмна материя – това е вещество, което не може да се види с нито един от познатите на човечеството методи. За наличието на мистериозна субстанция говорят косвени признаци – гравитационно поле, тежест.

Тъмната материя в астрономията и космологията

Като приемеха, че всички обекти и части във Вселената се привличат един към друг, астрономите успяха да намерят масата на видимото пространство. Но беше открито несъответствие в действителните и прогнозираните тегла. И учените са открили, че има невидима маса, която представлява до 95% от цялата неизвестна същност във Вселената. Тъмната материя в космоса има следните характеристики:

• обект на гравитация;
• влияе върху други космически обекти,
• слабо взаимодейства с реалния свят.

Тъмна материя - философия

Тъмната материя заема специално място във философията. Тази наука се занимава с изучаването на световния ред, основите на съществуването, системата от видими и невидими светове. Определена субстанция беше взета като основен принцип, определен от пространството, времето и заобикалящите фактори. Мистериозната тъмна материя на космоса, открита много по-късно, промени разбирането за света, неговата структура и еволюция. Във философски смисъл неизвестна субстанция, като съсирек от енергия на пространството и времето, присъства във всеки от нас, следователно хората са смъртни, защото се състоят от време, което има край.

Защо е необходима тъмната материя?

Само малка част от космическите обекти (планети, звезди и др.) е видима материя. По стандартите на различни учени тъмната енергия и тъмната материя заемат почти цялото пространство в космоса. Първият представлява 21-24%, докато енергията заема 72%. Всяко вещество с неизвестна физическа природа има свои собствени функции:

1. Черната енергия, която нито абсорбира, нито излъчва светлина, отблъсква обектите, което кара вселената да се разширява.
2. Галактиките са изградени на базата на скрита маса, нейната сила привлича обекти в космоса и ги задържа на местата им. Тоест, забавя разширяването на Вселената.

От какво се състои тъмната материя?

Тъмната материя в Слънчевата система е нещо, което не може да бъде докоснато, изследвано или проучено задълбочено. Поради това се излагат няколко хипотези относно неговата природа и състав:

1. Неизвестни на науката частици, които участват в гравитацията, са компонент на това вещество. Невъзможно е да ги откриете с телескоп.
2. Феноменът представлява струпване на малки черни дупки (не по-големи от Луната).

Възможно е да се разграничат два вида скрита маса в зависимост от скоростта на съставните й частици и плътността на тяхното натрупване.

1. Горещо. Не е достатъчно да се образуват галактики.
2. Студ. Състои се от бавни, масивни съсиреци. Тези компоненти могат да бъдат аксиони и бозони, известни на науката.

Съществува ли тъмна материя?

Всички опити за измерване на обекти с неизследвана физическа природа не доведоха до успех. През 2012 г. е изследвано движението на 400 звезди около Слънцето, но не е доказано наличието на скрита материя в големи обеми. Дори ако тъмната материя не съществува в действителност, тя съществува на теория. С негова помощ се обяснява разположението на обектите във Вселената по техните места. Някои учени откриват доказателства за скрита космическа маса. Неговото присъствие във Вселената обяснява факта, че галактическите клъстери не се разлитат в различни посоки и се слепват.

Тъмна материя - интересни факти

Природата на скритата маса остава загадка, но продължава да интересува научните умове по света. Редовно се провеждат експерименти за изследване на самото вещество и неговите странични ефекти. А фактите за нея продължават да се множат. Например:

1. Много хваленият голям адронен колайдер, най-мощният ускорител на частици в света, работи на всички цилиндри, за да разкрие съществуването на невидима материя в космоса. Световната общественост с интерес очаква резултатите.
2. Японски учени създават първата в света карта на скритата маса в космоса. Планира се да бъде завършен до 2019 г.
3. Наскоро теоретичният физик Лиза Рандал предположи, че тъмната материя и динозаврите са свързани. Това вещество изпрати комета на Земята, която унищожи живота на планетата.

Компонентите на нашата галактика и цялата Вселена са светла и тъмна материя, тоест видими и невидими обекти. Ако съвременната технология се справя с изследването на първото, методите непрекъснато се подобряват, тогава е много проблематично да се изследват скрити вещества. Човечеството все още не е разбрало този феномен. Невидимата, неосезаема, но вездесъща тъмна материя е била и остава една от основните мистерии на Вселената.

Към днешна дата мистерията откъде идва тъмната материя не е разгадана. Има теории, които предполагат, че се състои от междузвезден газ с ниска температура. В този случай веществото не може да произведе радиация. Има обаче теории против тази идея. Казват, че газът може да се нагрява, което води до факта, че те стават обикновени „барионни“ вещества. Тази теория се подкрепя от факта, че масата газ в студено състояние не може да елиминира дефицита, който възниква.

Има толкова много въпроси относно теориите за тъмната материя, че си струва да ги разгледаме малко повече.

Какво представлява тъмната материя?

Въпросът какво е тъмна материя възниква преди около 80 години. Още в началото на 20 век. По това време швейцарският астроном Ф. Цвики излезе с идеята, че масата на всички галактики в действителност е по-голяма от масата на всички онези обекти, които могат да се видят със собствените си газове в телескоп. Всички многобройни улики подсказваха, че в космоса има нещо непознато, което има внушителна маса. Беше решено да се даде името "тъмно вещество" на това необяснимо вещество.

Това невидимо вещество заема поне една четвърт от цялата Вселена. Особеността на това вещество е, че неговите частици взаимодействат слабо помежду си и с обикновени други вещества. Това взаимодействие е толкова слабо, че учените дори не могат да го открият. Всъщност има само признаци на влияние от частици.

Изследването на този въпрос се извършва от най-големите умове по света, така че дори и най-големите скептици в света вярват, че ще бъде възможно да се уловят частици от веществото. Най-желаната цел е това да стане в лабораторни условия. Работата се извършва в мини на големи дълбочини; такива условия за експерименти са необходими, за да се елиминират смущенията, причинени от частици лъчи от космоса.

Има вероятност много нова информация да бъде получена благодарение на съвременните ускорители, по-специално с помощта на Големия адронен колайдер.

Частиците от тъмната материя имат една странна особеност - взаимно унищожение. В резултат на такива процеси се появяват гама лъчение, античастици и частици (като електрон и позитрон). Затова астрофизиците се опитват да намерят следи от гама лъчение или античастици. За това се използват различни наземни и космически инсталации.

Доказателство за съществуването на тъмна материя

Първите съмнения относно правилността на изчисленията на масата на Вселената, както вече беше споменато, бяха споделени от астронома от Швейцария Ф. Цвики. Като начало той реши да измери скоростта на галактиките от клъстера Кома, движещи се около центъра. И резултатът от работата му донякъде го озадачи, защото скоростта на движение на тези галактики се оказа по-висока, отколкото очакваше. Освен това той предварително е изчислил тази стойност. Но резултатите не бяха същите.

Изводът беше очевиден: истинската маса на клъстера беше много по-голяма от видимата. Това може да се обясни с факта, че по-голямата част от материята, която се намира в тази част на Вселената, не може да се види, а също така е невъзможно да се наблюдава. Това вещество проявява своите свойства само под формата на маса.

Редица гравитационни експерименти потвърдиха наличието на невидима маса в галактическите купове. Теорията на относителността има някакво тълкуване на това явление. Ако го следвате, тогава всяка маса е способна да деформира пространството, освен това, като леща, тя огъва директния поток от светлинни лъчи. Галактическият клъстер причинява изкривяване, влиянието му е толкова силно, че става забележимо. Гледката на галактиката, която се намира точно зад клъстера, е най-изкривена. Това изкривяване се използва за изчисляване на това как материята е разпределена в този клъстер. Така се измерва реалната маса. Тя неизменно се оказва няколко пъти по-голяма от масата на видимата материя.

Четири десетилетия след работата на пионера в тази област Ф. Цвики, американският астроном В. Рубин се зае с този въпрос. Тя изучава скоростта, с която материята, която се намира в краищата на галактиките, се върти около центъра на галактиката. Ако следваме законите на Кеплер относно законите на гравитацията, тогава има известна връзка между скоростта на въртене на галактиките и разстоянието до центъра.

Но в действителност измерванията показаха, че скоростта на въртене не се променя с увеличаване на разстоянието до центъра. Подобни данни могат да се обяснят само по един начин - материята на галактиката има еднаква плътност както в центъра, така и по краищата. Но видимото вещество имаше много по-голяма плътност в центъра и се характеризираше с рядкост по краищата, а липсата на плътност можеше да се обясни само с наличието на някакво вещество, което не беше видимо за окото.

За да се обясни феноменът, е необходимо тази невидима материя в галактиките да е почти 10 пъти повече от тази, която можем да видим. Това неизвестно вещество се нарича „тъмна материя“ или „тъмна материя“. Към днешна дата това явление остава най-интересната мистерия за астрофизиците.

Има още един аргумент в полза на доказателствата за съществуването на тъмна материя. Това следва от изчисления, които описват процеса на формиране на галактиките. Смята се, че това е започнало приблизително 300 000 години след Големия взрив. Резултатите от изчисленията казват, че привличането между фрагментите материя, появило се по време на експлозията, не може да компенсира кинетичната енергия от разширяването. Тоест материята не може да се концентрира в галактики, но днес можем да я видим.

Този необясним факт се нарича парадокс на галактиката; цитиран е като аргумент, който разрушава теорията за Големия взрив. Но можете да го погледнете от другата страна. В края на краищата, частици от най-обикновена материя могат да бъдат смесени с частици от тъмна материя. Тогава изчисленията стават правилни и как са се образували галактики, в които се е натрупала много тъмна материя, а частици от обикновена материя вече са се присъединили към тях поради гравитацията. В крайна сметка обикновената материя съставлява малка част от общата маса на Вселената.

Видимата материя има относително ниска плътност в сравнение с тъмната материя, тъй като е 20 пъти по-плътна. Следователно онези 95% от масата на Вселената, които липсват според изчисленията на учените, са тъмна материя.

Това обаче доведе до заключението, че целият видим свят, който беше проучен отгоре до долу, толкова познат и разбираем, беше само малка добавка към това, което всъщност съставляваше.

Всички галактики, планети и звезди са само малка част от нещо, за което нямаме представа. Това е, което е изложено, но истинското е скрито от нас.

В статиите от поредицата разгледахме структурата на видимата Вселена. Говорихме за неговата структура и частиците, които образуват тази структура. За нуклоните, които играят основна роля, тъй като от тях се състои цялата видима материя. За фотони, електрони, неутрино, а също и за поддържащите актьори, участващи в универсалната игра, която се развива 14 милиарда години след Големия взрив. Изглежда, че няма какво повече да се говори. Но това не е вярно. Факт е, че субстанцията, която виждаме, е само малка част от това, от което се състои нашият свят. Всичко останало е нещо, за което не знаем почти нищо. Това мистериозно „нещо“ се нарича тъмна материя.

Ако сенките на обектите не зависеха от размера на последните,
и ако имаха собствен произволен растеж, тогава може би
скоро нямаше да остане нито едно светло място по цялото земно кълбо.

Козма Прутков

Какво ще се случи с нашия свят?

След откритието на Едуард Хъбъл за червените отмествания в спектрите на далечни галактики през 1929 г., стана ясно, че Вселената се разширява. Един от въпросите, които възникнаха в тази връзка, беше следният: колко време ще продължи разширяването и как ще завърши? Силите на гравитационното привличане, действащи между отделните части на Вселената, са склонни да забавят оттеглянето на тези части. До какво ще доведе спирането зависи от общата маса на Вселената. Ако е достатъчно голям, гравитационните сили постепенно ще спрат разширяването и то ще бъде заменено от компресия. В резултат на това Вселената в крайна сметка ще „колабира“ отново до точката, от която някога е започнала да се разширява. Ако масата е по-малка от определена критична маса, тогава разширяването ще продължи вечно. Обикновено е обичайно да се говори не за маса, а за плътност, която е свързана с масата чрез просто съотношение, известно от училищния курс: плътността е маса, разделена на обем.

Изчислената стойност на критичната средна плътност на Вселената е приблизително 10 -29 грама на кубичен сантиметър, което съответства на средно пет нуклона на кубичен метър. Трябва да се подчертае, че говорим за средна плътност. Характерната концентрация на нуклони във водата, земята и в теб и мен е около 10 30 на кубичен метър. Но в празнотата, която разделя клъстери от галактики и заема лъвския дял от обема на Вселената, плътността е с десетки порядъци по-ниска. Стойността на концентрацията на нуклони, осреднена за целия обем на Вселената, беше измерена десетки и стотици пъти, внимателно преброяване на броя на звездите и газовите и прахови облаци по различни методи. Резултатите от такива измервания се различават донякъде, но качественият извод остава непроменен: плътността на Вселената едва достига няколко процента от критичната стойност.

Следователно до 70-те години на 20 век общоприетата прогноза беше вечното разширяване на нашия свят, което неизбежно трябваше да доведе до така наречената топлинна смърт. Топлинната смърт е състояние на система, когато веществото в нея е разпределено равномерно и различните й части имат еднаква температура. В резултат на това не е възможно нито прехвърлянето на енергия от една част на системата към друга, нито преразпределението на материята. В такава система нищо не се случва и никога не може да се повтори. Ясна аналогия е водата, разлята върху всяка повърхност. Ако повърхността е неравна и има дори леки разлики в надморската височина, водата се движи по нея от по-високи към по-ниски места и накрая се събира в низините, образувайки локви. Движението спира. Единствената останала утеха беше, че топлинната смърт ще настъпи след десетки и стотици милиарди години. Следователно не е нужно да мислите за тази мрачна перспектива много, много дълго време.

Постепенно обаче стана ясно, че истинската маса на Вселената е много по-голяма от видимата маса, съдържаща се в звездите и облаците от газ и прах и най-вероятно е близо до критичната. Или може би точно равен на него.

Доказателство за тъмната материя

Първите индикации, че нещо не е наред с изчисляването на масата на Вселената, се появяват в средата на 30-те години на 20 век. Швейцарският астроном Фриц Цвики измерва скоростите, с които галактиките в клъстера Кома (един от най-големите известни ни клъстери, той включва хиляди галактики) се движат около общ център. Резултатът беше обезсърчаващ: скоростите на галактиките се оказаха много по-големи, отколкото можеше да се очаква въз основа на наблюдаваната обща маса на клъстера. Това означаваше, че истинската маса на клъстера Кома е много по-голяма от видимата маса. Но основното количество материя, присъстващо в тази област на Вселената, по някаква причина остава невидимо и недостъпно за преки наблюдения, проявявайки се само гравитационно, тоест само като маса.

Наличието на скрита маса в галактическите купове се доказва и от експерименти с така наречените гравитационни лещи. Обяснението на това явление следва от теорията на относителността. В съответствие с него всяка маса деформира пространството и, подобно на леща, изкривява праволинейния път на светлинните лъчи. Изкривяването, което причиняват галактическите клъстери, е толкова голямо, че е лесно забележимо. По-специално, от изкривяването на изображението на галактиката, която се намира зад клъстера, е възможно да се изчисли разпределението на материята в клъстера от лещи и по този начин да се измери общата му маса. И се оказва, че той винаги е многократно по-голям от приноса на видимата материя на клъстера.

40 години след работата на Цвики, през 70-те години, американският астроном Вера Рубин изследва скоростта на въртене около галактическия център на материята, разположен в периферията на галактиките. В съответствие със законите на Кеплер (а те пряко следват от закона за всемирното привличане), когато се движат от центъра на галактиката към нейната периферия, скоростта на въртене на галактическите обекти трябва да намалява обратно пропорционално на корен квадратен от разстоянието до център. Измерванията показват, че за много галактики тази скорост остава почти постоянна на много значително разстояние от центъра. Тези резултати могат да се тълкуват само по един начин: плътността на материята в такива галактики не намалява при движение от центъра, а остава почти непроменена. Тъй като плътността на видимата материя (съдържаща се в звездите и междузвездния газ) бързо пада към периферията на галактиката, липсващата плътност трябва да бъде осигурена от нещо, което по някаква причина не можем да видим. За да се обяснят количествено наблюдаваните зависимости на скоростта на въртене от разстоянието до центъра на галактиките, се изисква това невидимо „нещо“ да бъде приблизително 10 пъти по-голямо от обикновената видима материя. Това „нещо“ беше наречено „тъмна материя“ (на английски „ тъмна материя") и все още остава най-интригуващата мистерия в астрофизиката.

Друго важно доказателство за наличието на тъмна материя в нашия свят идва от изчисления, симулиращи процеса на образуване на галактики, започнал около 300 000 години след Големия взрив. Тези изчисления показват, че силите на гравитационното привличане, действащи между летящите фрагменти от материята, генерирани по време на експлозията, не могат да компенсират кинетичната енергия на разширяването. Материята просто не би трябвало да се събира в галактиките, които все пак наблюдаваме в съвременната епоха. Този проблем беше наречен галактически парадокс и дълго време се смяташе за сериозен аргумент срещу теорията за Големия взрив. Ако приемем обаче, че частици от обикновена материя в ранната Вселена са били смесени с частици от невидима тъмна материя, тогава всичко си идва на мястото в изчисленията и краищата започват да се срещат - образуването на галактики от звезди, а след това и на купове от галактики , става възможно. В същото време, както показват изчисленията, отначало в галактиките се натрупват огромен брой частици тъмна материя и едва след това, поради гравитационните сили, върху тях се събират елементи от обикновена материя, чиято обща маса е само няколко процента от общата маса на Вселената. Оказва се, че познатият и сякаш подробно проучен видим свят, който наскоро смятахме за почти разбран, е само малка добавка към нещо, от което всъщност се състои Вселената. Планетите, звездите, галактиките и ти и аз сме просто параван за едно огромно „нещо“, за което нямаме ни най-малка представа.

Снимка факт

Галактическият куп (в долния ляв ъгъл на оградената област) създава гравитационна леща. Той изкривява формата на обектите, разположени зад обектива - разтягайки изображенията им в една посока. Въз основа на величината и посоката на разтягането, международна група астрономи от Южноевропейската обсерватория, ръководена от учени от Парижкия институт по астрофизика, конструира масово разпределение, което е показано на долното изображение. Както можете да видите, клъстерът съдържа много повече маса, отколкото може да се види през телескоп.

Ловът на тъмни, масивни обекти не е бърза задача и резултатът не изглежда най-впечатляващ на снимките. През 1995 г. телескопът Хъбъл забелязва, че една от звездите в Големия магеланов облак светва по-ярко. Този блясък продължи повече от три месеца, но след това звездата се върна към естественото си състояние. И шест години по-късно до звездата се появи едва светещ обект. Това беше студено джудже, което, преминавайки на разстояние 600 светлинни години от звездата, създаде гравитационна леща, която усили светлината. Изчисленията показват, че масата на това джудже е само 5-10% от масата на Слънцето.

И накрая, общата теория на относителността недвусмислено свързва скоростта на разширяване на Вселената със средната плътност на съдържащата се в нея материя. Ако приемем, че средната кривина на пространството е нула, тоест в него действа геометрията на Евклид, а не на Лобачевски (което е надеждно проверено, например в експерименти с космическо микровълново фоново излъчване), тази плътност трябва да бъде равна на 10 - 29 грама на кубичен сантиметър. Плътността на видимата материя е приблизително 20 пъти по-малка. Липсващите 95% от масата на Вселената са тъмна материя. Имайте предвид, че стойността на плътността, измерена от скоростта на разширяване на Вселената, е равна на критичната стойност. Две стойности, независимо изчислени по напълно различни начини, съвпаднаха! Ако действително плътността на Вселената е точно равна на критичната плътност, това не може да е съвпадение, а е следствие от някакво фундаментално свойство на нашия свят, което тепърва предстои да бъде разбрано и осмислено.

Какво е това?

Какво знаем днес за тъмната материя, която съставлява 95% от масата на Вселената? Почти нищо. Но все пак знаем нещо. На първо място, няма съмнение, че тъмната материя съществува - това неопровержимо се доказва от фактите, дадени по-горе. Също така знаем със сигурност, че тъмната материя съществува в няколко форми. След началото на 21 век, в резултат на дългогодишни наблюдения в експерименти СуперКамиоканде(Япония) и SNO (Канада) беше установено, че неутриното имат маса, стана ясно, че от 0,3% до 3% от 95% от скритата маса се намира в неутрино, които отдавна са ни познати - дори масата им да е изключително малко, но тяхното количество е във Вселената има около един милиард пъти повече от броя на нуклоните: всеки кубичен сантиметър съдържа средно 300 неутрино. Останалите 92-95% се състоят от две части – тъмна материя и тъмна енергия. Малка част от тъмната материя е обикновена барионна материя, изградена от нуклони; останалата част очевидно се дължи на някои неизвестни масивни слабо взаимодействащи частици (така наречената студена тъмна материя). Енергийният баланс в съвременната Вселена е представен в таблицата, а историята за последните три колони е по-долу.

Барионна тъмна материя

Малка (4-5%) част от тъмната материя е обикновена материя, която излъчва малко или никаква собствена радиация и следователно е невидима. Съществуването на няколко класа такива обекти може да се счита за експериментално потвърдено. Най-сложните експерименти, базирани на същата гравитационна леща, доведоха до откриването на така наречените масивни компактни хало обекти, тоест разположени в периферията на галактическите дискове. Това изисква наблюдение на милиони далечни галактики в продължение на няколко години. Когато тъмно, масивно тяло преминава между наблюдател и далечна галактика, неговата яркост за кратко намалява (или се увеличава, тъй като тъмното тяло действа като гравитационна леща). В резултат на усърдни издирвания такива събития са идентифицирани. Природата на масивните компактни хало обекти не е напълно ясна. Най-вероятно това са или охладени звезди (кафяви джуджета), или подобни на планети обекти, които не са свързани със звезди и пътуват из галактиката сами. Друг представител на барионната тъмна материя е горещ газ, открит наскоро в галактически клъстери с помощта на рентгенови астрономически методи, който не свети във видимия диапазон.

Небарионна тъмна материя

Основните кандидати за небарионна тъмна материя са така наречените WIMPs (съкращение от английски Слабо интерактивни масивни частици- слабо взаимодействащи масивни частици). Особеността на WIMPs е, че те не показват почти никакво взаимодействие с обикновената материя. Ето защо те са истинската невидима тъмна материя и защо са изключително трудни за откриване. Масата на WIMP трябва да бъде поне десетки пъти по-голяма от масата на протона. Търсенето на WIMP е извършено в много експерименти през последните 20-30 години, но въпреки всички усилия, те все още не са открити.

Една идея е, че ако такива частици съществуват, тогава Земята, докато обикаля около Слънцето със Слънцето около галактическия център, трябва да лети през дъжд от WIMP. Въпреки факта, че WIMP е изключително слабо взаимодействаща частица, тя все още има много малка вероятност да взаимодейства с обикновен атом. В същото време в специални инсталации - много сложни и скъпи - може да се запише сигнал. Броят на тези сигнали трябва да се променя през годината, защото докато Земята се движи в орбита около Слънцето, тя променя скоростта и посоката си спрямо вятъра, който се състои от WIMP. Експерименталната група DAMA, работеща в италианската подземна лаборатория Гран Сасо, съобщава за наблюдавани годишни вариации в скоростта на преброяване на сигнала. Други групи обаче все още не са потвърдили тези резултати и въпросът по същество остава отворен.

Друг метод за търсене на WIMP се основава на предположението, че по време на милиарди години от своето съществуване различни астрономически обекти (Земята, Слънцето, центърът на нашата Галактика) трябва да уловят WIMP, които се натрупват в центъра на тези обекти и, унищожавайки взаимно, пораждат поток от неутрино. Опитите за откриване на излишен поток от неутрино от центъра на Земята към Слънцето и центъра на Галактиката бяха направени на подземни и подводни детектори за неутрино MACRO, LVD (лаборатория Гран Сасо), NT-200 (езерото Байкал, Русия), SuperKamiokande, AMANDA (Scott Station -Amundsen, Южен полюс), но все още не са довели до положителен резултат.

Експериментите за търсене на WIMP също се провеждат активно в ускорителите на частици. В съответствие с известното уравнение на Айнщайн E=mс 2 енергията е еквивалентна на масата. Следователно, чрез ускоряване на частица (например протон) до много висока енергия и сблъсък с друга частица, може да се очаква създаването на двойки други частици и античастици (включително WIMP), чиято обща маса е равна на общата енергия на сблъскалите се частици. Но експериментите с ускорител все още не са довели до положителен резултат.

Тъмна енергия

В началото на миналия век Алберт Айнщайн, желаейки да осигури независимост от времето на космологичния модел в общата теория на относителността, въвежда в уравненията на теорията т. нар. космологична константа, която обозначава с гръцката буква „ ламбда” - Λ. Това Λ беше чисто формална константа, в която самият Айнщайн не виждаше никакъв физически смисъл. След като беше открито разширяването на Вселената, необходимостта от него изчезна. Айнщайн много съжаляваше за прибързаността си и наричаше космологичната константа Λ най-голямата си научна грешка. Десетилетия по-късно обаче се оказа, че константата на Хъбъл, която определя скоростта на разширяване на Вселената, се променя с времето и нейната зависимост от времето може да се обясни чрез избиране на стойността на тази много „погрешна“ константа на Айнщайн Λ, която допринася към скритата плътност на Вселената. Тази част от скритата маса започва да се нарича „тъмна енергия“.

Дори по-малко може да се каже за тъмната енергия, отколкото за тъмната материя. Първо, тя е равномерно разпределена във Вселената, за разлика от обикновената материя и други форми на тъмна материя. Има толкова много от него в галактиките и галактическите купове, колкото и извън тях. Второ, той има няколко много странни свойства, които могат да бъдат разбрани само чрез анализиране на уравненията на теорията на относителността и тълкуване на техните решения. Например тъмната енергия изпитва антигравитация: поради нейното присъствие скоростта на разширяване на Вселената се увеличава. Тъмната енергия изглежда се отблъсква, ускорявайки разпръскването на обикновената материя, събрана в галактиките. Тъмната енергия също има отрицателно налягане, поради което в веществото възниква сила, която не му позволява да се разтяга.

Основният кандидат за тъмна енергия е вакуумът. Енергийната плътност на вакуума не се променя с разширяването на Вселената, което съответства на отрицателното налягане. Друг кандидат е хипотетично свръхслабо поле, наречено квинтесенция. Надеждите за изясняване природата на тъмната енергия се свързват преди всичко с нови астрономически наблюдения. Напредъкът в тази посока несъмнено ще донесе радикално нови знания на човечеството, тъй като във всеки случай тъмната енергия трябва да бъде напълно необичайна субстанция, напълно различна от това, с което физиката се е занимавала досега.

И така, 95% от нашия свят се състои от нещо, за което не знаем почти нищо. Човек може да има различно отношение към такъв факт, който не подлежи на съмнение. Може да предизвика безпокойство, което винаги съпътства среща с нещо непознато. Или разочарование, защото такъв дълъг и сложен път към изграждането на физическа теория, която описва свойствата на нашия свят, доведе до твърдението: по-голямата част от Вселената е скрита от нас и непозната за нас.

Но повечето физици сега се чувстват насърчени. Опитът показва, че всички загадки, които природата поставя пред човечеството, рано или късно биват разрешени. Несъмнено мистерията на тъмната материя също ще бъде разгадана. И това със сигурност ще донесе напълно нови знания и концепции, за които все още нямаме представа. И може би ще срещнем нови мистерии, които от своя страна също ще бъдат разгадани. Но това ще бъде съвсем различна история, която читателите на „Химия и живот” ще могат да прочетат едва няколко години по-късно. Или може би след няколко десетилетия.