Есть веские аргументы в пользу того, что значительная часть вещества во Вселенной ничего не излучает и поэтому невидима. О наличии такой невидимой материи можно узнать по ее гравитационному взаимодействию с излучающей материей. Исследование скоплений галактик и галактических ротационных кривых свидетельствует о существовании этой так называемой темной материи ( энергии). Итак, по определению темная материя - это материя, которая не взаимодействует с электромагнитным излучением, то есть не испускает его и не поглощает.


Составляя наглядное представление о строении галактики, мы, вероятно, видим перед собой спирали из звезд, вращающиеся в черной космической пустоте. Имея очень мощный телескоп, мы бы могли и реально рассмотреть отдельные звезды, составляющие рукава спиральных галактик, поскольку они излучают достаточное количество света и других волн. Смогли бы мы «рассмотреть» и темные области внутри галактик — облака межзвездной пыли и газа, поглощающие, а не испускающие свет. Однако в течение XX столетия астрофизики постепенно пришли к заключению, что в видимых и ставших привычными образах галактик содержится не более 10% от реально содержащейся во Вселенной материи. Примерно на 90% Вселенная состоит из материи, форма которой остается для нас тайной, поскольку наблюдать ее мы не можем, и по совокупности вся эта материя и получила название темной материи. Впервые тайные откровения подобного рода в далеком 1933 году озвучил швейцарский астроном Фриц Цвики (Fritz Zwicky, 1898–1974). Именно он указал, что скопление галактик в созвездии Волосы Вероники, судя по всему, удерживается вместе гораздо более сильным гравитационным полем, чем это можно было бы предположить, исходя из видимой массы вещества, содержащегося в этом галактическом скоплении, а значит большая часть материи, содержащаяся в этой области Вселенной, остается незримой для нас.

...Темная энергия ( материя ) это переходная субстанция отделяющая наше пространство от иного мира. Это  "оболочка" нашей Вселенной... Это ее атмосфера...

В 1970-е годы Вера Рубин, научная сотрудница Института Карнеги (Вашингтон), изучала динамику галактик, характеризующихся высокой скоростью вращения вокруг их центра, — прежде всего, поведение вещества на их периферии. По всем параметрам на периферию быстро вращающихся галактик должны были — по принципу центрифуги — выбрасываться значительные массы самого легкого межзвездного газа, а именно, водорода, атомы которого теоретически должны были бы окутывать галактику паутиной микроскопических спутников. Рассмотрим, в качестве примера, нашу Солнечную систему. Ее основная масса сосредоточена в центре (на Солнце); чем дальше планета удалена от центра, тем дольше период ее обращения вокруг него. Юпитеру, например, требуется одиннадцать земных лет, чтобы совершить полный годичный оборот вокруг Солнца, поскольку он находится на значительно более удаленной от Солнца орбите и за один годичный цикл проделывает не только более долгий путь, но и движется по нему медленнее (см. Законы Кеплера). Аналогичным образом, если бы всё вещество спиральной галактики было сконцентрировано в ее рукавах, где мы наблюдаем видимые звезды, то и атомы распыленного водорода, подчиняясь третьему закону Кеплера, двигались бы всё медленнее по мере удаления от центра галактической массы. Рубин, однако же, удалось экспериментально выяснить, что на любом удалении от центра галактики водород движется с неизменной скоростью. Можно подумать, будто он «приклеен» к гигантской вращающейся сфере, состоящей из некоей невидимой материи.

Теперь-то мы знаем, что темная материя незримо присутствует не только в пределах галактик, но и во всей Вселенной, включая межгалактическое пространство. О чем мы, однако, так и не имеем никакого представления, так это о ее природе. Какая-то ее часть может оказаться обычными небесными телами, не испускающими собственного излучения, например, массивными планетами типа Юпитера. Их существование подтверждается результатами наблюдения за светимостью звезд ближайших галактик, где иногда отмечаются «провалы», которые можно отнести на счет их частичного затмения при прохождении крупных планет на пути лучей по дороге к нам. Практически, можно считать подтвержденным и существование межзвездных затмевающих тел, не обладающих собственной энергией излучения в наблюдаемом диапазоне, — они получили название «массивных компактных гало-объектов».

Однако подавляющее большинство ученых сходится на том, что масса невидимой материи Вселенной далеко не ограничивается скрытой от нас массой обычных небесных тел и распыленного вещества, а склонны добавлять к ней и совокупную массу всё еще не открытых видов элементарных частиц. Их принято называть массивными частицами слабого взаимодействия (МЧСВ). Они никак не проявляют себя во взаимодействии со световым и прочим электромагнитным излучением. Их поиск сегодня — это своего рода возобновление, казалось бы, давно утратившего актуальность поиска «светоносного эфира» (см. Опыт Майкельсона—Морли). Идея состоит в том, что если наша Галактика действительно со всех сторон облачена сферической оболочкой МЧСВ, Земля, в силу своего движения, должна постоянно находиться под воздействием «ветра скрытых частиц», пронизывающих ее аналогично тому, как даже в самую безветренную погоду автомобиль обдувается встречными воздушными потоками. Рано или поздно одна из частиц такого «темного ветра» вступит во взаимодействие с одним из земных атомов и возбудит колебания, необходимые для ее регистрации сверхчувствительным прибором, в котором он покоится. Лаборатории, проводящие подобные эксперименты, уже сообщают о том, что получены первые намеки на подтверждение реального существования шестимесячного полупериода колебания частоты регистрации сигналов об аномальных событиях подобного ряда, а именно этого и следовало ожидать, поскольку полгода Земля движется по околосолнечной орбите навстречу ветру скрытых частиц, а в следующие полгода ветер дует «вдогонку» и частицы залетают на Землю реже.

МЧСВ представляют собой пример того, что принято называть холодной темной материей, поскольку они тяжелые и медленные. Предполагается, что они играли важную роль на стадии формирования галактик ранней Вселенной. Некоторые ученые считают также, что, по крайней мере, часть темной материи пребывает в состоянии быстрых слабовзаимодействующих частиц представляющих собой пример горячей темной материи. Главная проблема тут в том, что до формирования атомов, то есть на протяжении примерно первых 300 000 лет после большого взрыва, Вселенная пребывала в протоплазменном состоянии. Любое ядро привычной нам материи распадалось, не успев сформироваться, под мощнейшими энергиями бомбардировки со стороны перегретых частиц раскаленной, сверхплотной, непрозрачной плазмы. После того, как Вселенная расширилась до некоторой степени прозрачности разделяющего вещество пространства, начали, наконец, формироваться легкие атомные ядра. Но, увы, к этому моменту Вселенная расширилась уже настолько, что силы гравитационного притяжения не могли противодействовать кинетической энергии разлета осколков большого взрыва, и всё вещество, по идее, должно было бы разлететься, не дав сформироваться устойчивым галактикам, которые мы наблюдаем. В этом состоял так называемый галактический парадокс, ставивший под сомнение саму теорию Большого взрыва.

Однако, если во всем пространстве объемного большого взрыва обычная материя была перемешана со скрытыми частицами темной материи, после взрыва темная материя, будучи перемешанной с явной, как раз и могла послужить тем самым сдерживающим элементом. По причине наличия огромного числа скрытых тяжелых частиц она первой стянулась под воздействием сил гравитационного притяжения в будущие ядра галактик, оказавшиеся стабильными по причине отсутствия взаимодействия между МЧСВ и мощным центростремительным энергетическим излучением взрыва. Таким образом, к моменту формирования ядер атомов темная материя успела оформиться в галактики и скопления галактик, а уже на них начали собираться под воздействием гравитационного поля высвобождающиеся элементы обычной материи. В рамках такой модели обычная материя стянулась к сгусткам темной материи, но как и всякая материя она должна из чего-то состоять и здесь можно отметить некоторых кадидатов.

Наиболее очевидным кандидатом на роль темной материи может быть обычная барионная материя, которая не излучает и имеет соответствующую распространенность. Одну из возможностей мог бы реализовать межзвездный или межгалактический газ. Однако в этом случае должны возникать характерные линии излучения или поглощения, которые не обнаружены.
Другим кандидатом могут быть коричневые карлики - космические тела с массами значительно меньше, чем масса Солнца (M < 0.08Mсолнца). Гравитационного давления внутри этих объектов оказывается недостаточно для создания температур, при которых начинает процесс слияния протонов в гелий. Из-за отсутствия ядерного синтеза излучение коричневых карликов очень слабо, если не считать излучения тех из них, которые находятся на ранней стадии своего развития. Планеты также могли бы входить в эту группу. Однако из-за отсутствия знания о происхождении звезд и планет, а также из-за ограниченности фотометрической детектируемости небесных тел расстоянием в несколько световых лет особенно сложно оценить число таких объектов.
Очень компактные объекты, находящиеся на конечных стадиях развития звезд (белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры), также могли бы входить в состав темной материи. Поскольку в течение своего времени жизни практически каждая звезда достигает одной из этих трех конечных стадий, то значительная часть массы более ранних и более тяжелых звезд должна присутствовать в неизлучающей форме в виде белых карликов, нейтронных звезд или черных дыр. Часть этого вещества возвращается в межзвездное пространство путем вспышек сверхновых или другими путями и принимает участие в образовании новых звезд. При этом не следует принимать во внимание звезды с массами M < 0.9Mсолнца, так как их время жизни больше, чем возраст Вселенной, и они еще не достигли конечных стадий в своем развитии.

Верхние границы на возможную плотность барионной материи во Вселенной можно получить из данных о первоначальном ядерном синтезе, который начался примерно через 3 минуты после Большого Взрыва. Особенно важны измерения современной распространенности дейтерия - (D/H)0 10-5, так как во время первоначального ядерного синтеза шло образование главным образом именно дейтерия. Хотя дейтерий также появился позднее в качестве промежуточного продукта реакций слияния ядер, тем не менее полное количество дейтерия за счет этого сильно не возросло. Анализ процессов, происходящих на стадии раннего ядерного синтеза, дает верхнюю границу для плотности возможной барионной материи во Вселенной. При этом учтена вся материя, которая была сформирована во время ядерного синтеза в ранней Вселенной. Данное значение хорошо согласуется с оценками, полученными из рассмотрения характера вращения галактик.
 

С другой стороны, сейчас совершенно ясно, что барионная материя сама по себе не в состоянии удовлетворить требованию, которое следует из инфляционных моделей. Кроме того, остается неразрешенной проблема образования галактик. Все это приводит к необходимости существования небарионной темной материи, особенно в том случае, когда требуется удовлетворение условия при нулевой космологической постоянной.

Небарионная темная материя теоретически имеет большой выбор возможных кандидатов в том числе: лёгкие и тяжёлые нейтрино, суперсимметричные частицы- это виды нейтральной легчайшей суперсимметричной частицы имеются в виду фотино (S = 1/2) и зино (S = 1/2), которые обычно называют гейджино, а также хиггсино (S = 1/2), снейтрино (S = 0) и гравитино (S = 3/2); аксионы- гипотечиская частица ( существование такой псевдоскалярной частицы обусловлено нарушением киральной симметрии Печеи-Куина); космионы.

Кроме вышеуказанных частиц, топологические дефекты времени-пространства также могут вносить свой вклад в темную материю. Предполагается, что в ранней Вселенной произошло нарушение симметрии в Теории Великого Объединения, как следствие этого должны были образоваться пространственные области с различной ориентацией. Эти области со временем увеличивались и в конце концов вошли в соприкосновение друг с другом.
Согласно современным представлениям топологически стабильные точки дефектов образовались на граничных поверхностях, где произошла встреча областей с различной ориентацией. Они могли иметь размерность от нуля до трех и состоять из вакуума ненарушенной симметрии. После нарушения симметрии этот первоначальный вакуум имеет очень большую энергию и плотность вещества.
 

Наиболее важными являются точечноподобные дефекты. Они должны нести изолированный магнитный заряд, т.е. быть магнитными монополями. Но до сих пор, несмотря на интенсивные поиски, существование таких объектов не зарегистрировано.
 

Аналогично магнитным монополям могут образовываться и линейные дефекты - космические струны. Эти нитеобразные объекты обладают характерной линейной массовой плотностью и могут быть как замкнутыми, так и незамкнутыми. За счет гравитационного притяжения они могли служить зародышами для конденсации вещества, в результате которой образовались галактики.
 

Большие значения масс позволили бы детектировать такие струны посредством эффекта гравитационных линз. Струны искривляли бы окружающее пространство таким образом, что создавалось бы двойное изображение находящихся за ними объектов. Свет от очень далеких галактик мог бы отклоняться этой струной согласно законам общей теории гравитации. Наблюдатель на Земле увидел бы два смежных зеркальных изображения галактик с идентичным спектральным составом. Этот эффект гравитационных линз уже был обнаружен для удаленных квазаров, когда галактика, находящаяся между квазаром и Землей, служила в качестве гравитационной линзы.

Обсуждается также возможность наличия сверхпроводящего состояния в космических струнах. Электрически заряженные частицы, такие, как электроны, в симметричном вакууме струны были бы без массовыми, потому что они приобретают свои массы только в результате нарушения симметрии благодаря механизму Хиггса. Таким образом, пары частица-античастица, двигающиеся со скоростью света, могут создаваться здесь при очень малых затратах энергии. В результате возникает сверхпроводящий ток. Сверхпроводящие струны могли бы переходить в возбужденное состояние посредством взаимодействия с заряженными частицами, снятие этого возбуждения осуществлялось бы путем испускания радиоволн.

Межзвёздная среда (МЗС) — это вещество и поля, заполняющие межзвёздное пространство внутри галактик. Состав: межзвёздный газ, пыль(1 % от массы газа), межзвёздные магнитные поля, космические лучи, а также невидимая тёмная материя. Химический состав межзвёздной среды — продукт первичного нуклеосинтеза и ядерного синтеза в звездах. На протяжении своей жизни звёзды испускают звёздный ветер, который возвращает в среду элементы из атмосферы звезды. А в конце жизни звезды с неё сбрасывается оболочка, обогащая межзвёздную среду продуктами ядерного синтеза. Основная особенность МЗС — её крайне низкая плотность — 0,1..1000 атомов в кубическом сантиметре.

Пространство в Солнечной системе называют межпланетным пространством, которое переходит в межзвёздное пространство в точках гелиопаузы солнцестояния. Вакуум космоса на самом деле не является абсолютным — в нём присутствуют атомы и молекулы, обнаруженные с помощью микроволновой спектроскопии, реликтовое излучение и космические лучи, в которых содержатся ионизированные атомные ядра и разные субатомные частицы. Также есть газ, плазма, пыль, небольшие метеоры и космический мусор.

Технический вакуум - это состояние среды, при котором одна частица среды до другой пролетает расстояние сравнимое с размером сосуда. В космосе частицы пролетают расстояние без взаимодействия между собой порядка десятков и сотен метров. Температура в космосе около абсолютного нуля - т.е. около минус 270 градусов по цельсию. Атмосферного давления там нет. Реально человек в космосе без скафандра погибает не от удушья. Он взрывается изнутри. Для сравнения сильный поцелуй на коже оставляет засос. А теперь представьте засос в 1000 раз сильнее и на все тело.

Далее была построена симметричная вакуумная картина мира, в основе которой лежит постулат о существовании материи в двух ипостасях: положительной и отрицательной, которые полностью компенсируют друг друга и дают тождественный ноль. Возникновение такого мира из ничего и его структурное развитие не противоречат ни одному из законов сохранения. Кажущееся нарушение закона причинности легко снимается, ибо до возникновения материи не существовало и времени. В основу механизма возникновения и развития материи положено понятие возмущения вакуума, которое в двух предельных случаях переходит в понятия излучения и вещества.

 Возмущение есть неоднородность вакуума, которая характеризуется повышением давления Р в некоторой точке А и дальнейшим распространением неоднородности в виде разбухающего шара, если предположить состояние вакуума в окрестностях точки А однородным и изотропным по отношению к природе неоднородности. Для соблюдения законов сохранения введен полный антипод данному возмущению - сопряженное возмущение, которое компенсирует все характеристики данного, но развивается в отрицательной части евклидова трехмерного пространства. По сути дела и то, и другое - одно возмущение, однако математическая формализация заставляет нас рассматривать этот единый процесс в виде двух синхронных частей.

Британские исследователи из радиоастрономической обсерватории Джодрелл Бэнк полагают, что наша Вселенная на две трети состоит из тёмной материи (Dark Matter). По другим оценкам обычное вещество составляет не более 10% от реально содержащейся во Вселенной материи. Можно сказать, что 90% материи во Вселенной представляет собой загадку. Это та материя, которую невозможно наблюдать в телескоп, которая не отражает лучи света и не излучает фотоны ни в каком диапазоне электромагнитного спектра. Фактически получается, что существует иной тип массы, некое невидимое вещество, из которого построена Вселенная.

Одним из существенных доказательств наличия тёмной материи во Вселенной можно считать данные, полученные в нулевые годы 21-го века на космическом телескопе «Хаббл» с помощью гравитационного линзирования. Мингкук Джеймс Джи (Myungkook James Jee), Х.Форд (Holland Ford) и другие исследователи из университета Джона Хопкинса, наблюдая за столкновением галактик, находящихся от нас на расстоянии в пять миллиардов световых лет, обнаружили, что их окружает кольцо из тёмной материи диаметром в 2,6 миллиона световых лет. Положение тёмной материи в этой области удалось вычислить, регистрируя слабые искажения излучения от более далёких галактик, которые находятся (по линии взгляда с Земли) за сталкивающимися звёздными системами.

К настоящему времени установлено, что самые малые непрерывно существующие сгустки тёмной материи занимают пространство в тысячу световых лет, а масса таких фрагментов в десятки раз превышает массу Солнца.

Современные исследования, проведённые с помощью орбитального зонда WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), показывают, что обычного вещества во Вселенной около 5%; 25% приходится на тёмную материю, а остальные 70% – на так называемую тёмную энергию (Dark Energy). Этот вывод сделали эксперты Принстонского университета, проанализировав данные с зонда WMAP, который был запущен американским космическим агентством NASA в 2001 году.

Однако в последнее время появились гипотезы, указывающие на то, что тёмной материи может и не быть.

Почётный профессор Торонтского университета Джон Моффат (John Moffat) и Джоэл Браунштейн (Joel Brownstein) из Канадского института теоретической физики разработали теорию модифицированной гравитации, которая полностью объясняет наблюдаемое поведение скоплений галактик. Два канадских физика вполне обходятся без тёмной материи. Они ввели в свою теоретическую разработку так называемые гравитоны, возникающие из вакуума, причём наиболее интенсивно гравитоны рождаются вблизи больших масс. Из чего следует, что в центре галактики (где сосредоточены крупные массы) два объекта притягиваются друг к другу сильнее, чем если бы они находились на её окраине.

Красные карлики с массой до 0,8М¤( масс Солнца ) могут жить очень долго – до ста миллиардов лет. По мере уменьшения концентрации водорода в ядре термоядерные реакции медленно угасают и звезда, постепенно остывая, превращается в черный карлик, в котором сила тяготения уравновешивается давлением остывающего ионизированного газа. Ход эволюции звезд прост:

Здесь в основном все правильно кроме одного - совершенно не оговорено, что будет дальше. Но, в вопросе "темной материи" это не столь важно, принципиально важными являются временные интервалы существования конечных по данным схемам систем - черных карликов и нейтронных звезд (черных дыр никто нигде никогда не наблюдал). Для нас важным является, что время их существования составляет сотни миллиардов лет, то есть на пару порядков дольше, чем активная, светящаяся фаза на главной последовательности. Если отвлечься от пресловутого "Большого Взрыва" и по умолчанию принять время существования Вселенной неограниченно большим, то неизбежен вывод, что в активной, светящейся и наблюдаемой фазе может находиться лишь незначительная доля вещества Вселенной. Основная часть - инфракрасные и черные карлики - заведомо трудно наблюдаемая часть Вселенной.

В целом теорий и кандидатов достаточно, но Вселенная играет с нами в прятки-загадки, когда только лишь теоретически можно предположить об основной массе её строения, ведь полноценные знания в этой области можно использовать в дальних космических путешествиях и делают Космос намного ближе и доступнее.

Наиболее точное на сегодняшний день исследование движений звезд в Млечном Пути не нашло свидетельств присутствия темной материи в большом объеме пространства вокруг Солнца. Согласно широко распространенным теориям считалось, что окрестности Солнца заполнены темной материей, таинственной невидимой субстанцией, которую можно обнаружить только косвенными методами, по гравитационному воздействию, которое она оказывает. Однако новое исследование, проведенное астрономами в Чили, показало, что эти теории просто не соответствуют наблюдательным фактам. Это может означать, что попытки прямой регистрации частиц темной материи на Земле вряд ли будут успешными.

Группа, использующая 2.2-м телескоп MPG/ESO в обсерватории ESO Ла Силья, а также другие телескопы, построила карту движений более, чем 400 звезд на расстояниях до 13 000 световых лет от Солнца. На базе этих данных астрономы вычислили массу вещества в окрестностях Солнца, в объеме пространства, вчетверо превышающем те, что рассматривались прежде.

"Значение массы, которое мы получили, очень хорошо соответствует тому количеству вещества, которое мы видим в форме звезд, пыли и газа в околосолнечной области”, -- говорит руководитель группы Кристиан Мони Бидин (Christian Moni Bidin, Departamento de Astronom?a, Universidad de Concepci?n, Chile). "Но тогда не остается места для темной материи, найти которую мы рассчитывали. Согласно нашим вычислениям, темная материя должна была отчетливо проявиться в наших измерениях. Но ее там просто не оказалось!”

Измеряя с очень высокой точностью движения большого числа звезд, в особенности расположенных на большом расстоянии от плоскости Млечного Пути, исследовательская группа смогла рассчитать общую массу вещества в этом объеме [1]. Движения звезд являются результатом взаимного гравитационного притяжения всего наличествующего вещества, как обычного, например, звезд, так и темной материи.

Существующие сейчас в астрономии модели формирования и вращения галактик предполагают, что Млечный Путь окружен гало из темной материи. Эти модели неспособны точно предсказать форму этого гало, но все они сходятся в том, что в околосолнечной области можно найти существенное количество темной материи. Только при очень необычной форме гало, например, очень вытянутой, можно объяснить отсутствие темной материи, выявленное настоящим исследованием [2].

Новые результаты также означают, что попытки зарегистрировать темную материю на Земле, например, при редких взаимодействиях частиц темной материи с «нормальными» частицами, вряд ли могут быть успешными.

"Хоть мы и получили такой результат, Млечный Путь все-таки вращается значительно быстрее, чем если бы он состоял только из наблюдаемого вещества. Так что, если темной материи нет там, где мы рассчитывали ее найти, значит, требуется новое решение проблемы скрытой массы. Наши результаты противоречат принятым сейчас моделям. Тайна темной материи, таким образом, стала еще загадочнее. Будущие исследования, такие, как миссия ESA Gaia, сыграют решающую роль в ее разгадке” – заключает Кристиан Мони Бидин.

Примечания

[1] Наблюдения были выполнены со спектрографом FEROS, смонтированном на 2.2-м телескопе MPG/ESO, с приемником Coralie, установленном на шведском 1.2-м телескопе Леонарда Эйлера (Leonhard Euler Telescope), с инструментом MIKE на телескопе Magellan II и с эшелле-спекрографом на телескопе Ирэн Дюпон (Irene du Pont Telescope). Первые два телескопа установлены в обсерватории ESO Ла Силья (La Silla Observatory), последние два – в обсерватории Лас Кампанас (Las Campanas Observatory); обе эти обсерватории находятся в Чили. В общей сложности наблюдалось более 400 красных гигантов с большим разбросом высот над плоскостью Галактики в направлении южного галактического полюса.

[2] Теории предсказывают, что среднее количество темной материи в окрестности Солнца должно составлять примерно 0.5 килограммов в объеме земного шара. Новые измерения дают значение 0.00±0.06 килограмма темной материи в этом объеме.

Ученые сумели зафиксировать два случая взаимодействия элементарных частиц большой массы в ходе многолетнего эксперимента в подземной обсерватории. Обнаруженные частицы наиболее всего подходят под теоретические представления о частицах темной материи — сообщает РИА Новости, ссылаясь на журнал Science.

Изучением «темной материи» занимаются в основном ученые-теоретики, создающие модели и гипотезы на основе все новых и новых космических наблюдений, однако многие ученые надеются, что обнаружить частицы темной материи можно и экспериментально, детектируя слабые всплески энергии, происходящие, когда частицы темной материи соударяются с ядрами атомов обычного вещества. В случае такого соударения, частицы отскакивают друг от друга с выделением небольшого количества энергии.

Чтобы различить такой всплеск энергии на фоне множества других взаимодействий вещества и излучения, в США была создана специальная подземная Обсерватория криогенного поиска темной материи (Cryogenic Dark Matter Search II — CDMS II). Она находится на глубине более 600 метров под землей и состоит из 30 полупроводниковых кремний-германиевых детекторов размером с хоккейную шайбу, охлажденных до температуры минус 273,1 градуса Цельсия, всего на 0,6 градуса выше температуры абсолютного нуля.

В этой обсерватории, оборудованной в старой шахте по добыче железной руды, ученые полагают, что могут наблюдать слабые взаимодействия частиц, так как сюда не могут проникнуть ни частицы обычной материи, ни какой либо тип излучения.

Ученые пока не могут утверждать наверняка, что им впервые удалось засечь частицы темной материи. Есть вероятность, что обнаруженные всплески энергии — это всплеск фонового шума в полупроводниковых материалах детекторов. Для подтверждения своего результата ученым необходимо зафиксировать, как минимум, еще пять подобных случаев.

ГИПОТЕЗА ПРЕДПОЛАГАЕТ «ПРОСТОЕ ОБЪЯСНЕНИЕ ТЕМНОЙ ЭНЕРГИИ»

Десятилетиями ученые ломают головы над тем фактом, что наша Вселенная расширяется. С логической точки зрения гравитация должна притягивать галактики друг к другу, однако наблюдения 1990-х годов показали, что Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускоряющей тенденцией, и виной тому является так называемая темная энергия.

Темная энергия (не путать с темной материей) – это гипотетическая сила, на которую приходится до 68,3 процента всей энергии в наблюдаемой Вселенной. И ученые считают, что эта энергия отталкивает галактики друг от друга. Тем не менее, несмотря на множество непрямых доказательств ее существования, никто так до сих пор и не смог напрямую определить наличие темной энергии или хотя бы адекватно объяснить, откуда она взялась.

Однако согласно новой гипотезе, ответ на этот вопрос лежал у нас в буквальном смысле перед носом. Согласно этой гипотезе, темная энергия – это абсолютно обыденная вещь, если рассматривать ее с точки зрения одного из фундаментальных законов Вселенной, о котором мы часто забываем, когда рассматриваем этот вопрос. Этим фундаментальным законом является закон сохранения энергии. О нем рассказывают еще в средней школе. Если простыми словами, гласит он следующее: энергию нельзя просто так создать или разрушить, она не может просто так исчезнуть. Единственное, что она может – это перетечь из одного состояния в другое или перейти от одного тела к другому. На этом законе держится большая часть нашей фундаментальной физики.

Результаты нового исследования, проведенного группой физиков из разных институтов, говорят о том, что если в рамках самых ранних дней появления Вселенной имела место даже едва заметная утрата энергии, то это могло бы объяснить природу темной энергии, о которой сегодня говорят многие ученые. Авторы исследования добавляют, что, вполне возможно, эта утечка хоть и нарушала фундаментальный закон, но нарушала его настолько незначительно, что в итоге этого никто бы и не заметил.

Так что же это такое, темная энергия? В общем понимании ее рассматривают, как космологическую постоянную, неизменную энергетическую плотность, возникающую и равномерно заполняющую пространство Вселенной. Из квантовой механики нам известно, что на самом деле пустое пространство никогда не пусто – оно заполнено квантовыми частицами и энергией ( надо заметить это актуально для современного миропонимания и здесь не совсем учитывается возможность существования другой сущности за квантовым миром ), которая появляется под воздействием возникновения и исчезновения этих частиц. И некоторые из этих частиц могут обладать репульсивной силой – той самой темной энергией.

Пожалуй, единственный самый спорный момент заключается в том, что предсказанный объем появляющейся темной энергии в рамках этого процесса должен быть больше, чем ныне выдвигаемый с учетом наблюдения расширения Вселенной показатель – до 120 порядков больше, если точнее. Это может говорить о том, что мы либо неправильно измеряем этот объем, либо мы совсем не понимаем, откуда именно берет свое начало темная энергия.

Новое исследование предполагает, что последний вариант наиболее вероятен, и по этому случаю выдвигается новая гипотеза. А что, если на раннем этапе своего появления Вселенная испытывала некоторую утечку энергии и эта потеря задала темп возникновения темной энергии?

«В нашей модели темная энергия представлена тем, что способно указать на тот объем энергии и импульса, которые были утрачены за всю историю Вселенной», — говорит один из исследователей Алехандро Перез.

Основной для этой новой гипотезы является альтернативная модель общей теории относительности, к которой Эйнштейн пришел в 1910-х. Она носит название модели унимодулярной гравитации. Согласно ей, энергия совсем необязательно должна сохраняться. При этом исследователи говорят, что при применении модели унимодулярной гравитации в вычислениях значение космологической постоянной идеально соотносится с теми наблюдениями, согласно которым наша Вселенная расширяется с ускорением.

Важно также отметить, что эта модель необязательно сильно противоречит нашему нынешнему пониманию Вселенной. Хотя исчезновение энергии в ранней Вселенной скажется на изменении значений объемов темной энергии, ни на что другое оно влиять не будет, или по крайней мере это не будет заметно в наших современных экспериментах.

«Энергия вещества, составляющего материю, может передаваться гравитационному полю, и эта «потеря энергии» будет выступать в роли космологической постоянной — она не будет разбавляться позже с расширением Вселенной», — говорит Тибо Жоссе, еще один член исследовательской группы.

«С учетом этого, потеря или создание энергии в далеком прошлом может иметь серьезные последствия сегодня и при этом на совершенно ином уровне и в более крупных больших масштабах».

Здесь, однако, возникает вопрос: если исчезновение энергии не несет никаких эффектов на Вселенную, кроме как изменяет значение самой темной энергии, то каким образом можно проверить правильность или неправильность этой гипотезы? В этом и заключается основная проблема.

«Наше предложение носит весьма общий характер, и любое изменение закона сохранения энергии, вероятнее всего, внесет свой вклад в эффективность космологической постоянной. Например, это может установить новые ограничения на феноменологические модели, стоящие за пределами квантовой механики», — говорит Жоссе.

«С другой стороны, прямые доказательства того, что темная энергия подпитывается от изменяющей свое состояние обычной энергии, кажутся за гранью реальности, так как у нас уже есть значение лямбда-члена (она же – космологическая постоянная), и, кроме того, мы ограничены лишь последним временем ее (темной энергии) эволюции».

В общем и целом данная гипотеза представляется тем, чем она пока и есть гипотезой, которая еще не проходила проверки. Однако физики говорят, что хотят более детально ее исследовать на предмет вероятности в будущем.

«Ни о какой определенности речи не идет. Но эта новая идея представляется как минимум интересной и поэтому заслуживает внимания», — говорит Ли Смолин, физик-теоретик из канадского Института теоретической физики в Ватерлоо, не принимавший участия в этом исследовании.

http://www.km.ru/nauka/E49BE2263CA64F26AFF19888DF484F1D

http://www.eso.org/public/russia/news/eso1217/

https://hi-news.ru/research-development/novaya-radikalnaya-gipoteza-predlagaet-prostoe-obyasnenie-temnoj-energii.html