Скрытая Вселенная

Что такое тёмная материя и тёмная энергия?

Тёмная материя и тёмная энергия составляют подавляющее большинство нашей Вселенной, и всё же мы не можем их непосредственно воспринимать.

Тем не менее, у нас есть способы воспринимать их влияние, и оно столь же широко распространено, как тёмная материя и энергия.

Вся материя, как мы ее знаем, — от мюонов, электронов и атомов до планет, звезд и галактических скоплений, составляет менее 5% всей Вселенной.

Насколько нам известно, примерно 25% Вселенной составляет тёмная материя, а 70% — тёмная энергия. Но проблема в том, что они невидимы. В принципе, всё, что мы воспринимаем — это лишь очень малая часть реальности.

В довершение ко всему, мы действительно не понимаем, что такое тёмная материя и тёмная энергия.

Так откуда у нас вообще взялась идея о существовании этих двух безумно огромных сущностей?

Когда астрофизики математически посчитали, как устроена Вселенная, это не сработало. Во Вселенной не было достаточно видимой материи, чтобы заставить ее существовать в том виде, какой мы её знаем. Всей гравитации, порожденной материей, которую мы можем видеть, недостаточно, чтобы сформировать массивные и сложные формы, которые мы видим по всей Вселенной. Это просто невозможно без чего-то другого, чтобы удержать всё это вместе. Без этого другого звёзды просто должны были бы рассеяться вместо того, чтобы когда-либо объединиться, чтобы создать галактики.

Должно быть что-то соткано вокруг видимой нам материи. Но его нельзя увидеть потому, что оно никогда не испускает и не отражает свет. Это тёмная материя.

Тем не менее, мы можем сказать, что тёмная материя существует, даже если мы не можем её увидеть с помощью телескопов. Она оказывает гравитационное воздействие на пространство-время. Свет, проходящий вокруг этих мега-сгустков тёмной материи, на самом деле изгибается.

В то же время, тёмная материя не может быть нормальной материей, потому что тогда мы могли бы обнаружить какие-то выбросы. Она также не взаимодействует с нормальной материей. Антиматерия, когда реагирует с нормальным веществом, создает гамма-лучи. Тёмная же материя, очевидно, ничего этого не делает.

Но она существует!

Наиболее приемлемая возможность сейчас заключается в том, что темная материя — это какая-то экзотическая частица, о которой мы просто ничего не знаем. Возможно, это могут быть GIMPs (гравитационно взаимодействующие массивные частицы) или WIMPs (слабо взаимодействующие массивные частицы). Не исключено, что в какой-то момент они могут быть созданы в эксперименте на ускорителе частиц, хотя мы можем и не распознать их такими, какими они есть.

И ещё у нас есть темная энергия, которая, хотите верьте, хотите нет, еще более странная.

Как и в случае с тёмной материей, мы не можем обнаружить или исследовать её, но мы можем видеть, как тёмная энергия влияет на вселенную вокруг неё. Впервые это заметил Эдвин Хаббл ( Edwin Hubble) в 1929 году. Он увидел красное смещение длин волн света, когда смотрел всё глубже и глубже в космос: далекие (и, следовательно, слабые) галактики показали большое красное смещение, в то время как галактики, которые были более заметны и ближе к нам, имели намного меньшее красное смещение. Это привело к нашему пониманию, что Вселенная всегда расширялась, что растягивало длину волны света по мере того, как всё двигалось всё дальше и дальше друг от друга.

С тех пор исследования показали, что это расширение ускоряется. Это опровергает теорию «Большого сжатия» Вселенной. В настоящее время считается, что пространство будет продолжать расширяться до тех пор, пока материя не станет настолько тонкой, что все процессы в ней будут полностью остановлены, даже движение атомов — это т.н. теория «Тепловой смерти Вселенной». Но произойдет это через миллиарды лет в будущем.

Таким образом, по мере расширения Вселенная и всё пространство, по сути, увеличиваются в объеме. Поскольку мы находимся в красивом аккуратном пучке звёзд, называемом галактикой Млечный Путь, расширение не влияет на нас напрямую, но мы видим, наблюдая красное смещение, что другие галактики удаляются от нас так же, как мы удаляемся от центра Вселенной.

А движет этим расширением то, что мы называем тёмной энергией. Она представляет больше энергии, чем всё остальное вместе взятое: все звёзды, чёрные дыры, газовые гиганты, квазары и всё остальное в совокупности не приближаются к чистой энергии, представляющей собой тёмную энергию.

Опять же, что касается тёмной энергии, мы не можем быть уверены. Это может быть какое-то внутреннее свойство пространства. По мере того, как Вселенная расширяется, создается больше пространства, тем самым продолжая расширение всё дальше и дальше с постоянно увеличивающимся ускорением.

Концепция «космологической постоянной» Эйнштейна с 1917 года была схожей. Он предложил её как силу, которая противостояла гравитации, но математика не давала никаких жизнеспособных результатов и просто ещё больше всё запутывала. Это также известно как «энергия вакуума», так как пустое пространство это и есть вакуум.

Другое объяснение заключается в том, что тёмная материя состоит из спонтанно образующихся частиц, которые непрерывно возникают и исчезают по мере того, как формируется новое пространство, которое, в свою очередь, генерирует тёмную энергию. Это продолжается в бесконечном цикле, который поддерживает расширение.

В конечном счете, тёмная материя и тёмная энергия являются ключевыми компонентами состава Вселенной, которые в настоящее время находятся за пределами нашей технологической способности её понять. Однако, в отличие от тайны того, что было до создания нашей Вселенной, тёмная материя и энергия на самом деле существуют здесь и сейчас, и по мере продвижения в нашем научном понимании есть большой шанс, что мы когда-нибудь поймем их полное происхождение и предназначение.

А пока, просто продолжайте смотреть в ночное небо и осознавать, что там есть так много чудес для нас, которые мы должны понять. Пока мы мечтаем о звёздах, мы узнаем о них больше.